(57)【要約】【課題】コネクタとフレキシブル配線基板が接合される接触部に銀を含有する錫系のめっきを施すことにより接続部に加わる外部応力に起因して発生するウィスカーを抑制することができる電気コネクタの接続構造を提供する。【解決手段】フレキシブル配線基板１用の電気コネクタ接合構造であって、フレキシブル配線基板１の接続部を挿入できる接続孔を有し、該接続孔より電気コネクタ６のハウジング７内部に向かって形成された端子装着空間に装着された複数の金属端子８と、隣接する金属端子８が接触しないように当該金属端子間を電気的に分離する分離壁と、フレキシブル配線基板１の接続部に電気コネクタ６の金属端子が圧接される導電層４部と、を備え、導電層４部は、所定の厚さの銅パターン上に銀を含有する所定の厚さの錫層が形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル・フラット・ケーブル若しくはフレキシブル・プリント・サーキットボード（以下、フレキシブル配線基板という。）用の電気コネクタ接合構造であって、前記フレキシブル配線基板の接続部を挿入できる接続孔を有し、該接続孔より前記電気コネクタのハウジング内部に向かって形成された端子装着空間に装着された複数の金属端子と、隣接する前記金属端子が接触しないように当該金属端子間を電気的に分離する分離壁と、前記フレキシブル配線基板の接続部に前記電気コネクタの金属端子が圧接される導電層部と、を備え、前記導電層部は、所定の厚さの銅パターン上に銀を含有する所定の厚さの錫層が形成されることを特徴とする電気コネクタ接続構造。
【請求項２】
請求項１に記載の前記電気コネクタ接合構造に用いるフレキシブル配線基板は、前記導電層部を有することを特徴とするフレキシブル配線基板。
【請求項３】
前記導電層部を形成する錫層中の銀の含有量が０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下である事を特徴とする請求項２に記載のフレキシブル配線基板。
【請求項４】
前記導電層部を形成する錫層は、無電解めっきによって形成され、当該めっき層厚さが０．５μｍ〜１．９μｍである事を特徴とする請求項３のフレキシブル配線基板。
【請求項５】
前記導電層部は、アミン系洗浄剤により少なくとも１回以上洗浄される事を特徴とする請求項４に記載のフレキシブル配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルプリント・サーキット・ケーブル若しくはフレキシブルプリント・サーキット・ボード（以下、これらを総称してフレキシブル配線基板といい、ＦＰＣと略す。）と接続する電気コネクタとの接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電機・電子機器に用いられるプリント基板同士を接合する方法として、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）を用いる場合が多い。これらケーブル又は配線板は、それぞれのプリント基板に設けられた電気コネクタにそれぞれ接合される事により成し得る事ができる。
【０００３】
従来、電気コネクタの金属端子とケーブル又は配線基板の接点部には、一般的に鉛を含む錫めっきが多く用いられていた。
【０００４】
しかしながら、近年の環境負荷物質排除の観点や特にＲｏＨＳ指令等の各国有害物質含有規制施行に対する対応から、電機・電子部品に関する鉛フリー化が促進されてきており、コネクタ及びケーブル又は配線基板の接点部に於いても従来の鉛を含む錫めっきから、下地にニッケルめっきを施し、更に表面に錫若しくは銅を含む錫めっき構成へと変更されてきた。
【０００５】
なお、ＲｏＨＳ指令とは２００６年７月から施行予定のEU指令で電機・電子部品の鉛・カドミウム・水銀・６価クロム・特定臭素系難燃剤の含有が禁止（若しくは制限）される法律である。
【特許文献１】特開２００２−１６４１０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の、これらの下地ニッケルめっきと表面錫若しくは錫銅めっきの組み合わせでは、過去から認知されている内部応力によるウィスカーの抑制には効果を発揮する事が知られていた。しかしながら、コネクタ及びケーブル又は配線基板の接点部に於いて発生する外部応力に起因するウィスカーについては全く効力を発揮しなかった。ここで言う内部応力とは、銅と錫からなる金属間化合物（Ｃｕ６Ｓｎ５）が成長する事によるめっき層内部に生ずる応力、若しくは加工・変形時に生ずる内部残留応力を意味し、また、外部応力とはコネクタ等とケーブル又は配線基板が接合した際に加わる接圧として接点部に生ずる外的応力の事である。
【０００７】
即ち、内部応力によるウィスカー発生のメカニズムと外部応力によるウィスカー発生のメカニズムは全く異なるものであり、従来のウィスカー抑制方法では全くその効果を発揮できない事が判明した。従って、多くは有害物質である鉛を含む錫めっき若しくは高価で且つ供給能力が不安定な金めっきへと移行せざるを得なくなった。
【０００８】
そこで、有害物質である鉛を含まず、安価な錫系めっき処理にもかかわらずウィスカーが発生しない電気コネクタとケーブル又は配線基板などのフレキシブル配線基板との接合構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の課題を解決するために、本発明の電気コネクタ接続構造は、フレキシブル・フラット・ケーブル若しくはフレキシブル・プリント・サーキットボード（以下、フレキシブル配線基板という。）用の電気コネクタ接合構造であって、前記フレキシブル配線基板の接続部を挿入できる接続孔を有し、該接続孔より前記電気コネクタのハウジング内部に向かって形成された端子装着空間に装着された複数の金属端子と、隣接する前記金属端子が接触しないように当該金属端子間を電気的に分離する分離壁と、前記フレキシブル配線基板の接続部に前記電気コネクタの金属端子が圧接される導電層部と、を備え、前記導電層部は、所定の厚さの銅パターン上に銀を含有する所定の厚さの錫層が形成されることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はコネクタとケーブル又は配線基板が接合される接触部に銀を含有する錫系のめっきを施すことにより接続部に加わる外部応力に起因して発生するウィスカーを抑制することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明に係わる電気コネクタと接合されるフレキシブル配線板（ＦＰＣ）１の挿入方向から見た斜視図である。このフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）１は絶縁層であるベースフィルム２と絶縁層であるカバーレイ５の間に導電層４を挟み込む構造となっている。また、ベースフィルム２には補強板３が貼付されている。
【００１３】
図２は本発明に係わる電気コネクタ６をＦＰＣ１が挿入される方向から見た正面図である。この電気コネクタ６はハウジング７内に並列配置される複数の金属製のターミナル８を備えている。金属端子のターミナル８の間に形成される分離壁１３は、絶縁性で隣接する金属端子のターミナル８が接触しないようにするものである。図３は、図２中のＢＢ線に沿った断面図である。
【００１４】
図４は、電気コネクタ６とＦＰＣ１が接合された状態の正面図（ＦＰＣ１のコネクタ６への挿入方向）である。ターミナル８は適度な弾性を持ち、電気コネクタ６内にＦＰＣ１が挿入された場合、ターミナル８と導電層４とが接点部９にて接触し、当該接点部に適度の圧力（接点圧）を加えることにより、ＦＰＣ１の保持及び接続特性の確保（接触抵抗の増大阻止）をする仕組みとなっている。通常、電気・電子部品にて使用する電気コネクタの接点圧は１ピンあたり１５ｇ〜３００ｇ程度のものが多く、それらは電気コネクタの種類・大きさ・めっきの種類・目的等によって決定される。本実施例では１ピンあたり３０ｇ〜２００ｇの接点圧をもつコネクタを使用した。
【００１５】
図５は、図４のＣＣ線に沿った断面図であり、開口部よりＦＰＣ１がコネクタ６へ挿入され接続孔部にてターミナル８とＦＰＣ１の導電層４が接点部９にて圧接され、ターミナル８の弾性機構及び接点部９の位置関係を示したものである。図３と比較する事により、ターミナル８の弾性機構がより明確になる。
【００１６】
図６は、図１（導電層４部）のＡＡ線に沿った断面図であり、ベースフィルム２に銅パターン１０を接着剤１２で接着し、更に銅パターン１０には銀を含有する錫層１１がめっきされている。また、場合によっては導電層４表面にははんだ付けが実施されるケースがある。
【００１７】
以下に、錫層１１を形成するメッキ工程と洗浄工程について説明する。
（１）めっきのプロセス
通常、めっきはその工法より電解めっきと無電解めっきに分別される。電解めっきとは、一般的に品物表面に付着させたい金属陽イオンを含む溶液中に、品物を陰極として浸漬させ、金属を電気的に陰極表面に析出させる技術である。一方、無電解めっきとは、電極を用いずに化学的還元作用で付着させたい金属を物品表面に析出させる方法である。 電解めっきに比較して無電解めっきは部分的な厚さの均一性が高く、複雑な形状の製品に均一な厚さのめっきが要求される場合には有効であるが、２μｍを超えるめっき厚を形成する場合は、化学的還元作用が生じにくくなり、付着させたい金属の物品表面への析出時間が長くなるため、実用的でなくなる。電解めっきは電極を用いているため流れる電流が品物や場所によって異なり電流分布に差が生じ、めっき層のバラツキが生じ易くなる傾向にあり、このため電解めっきでは厚さ２μｍ以下での均一なめっき層を形成する事が困難である。即ち、電解めっきは２μｍ以上のめっき厚に適しており、逆に無電解めっきは２μｍ未満のめっき厚に適していると言える。
【００１８】
本実験では銀を含有する錫層１１のめっきプロセスに有機金属（オーガニックメタル）を使用した無電解めっき工法を用いた。有機金属は、先ず銀及び錫めっき時に物品表面に付着した後、銀及び錫のめっき金属と置換される事により科学的還元作用をより安定にする働きがある。しかも、銀及び錫をそれぞれ別々に無電解めっきする事で、緻密且つ安定しためっきが可能であり、特に通常の無電解錫銀合金めっきと比べて銀の含有量を容易に調整でき、且つ含有量の微細な調整が可能となる。
【００１９】
尚、錫層１１は銅パターン１０上に銀めっきを施した後、その上に錫めっきを施し形成される。
（２）銀めっき工程
最初に、ベースフィルム２上に形成された銅パターン１０上に錫層１１を形成するメッキ工程を説明する。
【００２０】
銅パターン１０は、通常酸性エッチング溶液等を用い脱脂・脱錆を行った後水洗され、次工程で銀めっきが施される。銀めっきは例えば有機金属を使用しためっき工法の場合、めっき液温度４０℃、めっき時間３５秒で約２５ｎｍの銀めっき厚を得る事ができた。このめっき工程ではめっき時間及びめっき温度を変化させる事により、銀めっき厚を変化させる事ができる。例えばめっき時間を３５秒一定とした場合、めっき温度を３５℃から４５℃まで変化させた時、銀のめっき厚を５ｎｍから５２ｎｍまで変化さす事ができる。同様にめっき温度を４０℃一定とした場合、めっき時間を２０秒から６０秒に変化させた時、銀のめっき厚を２０ｎｍから４３ｎｍまで変化さす事ができる。即ち、この銀めっき工程で得ることのできる銀めっき厚は０ｎｍ〜５２ｎｍである。
【００２１】
尚、有機金属を使用する銀めっき工法としてオルメコン社製ＯＭＰ７００１がある。
（３）錫めっき工程
次に銀メッキの上に錫をメッキする工程について説明する。
【００２２】
錫めっきは例えば有機金属を使用しためっき工法の場合、めっき液温度６８℃、めっき時間１２分で約１．２μｍの錫めっき厚を得る事ができた。このめっき工程ではめっき時間及びめっき温度を変化させる事により、錫めっき厚を変化させる事ができる。例えばめっき時間を１５分一定とした場合、めっき温度を１０℃から７０℃まで変化させた時、錫のめっき厚を０．１μｍから１．９μｍまで変化さす事ができる。同様にめっき温度を６８℃一定とした場合、めっき時間を１分から２０分に変化させた時、錫のめっき厚を０．３μｍから１．４μｍまで変化さす事ができる。この錫めっき工程で得ることのできるめっき厚は０μｍ〜１．９μｍである。
【００２３】
この時、先にめっきした銀は後にめっきした錫の中に部分的に若しくは均一に拡散される事となり、最終的に銅パターン１０の上に銀を含んだ錫層１１が形成される事となる。錫層１１中に含有する銀の含有率は０ｗｔ％〜１００ｗｔ％の範囲で作製可能である。しかしながら、前述の如く銀の最大めっき厚は５２ｎｍであり、この時、例えは錫層１１のめっき厚が０．５μｍとするならば、錫層１１に対する銀の含有率１０ｗｔ％を得る事ができる。すなわち、銀の含有量が１０ｗｔ％を超えるものを製造しようとした場合、必然的に錫層１１のめっき厚を０．５μｍ未満にしなければならない。しかしながら、錫層１１のめっき厚が０．５μｍ未満となった場合、はんだ付け性能が劣化し実用的でなくなる。
【００２４】
また、錫層１１内に含まれる銀の含有率が０．５ｗｔ％未満の場合は外部応力によるウィスカーの抑制効果が無くなる。従って、錫層１１内に含まれる銀の含有率は０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％が望ましい。
【００２５】
尚、有機金属を使用する錫めっき工法としてオルメコン社製ＣＳＮ７００１Ｖ２がある。
（４）洗浄工程
次に、導電層４表面の洗浄を実施する洗浄工程について説明する。
【００２６】
錫めっき時に使用するめっき薬液は僅かではあるが接着剤層１２を溶解する場合があり、溶解された接着剤層１２は導電層４表面に付着する危険性がある。この接着剤層１２の導電層４表面への付着は、はんだ付け性能を劣化さす要因となりうる為、例えばアミン系洗浄剤にて導電層４表面を洗浄する必要がある。水によって２５％に希釈したアミン系洗浄液を４０℃に保ち洗浄液浴とし、この洗浄液浴内に上記錫めっき実施サンプルを２分間浸漬及び陽動し洗浄を実施した。希釈濃度が５％未満の場合は洗浄効果がなく、５０％以上の場合はコストアップに繋がるばかりか錫層１１の表面をも溶解してしまう可能性がある。また、洗浄液温度が２０℃以下の場合は洗浄効果がなく、６０℃以上の場合も同様にコストアップに繋がるばかりか錫層１１の表面を溶解してしまう可能性がある。洗浄時間も同様に５秒以下であれば洗浄効果なく、２０分以上はコストアップに繋がるばかりか錫層１１の表面を溶解してしまう可能性がある。望ましくは希釈濃度５〜５０％、洗浄液温度２０℃〜６０℃、洗浄時間５秒〜２０分である。
【００２７】
尚、同様な効果を得るアミン系洗浄剤はでオルメコン社製ＡＲ７０００がある。また、アミン系洗浄剤の使用は、洗浄効果以外に防錆効果も期待できる。主なアミン系洗浄剤成分としては、トリエタノールアミン及びモノエタノールアミン、ジ・エタノールアミンなどがある。
【００２８】
最後に、アミン系洗浄剤を水洗し、乾燥する。
（実験結果１）
本発明の導電層を形成したコネクタ接合構造を有する電気コネクタの接点部に発生するウィスカ量の測定を、銀の含有量の変化に対するウィスカー発生量として表１に示す。
【００２９】
【表１】
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表１は、銀の含有量の変化に対するウィスカー発生量を示した表である。まず、錫層１１に含有する銀の量を銀のめっき時間のみを変化させ、錫中の銀含有率を０ｗｔ％、０．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％，２．０ｗｔ％、５．０ｗｔ％まで変化させたＦＰＣサンプルを作成した。
【００３０】
コネクタは日本圧着端子製造製、０．５ｍｍピッチのＮｏｎ  Ｚｉｆタイプ（コネクタ６）の２１Pinタイプのものを用い、前記の各ＦＰＣサンプルに勘合した状態で常温試験・高温高湿試験・ヒートショック試験を、それぞれ１６８時間、５００時間、１０００時間、１５００時間、２０００時間実施した。
【００３１】
尚、常温試験は、一般的なオフィス環境（気温１０℃〜３０℃、湿度４０％〜８０％）へ放置した。高温高湿試験は、まず結露防止の目的で８５℃環境に約１時間暴露させた後、温度６０℃湿度９０％環境内への放置とした。ヒートショック試験は-４０℃と８５℃（どちらも絶乾に近い状態）の恒温槽にサンプルを３０分毎に繰り返し暴露した。
【００３２】
放置後、９０倍の実体顕微鏡及びＳＥＭにてＦＰＣめっき表面から発生するウィスカーの発生状況を確認・測長した。表１は確認される最も長いウィスカー長を記した。
【００３３】
表１に示すように、錫層１１内に含有する銀の量が０．５ｗｔ％以上であれば外部応力により発生するウィスカーを５０μｍまでに抑える事ができる。
【００３４】
尚、ウィスカー長さ５０μｍは、電子・電気機器業界にて一般的に採用されているウィスカー長さ規格である。
（実験結果２）
次に、表２は、錫めっき時間のみを変化させ、錫層１１のめっき厚をそれぞれ０．５μｍ、０．７μｍ、１．０μｍ、１．２μｍ、１．５μｍと変化させ、且つ、アミン系洗浄剤による洗浄工程の有無にてはんだ付け性能を評価した結果である。
【００３５】
【表２】
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サンプルＦＰＣは結露防止のため８５℃にて約１時間放置した後、６０℃９０％の雰囲気中に１６８時間放置したものをはんだ付き性評価用ＦＰＣとした。
（１）手によるはんだ付け性（半田濡れ性）の確認。
こて先温度がコントロール可能なはんだごて（ＨＡＫＫＯ社製）を用い、３５０℃に設定した。ヤニ入りはんだは日本アルミット社製（ＫＲ−１９ＳＨ  ＲＭＡ）を使用し、手はんだ性能を評価するため半田濡れ性を確認した。
（２）リフローによるはんだ付き性の確認。
プリヒート１５０℃、１２０秒、はんだ付け２３５℃、１０秒にてリフローを実施後、はんだ濡れ性を確認した。尚、リフロー炉は千住金属製のものを使用した。
【００３６】
表２に示すように、手によるはんだ付け及びリフローによるはんだ付け共、錫層１１のめっき厚が１．０μｍ以上であり、且つアミン系洗浄剤による洗浄の実施により、めっき面積に対して９０％以上のはんだ濡れ性を確保する事ができた。９０％以上のはんだ濡れ特性は、電気・電子機器業界では一般的にはんだの濡れ特性規格として幅広く用いられており、十分市場の要求に適応する値である。
【００３７】
以上のように、本発明の電機コネクタ接合構造及びそれに用いるフレキシブルプリント配線基板は、耐ウィスカー性に優れ、半田の濡れ特性が良好な電気コネクタ構造、フレキシブルプリント配線基板を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る電気コネクタの接合構造は、コネクタとケーブル又は配線基板が接合される接触部に銀を含有する錫系のめっきを施すことにより接続部に加わる外部応力に起因して発生するウィスカーを抑制することができ、また、有害物質である鉛を含まず無鉛化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣの概観斜視図
【図２】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣが勘合される電気コネクタの正面図
【図３】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣが勘合される電気コネクタの図２のＢＢ線に沿った断面図
【図４】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣが挿入された状態の正面図
【図５】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣが挿入された電気コネクタの図４のＣＣ線に沿った断面図
【図６】本発明の実施例のフレキシブル配線基板ＦＰＣの図１のＡＡ線に沿った断面図
【符号の説明】
【００４０】
１  ＦＰＣ
２  ベースフィルム
３  補強板
４  導電層
５  カバーレイ
６  電気コネクタ
７  ハウジング
８  タームナル
９  接点部
１０  銅パターン
１１  銀を含有する錫層
１２  接着剤層
１３  分離壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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