(57)【要約】【課題】めっき処理された導電体に所定の接圧で嵌合するコネクタ端子において、めっき皮膜の圧縮応力を抑制する。【解決手段】  フレキシブルプリント配線基板５の端子導通部５４に鉛を含まない錫系合金でめっき処理を施し、コネクタ端子１の接点部２をめっき皮膜７に嵌合させる。このとき、めっき皮膜７には、コネクタ端子１のばね力による接圧がかかっている。コネクタ端子の断面形状は、単一の曲率半径Ｒとなっている。これにより、めっき皮膜の圧縮応力が７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）以下となる。【選択図】図３
2007042342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき処理された導電体に嵌合されるコネクタ端子であって、
上記コネクタ端子と上記導電体との接触部の厚み方向の断面形状が単一の曲率半径Ｒ（ｍｍ）をし、
上記曲率半径Ｒは、上記コネクタ端子と上記導電体との接圧Ｆ（ｇｆ）が５（ｇｆ）以上４０（ｇｆ）以下のとき、式（１）の範囲を満たし、上記コネクタ端子と上記導電体との接圧Ｆが４０（ｇｆ）をこえて１５０（ｇｆ）以下のとき、式（２）の満たすことを特徴とするコネクタ端子。
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ・・・（１）
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ＜１８４／（Ｆ−４０）＋０．０３・・・（式１）
【請求項２】
上記めっき処理は、鉛を含まない錫系合金によるものであることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント配線基板等の電解めっきされたコネクタ端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器等に用いられる部品や基板には、銅や銅合金が配線部に使用されている。そして、これらを他の基板等と電気的に接続する場合、コネクタ接続することが多く行われている。コネクタ接続では、接触抵抗の低下による導通不良を防止するために、配線基板の表面に、はんだめっき処理が施される。
【０００３】
はんだめっきの材料には、錫を主成分とする錫−鉛系のはんだ合金が用いられている。錫−鉛系のはんだ合金は、はんだ濡れ性が良く、ウィスカと称するひげ状の結晶が抑制されるなどのメリットがある。しかしながら、鉛は、人体に有害であるため、廃棄された使用済みの電子機器が酸性雨等にさらされると、溶け出した鉛が環境汚染の原因となってしまう。鉛による環境汚染を回避するために、近年、鉛を含まない、いわゆる、鉛フリーはんだ合金が検討されている。
【０００４】
フレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルのめっき処理に、純錫、錫−銅合金、錫−ビスマス合金などの鉛を含まない金属を用いた場合、めっき皮膜とコネクタ端子との接続部からウィスカが成長する可能性が高くなる。ウィスカが成長すると、隣のコネクタ端子や端子導通部にウィスカが接触することで短絡が生じるという問題が発生する。この問題は、銅配線のピッチが非常に小さい場合、特に、端子導通部における端子が０．５ｍｍピッチ以下で生じやすい。
【０００５】
従来、ウィスカの発生を防止するために、純錫、錫系合金を用いて電解めっきしたフレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルの端子部分をコネクタ端子と嵌合した後、コネクタ嵌合部を少なくとも１００℃で熱処理するコネクタ端子嵌合部の熱処理方法が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、フレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルなどの端子導通部とコネクタ端子との電気的接続信頼性を確保するために、フレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルの端子導通部にめっき処理を施したうえで、さらに、コネクタ端子を付勢して、めっき処理を施した端子導通部とコネクタ端子とを一定圧力をかけて嵌合させている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−４８２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１３は、従来のコネクタ端子１０と端子導通部１２の断面図である。端子導通部１２の表面には、錫系合金のめっき皮膜１１が施されている。コネクタ端子１０は、断面略四角形であるが、コネクタ成形時のプレス加工過程で、めっき皮膜１１と接触する面の角がとられる。めっき皮膜１１及び端子導通部１２は、コネクタ端子１０の接圧により変形している。コネクタ端子１０とめっき皮膜１１との接触際１３には、コネクタ端子１０のばね力により、圧縮応力が生じている。ところが、近年、圧縮応力は、ウィスカ発生の駆動力となると考えられている。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、めっき処理された導電体に所定の接圧で嵌合するコネクタ端子であって、電気的接合信頼性を確保するとともに、ウィスカを抑制するコネクタ端子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明を適用したコネクタ端子は、めっき処理された導電体に嵌合されるコネクタ端子であって、コネクタ端子と導電体との接触部の厚み方向の断面形状が単一の曲率半径Ｒをしている。この曲率半径は、コネクタ端子と導電体の接圧から決まる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、めっき処理された導電体に嵌合されるコネクタ端子において、コネクタ端子と導電体との接触部の厚み方向の断面形状を単一の曲率半径Ｒとすることにより、めっき処理により形成されためっき皮膜の圧縮応力を緩和し、コネクタ端子と導電部との電気的接合信頼性を確保しつつ、ウィスカの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を適用したコネクタ端子について説明する。図１は、コネクタ端子１の外観を示す。コネクタ端子１は、例えば、０．５ｍｍピッチ以下の高密度コネクタ端子である。コネクタ端子１は、図２に示すような、金属薄板３を打ち抜いて成型される。コネクタ端子１は、Ｕ字型をしており、解放部分を開くと逆方向のばね力が発生する。コネクタ端子１の一方の先端部には、接点部２が設けられている。コネクタ端子１は、フレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルを挟み込むように取り付けられる。フレキシブルプリント配線基板やフレキシブルフラットケーブルの端子接続部には、めっき皮膜が施されている。コネクタ端子の接点部２は、コネクタ端子１のばね力により、めっき皮膜に嵌合する。
【００１３】
図３は、コネクタ端子１の断面斜視図である。コネクタ端子１の接点部２は、断面形状が単一の曲率半径Ｒとなるように成型されている。本発明を適用したコネクタ端子１は、曲率半径Ｒを適当な値とすることにより、めっき皮膜に生じる圧縮応力を低下させ、ウィスカを防止している。接点部２の成型には、例えば、図４に示すような、断面形状が単一の曲率半径Ｒに成型された曲面を持つ金型４を利用する。
【００１４】
図５、図６を参照して、コネクタ端子１が嵌合されるフレキシブルプリント配線基板、５及び、フレキシブルフラットケーブル６を説明する。
【００１５】
図５（ａ）は、フレキシブルプリント配線基板５の正面図であり、図５（ｂ）はフレキシブルプリント配線基板５の断面図である。フレキシブルプリント配線基板５は、電気配線回路が形成された導電体５１と、導電体５１を挟む２枚の絶縁体５２，５３を備える。導電体５１の一部は、コネクタ端子１を接続するための端子導通部５４となっている。端子導通部５４には、複数の端子５６が設けられており、各々の端子５６にコネクタ端子１が取り付けられる。端子導通部５４が形成された領域は、絶縁体５２が取り付けられておらず外部に露出している。この露出した部分にコネクタ端子１の接点部２が嵌合する。また、絶縁体５３の導電体５２と接しない面には補強板５５が取り付けられている。
【００１６】
図６（ａ）は、フレキシブルフラットケーブル６の正面図であり、図６（ｂ）はフレキシブルフラットケーブル６の断面図である。フレキシブルフラットケーブル６は、図６（ｂ）に示すように、電気配線回路が形成された導電体６１と、導電体６１を挟む２枚の絶縁体６２，６３を備える。導電体６１の一部には、コネクタ端子１と接続するための端子導通部６４が設けられている。端子導通部６４には、コネクタ端子１が接続される複数の端子６６が設けられている。端子導通部６４付近には、絶縁体６２，６３が取り付けられておらず、端子導通部６４の一方の面に補強テープ６５が取り付けられている。コネクタ端子１の接点部２は、補強テープ６５が取り付けられていない面に嵌合する。
【００１７】
図７は、フレキシブルプリント配線基板５にコネクタ端子１が取り付けられたときの斜視図である。フレキシブルプリント配線基板５は、端子導通部５４と絶縁体５３と補強板５５との３層から成る。端子導通部５４の裏面には、絶縁体５３が貼りあわされており、絶縁体５３には、補強板５５が貼りあわされている。端子導通部５４の表面には、鉛を含まない錫主体の合金によるめっき皮膜７が形成されている。このとき、コネクタ端子１と錫合金めっきとの間には、電気接続信頼性を確保するため、コネクタ端１子のばね力によって、ある一定以上の接圧がかかっている。このばね力により、コネクタ端子１の接点部２はめっき皮膜７に嵌合している。
【００１８】
図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。このＡ−Ａ断面図はコネクタ端子１の厚み方向の断面形状を示している。図８に示すように、コネクタ端子１の接点部２の表面は、断面形状が単一の曲率半径Ｒとなるように成型されている。
【００１９】
曲率半径Ｒは、コネクタ端子１とめっき皮膜７との接圧Ｆ（ｇｆ）が５（ｇｆ）以上４０（ｇｆ）以下のとき、式（１）を満たし、コネクタ端子と導電体と接圧Ｆが４０（ｇｆ）をこえて１５０（ｇｆ）以下のとき、式（２）を満たす。これにより、メッキ皮膜７に生じる圧縮応力が緩和され、ウィスカの発生が防止される。  
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ（ｍｍ）・・・（１）
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ（ｍｍ）＜１８４／（Ｆ−４０）＋０．０３・・・（２）
【実施例】
【００２０】
以下の実施例、並びに、比較例によって、詳細に説明する。図９は、接圧が９０ｇｆのとき、Ｒ０．３ｍｍ、１．５ｍｍ、９ｍｍの断面形状のコネクタ端子１をめっき皮膜７に嵌合させ、有限要素法シミュレーションでの弾性応力解析を行ったときの、コネクタ端子１の接触際における、めっき皮膜７の応力値の計算結果である。接触際とは、コネクタ端子１とめっき皮膜７とが離れる付近であり、応力が最も高くウィスカが発生する可能性が高い。
【００２１】
発明者らは、実験と応力解析の結果から、ウィスカは接触際の圧縮応力を７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）以下にすると抑制することができることを確認した。接点部２の曲率半径Ｒを式（１）、式（２）の範囲にすると、接触際の圧縮応力７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）に抑えることができる。
【００２２】
図９より、Ｒが０．４ｍｍのとき圧縮応力が約７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）であり、Ｒが１．５ｍｍのとき圧縮応力が約４５（ｋｇｆ／ｍｍ２）であり、Ｒが９ｍｍのとき圧縮応力が約１００（ｋｇｆ／ｍｍ２）である。これにより、Ｒ９ｍｍと、Ｒ１．５ｍｍと、Ｒ０．３ｍｍとでは、Ｒ１．５ｍｍのとき圧縮応力が最も緩和されていることがわかる。
【００２３】
Ｒ１．５ｍｍで圧縮応力が最も緩和される理由を説明する。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、Ｒ９ｍｍ、Ｒ１．５ｍｍ、Ｒ０．３ｍｍとしたときの、コネクタ端子１とめっき皮膜７の断面図と、めっき皮膜７に生じる圧縮応力の大きさとを示している。Ｒ９ｍｍであるとき、図１０（ａ）に示すように、接触際の局所的な歪みが大きくなり接触際に応力が集中する。Ｒ０．３ｍｍであると、図１０（ｃ）に示すように、コネクタ端子１とめっき皮膜７との接触面積が小さくなることによって接触領域の平均応力が大きくなる。特に、接点部２の先端で圧縮応力が極大となり接触際の応力も大きくなる。また、Ｒ１．５ｍｍであると、図１０（ｂ）に示すように、接触際の局所的な歪みを緩和でき、かつ接触面積が小さくならないため、接触際の応力が最も緩和される。
【００２４】
図９において、接触際の圧縮応力が７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）以下となる領域は、曲率半径Ｒ０．４ｍｍ以上３．７ｍｍ以下の領域である。これにより、ウィスカの発生を防止するためには、接圧９０ｇｆのときＲを０．４ｍｍ以上３．７ｍｍ以下とすることが必要であることがわかった。
【００２５】
図１１は、接圧が５ｇｆ、６５ｇｆ、９０ｇｆ、１５０ｇｆと変化させた場合の、コネクタ端子１の曲率半径Ｒと接触際の圧縮応力との関係を示す。図１１において、１点鎖線は接圧５ｇｆ、２点鎖線は接圧６５ｇｆ、点線は接圧９０ｇｆ、実線は接圧１５０ｇｆの測定結果である。図１１の斜線部分は、圧縮応力が７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）以上の領域である。この領域をウィスカ発生領域と呼ぶ。
【００２６】
図１１より、接圧５ｇｆのときはコネクタ端子１の曲率半径Ｒを０．１ｍｍ以上にし、接圧６５ｇｆのときはコネクタ端子１の曲率半径Ｒを０．３ｍｍ以上７．７ｍｍ以下し、接圧９０ｇｆのときは曲率半径Ｒを０．４ｍｍ以上３．７ｍｍ以下にし、接圧１５０ｇｆのときは曲率半径Ｒを０．６ｍｍ以上１．７ｍｍ以下にすることで、接触際の応力を７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）にしてウィスカを抑制することができることがわかる。
【００２７】
以上の結果から、接圧と曲率半径Ｒとの上限、下限の関係を曲線フィッティングした結果を図１２に示す。フィッティングの結果、曲率半径の上限ＲＭａｘの曲線は、式（３）のようになる。  
ＲＭａｘ＝１８４／（Ｆ−４０）＋０．０３  ・・・・（３）
また、曲率半径の下限ＲＭｉｎは、式（３）のようになる。  
ＲＭｉｎ＝０．００３５×Ｆ＋０．０８      ・・・・（４）
【００２８】
図１２からわかるように、接圧約４０ｇｆ以下であるとき、曲率半径Ｒが大きくても圧縮応力が７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）を超えることはない。そのため、接圧Ｆ（ｇｆ）が５（ｇｆ）〜１５０（ｇｆ）の領域で使用されるコネクタ端子では、
コネクタ端子の曲率半径Ｒの範囲を
接圧５（ｇｆ）以上４０（ｇｆ）以下のとき、
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ（ｍｍ）とし、
接圧４０（ｇｆ）をこえて１５０（ｇｆ）以下のとき、
０．００３５×Ｆ＋０．０８＜Ｒ（ｍｍ）＜１８４／（Ｆ−４０）＋０．０３
とすれば、接触際の圧縮応力が７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）以下とすることができ、鉛を含まない錫系合金を使用した場合、接圧をかけてもウィスカを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用したコネクタ端子の外観を示す斜視図である。
【図２】コネクタ端子を成型する金属薄板の外観を示す斜視図である。
【図３】コネクタ端子の断面斜視図である。
【図４】コネクタ端子の接点部をプレスするための金型、及びプレスする状態を示す概念図である。
【図５】フレキシブルプリント配線基板の正面図及び断面図である。
【図６】フレキシブルフラットケーブルの正面図及び断面図である。
【図７】フレキシブルプリント配線基板にコネクタ端子が取り付けられたときの断面斜視図である。
【図８】コネクタ端子の厚み方向の断面形状を示す断面図である。
【図９】接圧９０ｇｆであるとき、コネクタ端子の曲率半径Ｒ９ｍｍ、Ｒ１．５ｍｍ、Ｒ０．３ｍｍとしたときのめっき皮膜の圧縮応力の変化を示したグラフである。
【図１０】曲率半径Ｒ９ｍｍ、Ｒ１．５ｍｍ、Ｒ０．３ｍｍのコネクタ端子、及び、これらのコネクタ端子を嵌合させたときのめっき皮膜の圧縮応力を示した概念図である。
【図１１】接圧５ｇｆ、６５ｇｆ、９０ｇｆ、１５０ｇｆと変化させた場合の、コネクタ端子の曲率半径Ｒとめっき皮膜の接触際の圧縮応力との関係を示すグラフである。
【図１２】接圧と曲率半径Ｒの上限、下限の関係を曲線フィッティングしたグラフである。
【図１３】従来のコネクタ端子と端子導通部の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  コネクタ端子、２  接点部、３  金属薄板、４  金型、５  フレキシブルプリント配線基板、５１  導電体、５２  絶縁体、５３  絶縁体、５４  端子導通部、５６  端子、６  フレキシブルフラットケーブル、７  めっき皮膜
【図１】
2007042342.tif 000003
【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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【図７】
2007042342.tif 000009
【図８】
2007042342.tif 000010
【図９】
2007042342.tif 000011
【図１０】
2007042342.tif 000012
【図１１】
2007042342.tif 000013
【図１２】
2007042342.tif 000014
【図１３】
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