(57)【要約】【課題】コネクタとの嵌合など大きな外部応力がかかる環境下においても、コネクタの端子およびフレキシブルフラットケーブルの導体に形成されるめっき層やはんだから、ウィスカが発生するおそれの少ない、あるいは発生してもその長さが５０μｍ未満であり、かつ優れた耐屈曲特性を備えたフレキシブルフラットケーブルを提供する。【解決手段】Ｓｎ系めっき層を被覆した端子１２を備えたコネクタ１１に嵌合され、端子１２と接する導体１６が内部に配設されたフレキシブルフラットケーブル１３において、導体１６の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、素線とＳｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であるものである。【選択図】図１
2012038656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ系めっき層を被覆した端子を備えたコネクタに嵌合され、前記端子と接する導体が内部に配設されたフレキシブルフラットケーブルにおいて、
前記導体の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、前記素線と前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル。
【請求項２】
前記端子のＳｎ系めっき層の厚さは、前記導体のＳｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さよりも薄くされる請求項１記載のフレキシブルフラットケーブル。
【請求項３】
Ｓｎ系めっき層を被覆した端子を備えたコネクタに嵌合され、前記端子と接する導体が内部に配設されたフレキシブルプリント配線基板において、
前記導体の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、前記素線と前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であることを特徴とするフレキシブルプリント配線基板。
【請求項４】
前記端子のＳｎ系めっき層の厚さは、前記導体のＳｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さよりも薄くされる請求項３記載のフレキシブルプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線用導体または端末接続部として電気機器に使用されるフレキシブルフラットケーブル及びフレキシブル配線基板に係り、特にコネクタに嵌合されて使用されるフレキシブルフラットケーブル及びフレキシブル配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線材、特に銅や銅合金の表面には、配線材の酸化を防ぐために、Ｓｎ，Ａｇ，ＡｕやＮｉのめっきが施される。
【０００３】
例えば、図１に示すように、コネクタ（コネクタ部材）１１と、フレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣという）１３およびフレキシブルプリント配線基板（以下、ＦＰＣという）１４の端部１５においては、コネクタ１１の端子（金属コネクタピン）１２や、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６の表面などにめっきが施されている。中でも、Ｓｎはコストが安価であり、軟らかく嵌合の圧力で容易に変形し接触面積が増え接触抵抗が低く抑えられることから、導体１６および端子１２の表面にＳｎめっきを施したものが広く一般的に使用されている。
【０００４】
このＳｎめっき用合金として、従来は耐ウィスカ性が良好なＳｎ−Ｐｂ合金が用いられてきたが、近年は環境面での対応の観点から、Ｐｂフリー材（非鉛材）、ノンハロゲン材の使用が求められており、配線材に使用される各種材料に対してもＰｂフリー化、ノンハロゲン化が求められている。
【０００５】
ところがＳｎめっきのＰｂフリー化に伴って、特にＳｎまたはＳｎ系合金めっきにおいては、Ｓｎの針状結晶であるウィスカがめっきから発生し、ウィスカによる隣接配線間の短絡事故が問題となっている。特に、パッケージを高密度化すべく隣接配線間の配設ピッチが数百μｍ以下とされる近年のＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４においては、隣接配線間の短絡を防止するため、ウィスカ長さは最大でも５０μｍ未満とする必要がある。
【０００６】
ウィスカの発生原因の一つとして考えられているＳｎめっき中の応力を緩和させるため、電気メッキしたＳｎをリフロー処理することにより、ウィスカの発生を低減させることが可能であるとされている。
【０００７】
しかし、コネクタとの嵌合など新たな外部応力がかかる場合は、リフロー処理を施してもウィスカの発生を抑えることができない。
【０００８】
この問題に対し、Ｓｎめっきに２〜４ｍａｓｓ％のＢｉを添加した合金めっきによりウィスカを抑制することが提案されている（例えば、特許文献１〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３４３５９４号公報
【特許文献２】特開２０００−５４１８９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１４５７号公報
【特許文献４】特開２００７−４６１５０号公報
【特許文献５】特開２００７−１８４１４２号公報
【特許文献６】特開２００８−１１３００３号公報
【特許文献７】特開２０１０−１５６９２号公報
【特許文献８】特開２００３−８６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、本発明者らの検討により、ＦＦＣを嵌合するコネクタの端子上のＳｎ系めっき層の厚さによっては、ＦＦＣ側の導体上に例えば２〜４ｍａｓｓ％のＢｉを含有したＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を被覆しても、コネクタの端子側のＳｎ系めっき層から最大長さ５０μｍ以上の長いウィスカが成長することが確認されている。
【００１１】
また、一方で、Ｂｉの添加量を１５ｍａｓｓ％以上とすると、めっき層が硬くなり、ひび割れなどの不都合が生じやすくなり、耐屈曲特性が低下してしまうことが報告されている（例えば、特許文献４，５参照）。
【００１２】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、特にコネクタとの嵌合など大きな外部応力がかかる環境下においても、コネクタの端子およびフレキシブルフラットケーブルの導体に形成されるめっき層やはんだから、ウィスカが発生するおそれの少ない、あるいは発生してもその長さが５０μｍ未満であり、かつ優れた耐屈曲特性を備えたフレキシブルフラットケーブルおよびフレキシブルプリント配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、Ｓｎ系めっき層を被覆した端子を備えたコネクタに嵌合され、前記端子と接する導体が内部に配設されたフレキシブルフラットケーブルにおいて、前記導体の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、前記素線と前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であるフレキシブルフラットケーブルである。
【００１４】
前記端子のＳｎ系めっき層の厚さは、前記導体のＳｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さよりも薄くされてもよい。
【００１５】
また本発明はＳｎ系めっき層を被覆した端子を備えたコネクタに嵌合され、前記端子と接する導体が内部に配設されたフレキシブルプリント配線基板において、前記導体の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、前記素線と前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、前記Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であるフレキシブルプリント配線基板である。
【００１６】
前記端子のＳｎ系めっき層の厚さは、前記導体のＳｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さよりも薄くされてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コネクタとの嵌合など大きな外部応力がかかる環境下においても、コネクタの端子およびフレキシブルフラットケーブルの導体に形成されるめっき層やはんだから、ウィスカが発生するおそれの少ない、あるいは発生してもその長さが５０μｍ未満であり、かつ優れた耐屈曲特性を備えたフレキシブルフラットケーブルおよびフレキシブルプリント配線基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用されるＦＦＣおよびＦＰＣとコネクタとの接続構造を示す図である。
【図２】従来のＦＦＰおよびＦＰＣとコネクタとの嵌合部からウィスカが発生する様子を示す図である。
【図３】本発明にかかる導体表面のＡＥＳ深さ方向分析結果例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）およびフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）をコネクタに嵌合する接続構造を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、複数の導体１６が所定の間隔で並行に配列され、その両面を、絶縁フィルム１７でラミネートされてなるＦＦＣ１３またはＦＰＣ１４の端部１５は、導体１６が絶縁フィルム１７から露出されており、端部１５がコネクタ１１に嵌合されると、コネクタ１１が備える端子１２とＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６とが接触して、端子１２と導体１６とが電気的に接続される。
【００２２】
導体１６の素線はＣｕまたはＣｕ合金からなる。また、導体１６の素線の周囲と、端子１２の端子部材の周囲には、耐酸化性を向上させるために、Ｓｎ系めっき層が形成されている。
【００２３】
ＦＦＣ１３またはＦＰＣ１４と、コネクタ１１との接続は、導体１６が端子１２から受ける外部応力によって拘束されて為されており、Ｓｎ系めっき層に外部応力がかかると、その応力を緩和すべく、図２に示すように、導体１６と端子１２との接点（嵌合部）近傍からＳｎの針状結晶であるウィスカ１８が発生・成長する。ウィスカ１８の成長が進行すると、隣接する配線から成長したウィスカ１８と接するなどし、隣接配線間の短絡事故が発生するおそれがある。
【００２４】
そこで従来から導体１６からのウィスカ１８の発生・成長を抑制するために、Ｓｎ系めっき層にＢｉを添加したＳｎ−Ｂｉ系めっき層を導体１６に用いることが行われている。このとき、過剰なＢｉの添加はＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の耐屈曲特性を低下させるため、Ｂｉの添加量は数ｍａｓｓ％程度とされてきた。
【００２５】
一方、本発明者らが鋭意研究した結果、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４と、コネクタ１１との接続構造においては、導体１６からのウィスカ１８の発生を抑制することに加えて、コネクタ１１の端子１２から成長するウィスカ１８を抑制することが重要であることが分かった。ウィスカ１８の成長に寄与するＳｎ原子はＳｎ系めっき層から供給されており、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６と比較して、めっき厚さを大きくされることが多いコネクタ１１の端子１２には、より長いウィスカ１８が成長しやすいことが原因である。そのため、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６のＳｎ系めっき層にＢｉ濃度が数ｍａｓｓ％のＳｎ−Ｂｉ系めっき合金を用いても、コネクタ１１の端子１２からウィスカ１８が発生するため、十分な耐ウィスカ特性が得られないことが分かった。
【００２６】
そこで本発明者らは、導体１６のＳｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度を変化させ、Ｂｉ濃度と、コネクタ１１の端子１２の耐ウィスカ特性との関係について鋭意検討した結果、導体１６のＳｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度を１０ｍａｓｓ％以上、好ましくは２０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは３０ｍａｓｓ％以上とすることで、十分な耐ウィスカ特性が得られることが判明した。これは、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６のＳｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度を高濃度にすることによって、コネクタ１１との嵌合部において、端子１２のＳｎ系めっき層へ導体１６側から拡散するＢｉの量が増大し、端子１２側で発生するウィスカ１８を抑制したものと考えられる。
【００２７】
ところで、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度を高濃度化すると、めっき層が硬く脆くなり、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の重要な特性である耐屈曲特性が劣化することが懸念される。しかし本発明者らは、実際に屈曲特性を決定する支配因子は、Ｓｎ系めっき層とＣｕ素線との間に形成される金属間化合物層（Ｃｕ3Ｓｎ系およびＣｕ6Ｓｎ5系）の厚さであり、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度には依存しないことを見出した。また、この金属間化合物層の合計厚さを１μｍ以下とすれば、良好な屈曲特性が得られることが分かった。なお、金属間化合物層は、通電焼鈍をしなくても、室温状態で厚さ０．３μｍ程度は形成されているため、事実上、金属間化合物層の厚さは０．３μｍ以上となる。
【００２８】
以上の検討結果を踏まえた本実施の形態にかかるＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４は、導体１６の素線の周囲にＳｎ−Ｂｉ系めっき層が形成されていると共に、素線とＳｎ−Ｂｉ系めっき層との間に合計厚さが１μｍ以下の金属間化合物層が形成され、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする。
【００２９】
導体１６にＳｎ−Ｂｉ系めっき層を形成する際において、初期のＢｉ濃度は必ずしも１０ｍａｓｓ％以上とならなくても良い。これは、導体１６の製造工程において、めっき処理後のリフロー処理あるいはアニール処理により、めっき層とＣｕ素線との界面でＳｎ−Ｃｕ系金属間化合物相が成長してめっき層中のＳｎが消費されるため、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度が初期より上昇するからである。したがって、この熱処理後における導体１６のＳｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であればよい。
【００３０】
また、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層にＺｎを添加することも有効であるが、Ｚｎの添加量が多すぎると、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層の表面（すなわち導体１６の表面）に形成されるＺｎ酸化膜層が厚くなり、導体１６と端子１２との接触抵抗の増大や耐ウィスカ特性の劣化があるため、Ｚｎ添加量は微量（数ｍａｓｓ％）とする。
【００３１】
コネクタ１１の端子１２に形成されるＳｎ系めっき層としては、例えば、純Ｓｎめっき、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき、Ｓｎ−Ｃｕ系めっき、Ｓｎ−Ａｇ系めっきなどを使用することができる。コネクタ１１側のＳｎ系めっき層の厚さは特に限定されるものではないが、例えば０．５μｍ〜７μｍ程度のものを使用することができる。
【００３２】
他方、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６に形成されているＳｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さは、コネクタ１１の端子１２に形成されているＳｎ系めっき層の厚さよりも小さくされる。
【００３３】
以上要するに、本発明によれば、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の導体１６に形成されているＳｎ−Ｂｉ系めっき層のＢｉ濃度を１０ｍａｓｓ％以上とすることで、導体１６側からコネクタ１１の端子１２に形成されているＳｎ系めっき層にＢｉが拡散し、端子１２で発生するウィスカ１８を抑制できる。このため、コネクタ１１の構成を何ら変更することなく、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４をコネクタ１１に嵌合してなる接続構造の耐ウィスカ特性を良好なものとすることができる。
【００３４】
また、導体１６の素線と、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層との間に形成されている金属間化合物層の合計厚さが１μｍ以下であるため、ＦＦＣ１３およびＦＰＣ１４の耐屈曲特性を劣化させることなく、耐ウィスカ特性を改善できる。
【００３５】
本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく、例えば、はんだ接合により構成される接続構造に適用することも可能である。この場合、Ｓｎ系はんだ合金を用いたはんだ接合後の、接合部におけるＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上であると、接合部におけるウィスカの発生と成長を抑制することができる。
【実施例】
【００３６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００３７】
Ｓｎに微量のＺｎ、並びに種々の濃度のＢｉを添加しためっき合金を作製し、溶融めっき装置を用いて、Φ０．６ｍｍのＣｕ線の周囲に厚さ５μｍのめっき膜を施した。その後、冷間伸線・圧延工程を経て厚さ０．０３５ｍｍ、幅０．３ｍｍの平角線を作製した。次いで通電アニーラを使用して種々の条件でリフロー処理を施した。作製した導体は、耐屈曲性試験（左右９０°、曲げＲ＝５ｍｍ）を行い、屈曲破断回数を調査した。また、ＡＥＳ深さ方向分析により、導体表面からの各元素の濃度分布を求め、図３に示すように、金属間化合物層・Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さや、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度（平均濃度）を求めた。
【００３８】
次に、これら作製した導体を５０本、０．５ｍｍピッチで並行に配列し、その両面を、ポリエステル系接着剤層を片面に有するポリエステルフィルムでラミネートし、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）を作製した。作製したＦＦＣ各５枚（２５０ｐｉｎ）を、Ｓｎ系めっき層厚さ２μｍの端子を備えるコネクタと嵌合し、室温に２５０ｈｒ放置した。その後、ＦＦＣをコネクタから外し、ＦＦＣ側およびコネクタ側の嵌合部で発生・成長したウィスカをＳＥＭで測長し、その最大長を求めた。
【００３９】
作製した各導体の金属間化合物層厚さ、Ｓｎ−Ｂｉ系めっき層の厚さおよびＢｉ濃度と、各導体を用いて作製したＦＦＣの屈曲破断回数、最大ウィスカ長との関係を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2012038656.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、Ｂｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以下である従来例１，２のＦＦＣは、最大ウィスカ長が５０μｍ以上であった。
【００４２】
これに対し、導体のＳｎ−Ｂｉ系めっき層中のＢｉ濃度が１０ｍａｓｓ％以上である実施例１〜４のＦＦＣは、最大ウィスカ長が５０μｍ未満と良好な耐ウィスカ特性を示しており、Ｂｉ濃度が高くなるほどウィスカの成長が抑制された。また、金属化合物層の厚さが１μｍ以下である実施例１〜４のＦＦＣは、屈曲破断回数が２万回以上と良好な耐屈曲特性を示しており、Ｂｉ濃度が高くなることによる屈曲特性の劣化は見られなかった。
【００４３】
一方、通電アニーラの条件を変えて焼鈍を強くし、金属間化合物層の厚さを大きくした比較例１では、Ｂｉ濃度が高いため耐ウィスカ特性は良好であるが、屈曲破断回数が８千回程度と、耐屈曲特性が劣化している。
【符号の説明】
【００４４】
１１  コネクタ
１２  端子
１３  フレキシブルフラットケーブル
１６  導体
【図３】
2012038656.tif 000004
【図１】
2012038656.tif 000005
【図２】
2012038656.tif 000006