(57)【要約】【課題】耐ウイスカー性を改善すること、耐食性や挿抜耐久性等の接触信頼性及びはんだ濡れ性にも優れた良好なフレキシブルフラットケーブル用の平角導体を得ることを目的とする。更に、錫系合金めっきを用いて単層でウィスカー抑制効果の高いめっきを施すことにより、めっき工程を簡易にすること、めっき厚さを管理しやすくすることを目的とする。【解決手段】少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線２上に、錫−パラジウム合金めっき層３が形成され、前記錫−パラジウム合金めっき層３において、めっき層３の厚さが０．３〜１．０μｍ且つ、パラジウム含有量が３〜２５質量％であることを特徴とするケーブル用平角導体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線上に、錫−パラジウム合金めっき層が形成され、前記錫−パラジウム合金めっき層において、錫−パラジウム合金めっき層の厚さが０．３〜１．０μｍ且つ、パラジウム含有量が３〜２５質量％であることを特徴とするケーブル用平角導体。
【請求項２】
前記錫−パラジウム合金めっき層と下地銅或いは銅合金配線間に錫−銅金属間化合物層が形成されないことを特徴とする請求項1記載のケーブル用平角導体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のケーブル用平角導体を用い、少なくともコネクタと嵌合されるフレキシブルフラットケーブル端子部の銅或いは銅合金配線上に、前記錫−パラジウム合金めっき層が形成されていることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル端子部。
【請求項４】
請求項３に記載のフレキシブルフラットケーブル端子部を備え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５】
少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線上に、パラジウム含有量が３〜２５質量％の錫−パラジウム合金によるめっき処理を施す工程と、錫−パラジウム合金めっき層の厚さを０．３〜１．０μｍに調整する工程とを備えたことを特徴とするケーブル用平角導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等のプリント基板相互間や、プリント基板と電子部品間の接続用リード線に利用されるケーブル用平角導体、フレキシブルフラットケーブルの端子部及び該端子部を備えるフレキシブルフラットケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器等の小型化や軽量化に伴い、搭載される配線材料も小型化が進んでいる。このため、配線材料には限られたスペースに収まると共にその可とう性も要求されている。そして、配線材料には、例えば、平角状の導体であるケーブル用平角導体を複数本平面状に並べ、これをテープ状の絶縁体材料によって両側からラミネートしたフレキシブルフラットケーブルが使用されている。このフレキシブルフラットケーブルは、端末部を口出し加工して端子部として、プリント配線基板等に接続配線されるが、配線とコネクタの接触抵抗を小さくし、はんだ濡れ性を向上させるために、端子部には通常表面処理が施される。
【０００３】
この表面処理として、例えば、金、錫−鉛合金等による電気めっき処理が挙げられるが、金めっきはコスト的に高くなる問題があり、また鉛を含む合金によるめっき処理では、鉛が溶出して環境を汚染する問題が指摘されており、鉛フリー化が求められている。このため、純錫めっきや鉛を含まない錫系合金のめっきが検討されている。
【０００４】
しかし、錫めっき系の場合にはコネクタと嵌合した時に、端子に押し付けられた周辺のめっき層からウィスカーと呼ばれる針状結晶が成長してくることが知られている。特に、銅系の材料に錫系めっきを施した場合には、銅原子が錫めっき中を拡散していき、銅と錫の金属間化合物を形成する。この金属間化合物は、錫とは結晶構造が異なるために、格子間距離に歪みができ、圧縮応力が生じる。この圧縮応力がウィスカー発生の駆動力となるため、銅系の材料に錫系めっきを施した場合、ウィスカーが発生しやすいと言える。そして、このウィスカーの成長は、フレキシブルフラットケーブルの導体間の短絡を招く一因となってしまう。
【０００５】
そこで、錫系めっきでのウィスカー発生による短絡防止の策として、錫−ビスマスめっき、錫−銀めっき、錫−亜鉛めっきなどの錫系合金めっきの適用が挙げられる。そして、従来技術として、例えば、錫−ビスマス合金めっきを施す方法が開示されている（特許文献１参照。）。又、銅または銅合金導体上に、ビスマス、銀、銅、亜鉛のうち少なくとも１種を０．１〜１５重量％含有する錫合金めっきを形成し、その上層に、亜鉛めっき、銀めっき、錫−亜鉛めっき、錫−ビスマスめっき、錫−銀めっきを形成させる方法が開示されている（特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０４６８号公報
【特許文献２】特開２００７−４６１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載された従来技術においては、導電性基体上に、単一の錫−ビスマス合金層が形成されており、且つビスマスの平均濃度が０．１〜１０重量％であるか、または、導電性基体、導電性基体の上に形成された錫めっき層、錫めっき層の上に形成されたビスマス濃度１〜５重量％の錫−ビスマス合金めっき層の２層めっき構造を形成させる方法が開示されている。しかし、この方法では、はんだ濡れ性や曲げ加工性に優れた電子部品用のリード線を提供することはできるが、ウィスカー発生防止については考慮されておらず、ウィスカー抑制については効果が充分ではない。
【０００８】
又、上記特許文献２に記載された従来技術においては、銅または銅合金導体上に、ビスマス、銀、銅、亜鉛のうち少なくとも１種を０．１〜１５重量％含有する錫合金めっきを形成し、その上層に、亜鉛めっき、銀めっき、錫−亜鉛めっき、錫−ビスマスめっき、錫−銀めっきを形成させる方法が記載されている。純錫めっきと比較するとウィスカーを抑制させる効果はあるが、二層めっき構造のため、めっき工程が増えるといった欠点や、めっき厚さの管理が難しくなるといった欠点が挙げられる。錫系合金めっきを用いて単層でウィスカー抑制効果の高いめっきができれば、めっき工程を単純にすることができ、めっき厚さも管理しやすい。
【０００９】
そこで、本発明は、従来技術の欠点を解消し、ケーブル用平角導体、或いはフレキシブルフラットケーブルの端子部、即ちコネクタとの嵌合部分において、熱処理しても下地銅の拡散を抑制することが可能で、錫−銅合金層が生成せず、めっき層の厚さのばらつきを減少させ、耐ウイスカー性を改善すること、特に、ウィスカーの長さを５０μｍ未満に抑制することを目的とする。又、耐食性や挿抜耐久性等の接触信頼性及びはんだ濡れ性にも優れた良好なフレキシブルフラットケーブル用の平角導体を得ることを目的とする。更に、錫系合金めっきを用いて単層でウィスカー抑制効果の高いめっきを施すことにより、めっき工程を簡易にすること、めっき厚さを管理しやすくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線上に、錫−パラジウム合金めっき層が形成され、前記錫−パラジウム合金めっき層において、錫−パラジウム合金めっき層の厚さが０．３〜１．０μｍ且つ、パラジウム含有量が３〜２５質量％であることを特徴とするケーブル用平角導体である。
【００１１】
又、上記ケーブル用平角導体において、錫−パラジウム合金めっき層と下地銅或いは銅合金配線間に錫−銅金属間化合物層が形成されないことを特徴とするケーブル用平角導体である。
【００１２】
又、上記何れかのケーブル用平角導体を用い、少なくともコネクタと嵌合されるフレキシブルフラットケーブル端子部の銅或いは銅合金配線上に、前記錫−パラジウム合金めっき層が形成されていることを特徴とするフレキシブルフラットケーブル端子部である。
【００１３】
更に、上記のフレキシブルフラットケーブル端子部を備えることを特徴とするフレキシブルフラットケーブルである。
【００１４】
又、少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線上に、パラジウム含有量が３〜２５質量％の錫−パラジウム合金によるめっき処理を施す工程と、錫−パラジウム合金めっき層の厚さを０．３〜１．０μｍに調整する工程とを備えたことを特徴とするケーブル用平角導体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明によれば、錫−パラジウム合金めっきを適用することで、耐食性や挿抜耐久性に優れるとともに、熱処理しても下地銅の拡散を抑制することが出来、錫−銅合金層が生成せず、めっき層の厚さのばらつきを減少させることが出来、ウィスカーの発生を抑制し、耐ウイスカー性を改善させることが可能となった。
【００１６】
特に錫−パラジウム合金めっき層の厚さを０．３〜１．０μｍとし、且つパラジウム含有量を３〜２５質量％の範囲とすることで、ウィスカー長さを５０μｍ未満に抑制することが出来、更に、接触信頼性およびはんだ濡れ性にも優れた良好なケーブル用の平角導体、フレキシブルフラットケーブル端子部を得ることが出来た。
【００１７】
又、錫系合金めっきを用いて単層でウィスカー抑制効果の高いめっきを施すことにより、めっき工程を簡易にすることが出来ると共に、めっき厚さの管理が容易となった。
【００１８】
このようにして得られたフレキシブルフラットケーブル用の平角導体は、適宜の間隔で複数本配置し、各種プラスチックテープで挟んでラミネートすることによって、フレキシブルフラットケーブルとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。本発明のケーブル用平角導体１は、少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線２上に、錫−パラジウム合金めっき層３を形成して構成している。そして、当該ケーブル用平角導体１を用いて構成したフレキシブルフラットケーブル及びその端子部は、少なくともコネクタと嵌合されるフレキシブルフラットケーブル端子部の下地の銅或いは銅合金配線２上に、錫−パラジウム合金めっき層３を形成して構成されている。
【００２０】
そして、錫−パラジウム合金めっき層３は、パラジウムが添加されていることにより、錫−パラジウムなどの金属間化合物層が形成され、この錫−パラジウムなどの金属間化合物層により下地銅原子の拡散を抑制する。
【００２１】
そして、錫−パラジウム金属間化合物層により下地銅原子の拡散を抑制するので、ケーブル用平角導体１は、錫−パラジウム合金めっき層３と下地銅或いは銅合金配線２間に錫−銅金属間化合物層が形成されないで構成されている。錫−銅金属間化合物層が形成されないので、錫−パラジウム合金めっき層３のばらつきを小さく出来る。
【００２２】
従来のフレキシブルフラットケーブル用の錫めっき平角導体１０は、錫めっきが施されたφ０．１〜０．２ｍｍの銅丸線を厚さ０．０３５〜０．１ｍｍに圧延加工した後に、通電アニールなどの熱処理を施すことによって作製している。しかし、図２に示すように、銅系の素材に錫系めっきを施した材料を熱処理したときには、下地銅１２表面からＣｕ３Ｓｎ相１３、Ｃｕ６Ｓｎ５相１４の錫と銅の金属間化合物層（以下、合金層と記す）１７が積層される。
【００２３】
前述のように、これらの合金層１７が形成されることで、錫めっき皮膜中に圧縮応力が生じ、この圧縮応力がウィスカー成長の駆動力となる。また、Ｃｕ３Ｓｎ相１３やＣｕ６Ｓｎ５相１４は凹凸状に成長するため、純錫めっき層１５の厚さがばらつきやすい。この凹凸の激しい合金層が生成されないような錫系めっきがあれば、めっき層厚さのばらつきが減少し、ウィスカー抑制効果が大きいと考えられた。そこで、本発明では、錫と下地金属である銅との熱拡散を抑制させる効果をもつパラジウムを添加した錫−パラジウム合金めっきをしたフレキシブルフラットケーブル用平角導体を作製したものである。
【００２４】
この錫−パラジウム合金めっき層３において、錫−パラジウム合金めっき層３の厚さは０．３〜１．０μｍであることが好ましい。錫−パラジウム合金めっき層３が薄い場合には、接触信頼性やはんだ濡れ性が悪く、錫−パラジウム合金めっき層３が厚い場合には、ウィスカー発生に供給される錫原子の量が多くなり、ウィスカー発生の抑制効果が充分でなく、接触信頼性やはんだ濡れ性を良くし、ウィスカー長さを５０μｍ未満に抑制するためには、錫−パラジウム合金めっき層３の厚さを０．３〜１．０μｍにすること必要だからである。
【００２５】
また、この錫−パラジウム合金めっき層３において、パラジウム含有量は３〜２５質量％であることが好ましい。パラジウム含有量を３〜２５質量％の範囲にするとした理由は、３質量％未満では、パラジウム添加効果が不十分で、錫−銅合金層が形成されてしまい、耐ウィスカー性が充分には改善されない。又、２５質量％を超えると、光沢のないめっきとなってしまい、はんだ濡れ性も低下してしまうためである。尚、めっき条件を変動させることでパラジウム含有率３〜２５質量％の錫−パラジウム合金めっき層を得ることができる。
【００２６】
ケーブル用平角導体１の製造方法としては、少なくとも一部の下地銅或いは銅合金配線上に、パラジウム含有量が３〜２５質量％の錫−パラジウム合金によるめっき処理を施す工程と、錫−パラジウム合金めっき層の厚さを０．３〜１．０μｍに調整する工程とを備えればよく、他の工程としては公知の工程を採用できる。具体的には、軟銅線等の銅或いは銅合金配線に、電解脱脂、酸洗浄等公知の前処理を行い、パラジウム含有量が３〜２５重量％の錫−パラジウム合金による電解めっき法等公知のめっき方法を用いて、めっき処理を施し、下地銅或いは銅合金配線上に錫−パラジウム合金めっき層を形成する。このめっき層は単層であり、メッキ処理は１回でよい。そして、この錫−パラジウム合金めっきした軟銅線を伸線加工して伸線する。次に、圧延機を用いて圧延と通電アニールを行い、錫−パラジウム合金めっき層の厚さを０．３〜１．０μｍに調整し、フレキシブルフラットケーブル用平角導体を作製する。
【００２７】
そして、このようにして得られたフレキシブルフラットケーブル用の平角導体を、適宜の間隔で複数本配置し、各種プラスチックテープで挟んでラミネートすることによって、フレキシブルフラットケーブルを作成することが出来る。
【実施例】
【００２８】
φ0．8ｍｍの軟銅線に、電解めっき法によって錫−パラジウム合金めっき層を形成した。この錫−パラジウム合金めっきした軟銅線を伸線加工によって、φ０．１２ｍｍに伸線した。次に、圧延機を用いて圧延と通電アニールを行い、厚さ０．０３５ｍｍのフレキシブルフラットケーブル用平角導体を作製した。尚、めっき条件を変動させることでパラジウム含有率３〜２５質量％の錫−パラジウム合金めっき層を得、圧延と通電アニール条件を変更することで、錫−パラジウム合金めっき層の厚さを調整した。
【００２９】
このようにして得られた平角導体の縦断面を鏡面研磨した後、走査電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」という。）観察を行い、めっき構造や耐ウィスカー性を評価した。めっき構造は、めっき層厚さと錫−銅合金層の有無を調査した。後述のように、これらのめっき層（皮膜）中には、錫と銅の合金層がほとんど成長していないことが確認できた。さらに、これらの導体を２０本並列に配置し、ポリエステルの絶縁テープでラミネート加工によりフレキシブルフラットケーブルを作製し、端末部の絶縁テープを除去し、錫−パラジウム合金めっきされた銅導体を露出してフレキシブルフラットケーブル端子部とした。ついでこのフレキシブルフラットケーブルの耐ウイスカー性、接触抵抗およびはんだ濡れ性を調査した。
【００３０】
耐ウイスカー性の調査としては、コネクタとの嵌合試験を行い、常温常湿下で５００時間保持後の導体表面をＳＥＭで観察し、発生したウィスカーの最大値を調査した。コネクタにはＪＳＴ製のＺＩＦタイプで端子部にはＳｎリフローめっきを施してあるものを使用した。また、Ａｕ／Ｎｉめっき（Ａｕめっき厚さ：０．３μｍ、Ｎｉめっき厚さ：３．０μｍ）したＪＳＴ製のノンＺＩＦタイプのコネクタに嵌合し、硫化水素１０ｐｐｍ、湿度８５％の雰囲気に４８時間放置して、ガス腐食試験を行った。ついで、テスターによって接触抵抗を測定し、その増加率を算出した。ガス腐食試験前に接触抵抗値に対して、２０％未満の増加率のものを合格として○印で、２０％以上の増加率のものを不合格として×印で記載した。
【００３１】
さらに、コネクタとの挿抜特性を調査するために、前記フレキシブルフラットケーブル端子部と前記コネクタの挿抜を３０回繰り返した後の接触抵抗をテスターによって測定し、挿抜前の接触抵抗値に対する増加率を算出した。挿抜前の接触抵抗値に対して、２０％未満の増加率のものを合格として○印で、２０％以上の増加率のものを不合格として×印で記載した。はんだ濡れ性は、ＪＩＳ  Ｚ３１９８−４に基づいたウェッティングバランス法を用いて行い、初期の濡れ速度についてはゼロクロスタイムで、はんだとの親和性については、はんだ濡れ幅で評価した。ゼロクロスタイム３秒以内で濡れ幅がはんだ浸漬面積の９５％以上であるものを合格として○印で記載し、これを満たさないものは不合格として×印で記載した。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１の実施例１〜６に示されるように、少なくともコネクタと嵌合されるフレキシブルフラットケーブルの銅或いは銅合金配線上に錫−バラジウム合金めっきを形成し、前記錫−パラジウム合金めっき層の厚さが０．３〜１．０μｍ且つ、パラジウム含有量が３〜２５質量％の範囲内のフレキシブルフラットケーブル端子部とした本発明は、ウィスカー発生を５０μｍ未満にするとともに、ガス腐食試験後も接触抵抗値の増加率が２０％未満、３０回の挿抜試験を繰り返しても接触抵抗の増加率が２０％未満であり、さらにはんだ濡れ性も良好なフレキシブルフラットケーブル端子部であることがわかる。
【００３４】
これに対して、比較例１〜８に示すように、本発明の範囲から外れた場合に、耐ウィスカー性、ガス腐食試験後の接触抵折値、複数回挿抜後の接触抵抗値、はんだ濡れ性等、いずれかの問題があった。即ち、比較例１〜２に示すように、錫−パラジウム合金めっき層の厚さが０．３μｍ未満の場合には、接触信頼性やはんだ濡れ性が悪いことがわかる。又、比較例３〜４に示すように、パラジウム含有量が３質量％未満では、下地銅の熱拡散抑制効果が不充分であるために、錫−銅合金層が形成されてしまい、めっき層厚さにもばらつきが生じて、耐ウィスカー性が悪いことがわかる。さらに、比較例５〜６に示すように、パラジウム含有量が２５質量％を超えると、はんだ濡れ性が悪い問題があることがわかる。また、比較例７〜８に示すように、錫−パラジウム合金めっき層厚さが１．０μｍより大きくなると、５０μｍ以上のウィスカーが発生するため、耐ウイスカー性が改善されていないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明ケーブル用平角導体断面図
【図２】銅系の素材に錫系めっきを施した従来のケーブル用平角導体断面図
【符号の説明】
【００３６】
１    ケーブル用平角導体
２    銅或いは銅合金配線
３    錫−パラジウム合金めっき層
１０  ケーブル用平角導体
１２  下地銅
１３  Ｃｕ３Ｓｎ相
１４  Ｃｕ６Ｓｎ５相
１５  純錫めっき層
１７  錫と銅の金属間化合物層
【図１】
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【図２】
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