回路基板
【課題】ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板を提供すること。
【解決手段】回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に形成された回路層１１２とを備える。絶縁基材１１１の端部と、この端部上に形成された回路層１１２と、この回路層１１２上に設けられた金属積層部１１４とを含んで端子部１Ａが構成されている。金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられ、錫または錫合金から構成される金属層（上部金属層）１１４Ｂと、この金属層１１４Ｂ上に設けられ、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部とが形成され、被覆部は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
【解決手段】回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に形成された回路層１１２とを備える。絶縁基材１１１の端部と、この端部上に形成された回路層１１２と、この回路層１１２上に設けられた金属積層部１１４とを含んで端子部１Ａが構成されている。金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられ、錫または錫合金から構成される金属層（上部金属層）１１４Ｂと、この金属層１１４Ｂ上に設けられ、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部とが形成され、被覆部は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器のメインボード等には、回路基板、たとえば、リジッドフレックス回路基板が使用されている。具体的には、回路基板に端子部を設けるとともに、メインボードにコネクタを設ける。回路基板の端子部をメインボードに接続されたコネクタに挿入することで、回路基板とメインボードとが接続されることとなる。
ここで、回路基板の端子部は、たとえば、回路パターン上に第一の錫めっき層を形成し、さらにこの第一の錫めっき層上に第二の錫めっき層を形成したものである（特許文献１参照）。特許文献１では、錫めっき層を２重に形成することで、ウィスカの発生を防止することができるとされている。
さらには、特許文献２には、ウィスカの発生を抑制するために、下地層として無光沢錫めっき層を形成し、上層として光沢錫めっき層を形成することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３７３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が検討した結果、特許文献１、２に記載の技術では、コネクタに回路基板の端子部を嵌合させた際に、ウィスカが発生し、ウィスカの発生を抑制することが困難であることがわかった。
【０００５】
本発明の目的は、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属積層部とを含んで端子部が構成され、前記金属積層部は、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、この金属層上に設けられるとともに、銅または銅合金を含む金属膜とを備え、前記金属層表面には、前記金属膜により覆われる被覆部と、前記金属膜により覆われない未被覆部とが形成され、前記被覆部は、前記金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含む回路基板が提供される。
【０００７】
本発明では、金属層表面には、銅または銅合金を含む金属膜により覆われる被覆部と、金属膜により覆われない未被覆部とが形成されており、被覆部は、金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。すなわち、金属層上には、金属層表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含むように、金属層表面を選択的に覆う金属膜が形成されている。この金属膜が金属層の隣接する金属粒子間の境界を覆うことで、金属層表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、金属層表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、本発明では、金属膜は、金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を覆っており、金属層には、金属膜により覆われる被覆部と、金属膜により覆われない未被覆部とが形成されている。
ここで、金属膜の厚みを厚くし、金属層全面を覆うように金属膜を形成することも考えられるが、この場合には、金属膜と金属層との密着性が悪化し、金属膜が剥離を起こす可能性がある。
本発明では、金属膜で金属層の全面を覆わないようにすることで、金属層と金属膜との密着性を高めることができる。
【０００８】
ここで、前記金属膜の厚みは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
金属膜の厚みを１００ｎｍ以下とすることで、金属層に対して密着性の高い金属膜とすることができる。
また、金属膜の厚みを１０ｎｍ以上とすることで、確実にウィスカの発生を防止することができる。
【０００９】
さらには、前記金属膜は、めっき膜であることが好ましい。
金属膜をめっき膜とすることで、めっき粒子が金属層の隣接する金属粒子間の境界部分に析出し、アンカー効果を生ずることにより確実にウィスカの発生を抑制することができる。
【００１０】
また、前記金属積層部は、回路層上に形成され、前記金属層により被覆される下部金属層と、この下部金属層上に設けられる上部金属層としての前記金属層と、前記上部金属層上に設けられる前記金属膜とを備え、前記下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の無光沢めっき層であり、前記上部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の光沢めっき層であることが好ましい。
【００１１】
端子部の金属積層部を構成する下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下と比較的粒径が大きいため、内部応力が低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから大きな力が加わるとウィスカが発生してしまう。
下部金属層上に設けられる金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の上部金属層は、下部金属層よりも被膜硬度が高い。これに加え、上部金属層上に金属膜を設けているので、下部金属層でのウィスカの発生を防止することができる。
【００１２】
また、端子部の金属積層部を無光沢めっき層である下部金属層を有しないものとした場合には、端子部の金属積層部の内部応力が高くなり、ウィスカが発生するおそれがある。
これに対し、端子部の金属積層部を内部応力の低い無光沢めっき層である下部金属層と、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である上部金属層とを備える構成とすることで、端子部の金属積層部の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
なお、光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の層であればよく、いわゆる半光沢めっき層をも含む概念である。
【００１３】
この際、前記下部金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層であることが好ましい。
また、前記下部金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層であってもよい。
【００１４】
さらに、前記下部金属層の厚みは１５μｍ以下であり、前記上部金属層の厚みは５μｍ以下であることが好ましい。
下部金属層の厚みを１５μｍ以下とすることで、下部金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。
さらに、上部金属層の厚みを５μｍ以下とすることで、上部金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部でのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
【００１５】
また、前記回路層上に直接前記下部金属層が形成されていることが好ましい。
回路層上に直接下部金属層を形成することで金属積層部の内部応力を低減させることができるという効果を奏することができる。
さらに、前記絶縁基材は、可撓性を有するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の回路基板１が示されている。また、図２,３には、この回路基板１の端子部１Ａの表面の拡大図が示されている。
まず、はじめに、回路基板１の概要について説明する。
回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に形成された回路層１１２とを備える。
絶縁基材１１１の端部と、この端部上に形成された回路層１１２と、この回路層１１２上に設けられた金属積層部１１４とを含んで端子部１Ａが構成されている。
金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられ、錫または錫合金から構成される金属層（上部金属層）１１４Ｂと、この金属層１１４Ｂ上に設けられ、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。
上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ1と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成され、被覆部１１４Ｂ１は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
なお、図２は、端子部１Ａ表面を拡大した断面図であり、図３は端子部１Ａ表面を拡大した平面図である。また、図３の一点鎖線は、上部金属層１１４Ｂを平面視した際の、上部金属層１１４Ｂ表面の金属粒子の外形を示している。
【００１８】
次に、回路基板１の構造について詳細に説明する。
回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に設けられた回路層１１２と、表面被覆層１１３と、金属積層部１１４とを備える。
絶縁基材１１１は、樹脂フィルム基材から構成されている。ここで、樹脂フィルム基材としては、可撓性を有するものが好ましく、例えば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリエーテルイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等のポリアミド樹脂系フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルムが挙げられる。このうち、弾性率と耐熱性を向上させる観点から、特にポリイミド樹脂系フィルムが好ましく用いられる。
絶縁基材１１１の厚さは、特に限定されないが、５〜５０μｍが好ましく、特に１２．５〜２５μｍが好ましい。厚さがこの範囲内であると、特に屈曲性に優れる。
【００１９】
回路層１１２は、銅等の導体から構成されており、絶縁基材１１１の表面側にのみ設けられている。この回路層１１２のうち、絶縁基材１１１の端部に形成された部分は、前述した端子部１Ａを構成する。
【００２０】
表面被覆層１１３は、回路層１１２の回路パターンの隙間部分を埋めるように設けられており、表面被覆層１１３の開口部からは、回路層１１２のうち、絶縁基材１１１の端部上に形成された部分を含む回路層１１２の一部が露出している。
この表面被覆層１１３は、いわゆるカバーレイフィルムであり、接着層１１３Ａと、接着層１１３Ａ上に設けられた樹脂フィルム１１３Ｂとを備えている。
接着層１１３Ａとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることが好ましい。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましい。これにより、密着性を向上することができる。さらに、耐熱性を向上することもできる。
樹脂フィルム１１３Ｂとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
【００２１】
金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられている。この金属積層部１１４のうち、絶縁基材１１１の端部の上方に形成された部分は、前述した端子部１Ａを構成する。
この金属積層部１１４は、回路層１１２上に形成された下部金属層１１４Ａと、前述した錫または錫合金から構成される上部金属層１１４Ｂと、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。
【００２２】
下部金属層１１４Ａは、上部金属層１１４Ｂにより全面が被覆されている。また、この下部金属層１１４Ａは、回路層１１２上に直接形成されている。
下部金属層１１４Ａは、Ｐｂフリーめっきであり、本実施形態では、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいＳｎ−Ｃｕを使用することが好ましい。
この下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下のいわゆる無光沢めっき層である。ここでいう無光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下のものをいう。金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下であれば、下部金属層１１４Ａを形成するためのめっき液中には、完全に光沢剤が添加されていなくてもよく、また、多少の光沢剤が添加されていてもよい。
【００２３】
なかでも下部金属層１１４Ａの金属粒子の平均粒径は１μｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、下部金属層１１４Ａで発生する内部応力を確実に低減させることができる。また、金属粒子の平均粒径は３μｍ以下とすることが好ましい。このようにすることで、下部金属層１１４Ａの硬度の低下を防止することができる。
下部金属層１１４Ａの厚みは、５μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましい。なかでも、７μｍ以上であることが好ましい。７μｍ以上とすることで、金属積層部１１４の厚みを確保することができる。
また、下部金属層１１４Ａの厚みは、１０μｍ以下であることがより好ましい。１０μｍ以下とすることで、下部金属層１１４Ａ中で発生する内部応力を確実に低減させることができる。
【００２４】
上部金属層１１４ＢもＰｂフリーめっきであり、具体的には、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいＳｎ−Ｃｕを使用することが好ましい。
上部金属層１１４Ｂは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下である、いわゆる光沢めっき層である。光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下であればよい。上部金属層１１４Ｂを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
【００２５】
上部金属層１１４Ｂの厚みは、０．５μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。なかでも、１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ以上とすることで上部金属層表面１１４Ｂの微小欠損が小さくなり、下部金属層１１４Ａの粒子が飛び出しにくくなるという効果がある。また、上部金属層１１４Ｂの厚みは、３μｍ以下であることがより好ましい。３μｍ以下とすることで上部金属層表面１１４Ｂが酸化された場合でも内部応力の発生が小さく粒子が押し出されることがないという効果がある。
下部金属層１１４Ａと上部金属層１１４Ｂとの膜厚の比率（下部金属層１１４Ａ：上部金属層１１４Ｂ）は１：１以上、３０：１以下であることが好ましい。
【００２６】
金属膜１１４Ｃは、厚さ１０〜１００ｎｍの薄膜であり、実質的に錫を含んでいないものである。すなわち、金属膜１１４Ｃには意図的に錫が添加されていない。具体的には、金属膜１１４Ｃは、銅または銅合金から構成されるものである。この金属膜１１４Ｃは、フラッシュめっきにより形成されるめっき膜である。
金属膜１１４Ｃは、厚さ２０ｎｍ以上であることが好ましい。金属膜１１４Ｃの厚みを２０ｎｍ以上とすることで確実にウィスカの発生を防止することができる。
また、金属膜１１４Ｃの厚みは、５０ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、金属膜１１４Ｃと上部金属層１１４Ｂとの密着性を高めることができる。
なお、金属膜１１４Ｃの厚みＴは、図２の模式図に示すように、金属膜１１４Ｃの最も深い位置から表面までの距離をいう。
【００２７】
金属膜１１４Ｃは、図２および図３に示すように、ポーラス状の被膜であり、上部金属層１１４Ｂを完全に覆っていない。具体的には、金属膜１１４Ｃは、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を埋め込むように、上部金属層１１４Ｂの表面を選択的に覆っており、上部金属層１１４Ｂ表面の各金属粒子の上面部分は覆っていない。
すなわち、上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ１と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成されることとなる。被覆部１１４Ｂ１は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
【００２８】
なお、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂの金属粒子の平均粒径は、金属積層部１１４の断面をＳＥＭによって観察し、粒径を計測することで得られる。また、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂ、金属膜１１４Ｃの膜厚も、金属積層部１１４の断面をＳＥＭによって観察することで計測することができる。
【００２９】
ここで、端子部１Ａは、図１に示すように、絶縁基材１１１の端部と、回路層１１２のうち、この絶縁基材１１１の端部上に形成された部分と、金属積層部１１４のうち、絶縁基材１１１の端部上に形成された回路層１１２上に設けられた部分とを含んで構成されている。
また、端子部１Ａは、絶縁基材１１１の裏面に設けられた補強部１１５を有する。
補強部１１５は、絶縁基材１１１の裏面上に設けられた粘着剤１１５Ａと、この粘着剤１１５Ａにより絶縁基材１１１裏面に貼り付けられる補強フィルム１１５Ｂと備える。
補強フィルム１１５Ｂとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
このような端子部１Ａは、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、メインボードＭのコネクタＣに接続される。コネクタＣに端子部１Ａを接続すると、コネクタＣ内の接触ピンが端子部１Ａの金属積層部１１４に接触し、メインボードＭと回路基板１とが電気的に接続されることとなる。
【００３０】
次に、図５を参照して、回路基板１の製造方法について説明する。
まず、はじめに、図５（Ａ）に示すように、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１の表面に金属箔（たとえば、銅箔）２１２が設けられた積層板２１を用意する。
次に、図５（Ｂ）に示すように、金属箔２１２の一部をエッチング等により、選択的に除去し、回路層１１２を形成する。
その後、図５（Ｃ）に示すように、回路層１１２上に開口部が形成された表面被覆層１１３を貼り付ける。ここで、表面被覆層１１３の開口部は、あらかじめカバーレイフィルムをパンチングすることで形成される。表面被覆層１１３を回路層１１２に積層する条件は、特に限定されないが、温度８０〜２２０℃、圧力０．２〜１０ＭＰａで熱圧成形装置により圧着することが好ましい。
【００３１】
次に、図５（Ｄ）に示すように、絶縁基材１１１の端部上に配置された回路層１１２上に金属積層部１１４を形成する。具体的には、表面被覆層１１３の開口部から露出した回路層１１２にＳｎ電解めっき、あるいはＳｎ合金の電解めっきを施し、回路層１１２を覆う下部金属層１１４Ａを形成する。下部金属層１１４Ａを形成するためのめっき液中には、光沢剤が添加されていないことが好ましい。
その後、下部金属層１１４Ａ上に下部金属層１１４Ａを覆う上部金属層１１４Ｂを形成する。具体的には、下部金属層１１４Ａに対し、Ｓｎ電解めっき、あるいはＳｎ合金の電解めっきを施して、上部金属層１１４Ｂを形成する。上部金属層１１４Ｂを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
さらに、上部金属層１１４Ｂ上にフラッシュめっきにより金属膜１１４Ｃを形成する。たとえば、硫酸銅めっき液を用い、短時間、高電圧の電解めっきにより金属膜１１４Ｃを形成する。
【００３２】
その後、絶縁基材１１１の端部裏面に補強部１１５を貼り付ける。以上のような工程により、回路基板１を得ることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上部金属層１１４Ｂ上には、銅または銅合金を含むとともに、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を覆う金属膜１１４Ｃが形成されている。この金属膜１１４Ｃが上部金属層１１４Ｂ表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、上部金属層１１４Ｂ表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、本実施形態では、金属膜１１４Ｃは、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を覆っており、上部金属層１１４Ｂには、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ１と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成されている。
ここで、金属膜１１４Ｃの厚みを厚くし、上部金属層１１４Ｂ全面を覆うように金属膜を形成することも考えられるが、この場合には、金属膜１１４Ｃと上部金属層１１４Ｂとの密着性が悪化し、金属膜１１４Ｃが剥離を起こす可能性がある。
金属膜１１４Ｃで上部金属層１１４Ｂの全面を覆わないようにすることで、上部金属層１１４Ｂと金属膜１１４Ｃとの密着性を高めることができる。
特に、本実施形態では、金属膜１１４Ｃの厚みを１００ｎｍ以下としているので、上部金属層１１４Ｂと金属膜１１４Ｃとの密着性を確実に高めることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、金属膜１１４Ｃの厚みを１０ｎｍ以上としているので、金属膜１１４Ｃにより、上部金属層１１４Ｂの金属粒子を確実に押さえることができ、確実にウィスカの発生を防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、金属膜１１４Ｃをめっき法により形成している。金属膜１１４Ｃをスパッタ等により形成することも考えられるが、この場合には、金属膜１１４Ｃを形成する領域以外の部分に金属膜が形成されてしまうことがあり、回路基板において導通不良等が発生する場合がある。
これに対し、本実施形態では、金属膜１１４Ｃをめっき法により形成しているので、このような問題は生じない。
さらに、金属膜１１４Ｃをめっき膜とすることで、めっき粒子が金属層の隣接する金属粒子間の境界部分に析出し、アンカー効果を生ずることにより確実にウィスカの発生を抑制することができる。
【００３６】
端子部１Ａの金属積層部１１４を構成する下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下と比較的粒径が大きいため、内部応力が低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから大きな力が加わるとウィスカが発生してしまう。
下部金属層１１４Ａ上に設けられる金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の上部金属層１１４Ｂは、下部金属層１１４Ａよりも被膜硬度が高い。これに加え、上部金属層１１４Ｂ上に金属膜１１４Ｃを設けているので、下部金属層１１４Ａでのウィスカの発生を防止することができる。
【００３７】
また、端子部の金属積層部を無光沢めっき層を有しないものとし、たとえば、光沢めっき層と金属膜１１４Ｃとから構成されるものとした場合には、端子部の金属積層部の内部応力が高くなり、ウィスカが発生してしまう可能性がある。
これに対し、端子部１Ａの金属積層部１１４を内部応力の低い無光沢めっき層である下部金属層１１４Ａと、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である上部金属層１１４Ｂとを備える構成とすることで、端子部１Ａの金属積層部１１４の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
【００３８】
下部金属層１１４Ａの厚みを１５μｍ以下とすることで、下部金属層１１４Ａ中で発生する内部応力を低減させることができる。
また、下部金属層１１４Ａの厚みを５μｍ以上とすることで、金属積層部１１４の厚みを確保することができ、コネクタＣとの接合を確実なものとすることができる。
【００３９】
さらに、上部金属層１１４Ｂの厚みを５μｍ以下とすることで、上部金属層１１４Ｂ中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部１Ａでのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
また、上部金属層１１４Ｂの厚みを０．５μｍ以上とすることで、金属積層部１１４全体としての硬度を確保することができる。
【００４０】
本実施形態では、回路層１１２上に直接下部金属層１１４Ａを形成している。
回路層１１２上に下地層としてＮｉ層等を形成してもよいが回路層１１２上に直接下部金属層１１４Ａを形成することで、回路基板１の製造効率を高めることができる。
また、回路基板上に直接下部金属層１１４Ａを形成することで金属積層部１１４の内部応力を低減させることができるという効果がある。
【００４１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、絶縁基材１１１の表面側にのみ回路層１１２が形成されていたが、これに限らず、絶縁基材の裏面側にも回路層が形成されていてもよい。
さらに、本発明にかかる回路基板は、リジッド回路基板であってもよく、また、リジッドフレックス回路基板等としてもよい。
また、回路基板を複数の絶縁基板を有する多層構成としてもよい。
【００４２】
前記実施形態では、端子部１Ａの金属積層部１１４の下部金属層１１４Ａを錫または錫合金を含む無光沢めっき層としたが、これに限らず、下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下の無光沢めっき層であればよい。たとえば、下部金属層をＮｉあるいはＮｉ合金の無光沢めっき層から構成してもよい。ニッケル合金としては、たとえば、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｂ等が例示できる。
下部金属層をＮｉあるいはＮｉ合金の無光沢めっき層とする場合には、下部金属層の膜厚を１μｍ以上、特に３μｍ以上とすることが好ましく、また、７μｍ以下、特に５μｍ以下とすることが好ましい。
【００４３】
さらに、前記実施形態では、金属積層部１１４は、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂ、金属膜１１４Ｃを有するものとしたが、これに限られるものではない。たとえば、金属積層部を、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、金属膜とから構成される２層構成のものとしてもよい。ここで、錫または錫合金を含んで構成される金属層は、光沢めっき層であってもよく、また、無光沢めっき層であってもよい。ただし、この場合、錫または錫合金を含んで構成される金属層を、無光沢めっき層とする場合に比べ、光沢めっき層とした場合のほうが、ウィスカの発生を低減させることができる。
【００４４】
また、前記実施形態では、絶縁基材１１１を可撓性を有するものとしたが、これに限らず、絶縁基材１１１を硬質板から構成してもよい。
さらに、前記実施形態では、下部金属層１１４Ａは、回路層１１２上に直接設けられていたが、これに限らず、回路層１１２上にＮｉ層等を形成し、このＮｉ層等の上に下部金属層１１４Ａを形成してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
厚さ２５μｍのポリイミド基材（絶縁基材）の片面に厚さ１８μｍの銅箔を有する両面銅張板（積層板）を用意した。
次に、前記銅箔の一部を選択的に除去し、最小回路幅７５μｍ、最小回路間７５μｍの回路層を作製した。
さらに、予め開口部を設けた表面被覆層（ポリイミド樹脂基材絶縁被覆フィルム）を最高温度１６０℃、圧力４ＭＰａの熱圧成形装置にて圧着した。その後、回路層上に端子部を構成する金属積層部を形成し、端子部を有する回路基板を製造した。
ここで金属積層部の形成方法は以下の通りである。
【００４６】
下部金属層
下部金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
また、電流密度は、２．０Ａ／ｄｍ２とした。なお、下部金属層用のめっき液中には光沢剤は添加されていない。
【００４９】
上部金属層
上部金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
また、電流密度は、３．０Ａ／ｄｍ２とした。なお、第二金属層用のめっき液中には光沢剤としてＮＦ−１１１Ａ（日本マクダーミッド（株）社製）、が３０ｍｌ／Ｌ添加されている。
【００５２】
金属膜
金属膜をフラッシュめっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
金属膜を形成する際には、めっき液の温度、有機酸濃度等を適宜調整するとともに、通常のＣｕの電解めっきのめっき条件よりも電流密度を高くし、短時間でめっきを行った。
【００５５】
次に、得られた回路基板の金属積層部の下部金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚、上部金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚、金属膜の膜厚を計測した。
金属粒子の平均粒径、膜厚は、金属積層部の断面をＳＥＭ観察することで測定した。
結果を表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】
（比較例１）
端子部の金属積層部を下部金属層、上部金属層を有するものとし、金属膜は形成しなかった。他の条件は実施例１と同じである。
【００５８】
実施例および比較例について、ウィスカの発生に関して比較を行った。
ウィスカの発生試験の条件は以下の通りである。また、結果を表５に示す。
【００５９】
回路基板の、金属層が形成された端子部の周辺を試験片として切り出す。切り出した試験片を、厚さ３ｍｍのアクリル板を用いて挟み込み、１ｋｇ／ｃｍ２の圧力をかけた状態で、室温下１０００時間放置後ウィスカの発生状況を目視にて観察した。
【００６０】
【表５】
【００６１】
比較例に比べ、実施例ではウィスカの発生を抑制することができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態にかかる回路基板を示す断面図である。
【図２】回路基板の金属積層部の表面の断面を模式的に示した図である。
【図３】回路基板の金属積層部の表面の表面を模式的に示した図である。。
【図４】回路基板とコネクタとを示す図である。
【図５】回路基板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 回路基板
１Ａ 端子部
２１ 積層板
１１１ 絶縁基材
１１２ 回路層
１１３ 表面被覆層
１１３Ａ 接着層
１１３Ｂ 樹脂フィルム
１１４ 金属積層部
１１４Ａ 下部金属層
１１４Ｂ 上部金属層（金属層）
１１４Ｂ１ 被覆部
１１４Ｂ２ 未被覆部
１１４Ｃ 金属膜
１１５ 補強部
１１５Ａ 粘着剤
１１５Ｂ 補強フィルム
２１２ 金属箔
Ｃ コネクタ
Ｍ メインボード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器のメインボード等には、回路基板、たとえば、リジッドフレックス回路基板が使用されている。具体的には、回路基板に端子部を設けるとともに、メインボードにコネクタを設ける。回路基板の端子部をメインボードに接続されたコネクタに挿入することで、回路基板とメインボードとが接続されることとなる。
ここで、回路基板の端子部は、たとえば、回路パターン上に第一の錫めっき層を形成し、さらにこの第一の錫めっき層上に第二の錫めっき層を形成したものである（特許文献１参照）。特許文献１では、錫めっき層を２重に形成することで、ウィスカの発生を防止することができるとされている。
さらには、特許文献２には、ウィスカの発生を抑制するために、下地層として無光沢錫めっき層を形成し、上層として光沢錫めっき層を形成することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３７３５３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が検討した結果、特許文献１、２に記載の技術では、コネクタに回路基板の端子部を嵌合させた際に、ウィスカが発生し、ウィスカの発生を抑制することが困難であることがわかった。
【０００５】
本発明の目的は、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属積層部とを含んで端子部が構成され、前記金属積層部は、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、この金属層上に設けられるとともに、銅または銅合金を含む金属膜とを備え、前記金属層表面には、前記金属膜により覆われる被覆部と、前記金属膜により覆われない未被覆部とが形成され、前記被覆部は、前記金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含む回路基板が提供される。
【０００７】
本発明では、金属層表面には、銅または銅合金を含む金属膜により覆われる被覆部と、金属膜により覆われない未被覆部とが形成されており、被覆部は、金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。すなわち、金属層上には、金属層表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含むように、金属層表面を選択的に覆う金属膜が形成されている。この金属膜が金属層の隣接する金属粒子間の境界を覆うことで、金属層表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、金属層表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、本発明では、金属膜は、金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を覆っており、金属層には、金属膜により覆われる被覆部と、金属膜により覆われない未被覆部とが形成されている。
ここで、金属膜の厚みを厚くし、金属層全面を覆うように金属膜を形成することも考えられるが、この場合には、金属膜と金属層との密着性が悪化し、金属膜が剥離を起こす可能性がある。
本発明では、金属膜で金属層の全面を覆わないようにすることで、金属層と金属膜との密着性を高めることができる。
【０００８】
ここで、前記金属膜の厚みは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
金属膜の厚みを１００ｎｍ以下とすることで、金属層に対して密着性の高い金属膜とすることができる。
また、金属膜の厚みを１０ｎｍ以上とすることで、確実にウィスカの発生を防止することができる。
【０００９】
さらには、前記金属膜は、めっき膜であることが好ましい。
金属膜をめっき膜とすることで、めっき粒子が金属層の隣接する金属粒子間の境界部分に析出し、アンカー効果を生ずることにより確実にウィスカの発生を抑制することができる。
【００１０】
また、前記金属積層部は、回路層上に形成され、前記金属層により被覆される下部金属層と、この下部金属層上に設けられる上部金属層としての前記金属層と、前記上部金属層上に設けられる前記金属膜とを備え、前記下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の無光沢めっき層であり、前記上部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の光沢めっき層であることが好ましい。
【００１１】
端子部の金属積層部を構成する下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下と比較的粒径が大きいため、内部応力が低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから大きな力が加わるとウィスカが発生してしまう。
下部金属層上に設けられる金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の上部金属層は、下部金属層よりも被膜硬度が高い。これに加え、上部金属層上に金属膜を設けているので、下部金属層でのウィスカの発生を防止することができる。
【００１２】
また、端子部の金属積層部を無光沢めっき層である下部金属層を有しないものとした場合には、端子部の金属積層部の内部応力が高くなり、ウィスカが発生するおそれがある。
これに対し、端子部の金属積層部を内部応力の低い無光沢めっき層である下部金属層と、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である上部金属層とを備える構成とすることで、端子部の金属積層部の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
なお、光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の層であればよく、いわゆる半光沢めっき層をも含む概念である。
【００１３】
この際、前記下部金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層であることが好ましい。
また、前記下部金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層であってもよい。
【００１４】
さらに、前記下部金属層の厚みは１５μｍ以下であり、前記上部金属層の厚みは５μｍ以下であることが好ましい。
下部金属層の厚みを１５μｍ以下とすることで、下部金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。
さらに、上部金属層の厚みを５μｍ以下とすることで、上部金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部でのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
【００１５】
また、前記回路層上に直接前記下部金属層が形成されていることが好ましい。
回路層上に直接下部金属層を形成することで金属積層部の内部応力を低減させることができるという効果を奏することができる。
さらに、前記絶縁基材は、可撓性を有するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の回路基板１が示されている。また、図２,３には、この回路基板１の端子部１Ａの表面の拡大図が示されている。
まず、はじめに、回路基板１の概要について説明する。
回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に形成された回路層１１２とを備える。
絶縁基材１１１の端部と、この端部上に形成された回路層１１２と、この回路層１１２上に設けられた金属積層部１１４とを含んで端子部１Ａが構成されている。
金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられ、錫または錫合金から構成される金属層（上部金属層）１１４Ｂと、この金属層１１４Ｂ上に設けられ、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。
上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ1と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成され、被覆部１１４Ｂ１は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
なお、図２は、端子部１Ａ表面を拡大した断面図であり、図３は端子部１Ａ表面を拡大した平面図である。また、図３の一点鎖線は、上部金属層１１４Ｂを平面視した際の、上部金属層１１４Ｂ表面の金属粒子の外形を示している。
【００１８】
次に、回路基板１の構造について詳細に説明する。
回路基板１は、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１上に設けられた回路層１１２と、表面被覆層１１３と、金属積層部１１４とを備える。
絶縁基材１１１は、樹脂フィルム基材から構成されている。ここで、樹脂フィルム基材としては、可撓性を有するものが好ましく、例えば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリエーテルイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等のポリアミド樹脂系フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルムが挙げられる。このうち、弾性率と耐熱性を向上させる観点から、特にポリイミド樹脂系フィルムが好ましく用いられる。
絶縁基材１１１の厚さは、特に限定されないが、５〜５０μｍが好ましく、特に１２．５〜２５μｍが好ましい。厚さがこの範囲内であると、特に屈曲性に優れる。
【００１９】
回路層１１２は、銅等の導体から構成されており、絶縁基材１１１の表面側にのみ設けられている。この回路層１１２のうち、絶縁基材１１１の端部に形成された部分は、前述した端子部１Ａを構成する。
【００２０】
表面被覆層１１３は、回路層１１２の回路パターンの隙間部分を埋めるように設けられており、表面被覆層１１３の開口部からは、回路層１１２のうち、絶縁基材１１１の端部上に形成された部分を含む回路層１１２の一部が露出している。
この表面被覆層１１３は、いわゆるカバーレイフィルムであり、接着層１１３Ａと、接着層１１３Ａ上に設けられた樹脂フィルム１１３Ｂとを備えている。
接着層１１３Ａとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることが好ましい。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましい。これにより、密着性を向上することができる。さらに、耐熱性を向上することもできる。
樹脂フィルム１１３Ｂとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
【００２１】
金属積層部１１４は、回路層１１２上に設けられている。この金属積層部１１４のうち、絶縁基材１１１の端部の上方に形成された部分は、前述した端子部１Ａを構成する。
この金属積層部１１４は、回路層１１２上に形成された下部金属層１１４Ａと、前述した錫または錫合金から構成される上部金属層１１４Ｂと、銅または銅合金を含む金属膜１１４Ｃとを備える。
【００２２】
下部金属層１１４Ａは、上部金属層１１４Ｂにより全面が被覆されている。また、この下部金属層１１４Ａは、回路層１１２上に直接形成されている。
下部金属層１１４Ａは、Ｐｂフリーめっきであり、本実施形態では、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいＳｎ−Ｃｕを使用することが好ましい。
この下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下のいわゆる無光沢めっき層である。ここでいう無光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下のものをいう。金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下であれば、下部金属層１１４Ａを形成するためのめっき液中には、完全に光沢剤が添加されていなくてもよく、また、多少の光沢剤が添加されていてもよい。
【００２３】
なかでも下部金属層１１４Ａの金属粒子の平均粒径は１μｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、下部金属層１１４Ａで発生する内部応力を確実に低減させることができる。また、金属粒子の平均粒径は３μｍ以下とすることが好ましい。このようにすることで、下部金属層１１４Ａの硬度の低下を防止することができる。
下部金属層１１４Ａの厚みは、５μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましい。なかでも、７μｍ以上であることが好ましい。７μｍ以上とすることで、金属積層部１１４の厚みを確保することができる。
また、下部金属層１１４Ａの厚みは、１０μｍ以下であることがより好ましい。１０μｍ以下とすることで、下部金属層１１４Ａ中で発生する内部応力を確実に低減させることができる。
【００２４】
上部金属層１１４ＢもＰｂフリーめっきであり、具体的には、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいＳｎ−Ｃｕを使用することが好ましい。
上部金属層１１４Ｂは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下である、いわゆる光沢めっき層である。光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下であればよい。上部金属層１１４Ｂを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
【００２５】
上部金属層１１４Ｂの厚みは、０．５μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。なかでも、１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ以上とすることで上部金属層表面１１４Ｂの微小欠損が小さくなり、下部金属層１１４Ａの粒子が飛び出しにくくなるという効果がある。また、上部金属層１１４Ｂの厚みは、３μｍ以下であることがより好ましい。３μｍ以下とすることで上部金属層表面１１４Ｂが酸化された場合でも内部応力の発生が小さく粒子が押し出されることがないという効果がある。
下部金属層１１４Ａと上部金属層１１４Ｂとの膜厚の比率（下部金属層１１４Ａ：上部金属層１１４Ｂ）は１：１以上、３０：１以下であることが好ましい。
【００２６】
金属膜１１４Ｃは、厚さ１０〜１００ｎｍの薄膜であり、実質的に錫を含んでいないものである。すなわち、金属膜１１４Ｃには意図的に錫が添加されていない。具体的には、金属膜１１４Ｃは、銅または銅合金から構成されるものである。この金属膜１１４Ｃは、フラッシュめっきにより形成されるめっき膜である。
金属膜１１４Ｃは、厚さ２０ｎｍ以上であることが好ましい。金属膜１１４Ｃの厚みを２０ｎｍ以上とすることで確実にウィスカの発生を防止することができる。
また、金属膜１１４Ｃの厚みは、５０ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすることで、金属膜１１４Ｃと上部金属層１１４Ｂとの密着性を高めることができる。
なお、金属膜１１４Ｃの厚みＴは、図２の模式図に示すように、金属膜１１４Ｃの最も深い位置から表面までの距離をいう。
【００２７】
金属膜１１４Ｃは、図２および図３に示すように、ポーラス状の被膜であり、上部金属層１１４Ｂを完全に覆っていない。具体的には、金属膜１１４Ｃは、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を埋め込むように、上部金属層１１４Ｂの表面を選択的に覆っており、上部金属層１１４Ｂ表面の各金属粒子の上面部分は覆っていない。
すなわち、上部金属層１１４Ｂ表面には、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ１と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成されることとなる。被覆部１１４Ｂ１は、上部金属層１１４Ｂ表面の隣接する金属粒子間の境界部分を含んでいる。
【００２８】
なお、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂの金属粒子の平均粒径は、金属積層部１１４の断面をＳＥＭによって観察し、粒径を計測することで得られる。また、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂ、金属膜１１４Ｃの膜厚も、金属積層部１１４の断面をＳＥＭによって観察することで計測することができる。
【００２９】
ここで、端子部１Ａは、図１に示すように、絶縁基材１１１の端部と、回路層１１２のうち、この絶縁基材１１１の端部上に形成された部分と、金属積層部１１４のうち、絶縁基材１１１の端部上に形成された回路層１１２上に設けられた部分とを含んで構成されている。
また、端子部１Ａは、絶縁基材１１１の裏面に設けられた補強部１１５を有する。
補強部１１５は、絶縁基材１１１の裏面上に設けられた粘着剤１１５Ａと、この粘着剤１１５Ａにより絶縁基材１１１裏面に貼り付けられる補強フィルム１１５Ｂと備える。
補強フィルム１１５Ｂとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
このような端子部１Ａは、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、メインボードＭのコネクタＣに接続される。コネクタＣに端子部１Ａを接続すると、コネクタＣ内の接触ピンが端子部１Ａの金属積層部１１４に接触し、メインボードＭと回路基板１とが電気的に接続されることとなる。
【００３０】
次に、図５を参照して、回路基板１の製造方法について説明する。
まず、はじめに、図５（Ａ）に示すように、絶縁基材１１１と、この絶縁基材１１１の表面に金属箔（たとえば、銅箔）２１２が設けられた積層板２１を用意する。
次に、図５（Ｂ）に示すように、金属箔２１２の一部をエッチング等により、選択的に除去し、回路層１１２を形成する。
その後、図５（Ｃ）に示すように、回路層１１２上に開口部が形成された表面被覆層１１３を貼り付ける。ここで、表面被覆層１１３の開口部は、あらかじめカバーレイフィルムをパンチングすることで形成される。表面被覆層１１３を回路層１１２に積層する条件は、特に限定されないが、温度８０〜２２０℃、圧力０．２〜１０ＭＰａで熱圧成形装置により圧着することが好ましい。
【００３１】
次に、図５（Ｄ）に示すように、絶縁基材１１１の端部上に配置された回路層１１２上に金属積層部１１４を形成する。具体的には、表面被覆層１１３の開口部から露出した回路層１１２にＳｎ電解めっき、あるいはＳｎ合金の電解めっきを施し、回路層１１２を覆う下部金属層１１４Ａを形成する。下部金属層１１４Ａを形成するためのめっき液中には、光沢剤が添加されていないことが好ましい。
その後、下部金属層１１４Ａ上に下部金属層１１４Ａを覆う上部金属層１１４Ｂを形成する。具体的には、下部金属層１１４Ａに対し、Ｓｎ電解めっき、あるいはＳｎ合金の電解めっきを施して、上部金属層１１４Ｂを形成する。上部金属層１１４Ｂを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
さらに、上部金属層１１４Ｂ上にフラッシュめっきにより金属膜１１４Ｃを形成する。たとえば、硫酸銅めっき液を用い、短時間、高電圧の電解めっきにより金属膜１１４Ｃを形成する。
【００３２】
その後、絶縁基材１１１の端部裏面に補強部１１５を貼り付ける。以上のような工程により、回路基板１を得ることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上部金属層１１４Ｂ上には、銅または銅合金を含むとともに、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を覆う金属膜１１４Ｃが形成されている。この金属膜１１４Ｃが上部金属層１１４Ｂ表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、上部金属層１１４Ｂ表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、本実施形態では、金属膜１１４Ｃは、上部金属層１１４Ｂの隣接する金属粒子間の境界部分を覆っており、上部金属層１１４Ｂには、金属膜１１４Ｃにより覆われる被覆部１１４Ｂ１と、金属膜１１４Ｃにより覆われない未被覆部１１４Ｂ２とが形成されている。
ここで、金属膜１１４Ｃの厚みを厚くし、上部金属層１１４Ｂ全面を覆うように金属膜を形成することも考えられるが、この場合には、金属膜１１４Ｃと上部金属層１１４Ｂとの密着性が悪化し、金属膜１１４Ｃが剥離を起こす可能性がある。
金属膜１１４Ｃで上部金属層１１４Ｂの全面を覆わないようにすることで、上部金属層１１４Ｂと金属膜１１４Ｃとの密着性を高めることができる。
特に、本実施形態では、金属膜１１４Ｃの厚みを１００ｎｍ以下としているので、上部金属層１１４Ｂと金属膜１１４Ｃとの密着性を確実に高めることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、金属膜１１４Ｃの厚みを１０ｎｍ以上としているので、金属膜１１４Ｃにより、上部金属層１１４Ｂの金属粒子を確実に押さえることができ、確実にウィスカの発生を防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、金属膜１１４Ｃをめっき法により形成している。金属膜１１４Ｃをスパッタ等により形成することも考えられるが、この場合には、金属膜１１４Ｃを形成する領域以外の部分に金属膜が形成されてしまうことがあり、回路基板において導通不良等が発生する場合がある。
これに対し、本実施形態では、金属膜１１４Ｃをめっき法により形成しているので、このような問題は生じない。
さらに、金属膜１１４Ｃをめっき膜とすることで、めっき粒子が金属層の隣接する金属粒子間の境界部分に析出し、アンカー効果を生ずることにより確実にウィスカの発生を抑制することができる。
【００３６】
端子部１Ａの金属積層部１１４を構成する下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が１μｍ以上５μｍ以下と比較的粒径が大きいため、内部応力が低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから大きな力が加わるとウィスカが発生してしまう。
下部金属層１１４Ａ上に設けられる金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の上部金属層１１４Ｂは、下部金属層１１４Ａよりも被膜硬度が高い。これに加え、上部金属層１１４Ｂ上に金属膜１１４Ｃを設けているので、下部金属層１１４Ａでのウィスカの発生を防止することができる。
【００３７】
また、端子部の金属積層部を無光沢めっき層を有しないものとし、たとえば、光沢めっき層と金属膜１１４Ｃとから構成されるものとした場合には、端子部の金属積層部の内部応力が高くなり、ウィスカが発生してしまう可能性がある。
これに対し、端子部１Ａの金属積層部１１４を内部応力の低い無光沢めっき層である下部金属層１１４Ａと、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である上部金属層１１４Ｂとを備える構成とすることで、端子部１Ａの金属積層部１１４の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
【００３８】
下部金属層１１４Ａの厚みを１５μｍ以下とすることで、下部金属層１１４Ａ中で発生する内部応力を低減させることができる。
また、下部金属層１１４Ａの厚みを５μｍ以上とすることで、金属積層部１１４の厚みを確保することができ、コネクタＣとの接合を確実なものとすることができる。
【００３９】
さらに、上部金属層１１４Ｂの厚みを５μｍ以下とすることで、上部金属層１１４Ｂ中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部１Ａでのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
また、上部金属層１１４Ｂの厚みを０．５μｍ以上とすることで、金属積層部１１４全体としての硬度を確保することができる。
【００４０】
本実施形態では、回路層１１２上に直接下部金属層１１４Ａを形成している。
回路層１１２上に下地層としてＮｉ層等を形成してもよいが回路層１１２上に直接下部金属層１１４Ａを形成することで、回路基板１の製造効率を高めることができる。
また、回路基板上に直接下部金属層１１４Ａを形成することで金属積層部１１４の内部応力を低減させることができるという効果がある。
【００４１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、絶縁基材１１１の表面側にのみ回路層１１２が形成されていたが、これに限らず、絶縁基材の裏面側にも回路層が形成されていてもよい。
さらに、本発明にかかる回路基板は、リジッド回路基板であってもよく、また、リジッドフレックス回路基板等としてもよい。
また、回路基板を複数の絶縁基板を有する多層構成としてもよい。
【００４２】
前記実施形態では、端子部１Ａの金属積層部１１４の下部金属層１１４Ａを錫または錫合金を含む無光沢めっき層としたが、これに限らず、下部金属層１１４Ａは、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上５μｍ以下の無光沢めっき層であればよい。たとえば、下部金属層をＮｉあるいはＮｉ合金の無光沢めっき層から構成してもよい。ニッケル合金としては、たとえば、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｂ等が例示できる。
下部金属層をＮｉあるいはＮｉ合金の無光沢めっき層とする場合には、下部金属層の膜厚を１μｍ以上、特に３μｍ以上とすることが好ましく、また、７μｍ以下、特に５μｍ以下とすることが好ましい。
【００４３】
さらに、前記実施形態では、金属積層部１１４は、下部金属層１１４Ａ、上部金属層１１４Ｂ、金属膜１１４Ｃを有するものとしたが、これに限られるものではない。たとえば、金属積層部を、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、金属膜とから構成される２層構成のものとしてもよい。ここで、錫または錫合金を含んで構成される金属層は、光沢めっき層であってもよく、また、無光沢めっき層であってもよい。ただし、この場合、錫または錫合金を含んで構成される金属層を、無光沢めっき層とする場合に比べ、光沢めっき層とした場合のほうが、ウィスカの発生を低減させることができる。
【００４４】
また、前記実施形態では、絶縁基材１１１を可撓性を有するものとしたが、これに限らず、絶縁基材１１１を硬質板から構成してもよい。
さらに、前記実施形態では、下部金属層１１４Ａは、回路層１１２上に直接設けられていたが、これに限らず、回路層１１２上にＮｉ層等を形成し、このＮｉ層等の上に下部金属層１１４Ａを形成してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
厚さ２５μｍのポリイミド基材（絶縁基材）の片面に厚さ１８μｍの銅箔を有する両面銅張板（積層板）を用意した。
次に、前記銅箔の一部を選択的に除去し、最小回路幅７５μｍ、最小回路間７５μｍの回路層を作製した。
さらに、予め開口部を設けた表面被覆層（ポリイミド樹脂基材絶縁被覆フィルム）を最高温度１６０℃、圧力４ＭＰａの熱圧成形装置にて圧着した。その後、回路層上に端子部を構成する金属積層部を形成し、端子部を有する回路基板を製造した。
ここで金属積層部の形成方法は以下の通りである。
【００４６】
下部金属層
下部金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
また、電流密度は、２．０Ａ／ｄｍ２とした。なお、下部金属層用のめっき液中には光沢剤は添加されていない。
【００４９】
上部金属層
上部金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
また、電流密度は、３．０Ａ／ｄｍ２とした。なお、第二金属層用のめっき液中には光沢剤としてＮＦ−１１１Ａ（日本マクダーミッド（株）社製）、が３０ｍｌ／Ｌ添加されている。
【００５２】
金属膜
金属膜をフラッシュめっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
金属膜を形成する際には、めっき液の温度、有機酸濃度等を適宜調整するとともに、通常のＣｕの電解めっきのめっき条件よりも電流密度を高くし、短時間でめっきを行った。
【００５５】
次に、得られた回路基板の金属積層部の下部金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚、上部金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚、金属膜の膜厚を計測した。
金属粒子の平均粒径、膜厚は、金属積層部の断面をＳＥＭ観察することで測定した。
結果を表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】
（比較例１）
端子部の金属積層部を下部金属層、上部金属層を有するものとし、金属膜は形成しなかった。他の条件は実施例１と同じである。
【００５８】
実施例および比較例について、ウィスカの発生に関して比較を行った。
ウィスカの発生試験の条件は以下の通りである。また、結果を表５に示す。
【００５９】
回路基板の、金属層が形成された端子部の周辺を試験片として切り出す。切り出した試験片を、厚さ３ｍｍのアクリル板を用いて挟み込み、１ｋｇ／ｃｍ２の圧力をかけた状態で、室温下１０００時間放置後ウィスカの発生状況を目視にて観察した。
【００６０】
【表５】
【００６１】
比較例に比べ、実施例ではウィスカの発生を抑制することができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態にかかる回路基板を示す断面図である。
【図２】回路基板の金属積層部の表面の断面を模式的に示した図である。
【図３】回路基板の金属積層部の表面の表面を模式的に示した図である。。
【図４】回路基板とコネクタとを示す図である。
【図５】回路基板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 回路基板
１Ａ 端子部
２１ 積層板
１１１ 絶縁基材
１１２ 回路層
１１３ 表面被覆層
１１３Ａ 接着層
１１３Ｂ 樹脂フィルム
１１４ 金属積層部
１１４Ａ 下部金属層
１１４Ｂ 上部金属層（金属層）
１１４Ｂ１ 被覆部
１１４Ｂ２ 未被覆部
１１４Ｃ 金属膜
１１５ 補強部
１１５Ａ 粘着剤
１１５Ｂ 補強フィルム
２１２ 金属箔
Ｃ コネクタ
Ｍ メインボード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、
前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属積層部とを含んで端子部が構成され、
前記金属積層部は、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、この金属層上に設けられるとともに、銅または銅合金を含む金属膜とを備え、
前記金属層表面には、前記金属膜により覆われる被覆部と、前記金属膜により覆われない未被覆部とが形成され、
前記被覆部は、前記金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含む回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板において、
前記金属膜の厚みは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である回路基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路基板において、
前記金属膜は、めっき膜である回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の回路基板において、
前記金属積層部は、前記回路層上に形成され、前記金属層により被覆される下部金属層と、この下部金属層上に設けられる上部金属層としての前記金属層と、
前記上部金属層上に設けられる前記金属膜とを備え、
前記下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の無光沢めっき層であり、
前記上部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の光沢めっき層である回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載の回路基板において、
前記下部金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層である回路基板。
【請求項６】
請求項４に記載の回路基板において、
前記下部金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層である回路基板。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の回路基板において、
前記下部金属層の厚みは１５μｍ以下であり、前記上部金属層の厚みは５μｍ以下である回路基板。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれかに記載の回路基板において、
前記回路層上に直接前記下部金属層が形成されている回路基板。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の回路基板において、
前記絶縁基材は、可撓性を有する回路基板。
【請求項１】
絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、
前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属積層部とを含んで端子部が構成され、
前記金属積層部は、錫または錫合金を含んで構成される金属層と、この金属層上に設けられるとともに、銅または銅合金を含む金属膜とを備え、
前記金属層表面には、前記金属膜により覆われる被覆部と、前記金属膜により覆われない未被覆部とが形成され、
前記被覆部は、前記金属層の隣接する金属粒子間の境界部分を含む回路基板。
【請求項２】
請求項１に記載の回路基板において、
前記金属膜の厚みは、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である回路基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回路基板において、
前記金属膜は、めっき膜である回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の回路基板において、
前記金属積層部は、前記回路層上に形成され、前記金属層により被覆される下部金属層と、この下部金属層上に設けられる上部金属層としての前記金属層と、
前記上部金属層上に設けられる前記金属膜とを備え、
前記下部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．５μｍ以上、５μｍ以下の無光沢めっき層であり、
前記上部金属層は、金属粒子の平均粒径が０．１μｍ以下の光沢めっき層である回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載の回路基板において、
前記下部金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層である回路基板。
【請求項６】
請求項４に記載の回路基板において、
前記下部金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層である回路基板。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の回路基板において、
前記下部金属層の厚みは１５μｍ以下であり、前記上部金属層の厚みは５μｍ以下である回路基板。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれかに記載の回路基板において、
前記回路層上に直接前記下部金属層が形成されている回路基板。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の回路基板において、
前記絶縁基材は、可撓性を有する回路基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８５０１１（Ｐ２００８−８５０１１Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６１９２４（Ｐ２００６−２６１９２４）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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