錫系めっき平角導体およびフレキシブルフラットケーブル
【課題】ＦＦＣとして用いる錫系めっき銅または銅合金の平角導体に関するもので、熱処理を行ったＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、コネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生が、銅配線間等での短絡等が生じることがない程度に抑制されるようにすることにある。
【解決手段】Ｃｕ平角導体の端子部が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（以下、Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（以下、Ａ相）および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。
【解決手段】Ｃｕ平角導体の端子部が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（以下、Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（以下、Ａ相）および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウイスカーの発生を抑制した錫めっきが施された銅または銅合金の平角導体並びにそれを用いたフレキシブルフラットケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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る。例えば、平角状の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プリント配線基板等に接続配線されるが、接触抵抗を小さくしたり、半田付性を向上させるため前記平角導体には通常、純錫や錫合金めっき（以下、Ｓｎ系めっき）や金／ニッケルめっき（以下、Ａｕ／Ｎｉめっき）が施される。そして、このような平角導体は、通常Φ０．５〜１ｍｍ程度の銅線にＳｎ系めっきを施した後に、Φ０．１〜０．２ｍｍ程度に伸線加工を行い、さらに圧延加工によって平角導体が作製されている。しかしながら、このようにして作られた錫めっき平角導体を用いたフレキシブルフラットケーブルは、コネクタと嵌合して長期に使用するとウイスカーと称する針状結晶が成長してくることが知られている。このようなウイスカーの成長は、銅配線間等での短絡を生じて電子機器等のトラブルに繋がり好ましくない。そこで、この問題を解決するための提案がなされている。例えば特許文献１には、電気導体部品の電気接続部分に厚さ０．２〜１．０μｍ未満の錫めっきを施すこと、また前記錫めっきは、錫層と錫と電気導体との合金層からなり、合金層の比率が５０％以上となるようにすることが記載されている。しかしながら、前記合金層を詳細に観測すると、この合金層はＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相の２層から構成されており、特にＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相は凹凸状に成長する。このため、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相の成長が進むと純錫めっき層との界面を平滑にすることが難しくなり、純錫めっき層の厚さが均一にならず純錫めっき層が厚い部分から優先的にウイスカーが発生することが確認された。この特許文献１には、これらの点について何も開示されていない。また、特許文献２には、銅或いは銅合金の下地導体表面から順次生成された、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相の合計厚さに対して、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相の厚さを３０％以上となるようにすることが記載されている。しかしながら、この特許文献２にはめっき層全体の厚さについての記載がなく、このめっき層が厚い場合には純錫めっき層を必要とする十分に薄い層とすることができず、ウイスカーの生成を十分に抑制することができない問題点があった。さらに、特許文献３には、銅或いは銅合金の配線上に熱処理により純錫めっき層の厚さが０．２０μｍ未満となるようにし、その上に腐食防止層を形成することが記載されているが、純錫めっき層の厚さが０．２０μｍ未満と薄くなった場合の銅配線等の腐食の問題を解決しようとするもので、熱処理により生成したＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相に関して何ら考慮されていない。
【特許文献１】特開２００６−１２７９３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３３４５号公報
【特許文献３】特開２００６−３１９２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
よって本発明が解決しようとする課題は、フレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣ）として用いる錫系めっき銅または銅合金の平角導体（以下、Ｓｎ系めっきＣｕ平角導体）に関するもので、純錫めっきが施された銅または銅合金の平角導体（以下、Ｃｕ平角導体）の前記錫系めっき層（以下、Ｓｎ系めっき層）を熱処理した後の、純錫めっき層（以下、純Ｓｎめっき層）の厚さおよび生成された銅の金属間化合物相の構成を特定することによって、ウイスカーの発生を極力抑制することにある。具体的には、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下とすること、さらに屈曲特性、具体的にはU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上に向上させると共に、接触信頼性（接触抵抗として５０ｍΩ未満）も十分満足するSｎ系めっきCu平角導体を提供することにある。また、このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いることによって、コネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生が銅配線間等での短絡等がない電気的特性に優れたＦＦＣを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記解決しようとする課題は、請求項１に記載するように、Ｃｕ平角導体の端子部が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（Ａ相）および純錫（以下、純Sｎ）或いは錫合金（以下、Sｎ合金）層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。また、請求項２に記載するように、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であることを特徴とするＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、より好ましく解決される。
【０００５】
さらに、請求項３に記載するように、請求項１または２に記載のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、最も好ましく解決される。
【０００６】
請求項４に記載するように、前記Ｓｎ合金めっき層が、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であるＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。
【０００７】
また、請求項５に記載するように、請求項１〜４のいずれかに記載される純Ｓｎめっき或いはＳｎ合金めっきが施されたＳｎ系めっきＣｕの複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、解決される。
【発明の効果】
【０００８】
以上のような本発明によれば、Ｃｕ平角導体が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相（Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相）、Ａ相（Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相）および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とすることによって、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上或いは４００万回以上）が向上すると共に、発生するウイスカーの最大長が５０μｍ未満で、接触信頼性にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体とすることができる。さらに、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０の範囲とすることによって、この種ＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体として信頼性の中でも重要視され最も要求の多い屈曲特性を、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数を確実に４００万回以上とすることができる。また、発生するウイスカーの最大長が５０μｍ以下で、接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体とすることができる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、短絡等を生じない電気的特性に優れたＦＦＣが得られる。
【０００９】
また、前述のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上）や接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体を確実に製造することができるので好ましい。さらには、Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすると共に、Ａ相／Ｂ相を１．５〜３．０の範囲とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上）並びに接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）に優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができ好ましい。
【００１０】
さらに、前記Ｓｎ合金層として、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であるＳｎ合金めっきＣｕ平角導体としたので、コネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生が抑制されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であり、Ｓｎ合金めっき層も用途に適した種々のＳｎ合金を選定できる。
【００１１】
そして、前記のＳｎ系めっきＣｕ平角導体の複数本を用いて必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、コネクタと長期に渡って嵌合して使用しても、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下とすることが可能なので、銅配線間等で短絡等が生じることがない電気的特性に優れた小型のＦＦＣとすることができる。さらには、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上の屈曲特性や接触抵抗が５０ｍΩ未満の接触信頼性が良好なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明のＳｎ系めっきＣｕ平角導体はＦＦＣ用として使用されるもので、熱処理されることによって前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相、Ａ相および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎめっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とするものである。以下に詳細に説明する。
【００１３】
ＦＦＣ用のＳｎめっきＣｕ平角導体は、通常Φ０．１〜０．２ｍｍ程度に伸線された銅線にＳｎめっき層を施した後、圧延加工を行うことによって製造されている。ついで、熱処理して純Ｓｎめっき層の厚さを減少させることによってウイスカーの発生を抑制していた。しかしながら、前述の熱処理によって、Ｓｎ系めっきＣｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相、Ａ相の銅金属間化合物相および純Ｓｎ層やＳｎ合金層が生成されることになる。そして、銅金属間化合物相の内、特にＢ相（Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相）は凹凸状に成長する。このため、Ｂ相の成長が進むと純錫めっき層との界面を平滑にすることが難しくなり、純Ｓｎめっき層等の厚さが均一にならなかった。また、このＳｎ系めっき層は全てＣｕ原子の拡散によって進行するので、Ｂ相およびＡ相の形成時の体積膨張によってＳｎ系めっき層に生じる内部応力に差が生じる。そのため、同じ厚さのＳｎ系めっき層等であっても銅金属間化合物相の構成が異なると、ウイスカーの発生機構も異なることが判った。特に、Ｂ相がＡ相（Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相）を突き破るように生成すると長いウイスカーが発生し易いことが確認された。
【００１４】
そこで、この発明ではＳｎ系めっきＣｕ平角導体として、前記純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とすることによって、コネクタと嵌合して長期に使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度（ウイスカーの最大長が５０μｍ以下）の長さのウイスカーであると共に、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲特性を有するＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができる。すなわち、Ａ／Ｂが１．５未満ではＢ相の成長の影響が出てきて銅金属間化合物層に凹凸状に成長してしまい、純Ｓｎ層と銅金属間化合物層の界面の平滑性が悪くなり、そのため、純Ｓｎ層の厚さにバラツキが生じ易くなり、特に純Ｓｎ層の厚い部分から優先的により長いウイスカーが発生し易いことによると思われる。これは、生成されたＢ相がＡ相の表面から突出しない状態となり、純Ｓｎ層が比較的平滑となりウイスカー発生の起点が少なく、ウイスカーの発生も抑制されるものと考えられる。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると、ウイスカーの供給源となる錫原子の量が少なくなるためウイスカーの発生が抑制（最大長が５０μｍ以下）されると共に、接触信頼性（接触抵抗として５０ｍΩ未満）や耐食性も確保される。また、屈曲特性についてもU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上の屈曲寿命を有するものとなる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーに抑制できる。
【００１５】
さらに、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比をＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０の範囲とすることによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命とすることができる。また、発生するウイスカーの最大長も５０μｍ以下であると共に、接触抵抗が５０ｍΩ未満と接触信頼性にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、短絡等を生じない電気的特性に優れた特に、小型のＦＦＣを得ることもできる。本発明者等が純Ｓｎ層の厚さと銅金属間化合物層に於けるＢ相およびＡ相の割合について種々検討した結果、Ｂ相およびＡ相の割合が３．０を超えなければ前記屈曲回数が確実に４００万回以上になることを確認した。すなわち、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであって、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５〜３．０になるようなＳｎめっき層を形成することによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数を４００万回以上の屈曲寿命であり、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ未満にでき、前記接触信頼性にも優れたものとなる。さらに説明すると、Ｂ相とＡ相の生成割合の比にするのはＡ／Ｂが１．５未満では前述した問題点が生じ、また、Ａ／Ｂが３．０を超えるようになると、前記の屈曲寿命が得られないためである。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍとするのは、ＦＦＣの端子部の接触信頼性、耐食性を確保すると共に、ウイスカーの供給源となる錫原子の量を極力少なくするためである。なお、長さが５０μｍ程度のウイスカーであれば、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーであり、また、接触信頼性も十分確保できると共に屈曲寿命にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体となる。そして、このような構成のＳｎ系めっき層は、通常Ｓｎ系めっきの融点以上の温度で、０．０５〜数秒間加熱することによって得ることができる。さらには、Ｓｎめっきの融点以下の温度で長時間加熱することによっても良いし、両者の加熱処理を組合わせて行っても良い。なお、Ｂ相とＡ相の生成割合の比は、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍで、後述するようにＡ相の表面粗さの平均値が１５０ｎｍ以下であれば、実用的なＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られるので、必ずしもＡ／Ｂとして１．５〜３．０の範囲ではなく３．０を若干上回っても有用であることを確認した。
【００１６】
さらに検討を進めた結果、上記のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性や接触信頼性にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体を確実に製造することができるので好ましい。本発明者等は、純Ｓｎ層と銅金属間化合物層との界面の平滑性についても検討した結果、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば、発生するウイスカーの最大長が３０μｍ以下となることを確認した。すなわち、Ｓｎめっき層を加熱処理した後、純Ｓｎ層を除去（化学的或いは電気化学的処理によって）し、その表面（Ａ相の表面に相当）を原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭ）を用いて３次元的に観測したところ、その表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば発生するウイスカーの最大長が３０μｍ以下となることが判った。また、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下で、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５〜３．０の範囲内とすることによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数も４００万回以上の屈曲寿命とすることができる。このように、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共にＡ／Ｂの上限が３．０であれば、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命であり、接触抵抗として５０ｍΩ未満の接触信頼性にも優れるものとなる。しかも、ウイスカーの最大長は３０μｍ以下であるから最も好ましいＳｎ系めっきＣｕ平角導体となる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがないＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られる。なお、Ａ相の表面粗さの平均値は、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５以上、好ましくは、１．５〜３．０の範囲で、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであればU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命で、ウイスカーの最大長が５０μｍ以下の実用的なＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られ、必ずしも１５０ｎｍ以下とする必要がないことも確認できた。
【００１７】
また、前記Ｓｎ合金めっき層が錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種とすれば、得られたＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、コネクタと長期間嵌合して使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーの発生に抑制され、屈曲特性や接触信頼性に優れると共に目的によって錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金等の鉛フリーのＳｎ合金めっきにも適用できるので、めっき処理の使用範囲が広くなり有用なＳｎ系めっきＣｕ平角導体である。
【００１８】
そして、純Ｓｎめっき或いはＳｎ合金めっきが施されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体の複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、前記端子部とコネクタとを嵌合して長期に使用してもウイスカーの発生が抑制され、銅配線間等での短絡を生じることがなく有用なものである。これは、前述したように発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下や３０μｍ以下に抑制することができる優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体が開発できたためである。さらには、屈曲特性（Ｕ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上）や接触抵抗として５０ｍΩ未満の接触信頼性（接触信頼性の指標となる）にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体である。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を使用することにより、小型の電子機器類にも十分に対応できるＦＦＣが得られる。なお、通常のＦＦＣについて簡単に説明すると、前述のＳｎ系めっきＣｕ平角導体を数本〜数十本所定の間隔で平行に並べ、ポリエチレンテレフタレート(以下、ＰＥＴ)やポリイミド樹脂（以下、ＰＩ）等の絶縁フィルムで両側からラミネートして被覆し、適所で切断し少なくとも一方の端部がコネクタ（例えば、ＺＩＦ型コネクタ）と接続する端末部となるように切削して形成することによって製造されたものである。
【実施例】
【００１９】
以下に実施例および比較例を記載して、本発明の効果を述べる。Φ０．８ｍｍの軟銅丸線に電解Ｎｉめっきにより１０μｍ厚さの純Ｓｎめっき層を形成した。このＳｎめっき軟銅丸線を伸線加工によりΦ０．１２ｍｍまで伸線した。ついで、上・下の圧延ロールを用いて圧延加工し、厚さが０．０３５ｍｍのＳｎめっき平角導体とした。純Ｓｎめっきの他にＳｎ−１％Ａｇめっきを施したもの、また銅線の代わりにリン青銅線を使用して、同様にＳｎ合金めっき平角導体を作製した。これ等のＳｎ系めっき平角導体を、種々の加熱条件で熱処理を行い純Ｓｎ層（或いはＳｎ−１％Ａｇめっき層）、銅金属間化合物層を形成させて、それぞれの層の厚さ並びに銅金属間化合物層に於けるＢ相およびＡ相の状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察して、Ｂ相がＡ相から突出しているか否かを調べた。また、得られたＢ相の割合とＡ相の割合を面積として算出し、その面積比からＡ相／Ｂ相の比率を求めた。さらに、銅金属間化合物層に於けるＢ相の表面粗さを、純Ｓｎ層を化学的に処理して除去した後に、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて観測した。ついで、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて算出平均粗さ（Ｒａ）を求めた。表面粗さ（Ｒａ）が１５０ｎｍ以下のものを合格とした。ついで、これ等のＳｎめっき平角導体を用いてＦＦＣ（４０本を平行に配置）を作製し、その端子部にコネクタ（ＪＳＴ社製のＺＩＦタイプのもので、Ｓｎリフロー処理が施されたものである。）を嵌合して常温常湿下で５００時間保持した。ついで、端子部の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によって観察して発生したウイスカーの最大長さを測定した。ウイスカーの長さとして、５０μｍ以下を〇印で、３０μｍ以下を◎として記載した。また５０μｍを超えるものは△印で、１００μｍを超えた場合には×印で記載した。さらに、屈曲特性として、得られたＦＦＣの片端を固定してＵ字状になるように曲げて設置し、他端を一定のストロークで摺動させて平角導体が断線するまでの回数を測定した（Ｕ字摺動屈曲試験）。屈曲回数が４００万回以上のものを◎印で、３００万回以上のものを〇印で示した。さらに、コネクタと嵌合状態でテスターによる接触抵抗を測定して接触信頼性の指標とした。５０ｍΩ未満を〇印で、５０ｍΩ以上のものは不合格として×印で示した。純銅導体に純錫めっきを施した場合の実施例の結果を表１に、また、表１に対応する比較例の結果を表２に示した。さらに、導体としてリン青銅を使用した場合やＳｎ−１％Ａｇをめっきした場合の実施例および比較例の結果を、表３に記載した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
表１から明らかなように、実施例１〜４に示した純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上を満足する純Ｃｕの導体に、純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は５０μｍ以下であり、また、屈曲特性もＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満と接触信頼性も良いことを示している。さらに、Ｂ相がＡ相から突出しているものはなかった。また、実施例５〜１３として示した、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０を満足する純Ｃｕの導体に純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は５０μｍ以下であり、また、屈曲特性もＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満と接触信頼性も良いことを示している。さらに、Ｂ相がＡ相から突出しているものはなかった。さらに、実施例１４〜１７に示した例は、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として３．２〜４．２と３．０を超えた場合でも、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下の純Ｃｕの導体に純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下としたことによって発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下とすることができ、また屈曲回数は３００万回以上となる。なお、これ等の例でもＢ相がＡ相から突出しているものはなかった。
【００２４】
また、実施例１８〜３６に示すように、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であり、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下のＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価が◎印で示されるように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は３０μｍ以下、また、Ｕ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数は４００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満であり最も好ましい例である。また、Ｂ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２５】
つぎに、表２の比較例について説明する。比較例１〜３に示すように、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍを超えると、ウイスカーが長さ５０μｍを超えるものが発生して問題があった。また、いずれの例もＢ相がＡ相から突出していた。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍを超えるものは、比較例４、５および９に見られるように、長さが５０μｍを超えるウイスカーが発生して好ましくない。特に、比較例９に示すように純Ｓｎ層の平均厚さが１．０μｍを超え、最大厚さが１．４５μｍとなると、長さが１００μｍを超えるウイスカーが発生した。また、純Ｓｎ層の平均厚さが０．３μｍ未満の場合には、比較例６〜８に示すようにＳｎめっき層が薄すぎることにより接触抵抗が５０ｍΩ以上となって問題がある。なお、これ等の例ではＢ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２６】
つぎに、表３に示した純Ｃｕ以外の導体や純Ｓｎ以外のＳｎめっきを用いた場合について説明する。実施例３７のように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体、また、実施例３８に記載するように、導体としてリン青銅を用い純ＳｎめっきとたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であっても、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であれば、発生するウイスカー長が５０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有するものであった。総合評価を〇印で示した。また、実施例３９および４０のように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば、発生するウイスカーの長さが３０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有する優れたものとすることができる。総合評価として◎印で示した。さらに、実施例４１のように導体としてリン青銅を用い、Ｓｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体、実施例４２のように導体としてリン青銅を用い、純Ｓｎめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下としたものは、発生するウイスカーの長さが３０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有する優れたものである。総合評価として◎印で示した。なお、以上の実施例では、Ｂ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２７】
これに対して、比較例１０に記載したように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さが１５０ｎｍを大幅に超えるようにすると、ウイスカーの長さが５０μｍを超えるものが発生して好ましくない。また、比較例１１のように、導体としてリン青銅を用い純Ｓｎめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いても、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さが１５０ｎｍを超えると、ウイスカーの長さが５０μｍを超えるものが発生して好ましくなかった。これらの例では、いずれもＢ相がＡ相から突出していた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、特にコネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生を、銅配線間等での短絡等が生じることがない程度に抑制できるので、特に小型の電子機器類用のＦＦＣとして使用しても有用なものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウイスカーの発生を抑制した錫めっきが施された銅または銅合金の平角導体並びにそれを用いたフレキシブルフラットケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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る。例えば、平角状の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プリント配線基板等に接続配線されるが、接触抵抗を小さくしたり、半田付性を向上させるため前記平角導体には通常、純錫や錫合金めっき（以下、Ｓｎ系めっき）や金／ニッケルめっき（以下、Ａｕ／Ｎｉめっき）が施される。そして、このような平角導体は、通常Φ０．５〜１ｍｍ程度の銅線にＳｎ系めっきを施した後に、Φ０．１〜０．２ｍｍ程度に伸線加工を行い、さらに圧延加工によって平角導体が作製されている。しかしながら、このようにして作られた錫めっき平角導体を用いたフレキシブルフラットケーブルは、コネクタと嵌合して長期に使用するとウイスカーと称する針状結晶が成長してくることが知られている。このようなウイスカーの成長は、銅配線間等での短絡を生じて電子機器等のトラブルに繋がり好ましくない。そこで、この問題を解決するための提案がなされている。例えば特許文献１には、電気導体部品の電気接続部分に厚さ０．２〜１．０μｍ未満の錫めっきを施すこと、また前記錫めっきは、錫層と錫と電気導体との合金層からなり、合金層の比率が５０％以上となるようにすることが記載されている。しかしながら、前記合金層を詳細に観測すると、この合金層はＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相の２層から構成されており、特にＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相は凹凸状に成長する。このため、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相の成長が進むと純錫めっき層との界面を平滑にすることが難しくなり、純錫めっき層の厚さが均一にならず純錫めっき層が厚い部分から優先的にウイスカーが発生することが確認された。この特許文献１には、これらの点について何も開示されていない。また、特許文献２には、銅或いは銅合金の下地導体表面から順次生成された、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相の合計厚さに対して、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相の厚さを３０％以上となるようにすることが記載されている。しかしながら、この特許文献２にはめっき層全体の厚さについての記載がなく、このめっき層が厚い場合には純錫めっき層を必要とする十分に薄い層とすることができず、ウイスカーの生成を十分に抑制することができない問題点があった。さらに、特許文献３には、銅或いは銅合金の配線上に熱処理により純錫めっき層の厚さが０．２０μｍ未満となるようにし、その上に腐食防止層を形成することが記載されているが、純錫めっき層の厚さが０．２０μｍ未満と薄くなった場合の銅配線等の腐食の問題を解決しようとするもので、熱処理により生成したＣｕ３Ｓｎ金属間化合物相、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相に関して何ら考慮されていない。
【特許文献１】特開２００６−１２７９３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３３４５号公報
【特許文献３】特開２００６−３１９２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
よって本発明が解決しようとする課題は、フレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣ）として用いる錫系めっき銅または銅合金の平角導体（以下、Ｓｎ系めっきＣｕ平角導体）に関するもので、純錫めっきが施された銅または銅合金の平角導体（以下、Ｃｕ平角導体）の前記錫系めっき層（以下、Ｓｎ系めっき層）を熱処理した後の、純錫めっき層（以下、純Ｓｎめっき層）の厚さおよび生成された銅の金属間化合物相の構成を特定することによって、ウイスカーの発生を極力抑制することにある。具体的には、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下とすること、さらに屈曲特性、具体的にはU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上に向上させると共に、接触信頼性（接触抵抗として５０ｍΩ未満）も十分満足するSｎ系めっきCu平角導体を提供することにある。また、このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いることによって、コネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生が銅配線間等での短絡等がない電気的特性に優れたＦＦＣを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記解決しようとする課題は、請求項１に記載するように、Ｃｕ平角導体の端子部が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（Ａ相）および純錫（以下、純Sｎ）或いは錫合金（以下、Sｎ合金）層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。また、請求項２に記載するように、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であることを特徴とするＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、より好ましく解決される。
【０００５】
さらに、請求項３に記載するように、請求項１または２に記載のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であるＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、最も好ましく解決される。
【０００６】
請求項４に記載するように、前記Ｓｎ合金めっき層が、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であるＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることによって、解決される。
【０００７】
また、請求項５に記載するように、請求項１〜４のいずれかに記載される純Ｓｎめっき或いはＳｎ合金めっきが施されたＳｎ系めっきＣｕの複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、解決される。
【発明の効果】
【０００８】
以上のような本発明によれば、Ｃｕ平角導体が熱処理されることによって、前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相（Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相）、Ａ相（Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相）および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とすることによって、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上或いは４００万回以上）が向上すると共に、発生するウイスカーの最大長が５０μｍ未満で、接触信頼性にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体とすることができる。さらに、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０の範囲とすることによって、この種ＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体として信頼性の中でも重要視され最も要求の多い屈曲特性を、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数を確実に４００万回以上とすることができる。また、発生するウイスカーの最大長が５０μｍ以下で、接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体とすることができる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、短絡等を生じない電気的特性に優れたＦＦＣが得られる。
【０００９】
また、前述のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上）や接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体を確実に製造することができるので好ましい。さらには、Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすると共に、Ａ相／Ｂ相を１．５〜３．０の範囲とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性（U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上）並びに接触信頼性（接触抵抗が５０ｍΩ未満）に優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができ好ましい。
【００１０】
さらに、前記Ｓｎ合金層として、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であるＳｎ合金めっきＣｕ平角導体としたので、コネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生が抑制されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であり、Ｓｎ合金めっき層も用途に適した種々のＳｎ合金を選定できる。
【００１１】
そして、前記のＳｎ系めっきＣｕ平角導体の複数本を用いて必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、コネクタと長期に渡って嵌合して使用しても、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下とすることが可能なので、銅配線間等で短絡等が生じることがない電気的特性に優れた小型のＦＦＣとすることができる。さらには、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上の屈曲特性や接触抵抗が５０ｍΩ未満の接触信頼性が良好なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明のＳｎ系めっきＣｕ平角導体はＦＦＣ用として使用されるもので、熱処理されることによって前記Ｃｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相、Ａ相および純Ｓｎ或いはＳｎ合金層が形成されたＳｎめっきＣｕ平角導体であって、前記純Ｓｎ或いはＳｎ合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とするものである。以下に詳細に説明する。
【００１３】
ＦＦＣ用のＳｎめっきＣｕ平角導体は、通常Φ０．１〜０．２ｍｍ程度に伸線された銅線にＳｎめっき層を施した後、圧延加工を行うことによって製造されている。ついで、熱処理して純Ｓｎめっき層の厚さを減少させることによってウイスカーの発生を抑制していた。しかしながら、前述の熱処理によって、Ｓｎ系めっきＣｕ平角導体の表面から順次、Ｂ相、Ａ相の銅金属間化合物相および純Ｓｎ層やＳｎ合金層が生成されることになる。そして、銅金属間化合物相の内、特にＢ相（Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相）は凹凸状に成長する。このため、Ｂ相の成長が進むと純錫めっき層との界面を平滑にすることが難しくなり、純Ｓｎめっき層等の厚さが均一にならなかった。また、このＳｎ系めっき層は全てＣｕ原子の拡散によって進行するので、Ｂ相およびＡ相の形成時の体積膨張によってＳｎ系めっき層に生じる内部応力に差が生じる。そのため、同じ厚さのＳｎ系めっき層等であっても銅金属間化合物相の構成が異なると、ウイスカーの発生機構も異なることが判った。特に、Ｂ相がＡ相（Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相）を突き破るように生成すると長いウイスカーが発生し易いことが確認された。
【００１４】
そこで、この発明ではＳｎ系めっきＣｕ平角導体として、前記純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相と前記Ａ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上とすることによって、コネクタと嵌合して長期に使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度（ウイスカーの最大長が５０μｍ以下）の長さのウイスカーであると共に、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲特性を有するＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができる。すなわち、Ａ／Ｂが１．５未満ではＢ相の成長の影響が出てきて銅金属間化合物層に凹凸状に成長してしまい、純Ｓｎ層と銅金属間化合物層の界面の平滑性が悪くなり、そのため、純Ｓｎ層の厚さにバラツキが生じ易くなり、特に純Ｓｎ層の厚い部分から優先的により長いウイスカーが発生し易いことによると思われる。これは、生成されたＢ相がＡ相の表面から突出しない状態となり、純Ｓｎ層が比較的平滑となりウイスカー発生の起点が少なく、ウイスカーの発生も抑制されるものと考えられる。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると、ウイスカーの供給源となる錫原子の量が少なくなるためウイスカーの発生が抑制（最大長が５０μｍ以下）されると共に、接触信頼性（接触抵抗として５０ｍΩ未満）や耐食性も確保される。また、屈曲特性についてもU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上の屈曲寿命を有するものとなる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーに抑制できる。
【００１５】
さらに、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比をＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０の範囲とすることによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命とすることができる。また、発生するウイスカーの最大長も５０μｍ以下であると共に、接触抵抗が５０ｍΩ未満と接触信頼性にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体とすることができる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を用いてＦＦＣを作製すれば、短絡等を生じない電気的特性に優れた特に、小型のＦＦＣを得ることもできる。本発明者等が純Ｓｎ層の厚さと銅金属間化合物層に於けるＢ相およびＡ相の割合について種々検討した結果、Ｂ相およびＡ相の割合が３．０を超えなければ前記屈曲回数が確実に４００万回以上になることを確認した。すなわち、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであって、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５〜３．０になるようなＳｎめっき層を形成することによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数を４００万回以上の屈曲寿命であり、発生するウイスカーの最大長を５０μｍ未満にでき、前記接触信頼性にも優れたものとなる。さらに説明すると、Ｂ相とＡ相の生成割合の比にするのはＡ／Ｂが１．５未満では前述した問題点が生じ、また、Ａ／Ｂが３．０を超えるようになると、前記の屈曲寿命が得られないためである。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍとするのは、ＦＦＣの端子部の接触信頼性、耐食性を確保すると共に、ウイスカーの供給源となる錫原子の量を極力少なくするためである。なお、長さが５０μｍ程度のウイスカーであれば、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーであり、また、接触信頼性も十分確保できると共に屈曲寿命にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体となる。そして、このような構成のＳｎ系めっき層は、通常Ｓｎ系めっきの融点以上の温度で、０．０５〜数秒間加熱することによって得ることができる。さらには、Ｓｎめっきの融点以下の温度で長時間加熱することによっても良いし、両者の加熱処理を組合わせて行っても良い。なお、Ｂ相とＡ相の生成割合の比は、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍで、後述するようにＡ相の表面粗さの平均値が１５０ｎｍ以下であれば、実用的なＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られるので、必ずしもＡ／Ｂとして１．５〜３．０の範囲ではなく３．０を若干上回っても有用であることを確認した。
【００１６】
さらに検討を進めた結果、上記のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下とすることによって、発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下に抑制することができると共に、屈曲特性や接触信頼性にも優れたＳｎめっきＣｕ平角導体を確実に製造することができるので好ましい。本発明者等は、純Ｓｎ層と銅金属間化合物層との界面の平滑性についても検討した結果、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば、発生するウイスカーの最大長が３０μｍ以下となることを確認した。すなわち、Ｓｎめっき層を加熱処理した後、純Ｓｎ層を除去（化学的或いは電気化学的処理によって）し、その表面（Ａ相の表面に相当）を原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭ）を用いて３次元的に観測したところ、その表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば発生するウイスカーの最大長が３０μｍ以下となることが判った。また、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下で、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５〜３．０の範囲内とすることによって、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数も４００万回以上の屈曲寿命とすることができる。このように、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共にＡ／Ｂの上限が３．０であれば、U字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命であり、接触抵抗として５０ｍΩ未満の接触信頼性にも優れるものとなる。しかも、ウイスカーの最大長は３０μｍ以下であるから最も好ましいＳｎ系めっきＣｕ平角導体となる。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、コネクタと嵌合して長期間使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがないＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られる。なお、Ａ相の表面粗さの平均値は、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ／Ｂとして１．５以上、好ましくは、１．５〜３．０の範囲で、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであればU字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命で、ウイスカーの最大長が５０μｍ以下の実用的なＳｎ系めっきＣｕ平角導体が得られ、必ずしも１５０ｎｍ以下とする必要がないことも確認できた。
【００１７】
また、前記Ｓｎ合金めっき層が錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種とすれば、得られたＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、コネクタと長期間嵌合して使用しても銅配線間等での短絡等が生じることがない程度のウイスカーの発生に抑制され、屈曲特性や接触信頼性に優れると共に目的によって錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金等の鉛フリーのＳｎ合金めっきにも適用できるので、めっき処理の使用範囲が広くなり有用なＳｎ系めっきＣｕ平角導体である。
【００１８】
そして、純Ｓｎめっき或いはＳｎ合金めっきが施されたＳｎ系めっきＣｕ平角導体の複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部が形成されているＦＦＣとすることによって、前記端子部とコネクタとを嵌合して長期に使用してもウイスカーの発生が抑制され、銅配線間等での短絡を生じることがなく有用なものである。これは、前述したように発生するウイスカーの最大長を５０μｍ以下や３０μｍ以下に抑制することができる優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体が開発できたためである。さらには、屈曲特性（Ｕ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上、好ましくは４００万回以上）や接触抵抗として５０ｍΩ未満の接触信頼性（接触信頼性の指標となる）にも優れたＳｎ系めっきＣｕ平角導体である。このようなＳｎ系めっきＣｕ平角導体を使用することにより、小型の電子機器類にも十分に対応できるＦＦＣが得られる。なお、通常のＦＦＣについて簡単に説明すると、前述のＳｎ系めっきＣｕ平角導体を数本〜数十本所定の間隔で平行に並べ、ポリエチレンテレフタレート(以下、ＰＥＴ)やポリイミド樹脂（以下、ＰＩ）等の絶縁フィルムで両側からラミネートして被覆し、適所で切断し少なくとも一方の端部がコネクタ（例えば、ＺＩＦ型コネクタ）と接続する端末部となるように切削して形成することによって製造されたものである。
【実施例】
【００１９】
以下に実施例および比較例を記載して、本発明の効果を述べる。Φ０．８ｍｍの軟銅丸線に電解Ｎｉめっきにより１０μｍ厚さの純Ｓｎめっき層を形成した。このＳｎめっき軟銅丸線を伸線加工によりΦ０．１２ｍｍまで伸線した。ついで、上・下の圧延ロールを用いて圧延加工し、厚さが０．０３５ｍｍのＳｎめっき平角導体とした。純Ｓｎめっきの他にＳｎ−１％Ａｇめっきを施したもの、また銅線の代わりにリン青銅線を使用して、同様にＳｎ合金めっき平角導体を作製した。これ等のＳｎ系めっき平角導体を、種々の加熱条件で熱処理を行い純Ｓｎ層（或いはＳｎ−１％Ａｇめっき層）、銅金属間化合物層を形成させて、それぞれの層の厚さ並びに銅金属間化合物層に於けるＢ相およびＡ相の状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察して、Ｂ相がＡ相から突出しているか否かを調べた。また、得られたＢ相の割合とＡ相の割合を面積として算出し、その面積比からＡ相／Ｂ相の比率を求めた。さらに、銅金属間化合物層に於けるＢ相の表面粗さを、純Ｓｎ層を化学的に処理して除去した後に、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて観測した。ついで、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて算出平均粗さ（Ｒａ）を求めた。表面粗さ（Ｒａ）が１５０ｎｍ以下のものを合格とした。ついで、これ等のＳｎめっき平角導体を用いてＦＦＣ（４０本を平行に配置）を作製し、その端子部にコネクタ（ＪＳＴ社製のＺＩＦタイプのもので、Ｓｎリフロー処理が施されたものである。）を嵌合して常温常湿下で５００時間保持した。ついで、端子部の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によって観察して発生したウイスカーの最大長さを測定した。ウイスカーの長さとして、５０μｍ以下を〇印で、３０μｍ以下を◎として記載した。また５０μｍを超えるものは△印で、１００μｍを超えた場合には×印で記載した。さらに、屈曲特性として、得られたＦＦＣの片端を固定してＵ字状になるように曲げて設置し、他端を一定のストロークで摺動させて平角導体が断線するまでの回数を測定した（Ｕ字摺動屈曲試験）。屈曲回数が４００万回以上のものを◎印で、３００万回以上のものを〇印で示した。さらに、コネクタと嵌合状態でテスターによる接触抵抗を測定して接触信頼性の指標とした。５０ｍΩ未満を〇印で、５０ｍΩ以上のものは不合格として×印で示した。純銅導体に純錫めっきを施した場合の実施例の結果を表１に、また、表１に対応する比較例の結果を表２に示した。さらに、導体としてリン青銅を使用した場合やＳｎ−１％Ａｇをめっきした場合の実施例および比較例の結果を、表３に記載した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
表１から明らかなように、実施例１〜４に示した純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５以上を満足する純Ｃｕの導体に、純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は５０μｍ以下であり、また、屈曲特性もＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が３００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満と接触信頼性も良いことを示している。さらに、Ｂ相がＡ相から突出しているものはなかった。また、実施例５〜１３として示した、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０を満足する純Ｃｕの導体に純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は５０μｍ以下であり、また、屈曲特性もＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満と接触信頼性も良いことを示している。さらに、Ｂ相がＡ相から突出しているものはなかった。さらに、実施例１４〜１７に示した例は、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として３．２〜４．２と３．０を超えた場合でも、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下の純Ｃｕの導体に純ＳｎをめっきしたＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価を〇印で示したように、Ａ相の表面粗さの平均を１５０ｎｍ以下としたことによって発生するウイスカーの最大長を３０μｍ以下とすることができ、また屈曲回数は３００万回以上となる。なお、これ等の例でもＢ相がＡ相から突出しているものはなかった。
【００２４】
また、実施例１８〜３６に示すように、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であり、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下のＳｎめっきＣｕ平角導体は、総合評価が◎印で示されるように、コネクタと嵌合して長期に使用しても発生するウイスカーの最大長は３０μｍ以下、また、Ｕ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数は４００万回以上の屈曲寿命を有し、接触抵抗値も５０ｍΩ未満であり最も好ましい例である。また、Ｂ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２５】
つぎに、表２の比較例について説明する。比較例１〜３に示すように、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍを超えると、ウイスカーが長さ５０μｍを超えるものが発生して問題があった。また、いずれの例もＢ相がＡ相から突出していた。また、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍを超えるものは、比較例４、５および９に見られるように、長さが５０μｍを超えるウイスカーが発生して好ましくない。特に、比較例９に示すように純Ｓｎ層の平均厚さが１．０μｍを超え、最大厚さが１．４５μｍとなると、長さが１００μｍを超えるウイスカーが発生した。また、純Ｓｎ層の平均厚さが０．３μｍ未満の場合には、比較例６〜８に示すようにＳｎめっき層が薄すぎることにより接触抵抗が５０ｍΩ以上となって問題がある。なお、これ等の例ではＢ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２６】
つぎに、表３に示した純Ｃｕ以外の導体や純Ｓｎ以外のＳｎめっきを用いた場合について説明する。実施例３７のように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体、また、実施例３８に記載するように、導体としてリン青銅を用い純ＳｎめっきとたＳｎ系めっきＣｕ平角導体であっても、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であれば、発生するウイスカー長が５０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有するものであった。総合評価を〇印で示した。また、実施例３９および４０のように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下であれば、発生するウイスカーの長さが３０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有する優れたものとすることができる。総合評価として◎印で示した。さらに、実施例４１のように導体としてリン青銅を用い、Ｓｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体、実施例４２のように導体としてリン青銅を用い、純Ｓｎめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、純Ｓｎ層の最大厚さが１．０μｍでかつ平均厚さが０．３〜１．０μｍ、Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０で、Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下としたものは、発生するウイスカーの長さが３０μｍ以下で、接触抵抗が５０ｍΩ未満、屈曲特性としてＵ字摺動屈曲試験に於ける屈曲回数が４００万回以上の屈曲寿命を有する優れたものである。総合評価として◎印で示した。なお、以上の実施例では、Ｂ相がＡ相から突出しているものは見当たらなかった。
【００２７】
これに対して、比較例１０に記載したように、導体として純Ｃｕを用いＳｎ系めっきとしてＳｎ−１％質量Ａｇめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体であって、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さが１５０ｎｍを大幅に超えるようにすると、ウイスカーの長さが５０μｍを超えるものが発生して好ましくない。また、比較例１１のように、導体としてリン青銅を用い純Ｓｎめっきを施したＳｎ系めっきＣｕ平角導体に於いても、Ａ相／Ｂ相が１．５未満で、Ａ相の表面粗さが１５０ｎｍを超えると、ウイスカーの長さが５０μｍを超えるものが発生して好ましくなかった。これらの例では、いずれもＢ相がＡ相から突出していた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のＦＦＣ用のＳｎ系めっきＣｕ平角導体は、特にコネクタと長期間嵌合して使用してもウイスカーの発生を、銅配線間等での短絡等が生じることがない程度に抑制できるので、特に小型の電子機器類用のＦＦＣとして使用しても有用なものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純錫めっき或いは錫合金めっきが施されている銅または銅合金の平角導体が熱処理されることによって、前記銅または銅合金の平角導体表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（以下、Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（以下、Ａ相）および純錫或いは錫合金層が形成された銅または銅合金からなる平角導体であって、前記純錫或いは錫合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５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用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金からなる平角導体。
【請求項２】
前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルフラットケーブル用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金からなる平角導体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフレキシブルフラットケーブル用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下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用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体。
【請求項４】
前記錫合金めっき層が、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載される純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体の複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部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。
【請求項１】
純錫めっき或いは錫合金めっきが施されている銅または銅合金の平角導体が熱処理されることによって、前記銅または銅合金の平角導体表面から順次、Ｃｕ３Ｓｎ金属間化合物相（以下、Ｂ相）、Ｃｕ６Ｓｎ５金属間化合物相（以下、Ａ相）および純錫或いは錫合金層が形成された銅または銅合金からなる平角導体であって、前記純錫或いは錫合金層の最大厚さが１．０μｍで、かつ平均厚さが０．３〜１．０μｍであると共に、前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５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用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金からなる平角導体。
【請求項２】
前記Ｂ相とＡ相の生成割合の比がＡ相／Ｂ相として１．５〜３．０であることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルフラットケーブル用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金からなる平角導体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のフレキシブルフラットケーブル用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体に於いて、前記Ａ相の表面粗さの平均が１５０ｎｍ以下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用の純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体。
【請求項４】
前記錫合金めっき層が、錫銅合金、錫銀合金、錫ビスマス合金から選ばれる一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載される純錫めっき或いは錫合金めっきが施された銅または銅合金平角導体の複数本が、必要な間隔で接着剤付絶縁テープによってラミネートされて平行に配置され、端子部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。
【公開番号】特開２００９−２３１０６５（Ｐ２００９−２３１０６５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７５３６５（Ｐ２００８−７５３６５）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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