JP2012038710A - フレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウィスカの発生を抑制できるフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るフレキシブルフラットケーブル１は、銅又は銅合金からなる導電性基材１００と、導電性基材１００の表面に設けられる導電層１０２とを有する導体１０と、導体１０の上方に設けられる第１絶縁層２０と、導体１０の下方に設けられる第２絶縁層２２とを備え、導電層１０２は、導電性基材１００上に形成された銅−スズ金属間化合物層６１と、この銅−スズ金属間化合物層６１上に形成され、スズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層６２とからなる。
【選択図】図１

Description

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基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法に関する。特に、本発明は、スズ合金を含む導電層を有するフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法に関する。

近年の電気機器には多数の信号線が用いられている。そして、電気機器中の動きのある部品に信号を送信する場合には、当該部品と当該部品に信号を送信する部品とを、可撓性を有するフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）又はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）により接続している。そして、ＦＦＣ及びＦＰＣの配線材の表面には、配線材の酸化、腐食等を防止すべく、スズ、銀、金、ニッケル等のめっき層が設けられている。ここで、スズは柔らかいことから、圧力を加えると容易に変形する。したがって、雄雌端子の配線層にスズめっきを施した場合、雄端子と雌端子との嵌合によりスズめっきが変形して雄端子と雌端子との接触面積が増加する。これにより接触抵抗を低減できることから、配線材の表面にスズめっきを施すことが広く実施されている。ここで、スズを含むめっき層を配線の表面に設けた場合、当該めっき層からウィスカと称される針状の結晶が析出して、当該めっき層を有する配線と他の配線とを短絡させる場合がある。

そこで従来、電気導体部品の電気接続部分に厚さ０．２μｍ〜１．０μｍ未満のスズめっきを施した後、熱処理によりスズめっきのスズと電気導体との合金層の比率を５０％以上にする電気導体部品の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電気導体部品の製造方法は、スズの融点以上の温度で熱処理を実施してスズの合金層を形成するので、ウィスカの発生源になるスズ層の量を少なくすることができ、鉛フリーでウィスカの発生を低減することができる。

特開２００６−１２７９３９号公報

しかし、特許文献１に記載の電気導体部品の製造方法は、スズの融点以上の温度で熱処理を実施するので、スズの再結晶化により結晶粒の大きなスズが発生することがあり、この場合、電気導体内部に発生する応力を十分に緩和することができず、ウィスカの発生を抑制することが困難な場合がある。

したがって、本発明の目的は、ウィスカの発生を抑制できるフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、銅又は銅合金からなる導電性基材と、前記導電性基材の表面に設けられる導電層とを有する導体と、前記導体の上方に設けられる第１絶縁層と、前記導体の下方に設けられる第２絶縁層とを備え、前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成され、スズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルフラットケーブルが提供される。

また、上記フレキシブルフラットケーブルは、スズ−ビスマス固溶体は、３質量％以下のビスマスを含有することが好ましい。

また、上記フレキシブルフラットケーブルは、残存スズ層は、固溶しきれずに析出したビスマス結晶をさらに含むことが好ましい。

また、上記フレキシブルフラットケーブルは、導電層に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子定数が、ａ軸において０．５８４ｎｍ以上０．５８５ｎｍ以下であり、ｃ軸において０．３１８５ｎｍ以上０．３２ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。

また、上記フレキシブルフラットケーブルは、導電層に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子体積が、０．１０８５ｎｍ³以上０．１０９ｎｍ³以下の範囲内であることが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、第１の絶縁フィルム及び第２の絶縁フィルムと、前記第１の絶縁フィルムと前記第２の絶縁フィルムとの間に設けられ、銅又は銅合金からなる導電性基材と、前記導電性基材の表面に設けられる導電層とを有する配線回路とを備え、前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルプリント基板が提供される。

また、上記フレキシブルプリント基板は、スズ−ビスマス固溶体は、３質量％以下のビスマスを含有することが好ましい。

また、上記フレキシブルプリント基板は、残存スズ層は、固溶しきれずに析出したビスマス結晶をさらに含むことが好ましい。

また、上記フレキシブルプリント基板は、導電層に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子定数が、ａ軸において０．５８４ｎｍ以上０．５８５ｎｍ以下であり、ｃ軸において０．３１８５ｎｍ以上０．３２ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。

また、上記フレキシブルプリント基板は、導電層に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子体積が、０．１０８５ｎｍ³以上０．１０９ｎｍ³以下の範囲内であることが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、銅又は銅合金からなる導電性基材を準備する基材準備工程と、前記導電性基材の表面にスズ−ビスマス合金めっきを施してスズ−ビスマス合金めっき層付き基材を形成するめっき工程と、前記スズ−ビスマス合金めっき層の融点以上の温度の熱処理を前記スズ−ビスマス合金めっき層付き基材に施す熱処理工程と、前記熱処理工程後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で前記スズ−ビスマス合金めっき層付き基材を冷却して導電層付き基材を形成する冷却工程と、前記冷却工程を経た前記導電層付き付き基材の上方に第１絶縁層を、下方に第２絶縁層を設ける絶縁層形成工程とを備え、前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルフラットケーブルの製造方法が提供される。

また、上記フレキシブルフラットケーブルの製造方法は、スズ−ビスマス合金めっきは、純スズ中に３質量％以上１０質量％以下のビスマスを含有することが好ましい。

また、上記フレキシブルフラットケーブルの製造方法は、導電層は、３質量％以下のビスマスを含有する前記スズ−ビスマス固溶体を含むことが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、第１の絶縁フィルム上に銅又は銅合金からなる導電性基材を形成する基材形成工程と、前記導電性基材の表面にスズ−ビスマス合金めっきを施すめっき工程と、前記スズ−ビスマス合金めっきの融点以上の温度の熱処理を施す熱処理工程と、前記熱処理工程後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で前記スズ−ビスマス合金めっきを冷却して導電層を形成する冷却工程と、前記冷却工程後、前記導電層を第２の絶縁フィルムで被覆する被覆工程とを備え、前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルプリント基板の製造方法が提供される。

また、上記フレキシブルプリント基板の製造方法は、スズ−ビスマス合金めっきは、純スズ中に３質量％以上１０質量％以下のビスマスを含有することが好ましい。

また、上記フレキシブルプリント基板の製造方法は、導電層は、３質量％以下のビスマスを含有する前記スズ−ビスマス固溶体を含むことが好ましい。

本発明に係るフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法によれば、ウィスカの発生を抑制できるフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブルの製造方法、及びフレキシブルプリント基板の製造方法を提供できる。

（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルの端部の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 純スズ金属の結晶格子の模式図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルをコネクタに挿入した状態の概要図である。 本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルの導体の表面にコネクタのコネクタピンが接触している状態の概要図である。 本発明の第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板の部分断面の概要図である。 導電性基材上にめっきを施した後の断面図であり、このめっき層付き導電性基材に熱処理・急冷処理を施した後の断面図である。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルの端部の上面からの概要を示し、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線におけるフレキシブルフラットケーブルの断面の概要を示す。また、図２は、純スズ金属の結晶格子の模式図を示す。

（フレキシブルフラットケーブル１の構造の概要）
第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）１は、表面に導電層１０２が設けられており、長方形状又は楕円状の断面を有する平角導体である複数の導電性基材１００を、絶縁性フィルムである第１絶縁層２０と第２絶縁層２２との間に所定の間隔をおいて配置して挟み込んだ構造を有する。具体的に、フレキシブルフラットケーブル１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、銅又は銅合金等からなる導電性基材１００と導電性基材１００の表面を覆って設けられる導電層１０２とを有する導体１０と、導体１０の上方に設けられる第１絶縁層２０と、導体１０の下方に設けられる第２絶縁層２２とを備える。そして、フレキシブルフラットケーブル１の端部においては、導体１０の導電層１０２の表面の一部が外部に露出するように、第１絶縁層２０の一部がフレキシブルフラットケーブル１の端部から所定の距離だけ除去されている。

（導体１０）
導体１０は、銅又は銅合金等の金属材料からなる導電性基材１００と、導電性基材１００の表面に接触して設けられる導電層１０２とを有して構成される。そして、複数の導体１０が、第１絶縁層２０と第２絶縁層２２との間に、例えば、平行に配列されている。導電性基材１００の寸法は、フレキシブルフラットケーブル１の用途によって決まるフレキシブルフラットケーブル１の寸法に応じて決定される。一例として、複数の導体１０が０．５ｍｍ間隔で第１絶縁層２０と第２絶縁層２２との間に設けられる場合、導電性基材１００の寸法は、幅が０．３ｍｍ、厚さが３５μｍ程度である。この場合、この導電性基材１００の表面に、導電性基材１００の厚さの３０分の１程度の厚さ（すなわち、１μｍ程度の厚さ）の導電層１０２が設けられる。

ここで、導電層１０２について、図６を用いて詳しく説明する。図６（ａ）は、導電性基材１００の表面に接触するように純スズに所定量のビスマスが添加された鉛フリーのスズ−ビスマス合金めっき層６０を形成したものの断面構造であり、（ｂ）は、このスズ−ビスマス合金めっき層６０を更に熱処理・冷却処理（スズ合金めっき層の融点以上の温度で加熱して一旦溶融させてから冷却・固化させる処理方法）をすることによって、導電性基材１００側に形成されたスズと銅とからなる銅−スズ金属間化合物層６１と、この層の上に形成されたビスマスが含まれる残存スズ層６２とからなる導電層１０２が形成されたものの断面構造である。

不可避的不純物が含まれる純スズ中にビスマスを添加してなるスズ−ビスマス合金めっき層６０に熱処理を施すと、残存スズ層６２中にスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体が形成される。このスズ−ビスマス固溶体中に含まれるビスマス濃度は最大約３質量％である。

更に、スズ−ビスマス合金めっき層６０中へのビスマス添加量を増やして熱処理を施すと、残存スズ層６２中には、スズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体が形成されると共に、ビスマス結晶としても析出する。具体的に、導電層１０２中の残存スズ層６２は、スズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体を含み、残部がスズと不可避的不純物と固溶しきれずに析出したビスマス結晶とからなる。

ここで、スズ−ビスマス合金めっき層６０中に添加したビスマス原子の量は、残存スズ層６２に形成されたスズ−ビスマス固溶体中のビスマス原子の量と、固溶しきれずに析出したビスマス結晶の原子の量との和に略等しい。

なお、この固溶しきれずにビスマス結晶として析出するかどうかは、スズ−ビスマス合金めっき層６０中に添加された初期のビスマス濃度や、熱処理時間（例えば、熱処理時間が長くなるほど残存スズ層６２の膜厚が小さくなり、この残存スズ層６２中のビスマス濃度が高くなって析出し易くなる。）に依存しており、条件によっては析出しないこともあり得る。

そして、スズ−ビスマス合金めっき層６０は、導電性基材１００の表面に、残存スズ層６２中に含まれるスズ原子の量を減少させると共に、熱処理が施された場合に残存スズ層６２が導電性基材１００から消失しない（銅−スズ金属間化合物層６１のみとならない）ようにすることを目的として、２μｍ以下の厚さ、好ましくは０．３μｍ以上１．５μｍ以下の厚さ、より好ましくは０．５μｍ以上１．５μｍ以下の厚さを有して形成される。

また、残存スズ層６２に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子定数が、ａ軸において０．５８４ｎｍ以上０．５８５ｎｍ以下であり、ｃ軸において０．３１８５ｎｍ以上０．３２ｎｍ以下の範囲内に規定される。また、残存スズ層６２に含まれるスズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子体積が、０．１０８５ｎｍ³以上０．１０９ｎｍ³以下の範囲内に規定される。上記の通り、スズに固溶できるビスマス濃度は約３質量％までであり、この濃度範囲内においてスズ−ビスマス固溶体の格子定数は変化する（ビスマス濃度が増えるほど、格子定数は大きくなる）が、さらにビスマス添加量を増やしてビスマス結晶を析出させたとしてもスズ−ビスマス固溶体の格子定数は変化しない。

なお、スズ−ビスマス固溶体の格子定数は、めっき層である導電層１０２にＸ線を照射したときに測定されるＸ線回折パターンを用いて計算により算出できる。また、純スズ金属の結晶格子の形状は直方体であり、図２に示すようにスズ原子３が配列している。そして、結晶格子の長辺がａ軸３０であり、短辺がｃ軸３２である。純スズ金属においてａ軸３０は０．５８３１ｎｍであり、ｃ軸３２は、０．３１８２ｎｍである。これらの値から結晶格子の体積を算出することができ、純スズ金属においては０．１０８１９ｎｍ³である。同様にして、スズ−ビスマス固溶体の格子体積も、Ｘ線回折装置により測定、算出される格子定数から算出できる。

（第１絶縁層２０及び第２絶縁層２２）
第１絶縁層２０及び第２絶縁層２２はそれぞれ、絶縁性を有する高分子材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から形成される。そして、第１絶縁層２０及び第２絶縁層２２にはそれぞれ、一方の表面に難燃性の接着剤層が設けられており、当該接着剤層を介して導体１０の表面に貼り付けられる。接着剤層は、例えば、難燃性ポリエステルを主成分として形成される。

（フレキシブルフラットケーブル１のコネクタ５への嵌合）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルをコネクタに挿入した状態の概要を示し、図４は、本発明の第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブルの導体の表面にコネクタのコネクタピンが接触している状態の概要を示す。

図３に示すように、フレキシブルフラットケーブル１が挿入されるコネクタ５は、フレキシブルフラットケーブル１が備える複数の導体１０それぞれに電気的に接続する複数のコネクタピン５０を備える。なお、コネクタピン５０は、銅等の金属材料から形成される金属端子である。そして、フレキシブルフラットケーブル１をコネクタ５に挿入すると、複数の導体１０の表面のそれぞれに、複数のコネクタピン５０のそれぞれが接触すると共に、フレキシブルフラットケーブル１がコネクタ５に嵌合する。

この嵌合により、図４に示すように導体１０の表面にコネクタピン５０の先端５０ａが接触すると共に、先端５０ａが導体１０に圧力を加える。これにより、スズを含む導電層１０２を表面に有する導体１０にコネクタピン５０からの圧力が加わり、導体１０中に応力が発生する。ここで、導電層１０２中に本実施の形態に係るスズ−ビスマス固溶体が含まれていない場合、この応力により、スズ原子が導電層１０２の内部を移動して、再結晶、若しくは拡散現象が生じることがある。この場合、スズ原子の再結晶、若しくは拡散現象により、ウィスカが導体１０の表面から外部に突き抜けるように発生、成長すると考えられる。あるいは、導電性基材１００に含まれる銅が導電層１０２中に拡散して銅とスズとの金属間化合物を生成することで、導電層１０２内に応力が発生して、この応力によりスズが導体１０の外部に押し出されることによりウィスカが発生、成長すると考えられる。

しかしながら、本実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１が備える導体１０は、少なくともスズ−ビスマス固溶体と、残部がスズと不可避的不純物とを含む残存スズ層６２を表面に有するので、導電層１０２内においてスズ原子が移動すること、若しくは銅が導電層１０２中に拡散することが抑制される。したがって、スズのウィスカが導体１０の表面に発生、成長することが抑制される。

（フレキシブルフラットケーブル１の製造方法）
フレキシブルフラットケーブル１は、以下の各工程を経て製造される。まず、銅又は銅合金からなる導電性基材１００を準備する（基材準備工程）。導電性基材１００の寸法、熱伝導率等の熱的特性、電気伝導率等の電気的特性、引張強度等の機械的特性の諸特性は、製造すべきフレキシブルフラットケーブル１に要求される特性に応じて決定される。次に、導電性基材１００の表面にめっき層としてのスズ−ビスマス合金めっき層６０をめっき法により形成して、スズ−ビスマス合金めっき層付き基材を形成する（めっき工程）。めっき層としての導電層１０２は、上記図１において説明した材料と同様の材料から形成される。

続いて、スズ−ビスマス合金めっき層６０の融点以上の温度の熱処理をスズ−ビスマス合金めっき層付き基材に施す（熱処理工程）。熱処理工程においては、めっき層としてのスズ−ビスマス合金めっき層６０の融解が確認できる熱処理を実施する。そして、熱処理工程を経た直後に、若しくは熱処理工程に連続して２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度でスズ−ビスマス合金めっき層付き基材を冷却する（冷却工程）。これにより、導電性基材１００側に形成されるスズと銅とからなる銅−スズ金属間化合物層６１と、この層の上に、スズに添加したビスマスが、スズの結晶格子の形状を保ちつつスズ中に溶け込んだスズ−ビスマス固溶体と、残部がスズと不可避的不純物とを必ず含み、条件によっては固溶しきれずに析出したビスマス結晶も含み得る残存スズ層６２とからなる導電層が導電性基材１００上に形成される。更に、冷却工程を経た導電層付き基材の上方に第１絶縁層２０を設けると共に、下方に第２絶縁層２２を設ける（絶縁層形成工程）。これにより、図１に示したような本実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１が得られる。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１は、スズ−ビスマス固溶体を含んでいる残存スズ層６２によって導電性基材１００の最表面が被覆されているので、鉛を導電層１０２に添加することなくスズのウィスカの発生、成長を抑制でき、仮にウィスカが発生したとしても実質的に障害（すなわち、一の導体１０と他の導体１０とが短絡するような障害）が発生しない程度のウィスカの長さに抑制できる。これにより、ＲｏＨＳ指令、ＲＥＡＣＨ規制に対応したフレキシブルフラットケーブル１を提供することができる。例えば、フレキシブルフラットケーブル１をコネクタ５に嵌合した場合に圧力が加わる部分にスズ−ビスマス固溶体を含むスズ合金からなる導電層１０２が少なくとも形成されているので、圧力が導体１０に加わって導体１０内に応力が発生した場合であっても、スズウィスカの発生、成長を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１は、導電性基材１００の表面にビスマスを含んだスズ合金をメッキした後に熱処理、及び急冷処理を施すことにより導電層１０２を形成するので、フラッシュめっき、下地めっき等の手法を採用する場合に比べて製造工程の増加によるコストの増加を抑制できる。

また、本実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１は、導電性基材１００の表面に、製造工程における熱処理によってめっき層、すなわち導電層１０２が流れて消失することを考慮した厚さのスズ−ビスマス合金めっき層６０を設けたので、導体１０の表面に導電性基材１００が露出する現象（例えば、導電性基材１００が銅又は銅合金からなる場合、「赤肌」と呼ばれる現象）を抑制できる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板の部分断面の概要を示す。

第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板７において、第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１を構成する部材と同一の符号が付されている部材は、第１の実施の形態に係る部材と略同一の構成・機能を有するので、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板７は、配線回路１２と、配線回路１２の一方の面に貼り付けられる第１の絶縁フィルム２４と、配線回路１２の他方の面に貼り付けられる第２の絶縁フィルム２６とを備える。すなわち、配線回路１２は、第１の絶縁フィルム２４と第２の絶縁フィルム２６との間に設けられる。また、配線回路１２は、第１の実施の形態の導体１０と同様に、導電性基材１００と、導電性基材の表面を覆う導電層１０２とを有する。

また、フレキシブルプリント基板７は、例えば以下のようにして製造される。まず、第１の絶縁フィルム２４上に銅又は銅合金からなる導電性基材１００を貼り付ける（基材形成工程）。なお、第１の絶縁フィルム２４上に導電性材料を堆積させて導電性基材１００を形成することもできる。

次に、第１の絶縁フィルム２４上に設けた導電性基材１００上に、所望の回路パターン用のマスクパターンを形成する（マスク工程）。そして、形成したマスクパターンをマスクとして導電性基材１００にエッチング処理を実施することにより、所望の形状の回路パターンの下地を形成する（エッチング工程）。そして、当該下地上にめっき法を用いてスズ−ビスマス合金めっき層６０を形成する（めっき工程）。

続いて、めっきの融点以上の温度の熱処理を第１の実施の形態と同様に施す（熱処理工程）。熱処理工程後、第１の実施の形態と同様に２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度でめっきを冷却する（冷却工程）。これにより、導電性基材１００上に、スズと銅とからなる銅−スズ金属間化合物層６１と、この層の上に、スズに添加したビスマスが、スズの結晶格子の形状を保ちつつスズ中に溶け込んだスズ−ビスマス固溶体と、固溶しきれずに析出したビスマスとを含む残存スズ層６２とからなる導電層１０２が形成されてなる配線回路１２が形成される。更に、配線回路１２を第２の絶縁フィルム２６で被覆することにより、第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板７が製造される。
なお、固溶しきれずにビスマス結晶として析出するかどうかは、前述のフレキシブルフラットケーブルと同様にスズ−ビスマス合金めっき層６０の初期ビスマス添加量や熱処理等の条件に依存する。

（発明者が得た知見）
なお、第１の実施の形態に係るフレキシブルフラットケーブル１、及び第２の実施の形態に係るフレキシブルプリント基板７はそれぞれ、本発明者が得た以下の知見に基づいていることを補足として説明する。

すなわち、導電層１０２を構成する材料にビスマスを添加することにより、スズのウィスカの発生を抑制することができるという知見を本発明者は得た。導電層１０２を構成する材料にビスマスを添加することによりスズのウィスカの発生を抑制できる理由は、スズの結晶格子を保ちつつビスマスが当該結晶格子の内部に溶け込んだ状態であるスズとビスマスとの固溶体が導電層１０２中に形成されることに起因して、導電層１０２中におけるスズの拡散が抑制されるためであると考えられる。

また、導電層１０２を形成する工程、すなわち、熱処理工程後の冷却工程において、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度でスズ−ビスマス合金めっき層付き基材を冷却することにより、導電性基材１００の銅がスズ−ビスマス合金めっき層６０中に拡散してＣｕ₆Ｓｎ₅等の金属間化合物が形成されることが抑制される（冷却工程中に銅−スズ金属間化合物層６１の形成が進むことを抑制できる）と考えられる。更に、この冷却工程により、導電層１０２中においてスズ等の粒子の粗大化が抑制されるので、めっき層である導電層１０２において応力の発生が緩和されると考えられる。

本発明者はこれらの知見から、上述したように、第１及び第２の実施の形態に係る導電層１０２においてウィスカの発生、成長を抑制することができる知見を得たものである。

フレキシブルフラットケーブル用のスズ−ビスマス合金めっき付きの導体を実施例１に係る導体として作製した。具体的には、まず、スズ−ビスマス合金の電解めっき液（スズへのビスマスの添加濃度が３質量％になるめっき液）を作製した。次に、電気めっきにより導電性基材１００の表面にビスマスの添加濃度が３質量％であるスズ−ビスマス合金めっき層６０を形成した。スズ−ビスマス合金めっき層６０の厚さが１μｍになるように当該電解めっき液の温度を４０℃に維持すると共に、電流密度を１００ｍＡ／ｃｍ²に設定して所定の時間、めっき処理を実施した。導電性基材１００の表面にスズ−ビスマス合金めっき層６０を形成した後、温度を２８０℃にしたプレート上にスズ−ビスマス合金めっき層が形成された導電性基材１００を載置して、１０秒間加熱した。そして、スズ−ビスマス合金めっき層６０の表面が融解したことを確認した後、２５℃の水中にスズ−ビスマス合金めっき層６０が形成された導電性基材１００を投入して、５秒後に水中から取り出した。これにより、導電性基材１００の表面にスズと銅とからなる銅−スズ金属間化合物層６１と、この層の上に形成されたスズ−ビスマス固溶体とが含まれる残存スズ層６２とからなる導電層１０２が形成された実施例１に係る導体を得た。

フレキシブルフラットケーブル用のスズ−ビスマス合金めっき付きの導体を実施例２に係る導体として作製した。具体的には、まず、スズ−ビスマス合金のめっき液（スズへのビスマスの添加濃度が３質量％になるめっき液）を２５０℃に保った溶融金属めっき槽を準備した。次に、予め表面を清浄にした銅からなる導電性基材１００を溶融金属めっき槽に投入して、溶融めっきを実施した。導電性基材１００の溶融金属めっき槽への浸漬時間を調整することにより、導電性基材１００の表面に形成されるめっき層の厚さが１μｍになるように調整した。溶融めっき後、ビスマスの添加濃度が３質量％であるスズ−ビスマス合金めっき層６０が形成された導電性基材１００を、温度を２８０℃にしたプレート上に載置して、１０秒間加熱した。そして、めっき層の表面が融解したことを確認した後、２５℃の水中にめっき層が形成された導電性基材１００を投入して、５秒後に水中から取り出した。これにより、導電性基材１００の表面にスズと銅とからなる銅−スズ金属間化合物層６１と、この層の上に形成されたスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とが含まれる残存スズ層６２とからなる導電層１０２が形成された実施例２に係る導体を得た。

（熱処理温度について）
熱処理工程の温度として、スズ−ビスマス固溶体の融点以上の温度が適していることを以下のようにして確認した。

まず、銅製の試験片の表面に３質量％のビスマスが添加されたスズ−ビスマス合金めっき層６０を施した試料を準備した。次に、実施例１及び実施例２において説明した条件と同様にして、スズ−ビスマス固溶体の融点以上の温度である２８０℃に加熱したプレート上に当該試料を載置して１０秒間加熱した。そして、めっき層の表面が融解したことを確認した後、２５℃の水中に当該試料を投入して、５秒後に当該試料を水中から取り出した。これにより、実施例３に係る試料を得た。

一方、比較例として、銅製の試験片の表面に３質量％のビスマスが添加されたスズ−ビスマス合金めっき層６０を施した比較例に係る試料を準備した。そして、比較例に係る試料について、スズ−ビスマス固溶体の融点未満の温度である１５０℃、１８０℃、２１０℃の各温度で５分間の熱処理を施した。そして、熱処理後、２５℃の水中に投入して冷却することにより、比較例に係る試料をそれぞれ作成した。１５０℃に加熱した試料を比較例１に係る試料、１８０℃に加熱した試料を比較例２に係る試料、そして、２１０℃に加熱した試料を比較例３に係る試料とする。

実施例３に係る試料、及び比較例１〜３に係る試料のそれぞれについて、フレキシブルフラットケーブルに用いられる１００ピンのコネクタに勘合させ、室温で２週間放置した。その後、コネクタから各試料を取り外して、嵌合痕の周辺に発生したウィスカの数と最長長さとを電子顕微鏡により測定した。その結果を表１に示す。なお、ウィスカの発生率は、（ウィスカが発生したピン数）／（ピンの総数）の計算式から求めたものである。

表１を参照すると、実施例３において採用したスズ−ビスマス合金めっき層の融点以上の温度での熱処理によりウィスカの発生率を２５％未満にすることができ、最長ウィスカ長さを１１μｍにすることができることが示された。一方、比較例１〜３の結果を参照すると、スズ−ビスマス合金めっき層の融点未満の温度での熱処理では、実施例３と比べて長時間の加熱を実施してもウィスカの発生率は３０％以上であり、最長ウィスカ長さも１２μｍ以上であった。したがって、熱処理温度は、スズ−ビスマス合金めっき層の融点以上の温度が好ましいことが示された。

（ビスマスの添加濃度、スズ−ビスマスの格子定数、及び格子体積について）
ビスマスの添加濃度、スズ−ビスマスの格子定数、及び格子体積の最適条件を以下のようにして確認した。

まず、銅製の試験片の表面に純スズ中に３質量％のビスマスが添加されたスズ−ビスマス合金めっき層６０を施した試料を準備した。そして、当該試料に熱処理及び冷却処理を実施例１〜３と同様に施して、実施例４に係る試料を得た。一方、比較例に係る試料として、ビスマスの添加濃度が１質量％、５質量％、１０質量％であるスズ−ビスマス合金めっき層６０を施した試料をそれぞれ準備した。そして、これらの試料に熱処理及び冷却処理を実施例１〜３と同様に施して、比較例４〜６に係る試料を得た。比較例４に係る試料のビスマスの添加濃度が１質量％であり、比較例５に係る試料のビスマスの添加濃度が５質量％であり、比較例６に係る試料のビスマスの添加濃度が１０質量％である。

実施例４に係る試料、及び比較例４〜６に係る試料のそれぞれについて、フレキシブルフラットケーブルに用いられる１００ピンのコネクタに嵌合させ、室温で２週間放置した。その後、コネクタから各試料を取り外して、嵌合痕の周辺に発生したウィスカの数と最長長さとを電子顕微鏡により測定した。また、Ｘ線回折装置を用いて実施例４、及び比較例４〜６に係る試料を測定して、回折パターンから格子定数と格子体積とを算出した。その結果を表２に示す。

表２を参照すると、スズ−ビスマス合金めっき層６０へのビスマスの添加濃度の変化に応じて、残存スズ層６２の格子定数の値、格子体積の値が変化して、添加濃度が５質量％以上では略一定の値になった。また、ウィスカの発生数、及び最長ウィスカ長さは添加濃度の増大に伴い減少した。ビスマスの添加濃度が５質量％以上の場合、残存スズ層６２のＸ線回折パターンの解析からビスマスの結晶が析出していることが確認された。ビスマスの結晶が析出すると、ウィスカの発生を抑制することができるものの、めっき層が硬く脆くなる傾向がある。ビスマス結晶を含む導電層を備えるフレキシブルフラットケーブル、フレキシブルプリント基板においては、めっき層が硬く脆くなり過ぎると、取り扱いが容易ではなくなる。したがって、純スズ中のビスマスの添加濃度は、３質量％以上１０質量％以下が好ましいことが示された。

（冷却速度について）
冷却工程の冷却速度の最適条件を以下のようにした確認した。

まず、銅製の試験片の表面にビスマスの添加濃度が３質量％であるスズ−ビスマス合金めっき層６０を施した試料を準備した。そして、当該試料に２８０℃１０秒の熱処理を施して、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却することにより、実施例５に係る試料を得た。一方、比較例に係る試料として、冷却速度を５０℃／ｓｅｃ、２℃／ｓｅｃに調整して冷却することにより比較例７（冷却速度：５０℃／ｓｅｃ）及び比較例８（冷却速度：２℃／ｓｅｃ）に係る試料を得た。

実施例５に係る試料、及び比較例７〜８に係る試料のそれぞれについて、フレキシブルフラットケーブルに用いられる１００ピンのコネクタに嵌合させ、室温で２週間放置した。その後、コネクタから各試料を取り外して、嵌合痕の周辺に発生したウィスカの数と最長長さとを電子顕微鏡により測定した。その結果を表３に示す。

表３を参照すると、実施例５の冷却速度よりも遅い冷却速度で冷却した比較例７〜８に係る試料においては、最長ウィスカ長さは１３μｍ以上であった。また、ウィスカの発生率は実施例５においては２０％以下であったものの、比較例７〜８では２５％以上であった。したがって、冷却工程における冷却速度は、２００℃／ｓｅｃ以上が好ましいことが示された。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ フレキシブルフラットケーブル
３ スズ原子
５ コネクタ
７ フレキシブルプリント基板
１０ 導体
１２ 配線回路
２０ 第１絶縁層
２２ 第２絶縁層
２４ 第１の絶縁フィルム
２６ 第２の絶縁フィルム
３０ ａ軸
３２ ｃ軸
５０ コネクタピン
５０ａ 先端
６０ スズ−ビスマス合金めっき層
６１ 銅−スズ金属間化合物層
６２ 残存スズ層
１００ 導電性基材
１０２ 導電層

Claims (16)

1. 銅又は銅合金からなる導電性基材と、前記導電性基材の表面に設けられる導電層とを有する導体と、
   前記導体の上方に設けられる第１絶縁層と、
   前記導体の下方に設けられる第２絶縁層と
   を備え、
   前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成され、スズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルフラットケーブル。
2. 前記スズ−ビスマス固溶体は、３質量％以下のビスマスを含有する請求項１に記載のフレキシブルフラットケーブル。
3. 前記残存スズ層は、固溶しきれずに析出したビスマス結晶をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブルフラットケーブル。
4. 前記導電層に含まれる前記スズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子定数が、ａ軸において０．５８４ｎｍ以上０．５８５ｎｍ以下であり、ｃ軸において０．３１８５ｎｍ以上０．３２ｎｍ以下の範囲内である請求項１〜３いずれかに記載のフレキシブルフラットケーブル。
5. 前記導電層に含まれる前記スズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子体積が、０．１０８５ｎｍ³以上０．１０９ｎｍ³以下の範囲内である請求項１〜４いずれかに記載のフレキシブルフラットケーブル。
6. 第１の絶縁フィルム及び第２の絶縁フィルムと、
   前記第１の絶縁フィルムと前記第２の絶縁フィルムとの間に設けられ、銅又は銅合金からなる導電性基材と、前記導電性基材の表面に設けられる導電層とを有する配線回路とを備え、
   前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルプリント基板。
7. 前記スズ−ビスマス固溶体は、３質量％以下のビスマスを含有する請求項６に記載のフレキシブルプリント基板。
8. 前記残存スズ層は、固溶しきれずに析出したビスマス結晶をさらに含むことを特徴とする請求項６または７に記載のフレキシブルプリント基板。
9. 前記導電層に含まれる前記スズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子定数が、ａ軸において０．５８４ｎｍ以上０．５８５ｎｍ以下であり、ｃ軸において０．３１８５ｎｍ以上０．３２ｎｍ以下の範囲内である請求項８に記載のフレキシブルプリント基板。
10. 前記導電層に含まれる前記スズ−ビスマス固溶体は、Ｘ線回折装置を用いて測定される当該スズ−ビスマス固溶体の格子体積が、０．１０８５ｎｍ³以上０．１０９ｎｍ³以下の範囲内である請求項８または９に記載のフレキシブルプリント基板。
11. 銅又は銅合金からなる導電性基材を準備する基材準備工程と、
    前記導電性基材の表面にスズ−ビスマス合金めっきを施してスズ−ビスマス合金めっき層付き基材を形成するめっき工程と、
    前記スズ−ビスマス合金めっき層の融点以上の温度の熱処理を前記スズ−ビスマス合金めっき層付き基材に施す熱処理工程と、
    前記熱処理工程後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で前記スズ−ビスマス合金めっき層付き基材を冷却して導電層付き基材を形成する冷却工程と、
    前記冷却工程を経た前記導電層付き付き基材の上方に第１絶縁層を、下方に第２絶縁層を設ける絶縁層形成工程と
    を備え、
    前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
12. 前記スズ−ビスマス合金めっきは、純スズ中に３質量％以上１０質量％以下のビスマスを含有する請求項１１に記載のフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
13. 前記導電層は、３質量％以下のビスマスを含有する前記スズ−ビスマス固溶体を含む請求項１１または１２に記載のフレキシブルフラットケーブルの製造方法。
14. 第１の絶縁フィルム上に銅又は銅合金からなる導電性基材を形成する基材形成工程と、
    前記導電性基材の表面にスズ−ビスマス合金めっきを施すめっき工程と、
    前記スズ−ビスマス合金めっきの融点以上の温度の熱処理を施す熱処理工程と、
    前記熱処理工程後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で前記スズ−ビスマス合金めっきを冷却して導電層を形成する冷却工程と、
    前記冷却工程後、前記導電層を第２の絶縁フィルムで被覆する被覆工程と
    を備え、
    前記導電層は、前記導電性基材上に形成された銅−スズ金属間化合物層と、該銅−スズ金属間化合物層上に形成されたスズとビスマスとからなるスズ−ビスマス固溶体と、スズと、不可避的不純物とを少なくとも含む残存スズ層とからなるフレキシブルプリント基板の製造方法。
15. 前記スズ−ビスマス合金めっきは、純スズ中に３質量％以上１０質量％以下のビスマスを含有する請求項１４に記載のフレキシブルプリント基板の製造方法。
16. 前記導電層は、３質量％以下のビスマスを含有する前記スズ−ビスマス固溶体を含む請求項１４または１５に記載のフレキシブルプリント基板の製造方法。

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