專利名稱：：電鍍的扁平導(dǎo)體以及具有該電鍍的扁平導(dǎo)體的柔性扁平電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：與本發(fā)明一致的材料和設(shè)備涉及電鍍的扁平導(dǎo)體和被應(yīng)用于電子設(shè)備的具有該電鍍的扁平導(dǎo)體的柔性扁平電纜。
背景技術(shù)：
：諸如移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、CD播放器、噴墨打印機(jī)等等的緊湊型電子設(shè)備需要緊湊而且柔性的布線裝置。柔性扁平電纜經(jīng)常被用于這樣的使用。柔性扁平電纜通常設(shè)置有平行安排的并且用薄絕緣膜覆蓋的扁平導(dǎo)體。扁平導(dǎo)體的末端被從絕緣膜引出并且這些末端被應(yīng)用于電連接。出于減少電接觸電阻和/或改進(jìn)焊接質(zhì)量的目的，通常對(duì)扁平導(dǎo)體進(jìn)行鍍錫(用純錫或任何錫合金進(jìn)行電鍍)。盡管出于環(huán)境保護(hù)的考慮需要避免使用鉛，但是已知無(wú)鉛的錫和錫合金在生產(chǎn)之后的使用期間引起從其生長(zhǎng)出"晶須"(或者縮寫為"須"，其是以絲狀生長(zhǎng)的單晶)。須能夠以相對(duì)于在該種減小尺寸的電子設(shè)備中的導(dǎo)體之間的距離來(lái)說(shuō)非常長(zhǎng)的形式(例如，ioo微米或更長(zhǎng))來(lái)生長(zhǎng)。如果須從嵌入在柔性扁平電纜中的電鍍的扁平導(dǎo)體中生長(zhǎng)，則會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題。問(wèn)題的一個(gè)方面是，例如，短路。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的某些實(shí)施例提供了一種電鍍的扁平導(dǎo)體和具有該電鍍的扁平導(dǎo)體的柔性扁平電纜，其抑制當(dāng)其中的導(dǎo)體被用錫或者錫合金電鍍時(shí)須的生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電鍍的扁平導(dǎo)體由下述組成扁平導(dǎo)體，其包括從由銅和銅合金組成的組中選擇的導(dǎo)電材料；以及電鍍層，其形成在扁平導(dǎo)體的表面上，包括第一金屬間化合物層，其包括就在扁平導(dǎo)體的表面上的CU3Sn;第二金屬間化合物層，其包括形成在第一金屬間化合物上的CU6Sll5;以及第二金屬間化合物層上形成的表面層(s叩erficiallayer)，該表面層包括從由純錫和錫合金組成的組中選擇的電鍍材料，并且具有從0.3微米到1.0微米的平均厚度以及1.0微米或者更少的最大厚度，其中第二金屬間化合物層對(duì)第一金屬間化合物層的體積比為1.5或更大。根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例，柔性扁平電纜由平行安排的多個(gè)導(dǎo)體組成，所述導(dǎo)體中的每個(gè)包括權(quán)利要求l的電鍍的扁平導(dǎo)體以及覆蓋所述導(dǎo)體的絕緣膜。圖l是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電鍍的扁平導(dǎo)體的橫截面視圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的柔性扁平電纜的正面透視視圖。具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。為了生產(chǎn)圖l中所示的電鍍的扁平導(dǎo)體l，優(yōu)選地使用通常由拉伸工藝從銅錠中生產(chǎn)的銅線。然而，替代銅，可以應(yīng)用諸如磷銅的任何銅合金。將銅線生產(chǎn)為具有適合的尺寸，例如，諸如0.8毫米直徑。銅線被利用純錫或者從錫銅合金、錫銀合金和錫鉍合金的組中選擇的任何錫合金來(lái)電鍍。該電鍍可以通過(guò)但是不限于通常的錫電解電鍍方法來(lái)執(zhí)行。通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度、時(shí)間和任何其它條件，考慮到剛軋制之后的中間產(chǎn)物的目標(biāo)厚度，應(yīng)該可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電鍍層的厚度，而該厚度的示例是10微米。例如，電鍍的銅線被拉伸以形成具有從0.1毫米到0.2毫米的直徑的細(xì)線。對(duì)該細(xì)線進(jìn)一步進(jìn)行軋制處理，從而獲得具有錫電鍍?cè)谄渖系谋馄綄?dǎo)體3。在該狀態(tài)下，盡管電鍍層的厚度被減小并且其的微結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，但是可以給該電鍍層賦予任何的改變。具有電鍍的錫的扁平導(dǎo)體3在通過(guò)適合的爐產(chǎn)生的諸如惰性氣體的非氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，因此促進(jìn)了在錫(或者錫合金)和銅(或者銅合金)之間的界面處的反應(yīng)以在電鍍層中形成金屬間化合物。金屬間化合物包括Cu6Sri5和Cu3Sn。Cu6Sn^a以首先在界面處產(chǎn)生并且以層的形式朝向電鍍層的表面生長(zhǎng)。接下來(lái)，Qi3Sn可以在生長(zhǎng)的Cu6Sri5層和銅導(dǎo)體之間的另一界面處產(chǎn)生，并且也以層的形式生長(zhǎng)來(lái)跟隨Cu6Sri5層的生長(zhǎng)。結(jié)果，電鍍層由三個(gè)不同的層5、7、9組成，如圖1中所示。艮P，表面層9是未反應(yīng)的錫，形成緊挨著表面層9的層7的"A"相是金屬間化合物Cu6Sri5，并且形成位于底部(就在與銅導(dǎo)體的界面上)的層5的"B"相是另一種金屬間化合物Cu3Sn。一般地，A相7具有相對(duì)光滑的表面，而B相5具有相對(duì)粗糙的表面。以相反的順序提及這些層，形成在扁平導(dǎo)體3的表面上的電鍍層由下述層組成就在扁平導(dǎo)體3的表面上的Cu3Sn(B相)的第一金屬間化合物層5;包括在第一金屬間化合物5上形成的Qi6Sn5(A相)的第二金屬間化合物層7;以及在第二金屬間化合物層7上形成的錫或者錫合金的表面層9。這些金屬間化合物層的生長(zhǎng)能夠借助于熱處理的可控的參數(shù)，諸如與電鍍層的初始厚度有關(guān)的時(shí)間和溫度來(lái)控制。適合的生長(zhǎng)控制是包括在發(fā)明性概念中的關(guān)鍵中的一個(gè)。當(dāng)金屬間化合物層過(guò)度地生長(zhǎng)時(shí)，B相的生長(zhǎng)的表面的粗糙度變得更大并且因此B相趨向于朝向錫層突出到A相之外。其導(dǎo)致錫層的厚度的不均勻和在其中的內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生，這可以引起須從錫層的相對(duì)厚的部分生長(zhǎng)。相反，金屬間化合物層的不足的生長(zhǎng)導(dǎo)致剩余大量錫未反應(yīng)。未反應(yīng)的錫提供了須的源而促進(jìn)其生長(zhǎng)。因此，具有被適合地控制的金屬間化合物的電鍍層提供了抑制須生長(zhǎng)的結(jié)果。該電鍍層的結(jié)構(gòu)影響電鍍的導(dǎo)體的其它性質(zhì)，諸如電接觸電阻、抗彎曲的抵抗性等等?？紤]這些性質(zhì)，將在以下的描述中更詳細(xì)地說(shuō)明電鍍層的結(jié)構(gòu)參數(shù)。因?yàn)檩^薄的錫層抑制須的生長(zhǎng)，因此未反應(yīng)的錫或者錫合金的表面層9的厚度優(yōu)選地為1.0微米或者更少。相反，減小到0.3微米或者更少的過(guò)度小的厚度會(huì)引起由表面層9提供的電接觸電阻的增加。因此，表面層9優(yōu)選地具有從0.3微米到1.0微米的平均厚度以及1.0微米或者更少的最大厚度。優(yōu)選地，A相的第二金屬間化合物對(duì)B相的第一金屬間化合物的體積比為1.5或更多。原因之一在于如前面所討論的，過(guò)度生長(zhǎng)的B相引起須從錫層的厚的部分生長(zhǎng)。體積比也優(yōu)選地為3.0或更少，因?yàn)榭紤]到電鍍層抗彎曲的抵抗性，當(dāng)體積比低于3.0時(shí)是有優(yōu)勢(shì)的。優(yōu)選地，在A相的第二金屬間化合物層7和表面層9之間的界面的粗糙度平均為150mn或者更少。原因在于太大的粗糙度會(huì)導(dǎo)致促進(jìn)須生長(zhǎng)。參考圖2，如上所述的電鍍的扁平導(dǎo)體l被優(yōu)選地應(yīng)用于柔性扁平電纜。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)電鍍的扁平導(dǎo)體l被平行地安排并且由粘附在一起的絕緣膜對(duì)ll、13覆蓋。電鍍的扁平導(dǎo)體l的末端被引出絕緣膜ll、13之外并且可以由粘附到電纜一側(cè)的保護(hù)板15保護(hù)。導(dǎo)體l的暴露的末端用作用于與外部設(shè)備的連接器電接觸的端子。(示例)以下描述的測(cè)試結(jié)果示出本示例性實(shí)施例的有益的效果。測(cè)試工件(piece)是通常由0.8毫米直徑的軟銅線形成的。銅線被利用純錫來(lái)電鍍，以便于具有10微米厚度的純錫電鍍層。拉伸電鍍的線以形成具有0.12毫米直徑的細(xì)線并且對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行軋制，從而獲得帶有具有0.035毫米厚度的錫電鍍層的扁平導(dǎo)體。在扁平導(dǎo)體上分別以各種條件進(jìn)行熱處理，從而獲得測(cè)試工件(示例1-36和C1-C9)。同時(shí)，錫-1%銀被應(yīng)用于一些測(cè)試工件(示例37、39-41和C10)的電鍍層，并且磷銅線被應(yīng)用于一些測(cè)試工件(示例38、41、42和C11)，盡管這些測(cè)試工件的生產(chǎn)工藝基本上與上述測(cè)試工件的相同。在測(cè)試結(jié)果中，厚度和體積的測(cè)量，以及對(duì)B相是否突出于A相之外的評(píng)估是基于測(cè)試工件的橫截面的SEM(掃描電子顯微鏡)圖像的?；谙率龉ＷR(shí)來(lái)計(jì)算兩相的體積比，即體積比對(duì)應(yīng)于橫截面上的面積比。粗糙度的測(cè)量基于通過(guò)AFM(原子力顯微鏡)執(zhí)行的表面粗糙度測(cè)量，其中，錫的表面層被化學(xué)地移除以暴露A相，并且然后執(zhí)行這些粗糙度的測(cè)量。平均粗糙度(Ra)的測(cè)量方法符合JISB0601標(biāo)準(zhǔn)。此外，根據(jù)上述生產(chǎn)方法，其中的每個(gè)都包括40個(gè)扁平導(dǎo)體的柔性扁平電纜(FFC)被從上述測(cè)試工件中生產(chǎn)。將FFC分別應(yīng)用于在通常的溫度和濕度下500個(gè)小時(shí)的耐久測(cè)試，在耐久測(cè)試中，端子與(被回流處理的、如J.S.T.Mfg有限公司的ZIF型的商業(yè)上可獲得的)連接器連接。在耐久測(cè)試之后，借助于SEM觀察端子表面上的須，并且測(cè)量其的最大長(zhǎng)度。此外，執(zhí)行通常的U字滑移-彎曲測(cè)試，在其中，每個(gè)FFC被以U字形狀彎曲，其一端被牢固地固定并且另一端通過(guò)恒定敲擊進(jìn)行往復(fù)滑移(reciprocalslide)直到任何一個(gè)扁平導(dǎo)體斷裂。分別計(jì)數(shù)斷裂任何導(dǎo)體所用的次數(shù)。表l-3總結(jié)了測(cè)試結(jié)果。一些結(jié)果以四個(gè)級(jí)別來(lái)表示，其中A表示非常好，B表示可用，C表示不好，并且D表示差。關(guān)于須長(zhǎng)度，因?yàn)殚L(zhǎng)度上大約為30微米的須不會(huì)產(chǎn)生諸如短路的問(wèn)題，所以30微米或更少的最大長(zhǎng)度被評(píng)估為A，50微米或更少為B，超過(guò)50微米的為C，并且100微米附近或者更長(zhǎng)的為D。而只以兩個(gè)級(jí)別來(lái)評(píng)估電接觸電阻，B表示小于50mQ的電接觸電阻，其足以在工作中使用，并且D表示50mQ或者更大的電接觸電阻。關(guān)于抗彎曲的抵抗性，當(dāng)斷裂導(dǎo)體所用的次數(shù)到達(dá)4百萬(wàn)或更多時(shí)評(píng)估為A，并且當(dāng)所用次數(shù)到達(dá)3百萬(wàn)或更多時(shí)評(píng)估為B。此外，在"總評(píng)"列中，任何列中具有既不是C也不是D分?jǐn)?shù)的任何測(cè)試工件被表示為A或者B。在其中，每個(gè)具有兩個(gè)或更多A分?jǐn)?shù)的測(cè)試工件被評(píng)估為A，并且每個(gè)僅具有一個(gè)A分?jǐn)?shù)的測(cè)試工件被評(píng)估為B?；谶@些分?jǐn)?shù)中的最差的分?jǐn)?shù)，剩余的測(cè)試工件被評(píng)估為C或者D。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>測(cè)試工件1-42同時(shí)滿足下述條件，其中錫(或者錫合金)的表面層的平均厚度落入從0.3微米到1.0微米的范圍，其最大厚度落入1.0微米或更少的范圍內(nèi)，并且A相對(duì)B相的比落入1.5或更大的比率之中。此外，這些測(cè)試工件1-42的B相不突出于A相。這些測(cè)試工件1-42普遍地示出足夠的對(duì)于須長(zhǎng)度(A或者B)的抑制?？紤]到防止短路，可斷言這些結(jié)果是有益的。此外，因?yàn)槿绻ＷR(shí)指導(dǎo)的，從無(wú)鉛的電鍍的錫中產(chǎn)生的須會(huì)生長(zhǎng)到100微米或更長(zhǎng)，所以可斷言這些結(jié)果意想不到的。在上述測(cè)試工件1-42之中，因?yàn)槠溟L(zhǎng)度被進(jìn)一步地減小到30納米或更少，所以滿足下述條件的那些(測(cè)試工件14-36和39-42)普遍地示出對(duì)須長(zhǎng)度的更有效的抑制，其中，所述條件為A相(第二金屬間化合物)層和表面層之間的界面的粗糙度落入150納米或更少的范圍內(nèi)。因此，150納米或更少的范圍中的粗糙度還提供更多有益且意想不到的結(jié)果。在上述測(cè)試工件1-42之中，滿足下述條件的那些(測(cè)試工件5-13、18-42)在抗彎曲的抵抗性方面是十分優(yōu)秀的，其中，所述條件為A相對(duì)B相的體積比落入從1.5到3.0的范圍內(nèi)。因此，處于從1.5到3.0的范圍中的體積比也提供有益且意想不到得結(jié)果。此外，測(cè)試工件37-42使用磷銅和錫-1%銀中的任意一種或者兩者來(lái)代替作為導(dǎo)體的銅和作為電鍍層的純錫。這些測(cè)試工件也提供如測(cè)試工件l-36所提供的有益的結(jié)果。相反，測(cè)試工件Cl-Cll的結(jié)構(gòu)參數(shù)不在上述范圍內(nèi)。屬性中的一些是不足的(C或D)，因此其總評(píng)分?jǐn)?shù)是C或D。盡管已經(jīng)通過(guò)參考本發(fā)明的某些示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于上述示例性實(shí)施例。在上述指導(dǎo)的啟發(fā)下，本領(lǐng)域中技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施例做出修改和改變。權(quán)利要求1.一種用于柔性扁平電纜的電鍍的扁平導(dǎo)體包括扁平導(dǎo)體，所述扁平導(dǎo)體包括從由銅和銅合金組成的組中選擇的導(dǎo)電材料；以及電鍍層，所述電鍍層形成在所述扁平導(dǎo)體的表面上，包括，第一金屬間化合物層，所述第一金屬間化合物層包括就在所述扁平導(dǎo)體的表面上的Cu3Sn，第二金屬間化合物層，所述第二金屬間化合物層包括在所述第一金屬間化合物層上形成的Cu6Sn5，以及表面層，所述表面層形成在所述第二金屬間化合物層上，所述表面層包括從由純錫和錫合金組成的組中選擇的電鍍材料并且具有從0.3微米到1.0微米的平均厚度以及1.0微米或更少的最大厚度，其中所述第二金屬間化合物層對(duì)所述第一金屬間化合物層的體積比為1.5或更大。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電鍍的扁平導(dǎo)體，其中所述第二金屬間化合物層對(duì)所述第一金屬間化合物層的體積比為從1.5到3.0。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電鍍的扁平導(dǎo)體，其中所述第二金屬間化合物層和表面層之間的界面的粗糙度平均為150納米或更少。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電鍍的扁平導(dǎo)體，其中所述錫合金是從由錫銅合金、錫銀合金和錫鉍合金組成的組中選擇的。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電鍍的扁平導(dǎo)體，其中所述錫合金是從由錫銅合金、錫銀合金和錫鉍合金組成的組中選擇的。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電鍍的扁平導(dǎo)體，其中電鍍層通過(guò)熱處理電鍍由在扁平導(dǎo)體上的錫或錫合金形成。7.—種柔性扁平電纜，包括-.多個(gè)平行安排的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體的每一個(gè)包括權(quán)利要求l中的所述電鍍的扁平導(dǎo)體；以及絕緣膜，所述絕緣膜覆蓋所述導(dǎo)體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柔性扁平電纜，其中所述第二金屬間化合物層對(duì)所述第一金屬間化合物層的體積比為從1.5到3.0。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的柔性扁平電纜，其中所述第二金屬間化合物層和表面層之間的界面的粗糙度平均為150納米或更少。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的柔性扁平電纜，其中所述錫合金是從由錫銅合金、錫銀合金和錫鉍合金組成的組中選擇的。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的柔性扁平電纜，其中所述錫合金是從由錫銅合金、錫銀合金和錫鉍合金組成的組中選擇的。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柔性扁平電纜，其中電鍍層通過(guò)熱處理由電鍍?cè)诒馄綄?dǎo)體上的錫或錫合金形成。全文摘要本發(fā)明涉及電鍍的扁平導(dǎo)體以及具有該電鍍的扁平導(dǎo)體的柔性扁平電纜，所述電鍍的扁平導(dǎo)體由扁平導(dǎo)體和形成在扁平導(dǎo)體的表面上的電鍍層組成，其中，扁平導(dǎo)體包括從由銅和銅合金組成的組中選擇的導(dǎo)電材料，并且電鍍層包括第一金屬間化合物層，其包括就在扁平導(dǎo)體的表面上的Cu₃Sn；第二金屬間化合物層，其包括在第一金屬間化合物上形成的Cu₆Sn₅；以及在第二金屬間化合物層上形成的表面層，該表面層包括從由純錫和錫合金組成的組中選擇的電鍍材料并且具有從0.3微米到1.0微米的平均厚度以及1.0微米或更少的最大厚度，其中，第二金屬間化合物層對(duì)第一金屬間化合物層的體積比為1.5或更大。文檔編號(hào)H01B7/04GK101546619SQ20091013020公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2009年3月24日優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日發(fā)明者直江邦浩,磯部芳泰申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)