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日本第一电子工业谈连接器晶须问题

作者:未知  来源:日经BP网   更新:2005-2-19 7:22:00  点击:  切换到繁體中文

2005316日开幕的19届电子封装学术演讲大会上,连接器厂商日本第一电子工业就晶须问题的现状及今后面临的课题发表了演讲。为了应对RoHS法令,连接器的镀金处理必须弃用铅(Pb)。但无铅化有可能产生晶须(Whisker),导致连接器端子间短路。而晶须造成的短路会直接引起产品故障,因此众多设备厂商正在绞尽脑汁地解决这种短路问题。

  据悉有2种情况在连接器中容易产生晶须。一种情况是插入连接器的柔性电路底板与连接器的接触力较大,另一种情况是连接器端子使用的底材刚性不高。晶须产生的情况根据镀金使用的合金种类而不同,最不易产生晶须的是锡(Sn-铋(Bi)合金,其次是锡(Sn-银(Ag)合金,再就是对锡镀金层再加热的回流锡(Reflow Sn)。这几种合金材料在端子底材中均使用镍(Ni)。

  据第一电子工业介绍,根据过去的常识很难判断连接器上产生的晶须,也就是通常所说的晶须发现条件。一般来说,电子设备在产品出厂前要在高温高湿(+85℃85%)环境下进行负荷试验。但在室温(+25℃±5℃)下比高温高湿环境更容易产生晶须,因此用原来的试验方法很难判断有没有因晶须导致的故障。此外,第一电子工业与电子信息技术产业协会(JEITA)进行的实验证实,把柔性电路底板嵌入连接器几个小时后就会产生晶须,约1000个小时以后停止生长。今后,计划由JEITA对晶须试验方法进行标准化作业。

  目前,电子行业正在同心协力地解决连接器的晶须问题,与过去的老产品相比不易产生晶须的产品也已相继亮相。目前来看,多数设备厂商最多允许晶须生长50μm,今后将结合产品更新换代的周期与寿命等因素进行考虑,以确定连接器与柔性电路底板镀金所使用的合金与镀金层厚度。

  间距不到1mm的小间距连接器因晶须导致电路短路的问题,从2003年起就已在电子业界产生了一定的震动。从晶须的历史来看,美国在上世纪40年代就已发现晶须的存在,日本是在上世纪80年代发现电话交换机因晶须产生信号不良的问题。当时,还发现只要添加微量的铅就可以抑制晶须的产生,因此后来就没有继续对晶须进行研究。随着RoHS法令实施日期的日益临近,要求必须弃用原本做为晶须抑制剂而添加的铅,从而就使得这个30年前的老问题再次浮出了水面。

2005316日から始まった「第19回 エレクトロニクス実装学術講演大会」で,コネクタ・メーカーの第一電子工業がウイスカ問題に関する現状と今後の課題について発表した。RoHS指令への対応に伴い,コネクタのメッキ部からPb(鉛)を排除しなければならない。ところがPbフリー化するとウイスカが発生し,コネクタの端子間が短絡してしまう恐れがある。ウイスカによる短絡は製品の不具合に直結するだけに,多くの機器メーカーが対応に苦慮している問題なのだ。

 コネクタでウイスカが発生しやすくなる状況は2つあるという。1つはコネクタに挿入するフレキシブル配線基板とコネクタの接触力が大きい場合,もう1つはコネクタ端子に使う下地材の剛性が低い場合,である。メッキに使う合金の種類によってもウイスカの発生具合は変わる。最もウイスカが発生しにくいのがSn(スズ)-Bi(ビスマス)で,これにSn-Ag(銀),Snメッキ面を再加熱したリフローSnと続く。いずれも下地にはNi(ニッケル)を使う。
 第一電子工業によると,コネクタで発生するウイスカは従来の常識で判断するのは難しいという。それはウイスカの発現条件である。通常,エレクトロニクス機器は製品出荷前に高温高湿(+85℃85%)環境下で負荷試験を行う。ところがウイスカは高温高湿環境下よりも,室温(+25℃±5℃)の方が成長するという。従来の試験方法ではウイスカによる不具合発生の有無を判断するのが難しいわけだ。このほか,第一電子工業が電子情報技術産業協会(JEITA)と行った実験では,コネクタにフレキシブル回路基板を嵌合してから数時間後にはウイスカが発生し,約1000時間が経過すると成長が止まることが確認されているとする。今後,JEITAでウイスカに関する試験方法の標準化作業を進めていく予定である。

 現在,エレクトロニクス業界が一丸となってコネクタのウイスカ問題に取り組んでいることもあり,従来品に比べればウイスカの発生しにくい製品も徐々に登場しているという。多くの機器メーカーは50μmまではウイスカの発生を許容する姿勢を見せており,製品の買い替えサイクルや製品寿命などを考慮しながら,コネクタやフレキシブル配線基板のメッキに使う合金やメッキ厚を決めていくことになりそうだ。

 ピッチ間が1mm未満の狭ピッチ・コネクタでのウイスカによる配線短絡問題は2003年ころからエレクトロニクス業界で騒がれ出した。ウイスカの歴史は古く,存在自体は1940年代に米国で発見されている。国内でも1980年代に電話交換機でウイスカが原因の信号不良が確認されていた。当時,微量のPbを添加するとウイスカの発生が抑えられることが分かったこともあり,それ以降ウイスカに関する研究が下火になったという。RoHS指令への対応に伴い,本来ウイスカ発生の抑止剤として添加していたPbを排除せざるを得なくなったことで,30年前の問題が再浮上してきた形だ。

 


 

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