KR100404563B1 - 전자부품, 이 전자부품을 실장한 전자 기기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지구환경에 우수하고, 전자부품의 외부 단자와 프린트 배선판의 회로 패턴의 접합의 신뢰성을 향상한 전자부품을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 상기 전자부품을 실장한 전자 기기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 본 발명의 전자부품은 가장 바깥 층에 Sn-Cu 합금층을 갖는 리드선 또는 가장 바깥 층에 Sn-Cu 합금층을 갖는 외부 단자를 구비한 것이다. 또 본 발명의 전자 기기의 제조방법은 프린트 배선판의 소망의 회로 패턴에 상기 전자부품을 Sn-Cu 합금층에 의해 전기적으로 접속하는 것이다.

Description

전자부품, 이 전자부품을 실장한 전자 기기 및 그 제조방법{Electronic component, and electronic apparatus in which the electronic component is mounted and its manufacturing method}

최근, 지구환경오염을 개선하는 대책의 하나로서 텔레비전 수상기나 비디오 테이프 레코더 등의 각종 전자 기기로부터 납 등의 유해물질을 배제하여 지구환경보전을 꾀하는 움직임이 활발화되고 있다.

이와 같은 상황에서, 종래로부터 전자 기기의 조립 등에 널리 사용되어 왔던 Sn-Pb계의 공정 땜납을 대신하여, Sn-Bi, Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Cu계로 이루어지는 납을 함유하고 있지 않은 땜납의 연구, 개발, 실용화가 적극적으로 진행되어 오고 있다. 이들 납을 함유하고 있지 않은 땜납 중에서 특히 플로우 침지 타입의 납땜 장치에 사용되는 땜납으로서, Sn-Cu계의 공정합금이 주목되고 있다. Sn-Cu계의 공정합금은 경제성이나 접합부의 기계적·전기적 특성의 향상을 기대할 수 있는 것이다.

한편, Sn-Cu계의 공정합금을 사용한 플로우 침지법에 의한 납땜에서는 프린트 배선판에 탑재되는 전자부품의 외부 단자의 표층에 Sn-Pb 도금 및 Sn도금을 한 것이 사용되고 있다. 전자부품의 외부 단자의 납 플로우화(납을 사용하지 않음)에 대응으로서 Sn-Bi나 SnAg 도금을 행한 전자부품도 검토되어 오고 있다.

그러나, 용융한 Sn-Cu 공정합금 중에 Pb, Bi, Ag 및 Zn 등의 이종 금속이 혼입된 것을 장시간 방치하면, 프린트 배선판의 회로 패턴과 Sn-Cu 합금층의 계면에서 박리현상이 발생하여 전자 기기의 신뢰성이 떨어진다고 하는 과제를 갖고 있었다. 이 박리현상은 리프트오프라고 불리고 있다.

또, 전자부품의 외부 단자에 Sn 이외의 이종 금속을 함유하지 않은 Sn 도금을 행한 전자부품은 그 사용방법에 따라서는 휘스커의 발생을 일으키고, 경우에 따라서는 회로 단락의 우려가 있다고 하는 과제를 갖고 있었다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 지구환경에 우수하고, 전자부품의 외부 단자와 프린트 배선판의 회로 패턴의 접합의 신뢰성을 향상시킨 전자부품을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 이 전자부품을 실장한 전자 기기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 전자부품의 외부 접속단자의 표면에 Sn-Cu 합금층을 설치한 것이다. 상기 Sn-Cu 합금층 중의 구리 농도는 0.5∼3% 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또 본 발명의 전자 기기는 본 발명의 전자부품을 사용하고, Sn-Cu 공정합금으로 회로 패턴에 접속한 것이다.

본 발명은 전자부품, 이 전자부품을 실장한 전자 기기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지구환경대책에 우수한 전자부품, 이 전자부품을 실장한 전자 기기와 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에서의 전자 기기의 단면도를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 한 실시형태에서의 전자 기기에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에서의 전자 기기의 단면도이다.

도 1에서, 종이 페놀 기판, 글래스 에폭시 기판 등을 기본 재료로 하는 프린트 배선판(1)에는 구리박을 소망의 패턴으로 에칭하여 형성한 회로 패턴(2)이 형성되어 있다. 프린트 배선판(1)은 저항기, 콘덴서, 코일 등으로 이루어지는 제1 전자부품(3)의 외부 단자인 리드선(4)을 삽입하는 관통구멍(5)을 구비하고 있다.

리드선(4)은 철이나 구리 등으로 이루어지는 금속선에 니켈이나 구리 등으로 이루어지는 도금 금속층을 통해서 표층에 Sn-Cu 합금층을 구비한 것이다. 또, 저항기, 콘덴서, 코일 등으로 이루어지는 리드레스의 표면 실장형의 제2 전자부품(6)의 외부 단자(7)는 은과 글래스의 소결체의 표면에 니켈 등의 배리어 금속층을 통해서 가장 바깥 층에 Sn-Cu 합금층을 구비한 것이다.

이들 표면의 합금층은 다양한 방법으로 형성할 수 있지만, 일반적으로는 도금법에 의해 형성하는 것이 장치적, 가격적으로 간편하다. 도금법에 의하면 가장 바깥 층의 합금 조성을 용이하게 제어할 수 있다.

본 실시형태에서는 이들 리드선(4) 및 외부 단자(7)의 가장 바깥 층의 Sn-Cu 합금층은 Cu를 0.5∼3% 함유하여 이루어지는 것이다.

표 1에 「Cu 함유율과 휘스커 발생 및 땜납 누수성」과 Sn-Cu 합금 중의 구리의 농도와의 관계를 나타낸다. 표 중 「휘스커 발생」의 판정은 다음과 같이 행하였다. 즉, Sn-Cu 합금을 도금한 리드선(4)을 180도로 절곡하고, 60℃, 95%RH의 조건 하에서 1000시간 방치하고, 절곡부의 표면을 관찰하였다. 상기 관찰에서 50㎛ 이상 Sn의 침상 돌기가 발생한 것의 비율을 나타낸다.

「땜납 누수성」의 판정은 Sn-Cu 합금 도금한 리드선(4) 및 제2 전자부품을 60℃에서 95%RH의 조건에서 168시간 방치하고, Sn-Cu를 용해한 땜납조에 침지하여 제로 크로스 타임을 측정하였다. 상기 침지 시험에서 제로 크로스 타임이 3초 이상인 것을 「×」로 하고, 그 이외의 것을 「○」으로 하였다.

시험조건 Sn-Cu 땜납 온도 : 255℃

침지 속도 : 5㎜/sec(1㎜/sec)

플럭스 : 로진계 활성 플럭스

측정장치 (주) 레스커사제 SAT-5000

표 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 리드선(4) 및 제2 전자부품의 외부 단자(7)의 가장 바깥 층을 Sn-Cu 합금층으로 하고, Sn-Cu 합금층이 Cu를 0.5∼3% 함유하면 휘스커 발생이 없고, 땜납 누수성도 양호하다.

또, 전자부품(3)의 리드선(4) 및 제2 전자부품의 외부 단자(7)는 프린트 배선판(1)의 회로 패턴(2)에 Sn-Cu 공정합금층(8)에 의해 전기적으로 접속하는 것이다. 납땜을 할 때에는 약 250℃의 용융한 Sn-Cu 공정합금(共晶合金)에 상기 리드선(4) 또는 외부 단자(7)가 침지된다.

이상과 같이 구성된 전자 기기에 대해서, 이하에 그 제조방법을 설명한다.

먼저, 관통구멍(5)을 갖는 프린트 배선판(1)에 구리박을 소망의 패턴으로 에칭하여 형성한 회로 패턴(2)을 형성한다.

다음에, 관통구멍(5)에 제1 전자부품(3)의 Sn-Cu 합금층을 구비한 리드선(4)을 삽입하는 동시에, 소망의 위치에 Sn-Cu 합금층을 구비한 외부 단자(7)를 갖는 제2 전자부품(6)을 필요에 의해 접착제 등을 이용하여 고정한다.

마지막으로, 프린트 배선판(1)을 용융한 납을 함유하지 않은 Sn-Cu 공정합금에 의한 프리 침지법에 의해 제1 전자부품(3)의 리드선(4) 및 제2 전자부품(6)의 외부 단자(7)와 프린트 배선판(1)의 회로 패턴(2)을 전기적으로 접합하는 것이다. 이 접합은 Sn-Cu 공정합금층(8)에 의해 행해진다. 이 경우, 제1 전자부품(3)의 리드선(4) 및 제2 전자부품(6)의 외부 단자(7)는 가장 바깥 층을 본 실시형태의 Sn-Cu 합금층에 의해 피복되어 있기 때문에, 접속용의 Sn-Cu 공정합금층(8)과의 계면에는 이종 금속이 존재하지 않는다. 이 때문에, 전자부품과 회로 패턴의 사이에서 안정한 접속을 얻을 수 있다.

또한, 상기 설명에서는 납땜 방법으로서 플로우 침지법에 의해 전자 기기를 제조하는 예에 대해서 서술하였지만, 실장되는 전자부품이 모두 표면 실장 타입의부품이고, 그 외부 단자 표면이 본 발명의 조성을 갖는 Sn-Cu 합금층에 의해 피복되어 있는 것이면, Sn-Cu 합금을 사용한 리플로우 납땜법을 채용할 수 있는 것은 당연하다.

또, 상기 설명에서는 Sn-Cu 공정합금을 사용하는 예에 대해서 서술하였지만, 전자 기기의 제조시에는 다양한 조건에 의해, 공정조성(共晶組成) 이외의 Sn-Cu 합금을 사용할 수 있는 것도 당연하다.

이상과 같이 본 발명의 전자부품은 외부 접속 단자의 표면에 특정한 구리 농도를 갖는 Sn-Cu 합금층을 구비하기 때문에, 용융한 Sn-Cu 합금에 의한 플로우 침지법에 의해 프린트 배선판의 회로 패턴에 접합할 때에, Sn-Cu 합금 중에 이종 금속이 용출하지 않는다. 이 때문에, 접합 계면에 이종 금속이 개재하지 않기 때문에, 안정한 접속상태가 얻어져서 전자 기기의 신뢰성이 향상한다고 하는 효과를 이룬다. 또 본 발명의 전자부품은 외부 접속 단자의 표면에 최적의 구리 농도를 갖는 Sn-Cu 합금층을 구비하기 때문에, 보존 신뢰성에도 우수하다.

본 발명에 의하면, 지구환경에 부담을 주는 납 등의 금속을 사용하지 않고, 신뢰성이 우수한 전자 기기를 제공할 수 있고, 산업상 이용가치가 크다.

Claims (8)

1. 외부 접속 단자의 표면에 Sn-Cu 합금층이 설치되며, 상기 Sn-Cu 합금층은 Cu를 0.5∼3% 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자부품.
2. 삭제
3. 회로 패턴을 구비한 프린트 배선판과, 상기 프린트 배선판에 탑재된 외부 접속 단자의 표면에 Sn-Cu 합금층을 갖는 전자부품을 구비하고, 상기 외부 접속 단자와 상기 회로 패턴을 납을 함유하지 않은 Sn-Cu계의 합금에 의해 전기적으로 접합하여 이루어지며,

   상기 Sn-Cu 합금층은 Cu를 0.5∼3% 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 Sn-Cu계의 합금은 Sn-Cu 공정합금(共晶合金)인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
6. 프린트 배선판과 상기 프린트 배선판에 실장되는 전자부품을 구비한 전자 기기의 제조방법에 있어서, 상기 전자부품의 외부 접속 단자의 표층에 도금에 의해 Sn-Cu 합금층을 형성하는 단계와, 상기 전자부품을 상기 프린트 배선판에 탑재하고, 납을 함유하지 않은 Sn-Cu계 합금에 의해 상기 전자부품의 외부 접속 단자와 상기 프린트 배선판의 회로 패턴을 전기적으로 접합하는 단계로 이루어지며,

   상기 Sn-Cu 합금층은 Cu를 0.5∼3% 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 삭제
8. 제 6항에 있어서, 상기 Sn-Cu계의 합금은 Sn-Cu 공정합금인 것을 특징으로 하는 제조방법.