KR100405350B1

KR100405350B1 - 전자부품용 리드선 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100405350B1
Application number: KR10-2000-0002238A
Authority: KR
Inventors: 황두현
Original assignee: 대아리드선주식회사
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2003-11-12
Also published as: KR20010075782A

Abstract

본 발명은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 도금피막층을 피복시켜서 된 것에 있어서: 상기 도금피막층을 Sn(주석)과 Cu(구리)를 혼합시킨 Sn-Cu 합금층(40)으로 구성하되, 상기 Sn-Cu 합금층(40)의 Sn과 Cu의 혼합비는 95∼99.5 : 5∼0.5 중량%로 구성함으로써, 특성에 있어서도 기존의 리드선과 비교하여 볼 때 동일한 특성을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 납땜을 실시하더라도 양호한 납땜 효과를 얻을 수 있으므로 인체와 환경에 무해(無害)한 리드선을 제공할 수 있는 전자부품용 리드선 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전자부품용 리드선 및 그 제조방법{LEAD WIRE AND IT′S MAKING METHOD}

본 발명은 각종 전자부품의 소자를 인쇄회로기판상의 배선에 연결시킬 때 사용되는 리드선(READ WIRE) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선의 외주면에 주석(Sn)과 구리(Cu)의 혼합물을 피막(도금)하여서 된 것과, 주석(Sn)과 구리(Cu)의 혼합물을 피막처리 하도록 하는 제조방법을 제공하려는 것이다.

통상적으로 전자부품용 리드선은 납땜을 실시하거나 또는 저항, 콘덴서, 트랜지스터, 다이오드, 마이컴 등과 같은 각종 소자들을 인쇄회로기판(PCB)의 배선 상에 접속 고정시켜 줄 때 사용되는 것으로서, 우수한 전도성과 기계적 강도가 필연적으로 요구되며, 리드선이 우수한 전도성을 갖도록 하기 위해서는 표면을 순수한 구리소재로 성형시켜 주는 것이 바람직하고, 기계적 강도를 갖추도록 하기 위해서는 내부를 강재로 된 복합구리성분으로 성형시켜 주는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2는 종래의 리드선을 구조를 보인 예시도로서, 도 1에 예시된 종래의 리드선(1)은 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 통상의 도금처리방법을 이용하여 Sn-Pb 합금층(20)을 피복시켜서 된 것으로서, 상기 Sn-Pb 합금층(20)은 주석(Sn)과 납(Pb)의 혼합비율이 35∼95 : 65∼5 중량%의 비율로 혼합된 것을 주로 사용하였다.

또한, 도 2에 예시된 종래의 리드선(1-1)은 도 1에 예시된 바와 같이 도선(10)의 외주면에 Sn-Pb 합금층(20)이 피복된 리드선(1)에서 Sn-Pb 합금층(20)의 외주면에 Sn층(30)을 1∼2 ㎛의 얇은 두께로 도금(피복)처리하여서 된 것이다.

또한 구체적으로 도시하지는 아니하였으나 이 외에 여러 종류의 리드선이 알려져 있는데, 이들 역시 전기적 특성을 맞출 수 있도록 하기 위하여 통상의 도선(10)의 외주면에 피막층을 형성시켜 주며, 상기 피막층은 도금이나 인쇄회로기판에서 융착성을 양호하게 할 수 있도록 하기 위하여 납 성분이 함유되어 있는 혼합물질을 도금(피복)시켜 주었었다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 리드선(1)(1-1)들은 다음과 같은 문제가 단점으로 지적된다.

이들 종래의 리드선(1)(1-1)에는 납(Pb) 성분이 원칙적으로 함유되어 있다는 것이다.

상기 납(Pb) 성분은 중금속의 일종으로서 인체에 극히 유독하여 체내에 소량이 축적되어지더라도 생명을 위협할 정도로 치명적인 손상을 입히는 것으로 잘 알려져 있고, 또 납이 쓰레기 매립지 등의 자연에 노출되더라도 자발적인 분해가 극히 더디게 진행되므로 자연을 오염시키게 되는 등의 인간과 자연환경에 극히 유해한 것으로 알려져 있다.

따라서, 이와 같이 유해한 납 성분이 함유되어 있는 리드선(1)(1-1)을 취급하거나 이를 이용하여 납땜을 실시 할 때에 납에 오염되는 등의 많은 문제를 유발시키게 된다.

이러한 유해한 문제들로 인하여, 근자에는 납 또는 납 성분이 함유되어 있는 제품의 사용을 원천적으로 금지하도록 하거나 또는 극히 제한적으로만 활용할 수 있도록 하는 등의 조약들이 국제적으로 제정되고 있는 실정이며, 납을 대체하여 사용할 수 있도록 하는 물질에 대한 대처방안이 심각하게 대두되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 구리 또는 구리합금으로 된 도선의 외주면에 Sn-Cu 합금층을 피복(도금)시켜 주거나 또는 구리 또는 구리합금으로 된 도선의 외주면에 Sn층을 도포시켜주고 Sn층의 외주면에 Sn-Cu 합금층을 피복(도금)시켜서 된 전자부품용 리드선을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 통상의 전기도금법에 의하여 Sn-Cu 합금층의 도금을 실시하도록 하되, 전해액으로 사용되는 산의 농도를 낮게 유지시키고, 산의 용액에 별도의 첨가제를 첨가시켜 줌으로서 낮은 전류밀도와 낮은 전해조 온도에서도 전기도금을 능히 실시할 수 있도록 된 전자부품 리드선의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구리 또는 구리합금으로 된 도선의 외주면에 납(Pb)을 대신하여 인체와 자연환경에 유해하지 않은 환경친화적인 물질을 피복(도금)시켜 줌으로서, 인체에 치명적인 손상을 주지 않고 자연환경을 오염시키거나 파괴시키지 않도록 하여 건강과 자연환경을 보호할 수 있도록 하고, 우수한 전도성과 강도를 갖도록 하는 전자부품 리드선 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 Sn-Pb 혼합물을 대신할 수 있는 환경친화물질로서 Sn-Cu 혼합물을 사용함으로서 납땜시간과 부착률이 기존의 것과 동일 유사하여 양호한 상태를 유지하고, 납땜을 실시한 후에도 크랙이 발생되지 않으면서 효율도 양호하게 유지될 수 있도록 하며, 특히 인체에 유해한 물질(납:Pb)을 사용하지 않음으로서 제조(전기도금)할 때도 용이하게 실시할 수 있도록 된 전자부품 리드선 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 리드선의 구조를 보인 단면도.

도 2는 종래 리드선의 다른 구조를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 리드선의 구조를 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 리드선의 다른 실시예의 구조를 보인 단면도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 리드선에 도금된 Sn-Cu 합금층의 조직 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1-1,1-2,1-3: 리드선 10. 도선

20. Sn-Pb 합금층 30. Sn층

40. Sn-Cu 합금층

이에 상기의 목적을 이루기 위해 본 발명의 전자부품용 리드선은, 구리(Cu)또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 도금피막층을 피복시켜서 된 것에 있어서: 상기 도금피막층이 Sn(주석)과 Cu(구리)를 혼합시킨 Sn-Cu 합금층(40)으로 된 것을 특징으로 하는 것과, 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 Sn층(30)이 피복되고 Sn층(30)의 외주면에 도금피막층을 피복시켜서 된 것에 있어서: 상기 도금피막층이 Sn(주석)과 Cu(구리)를 혼합시킨 Sn-Cu 합금층(40)으로 된 것을 특징으로 한다.또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 도금 용액이 충진된 전해조의 내부에 양극에는 도금체를 접속하고 음극에는 도선 또는 Sn층이 피복된 도선을 접속하여 통상의 전기도금법에 의해 도선 또는 Sn층이 피복된 도선의 외주면에 피도금체의 금속박층을 피복시키도록 하는 방법에 있어서: 양극에는 Sn-Cu 합금체를 음극에는 도선(10) 또는 Sn층이 피복된 도선(10)을 접속하고, 도금용액은 Sn 용액, Cu 용액, 메탄술폰산(Methane Sulfonic Acid), 솔더온(Solder On) XP-99275와 솔더온(Solder On) XP-99276 용액, 물(H₂O)을 혼합시켜 조성하며, 전해조의 온도를 40∼50℃로 유지시켜 주면서 15∼25㎃/d㎡의 전류를 흘려보내면서 도금을 실시하도록 된 것을 특징으로 한다.이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

첨부도면 도 3과 도 4는 본 발명에 따른 리드선(1-2)(1-3)의 구체적인 실시예를 보인 예시도이다.

도 3에 도시된 실시예는 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 Sn-Cu 합금층을 직접 피복시켜서 된 리드선(1-2)이고, 도 4에 도시된 실시예는 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 Sn층(30)을 피복시켜서 된 것에 있어서, Sn층(30)의 외주면에 Sn-Cu 합금층(40)을 피복시켜서 된 리드선(1-3)이다.

상기와 같이 도선(10) 또는 도선(10)에 피복된 Sn층(30)의 외주면에 Sn-Cu 합금층(40)을 피복시키는 방법에 있어서는 통상의 전기도금(電氣鍍金) 방법을 이용하여 도금을 실시하되, 메탄술폰산(Methane Sulfonic Acid)을 이용한 도금방식에 의해 리드선(1-2)(1-3)을 제조할 수 있도록 하였다.전기도금을 실시할 때 구체적으로 도시하지는 아니하였으나 통상의 전해조에 충진 되어지는 도금용액은 Sn용액과 Cu용액 및 금속이온의 전도성 향상을 위한 산(acid) 용액으로 메탄술폰산(Methane Sulfonic Acid) 용액과 첨가제와 물(H₂O)를 혼합시켜서 된 것이다.

도금용액을 조성함에 있어서 조성용액을 1 ℓ로 하였을 때, Sn은 150∼450 ㎖/ℓ 바람직하게는 200∼350 ㎖/ℓ를 첨가시켜주고, Cu는 10∼50㎖/ℓ, 바람직하게는 20∼40 ㎖/ℓ를 첨가시켜주며, 메탄술폰산은 50∼300 ㎖/ℓ, 바람직하게는 70∼150㎖/ℓ를 첨가시켜 주어서 안정화된 도금용액을 얻도록 하였으며, 또한 도금용액에 첨가되는 첨가제는 유기첨가제로서 Tin Leed 도금을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 침윤대체제(Netting Agents)와 조직정련제(Grain refiners)를 혼합시켜서 된 것으로서 미국 리로날(LEARONAL)사에서 제조한 Solder On XP-99275와 Solder On XP-99276을 첨가시켜 주되, Solder On XP-99275는 50∼300 ㎖/ℓ, 바람직하게는 75∼150 ㎖/ℓ를 첨가시키고, Solder On XP-99276을 2∼10 ㎖/ℓ, 바람직하게는 3∼7㎖/ℓ를 첨가시켜 주었다.이와 같이 유기첨가제를 첨가시켜줌으로써 도금물질이 분해 되는 성질이나 파괴(Break Down)되는 것을 방지할 수 있다.

도금을 실시할 때 전해조의 온도를 40∼50 ℃로 유지시켜 구리(Cu)가 용이하게 도금되어질 수 있도록 하였고, 전류밀도는 15∼25 ㎃/d㎡로 유지시켜 최적의 상태로 도금시킬 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 전자부품용 리드선의 제조방법은 다름의 실시예에 의하여 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 권리범위가 다음의 실시예에 의해 한정되지 않음을 밝혀둔다.

실시예 1

전해조에 도금용액을 충진시키되, 용액 1 ℓ대비 Sn은 250 ㎖, Cu는 25 ㎖, 산 용액(메탄술폰산)은 100 ㎖, 첨가제인 Solder On XP-99275와 Solder On-XP99276은 각각 100 ㎖와 5 ㎖, 물(H₂0)을 520 ㎖의 비율로 혼합시킨 도금용액을 충전시켜 주고, 양극에는 Sn과 Cu의 혼합비가 99 중량% : 1 중량%인 Sn-Cu 혼합물질을, 음극에는 구리(Cu) 또는 구리혼합물로 된 도선(10)을 연결하여 도금용액에 침전시켰으며, 전해조의 온도를 45℃ 상태로 유지시키면서 20 ㎃/d㎡의 전류를 흘려보내어 도금을 실시하여 도선(10)의 외주면에 Sn-Cu 합금층이 피복(도금)된 리드선을 얻었다.

실시예 2

음극에는 도선(10)의 외주면에 Sn층(30)이 도포(피복)된 것을 연결시키는 것외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여, 도선(10)의 외주면에 피복된 Sn층(30)의 외주면에 Sn-Cu 합금층(40)이 피복(도금)된 리드선을 얻었다.이와 같이 전기도금 방식으로 도금한 후 그 특성을 살펴보면 다음과 같다.즉, Sn-Cu 합금층(40)의 도금상태는 도 5a 내지 도 5c에서 확인되는 바와 같이 매우 균일하고 안정되게 피복되었음을 확인할 수 있었다.상기 실시예에 의하여 얻어진 Sn-Cu 합금층(40)이 피복(도금)된 리드선의 물리적 성질을 Sn-Pb 합금층(20)이 피복된 리드선의 물리적 성질과 비교하여 표 1(대비표)에 나타내었다.[표 1]표 1의 대비표에서 확인되는 바와같이 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금층(40)이 피복된 리드선은 종래의 Sn-Pb 합금층(20)이 피복된 리드선에 비하여 온도 특성인 녹는점(용융점)은 다소 높아졌으나 첨가되는 Cu 특성상 다소 높아졌을 뿐, 전기저항은 오히려 양호하게 낮아지고 연성율(신율)에 있어서도 오히려 향상되었으며, 독성은 거의 소멸되었음을 확인할 수 있다.상기 표 1과 같은 특성을 갖고 있는 시료를 각각 3 개씩 무작위로 축출하여 땜성시험을 실시하였다.땜성시험은 다음의 시험 조건에서 실시하였다.* 땜성시험조건·Pot 온도(조 온도) : 245 ℃·침적길이 : 0.2 mm·침적시간 : 5 초·침전속도 : 5 mm/초·플럭스(Flux) : 로진타입, 비활성치·시료조건 : ① 처리 전 - 시료 1, 시료 4② 스팀 시간유지 후 - 시료 2, 시료 5③ 155 ℃, 16 시간 열처리 후 - 시료 3, 시료 6상기의 땜성시험 조건 하에서 땜성시험을 실시한 결과, 표 2와 같은 결과를 얻었다.[표 2]상기 표 2에서 확인된 바와 같이, 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금층이 피복된 시료들(실시예의 시료4 내지 시료6)은 종래의 Sn-Pb 합금층이 피복된 시료들(비교예의 시료1 내지 시료3)에 비하여 땜성시간에 있어서 극히 짧은 시간(0.03∼0.47 초)이 늘어나기는 하였으나 부착성에 있어서는 동일한 효과를 얻을 수 있었으며, 따라서 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금층이 피복된 리드선도 용이하고 양호하게 납땜을 실시할 수 있었음을 확인할 수 있었다.상기와 같이 땜성을 시험하여 얻어진 시료 중에서 본 발명에 따른 Sn-Cu 합금층이 피복된 리드선으로 납땜시킨 시료에 대하여 벤딩테스트(Bending Test)를 실시한 결과를 표 3에 나타내었다.[표 3]상기 표 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 의한 리드선은 처리 전의 시료(시료4)와, 스팀을 8 시간 실시한 후의 시료(시료5), 및 155 ℃에서 16 시간 가열시킨 후의 시료(시료6)를 검사한 결과, 납땜 부분 어디에서도 어떠한 크랙이 발생되지 않은 양호한 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.

즉, Sn-Cu합금층(40)의 도금상태는 도 5a 내지 도 5c에서 확인되는 바와같이 매우 균일하고 안정되게 피복되었음을 확인할 수 있었다.

상기 실시예에 의하여 얻어진 Sn-Cu합금층(40)이 피복(도금)된 리드선의 물리적 성질을 Sn-Pb합금층(20)이 피복된 리드선의 물리적 성질과 비교 하여 표 1(대비표)과 같은 결과를 얻었다.

표 1의 대비표에서 확인되는 바와같이 본 발명에 따른 Sn-Cu합금층(40)이 피복된 리드선은 종래의 Sn-Pb합금층(20)이 피복된 리드선에 비하여 온도 특성인 녹는점(용융점)이 다소 높아졌으나 첨가되는 Cu의 특성상 다소 높아 졌을 뿐이고, 전기저항은 오히려 양호하게 낮아지고 연성율(신율)에 있어서도 오히려 향상되었으며, 독성은 거의 소멸되었음을 확인할 수 있다.

상기 표 1과 같은 특성을 갖고 있는 시료를 각각 3개씩 무작위로 축출하여 땜성시험을 실시하였다.

땜성시험은 다음의 시험 조건에서 실시하였다.

* 땜섬시험조건

·Pot온도(조온도): 245℃

·침적길이: 0.2㎜

·침적시간: 5sec

·침전속도: 5㎜/sec

·플럭스(Flux): 로진 타입, 비활성치

·시료조건: ① 처리전 -(시료 1), (시료 4).

② 스팀 ＆ 시간유지 후 - (시료 2), (시료 5).

③ 155℃, 16시간 열처리 후 - (시료 3), (시료 6).

상기의 땜성시험 조건하에서 땜성 시험을 실시한 결과 표 2와 같은 결과를 얻었다.

상기 표 2에서 확인된 바와같이 본 발명에 따른 Sn-Cu합금층이 피복된 시료들(실시예의 시료4 내지 시료6)은 종래의 Sn-Pb합금층이 피복된 시료들(비교예의 시료1 내지 시료3)에 비하여 땜성시간에 있어서 극히 짧은 시간(0.03∼0.47초)이 늘어나기는 하였으나 부착성에 있어서는 동일한 효과를 얻을 수 있었으며, 따라서 본 발명에 따른 Sn-Cu합금층이 피복된 리드선도 용이하고 양호하게 납땜을 실시할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 땜성을 시험하여 얻어진 시료 중에서 본 발명에 따른 Sn-Cu합금층이 피복된 리드선으로 납땜시킨 시료에 대하여 밴딩 테스트(Bending Test)를 실시한 결과 표 3과 같은 결과를 얻었다.

상기 표 3에서 확인되는 바와같이 본 발명에 의한 리드선은 처리전의 시료(시료4)와, 스팀을 8시간 실시한 후 시료(시료 5), 및 155℃에서 16시간 가열시킨 후의 시료(시료 6)를 검사한 결과 납땜 부분 모두에서는 아무런 클랙이 발생되지 않은 양호한 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 도선 또는 주석(Sn)층이 도포된 도선에 Sn-Cu층을 도포(피복)시킨 리드선을 제공함으로써, 특성에 있어서도 기존의 리드선에 비하여 동일한 특성을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 납땜을 실시하더라도 양호한 납땜효과를 얻을 수 있으므로 인체와 환경에 무해(無害)한 리드선을 제공할 수 있는 이점이 있다.

Claims

구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 도금피막층을 피복시켜서 된 것에 있어서:

상기 도금피막층을 Su(주석)과 Cu(구리)를 혼합시킨 Sn-Cu 합금층(40)으로 구성하되, 상기 Sn-Cu 합금층(40)의 Sn과 Cu의 혼합비는 95∼99.5 : 5∼0.5 중량%로 한 것을 특징으로 하는 전자부품용 리드선.
구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 도선(10)의 외주면에 Sn층(30)이 피복되고 Sn층(30)의 외주면에 도금피막층을 피복시켜서 된 것에 있어서:

상기 도금피막층을 Sn(주석)과 Cu(구리)를 혼합시킨 Sn-Cu 합금층(40)으로 구성하되, 상기 Sn-Cu 합금층(40)의 Sn과 Cu의 혼합비는 95∼99.5 : 5∼0.5 중량%로 한 것을 특징으로 하는 전자부품용 리드선.
도금용액이 충진된 전해조의 내부에 양극에는 도금체를 접속하고, 음극에는 도선(10) 또는 Sn층(30)이 피복된 도선(10)을 접속 삽입하여 통상의 전기도금법에 의해 도선(10) 또는 Sn층(30)이 피복된 도선(10)의 외주면에 피도금체의 금속박층을 피복시키도록 하는 방법에 있어서:

양극에는 Sn-Cu 합금체를, 음극에는 도선(10) 또는 Sn층이 피복된 도선(10)을 접속하고, 상기 도금용액은 Sn을 150∼450 ㎖/ℓ, Cu를 10∼50 ㎖/ℓ, 메탄술폰산(Methane Sulfonic Acid)을 50∼300 ㎖/ℓ, Solder On XP-99275와 Solder On XP-99276을 각각 50∼300 ㎖/ℓ와 10∼20 ㎖/ℓ를 첨가시키고 나머지는 물(H₂O)을 혼합시켜 조성하며,

전해조의 온도를 40∼50 ℃로 유지시킨 상태에서 15∼25 ㎃/d㎡의 전류를 흘러 보내면서 도금을 실시하도록 된 것을 특징으로 하는 전자부품 리드선의 제조방법.
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