KR100495606B1 - 와이어를 포함하는 전자 부품 - Google Patents

와이어를 포함하는 전자 부품

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Abstract

본 발명의 목적은 와이어에서 땜납으로 Cu가 용출되는 것을 방지하여, 와이어가 얇아지고, 파손되는 것을 방지하는 것이다. 칩 코일이 코어의 양 끝에 설치된다. 전극은 바닥부터 차례로 하부 금속층(Ag), Ni 도금층, 및 Sn-Cu 도금층을 포함한다. 와이어의 끝은 열 압축 결합에 의하여 전극의 Sn-Cu 도금층 안에 심어진다. 칩 코일이 리플로 납땜에 의하여 기판의 랜드에 실장되면, Sn-Cu 도금층의 Cu는 리플로 땜납 안으로 용출되어서, 와이어에서 Cu의 용출을 방지한다.

Description

와이어를 포함하는 전자 부품{Electronic component having wire}
본 발명은 와이어 권선형(wound-type) 칩 코일과 같은 와이어를 포함하는 전자 부품에 관한 발명이다.
종래 실장 시에 안정성있는 칩 코일이 일본국 특허공개 평10-312922호에 개시되어 있다. 상기 칩 코일에서 전극은 아래 금속층, Ni 도금층 및 Sn 도금층을 포함한다. 와이어의 끝은 열 압축 결합에 의하여 Sn 도금층에 내장된다.
이러한 형태의 칩 코일에서, 와이어의 Cu는 용해되어, 용융 땜납의 Sn 및 Sn 도금층 안으로 침투하게 되어, 와이어의 두께가 얇아지게 된다. 어떤 경우에는 와이어가 용출(elution)되고 파손될 수도 있다. 일반적으로 코일을 구성하는 와이어는 절연 코팅막을 갖고 있기 때문에, 절연막이 높은 열 저항성을 갖는다면, Cu의 용출을 피할 수 있다. 하지만, 와이어의 단부는 절연막이 제거되어 전극에 접속되기 때문에, 절연막이 없는 와이어의 단부는 용융 땜납의 Sn 및 Sn 도금층 안으로 용출되는 문제점을 갖는 원인이 된다. 특히, 최근 전자 부품의 크기의 감소가 많이 요구되어 와이어를 가늘게 만들 필요가 있다. 따라서, 와이어의 Cu가 융출됨으로 인하여 와이어가 얇게 되고, 파손되는 것을 방지하기 위한 수단이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 와이어의 Cu가 용융 땜납의 Sn 및 Sn 도금층 등의 안으로 용출되는 것을 방지한 전자 부품을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전자부품은 그 위에 전극을 포함하는 절연체, 및 상기 절연체 상에 감기고 Cu로 만들어지며, 그 끝이 상기 전극에 고정된 와이어를 포함하고, 상기 전극은 복수의 도체층 및 Cu가 상기 와이어의 외부로 용출되는 것을 방지하는 적어도 하나의 도체층을 포함한다.
용출 방지층(Cu가 와이어의 외부로 용출되는 것을 방지하는 적어도 하나의 도체층)은 와이어의 Cu와, 용융 땜납 및 도금층 내의 Sn의 용해 비율을 감소시키거나 용해를 중단시킨다. 용출 방지층을 위한 적절한 재료는 Cu이다. 한 층의 전극이 Cu를 포함함으로써 Cu가 사전에 Sn 안으로 용출되어, 와이어의 Cu가 용출되는 것을 방지하게 된다. 용출 방지용 Cu는 Sn-Cu 합금층 또는 단일 Cu 층으로 주어진다. Sn-Cu 합금층의 Cu 함량은 약 0.5 내지 30중량%가 바람직하다. 일반적으로 땜납 시 온도는 240~260℃이다. 상기 온도 범위에서 Cu 및 Sn의 공정(eutectic) 농도를 고려하면, Cu의 공정 농도는 약 0.5~0.6 중량%이다. Cu의 함량이 적어도 0.5 중량% 일때, Cu의 용출은 상기 함량 이상으로 발생하지 않는다. Cu의 함량이 30 중량%를 초과하면, 연납접성(solderability)이 약해진다. 본 발명자는 또한 Ni이 Cu의 용출을 방지하는데 효과적인 재료임을 발견하였다. Cu 용출을 효과적으로 방지하는 것은 Sn-Ni 합금을 이용함으로서 충분히 구현된다.
본 발명에 따른 전자 부품의 실시예는 첨부 도면을 참고록 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 제 1 실시예의 칩 코일을 도시한다. 도 1a 및 도 1b에서 칩 코일은 Cu로 만들어지고, 알루미나 또는 다른 적절한 재료로 제조된 코어 10의 리드(reed)부 11 주위를 둘러싸는 와이어 15를 포함한다. 와이어의 끝 16 및 16은 열 압축 결합에 의하여 코어 10의 양단에서 돌출부 12 및 12에 형성된 전극 13 및 13 상에 고정된다.
도 1b의 C-C 선을 따른 단면도인 도 1c에서 보듯이, 전극 13은 코어 10상에 바닥으로부터 차례로 형성된 하부 금속층 13a, Ni 도금층 13b 및 Sn-Cu 도금층 13c를 포함한다. 하부 금속층 13a는 Ag, Ag-Pd 또는 다른 적당한 재료로 만들어진 페이스트를 가하여 소결함으로서 코어 10 상에 형성된다. 하부 금속층 13a의 두께는 약 15㎛이다. Ni 도금층 13b는 하부 금속층 13a 상에 설치되어 땜납 저항성을 적절히 향상시키고, 그 두께는 적어도 약 1㎛ 이고, 3㎛ 이상인 것이 바람직하다. 원 땜납층인 Sn-Cu 도금층 13c는 Ni 도금층 13b 상에 설치되고, Cu를 포함하여 와이어 15의 Cu가 용출되는 것을 방지하는 Cu 용출 방지층으로 작용한다. Sn-Cu 도금층 13c의 두께는 본 실시예에서는 약 14㎛이다. Sn-Cu 도금층 13c에서 Cu의 함량은 0.5 ~ 30 중량%이다. Cu의 함량비는 적어도 Cu 및 Sn의 공정 농도(eutectic concentration)인 것이 바람직하다. Cu 농도의 상한은 연납접성 저하의 정도에 의존한다.
도 2a 및 2b를 참고로, 와이어 15는 Cu로 만들어진 도체 및 상기 도체 상에 설치된 절연막을 포함한다. 도체는 약 20 내지 60㎛의 직경을 갖는다. 절연층은 폴리에스테르이미드(polyesterimide) 또는 다른 적당한 절연 재료로 만들어진다. 와이어 15의 끝 16은 도 2b에 도시되듯이 열 압축 결합에 의하여 와이어의 절연막이 제거되는 상태에서 전극 13의 Sn-Cu 도금층 13c 안으로 심어진다. 구체적으로, 와이어 15의 끝 16이 히터 20에 의하여 10N 이상의 하중으로 300℃ 이상에서 가열되면, Sn-Cu 도금층 13c는 용융되어, 끝 16이 그 안에 심어진다. 또한, 와이어의 절연막은 제거되어, 노출된 Cu 도체는 Sn-Cu 도금층 13c에 땜질되어 고정된다.
상기 설명한 칩 코일의 구성에서, 칩 코일은 리플로(reflow) 땜납에 의하여 기판의 랜드(land) 상에 실장되고, Sn-Cu 도금층 13c의 Cu는 상기 랜드 상에 주어진 용융 땜납 안으로 용출된다. Sn-Cu 도금층 13c의 Cu가 용융 땜납 안으로 용융되는 속도와, 와이어 15의 Cu가 용융 땜납 안으로 용출되는 속도를 비교하면, 전자가 압도적으로 빠르다. 따라서, 와이어 15의 Cu의 용출이 시작되기 전에, 랜드 상에서 용융 땜납에 포함된 Cu는 Sn-Cu 도금층 13c의 Cu로 인하여 풍부해지게 된다. 이는 와이어가 얇게 되고 부서지는 것을 방지한다.
또한, Sn-Cu 도금층 13c 대신에 Sn-Ni 도금층이 제공되어, 와이어 외부로의 Cu의 용출을 방지할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 칩 코일의 전극부를 도시한다. 전극 13은 코어 10 상에 바닥부터 순서대로 하부 금속층 13a, Ni 도금층 13b, Cu 도금층 13d 및 Sn 도금층 13e를 포함한다. 하부 금속층 13a 및 Ni 도금층 13b는 제 1 실시예에 설명된 것과 동일하다. Cu 도금층 13d는 Ni 도금층 13b 상에 설치되어, 와이어 15의 Cu 용출 방지층으로 작용하고, 그 두께는 적어도 약 2㎛이다. 열 압축 결합 절차가 끝날 때, 적어도 1㎛의 두께를 갖는 Cu 도금층 13d가 남아있는 것이 바람직하다. 이는 Cu 도금층 13d의 두께가 1㎛ 이하가 되면, Cu의 필요 양이 감소되어 Cu 용출 방지층으로서 충분한 효과를 구현할 수 없기 때문이다. 모 땜납층인 Sn 도금층 13e는 Cu 도금층 13d 상에 설치되고, 약 14㎛의 두께를 갖는다.
와이어 15의 끝 16은 제 1 실시예와 유사하게 열 압축 결합에 의하여 히터 20을 사용하여 전극 13에 결합된다. 전극 15의 끝은 Sn 도금층 13e에 심어지고, 와이어 15의 절연막은 제거되며, 와이어의 끝은 Sn 도금층 13e에 땜질되어 고정된다. 또한, 와이어 15의 끝은 Cu 도금층 13d와 압축-결합된다.
제 2 실시예의 칩 코일이 리플로 납땜에 의하여 기판의 랜드에 실장되면, Sn 도금층 13e가 랜드 상에서 용융 땜납 안으로 용해된 후, Cu 도금층 13d는 용융 땜납과 접촉한다. 리플로 납땜 절차의 가열에 의하여, Cu 도금층 13d는 랜드에서 용융 땜납 안으로 용융되기 시작한다. 용융 땜납 안에 포함된 Cu는 점차로 풍부해진다. 와이어 15의 노출된 끝 16의 단면적은 Cu 도금층 13d의 단면적보다 작고, Cu 도금층 13d의 Cu가 용융 땜납의 Sn 안으로 용융되는 양은 와이어 15의 Cu가 용융 땜납의 Sn 안으로 용융되는 양보다 압도적으로 많다. 다시 말하면, Cu는 Cu 도금층 13d로부터 용융 땜납 안으로 용융되므로, 와이어 15의 Cu의 용출이 진행되기 전에, 랜드의 용융 땜납에 포함된 Cu가 풍부해지게 된다. 그에 의하여, 와이어 15 외부로의 Cu 용출이 방지된다. 이는 와이어가 얇아지고 파손되는 것을 방지한다.
또한, 제 2 실시예에서 설명하였듯이 와이어 15의 끝 16은 열 압축 결합에 의하여 전극 13에 결합되면, 열 압축 결합 절차 시 발생하는 열은 Sn 도금층 13e 및 Cu 도금층 13d가 부분적으로 용융되는 원인이 되므로, 절차의 마지막에는 Sn-Cu 합금층이 된다. Sn-Cu 합금층을 얻기 위하여 와이어의 끝은 제 2 실시예에서 상술된 Cu 도금층의 두께보다 약간 두꺼운 두께인 약 4~5㎛의 두께를 갖는 Cu 도금층을 형성한 후에 열 압축 결합에 의하여 결합시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 실시예에서 설명한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 전자 부품은 상기 설명한 실시예에 의하여 제한되지 않는다. 다양한 응용 및 변형이 본 발명의 범위 내에서 적용 가능하다.
부분적으로, 본 발명은 와이어 권선형 인덕터 및 와이어 권선형 인덕터를 포함하는 복합 전자 부품, 및 커패시터 등과 같은 다른 전기 기능 소자에 이용된다. 절연체는 자성 코어 10 뿐만 아니라 세라믹 소체로도 만들 수 있다. 또한, 제 1 및 2 실시예에 기재된 전극 13의 적층 구성, 두께 및 재료는 본 발명의 일 예에 불과하다. 구성, 치수, 재료 등은 전자 부품의 필요한 요구에 의하여 적절하게 수정될 수 있다.
상기 설명에서 명백하듯이, 본 발명에 따르면, 전극을 구성하는 적어도 하나의 도체층은 전자 부품의 실장 시 리플로 납땜의 용융 땜납에서 Sn 안으로 와이어 외부로 Cu가 용출되는 것을 방지한다. 따라서, 와이어 외부로의 Cu의 용출이 방지된다. 이는 와이어가 얇게 되고 파손되는 것을 방지한다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 코일을 도시하는 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 코일을 도시하는 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 도 1b의 C-C 선을 따른 칩 코일의 단면도이다.
도 2a는 와이어의 끝이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 코일의 전극에 결합되는 열 압축 결합 절차가 수행되는 열 압축 결합 전의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 2b는 와이어의 끝이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 코일의 전극에 결합되는 열 압축 결합 절차가 수행되는 열 압축 결합 시의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3a는 와이어의 끝이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 칩 코일의 전극에 결합되는 열 압축 결합 절차가 수행되는 열 압축 결합 전의 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3b는 와이어의 끝이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 칩 코일의 전극에 결합되는 열 압축 결합 절차가 수행되는 열 압축 결합 시의 상태를 도시하는 단면도이다.

Claims (9)

  1. 전극이 형성되어 있는 절연체; 및
    상기 절연체에 감겨지고, Cu로 이루어지며, 그 끝이 상기 전극에 고정되는 와이어;를 포함하는 전자부품에 있어서,
    상기 전극은 바닥으로부터 차례로 배치된 하부 금속층, Ni 도금층 및 Sn-Cu 합금층을 포함하고,
    상기 Sn-Cu 합금층은 상기 와이어의 외부로 Cu가 용출되는 것을 방지하는 용출 방지층(eluting prevention layer)인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 Sn-Cu 합금층의 Cu의 함량은 약 0.5~30 중량%인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  4. 전극이 형성되어 있는 절연체; 및
    상기 절연체에 감겨지고, Cu로 이루어지며, 그 끝이 상기 전극에 고정되는 와이어;를 포함하는 전자부품에 있어서,
    상기 전극은 바닥으로부터 차례로 배치된 하부 금속층, Ni 도금층 및 Sn-Ni 합금층을 포함하고,
    상기 Sn-Ni 합금층은 상기 와이어의 외부로 Cu가 용출되는 것을 방지하는 용출 방지층(eluting prevention layer)인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  5. 전극이 형성되어 있는 절연체; 및
    상기 절연체에 감겨지고, Cu로 이루어지며, 그 끝이 상기 전극에 고정되는 와이어;를 포함하는 전자부품에 있어서,
    상기 전극은 바닥으로부터 차례로 배치된 하부 금속층, Ni 도금층, Cu 도금층 및 Sn 도금층을 포함하고,
    상기 Cu 도금층은 상기 와이어의 외부로 Cu가 용출되는 것을 방지하는 용출 방지층(eluting prevention layer)인 것을 특징으로 하는 전자 부품.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서, 상기 와이어의 끝이 열 압축 결합에 의하여 결합된 상기 Cu 도금층은 적어도 1㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 부품.
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E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20030219

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20020625

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20030521

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20030219

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20050428

Appeal identifier: 2003101001926

Request date: 20030521

AMND Amendment
PB0901 Examination by re-examination before a trial

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20030619

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event date: 20030521

Patent event code: PB09011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20020816

Patent event code: PB09011R02I

B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
PB0601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20030521

Effective date: 20050428

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20050428

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20030521

Decision date: 20050428

Appeal identifier: 2003101001926

PS0901 Examination by remand of revocation
S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
PS0701 Decision of registration after remand of revocation

Patent event date: 20050604

Patent event code: PS07012S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20050504

Patent event code: PS07011S01I

Comment text: Notice of Trial Decision (Remand of Revocation)

GRNT Written decision to grant
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Comment text: Registration of Establishment

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