KR100629982B1 - 배선판, 전자기기, 및 배선기판 위에 전자부품을 실장하는방법 - Google Patents
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Abstract
무연솔더를 이용하여도 낮은 비용으로 랜드박리를 생기지 않게 위하여, 관통홀(12)을 갖는 기판(11), 관통홀(12)의 내면을 덮는 제1도전막(13), 기판(11)의 표면에서의 관통홀(12)의 개구의 주위에 형성되고 아울러 제1도전막(13)에 접속된 제2도전막으로 이루어진 랜드(15), 기판(11)의 표면에 형성되고 아울러 랜드(15)에 접속된 회로배선(16), 이 회로배선(16)을 덮는 보호막(17), 및 랜드(15)의 외주가장자리(15A)의 적어도 일부를 덮는 피복부재(18)를 구비한다.
기판, 랜드박리, 랜드, 피복부재, 무연솔더
Description
도 1의 (a)는 본 발명의 제1실시예가 되는 배선판의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이고, (b)는 상기 배선판에 전자부품을 실장하여 구성되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1에 보인 배선판을 Ⅱ-Ⅱ' 선의 방향에서 본 평면도이다.
도 3은 도 1에 보인 배선판에 의해 랜드박리가 억제되는 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 1에서의 Ⅲ부분을 개념적으로 보여주고 있다.
도 4의 (a)는 도 1에 보인 배선판의 일 변형예를 보여주는 단면도이고, (b)는 도 1에 보인 전자기기의 일 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 5의 (a)는 도 1에 보인 배선판의 다른 변형예를 보여주는 단면도이고, (b)는 도 1에 보인 전자기기의 다른 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5에 보인 배선판 및 전자기기에 대하여 온도사이클시험을 실시한 후의 단면사진이다.
도 7은 서브랜드를 갖는 배선판의 단면도이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 제2실시예가 되는 배선판의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이고, (b)는 상기 배선판에 전자부품을 실장하여 구성되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예가 되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도로, (a)는 배선판의 표면으로부터 리드가 나와 있는 상태를 보여주며, (b)는 배선판의 표면으로부터 리드가 나와있지 않은 상태를 보여준다.
도 10은 도 9에 보인 전자기기에 의해 랜드박리가 억제되는 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 9에서의 X부분을 개념적으로 보여주고 있다.
도 11은 도 9에 보인 전자기기에 대하여 온도사이클시험을 실시한 후의 단면사진이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예가 되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 13은 리드의 돌출길이의 조정원리를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 배선판과 전자부품의 설비체 사이에 스페이서가 배치되지 않은 상태를 보여주고, (b)는 스페이서가 배치되어 있는 상태를 보여준다.
도 14는 도 12에 보인 전자기기의 변형예를 보여주는 단면도로, (a)는 전체구성을 보여주고, (b)는 일부의 구조를 확대하여 보여준다.
도 15는 본 발명의 제5실시예가 되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 16은 도 15에 보인 전자기기의 각 제조공정을 보여주는 단면도이다.
도 17은 도 15에 보인 전자기기의 변형예를 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제6실시예가 되는 전자기기의 구조의 일부를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 19의 (a)는 종래의 배선판의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이고, (b)는 상기 배선판에 전자부품이 실장된 구조의 일부를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 20은 검증실험에 의해 확인된 랜드박리의 단면사진으로, (a)는 초기상태를 보여주고, (b)는 온도사이클시험 후의 상태를 보여준다.
도 21은 일본특개평2001-332851호에 기재되어 있는 종래의 배선판의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 10A~10C, 110A : 배선판 12 : 관통홀
13 : 도전막 14 : 스루홀
15 : 랜드 16 : 회로배선
17 : 솔더레지스트 18 : 피복부재
20, 20A, 20B : 전자부품 22~24 : 리드
25 : 피복막 32 : 무연솔더
32A : 무연솔더의 필릿 41 : 스페이서
본 발명은, 배선판 및 이것을 이용한 전자기기에 관한 것으로, 특히, 무연솔더를 이용하여 전자부품을 실장하기 위한 배선판 및 이것을 이용한 전자기기에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 전자부품의 실장방법에 관한 것으로, 특히, 배선판에 무연솔더를 이용하여 전자부품을 실장하는 전자부품의 실장방법에 관한 것이다.
도 19를 참조하여, 종래의 배선판의 일 구성예에 관하여 설명한다. 도 19에 보인 종래의 배선판(110A)에는, 동장(銅張)적층기판(11)이 이용된다. 이 동장적층기판(11)은, 종이기재(基材; 기초재료), 유리기재 또는 폴리에스테르섬유기재 등에, 에폭시수지, 페놀수지 등을 스며들게 하여 절연성시트를 형성하고, 이 절연성시트의 표면에 동박(銅箔)을 가압 가열 처리하여 점착한 것이다.
동장적층기판(11)의 소정의 개소에는, 관통홀(12)이 형성된다. 관통홀(12)의 내면은, 동장적층기판(11) 표면의 동박에 접속된 도전막(제1도전막; 13)으로 덮여있다. 이 도전막(13)은, 예를 들면 관통홀(12)의 내면에 촉매를 부여한 후, 무전해구리도금에 의해 밑부분도금을 행하고, 그 위에 전해구리도금을 하여 형성한다. 이하 도전막(13)으로 덮인 관통홀(12)을 스루홀(14)이라 부른다.
동장적층기판(11) 표면의 동박은 에칭되어, 스루홀(14)의 개구의 주위에 원형의 랜드(제2도전막; 15)와, 이 랜드(15)에 접속된 회로배선(16)이 형성된다. 랜드(15) 및 회로배선(16)은, 기판(11)의 양면에 형성되지만, 기판(11)의 한 쪽의 면에 형성되는 경우도 있다. 랜드(15)에 관하여는, 근년의 고밀도실장화에 따라, 최저한의 접합강도가 확보될 수 있는 범위에서, 가능한 한 작게 형성한다.
동장적층기판(11) 표면의 회로배선(16) 등의 랜드(15) 이외의 부분은, 솔더 레지스트(17)로 피복된다. 이 솔더레지스트(17)는, 솔더링을 행한 랜드(15) 이외의 부분을, 주석납솔더(31)로부터 보호하는 보호막으로서 작용하며, 페이스트를 인쇄 도포한 후 감광함으로써 형성된다. 여기서는, 주석납솔더(31)의 필릿(fillet; 31A)의 형성을 가능한 한 저해하지 않도록, 솔더레지스트(17)는 랜드(15)에 덮이지 않게 형성된다.
이와 같은 구성의 배선판(110A)의 스루홀(14)에, 전자부품(20)의 설비체(body of equipment; 21)로부터 끌어낸 리드(도전부재; 22)를 삽입하고, 이 상태에서 주석납솔더(31)를 개재하여 리드(22)를 스루홀(14)에 접합한다. 현재, 주석납솔더(31)로서 주석납공결정솔더(Sn 63wt%, 나머지는 Pb, 이하 Pb-63Sn이라 기재함)가 가장 많이 사용되고 있다. 주석납솔더(31)가 이물질의 접합에 의해 생기는 열팽창의 불일치를 응력완화하는 역할을 달성하므로, 전자부품(20)과 배선판(110A)의 접합부에서의 접속불량은 특히 발생하지 않았다.
그러나, 근년, 납에 의한 환경오염이 환경의식이 높아짐에 따라 문제가 되어, 주석납솔더(31)로부터 납을 함유하지 않은 무연솔더로의 전환이 진행되고 있다. 이 무연솔더는, 주석을 주성분으로 하며, 주석, 구리, 아연, 비스무트, 인듐, 안티몬, 니켈, 게르마늄 등으로 이루어진 솔더이다. 무연솔더의 용융온도는 190℃~230℃이고, 상기 Pb-63Sn의 용융온도인 183℃에 비하여 높다. 배선판(110A)의 주재료인 에폭시계재료의 유리전이온도는 125~140℃이므로, 종래부터 사용되어 온 Pb-63Sn을 무연솔더로 전환하면, 응고수축온도의 차가 넓어져, 솔더링 시에 팽창된 배선판(110A)의 기판이 수축하는 것에 의해 생기는 응력이 크게 된다. 또, 무연솔 더는 Pb-63Sn에 비해, 금속의 인장강도, 크리프강도가 강하고, 또 늘어남이 적다는 금속특성 때문에, 솔더링부에서의 응력완화가 일어나지 않는다. 이 이유들로부터, 종래의 배선판(110A)에 무연솔더를 이용하여 전자부품(20)을 실장하게 되면, 주석납솔더(31)에서는 전혀 발생하지 않았던 랜드박리가 많이 일어난다는 것이 분명해졌다.
종래의 배선판(110A)에 무연솔더(32)를 이용하여 솔더링을 행하면, 도 20(a)의 사진과 같이, 랜드(15)가 배선판(110A)의 기판으로부터 박리되어, 랜드(15)가 위로 떠 있게 된 상태가 된다. 이때, 랜드(15)에 접속되어 있는 회로배선(16)도, 일제히 들어올려져 인장되기 때문에, 과도한 스트레스를 받는다. 그 후, 과열과 냉각을 반복하는 온도사이클시험을 200사이클 실시하여, 열스트레스를 계속 주면, 도 20(b)의 사진과 같이, 랜드(15)의 끝부와 회로배선(16)의 경계부분이 크게 변형하여, 단선에 이르게 된다. 이 검증실험으로부터 알 수 있는 바와 같이, 랜드박리가 발생하는 종래의 배선판(110A)을 그대로 이용하여 전자기기의 제조를 행하면, 전자기기의 신뢰성이 현저히 저하해 버린다.
이에 대하여, 랜드박리를 억제하는 수법들 중의 하나가, 일본공개특허공보 제2001-332851호에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 종래의 배선판(110B)에서는, 도 21에 보인 바와 같이, 랜드(15)의 외주가장자리를 솔더레지스트(117)의 연장부(117A)에 의해 피복함으로써, 랜드박리를 억제하게 된다.
그러나, 신규제품은 아니고 종래부터의 기존제품으로 이미 출하된 것에는, 도 19에 보인 종래의 배선판(110A)과 같이, 랜드박리대책이 실시되지 않은 배선판 이 많이 사용되고 있다. 이와 같은 제품의 전자부품이 고장이 나서 새로운 전자부품(21)으로 교환하는 보수를 행하는 경우, 무연솔더(32)를 이용하여 새로이 전자부품(21)을 배선판(110A)에 실장하게 되면, 랜드박리가 발생하여, 신뢰성에 문제가 있다.
그래서, 랜드박리를 억제하기 위해, 전술한 기존제품을 보수하는 때에, 랜드대책이 베풀어지지 않은 배선판(110A)을 폐기하여, 도 21에 보인 종래의 배선판(110B)으로 교환하는 것도 고려된다. 그러나, 새로운 배선판(110B)을 제조하기에는, 솔더레지스트(117)가 되는 페이스트를 소정의 패턴으로 인쇄 도포하기 위한 지그(jig)를 설계하고 이 지그를 이용하여 실제로 솔더레지스트(117)를 형성하지 않을 수 없어, 비용이 높게 된다. 그밖에도, 고장이 나지 않은 배선판(110A)을 폐기하게 되므로, 낭비가 많게 된다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 무연솔더를 이용하여도 낮은 비용으로 랜드박리를 생기지 않도록 하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 배선판은, 기판 상에 형성된 랜드의 외주가장자리의 적어도 일부를 덮는 피복부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
랜드부에는, 솔더링 시에 팽창된 기판이 수축하는 힘(W)과 무연솔더의 응고수축에 따르는 장력(T)의 수직방향성분(Tsinθ, 여기서 θ는 필릿과 랜드 사이에 이루어진 각인 필릿형성각)이 걸리며,
랜드와 기판의 밀착력 < W + Tsinθ
의 경우에 랜드박리가 생긴다. 랜드의 외주가장자리를 피복부재로 덮는 것에 의해, 무연솔더는 랜드 위를 외주가장자리까지 젖어 퍼지지 않으므로, 랜드와 기판 사이의 밀착력이 최대로 약한 랜드의 외주가장자리에 Tsinθ가 걸리지 않고, 밀착력이 강한 내측에 걸린다. 이로써, 랜드가 기판으로부터 박리되지 않는다.
또, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새롭게 형성하는 것보다 낮은 비용으로 제조할 수 있는 피복부재를 이용함으로써, 랜드박리의 억제를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
여기서, 피복부재는, 랜드의 외주가장자리 중, 회로배선에 접속되는 부분을 덮는 것으로 하여도 좋고, 회로배선에 접속되는 부분에 대향하는 부분을 피복하는 것으로 하여도 좋다. 이것에 의해, 랜드와 회로배선 간의 접속부분의 박리가 억제된다.
또한, 피복부재는, 랜드의 모든 영역을 덮는 것으로 하여도 좋고, 게다가 관통홀의 개구를 모조리 덮는 것으로 하여도 좋다. 어느 경우도, 랜드 위에 무연솔더의 필릿이 형성되지 않으므로, 더욱 랜드박리가 억제된다.
또한, 피복부재는, 내열성점착테이프, 내열성수지 또는 내열성실리콘고무에 의해 형성되는 것으로 하여도 좋다.
한편, 랜드의 형상은, 원형, 타원형, 다각형, 십자형, 별모양 또는 각각의 변형이어도 좋다.
또한, 랜드와 회로배선 간의 접속부에 형성된 서브랜드를 더 구비하여도 좋다. 서브랜드를 마련함으로써, 랜드와 회로배선 간의 접속이 더욱 강고해진다.
또한, 무연솔더는, 주석아연계솔더, 주석은계솔더, 또는, 주석구리계솔더를 포함하여도 좋다.
또한, 본 발명의 전자기기는, 배선판의 랜드의 외주가장자리의 적어도 일부를 덮는 피복부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
랜드부에는, 솔더링 시에 팽창된 기판이 수축하는 힘(W)과 무연솔더의 응고수축에 따른 장력(T)의 수직방향성분(Tsinθ, 여기서 θ는 필릿과 랜드가 이루는 각인 필릿형성각)이 걸리며,
랜드와 기판의 밀착력 < W + Tsinθ
인 경우에 랜드박리가 생긴다. 랜드의 외주가장자리를 피복부재로 덮는 것에 의해, 무연솔더는 랜드 위를 외주가장자리까지 젖어서 퍼지지 않으므로, 랜드와 기판간의 밀착력이 가장 약한 랜드의 외주가장자리에 Tsinθ가 걸리지 않고, 밀착력이 강한 내측에 걸린다. 이것에 의해, 랜드가 기판으로부터 박리되지 않는다.
또한, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새롭게 형성하는 것보다 낮은 비용으로 제조할 수 있는 피복부재를 이용함으로써, 랜드박리의 억제를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자기기는, 배선판의 기판의 표면에서부터 외측으로 나오는 전자부품의 도전부재의 선단의 길이가, 배선판의 기판 상에 형성된 랜드의 반경의 1/2 이하로 되는 것을 특징으로 한다.
랜드부에는, 솔더링 시에 팽창된 기판이 수축하는 힘(W)과 무연솔더의 응고수축에 따른 장력(T)의 수직방향성분(Tsinθ, θ는 필릿과 랜드 사이에 이루어지는 각인 필릿형성각)이 걸리며,
랜드와 기판의 밀착력 < W + Tsinθ
의 경우에 랜드박리가 생긴다. 필릿형성각(θ)이 작을수록 Tsinθ가 작게 되기 때문에, 전자부품의 도전부재가 기판 표면으로부터 외측으로 나오는 길이를 랜드반경의 1/2 이하로 하여, 필릿의 높이를 낮게 함으로써, 랜드가 기판으로부터 박리되지 않는다.
또한, 도전부재가 기판 표면에서부터 외측으로 나오는 길이의 조정은, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새롭게 형성하는 것보다 낮은 비용으로 할 수 있으므로, 랜드박리의 억제를 저 비용으로 실현할 수 있다.
여기서, 도전부재의 선단이, 기판의 표면에서부터 외측으로 나오지 않아도 좋다.
이 전자기기에서, 배선판과 전자부품 사이에 스페이서를 마련하여도 좋다. 스페이서의 높이만큼 전자부품의 설비체의 위치가 올라가므로, 전자부품의 도전부재가 기판 표면에서부터 외측으로 나온 길이가 짧아진다.
여기서, 스페이서는, 전자부품에 대향하는 랜드의 외주가장자리의 적어도 일부를 덮도록 하여도 좋다. 이것에 의해, 전자부품에 대향하는 랜드가 기판으로부터 박리되지 않는다.
또한, 본 발명의 전자기기는, 전자부품의 도전부재가, 배선판의 관통홀에 삽 입된 때에 관통홀의 내면에 대향하는 부분으로부터만 선단측 및 기부측의 적어도 한 쪽이 피복막으로 덮이고, 이 피복막이, 무연솔더의 반응성이 도전부재의 재료보다 낮은 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 도전부재를 관통홀에 삽입하고, 피복막으로 덮여있는 부분을 기판 표면으로부터 외측으로 나오게 함으로써, 피복막으로 덮여있는 부분에는 무연솔더가 젖어서 퍼지지 않으므로, 도전부재와 랜드 사이에 무연솔더의 필릿이 형성되지 않아, 랜드박리가 억제된다.
또한, 피복막의 형성은, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새롭게 형성하는 것보다 낮은 비용으로 할 수 있으므로, 랜드박리의 억제를 저비용으로 실현할 수 있다.
이 전자기기에서, 도전부재의 길이방향에 수직한 단면형상은, 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 다각형, 십자형, 별모양 또는 각각의 변형으로 하여도 좋다.
또한, 무연솔더는, 주석아연계솔더, 주석은계솔더, 또는, 주석구리계솔더를 포함하여도 좋다.
또한, 본 발명의 전자부품의 실장방법은, 배선판의 기판 표면에서의 관통홀의 개구의 주위에 형성된 랜드의 외주가장자리의 적어도 일부를 피복부재로 덮는 제1공정과, 배선판의 관통홀에 전자부품의 도전부재를 삽입하고, 관통홀의 제1도전막과 도전부재를 무연솔더를 개재하여 접합하는 제2공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 전자부품의 실장방법은, 배선판의 관통홀에 전자부품의 도 전부재를 삽일 할 때에, 배선판의 기판표면에서부터 외측으로 나와 있는 도전부재의 선단의 길이를, 관통홀의 개구의 외주에 형성된 랜드의 반경의 1/2 이하로 하는 제1공정과, 이 상태에서 관통홀 내의 제1도전막과 도전부재를 무연솔더를 통하여 접합하는 제2공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 전자부품의 실장방법에서, 제1공정은, 배선판과 전자부품 사이에 스페이서를 끼운 상태에서, 관통홀에 도전부재를 삽입하는 공정을 포함하여도 좋다.
또한, 제1공정 전에, 도전부재의 길이를 짧게 가공하는 공정을 더 구비하여도 좋다.
또한, 본 발명의 전자부품의 실장방법은, 무연솔더와의 반응성이 전자부품의 도전부재의 재료보다 낮은 재료로 이루어진 피복막으로 도전부재의 선단측 및 기부측의 적어도 한 쪽을 덮는 제1공정과, 도전부재를 배선판의 관통홀에 삽입하고, 관통홀 내의 제1도전막과, 도전부재에서 피복막으로 덮여있지 않은 부분을 무연솔더를 통하여 접합하는 제2공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 관하여 설명한다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 제1실시예인 배선판 및 이 배선판에 전자부품을 실장하여 구성되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다. 도 2는 도 1에 보인 배선판을 Ⅱ-Ⅱ' 선의 방향에서 본 평면도이다. 이 도면들에서는, 도 19에 보인 부재와 동일 부재에 대하여는, 도 19와 동일 부호로 나타낸다.
도 1(a) 및 도 2에 보인 것처럼, 배선판(10)은, 도 19에 보인 배선판(110A) 의 표면에 형성된 원형의 랜드(15)의 외주가장자리(15A)를 덮는 피복부재(18)를 구비한 것이다. 스루홀(14)의 중심축부터 피복부재(18)의 내주가장자리까지의 길이를 피복부재(18)의 개구반경, 스루홀(14)의 중심축부터 랜드(15)의 외주가장자리까지의 길이를 랜드(15)의 반경이라 하면, 피복부재(18)의 개구반경은 랜드(15)의 반경보다 약간 작게 된다.
피복부재(18)는, 무연솔더(32)의 융점(예컨대, Sn-Ag-Cu솔더라면, 216~217o℃)에 대한 내열성을 가지는 재료로 이루어져, 예컨대 Ni 등의 금속 에폭시 등의 내열성수지, 내열성실리콘고무 등을 이용할 수 있다. 또, 배선판(10)은 양면기판, 다층기판 중의 어느 것이라도 좋다.
다음에, 배선판(10)에 무연솔더(32)를 이용하여 전자부품(20)을 실장할 때에 랜드박리가 억제되는 원리에 대하여 설명한다.
도 1(b)에 보인바와 같이, 배선판(10)의 스루홀(14)에, 전자부품(20)의 설비체(21)로부터 인출된 리드(22)를 삽입하고, 무연솔더(32)를 이용하여 솔더링을 하는 경우, 용융된 무연솔더(32)는, 피복부재(18)로 막아져 랜드(15) 위를 외주가장자리(15A)까지 젖어서 퍼지지 않는다.
그 후, 용융된 무연솔드(32)가 냉각되어 응고 수축되면, 예를 들면 도 3에 보인바와 같이, 필릿(32A)을 따라 아랫방향으로 경사진 장력(T)이 발생한다. 필릿(32A)과 랜드(15)가 이루는 각을 필릿형성각(θ)이라 하면, 랜드(15)와 동장적층기판(11)의 계면에는, 아랫방향으로 Tsinθ의 힘이 작용하여, 윗방향으로 기판(11)의 수축력(W)이 작용한다. 상술한 바와 같이, 용융된 무연솔더(32)는 랜드(15) 위를 외주가장자리(15A)까지 젖어서 퍼지지 않아, 랜드(15)의 외주가장자리(15A)보다 안쪽의 P점에서 Tsinθ가 걸린다. 기판(11)의 표면과 랜드(15)의 밀착력은, 랜드(15)의 외주가장자리(15A)에서 가장 약하지만, 여기에 Tsinθ가 걸리지 않으므로, 랜드(15)가 기판(11)에서부터 박리되지 않는다.
또한, 랜드(15)의 외주가장자리(15A)가 무연솔더(32)에 의해 고정되지 않기 때문에, 랜드(15)가 기판(11)의 열팽창수축을 추종하지 않게 되어, 랜드박리가 일어나지 않는다.
이와 같이, 랜드(15)의 외주가장자리(15A)를 피복부재(18)로 덮는 것에 의해, 무연솔더(32)를 이용하여 전자부품(20)을 실장하는 경우에 많이 발생하는 랜드박리를 억제하여, 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 1에서의 솔더레지스트(117)를 새로이 형성하는 것보다 낮은 비용으로 제조할 수 있는 피복부재(18)를 이용하는 것에 의해, 랜드박리의 억제, 더 나아가서는 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기의 제조를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
이상 설명된 전자부품(20)의 실장방법은, 신규제품을 제조하는 경우에만 적용할 수 있는 것은 아니고, 신규제품에서는 없는 종래부터의 기존제품으로 이미 출하되어 있는 것의 전자부품이 고장이나, 새로운 전자부품(20)으로 교환하는 보수를 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 후자에서, 기존제품에서 피복부재(18)를 갖지 않는 배선판(110A)이 이용된 경우, 배선판(110A)에 새로이 피복부재(18)를 부가한 후, 새로운 전자부품(20)을 실장하도록 하면 좋다. 이와 같이, 기존제품에 이용된 배 선판(110A)을 폐기하지 않고, 무연솔더(32)를 이용하여 보수를 행하는 것이 가능하다.
다음에, 피복부재(18)의 구성에 관하여, 추가로 설명한다.
피복부재(18)는 랜드(15)의 외주가장자리의 적어도 일부를 덮으면 좋다. 여기서 피복부재(18)가 랜드(15)의 외주가장자리 모두를 덮도록 하여도 좋고, 랜드(15)의 외주가장자리 중, 무연솔더(32)의 응고수축에 대하여 영향을 받게 되는 부분만을 덮도록 하여도 좋다. 예를 들면, 랜드(15)의 외주가장자리 중, 회로배선(16)에 접속되는 부분만을 덮는 것에 의해, 이 부분에서의 박리를 억제하고, 랜드(15)와 회로배선(16)간의 절단을 방지하는 것이 가능하다. 랜드(15)의 외주가장자리 중, 회로배선(16)에 접속되는 부분에 대향하는 부분만을 덮어도, 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또, 랜드(15)의 외주가장자리 중, 회로배선(16)에 접속되는 부분, 및 그것에 대향하는 부분 둘 다를 덮어도 좋다.
또한, 도 2에는, 피복부재(18)의 개구반경이 랜드(15)의 반경보다 약간 작은 예를 보였지만, 피복부재(18)와 랜드(15) 간의 겹치는 폭에 상한은 없으므로, 도 4(a)에 보인 배선판(10A)과 같이, 피복부재(18A)가 랜드(15)의 모든 영역을 덮는 구성으로 하여도 좋다. 또, 배선판(10A)에 무연솔더(32)를 이용하여 전자부품(20)을 실장한 상태를 도 4(b)에 보인다.
또한, 도 5(a)에 보인 배선판(10B)과 같이, 피복부재(18)가 랜드(15)의 모든 영역만이 아니고 추가로 스루홀(14)의 개구를 모조리 덮도록 하여도 좋다. 이 경우, 랜드(15)를 포함한 기판(11)상에, 내열성의 점착테이프 등의 비교적 간단히 구 멍을 낼 수 있는 재료로 피복부재(18B)를 형성하면, 전자부품(20)의 리드(22)로 피복부재(18B)를 관통하여, 그대로 스루홀(14)에 리드(22)를 삽입하는 것이 가능하다. 그 후, 솔더링을 실시하면, 도 5(b)에 보인바와 같이, 피복부재(18B)가 형성되는 쪽(도 5(b)에서는 위쪽)에 필릿(32A)이 형성되지 않아, 랜드박리가 억제된다.
이 도 5(a)에 보인 배선판(10B)에, 무연솔더(32)를 이용하여 전자부품(20)을 실장한 전자기기의 신뢰성에 관하여 검증을 행하였다. 여기서는, 전술한 종래의 배선판(110A)과 동일 조건에서, 온도사이클시험을 200사이클 실시했다. 그 결과, 도 6의 사진과 같이, 랜드(15)에 무연솔더(32)가 접촉하지 않고, 필릿(32A)이 형성되지 않기 때문에, 랜드박리의 발생이 인지되지 않아, 도 5에 보인 구성이 랜드박리에 대하여 효과가 있음이 확인되었다.
또, 도 5에 보인바와 같이 스루홀(14)의 개구를 닫은 경우, 솔더링에 이용되는 융제(flux)가 기화된 것이 스루홀(14)로부터 빠져나오기 어렵게 되는 점도 생각할 수 있으므로, 리드(22)와 피복부재(18) 사이에 간극을 마련하면 좋다. 도 1, 4 및 5에서의 피복부재들(18, 18A, 18B)은 솔더링종료 후, 기판(11)상에 그대로 남겨져도 좋고, 제거되어도 좋다.
랜드(15)의 평면형상은, 원형에 한하지 않고, 타원형, 다각형, 십자형, 별모양 또는 각각의 변형 중의 어느 것이라도 좋다. 또한, 도 7에 보인바와 같이, 랜드(15)와 회로배선(16)간의 접속부에, 반원형의 서브랜드(19)를 마련하여도 좋다. 서브랜드(19)를 마련하여 랜드(15)로부터 회로배선(16)으로의 폭의 변화를 완화함으로써, 랜드(15)와 회로배선(16)간의 접속을 더욱 강고히 하는 것이 가능하다. 또 한, 원형으로 한 랜드에 대하여 서브랜드가 형성되어도 좋고, 서브랜드의 평면형상도 반원형에 한정되지 않는다.
무연솔더(32)로서는, 주석아연계솔더, 주석은계솔더, 및 주석구리계솔더 중의 어느 것을 이용하여도 좋다. 여기서, 주석아연계솔더는, 주석아연의 공결정조성이 되는 Sn-9.0wt% Zn을 중심으로, 아연의 량을 바꾸고 다른 원소를 첨가하여 특성을 개선한 것의 총칭이다. 대표예는, Sn-8.0Zn-3.0Bi이다. 주석은계솔더는, 주석은의 공결정조성이 되는 Sn-3.5wt% Ag를 중심으로, 은의 량을 바꾸고 다른 원소를 첨가하여 특성을 개선한 것의 총칭이다. 대표예는, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-3.5Ag-0.75Cu이다. 주석구리계솔더는, 주석구리의 공결정조성이 되는 Sn-0.7wt% Cu를 중심으로, 구리의 량을 바꾸고 다른 원소를 첨가하여 특성을 개선한 것의 총칭이다. 대표예는, Sn-0.7Cu-0.3Ag이다. 또한, 무연솔더(32)에는, 성질이 바뀌지 않는 정도로 불순물로서 납이 함유되는 경우도 있다.
[제2실시예]
도 8은 본 발명의 제2실시예가 되는 배선판, 및 이 배선판에 전자부품을 실장하여 구성되는 전자기기의 일부의 구성을 확대하여 보여주는 단면도이다.
피복부재의 두께는 특히 한정되지 않고, 도 8에 보인바와 같이, 피복부재(18C)의 두께를 배선판(10C)과 전자부품(20)의 설비체(21) 사이의 간격과 동일한 정도로 하고, 배선판(10C)과 설비체(21)의 사이를 피복부재(18C)로써 틈 없이 메워도 좋다.
이 경우, 피복부재(18C)에 내열성의 실리콘고무 등의 탄성체를 이용하는 것 에 의해, 전자부품(20)의 리드(22)와 무연솔더(32)의 사이, 또는 무연솔더(32)와 스루홀(14) 사이에 작용하는 응력을 완화하여, 무연솔더(32)가 리드(22) 또는 스루홀(14)로부터 박리되는 것을 억제할 수 있다.
[제3실시예]
도 9는 본 발명의 제3실시예가 되는 전자기기의 일부의 구성을 확대하여 보여주는 단면도이다. 이 도면에서는, 도 19에 보인 부재와 동일 부재에 대하여 도 19와 동일 부호로 나타낸다.
도 9(a)에 보인 전자기기에서는, 배선판(110A)의 표면에서부터 외측으로 나온 전자부품(20)의 리드(22)의 선단의 길이(이하, '돌출길이'라 함)가, 배선판(110A)의 랜드(15)의 반경의 1/2 이하가 된다. 도 9(b)에 보인바와 같이, 리드(22)의 선단이 배선판(110A)의 표면에서부터 나와있지 않아도 좋고, 이 경우, 리드(22)의 돌출길이는 0 또는 음의 값이 된다.
이와 같은 전자기기를 형성하기 위해서는, 배선판(110A)의 스루홀(14)에 리드(22)를 삽입할 때, 리드(22)의 돌출길이를 랜드(15)의 반경의 1/2 이하로 하고, 이 상태에서 스루홀(14)과 리드(22)를 무연솔더(32)를 통하여 접합한다.
용융된 무연솔더(32)가 냉각되어 응고 수축하면, 도 10에 보인바와 같이, 필릿(32B)을 따라 경사아랫방향으로 장력(T)이 발생한다. 이 때, 랜드(15)와 동장적층기판(11)간의 계면에는, 아랫방향으로 Tsinθ의 힘이 작용하여, 윗방향으로 기판(11)의 수축력(W)이 작용한다. Tsinθ는 필릿형성각(θ)이 작게 될수록 작게되고, 필릿형성각(θ)은 필릿(32)의 높이(h)가 낮게 될수록 작게된다. 따라서, 리드(22) 의 돌출길이를 랜드(15)의 반경의 1/2 이하로 하여, 필릿(32B)의 높이(h)를 낮게 하는 것에 의해, Tsinθ가 작게 되어, 랜드(15)가 기판(11)으로부터 박리되지 않는다.
도 9에 보인 전자기기의 신뢰성에 관하여 검증을 행하였다. 여기서는, 전술한 종래의 배선판(110A)과 동일 조건에서, 온도사이클시험을 200사이클 실시하였다. 그 결과, 도 11의 사진과 같이, 랜드(15)에 무연솔더(32)가 접촉하고 필릿(32B)이 형성된 것인 도 20(a), (b)와 비교하여 필릿형성각(θ)이 작아, 랜드박리의 발생이 인지되지 않았다. 따라서, 도 9에 보인 구성이 랜드박리에 대하여 효과가 있다는 것이 확인되었다.
이와 같이, 리드(22)의 돌출길이를 랜드(15)의 반경의 1/2 이하로 하는 것에 의해, 무연솔더(32)를 이용하여 전자부품(20)을 실장하는 경우에 많이 발생하는 랜드박리가 억제되어, 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자부품을 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 리드(22)의 돌출길이의 조정은, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새로이 형성하는 것보다 낮은 비용으로 할 수 있으므로, 랜드박리의 억제, 더 나아가 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기의 제조를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
이상에서 설명한 전자부품(20)의 실장방법은, 신규제품을 제조하는 경우에만 적용할 수 있는 것은 아니고, 신규제품에는 없는 종래부터의 기존제품에서 미리 출하된 것의 전자부품이 고장나서 새로운 전자부품(20)으로 교환하는 보수를 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 이와 같이, 기존제품에서 이용되었던 배선판(110A)을 폐기하지 않고, 무연솔더(32)를 이용하여 보수를 행사는 것이 가능하게 된다.
리드(22)의 길이방향에 수직한 단면형상은 특히 한정되지는 않고, 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 다각형, 십자형, 별모양 또는 각각의 변형 중의 어느 것이라도 좋다.
무연솔더(32)로서는, 주석아연계솔더, 주석은계솔더, 및 주석구리계솔더 중의 어느 것을 이용하여도 좋다.
또, 리드(22)의 돌출길이를 1㎜ 이하로 하여도 좋다.
[제4실시예]
도 12는 본 발명의 제4실시예가 되는 전자기기의 일부의 구성을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 12에 보인 전자기기에서는, 배선판(110A)과 전자부품(20)의 설비체(21) 사이에, 설비체(21)의 모든 면과 접촉하는 스페이서(41)를 끼워 넣고 있다. 이와 같은 전자기기를 형성하기 위해서는, 우선, 배선판(110A)의 표면에 스페이서(41)를 배치하며, 이 스페이서(41)를 개재하여 전자부품(20)의 리드(22)를 배선판(110A)의 스루홀(14)에 삽입하고, 리드(22)와 스루홀(14)을 무연솔더(32)를 통해 접합하면 좋다.
도 13(a), (b)로부터 알 수 있는 것처럼, 스페이서(41) 위에 전자부품(20)의 설비체(21)를 배치하는 것에 의해, 스페이서(41)의 높이만큼 설비체(21)의 위치가 올라가므로, 전자부품(20)의 리드(22)의 돌출길이가 짧아진다. 따라서, 소정의 높이의 스페이서(41)를 이용하는 것에 의해, 리드(22)의 돌출길이를 랜드(15)의 반경의 1/2 이하로 하는 조정이 용이하게 된다. 그 결과, 랜드박리를 억제하여, 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기를 제조할 수 있다는 효과가 얻어지는 것은, 제3실시예와 마찬가지이다.
또한, 스페이서(41)에, 전술한 피복부재(18)의 기능을 가지게 하여, 설비체(21)에 대향하는 랜드(15)의 외주가장자리의 적어도 일부를 덮는 것에 의해, 설비체(21)에 대향하는 랜드(15)의 박리를 억제할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또, 도 12에 보인 바와 같이 설비체(21)의 모든 면과 접촉하도록 스페이서(41)를 배치하여도 좋다. 도 14에 보인바와 같이 설비체(21)의 외주를 따르도록 스페이서(42)를 배치해도 좋다. 이 경우, 설비체(21)와 대향하는 랜드(15)의 박리대책으로서, 별도로, 도 1, 4, 5, 8에서의 피복부재(18, 18A~18C)를 마련할 필요가 있다.
스페이서(41, 42)의 재질은, 솔더링 시의 기판표면온도에 대한 내열성을 가지는 것이면 좋고, 예컨대 Ni 등의 금속, 에폭시 등의 내열성수지, 내열성실리콘고무 등을 이용할 수 있다.
[제5실시예]
도 15는 본 발명의 제5실시예가 되는 전자기기의 일부의 구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 15에 보인 전자기기에서는, 도 16(a), (b)에 보인바와 같이, 전자부품(20)의 리드(22)의 길이를 짧게 가공하고, 이렇게 작성된 전자부품(20A)의 리드(23)를 도 16(c)에 보인바와 같이 배선판(110A)의 스루홀(14)에 삽입하여 실장한다. 또는, 미리 리드(23)의 길이가 짧은 전자부품(20A)을 이용하여도 좋다. 이로 써, 리드(23)의 돌출길이를 랜드(15)의 반경의 1/2 이하로 하는 조정이 용이하게 된다. 그 결과, 랜드박리를 억제하여, 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기를 제조할 수 있다는 효과가 얻어지는 것은, 제3실시예와 마찬가지이다.
전자부품(20A)을 배선판(110A)에 실장할 때, 배선판(110A)의 표면에 전자부품(20A)의 설비체(21)를 접촉시키는 것에 의해, 설비체(21)가 전술한 피복부재(18)와 마찬가지로 작용하여, 설비체(21)에 대향하는 랜드(15)의 박리가 억제된다. 다만, 설비체(21)가 솔더링 시의 기판표면온도에 대한 내열성을 갖지 않는 경우 등, 배선판(110A)의 표면에 설비체(21)를 접촉시키는 것이 가능하지 않은 경우에는, 설비체(21)와 대향하는 랜드(15)의 박리대책으로서, 예를 들면 도 17에 보인 바와 같이 별도로 피복부재(18B)를 마련할 필요가 있다. 또, 도 1, 4, 8에서의 피복부재(18, 18A, 18C)를 마련하여도 좋다.
[제6실시예]
도 18은 본 발명의 제6실시예가 되는 전자기기의 구조의 일부를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 18에 보인 전자기기에서는, 전자부품(20)의 리드(24)의 길이방향 중앙부를 제외하고, 선단측 및 기부측 둘 다가 피복막(25)으로 덮인다. 리드(24)의 중앙부는, 리드(24)가 배선판(110A)의 스루홀(14)에 삽입된 때, 스루홀(14)의 내면에 대향하는 부분에 상당하며, 리드(24)의 중앙부의 길이는 스루홀(14)의 길이와 동일 정도로 한다.
피복막(25)은, 무연솔더(32)의 융점(예컨대, Sn-Ag-Cu 솔더이면, 216~217℃) 에 대한 내열성을 가지며, 또, 용융솔더와의 반응성이 리드(24)의 재료보다 낮은 재료로 이루어지며, 예컨대, Ni 등의 금속, 에폭시 등의 내열성수지, 내열성실리콘고무 등을 이용하는 것이 가능하다. 피복막(25)으로서 내열성의 점착성테이프를 리드(24)에 감은 것도 좋다.
이와 같은 피복막(25)이 형성된 리드(24)를 배선판(110A)의 스루홀(14)에 삽입하고, 리드(24)에서 피복막(25)으로 덮여있는 부분만을 배선판(110A)의 외측으로 나오게 한다. 이 상태에서, 리드(24)에서 피복막(25)으로 덮여있지 않은 노출부분과, 스루홀(14)의 도전막(13)을 무연솔더(32)를 개재하여 접합하는 것에 의해, 도 18에 보인 전자기기가 가능하게 된다.
이 전자기기에서는, 배선판(110A)의 표면에서부터 외측으로 나온 리드(24)의 표면이 피복막(25)으로 덮여있고, 피복막(25)으로 덮여있는 부분에는 무연솔더(32)가 젖어서 퍼지지 않으므로, 리드(24)와 랜드(15)의 사이에 무연솔더(32)의 필릿(32A)이 형성되지 않는다. 이로써, 랜드박리을 억제하고, 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피복막(25)의 형성은, 도 21에서의 솔더레지스트(117)를 새로이 형성하는 것보다 낮은 비용으로 할 수 있으므로, 랜드박리의 억제, 더 나아가서는 수명이 길고 신뢰성이 높은 전자기기의 제조를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
이상에서 설명된 전자부품(20B)의 실장방법은, 신규제품을 제조하는 경우에만 적용될 수 있는 것은 아니고, 신규제품에서는 없는 종래부터의 기존제품으로, 이미 출하된 것의 전자부품이 고장나, 새로운 전자부품(20B)으로 교환하는 보수를 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 이것에 의해, 기존제품에서 이용되었던 배선판(110A)을 폐기하지 않고, 무연솔더(32)를 이용하여 보수를 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 18에는, 리드(24)의 선단측 및 기부측 둘 다에 피복막(25)을 형성한 예를 보였지만, 리드(24)의 선단측 또는 기부측에만 피복막(25)을 형성하도록 하여도 좋다. 이 경우, 피복막(25)이 형성되지 않은 쪽에는, 제1~제5실시예들에 보인 랜드박리의 대책을 행하는 것이 필요하다.
또, 리드(24)가 배선판(110A)의 스루홀(14)에 삽입된 경우, 스루홀(14)의 내면에 대향하는 부분과 배선판(110A)의 외측으로 나온 부분 간의 경계부분만을 피복막으로 덮도록 하여도 좋다.
본 발명을 적용가능한 전자기기로서는, 예를 들면, 프린터, 팩시밀리, LCD모니터, 개인용컴퓨터, 대형컴퓨터(서버, 슈퍼컴퓨터를 포함), 교환기, 전송기기, 기지국장치 등이 있다.
또, 상술한 제1~제6실시예들은, 각각 단독으로 실시하여도 좋고, 다른 형태와 조합하여 실시하여도 좋다. 또한, 본 발명은 제1~제6실시예들로 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 각 실시예는 적절히 변경하여 얻는 것은 말할 필요도 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 랜드의 외주가장자리를 피복부재로써 덮는 것에 의해, 무연솔더가 랜드의 외주가장자리까지 젖어서 퍼지지 않게 된다. 이 로써, 랜드와 기판 간의 밀착력이 약한 랜드의 외주가장자리에 Tsinθ가 걸리지 않아, 랜드가 기판으로부터 박리되지 않는다. 더구나, 도전부재가 기판표면으로부터 외측으로 나온 길이를 조정하는 것만으로 좋기 때문에, 랜드박리의 억제를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전자부품의 도전부재의 선단부 및 기부의 적어도 한 쪽을 피복막으로 덮고, 피복막으로 덮여있는 부분을 기판표면에서부터 외측으로 나오게 함으로써, 피복막으로 덮여있는 부분에는 무연솔더가 젖어서 퍼지지 않는다. 이것에 의해, 도전부재와 랜드 사이에 필릿이 형성되지 않아, 랜드박리가 억제된다. 게다가, 도전부재에 피복막을 형성하는 것만으로 좋기 때문에, 랜드박리의 억제를 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
이와 같이 하여 랜드박리를 억제함으로써, 전자부품을 배선판에 실장한 구성을 포함한 전자기기의 신뢰성 향상을 낮은 비용으로 실현할 수 있다.
특히, 신규제품이 아니라 종래부터의 기존제품으로 이미 출하된 것의 전자부품이 고장나 새로운 전자부품으로 교환하는 보수를 행하는 경우도, 무연솔더를 이용하여 낮은 비용으로 보수를 행하는 것이 가능하다. 더구나, 고장나지 않은 배선판을 폐기하지 않고 재이용하는 것이 가능하게 된다.
Claims (4)
- 관통홀을 갖는 기판, 상기 관통홀의 내면을 덮는 제1도전막, 상기 기판의 표면에서의 상기 관통홀의 개구의 주위에 형성되고 아울러 상기 제1도전막에 접속된 제2도전막으로 이루어진 랜드, 상기 기판의 표면에 형성되고 아울러 상기 랜드에 접속된 회로배선을 구비한 배선판과, 이 배선판의 상기 관통홀에 삽입된 상태로 상기 제1도전막에 무연솔더를 개재하여 접합되는 도전부재를 가지는 전자부품을 포함한 전자기기에 있어서,상기 도전부재는, 상기 관통홀에 삽입된 때에 상기 관통홀의 상기 내면에 대향하는 부분에서 보아 선단측 및 기부측 중의 적어도 한 쪽이 피복막으로 덮이고,이 피복막은, 상기 무연솔더와의 반응성이 상기 도전부재의 재료보다 낮은 재료로 형성된 전자기기.
- 제 1항에 있어서, 상기 도전부재의 길이방향에 수직한 단면형상은, 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 다각형, 십자형, 별모양 또는 각각의 변형인 전자기기.
- 제 1항에 있어서, 상기 무연솔더는, 주석아연계솔더, 주석은계솔더, 또는, 주석구리계솔더를 포함하는 전자기기.
- 관통홀을 갖는 기판, 상기 관통홀의 내면을 덮는 제1도전막, 상기 기판의 표 면에서의 상기 관통홀의 개구의 주위에 형성되고 아울러 상기 제1도전막에 접속된 제2도전막으로 이루어진 랜드, 상기 기판의 표면에 형성되고 아울러 상기 랜드에 접속된 회로배선을 구비한 배선판에, 도전부재를 갖는 전자부품을 실장하는 전자부품 실장방법에 있어서,무연솔더와의 반응성이 상기 도전부재의 재료보다 낮은 재료로 이루어진 피복막으로 상기 도전부재의 선단측 및 기부측 중의 적어도 한 쪽을 덮는 제1공정; 및상기 도전부재를 상기 관통홀에 삽입하여, 상기 관통홀 내의 상기 제1도전막과 상기 도전부재에서 상기 피복막으로 덮이지 않은 부분을 상기 무연솔더를 통하여 접합하는 제2공정을 포함하는 전자부품 실장방법.
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