KR101075868B1

KR101075868B1 - 표면 실장용 방전관

Info

Publication number: KR101075868B1
Application number: KR1020050031939A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 마치다; 게사유키 다케우치; 지사토 에모리
Original assignee: 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2011-10-25
Also published as: DE602005015056D1; US7719174B2; EP1610428B1; KR20060047182A; JP2006012519A; EP1610428A3; EP1610428A2; US20050285534A1

Abstract

전극의 측면에 의해 양단부가 밀폐되고, 실장 기판 상에 직접 접합되도록 설계된 원통형의 세라믹 엔빌로프(envelope)를 포함하는 표면 실장용 방전관에 있어서, 상기 양단부의 전극은 사각형이고 세라믹 엔빌로프의 단부로부터 외측으로 방사상으로 돌출되어 있으며, 이 전극의 측면의 가장자리에 땜납 접합용의 테이퍼(taper) 또는 단차(段差)를 구비함으로써, 땜납 접합시의 위치 변위를 억제하고 충분한 PCT 특성을 확보한다.

실장 기판, 테이퍼, 단차, 땜납, 방전관

Description

표면 실장용 방전관{SURFACE MOUNTING DISCHARGE TUBE}

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 전극 측면의 가장자리에 테이퍼를 구비한 방전관의 일실시 형태를 나타내는 종단면도.

도 1의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 전극 측면의 가장자리에 테이퍼를 구비한 방전관의 일실시 형태를 나타내는 횡단면도.

도 2의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 측면의 가장자리에 단차를 구비한 방전관의 일실시 형태를 나타내는 종단면도.

도 2의 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 측면의 가장자리에 단차를 구비한 방전관의 일실시 형태를 나타내는 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110, 120 방전관

102 원통형의 세라믹 엔빌로프

104 전극

106 오목부(recess)

108 딤플(dimple)

C 원통형 세라믹 엔빌로프(102)의 중심축

S 전극(104)의 측면

T 전극(104) 측면(S)의 가장자리에 설치된 땜납 접합용 테이퍼

θ 테이퍼 각도(기준은 전극 측면(S))

D 전극(104) 측면(S)의 가장자리에 설치된 땜납 접합용 단차

본 발명은 프린트 회로 기판 상에 직접 땜납 접합되는 표면 실장용 방전관에 관한 것이다.

일반적으로, 방전관은 그 양단부가 전극의 측면에 의해 밀폐된 원통형의 세라믹 엔빌로프를 포함한다. 종래에는 전극의 단부면에 설치된 리드(lead) 선을 통하여 프린트 회로 기판 상에 탑재되어 왔다.

리드 선을 통한 탑재는 한번에 하나의 방전관을 탑재하는 것을 의미한다. 그러나, 다수개의 방전관 모두를 한번에 탑재하기 위한 요청이 증가되고 있다. 그러므로, 리드 선을 이용하지 않고 프린트 회로 기판 상에 직접 표면 실장하는 것이 필요하게 되었다.

그 때에, 원통형의 방전관을 단지 그대로 프린트 회로 기판 상에 배치하면, 굴러가게 되어 위치 결정이 곤란하게 된다. 그러므로, 전극의 일부에 평탄부를 설치하는 것이 실행되어져 왔다. 일본국 공개 실용신안 제59-33690호 공보(청구항 및 도 2 내지 5) 및 일본국 공개 특허 제2003-151716호 공보(청구항 및 도 1과 도 3)를 참조한다. 또한, 방전관과 동일한 기본 구조를 갖는 서지(surge) 흡수기를 같은 취지로 전극을 다각형으로 하는 것이 행해지고 있다. 일본국 공개 특허 제2001-135453(청구항 및 도 3)을 참조한다.

표면 실장은 프린트 회로 기판 상의 실장 위치에 땜납 팔레트(pallet)를 배치하고, 이 곳으로 방전관의 전극 가장자리의 땜납 접합용 평탄부를 위치 맞춤하여, 이 조립 상태로 가열로(加熱爐) 내에 넣어서 땜납 팔레트를 용해시킨 후에, 이 조립 작업을 해제하여 땜납을 고화시켜 접합 공정을 완료하는 것을 의미한다.

그러나, 이와 같은 표면 실장된 방전관은 땜납 접합시에 소정 실장 위치로부터 위치 변위가 발생함으로써 증기압 시험(pressure cooker test)(PCT) 특성 등의 면에서 신뢰성이 불충분한 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 땜납 접합시의 위치 변위의 발생을 억제하고 충분한 PCT 특성을 구비한 표면 실장용 방전관을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 전극의 측면에 의해 그 양단에서 밀폐되고, 실장 기판 상에 직접 땜납 접합되도록 설계된 원통형의 세라믹 엔빌로프를 포함하는 표면 실장용 방전관에 있어서, 상기 양단부의 전극은 사각형이고, 상기 세라믹 엔빌로프의 단부로부터 외측으로 방사상으로 돌출하여 있으며, 이 전극의 측면의 가장자리에 땜납 접합용의 테이퍼 또는 단차를 구비하고 있다.

본 발명자들은 양단의 전극을 사각형으로 하고, 세라믹 엔빌로프의 단부에서부터 외측으로 방사상으로 돌출시키고, 전극 측면의 가장자리에 땜납 접합용의 테 이퍼 또는 단차를 설치하면, 표면 실장으로 인한 땜납 접합시의 위치 변위를 억제하고, 동시에 충분한 신뢰성(특히 PCT 특성)을 확보할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

또한, 본 발명의 방전관은 리드 선이 필요하지 않기 때문에, 제조 프로세스에서 리드 선 형성을 위한 공정들을 생략할 수 있으므로 생산성이 향상될 수 있다.
이러한 본 발명의 목적과 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 설명한 다음의 바람직한 실시예로부터 명확해질 것이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 표면 실장용 방전관의 일례를 나타낸다. 도 1의 (a)는 방전관의 원통형 세라믹 엔빌로프의 중심축을 따라 나타낸 종단면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 나타낸 선 X-X를 따라 나타낸 횡단면도이다.

도 1의 (a) 및 (b)에 나타낸 방전관(110)은 판(plate) 형상의 전극(104)의 측면(S)에 의해 그 양단부에서 밀폐된 중심축(C)을 갖는 원통형의 세라믹 엔빌로프(102)를 구비하고 있다. 전극(104)은 사각형이고 세라믹 엔빌로프(102)의 단부로부터 중심축(C)에 대하여 외측으로 방사상으로 돌출되어 있다. 전극(104)의 측면(S)의 가장자리에는 땜납 접합용의 테이퍼(T)를 구비하고 있다.

또한, 방전관의 중앙부에서 양쪽 전극(104, 104)의 대면부에 형성된 다수의 움푹 들어간 부분을 갖는 오목부(106)는 방전을 확실하게 발생시키고 안정하게 유지하기 위한 물질로 도포 또는 충전되어 있다. 오목부(106) 내의 다수의 움푹 들어간 부분은 반구 형상으로 나타내고 있다(도 1의 (b)에는 도시 생략).

전극(104)이 사각형이기 때문에, 표면 실장시에 4변 중 임의의 곳에서 탑재될 수 있다. 이 때문에, 실장시에 위치 결정 및 방향 설정을 위한 포팅(potting) 이 불필요하다.

전극(104)이 세라믹 엔빌로프(102)의 단부로부터 중심축(C)에 대하여 외측으로 방사상으로 돌출되어 있기 때문에, 프린트 회로 기판에 탑재시에 프린트 회로 기판의 표면과 방전관(110)의 세라믹 엔빌로프(102)와의 사이에 공간이 확보되어, PCT 특성이 향상된다.

이러한 공간의 확보에 의한 하나의 효과로서, 표면 실장시에 용융된 땜납이 세라믹 엔빌로프(102)와 전극(104)과의 접합 계면에서 모세관 현상으로 침투하는 것을 방지할 수 있고, 그러므로 전원 인가시에 땜납의 이동(migration)으로 인한 단락 회로를 방지할 수 있다.

전극(104)의 측면(S)의 가장자리에 땜납 접합용의 테이퍼(T)를 구비하고 있기 때문에, 땜납 팔레트를 이용한 표면 실장시에 용융된 땜납이 표면 장력으로 인해 전극을 기어 올라가기 쉽다. 결과적으로, 땜납 부착시의 위치 변위가 억제될 수 있고, 땜납 부착 강도가 향상될 수 있다.

테이퍼 각도(θ)(도 1의 (a) 참조)가 0°<θ<90°의 범위일 경우 상기 효과가 얻어진다. 특히 0°<θ<45°의 범위에서 효과가 현저하다. θ = 25°부근에서 가장 큰 효과가 확인되고 있다.

전극(104)의 외측면 중앙부에는 큰 딤플(dimple)(108)이 형성되어 있다. 방전관(110)의 반송시에 클램핑부(clamping part)로서 이용할 수 있고, 전극(104)의 체적을 줄이고 표면적을 증가시켜서 방열성을 높이고 있다.

(실시 형태 2)

도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 표면 실장용 방전관의 다른 실시 형태를 나타낸다. 도 2의 (a)는 방전관의 원통형 세라믹 엔빌로프의 중심축을 따라 나타낸 종단면도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 나타낸 선 X-X를 따라 나타낸 횡단면도이다.

도 2의 (a) 및 (b)에 나타낸 방전관(120)은 전극(104)의 측면(S)의 가장자리에서 땜납 접합용의 단차(D)를 구비하는 점을 제외하고는, 도 1의 (a) 및 (b)의 방전관과 같은 구조이다. 도 1의 (a) 및 (b)의 방전관과 대응하는 부분에는 공통의 참조 부호를 부여하였다.

본 실시 형태의 방전관(120)은 전극(104)의 측면(S)의 가장자리에 땜납 접합용의 단차(D)를 구비함으로써, 실시 형태 1의 방전관(110)의 땜납 접합용 테이퍼(T)와 마찬가지로 땜납 부착시의 위치 변위의 방지 효과 및 땜납 부착 강도의 향상 효과가 얻어진다. 땜납 접합용 단차의 치수는 세라믹 엔빌로프(102)의 단부로부터 외측으로 돌출된 전극의 치수로서, 일반적으로 0.1 ~ 5㎜ 정도가 적당하고, 1 ~ 2㎜ 정도가 바람직하며, 땜납 접합에 이용하는 땜납 팔레트의 두께보다 큰 것이 바람직하다.

다른 효과, 즉 실시 형태 1에 대하여 설명한, 사각형으로 된 전극(104)으로 인한 효과, 프린트 회로 기판의 표면과 세라믹 엔빌로프(102)와의 사이에 확보된 공간으로 인한 효과, 전극(104)의 외측면 중앙부에 설치된 딤플(108)로 인한 효과가 실시 형태 1과 마찬가지로 얻어 진다.

[리드 선 형성 공정의 삭감 효과]

일반적으로, 전극에 리드 선을 형성하기 위해서는 아래 공정(1) ~ (4)가 필요하다.

(1) 리드 선 스팟(spot) 용접(전극 외측면 중앙부에 리드 선을 접합)

(2) 리드 선 가공(기판과의 접합용의 각부(脚部)를 형성하기 위한 리드 선의 굽힘(bending) 가공)

(3) 리크(leak) 확인

(4) 점화 확인

본 발명의 방전관은 리드 선을 이용하지 않기 때문에 이 공정(1) ~ (4)는 생략될 수 있다.

또한, 공정(1)의 리드 선 스팟 용접은 통상 표준으로서 10kg 가압으로 저항 용접에 의해 실시된다. 그러나, 이 방식은 방전관 본체에 충격을 주기 때문에, 세라믹 엔빌로프와 전극을 접합하는 부착면에 부하를 가하게 되어서, 미소 균열(microcrack)로 인한 봉입 가스의 누출을 일으키게 된다. 본 발명은 어떠한 리드 선 형성 공정도 포함하지 않기 때문에, 이러한 문제가 일어나지 않는다.

상기 각 실시 형태에서, 전극(104)의 내부 측면(S)의 가장자리에 설치된 전극(104)의 테이퍼(T)나 단차(D)의 경우를 나타내었다. 그러나, 땜납의 기어 올라감으로 인한 땜납의 이동이 생기지 않는 경우, 내부 측면(S)의 가장자리에 테이퍼(T)나 단차(D)를 설치하지 않고, 내부 측면(S)과는 반대측의 외부 측면의 가장자리에 테이퍼(T)나 단차(D)를 설치하여도 좋다.

전극(104)의 테이퍼(T)나 단차(D)가 전극(104)의 내부 측면(S)의 가장자리와 이 측면(S)과는 반대측의 외부 측면의 가장자리 모두에 설치되어도 좋다.

(실시예)

(실시예 1)

전극 측면의 가장자리에 테이퍼를 부여한 본 발명의 방전관과 테이퍼가 없는 종래 기술의 방전관에 대하여, 땜납 팔레트를 이용한 표면 실장 시험을 행하고, 땜납 접합시의 위치 변위를 측정하였다.

도 1의 (a)에 나타난 테이퍼 각도(θ)를 종래 기술의 예에서는 0° (그러나, 전극 돌출이 없음(종래의 예 1)/있음(종래의 예 2)의 2종류)와, 본 발명의 예에서는 25°, 45°및 75°로 하였다. 샘플 형상은 아래와 같다.

<샘플 형상>

세라믹 엔빌로프 : 외측 직경 0.8㎜ × 길이 6.0㎜ (원통형)

전극 : 12.0㎜ 정사각형, 2.0㎜ 외측 가장자리의 두께 (종래 기술의 예 1은 8.1㎜ 정사각형)

프린트 회로 기판과의 간격 : 2.0㎜ (종래 기술의 예 1에서는 간격 0)

표면 실장 시험은 아래와 같이 행하였다.

<표면 실장 시험의 순서>

(1) 프린트 회로 기판 상에 땜납 팔레트(길이 12.5㎜, 폭 2.0㎜, 두께 1.5㎜)를 놓는다.

(2) 땜납 팔레트 상에 샘플 방전관을 놓고 이 방전관의 원통축 방향(X-방향)과 이 방전관의 수직 방향(Y-방향)의 초기 위치를 측정한다.

(3) 이 조립체를 땜납 용융로 속으로 넣고, 350℃로 가열한다.

(4) 이 조립체를 땜납 용융로에서 빼내어 상온까지 냉각시킨 후에, 샘플의 X-방향 및 Y-방향 위치를 측정한다. 상기 초기 위치와의 차이로부터 땜납 접합시의 위치 변위를 산출한다.

동종의 샘플 5개에 대하여 동일한 시험을 행하였다(반복 횟수 n = 5). 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

No.	위치 변위 (㎜)
	종래 기술				본 발명
	테이퍼 각 0°(1)		테이퍼 각 0°(2)		테이퍼 각 25°		테이퍼 각 45°		테이퍼 각 75°
	X	Y	X	Y	X	Y	X	Y	X	Y
1	2.8	1.8	1.2	2.5	0.1	0.2	0.3	0.4	0.4	0.9
2	3.6	1.2	1.4	1.6	0.1	0.2	0.3	0.5	0.5	0.9
3	1.2	3.3	1.3	1.8	0.2	0.3	0.2	0.3	0.6	1.1
4	3.1	1.9	1.6	1.3	0.2	0.1	0.3	0.4	0.3	0.8
5	1.1	2.4	2.2	1.5	0.1	0.2	0.2	0.4	0.5	0.9

본 발명의 테이퍼 설치 샘플은 모두 테이퍼 없는 종래 기술의 예에 비하여 땜납 접합시의 위치 변위가 큰 폭으로 저감되었다.

종래 기술의 예 1은 테이퍼가 없고 전극 돌출이 없는, 즉, 세라믹 엔빌로프와 프린트 회로 기판과의 사이에 공간이 없다. X-방향(방전관 원통축 방향)에서 1.1 ~ 3.6㎜, Y-방향에서 1.2 ~ 3.3㎜의 가장 현저한 위치 변위가 나타났다. 위치 변위의 변화도 컸다.

종래 기술의 예 2는 테이퍼가 없지만, 전극 돌출이 있어서, 세라믹 엔빌로프와 프린트 회로 기판과의 사이에 2㎜의 공간이 확보되었다. 위치 변위가 X-방향에서 1.2 ~ 2.2㎜, Y-방향에서 1.3 ~ 2.5㎜로 되거나 종래 기술의 예 1보다 작았다. 위치 변위의 변화도 작았다.

이와는 반대로, 본 발명의 예에서는, 시험한 범위에서는 25°의 테이퍼 각도(θ)에서 위치 변위가 가장 작고, 즉, X-방향에서 0.1 ~ 0.2㎜이고 Y-방향에서 0.1 ~ 0.3㎜로 종래 기술의 예의 10분의 일 레벨로 줄어 들었다. 테이퍼 각도(θ)가 45°와 75°로 커짐에 따라서, 위치 변위가 서서히 증가하는 경향이 있지만, 위치 변위가 가장 큰 테이퍼 각도(θ = 75°)의 본 발명의 예에서 조차도, 종래 기술의 예의 수분의 1 레벨로 X-방향에서 0.3 ~ 0.6㎜이고 Y-방향에서 0.8 ~ 1.1㎜이었다.

(실시예 2)

전극 측면에 테이퍼를 부여한 본 발명의 방전관과 테이퍼가 없는 종래 기술의 방전관에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 땜납 팔레트를 이용하여 표면 실장을 행하였고, 실장 후에 증기압 시험(PCT)을 행하였다.

방전관의 전극 측면의 테이퍼 각도(θ)를 종래 기술의 예에서는 0°(2종류: 전극 돌출이 없는 것(종래 기술의 예 1)/있는 것(종래 기술의 예 2))와, 본 발명의 예에서는 25°와 75°로 하였다.

방전관 샘플의 형상은 실시예 1과 같은 것으로 하였다.

PCT 시험은 아래의 조건 하에서 행하였다.

온도 : 120℃

습도 : 100%(포화 상태)

압력 : 0.150 MPa

전력 : DC 500V를 상시 인가

시간 : 100시간 ~ 800시간 (누계)

평가 : 합격 기준 / 500시간 동안 적어도 1000㏁의 절연 저항 유지.

PCT 시험 후, 절연 저항을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

누계 방전 시간(hr)	절연 저항(㏁)
	종래 기술		본 발명
	테이퍼 각도 0°(1)	테이퍼 각도 0°(2)	테이퍼 각도 25°	테이퍼 각도 75°
100	>10000	>10000	>10000	>10000
200	600	>10000	>10000	>10000
300	-	>10000	>10000	>10000
400	-	1000	>10000	>10000
500	-	500	>10000	>10000
600	-	-	>10000	7000
700	-	-	>10000	-
800	-	-	>10000	-

종래 기술의 예 및 본 발명의 예 모두의 샘플에서 100시간 경과 후까지 적어도 10000㏁(측정 가능 상한값)의 절연 저항을 유지하였다.

종래 기술의 예 1(테이퍼가 없음, 공간이 없음)은 거의 200시간에서 600㏁까지 절연 저항이 저하되고, 종래 기술의 예 2는 500시간에서 500㏁까지 저하되었다. 모두 합격 기준에 도달되지 않았다.

이와는 반대로, 본 발명의 예(테이퍼 있음, 공간 확보됨)는 모두 500시간 경과 후에 적어도 10000㏁(측정 가능 상한값)의 절연 저항을 유지하였거나, 합격 기준보다 10배를 초과하는 특성을 나타내었다. 특히, 25°의 테이퍼 각도(θ)인 경우에서, 800시간 경과 후에도 적어도 10000㏁의 절연 저항을 유지하고 있었다. 75°의 테이퍼 각도(θ)인 경우도, 600시간 경과 후에 합격 기준의 7배에 상당하는 7000㏁의 절연 저항을 유지하고 있다.

표면 실장 후의 상태를 관찰하면, 전극 측면의 가장자리에 테이퍼가 없는 종래 기술의 예에 특이한 현상으로써, 전극과 세라믹 엔빌로프와의 접합 부분 및 세라믹 엔빌로프와 프린트 회로 기판과의 사이에 기포가 잔존하고 있었다. 이것은 전극 측면의 가장자리에 테이퍼를 부여한 본 발명의 예에서는 관찰되지 않았던 것이다. 종래 기술의 예에서, 기포의 잔존이 절연 열화를 촉진하는 하나의 요인으로 될 가능성이 있다.

본 발명은 설명을 위해 선택된 구체적인 실시 형태를 참고로 기재되었지만, 본 발명의 기본 개념과 범위을 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 다양하게 변형될 수 있음이 명백하다.

본 발명의 효과를 요약하여, 본 발명에 따르면, 땜납 접합시의 위치 변위의 발생을 억제하고 충분한 신뢰성(특히 PCT 특성)을 구비한 표면 실장용 방전관을 제공할 수 있다.

Claims

전극의 측면에 의해 그 양단부에서 밀폐되고, 실장 기판 상에 직접 땜납 접합되도록 설계된 원통형의 세라믹 엔빌로프(envelope)를 구비하는 표면 실장용 방전관에 있어서,

상기 양단부의 전극은 사각형이고, 세라믹 엔빌로프에 접합된 측의 전극 측면의 가장자리로서 상기 세라믹 엔빌로프의 단부로부터 외측으로 방사상으로 돌출된 부분의 상기 전극 측면의 가장자리에, 땜납 접합용의 테이퍼(taper) 또는 단차(段差)를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 실장용 방전관.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 측면의 가장자리의 땜납 접합용 테이퍼는 상기 전극 측면을 기준으로 하여 테이퍼 각도(θ)가 0°<θ<90°인 것을 특징으로 하는 표면 실장용 방전관.
제 2 항에 있어서,

상기 테이퍼 각도(θ)는 0°<θ<45°인 것을 특징으로 하는 표면 실장용 방전관.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 측면의 가장자리의 땜납 접합용 단차의 치수는 0.1 ~ 5㎜인 것을 특징으로 하는 표면 실장용 방전관.
제 4 항에 있어서,

상기 단차의 치수는 상기 땜납 접합에 이용되는 땜납 팔레트(pallet)의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 표면 실장용 방전관.