KR100211928B1

KR100211928B1 - 동 합금 및 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물 및 하지 도금 방법

Info

Publication number: KR100211928B1
Application number: KR1019960002912A
Authority: KR
Inventors: 문성수
Original assignee: 문성수
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR970062078A

Abstract

동 합금 및 철-니켈 합금 소재로 된 반도체 리드 프레임(Lead Frame), 인쇄 회로 기판(PCB) 및 커넥터의 하지 도금 조성물, 하지 도금 방법 및 그 도금체가 개시되어 있다. 하지 도금 조성물은 니켈 30-100g/

Description

동 합금 및 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물 및 하지 도금 방법

제1도는 실시예 1 및 비교예 1에서 얻은 니켈 도금된 리드 프레임 위에 각각 팔라듐 및 팔라듐-금 도금한 후 굽힘 테스트한 결과를 나타내는 사진이다.

본 발명은 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물 및 하지 도금 방법에 관한 것으로서, 특히 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재로 된 반도체 리드 프레임(Lead Frame), 인쇄 회로 기판(PCB) 및 커넥터(Connector)등에 사용할 수 있는 하지 니켈 도금 조성물 및 하지 도금 방법에 관한 것이다.

종래 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재로 된 반도체 리드 프레임에는 주로 은 또는 주석-납 합금을 도금하여 왔다.

그러나 은 도금의 문제점으로서 은 도금 부분의 변색, 구리의 산화막 형성, 다이 접촉시의 수지의 번짐, 성형시의 밀착력 불량 등과 함께 은 도금액이 유해한 공해물질, 예를 들어 시안 화합물로 되어 있다는 점이 지적되어 왔다. 또한 주석-납 도금액 역시 중금속 물질인 납을 다량 함유하고 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점들을 극복하기 위하여 여러 가지 도금액이 개발되어 사용되어 왔다. 예를 들어 하지 도금으로 동 도금을 한 후 니켈 도금을 하고, 마지막으로 팔라듐 도금 또는 금 도금하는 방법이 시행되고 있다. 그러나 이 방법은 인쇄 회로 기판 및 커넥터에 적용하는 경우 성능 및 효율면에서 만족스럽지 못한 점이 있다.

니켈이 포함된 도금액은 하지 및 최종 도금층으로 널리 사용되고 있으며, 용액 조성물 종류도 다양하게 개발되어 사용되고 있다.

최근들어 은 도금 주석-납 합금 도금을 대신하여 설파민산 니켈 도금액을 사용하여 하지 도금을 하고 있다. 그러나 이 니켈 하지 도금 역시 완전한 특성을 나타내지 못하고 있다. 예를 들어, 니켈 도금층이 갖는 큰 내부 응력(internal stress) 때문에 반도체 공정상의 트리밍 및 포밍(Triming Forminig)시 하지 니켈 도금층에서 미세한 균열(crack)이 발생하여 내식성, 납땜성 및 다른 도금층과의 밀착력이 저하되고 반도체 리드 프레임, 인쇄 회로 기판 및 커넥터등의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 특히 철-니켈 합금 소재(Alloy #42)인 경우에는 이소재(Ni 42%, Fe 56%, Mn 0.8%, Si 0.3%, Ca 0.035%, P 0.025%)자체에 함유되어 있는 Si 및 Ca 성분으로 인하여 화학적 활성화 처리가 어렵고 일반 하지 니켈 도금으로서는 밀착 불량 뿐만 아니라 미세균열 및 부식 발생을 감소시키기가 힘들다.

본 발명자는 동 합금 및 철-니켈 합금 소재에 적용되는 종래의 하지 도금층의 상기 문제점을 해결하고자 예의 연구한 결과, 하지 도금층으로 사용하기 적합한 니켈 도금액을 개발하게 되었다.

이에 본 발명의 목적은 동 합금 및 철-니켈 합금 소재에 적용되는 하지 도금액에 있어서, 지금까지 사용되고 있는 니켈 도금액보다 내식성, 밀착성 및 유연성이 훨씬 우수한하지 니켈 도금 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 하지 도금 조성물로부터 형성되는 하지 니켈 도금층을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 본 발명의 니켈 하지 도금층을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 하지 도금 조성물은, 니켈 30-100g/ℓ가 포함된 수용액으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 니켈 하지 도금 조성물에 추가로 하나 이상의 전도성 염 30-150g/, 착화제 0.5-10g/, 및 표면 개선제와 응력 감소제가 각각 0.1-2.0g/가 포함된다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 하지 도금층은 니켈로 이루어진다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 하지 니켈 도금층 형성 방법은 ㄱ) 니켈 30-100g/ℓ가 포함된 수용액으로 이루어진 도금 조성물 용액에 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재로 된 피도금체를 담그는 단계 ; 및

ㄴ) 피도금체에 전류를 2.5-10 ASD(ampere per square dicimeter)을 흘려주어 두께 0.8-1.5μ의 하지 니켈 도금층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 하지 도금층 위에서 추가로 팔라듐 층, 금 층 또는 팔라듐 - 금 합금층을 도금할 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 니켈 금속은 적절한 염 형태로 공급되며, 염의 예로서는 설파민산니켈(Nickel sulfamate), 황산아민니켈(Nickel amine sulfate), 염화니켈 6 수화물(Nickel chloride 6 hydrate) 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있으며, 도금 조성물에 투입되기 전에 미리 적절한 전도성 염과의 반응을 거칠수도 있다. 조성물 중의 니켈 금속의 농도는 30-100g/ℓ, 바람직하게는 80g/ℓ이다.

전도성 염은 니켈 금속염의 종류에 따라 적절하게 선택되어야 하며, 황산계 염, 암모늄계 염, 봉산계 염 등이 사용될 수 있다. 예를 들어 황산암모늄, 염화암모늄, 봉사, 인산 암모늄, 황산칼륨 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 전도성 염은 금속과 잘 결합되어야 하며, 이를 위해서는 금속과 충분히 반응되어야 하는데, 경우에 따라서는 금속과 별도로 반응시킨 후에 투입시킨다. 전도성 염의 농도는 30-150g/, 바람직하게는 50-100g/이다.

상기 니켈 도금액에서 니켈 금속과 전도성 염이 잘 반응될 수 있도록 하며 안정된 도금액을 만들 수 있도록 하는 착화제를 적절하게 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 착화제의 예로서는 아미노아세트산, 벤젤설포네이트, 4-옥소-펜탄산 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 사용되는 착화제의 양은 0.5~10g/, 바람직하게는 3-7g/이다.

표면 개선제 및 응력 감소제는 각각 0.1-2.0g/, 바람직하게는 0.5-1.0g/의 농도로 사용된다. 표면개선제로는 2-메톡시-1-나프트알데히드, 폴리에틸렌글리콜모노라우릴에테르, 폴리이민 또는 이들의 혼합물 등이 사용된다. 응력 감소제로는 트리데실옥시 폴리(에틸렌옥시)에탄올(III), N-(3-히드록시부틸리멘-P-설파닐산, 디이소데실프탈레이트 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

니켈 금속의 농도가 100g/보다 높으면 전류효율이 너무 높아 고전류 부위의 도금이 타고 금속의 활성또한 높아져 도금 표면에 금속 결정이 석출되어 도금표면이 고르지 못하게 되어 균열이 발생하는 반면, 니켈 금속의 농도가 30g/보다 낮으면 전류효율이 낮아 저전류부위에 도금이 잘 되지 않으며 도금표면에 핀 홀(pin hole) 또는 피트 (pit)가 발생하기 쉽고; 전도성 염의 농도가 150g/보다 높으면 전류효율이 높아져서 고전류 부위의 도금이 타고 형성된 도금층의 높은 내부 응력에 의해 균열이 발생하거나 도금된 금속 입자가 고르지 못하고, 전도성 염의 농도가 30g/보다 낮으면 저전류 부위의 도금이 잘 되지 않고, 내식성, 밀착성 등이 떨어지며; 착화제의 농도가 10g/ℓ보다 높거나 0.5g/보다 낮으면 도금 표면의 불량은 물론 도금액의 평형이 깨어져 도금액의 수명이 짧아지게 되며; 표면 개선제 또는 응력 감소제의 농도가 2.0g/보다 높으면 유기물의 과량으로 도금액이 혼탁해지거나 도금액의 평형이 깨어지기 쉬우며 도금 표면도 전류 범위가 좁아져 고전류와 저전류 모두 도금이 되지 않고 검게 되거나 핀 홀과 피트가 심하게 발생하고, 표면 개선제 또는 응력 감소제의 농도가 0.1g/보다 낮으면 니켈 도금층의 응력 때문에 균열이 심하게 발생하고 피트가 생긴다.

본 발명에 따른 도금 조성물은 금속염의 종류에 따라 적절한 전도성 염 및 착화제를 사용하므로 안정성이 우수하고 불순물에 매우 둔감하므로 장시간 사용해도 균일한 도금이 이루어진다.

한편 본 발명에 따른 하지 도금층을 형성하는 방법은 다음과 같다.

하지 니켈 도금 조성물인 동, 니켈, 전도성 염, 착화제 및 기타 첨가제 등을 직접 물에 용해시키거나 금속염을 미리 전동성 염 또는 착화제와 반응시킨 후 물에 용해시켜 충분히 반응시킴으로써 도금 조성물을 만든다.

본 발명에 따른 하지 니켈 도금액은 도금액은 20-35 Be'(Baume')의 비중을 지니며, 약 pH 4-6의 산도를 가진다.

상기 도금 조성물을 40-50로 유지하면서 음극인 피도금체와 니켈 양극을 담그고, 전류를 2.5-10 ASD, 바람직하게는 5-8 ASD를 흘려주어 피도금체에 두께 0.8-1.5μ의 하지 니켈 도금층을 형성시킨다. 전류밀도가 10 ASD보다 높으면 도금표면이 타고, 2.5 ASD보다 낮으면 도금이 잘 되지 않거나 도금 표면에 피트가 발생한다. 이후 상기 하지 도금층 위에 팔라듐 도금, 금 도금 또는 팔라듐-금 합금 도금을 한다.

이하 실시에로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

단, 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

하기 성분들은 증류수에 넣어 도금 조성물을 제조하였다.

설파민산 니켈 450g/

황산 암모늄 90g/

붕사 50g/

아미노아세트산 5g/

2-메톡시-1-나프트알데히드 0.3g/

트리데실옥시 폴리(에틸렌옥시)에탄올(III) 0.1g/

상기 제조된 도금 조성물속에서 피도금체인 반도체 리드 프레임, 인쇄 회로 기판 또는 커넥터를 음극으로 하고 5 ASD의 전류를 흘려 전기 도금을 하여 표면이 아주 고르고 유연한 니켈 도금층을 얻었다.

[비교예 1]

하기 조성의 설파민산 니켈 도금액을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 도금하였다.

설파민산 니켈 600g/

붕산(H₃BO₃) 50g/

염화니켈 5g/

계면 활성제 1㎖/

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 니켈 도금된 리드 프레임 위에 각각 팔라듐 및 팔라듐-금 도금을 한 다음 굽힙 테스트를 실시하였다. 즉, 바깥쪽 리드 부분을 90。로 꺾은 다음 꺾인 부위의 균열을 관찰하였으며 그 결과를 제1도에 나타내었다. 제1도는 실시예 1 및 비교예 1에서 얻은 니켈 도금된 리드 프레임 위에 각각 팔라듐 및 팔라듐-금 도금한 후 굽힌 테스트한 결과를 나타내는 사진으로, (a)는 비교예 1의 니켈 도금 후 팔라듐 도금, (b)는 비교예 1의 니켈 도금 후 팔라듐-금 도금, (c)는 비교예 1의 니켈 도금 후 팔라듐 도금, (d)는 실시예 1의 니켈 도금 후 팔라듐-금 도금 도금한 것이다.

제1도에서 보듯이 본 발명의 니켈 도금 조성물로 하지 도금한 경우 굽힘 테스트에서 균열 발생이 훨씬 적다는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

하기 성분들은 증류수에 넣어 도금 조성물을 제조하였다.

황산아민니켈 300g/

염화암모늄 50g/

인산암모늄 50g/

벤젤설포네이트 2g/

폴리에틸렌글리콜모노라우릴에테르 0.5g/

N-(3-히드록시부틸리덴)-P-설파닌산 0.2g/

상기 제조된 도금 조성물로 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 도금한 결과 표면이 아주 고르고 유연한 하지 니켈 도금층을 얻었고, 이후 실시예 1에서와 동일하게 팔라듐 또는 금 도금하였다.

[실시예 3]

하기 성분들은 증류수에 넣어 도금 조성물을 제조하였다.

설파민산 니켈 500g/

염화니켈 6 수화물 20g/

염화암모늄 80g/

황산칼륨 50g/

4-옥소펜탄산 7g/

폴리이민 0.5g/

디이소데실프탈레이트 0.2g/

상기 제조된 도금 조성물로 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 도금한 결과 표면이 아주 고르고 유연한 하지 니켈 도금층을 얻었고, 이후 실시예 1에서와 동일하게 팔라듐 도금, 금 도금 또는 팔라듐-금 합금 도금을 하였다.

이상, 본 발명에 따르면 동 합금 및 철-니켈 합금 소재의 하지 도금층으로 본 발명의 니켈 하지 도금 조성물로 이루어진 니켈 도금을 함으로써 유연성, 밀착성 및 내식성이 향상되었다.

또한 니켈 하지 도금층 위에 팔라듐, 금 또는 팔라듐-금 합금 도금을 함으로써, 종래의 공해 발생 우려가 있는 은 도금 또는 주석-납 합금 도금을 하지 않아도 되고 기존의 하지 니켈 도금 및 그 위의 팔라듐 및 금관련 도금 보다 훨씬 우수한 도금층을 얻게 되었다.

Claims

30-100g/의 니켈, 30-150g/의 전도성 염, 0.5-10g/의 착화제, 0.1-2.0g/의 표면 개선제 및 0.1-2.0g/의 응력 감소제를 포함하는 수용액 형태의, 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 니켈은 설파민산니켈, 황산아미니켈, 염화니켈 6 수화물 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것의 형태로 수용액에 투입되는 것을 특징으로 하는 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 전도성 염은 황산암모늄, 염화암모늄, 붕사, 인산암모늄, 황산 칼륨 및 이들이 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 착화제는 아미노아세트산, 벤젤설포네이트, 4-옥소펜탄산 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
제1항에 있어서, 상기 표면 개선제는 2-메톡시-1-나프트알데히드, 폴리에틸렌 글리콜모노라우릴에테르, 폴리이민 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
제1항에 있어서,상기 응력 감소제는 트리데실옥시 폴리(에틸렌옥시)에탄올(III), N-(3-히드록시부틸리덴)-P-설파닐산, 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 조성물.
ㄱ) 30-100g/의 니켈, 30-150g/의 전도성 염, 0.5-10g/의 착화제, 0.1-2.0g/의 표면 개선제 및 0.1-2.0g/의 응력 감소제를 포함하는 수용액 형태의 도금 조성물 용액에 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재로 된 피도금체를 담그는 단계; 및 ㄴ) 피도금체에서 전류를 2.5-10 ASD(ampere per square decimeter)로 흘려주어 두께 0.8-1.5μ의 하지 도금층을 형성하는 단계를 포함하는, 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재의 하지 니켈 도금 방법.
제 7항에 있어서, 상기 하지 도금층 위에 추가로 팔라듐 층, 금 층 또는 팔라듐-금 합금층을 도금하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항의 방법에 따라 제조된, 동 합금 또는 철-니켈 합금 소재로 된 피도금체 및 상기 피도금체 상에 니켈 하지 도금층을 포함하는 도금체.
제9항에 있어서, 상기 피도금체가 반도체 리드 프레임(Lead Frame), 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 커넥터인 것을 특징으로 하는 도금체.
제9항에 있어서, 상기 하지 도금층 위에 팔라듐, 금 또는 팔라듐-금 합금이 추가로 도금된 것을 특징으로 하는 도금체.