KR100303929B1 - 철-니켈합금소재의도금전처리조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철-니켈 합금 소재의 도금 전처리제에 관한 것으로, 인산 50 내지 500g/ℓ, 질산 50 내지 500g/ℓ, 하나 이상의 유기산 화합물 1 내지 500g/ℓ, 안정제 0.5 내지 50g/ℓ 및 계면활성제 0.005 내지 5g/ℓ를 함유하는 본 발명의 전처리 조성물은 소재 표면의 산화 피막을 제거하여 주석-납 소재와 도금층과의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

Description

철-니켈 합금 소재의 도금 전처리 조성물{PRETREATMENT AGENT FOR PLATING ON IRON-NICKEL ALLOY SUBSTRATE}

본 발명은 철-니켈 합금 소재로 된 전자산업분야 장치의 후 도금을 위한 전처리제에 관한 것으로, 특히, 인산, 질산, 하나 이상의 유기산 화합물, 안정제 및 계면활성제를 함유하는 전처리 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 리드프레임, 인쇄회로기판 및 커넥터와 같은 철-니켈 합금 소재로 된 전자산업분야 장치의 도금 공정은 다음과 같은 순서로 이루어진다:

전해탈지 단계 → 수세 단계 → 스케일 제거(descale) 단계 → 수세 단계 → 활성화처리(activation) 단계 → 수세 단계 → 예비 침지(pre-dip) 단계 → 수세 단계 → 주석-납 합금(솔더(solder)) 도금 단계 → 수세 단계 → 중화 처리(neutralization) 단계 → 수세 단계 → 탕세(hot water rinse) 단계 → 건조 단계.

일반적으로, 합금 #42(Ni 42 %, Fe 56 %, Mn 0.8 %, Si 0.3 %, Ca 0.035 %, P 0.025 %)와 같은 철-니켈 합금 기재에, 스케일 제거 및 활성화처리와 같은 전처리 단계를 거치지 않고 주석-납 합금 도금을 하면 열처리나 고온 가공하여 생긴 소재 표면의 산화피막이 제거되지 않아 소재와 도금층간의 밀착력이 떨어져 도금 후의 공정과정에서 도금층의 박리(peeling) 및 발포(blister) 현상이 생기고 이로 인한 납땜성 저하의 문제가 발생된다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 전처리제가 개발되었으나, 도금층 박리 현상, 발포 현상 및 납땜성 저하의 문제가 완전히 극복되지는 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 철-니켈 합금 소재 표면의 산화피막을 효과적으로 제거함으로써 도금층의 박리, 발포 및 납땜성 저하를 방지할 수 있는 도금 전처리 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 인산 50 내지 500g/ℓ, 질산 50 내지 500g/ℓ, 하나 이상의 유기산 화합물 1 내지 500g/ℓ, 안정제 0.5 내지 50g/ℓ 및 계면활성제 0.005 내지 5g/ℓ를 함유하는 전처리 조성물을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 전처리 조성물은 합금 42(alloy 42)와 같은 철-니켈 합금 소재로 된, 반도체 리드프레임, 인쇄회로 기판, 커넥터 등의 전자장치에 사용할 수 있다. 또한, 릴투릴(reel to reel) 및 컷스트립(cut-strip) 도금 장비에 사용하기 적합하다.

본 발명의 전처리 조성물에는 인산이 50 내지 500g/ℓ, 바람직하게는 100 내지 400g/ℓ의 농도로 사용되며, 질산이 50 내지 500g/ℓ, 바람직하게는 100 내지 400g/ℓ의 농도로 사용된다.

본 발명의 전처리 조성물에 사용할 수 있는 유기산 화합물로는 주로 황산염 계열, 메탄설폰산 계열, 구연산 계열, 말레산 계열, 사과산 계열 화합물 및 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 구체적으로는 황산나트륨, 메탄설폰산, 구연산, 말레산, 사과산, 호박산 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 상기 유기산염은 1 내지 500g/ℓ, 바람직하게는 10 내지 300g/ℓ의 농도로 사용된다.

본 발명의 전처리 조성물에 사용할 수 있는 안정제로는 주로 아민 계열, 아미드 계열, 이민 계열 등의 화합물 및 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 에틸렌디아민, 에틸아민, 니트로아민, 트리에탄올아민, 아크릴아미드, 티오아세트아미드, 폴리이민 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 상기 안정제는 0.5 내지 50g/ℓ, 바람직하게는 1 내지 20g/ℓ의 농도로 사용된다.

본 발명의 전처리 조성물에 사용할 수 있는 계면활성제로는 라우릴산 계열, 설폰산 계열, 에톡실 계열 등의 화합물 및 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 나트륨 라우릴설페이트, 트리에탄올아민 라우릴설페이트, 나프탈렌-1-설폰산(알파)나트륨 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 상기 계면활성제는 0.005 내지 5g/ℓ, 바람직하게는 0.01 내지 3g/ℓ의 농도로 사용된다.

상기 인산, 메탄설폰산, 유기산, 안정제 및 계면활성제를 증류수에 순차적으로 용해시켜 본 발명의 전처리 조성물을 제조한다.

상기 제조된 본 발명의 전처리 조성물에 철-니켈 합금으로 된 소재를 15 내지 40℃의 온도에서 10 내지 60 초 동안 침지시켜 전처리 할 수 있다. 전처리 온도가 15℃보다 낮거나 시간이 10초 미만인 경우에는 소재 표면의 산화피막을 충분히 제거하지 못해 소재와 도금층간의 밀착력이 떨어져 도금 후의 공정과정에서 도금층의 박리(peeling) 및 발포(blister) 현상이 생기고 이로 인해 납땜성이 저하되며, 전처리 온도가 40℃보다 높거나 시간이 60초 이상인 경우에는 과도한 식각(eching)에 의해 소재가 손상(변색 또는 얼룩(smut))되어 후공정의 진행이 어렵고 전처리액의 수명이 저하된다.

본 발명의 전처리 조성물은 스케일 제거 단계와 활성화 처리 단계가 하나의 단계에서 이루어지는 경우에는 그 단계에서 사용하고, 상기 단계들이 분리되어 있는 경우에는 스케일 제거 단계에서 사용된다.

상기 전처리를 거치면, 소재 표면의 산화 피막이 제거되면서 소재 표면에 미세한 요철이 형성됨과 동시에 흑회색의 얇은 인산염 피막이 생성된다. 상기 생성된 미세한 요철은 주석-납 합금 도금층과의 밀착력을 향상시켜 박리 및 발포 현상을 방지하고, 인산염 피막은 소재를 보호하는 작용을 한다. 따라서, 도금층에 우수한 내식성을 제공할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

하기 성분들을 순차적으로 증류수에 용해시켜 전처리 조성물을 제조하였다.

질산 300 g/ℓ

인산 250 g/ℓ

말레산 30 g/ℓ

사과산 5 g/ℓ

트리에탄올아민 10 g/ℓ

트리에탄올아민라우릴설페이트 1 g/ℓ

상기 제조한 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화, 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 2

하기 성분들을 순차적으로 증류수에 용해시켜 전처리 조성물을 제조하였다.

질산 270 g/ℓ

인산 270 g/ℓ

구연산 25 g/ℓ

티오아세트아미드 4 g/ℓ

나트륨 라우릴설페이트 0.5 g/ℓ

상기 제조한 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화, 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 3

하기 성분들을 순차적으로 증류수에 용해시켜 전처리 조성물을 제조하였다.

질산 400 g/ℓ

인산 150 g/ℓ

호박산 35 g/ℓ

말레산 5 g/ℓ

아크릴아미드 15 g/ℓ

트리에탄올아민라우릴설페이트 0.7 g/ℓ

상기 제조한 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화, 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 4

하기 성분들을 순차적으로 증류수에 용해시켜 전처리 조성물을 제조하였다.

질산 200 g/ℓ

인산 270 g/ℓ

사과산 35 g/ℓ

구연산 5 g/ℓ

에틸렌디아민 15 g/ℓ

나프탈렌-1-설폰산(알파)나트륨 2 g/ℓ

상기 제조한 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화, 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 5

실시예 1의 전처리 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 6

실시예 1의 전처리 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

실시예 7

실시예 1의 전처리 조성물을 사용하여 합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 전혀 나타나지 않았다.

비교예

합금 #42로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지를 전처리하지 않고, 표 1에 나타낸 공정으로 활성화, 예비침지 및 주석-납 합금 도금한 결과, 형성된 도금층에서 박리 및 발포 현상이 모두 나타났다.

실시예 및 비교예의 공정 단계, 및 박리 및 발포 여부를 표 1에 나타내었다. 여기서, ×는 해당 공정을 수행하지 않았거나 박리 또는 발포가 일어나지 않은 것으로 의미하고, ○는 해당공정을 수행하였거나 박리 또는 발포가 일어난 것을 의미한다.

	스케일제거 단계(18초간 침지)	수세 단계	활성화 단계(8초간 침지)	수세 단계	예비 침지단계(2 내지 3초간 침지)	수세 단계	주석-납 합금 도금 단계(10A/dm2,25℃, 75초)	박리	발포
실시예 1	○	○	○	○	○	○	○	×	×
실시예 2	○	○	○	○	○	○	○	×	×
실시예 3	○	○	○	○	○	○	○	×	×
실시예 4	○	○	○	○	○	○	○	×	×
실시예 5	○	○	×	×	×	×	○	×	×
실시예 6	○	○	×	×	○	○	○	×	×
실시예 7	○	○	○	○	×	×	○	×	×
비교예	×	×	○	○	○	○	○	○	○

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 인산, 질산, 하나 이상의 유기산, 안정제 및 계면활성제를 함유하는 본 발명의 전처리 조성물을 사용하여 소재를 전처리하면, 소재 표면의 산화 피막을 제거하여 주석-납 소재와 도금층과의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 인산 50 내지 500g/ℓ, 질산 50 내지 500g/ℓ, 하나 이상의 유기산 화합물 1 내지 500g/ℓ, 안정제 0.5 내지 50g/ℓ 및 계면활성제 0.005 내지 5g/ℓ를 함유하는, 철-니켈 합금 소재의 도금 전처리 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기산이 황산나트륨, 메탄설폰산, 구연산, 말레산, 사과산, 호박산 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 안정제가 에틸렌디아민, 에틸아민, 니트로아민, 트리에탄올아민, 아크릴아미드, 티오아세트아미드, 폴리이민 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 계면활성제가 나트륨 라우릴설페이트, 트리에탄올아민 라우릴설페이트, 나프탈렌-1-설폰산(알파)나트륨 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항의 조성물에 철-니켈 소재로 이루어진 전자산업분야 장치를 15 내지 40℃의 온도에서 10 내지 60 초 동안 침지시켜 전처리 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 철-니켈 소재로 이루어진 전자산업분야 장치가 Ni 42 %, Fe 56 %, Mn 0.8 %, Si 0.3 %, Ca 0.035 % 및 P 0.025 %를 함유하는 니켈-철 합금으로 이루어진 반도체 리드프레임 패키지인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   릴투릴(reel to reel) 장비 또는 컷스트립(cut-strip) 도금 장비를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.