KR100386761B1 - 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법 - Google Patents
도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법 Download PDFInfo
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Abstract
Sn-Bi 도금 외, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn 등의 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금 도금에 적합한 도금 장치를 제공한다.
도금조(1) 내에 설치된 애노드(anode) 전극(2)과, 캐소드(cathode) 전극이 되는 피도금물(3)과, 도금액(4)으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금의 도금 장치에 있어서, 상기 도금조(1) 내에 캐소드 전극이 되는 더미 캐소드(5)를 설치하여, 상기 피도금물(3)에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 상기 더미 캐소드(5)에 소정 전압을 인가시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
Description
발명에 속하는 기술 분야
본 발명은 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법에 관한 것이다.
종래 기술
종래부터, 도금 장치는 애노드(양극)와, 캐소드(음극)와, 도금액으로 구성된다. 애노드는 전해를 걸기 위한 전극임과 동시에, 도금 금속의 공급원으로, Sn-Pb의 합금판이나 합금 볼을 바스켓이나 백에 넣은 것을 사용하고, 예를 들면, 반도체의 리드 프레임을 선처리로서 표면 활성화하여, 이 리드 프레임을 캐소드로 한다. 이 리드 프레임을 유기산이나 첨가제로 이루어지는 도금액에 침지하여, 애노드와 캐소드 사이에 전압을 걸어서, Sn이나 Pb 이온(모두 양이온)이 애노드로부터 이온화하여, 도금액 속에 녹기 시작한다. 한편, 캐소드에서는 액체 중의 Sn 이온이나 Pb 이온이 전자를 받아들임으로써, 상기 피도금물인 리드 프레임의 표면에 합금 피막을 형성한다. 그리고, 상기 장치에서는, 이하와 같은 결점이 있었다.
(1) Sn-Pb 이외의 Sn계 합금 도금에서는, 이온화 경향(금속 원소 고유 값)의 차이로부터 치환 석출이 발생하여, 도금 품질(습윤성/도금 밀착성)을 저하시킨다. 즉, 피도금물을 도금액에 투입할 때, 피도금물에 소정 전압이 인가되어 있지 않기 때문에, 피도금물 투입과 동시에, 피도금물 표면에 특정 금속 원소가 치환 석출하여 막을 형성하거나, 혹은, 도금 피막 형성 도중이나 형성 후라도 무전해 상태가 되면, 역시 치환 석출 피막이 형성된다. 이들은 본래 의도한 합금 도금 피막과 달리, 모재와의 밀착성이나 땜납 습윤성을 열화시킨다. 또, 치환 석출에 의해 액체 중의 금속 비율이나 석출 조성을 안정시킬 수 없다는 문제도 있다. 도금 중, 즉, 통전 중은 외부 전위에 의해 금속 이온의 동작을 제어할 수 있지만, 제품이나 애노드가 액체 중에 침지하고 있으며, 또한, 무통전 경우에, 치환 석출 발생이 일어나기 쉽다. 이렇게, 피도금물(제품)이나 애노드에 통전하지 않는 시간이 존재하면, 치환 석출 발생이 일어나기 쉽다는 결점이 있었다. 특히, 랙식 도금 장치에서는, 랙 자체 중량에 의한 컨택트 때문에, 랙(lack)이 다 하강하기 시작하여 통전이 개시되도록 되어 있기 때문에, 랙식 도금 장치에서는 상기 문제 해결이 기대되었었다.
또, 랙리스(lack-less) 방식의 도금 장치에서도, 트러블 등의 원인으로, 통전이 정지한 경우, 동일한 문제가 생겼었다.
(2) 종래의 장치에서는, 항상 애노드가 도금액 중에 침지한 채로 있다. 이 때문에, 애노드에 치환 석출한 경우, 정기적으로 제거 작업이 필요해지지만, 무거운 애노드를 들어 올려 석출물을 제거하는 작업은 작업성이 나쁠 뿐만 아니라, 위험했다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 결점을 개량하고, 특히, Sn-Bi 도금 외에, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn 등의 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금 도금에 적합한 신규 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법을 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 기본적으로는 이하에 기재된 바와 같은 기술 구성을 채용하는 것이다.
즉, 본 발명에 관련되는 도금 장치의 제 1 양태는, 도금조 내에 설치된 애노드 전극과, 캐소드 전극이 되는 피도금물과, 도금액으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금 도금 장치에 있어서,
상기 도금조 내에 캐소드 전극이 되는 더미 캐소드를 설치하고, 상기 피도금물에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 상기 더미 캐소드에 소정 전압을 인가시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 2 양태는, 상기 더미 캐소드는 상기 애노드 전극과 피도금물 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 3 양태는, 상기 더미 캐소드는 상기 애노드 전극을 끼고 상기 피도금물과 반대측에 설치한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 4 양태는, 상기 더미 캐소드에는 상기 피도금물의 전해 시, 전압을 인가하도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 5 양태는, 상기 더미 캐소드에는 상기 피도금물 전해 시, 전압을 인가하지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 6 양태는, 상기 애노드 전극을 무전해 시, 상기 도금액으로부터 끌어 올리기 위한 애노드 전극의 인상 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 제 7 양태는, 예비조를 설치하여, 무전해 시, 상기 도금조 내의 도금액을 상기 예비조로 옮기도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련되는 도금 장치의 치환 석출 방지 방법의 양태는, 도금조 내에 설치된 애노드 전극과, 캐소드 전극이 되는 피도금물과, 도금액으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금의 도금 장치의 치환 석출 방지 방법에 있어서,
상기 도금조 내에 음극이 되는 더미 캐소드를 설치하여, 상기 피도금물에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 상기 더미 캐소드에 소정 전압을 인가함으로써, 피도금물 표면으로의 치환 석출을 방지시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
발명 실시의 형태
본 발명에 관련되는 도금 장치는, 도금조 내에 설치된 애노드 전극과, 캐소드 전극이 되는 피도금물과, 도금액으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금 도금 장치에 있어서,
상기 도금조 내에 캐소드 전극이 되는 더미 캐소드를 설치하고, 상기 피도금물에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 상기 더미 캐소드에 소정 전압을 인가시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 상기 애노드 전극을, 무전해 시, 상기 도금액으로부터 끌어올리기 위한 애노드 전극의 인상 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 것이며,
또, 예비조를 설치하여, 무전해 시, 상기 도금조 내의 도금액을 상기 예비조로 옮기도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 관련되는 도금 장치의 제 1 구체예의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 제 1 구체예의 다른 구성을 도시하는 도면.
도 3은 제 1의 구체예의 다른 구성을 도시하는 도면.
도 4는 제 2의 구체예의 구성을 도시하는 도면.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
1: 도금 조 2: 애노드 전극
3: 피도금물 4: 도금액
5: 더미 캐소드 11: 전원
12: 애노드 전극의 인상 수단
14, 15: 연결 파이프 SW1, SW2: 스위치
P1, P2: 펌프
실시예
이하에, 본 발명에 관련되는 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법의 구체예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
(제 1 구체예)
도 1 내지 도 3은 본 발명에 관련되는 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법의 제 1 구체예의 구조를 도시하는 도면으로, 이들 도면에는,
도금조(1) 내에 설치된 애노드 전극(2)과, 캐소드 전극이 되는 피도금물(3)과, 도금액(4)으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금의 도금 장치에 있어서,
상기 도금조(1) 내에 캐소드 전극이 되는 더미 캐소드(5)를 설치하여, 상기 피도금물(3)에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 상기 더미 캐소드(5)에 소정 전압을 인가시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되며,
또, 상기 더미 캐소드(5)는 상기 애노드 전극(2)과 피도금물(3) 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되며,
또, 상기 더미 캐소드(5)에는 상기 피도금물(3)의 전해 시, 전압을 인가하 도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되며,
또, 상기 더미 캐소드(5)에는 상기 피도금물(3)의 전해 시, 전압을 인가하지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되며,
더욱이, 상기 애노드 전극(2)을 무전해 시, 상기 도금액(4)으로부터 끌어올리기 위한 애노드 전극의 인상 수단(12)을 설치한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되어 있다.
또한, 상기 더미 캐소드(5)는 상기 애노드 전극(2)을 사이에 두고 상기 피도금물(3)과 반대측에 설치하도록 구성해도 된다.
또, 상기 더미 캐소드(5)의 재질로서는, 사용하는 도금액의 산에 용해하기 힘든 도체일 필요가 있다. 구체적으로는, 스테인리스나 Pt 표면 처리의 Cu 판 등을 사용한다. 형상은 막대 형상으로, 각 애노드 백에 대응하여 배치한다.
이하에, 제 1 구체예를 더욱 상세히 설명한다.
또한, 이하의 설명에서는, Sn-Bi 도금의 경우에 대해서 설명한다.
Sn-Bi 도금에서는, 도금액 중에 Sn 이온과 Bi 이온이 존재하지만, 이온화 경향이 Sn쪽이 크기 때문에, Bi가 치환 석출하는 경향이 있다.
그런데, 도금 공정에서는, 작업 개시 시 또는 종료 시, 또는 로트(lot)(작업 단위)들간에서 제품(피도금물)이 도금액 중에 존재하지 않는 시간이 가능하다. 또, 전후 공정에서의 트러블에 의해, 제품이 도금액 중에 존재해도, 전압을 걸 수 없는 시간이 발생한다. 이 경우, 액체 중 Bi 이온이 애노드 표면이나 제품 표면에 형성된 도금 피막의 Sn으로부터 전자를 빼앗아, 표면에 치환 석출하려고 한다. 이 때, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 애노드(2)와 더미 캐소드(5) 사이에 전원(11)으로 소정 전압을 거는 것으로, Bi 이온의 치환 석출을 억제할 수 있다.
이 경우, 상기 피도금물(3)의 전해 개시 전에, 도 1b와 같이, 더미 캐소드(5)와 애노드(2) 사이에 소정 전압을 걸어, 상기 도금물(3)의 전해 시에, 도 1a와 같이, 캐소드(3)와 애노드(2) 사이에 소정 전압을 걸어, 피도금물(3)로의 도금을 행한다.
또, 상기 피도금물(3)의 전해 개시 전에, 도 2b와 같이, 더미 캐소드(5)와 애노드(2) 사이에 소정 전압을 걸고, 상기 피도금물(3)의 전해 시에, 도 2a와 같이, 캐소드(3) 및 더미 캐소드(5)와 애노드(2) 사이에 소정 전압을 걸어, 피도금물(3)로의 도금을 행하도록 구성해도 된다.
상기 스위치(SW1, SW2) 제어는 시퀀서(도시하고 있지 않다)로 제어한다.
상기 더미 캐소드(5)에 항상 통전함으로써, 치환 석출을 억제하는 것이 가능해졌지만, 야간 등 장시간 가동 중지 시간 중에도 통전을 계속하는 것은 비용이나 관리면 등에서 문제가 된다. 이 때문에, 일정 시간 이상의 불가동 시간에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 애노드(2)를 도금액(4)으로부터 끌어올려 물로 씻어냄으로써, 치환 석출을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 이러한 대책을 강구해도 Bi의 치환 석출을 완전히 억제하지 못할 경우, 애노드(2) 표면을 문지르는 등의 물리적인 방법으로, 애노드 표면의 석출 피막을 제거할 수 있기 때문에, 보수 등의 작업이 간단해진다.
또한, 랙식 도금 장치의 전해 디버링, 전해 연마, 도금 등의 각 전해 처리조에서는, 침지 전에서 침지 후까지 항상 전압을 걸어, 제품이 무전해 상태가 되는 것을 막는다. 이 때, 침지 면적의 영향을 받지 않는 정전압 제어가 최적이다.
또, 상기한 바와 같이, 더미 캐소드(5)를 애노드 전극(2)과 피도금물(3) 사이에 설치하고, 더욱이, 더미 캐소드(5)를 피도금물(3) 근방에 설치한 경우, 치환 석출 대책과 동시에 전류 이탈(피도금물(3) 에지부로의 과도 전류 집중을 막음) 효과가 얻어진다.
또, 더미 캐소드(5)는 애노드 전극(2)을 사이에 두고 피도금물(3)과 반대측에 설치하도록 구성해도 된다. 이렇게 구성하면, 더미 캐소드(5) 위치의 자유도나 사이즈의 자유도가 향상한다. 또, 제품으로의 영향을 줄일 수 있는 등의 효과가 얻어진다.
본 발명은 상기 Sn-Bi 도금 외에, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn 등의 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금 도금에 적합하다.
(제 2 구체예)
도 4는 본 발명에 관련되는 도금 장치의 제 2 구체예 구조를 도시하는 도면으로, 도 4에는 예비조(13)를 설치하여, 무전해 시, 상기 도금조(1) 내의 도금액(4)을 상기 예비조(13)로 옮기도록 구성한 것을 특징으로 하는 도금 장치가 도시되어 있다.
도 4에 있어서, P1은 도금조(1) 내의 도금액을 예비조(13)로 옮기기 위해, 도금조(1)와 예비조(13)를 연결하는 파이프(14)에 설치한 펌프, P2는 예비조(13) 내의 도금액을 도금조(1)로 옮기기 위해, 도금조(1)와 예비조(13)를 연결하는 파이프(15)에 설치한 펌프이다.
이렇게 구성함으로써, 도 3에 도시한 애노드 전극(2)을 도금액(4)으로부터 끌어올린 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관련되는 도금 장치와 그 치환 석출 방지 방법은 상술한 바와 같이 구성했기 때문에, 무전해 시의 피도금물이나 애노드 전극 표면에 석출하는 치환 석출을 방지할 수 있어, 도금 품질을 향상시킬 수 있다.
Claims (8)
- 도금조 내에 설치된 애노드(anode) 전극과, 캐소드(cathode) 전극이 되는 피도금물과, 도금액으로 이루어지며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금의 도금 장치에 있어서,상기 도금조 내의 캐소드 전극이 되는 더미 캐소드와,공통 전원에 상기 더미 캐소드 및 상기 피도금물을 선택적으로 접속하기 위한 수단을 포함하며,상기 피도금물에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 더미 캐소드에 소정 전압을 인가시키도록 구성한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 더미 캐소드는 상기 애노드 전극과 상기 피도금물간에 설치한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 더미 캐소드는 상기 피도금물에 대하여 상기 애노드 전극의 반대측에 위치해 있는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 더미 캐소드에는 상기 피도금물의 전해 시, 전압을 인가하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 더미 캐소드에는 상기 피도금물의 전해 시, 전압을 인가하지 않도록 구성한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드 전극을 무전해 시, 상기 도금액으로부터 끌어올리기 위한 상기 애노드 전극의 인상 수단을 설치한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 예비조를 설치하고, 무전해 시, 상기 도금조 내의 도금액을 상기 예비조로 옮기도록 구성한 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
- 도금조 내에 설치된 애노드 전극과, 캐소드 전극이 되는 피도금물과, 도금액과, 캐소드로 되는 더미 캐소드를 구비하며, 이온화 경향이 다른 2종류 이상의 금속 원소로 이루어지는 합금의 도금 장치의 치환 석출 방지 방법에 있어서,상기 피도금물의 표면에서의 치환 석출을 방지하기 위해, 상기 도금물과 상기 더미 캐소드에 공통 전압으로부터의 전압을 선택적으로 스위칭하는 단계를 포함하며,상기 스위칭 단계는, 상기 피도금물에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 더미 캐소드에 소정의 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 도금 장치의 치환 석출 방지 방법.
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