KR100442519B1

KR100442519B1 - 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 합금 도금액

Info

Publication number: KR100442519B1
Application number: KR10-2002-0019235A
Authority: KR
Inventors: 이병호; 양덕진; 안동기; 이철민; 곽태규; 허성용; 전성욱; 신명철; 전상욱
Original assignee: 삼성전기주식회사; (주)유일재료기술
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2004-07-30
Also published as: TW593784B; CN1477922A; US20030194485A1; CN1245856C; JP3662010B2; JP2003313674A; KR20030080547A; TW200306364A

Abstract

본 발명은 모듈화 인쇄회로기판(modular printed circuit board, 이하 모듈화 PCB)의 부품 실장용 표면처리에 적용되는 금-은 합금용 수성 도금액 조성물에 관한 것으로, 도금액의 중량기준으로 적어도 1개의 설폰산기(-SO₃H)를 갖는 유기산 1∼30 중량%, 착화제 0.1∼20 중량%, 적어도 1개의 -S-를 갖는 티오화합물 0.1∼15 중량%, 수용성 금 화합물 0.05∼5 중량%, 수용성 은 화합물 0.001∼1 중량% 및 금속이온봉쇄제 0.1∼10 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 도금액을 사용할 경우, 모듈화 PCB의 패드부 및 단자부 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킴과 동시에 종래의 모듈화 PCB 제조시 수행되는 연질 무전해 금 도금 및 경질 전해 금 도금의 2중 도금공정을 단일 도금공정으로 대치할 수 있어, 공정의 단순화, 생산성 향상 및 원가절감에 기여할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 본 발명의 도금액은 반도체 실장에 사용되는 모든 모듈화 PCB에 적용 가능하다.

Description

모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 합금 도금액{Alloy Plating Solution for Surface Treatment of Modular PCB}

본 발명은 모듈화 인쇄회로기판(modular printed circuit board, 이하 모듈화 PCB)의 부품 실장용 표면처리에 적용되는 금-은 합금용 도금액 조성물에 관한것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 모듈화 PCB의 패드부 및 단자부 상에 무전해 니켈 도금한 후에 금-은 합금 도금액으로 침지 도금하여 90∼99%의 금 및 1∼10%의 은으로 이루어지는 합금 도금층을 형성시키는 금-은 합금용 도금액 조성물에 관한 것이다.

모듈화 PCB는 기판 상에 회로 패턴, 전자부품을 실장하기 위한 패드부(pad) 및 탈·부착 방식에 의하여 외부 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있도록 형성된 단자부(tab)를 포함하고 있으며, 상기 회로패턴, 패드부 및 단자부는 구리 재질로 이루어지는 것이 전형적이다. 이와 관련하여, 도 1에 스트립 형태의 PCB의 평면사진이 도시되어 있다. 그러나, 외부로 노출된 구리층은 시간의 경과에 따라 산화되어 반도체 및 모듈화 PCB의 실장시 신뢰성을 저하시키므로 이를 방지하기 위한 표면처리로서 패드부(2) 및 단자부(3) 상에 연질 무전해 금도금하고, 단자부(3) 상에만 추가적으로 경질 전해 금도금하는 공정이 필수적으로 행하여지고 있다. 일반적으로, 상기 무전해 금도금 공정은 당업계에서 널리 알려져 있는데, 예를 들면 국내특허공개번호 제2000-53621호는 포토 솔더 레지스트(PSR)를 사용하여 금 도금하고자 하는 구리부위 상에 무전해 니켈층을 형성한 다음, 하나 이상의 수용성 금 화합물, 하나 이상의 유기 전도성 염, 하나 이상의 환원제 및 물을 포함하는 금 침지 도금액을 접촉시켜 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 특개평 7-7243호는 금도금을 하고자 하는 구리 부위 상에 비결정질의 제1 무전해 니켈 피막을 형성시키고, 결정질의 제2 무전해 니켈 피막을 형성한 후에 치환반응을 주반응으로 하는 무전해 금도금 방법을 개시하고 있다. 이외에도, 구리층 상에니켈-금 도금층을 형성하는, 개량된 기술은 미국특허번호 제5,173,130호 및 제5,235,139호에 개시되어 있다.

모듈 PCB에 있어서, 단자부 상에만 추가적으로 경질 전해 금 도금 공정을 수행하는 이유는 다음과 같다.

무전해 니켈 도금층의 형성 후 연질 금 도금층 만을 형성할 경우에는 모듈화 PCB의 패드 및 단자 부위에 대한 용접성은 양호하지만 단자부의 내마모성이 불충분하여 긁힘 등이 발생하기 쉽고 노출된 니켈층이 부식되는 문제점을 안고 있다. 반면, 무전해 니켈 도금층의 형성 후 경질 금 도금층 만을 형성할 경우에는 모듈화 PCB의 패드부 및 단자부의 내마모성은 양호하지만 용접성이 저하되어 솔더 페이스트(solder paste)의 퍼짐성이 나쁘고 실장 시 디웨팅(dewetting) 불량이 발생한다.

이처럼, 모듈화 PCB의 제조에 있어서, 부품이 실장되는 패드부는 전술한 연질 무전해 금 도금층을 형성하여 용접성(solderability)을 부여하고, 탈·부착이 많은 단자부에는 연질 무전해 금 도금층에 추가적으로 경질 전해 금 도금층을 형성시켜 내마모성을 부여하는 것이 일반적이다.

이와 관련하여 도 1에 종래에 알려진, 모듈용 PCB의 개략적인 금 도금 공정의 일 구체예가 구체적으로 도시되어 있다.

먼저, 당업계에서 널리 알려진 방법에 따라 기판(1) 상에 패턴화된 회로(도시되지 않음), 패드부(2) 및 단자부(3)를 형성시킨 후에 금 도금되어야 할 부위(패드부 및 단자부)를 제외한 나머지 부분에 포토 솔더 레지스트층(4)을 형성한다. 그 다음, 패드부 및 단자부 상에 무전해 니켈 도금액을 약 85℃에서 약 20분 동안처리하여 약 3∼6㎛의 두께를 갖는, 인 함량이 약 5∼8%인 니켈 도금층(5)을 형성시킨다.

상기 단계 후에는 니켈 도금층 상에 구연산을 주성분으로 하는 침지 금 도금액을 접촉시켜 약 0.1㎛ 내외의 연질 무전해 금 도금층(6)을 형성한다.

패드부 및 단자부에 대한 연질 금 도금층(6)의 형성 단계가 종료하면, 드라이 필름(또는 포토 레지스트)을 사용하여 패드부를 마스킹하여 추후의 경질 금 도금 단계에서 도금액에 대한 레지스트 역할을 하도록 한다. 그 후, 단자부에 대하여만 약 1㎛ 내외의 경질 전해 금 도금층(7)을 형성하고, 패드부 상의 드라이 필름을 박리시킨다.

그러나, 전술한 종래의 모듈화 PCB 제조공정에 따르면 추가적인 경질 금 도금 단계를 수행하기 위하여 별도의 노광 및 현상, 그리고 드라이 필름의 박리 단계와 같은 다수의 공정이 포함되어야하므로 경제성 및 생산성에 악영향을 주고 있는 실정이다.

상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명자들은 신규의 금-은 합금 도금액을 사용할 경우 모듈화 PCB 상의 패드부 및 단자부에 각각 요구되는 물성을 동시에 부여할 수 있음을 발견하게 된 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 단일 도금 공정에 의하여 모듈화 PCB의 패드부 및 단자부 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킬 수 있는 무전해 금-은 합금 도금액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 모듈화 PCB 제조시 수행되는 연질 무전해 금 도금 및 경질 전해 금도금의 2중 도금공정을 단일 도금공정으로 대치할 수 있어, 공정의 단순화, 생산성 향상 및 원가절감에 기여할 수 있는 무전해 금-은 합금 도금액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 무전해 합금 도금액을 사용하여 모듈화 PCB의 도금방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 면에 따라 제공되는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성(aqueous) 도금액은 도금액의 중량기준으로 적어도 1개의 설폰산기(-SO₃H)를 갖는 유기산 1∼30 중량%, 착화제 0.1∼20 중량%, 적어도 1개의 -S-를 갖는 티오화합물 0.1∼15 중량%, 수용성 금 화합물 0.05∼5 중량%, 수용성 은 화합물 0.001∼1 중량% 및 금속이온봉쇄제 0.1∼10 중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따라 제공되는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법은,

a) 부품실장을 위한 패드부 및 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 모듈화 인쇄회로기판을 제공하는 단계;

b) 상기 인쇄회로기판의 패드부 및 단자부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트층을 형성하는 단계;

c) 상기 패드부 및 단자부 상에 무전해 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및

d) 상기 무전해 수성 도금액을 상기 인쇄회로기판에 접촉시켜 상기 니켈 도금층 상에 금-은 합금 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 스트립 형태의 모듈화 PCB의 구조를 개략적으로 도시하는 평면사진이다.

도 2는 종래의 모듈화 PCB의 도금 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 모듈화 PCB의 도금 공정을 개략적으로 도시하는 도면이다.

*도면부호에 대한 설명*

1, 11 : 기판 2, 12 : 패드부

3, 13 : 단자부 4, 14 : 솔더 레지스트층

5, 15 : 니켈도금층 6 : 연질 금도금층

7 : 경질 금도금층 16 : 금-은 합금 도금층

본 발명은 첨부되는 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 연질 무전해 금도금 및 경질 전해 금도금으로 이루어지는 2중 도금 공정을 단일 도금 공정으로 대치할 수 있는 무전해 수성 금-은 합금 도금액에 관한 것이다. 이처럼, 금 및 은의 공석층으로 얻어진 합금 도금층은 부품실장을 위한 패드부에 요구되는 충분한 용접성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 단자부에 우수한 내마모성을 부여하여 2중 도금의 장점을 동시에 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 무전해 수성 금-은 도금액은 유기산, 착화제, 티오화합물, 수용성 금 화합물, 수용성 은 화합물 및 금속이온봉쇄제를 포함한다. 상기 도금액의 도금 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.

도금에 앞서 모듈화 PCB 상의 패드부 및 단자부 상에 무전해 니켈 도금층의 형성공정이 선행되며, 도금액 내의 유기산이 니켈(Ni)층을 용해시키고 착화제에 의하여 착화된 수용성 금 및 은 화합물이 전위차에 의하여 상기 니켈층 상에 석출되는 원리를 이용한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 유기산은 적어도 1개의 설폰산기(-SO₃H)를 갖는 것으로서, 대표적인 예로는 메탄 설폰산(methane sulfonic acid), 메탄디설폰산(methane disulfonic acid), 설포 살리실산(sulfo salicylic acid), 페놀 설폰산(phenol sulfonic acid), 아미도 설폰산(amido sulfonic acid), 도데실 벤젠 설폰산(dodecyl benzene sulfonic acid) 등이 있으며, 이중에서 1 또는 그 이상이 선택된다. 이러한 유기산은 도금액의 중량 기준으로 약 1∼30 중량%, 바람직하게는 약 3∼10 중량%로 함유된다. 만약, 1 중량% 미만인 경우에는 니켈층을 충분히 용해시킬 수 없기 때문에 금-은 합금 도금층을 형성하기 곤란한 반면, 30 중량%를 초과하는 경우에는 니켈층이 과용해되어 추후의 합금 도금층이 치밀하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 착화제 성분으로는 시안화 나트륨, 시안화 칼륨 등과 같은 알칼리 금속의 시안화물, 알칼리 토금속의 시안화물, 적혈염, 황혈염 등으로부터 1 또는 그 이상 선택될 수 있으며, 도금액의 중량 기준으로 약 0.1∼20 중량%로, 바람직하게는 약 0.1∼15 중량%로 사용된다. 만약, 0.1 중량% 미만인 경우에는 금 및 은 화합물에 대한 착화력이 지나치게 약해지기 때문에 도금층의 금-은 합금비율을 일정하게 유지하기 곤란한 반면, 20 중량%를 초과하는 경우에는 도금액 내에서 안정성을 증대시킬 수 있어 금 및 은 화합물의 농도를 높일 수는 있으나, 묻어나가는 손실이 많아 바람직하지 못하다. 또한, 본 발명의 도금액 중 금 화합물 및 은 화합물 내의 금속 : 착화제의 시안화염(cyanide)의 몰 비는 약 1:1∼1:5의 범위가 가장 이상적이다.

한편, 티오화합물은 금 및 은 화합물이 도금액 내에서 안정한 수용액 상태를이룰 수 있도록 첨가되는 성분으로서, 적어도 1개의 -S-를 갖는다. 상기 성분의 예로서, 티오우레아, 알킬티오우레아, 머켑토 화합물, 티오글리콜산, 소디움티오시아니드, 암모늄티오시아니드 등이 있으며, 이로부터 1 또는 그 이상을 선택하여 사용한다. 상기 티오화합물은 도금액의 중량 기준으로 약 0.1∼15 중량%, 바람직하게는 약 0.5∼5 중량% 범위로 사용한다. 0.1 중량% 미만에서는 수용액의 안정성을 부여하기 곤란하고, 15 중량%를 초과하는 경우에는 자체 용해도로 인하여 석출된다.

금속이온봉쇄제는 용해된 Ni 및 Cu를 묶어두는 킬레이트 역할을 하는 것으로서, 폴리카르복시산(polycarboxylic acid)의 유도체, 아미노 아세트산(amino acetic acid)의 유도체, 니트릴로-트리아세트산(nitrilo-triacetic acid)의 유도체 등이 사용가능하며, 구체적으로는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산(ethylene diamine tetra acetic acid), 디에틸렌 트리아민 펜타-아세트산(diethylene triamine penta-acetic acid), N-히드록시에틸에틸렌 디아민 트리아세트산(N-hydroxyethylethylene diamine triacetic acid), 1,3-디아미노-2-프로판올-N,N,N,N'-테트라아세트산(1.3-diamino-2-propanol-N,N,N,N'-tetra acetic acid), 비스히드록시페닐-에틸렌(bishydroxyphenyl-ethylene), 디아민 디아세트산(diamine diacetic acid), N,N-디(히드록시에틸) 글리신(N,N-di (hydroxyethyl) glicine) 등으로부터 1 또는 그 이상 선택된다. 상기 금속이온봉쇄제의 함량은 도금액의 중량기준으로 약 0.1∼10 중량%이며, 바람직하게는 약 0.5∼5 중량%이다.

수용성 금 화합물로는 시안화금가리, 염화금가리 등이 대표적이며, 이로부터1 또는 그 이상 선택하여 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 수용성 금 화합물은 도금액의 중량기준으로 약 0.05∼5 중량%로 사용되며, 바람직하게는 약 0.1∼1 중량%로 사용된다.

수용성 은 화합물은 질산은, 시안화은, 시안화은가리, 초산은, 탄산은 등으로부터 1 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 수용성 은 화합물의 함량은 도금액의 중량 기준으로 약 0.001∼1 중량%, 바람직하게는 약 0.02∼0.2 중량% 범위이다. 특히, 본 발명에서 요구되는 물성을 얻기 위하여는 금-은 도금층 내의 금 및 은의 함유비가 중요하므로, 수용성 은 화합물 함량이 수용성 금 화합물 함량의 약 3∼8 중량% 범위로 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 도금액의 pH는 약 3∼7, 바람직하게는 약 4∼5이며, 도금 과정에서 요구되는 온도는 약 60∼90℃, 바람직하게는 약 70∼80℃이다.

상기와 같이 제조되는 무전해 수성 금-은 도금액을 사용하여 모듈화 인쇄회로기판 상의 무전해 니켈 도금층 상에 형성된 합금 도금층은 약 90∼99%의 금 및 약 1∼10%의 은으로 이루어진다. 만약, 금의 함량이 상기 범위에 미달하는 경우에는 용접성이 불충분한 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 실장시 솔더퍼짐성으로 인하여 재생성이 곤란한 문제점이 있다.

또한, 그 두께는 약 0.01∼0.25㎛인 것이 전형적이다. 다만, 당업자라면 다양한 공정 조건의 변화를 통하여 상기 범위 미만 또는 초과하는 두께의 도금층 형성 역시 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 본 발명에 있어서, 모듈화 PCB의 제조시 요구되는 금-은 합금 도금층의 형성을 위한 도금 공정은 약 5∼15분 동안 행하여지는 것이 전형적이다.

최적의 금-은 합금도금층을 형성하기 위해서는 도금 공정 중 선택적으로 전처리 과정을 수행할 수 있다. 즉, 먼저 구리 재질의 단자부 및 패드부에 물리적인 연마를 실시하여 표면의 이물질을 제거하고 화학적으로 유기물을 제거한다. 또한, 구리층의 표면을 에칭시킨 후 니켈 도금층의 형성에 앞서서 선택적으로 촉매 역할을 하는 팔라듐(Pd)으로 처리하는 것이 바람직하다.

상기 도금액을 사용하여 모듈화 PCB를 도금하는 방법의 개략적인 공정을 도 2에 도시하였다.

이에 앞서, 기판(11) 상에 일정한 회로 패턴(도시되지 않음), 부품실장을 위한 패드부(12) 및 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부(13)를 형성시키는데, 상기 공정은 당업계에서 널리 알려진 사진식각법(photolithography)에 의하는 것이 전형적이다.

그 다음, 포토 솔더 레지스트(PSR)를 상기 인쇄회로기판(11)에 도포하는데, 상기 솔더 레지스트층(14)은 후술하는 도금과정에서 도금에 대한 레지스트 역할을 한다. 상기 솔더 레지스트층(14)에 드라이 필름을 적용하고, 노광 및 현상 과정을 거쳐 패드부(12) 및 단자부(13) 상의 솔더 레지스트층 부위만을 박리한다.

상기 공정의 완료 후에는 패드부(12) 및 단자부(13)가 외부로 노출되어 그 위에 바람직하게는 무전해 니켈 도금층(15)이 형성된다. 이러한 도전층 상에 무전해 니켈 도금층을 형성하기 위한 구체적인 공정은 전술한 바와 같다.

그 다음, 패드부 및 단자부 상의 니켈 도금층(15)의 손상을 방지하기 위하여 요구되는 금-은 합금 도금층(16)을 형성시키기 위하여 충분한 시간동안 본 발명에 따른 무전해 수성 도금액을 접촉, 침적시킨다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

하기의 실시예에서는 구리재질의 패드부 및 단자부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트층(동화다무라사의 상품명 ST-2 잉크)이 형성된 모듈화 PCB(기판 사이즈 : 340×510㎜, 기판 두께 : 0.80±0.08㎜, 구리층 두께 30∼50㎛)를 50℃에서 3분 동안 산(황산농도 : 160∼200g/ℓ)으로 탈지하고 팔라듐(유일재료기술사의 상품명 cata 1845)을 사용하여 촉매처리한 다음 수세하였으며, 무전해 니켈 도금액(유일재료기술사의 상품명 EN-1845)으로 85℃에서 20분 동안 도금하였다. 이때, 패드부 및 단자부 상의 무전해 니켈층의 두께는 4.7㎛이었다.

상기와 같이, 니켈층이 형성된 모듈화 PCB를 수세한 후에 3% 염산 용액에서 25℃ 및 1분 동안 활성화 처리하였고 다시 수세하였다. 그 후, 다음과 같이 상기 니켈층 상에 금-은 합금도금 공정을 수행하였다.

실시예 1

하기 표 1의 조성을 갖는 수성 합금 도금액을 제조한 다음, 상기 무전해 니켈 도금 처리된 모듈화 PCB를 3% 염산 용액으로 25℃에서 1분 동안 활성화 처리하였다. 그 후, 도금액의 온도를 60℃, 70℃ 및 80℃로 각각 변화시키면서 도금액에 10분 동안 침적하여 도금하였다. 이때, 도금액은 무교반하였으며, pH는 4.5이었다.

도금액 조성

성분	함량
메탄설폰산	30g/ℓ
시안화나트륨	10g/ℓ
티오우레아	10g/ℓ
질산은	0.25g/ℓ
시안화금가리	5g/ℓ
니트릴로 아세트산	3g/ℓ

상기 도금공정 후에 수세하였고, 80℃에서 15분 동안 건조시켜, 하기와 같은 조건 및 방법으로 용접성 및 내마모성을 측정하였다.

- 용접성

솔더 페이스트 크기(solder paste size) : 0.04㎜(평균 입자 size)로 패드부를 인쇄하였다.

리플로우 조건 : 160℃∼190℃∼245℃∼90℃(속도 : 1.0m/min)

평가방법

용접성을 확인하기 위하여 Sn : Pb의 비율이 63 : 37인 솔더페이스트 재질을 이용하여 패드부에 올려놓은 후, 상기의 리플로우 조건으로 열을 가하면 솔더페이스트의 용융점이 183℃이므로 패드부에 있는 솔더페이스트가 열에 의해서 용융되어 패드부에 퍼지게 된다. 이러한 솔더페이스트의 퍼짐 정도로 용접성을 평가할 수 있는데 많이 퍼지면 퍼질수록 용접성이 우수하다.

평가기준

용접성(리플로우 후) : 최초의 솔더 페이스트(solder paste) 입자크기의 3배이상(즉, 0.12㎜이상)이면 용접성에 이상이 없는 것으로 판단한다.

- 내마모성

클립 테스트(clip test) : 모듈 PCB의 단자부를 클립을 사용하여 100회에 걸쳐 탈·부착을 반복하여 합금 도금층 하부에 형성된 니켈층이 출현하는지 여부를 전자현미경을 사용하여 관찰하였다.

상기 패드부의 용접성 및 단자부의 내마모성에 대한 테스트 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

온도	60℃	70℃	80℃	비고
금 및 은의 합금 비율	94:6	94:6	94:6
솔더 퍼짐성(㎜)	0.138	0.135	0.131
내마모성(clip)	이상없음	이상없음	이상없음	100회

실시예 2

하기 표 3의 조성을 갖는 수성 합금 도금액을 제조한 다음, 상기 무전해 니켈 도금 처리된 모듈화 PCB를 3% 염산 용액으로 25℃에서 1분 동안 활성화 처리하였다. 그 후, 도금액의 온도를 80℃에서 도금시간을 5분, 10분 및 15분으로 각각 변화시키면서 도금공정을 수행하였다. 이때, 도금액은 무교반하였으며, pH는 4.5이었다.

도금액 조성

성분	함량
메탄설폰산	50g/ℓ
시안화가리	10g/ℓ
티오글리콜산	10g/ℓ
질산은	0.25g/ℓ
시안화금가리	5g/ℓ
니트릴로 아세트산	3g/ℓ

그 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 후처리한 후에 용접성 및 내마모성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

시간	5분	10분	15분	비고
금 및 은의 합금 비율	92:8	92:8	92:8
솔더 퍼짐성(㎜)	0.126	0.125	0.122
내마모성(clip)	이상없음	이상없음	이상없음	100회

실시예 3

하기 표 5의 조성을 갖는 수성 합금 도금액을 제조한 다음, 상기 무전해 니켈 도금 처리된 모듈화 PCB를 3% 염산 용액으로 25℃에서 1분 동안 활성화 처리하였다. 그 후, 도금액의 온도를 80℃로 조절하여 10분 동안 도금처리하였다. 이때, 교반조건을 0.1m/s, 0.2m/s 및 0.3m/s으로 각각 변화시키면서 도금공정을 수행하였다.

도금액 조성

성분	함량
메탄설폰산	40g/ℓ
시안화가리	6g/ℓ
메틸티오우레아	1.5g/ℓ
시안화은	0.1g/ℓ
시안화금가리	2.5g/ℓ
DTPA-5Na	3g/ℓ

그 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 후처리한 후에 용접성 및 내마모성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

교반	0.1m/s	0.2m/s	0.3m/s	비고
금 및 은의 합금 비율	96:4	96:4	96:4
솔더 퍼짐성(㎜)	0.149	0.146	0.145
내마모성(clip)	이상없음	이상없음	이상없음	100회

실시예 4

실시예 1에서 사용된 모듈화 PCB 상에 무전해 니켈 도금액(유일재료기술사의 상품명 EN-1845)을 사용하여 85℃에서 20분 동안 패드부 및 단자부를 도금하였다. 이때, 패드부 및 단자부 상의 무전해 니켈층의 두께는 4.7㎛이었다. 그 다음, 실시예 3에서 제조된 도금액을 사용하여 상기 니켈 도금층 상에 80℃에서 10분 동안 합금 도금을 실시하였다. 상기와 같이 도금처리된 모듈화 PCB에 대한 신뢰성은 본 발명의 출원인인 삼성전기 주식회사의 PCB 표면처리상의 신뢰성 평가 기준에 의하여 평가되었다.

- 도금 두께 측정

금-은 합금도금된 제품이 거래선에서 요구하는 두께를 갖고 있는지 여부를 확인하기 위하여 도금 두께 측정기(CMI사의 상품명 CMI 900)를 사용하여 니켈도금층의 두께, 금-은 합금 도금층의 두께를 측정함.

- 유공도(porosity) 테스트

질산에 도금 처리된 모듈화 PCB를 침적시켜 육안 상으로 금-은 합금도금의 조직이 부식되어 기공이 발생되는지 여부를 확인함.

- 내열성 테스트

리플로우를 이용하여 하기 표 7에 기재된 온도조건으로 3회 통과시킨 다음금-은 합금도금의 열에 의한 표면 색상변화여부 및 접착 테이프를 이용하여 니켈 도금층과 금-은 합금 도금층의 분리 여부를 확인함.

- 용접성 테스트

하기 표 7에 기재된 2가지 조건으로 처리하여 패드부에 용융된 솔더를 침적시킨 후에 패드부 면적의 95% 이상에 걸쳐 솔더가 퍼지는지 여부를 확인함.

- 밀착성 테스트

리플로우를 이용하여 하기 표 7에 기재된 온도조건으로 3회 통과시킨 다음 알루미늄 와이어로 패드부에 솔더를 사용하여 용접한 후 일정한 힘으로 당겼을 때 니켈 도금층과 금-은 합금 도금층이 분리되는지 여부 및 솔더와 금-은 합금도금층이 분리되는지 여부를 확인함.

테스트 항목	규격	테스트 내용	테스트결과
금-은도금층및 Ni층의두께	Au-Ag층 : Min. 0.05㎛Ni층 : Min. 2.00㎛	X-ray 두께측정기를 사용하여 측정(CMI사의 CMI 900)	○
유공도	금-은 합금 도금층의 산화 및 박리성이 없을 것.	HNO₃12%를 사용하여 15분 동안 침적	○
내열성	테이프 벗김 테스트(tape peel test) 후 금-은 합금 도금층의 변색 또는 떨어짐이 없을 것.	IR-리플로우 연속 3회 통과 후 테이프 벗김 테스트.speed : 240 rpm온도 : 220℃, 240℃, 270℃, 230℃	○
용접성	조건 1	95% 이상의 젖음성	230℃ 솔더에 3 sec, 1 cycle 침적	○
용접성	조건 2	95% 이상의 젖음성	끓는 물에 1시간 동안 가습한 후, 230℃ 솔더에 3 sec, 1 cycle 침적	○
밀착성	구리층과 에폭시 계면이 박리되어야 함	IR-리플로우 연속 3회 통과 후 알루미늄 와이어를 당김	○

○ : 테스트 결과 규격을 충족시킴을 의미함.

상기 테스트 결과에 비추어, 본 발명의 실시예에 따른 합금 도금층이 전술한 항목과 관련하여 요구되는 물성을 모두 충족시킴을 알 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 모듈화 PCB의 패드부 및 단자부 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킴과 동시에 종래의 모듈화 PCB 제조시 수행되는 연질 무전해 금 도금 및 경질 전해 금 도금의 2중 도금공정을 단일 도금공정으로 대치할 수 있어, 공정의 단순화, 생산성 향상 및 원가절감에 기여할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 본 발명의 도금액은 반도체 실장에 사용되는 모든 모듈화 PCB에 적용 가능하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims

도금액의 중량기준으로, 적어도 1개의 설폰산기(-SO₃H)를 갖는 유기산 1∼30 중량%, 착화제 0.1∼20 중량%, 적어도 1개의 -S-를 갖는 티오화합물 0.1∼15 중량%, 수용성 금 화합물 0.05∼5 중량%, 수용성 은 화합물 0.001∼1 중량% 및 금속이온봉쇄제 0.1∼10 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성(aqueous) 도금액.
제1항에 있어서, 상기 도금액이 도금액의 중량 기준으로 적어도 1개의 설폰산기(-SO₃H)를 갖는 유기산 3∼10 중량%, 착화제 0.1∼15 중량%, 적어도 1개의 -S-를 갖는 티오화합물 0.5∼5 중량%, 수용성 금 화합물 0.1∼1 중량%, 수용성 은 화합물 0.02∼0.2 중량% 및 금속이온봉쇄제 0.5∼5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 유기산이 메탄 설폰산(methane sulfonic acid), 메탄디설폰산(methane disulfonic acid), 설포 살리실산(sulfo salicylic acid), 페놀 설폰산(phenol sulfonic acid), 아미도 설폰산(amido sulfonic acid) 및 도데실 벤젠 설폰산(dodecyl benzene sulfonic acid)으로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 착화제가 알칼리 금속의 시안화물, 알칼리토금속의 시안화물, 적혈염 및 황혈염으로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 티오 화합물이 티오우레아, 알킬티오우레아, 머켑토 화합물, 티오글리콜산, 소디움티오시아니드 및 암모늄티오시아니드로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 수용성 금 화합물은 시안화금가리 및 염화금가리로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 수용성 은 화합물은 질산은, 시안화은, 시안화은가리, 초산은 및 탄산은으로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 금속이온봉쇄제는 폴리카르복시산(polycarboxylic acid)의 유도체, 아미노 아세트산(amino acetic acid)의 유도체 또는 니트릴로-트리아세트산(nitrilo-triacetic acid)의 유도체인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제8항에 있어서, 상기 금속이온봉쇄제는 에틸렌 디아민 테트라 아세트산(ethylene diamine tetra acetic acid), 디에틸렌 트리아민 펜타-아세트산(diethylene triamine penta-acetic acid), N-히드록시에틸에틸렌 디아민 트리아세트산(N-hydroxyethylethylene diamine triacetic acid), 1,3-디아미노-2-프로판올-N,N,N,N'-테트라아세트산(1.3-diamino-2-propanol-N,N,N,N'-tetra acetic acid), 비스히드록시페닐-에틸렌(bishydroxyphenyl-ethylene), 디아민 디아세트산(diamine diacetic acid) 및 N,N-디(히드록시에틸) 글리신(N,N-di (hydroxyethyl) glicine)으로 이루어진 군으로부터 1 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 수용성 은 화합물 함량이 상기 수용성 금 화합물 함량의 3∼8 중량%인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 도금액 내에서 상기 금 화합물 및 은 화합물 내의 금속 : 착화제의 시안화염의 몰 비가 1:1∼1:5의 범위인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
제1항에 있어서, 상기 도금액의 pH가 3∼7인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 표면처리용 무전해 수성 도금액.
a) 부품실장을 위한 패드부 및 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 모듈화 인쇄회로기판을 제공하는 단계;

b) 상기 인쇄회로기판의 패드부 및 단자부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트층을 형성하는 단계;

c) 상기 패드부 및 단자부 상에 무전해 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및

d) 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 무전해 수성 도금액을 상기 인쇄회로기판에 접촉시켜 상기 니켈 도금층 상에 금-은 합금 도금층을 형성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법.
제13항에 있어서, 상기 금-은 합금 도금층이 90∼99%의 금 및 1∼10%의 은으로 이루어진 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법.
제13항에 있어서, 상기 금-은 합금 도금층의 두께가 0.01∼0.25㎛인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법.
제13항 있어서, 상기 d) 단계가 5∼15분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법.
제13항에 있어서, 상기 d) 단계의 무전해 수성 도금액의 온도가 60∼90℃인 것을 특징으로 하는 모듈화 인쇄회로기판의 도금방법.