KR100525224B1 - ＰＣＢ 상에 Ｃｕ, Ｎｉ 및 Ａｕ를 단일 공정으로도금하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 공정 내에서 Cu, Ni 및 Au의 도금을 수행하는 방법에 관한 것이다. 종래에는 Cu 도금 후, 솔더 마스킹을 실시하고, Ni 및 Au를 도금하는 방식을 사용하였으나, 이 경우에 Cu 도금 공정과 Ni 및 Au 도금 공정의 라인 자체가 분리되어, Cu 도금후 일단 공정을 종료하고 그 기판들을 Ni/Au 도금 라인으로 이동시켜 다시 공정을 시작하여야 하는데, 이때 공정 전후에 전처리 및 후처리 작업을 행하여야 하므로 불필요한 작업 및 시간이 소요되었다. 본 발명에 따른 단일 공정으로 Cu, Ni 및 Au 도금을 수행하는 방법에 따르면 공정의 단순화를 통해 종래의 수고 및 시간 소요를 덜 수 있다.

Description

ＰＣＢ 상에 Ｃｕ, Ｎｉ 및 Ａｕ를 단일 공정으로 도금하는 방법{Plating Cu,Ni and Au on PCB in a single process}

본 발명은 인쇄회로기판 제조 공정 중 Cu 도금 및 Ni/Au 도금을 수행하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, Cu 도금 및 Ni/Au 도금의 수행시 Cu 도금 공정 및 Ni/Au 도금 공정을 분리하지 않고, 한 공정 내에서 세 금속의 도금을 수행할 수 있는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명하기 위해, 이러한 공정들 중 본 발명의 배경이 되는 방식들을 설명한다.

이하, 본 발명을 설명하기 위해, 이러한 공정들 중 본 발명의 배경이 되는 기판 제조 방법들을 설명한다.

도1은 종래에 사용되는, 소위 "서브트랙티브(subtractive)" 방식이라 불리는 인쇄회로기판 제조 공정을 개략적으로 나타낸다. "서브트랙티브" 방식란 용어는 일반적으로 에칭에 의한 회로 형성 방법을 가리키지만, 본 명세서에서는 이하의 설명으로 정의되는 공정 방식을 서브트랙티브 공정 방식이라 정의하기로 한다.

(A)는 가공을 시작하기 전의 CCL(동박적층판;Copper Clad Laminate))이다. (11)은 동박층이고, (22)은 절연층이다.

(B)는 이 CCL에 드릴링 가공으로 관통홀(13)을 형성한 것이다. 서브트랙티브 방식에서는 일반적으로 기계적 드릴링(mechanical drilling)이 사용되나, 레이저를 이용한 방식도 사용가능하다.

(C)는 약 0.5-1.5㎛ 두께로 무전해 동도금(14)을 한 것이다.

(D)는 무전해 구리 동도금한 기판에 약 15-25㎛ 두께로 전해 동도금(15)을 실시한 것이다.

전해 동도금에 앞서 무전해 동도금을 실시하는 이유는 절연층 위에서는 전기가 필요한 전해 동도금을 실시할 수 없기 때문이다. 즉, 전해 동도금에 필요한 도전성 막을 형성시켜주기 위해서 그 전처리로서 얇게 무전해 동도금을 하는 것이다. 무전해 동도금은 처리가 어렵고 경제적이지 못한 단점이 있기 때문에, 회로 패턴의 도전성 부분은 전해 동도금으로 형성하는 것이 바람직하다.

(E)는 전해 동도금을 실시한 기판에 드라이 필름(D/F) 및 회로 패턴이 인쇄된 필름(아트워크 필름)을 이용하여 에칭 레지스트 패턴(16)을 형성한 것이다. 이 에칭 레지스트가 덮인 부분에는 에칭이 가해지지 않고, 레지스트가 덮혀있지 않은 부분의 전해동도금층, 무전해 동도금 층 및 CCL의 동박은 에칭에 의해 제거된다.

(F)는 에칭 후에 부식액으로 에칭 레지스트를 제거하여 원하는 회로 패턴이 얻어진 상태의 인쇄회로기판이다.

전술한 과정 중에 PCB 상에 설계된 회로 패턴대로 레지스트 패턴을 형성하는 과정에는 여러 가지 방법이 있으나, 본 발명에서 사용되는 방법은 가장 흔히 사용되는 방법으로서 드라이 필름을 사용하는 방법이다.

드라이 필름은 통상적으로 D/F로 표기하며 커버필름, 포토 레지스트필름 및 마일러(Mylar) 필름의 3층으로 구성된다. 실질적으로 레지스트 역할을 하는 층은 포토 레지스트 필름 층이다.

드라이 필름을 커버필름을 벗겨내면서 PCB 원판에 입히고(이를 lamination이라 한다), 이 위에 회로 배선이 인쇄된 아트워크 필름을 밀착시킨 후 자외선을 조사한다. 이때 아트워크의 패턴이 인쇄된 검은 부분은 자외선이 투과하지 못하고, 인쇄되지 않은 부분은 자외선이 투과하여 아래의 드라이 필름을 경화시키게 된다. 이 기판을 현상액에 담그면 경화되지 않은 드라이 필름 부분이 현상액에 의해 제거되고, 경화된 드라이 필름은 남아서 레지스트 패턴이 형성된다. 현상액으로는 탄산나트륨(1%의 Na₂CO₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃)를 사용한다.

여기에 에칭을 실시하면, 에칭 레지스트 패턴이 형성된 부분에는 에칭이 되지 않고 그 부분의 구리만이 남게 되고, 다시 에칭 레지스트를 제거하면 최종적으로 회로 패턴이 구리로 형성된 인쇄회로기판이 만들어진다. 에칭 레지스트가 D/F인 경우 이를 제거할 때는 박리액을 이용하는데, 보통 NaOH 또는 KOH를 사용하여 박리시킨다.

상술한 바와 같은 공정에 의해 형성된 인쇄회로기판의 홀에 절연 잉크로 플러깅 처리(메움 처리)한 다음, 인쇄회로기판이 마더 보드 상에 장착되어 마더 모드 또는 다른 인쇄회로기판과의 접속성을 높이기 위해 Ni/Au 도금을 실시하게 된다.

도2는 최근에 많이 사용되는 소위 "세미-에디티브(semi-additive)" 방식의 인쇄회로기판 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. "세미-에디티브" 방식이란 용어는 일반적으로 선택적인 도금방식으로 회로를 구현하는 방식을 지칭하지만, 본 명세서에서는 이하의 설명으로 정의되는 공정을 세미-에디티브라 정의하기로 한다.

(A)는 가공되기 전의 기판이다. 세미-에디티브 방식은 얇고 정밀한 처리에 적합한 것으로서, 가공되기 전의 기판도 주로 CCL 대신 폴리이미드 필름을 사용한다. (21)은 동박층이고, (22)는 폴리이미드 필름이다.

(B)는 여기에 레이저 드릴링으로 관통홀(23)을 형성한 것이다. 세미-에디티브 방식에서는 주로 레이저를 사용하여 드릴링하는 드릴링 방식을 사용한다. 도면에는 설명을 위해 홀을 직사각형으로 도시했지만, 실제로 레이저 드릴링을 해한 경우에는, 위쪽에서 레이저를 쏜다고 가정하면, 그 단면이 위쪽이 넓고 아래쪽이 넓은 사다리꼴 모양이 될 것이고, 아래쪽에서 레이저를 쏜다고 가정하면, 그 단면이 아래쪽이 넓고 위쪽이 좁은 사다리꼴 모양이 될 것이다.

(C)는 레이저 드릴링에 의해 홀을 형성한 기판에 0.5-1.5㎛ 두께로 무전해 동도금(24)을 실시한 것이다. 세미-에디티브 방식에서는 무전해 동도금 대신에 스퍼터링(sputtering) 처리를 사용할 수도 있다. 즉, 무전해 동도금 대신에 Cr 스퍼터링에 의해 0.2㎛두께의 Cr 및 0.5㎛ 두께의 Cu를 씌우는 방법도 가능하다.

(D)는 전술한 바와 같은 방법으로, 드라이 필름(D/F) 및 회로 패턴이 인쇄된 필름(아트워크 필름)을 사용하여 도금 레지스트(25)를 형성한 것이다. 도금 레지스트가 형성된 부분에는 도금이 되지 않는다.

(E)는 15-25㎛ 두께로 전해 동도금(26)을 실시한 것이다. 도금 레지스트를 형성한 부분에는 도금이 되지 않으므로, 동도금 막이 형성되지 않고, 나머지 부분에만 도전성의 구리막이 형성된다.

다음으로, 동도금으로 행한 기판에 에칭을 실시하여 동도금이 행해진 이외의 부분들에 적층된 막들을 모두 제거한다. 즉 구리도금 레지스트층, 무전해 동도금(또는 Cr/Cu 처리한 부분) 및 CCL의 동박을 제거하고 원판 CCL의 절연층만을 남긴다.

(F)는 원하는 배선 패턴을 형성된 인쇄회로기판의 단면도이다.

여기에 서브트랙티브 방식과 마찬가지로, 전술한 바와 같은 공정에 의해 형성된 인쇄회로기판의 홀에 절연 잉크로 플러깅처리(메움 처리)한 다음, 솔더 마스킹 처리를 하고, 인쇄회로기판이 마더 보드 상에 장착되어 마더 모드 또는 다른 인쇄회로기판과 접속하는 부분에 접속 성질을 좋게 하기 위해 Ni/Au 도금을 실시하게 된다.

전술한 솔더 마스킹 처리란, 전자부품을 인쇄회로기판 상에 실장할 때 인쇄회로기판의 표면이 녹은 납에 노출되어 원하지 않는 접속(솔더 브릿지;solder bridge)이 생길 수 있는데, 이를 방지하기 위해 부품이 실장될 주변을 제외한 다른 부분을 차폐하는 녹색의 피막을 입히는 공정을 말한다.

솔더 마스킹 처리 후에, 솔더를 입히지 않은(마스킹 하지 않은) 부분, 즉 전자부품이 실장되는 인쇄회로기판 상의 부분에 접촉성을 좋게 하기 위해 Ni/Au 도금을 하게 된다.

도3은 종래 방법에 따른 Cu 및 Ni/Au 도금 과정을 나타낸 흐름도이다. (A)는 Cu 도금 과정이고, (B)는 Ni/Au 도금 과정이다.

전술한 바와 같이 제조공법의 흐름상 서브트랙티브 방식에서는 Cu도금 후 에칭을 하여 회로를 구현하여야 하는 제약이 있는 관계로 Cu도금공정과 Ni/Au도금공정을 단일공정으로 할 수 없다.

Semi-Additive방식에서는 단일화가 가능하긴 하지만 Cu, Ni, Au도금층의 층두께의 합이 도금 레지스터인 D/F 두께보다 작아야 비로소 단일 공정으로 Cu, Ni, Au 연속전해 도금이 가능하다. (예) Cu 도금층 두께 10 ~ 20 ㎛, Ni 층 두께 Min 2.5 ㎛, Au층 두께 0.5 ~ 1.5 ㎛인데 반하여 D/F의 두께 25 ㎛ 으로 단일 공정의 적용이 가능하다. 따라서, 많은 제약이 가해진다.

Cu, Ni, Au 도금층의 두께가 도금레지스터인 D/F보다 두꺼운 경우는 Semi-Additive방식이라고 해도 Cu도금 후 솔더 마스킹 공정 후에 Ni, Au도금을 하여야 한다.

도시된 바와 같이, 두 과정이 완전히 분리되어 서로 다른 라인에서 진행되며, 양 과정의 본 도금 과정 전에는 전처리 과정, 도금 후에는 후처리 과정이 각각 수행되어야 한다.

본 발명은 전술한 방식 중 세미-에디티브 방식을 기반으로 한 것으로서, 전술한 바와 같이, Cu 도금 과정 후 솔더 마스크 과정 등을 수행한 후에 Ni/Au 도금 과정을 수행하는 방법, 즉 Cu 도금 공정 및 Ni/Au 도금 공정이 분리된 방법을 변형하여, Cu 및 Ni/Au의 도금을 한 공정 내에서 수행할 수 있도록 하므로써, 도금 전후에 각각 필요한 산세, 수세 등의 전후처리 과정을 줄이고, 그에 따라 줄어든 공정 관리에 필요한 제조 공정에 드는 시간 및 노고를 감소시키는 것을 목표로 한다.

본 발명에 따른 Cu, Ni 및 Au를 단일 공정으로 도금하는 방법은 도금할 인쇄회로기판에 Cu 도금을 위한 전처리를 하는 단계; Cu를 도금하는 단계; 수세하는 단계; Ni 도금을 위한 전처리를 하는 단계; Ni을 도금하는 단계; 수세하는 단계; Au 도금을 위한 전처리를 하는 단계; Au를 도금하는 단계; Au 이온을 회수 및 수세하는 단계; 및 건조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 Cu, Ni 및 Au를 단일 공정으로 도금하는 방법 중 상기 Cu 도금을 위한 전처리를 하는 단계는 기판을 산세하는 단계; 수세하는 단계; 마이크로 에칭하는 단계; 및 수세하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 Cu, Ni 및 Au를 단일 공정으로 도금하는 방법 중 상기 Ni 도금을 위한 전처리를 하는 단계는, 기판 표면의 산화막을 제거하여 산 분위기를 만드는 단계; 및 수세하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 Cu, Ni 및 Au를 단일 공정으로 도금하는 방법 중 상기 Au 도금을 위한 전처리를 하는 단계는 기판 표면의 산화막을 제거하여 산 분위기를 만드는 단계; 수세하는 단계; 초벌 Au 도금을 하여 Ni층과 Au 도금층의 밀착력을 향상시키는 단계; 및 Au 이온을 회수 및 수세하는 단계를 포함한다.

도4에 본 발명에 따른 Cu, Ni 및 Au를 단일 공정으로 도금하는 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다.

(S401) 내지 (S404)는 Cu 도금을 위한 전처리 공정으로서, 실질적인 도금을 수행하기 전의 기판 표면 세정 및 표면 활성화 단계이다.

산성 용액(황산 50 ~ 80 ml/l)) 및 계면 활성제 성분으로 기판을 세정한다(S401). 이 공정은 기판의 세정과 표면장력을 줄여 웨팅(wetting)력을 증가시켜 도금할 수 있는 분위기를 만드는 공정이다.

다음으로, 수세, 즉 물(일반적으로 Deionized Water사용)로 세정한다(S402). 이 과정은 공정간의 액오염 및 혼입을 방지하는 공정으로 전 공정에서 사용한 약품과 후 공정에서 사용할 약품의 혼입을 방지하기 위해 전 공정약품의 용해성을 근거로 3단/2단의 수세 형태를 취한다.

기판의 표면을 마이크로 에칭 처리한다(S403). 이 과정은 기판의 산화층 제거 및 도금 공정의 성장층과의 밀착력을 향상시키는 공정으로 조도(표면의 거칠기 정도)를 형성하는 역할을 한다. 황산(15 ~ 35 ml/l)과 표면을 미세하게 에칭을 시키는 약품과 같이 사용되며 제품 및 형성하여야 할 Cu 도금층의 두께와 연관하여 표면 거칠기(Ra) 1 이상이면 양호한 수준이다.

다시 수세한다(S404). 본 공정은 전술한 (S402)공정과 같은 목적으로 실시한다.

이후의 산화/환원 반응의 산분위기에서 일어나는 Cu 도금공정의 도금 전처리 공정으로서 기판의 표면을 산성용액(황산 80 ~ 120 ml/l)에 30초 ~ 1분 정도로 담궈서 산화층 제거 및 표면활성화 시켜준다(S405).

실질적인 Cu 도금을 수행한다(S406). 일반적인 전기 도금 방식으로 수행한다. 전류밀도 1.0 ~ 2.0 A/dm^2(여기서, 1m^2 = 100dm^2)의 약전류로 약 1시간 동안 침적시켜 Cu 도금층 두께 10 ~ 20 ㎛을 형성한다.

수세를 행한다(S407). 이 과정 역시 공정간의 오염 및 혼입을 방지하는 공정으로 필요에 따라 3단/2단의 수세 형태를 취한다.

이후의 산화/환원 반응의 산분위기에서 일어나는 Ni 도금 공정의 도금 전처리 공정으로서 기판을 산성 용액(술팜산(Sulfamic Acid) 40 ~ 60 g/l)에 담궈서 산화층 제거 및 표면활성화를 수행한다(S408).

2단 수세를 행한다(S409).본 공정은 전술한 (S402)공정과 같은 목적으로 실시한다.

실질적인 Ni 도금을 수행한다(S410). 일반적인 전기 도금 방식으로 수행한다. 전류밀도 0.5 A/dm^2의 약전류로 약 30분간 침적시켜 Ni 층 두께 Min 2.5 ㎛을 형성한다.

3단 수세를 행한다(S411).본 공정은 전술한 (S402)공정과 같은 목적으로 실시한다.

이후의 Au 초벌 도금의 전처리로서 기판을 산성 용액(황산 80 ~ 120 ml/l) 에 약 1분간 담궈 산화층 제거 및 표면활성화를 수행한다(S412).

2단 수세한다(S413). 본 수세는 음이온 교환 방식의 수지를 이용한 일반적인 금이온 회수수세방식을 이용한다.

Au를 얇게 초벌 도금한다(S401). 이 과정은 Ni와 Au 계면의 밀착력 향상을 위한 것으로 전류밀도 1 A/dm^2로 PH 3.6 ~ 4.0 의 범위에서 약 1분간 실시한다.

이온교환수지를 이용하여 Au이온을 회수하여 수세한다(S415).

약 40 ℃에서 표면 세정(Hot Deionized Water Rinse)한다(S416).

실질적으로 Au를 도금한다(S417). 마찬가지로 전기 도금 방식으로 전류밀도 0.1 ~ 0.2 A/dm^2의 범위에서 약 8분간 침적시켜 Au층 두께 0.5 ~ 1.5 ㎛을 형성한다.

이온교환수지를 이용하여 Au 이온을 회수하여 수세한다(S418).

약 40 ℃에서 표면 세정(Hot Deionized Water Rinse)한다(S419).

열풍 60℃에서 약 13분간 건조한다(S420).

종래 Cu 도금과정과 Ni/Au 도금과정이 분리된 방법에서는 Cu 및 Ni/Au 도금 공정 라인 자체가 분리되어 있었으므로 Cu 도금 후 생산 라인을 바꿔서 다시 한번 전처리 과정을 수행하고 여기에 Ni/Au 도금을 수행하였으나, 본 발명의 방법에 따르면, 도금 전처리 과정이 줄어들고, 공정이 단순해져서 공정 관리가 쉬워지며, 공정의 통합 결과 시간이 절약되는 효과를 가져올 수 있다.

도1은 소위 서브트랙티브(subtractive) 방식이라 불리는 종래의 인쇄회로기판의 제조 방법을 나타낸다.

도2는 소위 세미-에디티브(subtractive) 방식이라 불리는 최근의 인쇄회로기판의 제조 공정을 나타낸다.

도3은 종래 방법에 따른 Cu 및 Ni/Au도금 공정을 나타내는 흐름도이다.

도4는 본 발명의 방법에 따른 Cu, Ni 및 Au 동시 도금 공정을 나타내는 흐름도이다.

Claims (4)

1. 기판의 양면에 도금 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판에 Cu 도금을 위한 전처리를 하는 단계;

   Cu를 도금하여 회로 패턴을 형성하는 단계;

   Ni 도금을 위한 전처리를 하는 단계;

   Ni를 도금하는 단계;

   Au 도금을 위한 전처리를 하는 단계;

   Au를 도금하는 단계; 및

   솔더 레지스트를 도포 및 현상하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-에디티드 법에 기반한 회로패턴을 형성하는 방법에 있어 Cu, Ni 및 Au를 단일공정으로 도금하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 Cu 도금을 위한 전처리를 하는 단계는,

   기판을 산세하는 단계;

   수세하는 단계;

   마이크로 에칭하는 단계; 및

   수세하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-에디티드 법에 기반한 회로패턴을 형성하는 방법에 있어 Cu, Ni 및 Au를 단일공정으로 도금하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 Ni 도금을 위한 전처리를 하는 단계는,

   기판 표면의 산화막을 제거하여 산 분위기를 만드는 단계; 및

   수세하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-에디티드 법에 기반한 회로패턴을 형성하는 방법에 있어 Cu, Ni 및 Au를 단일공정으로 도금하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 Au 도금을 위한 전처리를 하는 단계는,

   기판 표면의 산화막을 제거하여 산 분위기를 만드는 단계;

   수세하는 단계;

   초벌 Au 도금을 하여 Ni층과 Au 도금층의 밀착력을 향상시키는 단계; 및

   Au 이온을 회수 및 수세하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세미-에디티드 법에 기반한 회로패턴을 형성하는 방법에 있어 Cu, Ni 및 Au를 단일공정으로 도금하는 방법.