KR100688766B1 - 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법 - Google Patents

초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법에 관한 것으로, 이산화탄소의 초임계 조건하에서 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 동도금하는 것에 특징이 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 초임계 유체를 사용하여 동도금함으로써, 미세 결정구조의 구현이 가능하고, 2차적 오염으로 인한 변형구조가 발생하지 않기 때문에 전기적 신호의 손실을 줄일 수 있으며, 높은 밀착력에 기인하여 박리 과정에서 발생하는 불량을 견재할 수 있다.
또한, 초임계 유체는 기체 상태와 같은 확산성을 갖는 유체이므로 고속 도금이 가능하며 도금 두께층을 박막화시킬 수 있을 뿐 아니라, 미세회로 부분의 도금이 가능하여 제품의 경박단소화가 가능하다.
아울러, 이산화탄소를 이용한 초임계 유체를 사용하기 때문에 재생이 가능하며 환경부하 저하 효과를 기대할 수 있고, 또한 전해질 양을 기본방법 보다 절반 이하로 줄여 비용절감 측면도 고려할 수 있다.
초임계 유체, 이산화탄소, 인쇄회로기판, 동도금

Description

초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법 {Method for copper plating on printed circuit board using supercritical fluid}
도 1은 종래기술에 따른 인쇄회로기판의 동도금 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래기술에 따른 인쇄회로기판의 무전해 화학 동도금 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에서 초임계 유체로 사용되는 이산화탄소의 밀도 변화에 따른 상변화 및 용해 능력을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 동도금하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 무전해 동도금하기 위한 반응조 내의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 수직형으로 전해 동도금하기 위한 반응조 내의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 수평형으로 전해 동도금하기 위한 반응조 내의 구성을 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
21 : 기판 22 : (-) SUS 롤러
23 : (+) SUS 판 24 : AM10 롤러
25 : 플러스 바 26 : 노즐
27 : 공기주입라인
41 : 이산화탄소 저장조 42 : 냉각조
43 : 냉각부 44 : 펌프
45 : 조절계 46 : 반응기
47 : 퍼니스 48: 정류계
51 : 반응조 52 : 기판
53 : 정류계 54 : 교반장치
61 : 반응조 62 : 기판
63 : 구리전극 64 : 정류계
65 : 교반장치
71 : 반응조 72 : 기판
73 : 구리전극 74 : 정류계
75 : 교반장치
본 발명은 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 초임계 유체를 이용하여 초임계 상태에서 도금층을 형성함으로써 결정구조를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 도금시 발생하는 2차적 오염을 방지하여 내식성을 향상시키며, 우수한 밀착성 및 경도를 나타내어 신뢰성 향상에 기여할 수 있는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법에 관한 것이다.
최근 들어, 고밀도, 고속화, 소형화에 대한 강력한 요구에 따라, 시스템의 집적화(system in packaging)까지 대응 가능한 새로운 고집적 기판(packaging substrate)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 이러한 요구에 부합하기 위하여 미세 회로 구현 또한 주요 연구 대상으로 부각되고 있다.
미세회로 구현을 위해서는 다양한 방법이 제시되고 있으며, 고다층, 고속화에 대응하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 미세회로를 형성하고 난 후에 신뢰성에 대한 검증이 재현되어야 최종 안정된 상태에서 제품 양산이 가능하기 때문에 그 중요성이 더욱 부각되고 있다.
기존에 미세회로 구현에 많이 적용하고 있는 세미-애더티브(semi-additive) 공법은 무전해 도금에 의한 시드 층(seed layer)으로 전해동을 쌓아 미세회로를 구현하고 있다. 또한, 최근에는 향후 미세회로 양산에 대비하여 기존의 시드 층인 무전해 도금 대신에 플라즈마에 의한 표면개질과 이를 스퍼터링에 의해 표면의 시드 층을 형성시키는 방법 또한 검토되고 있다.
이와 관련하여, 종래기술에 따른 인쇄회로기판의 동도금과정을 도 1∼2를 참 조하여 설명하면 다음과 같다.
종래기술에 따른 인쇄회로기판의 동도금 과정은 도 1에 나타낸 바와 같이, 개략적으로 (1) 크리닝 & 컨디셔닝 → (2) 소프트에칭 → (3) 프리 딥 → (4) 촉매 활성화 처리 → (5) 환원 → (6) 무전해 화학 동도금 → (7) 산처리 → (8) 전기 동도금 → (9) 방청, 수세, 건조 등의 공정을 거쳐 수행된다.
여기서, (1) 크리닝 & 컨디셔닝 과정에서는 기판에 잔존할 수 있는 유기물을 제거하여 습윤성을 좋게 하고, 계면활성제를 사용하여 표면장력을 낮춤으로써 수용성 약품이 홀 표면에 잘 묻도록 돕는다. 또한, 유리섬유의 (-)극성을 제거하여 (+)극 또는 무극성으로 전환시키며, 특히 콜로이드 형태의 촉매를 사용하는 경우 유리섬유에 촉매가 용이하게 부착되도록 조건을 부여한다.
(2) 소프트-에칭 과정에서는 기판 표면을 약 1㎛ 정도 에칭함으로써 이물질을 제거하여 동박면과 도금 구리간의 밀착력을 향상시키는데, 일반적으로 황산과 과산화수소 또는 황산과 과황산을 사용하여 수행된다.
(3) 프리-딥 과정에서는 Cu 표면의 얇은 산화막을 제거하여 촉매로 Cu 이온의 유입을 방지함으로써 촉매제를 보호하며, 촉매약품에 따라 목적 및 약품이 달라진다. 예를 들어, 콜로이드(Sn-Pd 타입) 촉매를 사용하는 경우에는 pH 1 이하에서 안정하므로 물의 유입으로도 불안정해진다. 따라서, 촉매 전 pH가 조정된 약품으로 처리하여 기판에 묻어 들어가는 수용액의 액성을 관리하여, 즉 액성이 강산으로 관리되어 촉매제의 급격한 pH 변화를 방지한다. 한편, Pd 착화합물을 사용하는 경우에는 산화구리가 존재하면 흡착이 안되므로 황산으로 pH를 4 미만으로 유지시키 고, 계면활성제를 소량 사용하여 촉매의 부착성을 향상시킨다.
(4) 촉매를 이용한 활성화 처리 과정에서는 수지 상의 화학동 석출반응을 활성화시키기 위하여 필요한 촉매로 절연층에 촉매제를 흡착시키는데, 촉매제로서 Pd-Sn 콜로이드(산성) 또는 Pd 이온 착화합물(알카리: 9.5≤pH≤10.5)을 사용한다. 이 과정에서 Pd 이온을 부착시키는데, 이를 후속 공정인 환원 과정에서 금속으로 환원시킨다.
(5) 환원 과정에서는 실제 촉매로 작용하는 Pd 금속을 얻어내기 위한 공정으로서, Pd-Sn 콜로이드를 사용하는 경우에는 과량의 Sn을 용해 제거하여 Sn2+가 산화되면서 Pd2+가 환원되어 금속 Pd가 노출되고, Pd 착화합물을 사용하는 경우에는 Pd(2+)가 환원되어 금속석출된다.
(6) 무전해 화학 동도금 과정에서는 하기 반응식 1에 따른 화학반응을 통하여 홀 속에 부착된 Pd 금속 위에서 동 석출반응이 활성화되어 동도금된다.
Cu(2+) + 2HCHO + 4OH(-) --> Cu(0) + 2HCOO(-) + H2 + 2H2O
화학동 석출반응은 Pd 촉매에 의해 반응이 촉진되어 시작되는데, 이때 반응으로 생성된 수소기체에 의해 반응이 더욱 활성화되어 자기촉매반응이라 불리기도 한다.
상기 무전해 화학 동도금의 통상적인 공정과정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 전기부여 과정이 진행되는데, 기판(21)에 도금액이 닿자마자 반응이 시작되지는 못하기 때문에 도금이 사작되기까지 정체 시간을 줄이기 위해 (-) SUS(steel use stainless: 스테인레스 강) 롤러(22) 및 (+) SUS 판(23)을 통해서 전기를 부여함으로써 각 기판(21)마다 도금을 활성화한다.
다음으로, 촉매반응 억제 과정이 진행되는데, 화학동 초입부분으로 Pd의 유입에 기인하여 약품의 과 활성화가 발생할 수 있고, 상술한 전기부여과정을 통해서 기판(21)내 도금정체 시간은 최소화되나 약품이 활성화되기 때문에, 예를 들어, AM10 롤러(24)를 통해서 촉매반응을 억제한다.
한편, 이 과정에서 공기주입라인(27)을 통해서 공기가 주입되어 구리의 석출이 억제되고, 또한 플러드 바(25)를 이용하여 비중 증가를 억제한다.
상기 무전해 화학 동도금의 궁극적인 목적은 드릴가공된 홀수지벽에 도전막을 형성하여 홀내의 전기동도금을 할 수 있도록 만드는 것이다. 일반적으로 무전해 화학 동도금은 대략 0.2∼1.2㎛의 두께를 가지며, 이후 전해 동도금으로 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 두께를 얻는 바, 이러한 모든 도금과정은 일반 대기 상태에서 진행되며 기판(21)은 수욕조 내에서 이동하게 된다.
(7) 산처리 과정에서는 화학동을 통과한 기판을 산으로 중화시켜 전기 동도금과 동일한 액성을 띠도록 한다.
(8) 전기 동도금 과정에서는 일반적으로 그 기본 액조성을 Cu(2+); 도금액의 전도도를 향상시키기 위한 H2SO4; 도금의 촉진제 역할을 하며, 용해성 애노드의 경우 블랙 필름 형성에 도움을 주는 Cl(-); 도금 성장을 촉진시키기 위한 광택제; 및 도금성장 억제하기 위한 평활제 등으로 구성하여 전해 동도금을 수행한다.
상기 전기 동도금의 경우, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 동볼이 아노드로 산화반응이 일어난다.
Cu(0) --> Cu(2+) + 2e
이러한 통상의 전기 동도금공정 중 사용되는 스프레이는 기판과 가까이 있어 약품순환이 양호하고 고른 전류 분포를 가지며, 약의 흐름을 기판부위에서 아노드로 유도하여 슬러지의 유입을 방지할 뿐 아니라, 이런 흐름은 차폐판과 격막사이에 틈이 있음으로 인해 보장될 수 있다. 그러나, 상기 전기도금 역시 대기중에서 도금이 진행되어 2차적 오염이 발생하는 단점이 있다.
(9) 방청 과정은 선택사항으로, 도금된 동 표면의 산화를 방지하기 위한 공정이다. 마지막으로 건조 과정은 통상적으로 150±20℃의 온도에서 30분∼1시간 동안 수행되는 것이 전형적이다.
그러나, 상술한 종래기술에 따른 인쇄회로기판의 동도금방법을 이용하여 미세회로를 형성하는 경우, 밀착성이 좋지 못하여 오픈이 발생할 수 있으며, 내식성이 낮아 저항을 상승시키는 단점이 있다. 또한, 도금되는 Cu의 결정구조가 크기 때문에 기대했던 패턴보다 큰 형태의 패턴을 형성시켜 미세-단락 등의 발생율이 높 은 문제점이 있다.
한편, 초임계 유체(Supercritical fluid)는 임계 온도와 임계 압력 이상에서 존재하고 있는 유체로 정의되며, 일반 용매에서는 나타나지 않는 특성을 갖고 있다. 일반 용매의 경우 분자의 종류와 분자간 거리에 따라 물성이 결정되며 비압축성에 의해 물성의 변화를 기대하기 어려운 반면, 초임계 유체의 경우 이상기체의 희박한 상태와 같은 저밀도 상태에서부터 액체 밀도와 같은 고밀도 상태까지 변화시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 높은 용해 능력과 빠른 물질 및 열 이동, 저 점도, 높은 침투성 등의 장점을 이용하여 기존의 반응 및 분해, 추출, 증류, 결정화, 흡수, 흡착, 건조, 세정 등의 공정에서 응용이 가능하고, 저 효율, 저 품질, 환경오염 등의 문제 해결을 위한 새로운 기술로 주목받고 있다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 거듭한 결과, 초임계 유체를 인쇄회로기판의 동도금 과정에 적용함으로써 기존 도금 과정의 단점인 환경부하 문제 및 기술적 측면에서의 박막 도금의 한계성, 내구성과 치밀성 저하 문제 등을 극복할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 초임계 상태에서 동도금층을 형성함으로써 석출되는 구리의 결정구조를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 도금 시 발생하는 2차적 오염을 방지하여 내식성을 높이고, 또한 밀착성과 경도를 향상시켜 고신뢰성을 구현할 수 있는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동도금방법은:
인쇄회로기판의 동도금방법에 있어서,
구리염을 포함하는 동도금 전해질 용액에 인쇄회로기판을 접촉시켜 동도금하되, 이산화탄소의 초임계 조건하에서 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 동도금하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이산화탄소의 초임계 조건이 80∼160atm의 압력 및 30∼70℃의 온도이다.
또한, 상기 방법은 상기 동도금 전해질 용액에 인쇄회로기판을 접촉시켜 동도금하기 전에, 이산화탄소의 초임계 상태에서 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 인쇄회로기판을 전처리하는 단계를 더욱 포함한다.
상기 동도금방법은 전해 또는 무전해로 수행될 수 있으며, 상기 무전해 동도금의 경우, 도금반응의 가속화를 위하여 전해질 용액에 전류를 흘려주는 단계를 더욱 포함하여 수행될 수 있다.
한편, 상기 이산화탄소 및 전해질 용액은 도금 후 회수하여 재사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 초임계 유체를 인쇄회로기판의 동도금 과정에 적용함으로써 석출되는 구리의 결정구조를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 도금시 발생하는 2차 오염을 방지하여 내식성을 향상시키고, 우수한 밀착성 및 경도를 부여하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법이 제공된다.
도 3에 본 발명에서 초임계 유체로 사용되는 이산화탄소의 밀도 변화에 따른 기체(GAS), 초임계 유체(SCF), 액체(LIQUID) 및 고체(SOLID)로의 상변화 및 용해 능력을 도시하였는 바, 이를 참조하여 초임계 유체의 일반적인 특성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
모든 물질에는 아무리 많은 압력이 가해져도 더 이상 액체로서 남아 있을 수 없는 온도 한계가 있고, 또한 마찬가지로 아무리 온도를 높여도 기체로 존재할 수 없는 압력 한계가 있는데, 이러한 온도나 압력을 각각 초임계 온도 및 초임계 압력이라 부르고 이는 순수한 물질의 상-다이아그램 상의 경계가 된다.
또한, 이렇게 액체와 기체의 중간적인 성격을 지닌 물질을 초임계 용액(Supercritical Fluid)이라 한다. 이러한 초임계 용액은 액상이 가지는 용해 능력과 가스상이 가지는 확산성을 동시에 지니고 있어서(도 3의 A 참조), 추출 시스템의 용매나 크로마토그라피에 있어서 유동상(Mobile Phase)으로서 아주 이상적이다.
또한, 초임계 용액은 고온, 고압에서, 특히 고압일수록 더 큰 용해 능력을 지니는 압력 의존적인 용해 능력을 지니고 있고, 이러한 특성은 정제, 추출, 분별 그리고 다양한 재료의 재결정화 등에 응용될 수 있다.
압력 의존적인 초임계 용매의 용해 능력은 CO2의 임계 압력보다 낮은 압력에서는 거의 0에 가까운 용해 능력을 보이지만, 압력이 올라갈수록 용해 능력이 급격히 상승한다(일정 압력까지는 급격히 증가하지만 일정압력 이후에는 다시 감소함). 이와 같은 용해 형태는 초임계 용액에 녹는 화합물에 있어 매우 보편적인 것으로, 이러한 용해 능력을 바탕으로 분리와 정제 공정 등에서 추출용매 등으로 초임계 용액이 사용되고 있다.
한편, 용매의 물성은 분자의 종류와 분자사이의 거리에 따라 결정되는 분자간 상호작용에 따라 결정된다. 따라서, 액체 용매는 비 압축성이기 때문에 분자간 거리는 거의 변화하지 않아 단일 용매로서는 커다란 물성의 변화를 기대하기 어렵다. 이에 비해 초임계 유체는 밀도를 이상기체에 가까운 희박상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고 밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 유체의 평형 물성(용해도 등), 전달 물성(점도, 확산계수, 열전도도 등) 뿐만 아니라 용매화 및 분자 응집(clustering) 상태를 조절할 수 있다. 따라서, 이러한 물성 조절의 용이성을 반응과 분리 등의 공정에 이용하면 단일 용매로 여러 종류의 액체용매에 상응하는 용매 특성을 얻을 수 있다. 즉, 압력과 온도를 변화시킴으로써 물성을 원하는 상태로 조율할 수 있다.
또한, 상온에서 기체상태인 물질을 초임계 유체로 선정하는 경우에는 잔존 용매의 문제를 해결할 수 있으며, 이산화탄소와 같이 인체에 무해하고 환경오염에 미치는 영향이 적은 용매를 사용하게 되면 무독성, 환경친화성 공정개발이 가능하 다. 특히, 초임계 유체에서는 밀도 변화와 용매 분자의 집단화로 인하여 독특한 성질을 띠게된다. 용질 주위의 국부 밀도(local density)는 일괄 밀도 (bulk density)보다 훨씬 높다고 한다(도 3의 B 참조). 즉, 용매 주위의 분자 수는 임계 압력 주위에서 상당히 변화한다고 알려져 있다. 따라서, 초임계 유체는 임계점 부근에서의 물성이 적은 온도변화에도 크게 변화하기 때문에 에너지 절약공정으로의 개발도 이루어지고 있다.
열역학적 관점에서 볼 때 어떤 유체의 온도가 충분히 높아서 분자의 병진하는 운동에너지(kinetic energy of translation)가 분자 사이의 당기는 최대 위치에너지(maximum potential energy of attraction) 보다도 큰 경우에는 액체와 같은 분자간의 응집상태가 불가능하게 된다. 운동에너지와 최대 위치에너지가 같게 되는 때의 온도를 임계온도(critical temperature)라고 하며, 유체가 이 온도보다 높을 경우에는 아무리 압력을 가해도 분자간의 응집상태가 될 수 없기 때문에 단일 성분으로는 액체상태가 될 수 없다.
따라서, 만약에 어떤 분자를 임계온도 보다 높은 온도에 밀폐된 용기에 넣어두고 내부의 압력을 상승시켜 초임계 압력 이상으로 올리면 분자의 응집상태가 액체의 밀도와 비슷하게 되며 특이한 물성을 나타내게 된다.
본 발명에서는 이와 같은 특성을 갖는 초임계 유체, 특히 초임계 이산화탄소를 인쇄회로기판의 동도금 공정에 적용함으로써 기존 도금공정의 단점인 환경부하문제, 박막 도금의 한계성, 내구성과 치밀성 저하 문제 등을 해결하고자 한다.
도 4에 본 발명에서 사용되는 초임계 동도금 장치의 일 구체예를 나타내었 다.
도 4를 참조하면, 도금장치는 일반적으로 간단하게 이산화탄소 저장조(41)에서 나온 이산화탄소의 온도를 낮춰 액체 형태로 만들어 반응기(46)에 주입시키기 위한 냉각조(42)를 포함하는 냉각부(43), 고압펌프(44) 및 각 부위의 온도 조절을 위한 조절계(45)와, 반응기(46)와 반응기 내부의 온도를 조절하기 위한 퍼니스(47) 및 정류계(48)로 구성되어 있다.
통상적으로 상기 저장조(41)에서 나온 이산화탄소는 냉각조(42)에서 액화된 다음, 고압 펌프(44)를 통해 도금 반응기(46)에 공급된다. 이산화탄소가 주입되기 전 반응기(46)의 온도는 이미 적정 온도로 유지되어야 하며, 반응기(46) 내부에 일정량의 구리염을 포함하는 동도금 전해질 용액과 피도금될 기판을 위치시킨다.
이러한 초임계 동도금 장치를 이용하여 동도금을 수행함에 있어서 고려해야 할 조건들은 압력, 온도, 반응시간, 교반 정도 등이 있다. 특히, 본 발명의 도금방법에 적용되는 이산화탄소가 초임계 상태로 존재하는 조건은 압력 80∼160atm 및 온도 30∼70℃ 범위인 것이 효율 대비 경제적인 면에서나 요구 물성 충족면에서 특히 바람직하다.
한편, 무전해 도금에 있어서 동도금액 중의 구리 농도는 약 20∼55㎖/L이고, 전해 도금에서는 동볼을 이용하여 농도 조절을 하는데 구리 농도는 15∼50g/L인 것이 바람직한 바, 통상의 동도금공정에서 사용되는 양에 비해 보다 소량을 사용하고도 그 이상의 효과를 얻을 수 있어 경제적인 동시에 효율적으로 동도금을 수행할 수 있다. 또한, 도금액과 초임계 유체와의 원활한 분산 및 도금의 뭉침을 방지하 기 위하여 비이온성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 일례로서 다음과 같은 화합물을 들 수 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112004057842239-pat00001
RO[(EO)m/(PO)n]H
본 발명의 동도금방법에 따르면, 상기 반응기(46) 내부에 일정량의 구리염을 포함하는 동도금 전해질 용액을 투입하여 동도금을 수행하기 전에, 먼저 피도금될 기판을 위치시키고 이산화탄소의 초임계 상태에서 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 전처리함으로써 밀착력 향상을 위하여 통상적으로 수행되는 3단 수세 등의 전처리 단계를 생략하여 공정을 단순화할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 동도금방법은 전해 또는 무전해로 수행될 수 있는 바, 이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 그 바람직한 구체예를 들어 설명한다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 무전해 화학 동도금하기 위한 반응조 내의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 반응조(51)는 초임계 유체와 동도금 전해질 용액으로 채워 져 있고, 그 내부에 피도금될 기판(52)이 위치되어 있으며 교반장치(54)가 설치되어 있다. 한편, 화학 동도금은 직접적인 전류를 인가하지는 않지만 도금진행 속도를 빠르게 하기 위하여 선택적으로 정류계(53)를 설치하여 용액에 전류를 흘려줌으로써 이온화 속도를 바꿀 수 있다.
이러한 초임계 유체를 이용한 동도금의 경우, 일반 도금공정의 조건보다 높은 압력과 온도 및 대류 현상을 이용함으로써 기존에 사용하던 전처리 조건 등을 없앨 수 있으며, 전처리 조건이 없는 도금 상황에서도 기존의 도금속도 보다 향상된 속도로 도금이 가능하다. 또한, 초임계 유체 내에서 도금된 결정은 일반도금에서 생성된 결정보다 작고 고압의 반응조 내에서 도금을 진행하기 때문에 2차 오염을 배제시킬 수 있어 기존보다 더 얇게 도금층을 형성시키더라도 그 이상의 효과와 밀착력을 기대할 수 있다.
한편, 동도금에 사용된 전해질 용액이나 초임계 유체로 사용했던 이산화탄소는 회수가 가능하므로 재사용할 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 방법에 따라 초임계 유체를 이용하여 인쇄회로기판을 수직형 및 수평형으로 전해 동도금하기 위한 반응조 내의 구성을 나타낸 도면이다.
초임계 전해 동도금 장치의 반응조(61, 71)에는 초임계 유체와 동도금 전해질 용액이 채워져 있고, 각각 피도금될 기판(62, 72), 구리전극(63, 73), 정류계(64, 74) 및 교반장치(65, 75)가 위치되어 있는 바, 사용자의 편의나 공정에 따라 수직 도금(도 6 참조)과 수평 도금(도 7 참조) 어느 형태로든 사용이 가능하다.
도금의 형태에 미치는 영향인자로는 초임계 유체를 형성하는 압력, 온도, 전해질액의 농도, 인가 전류와 반응시간 등이며, 전해질 액의 농도와 인가 전류가 일정할 경우에는 단순히 압력과 온도만을 변화시킴으로써 원하는 결정구조와 두께를 변화시킬 수 있어 단순 조작으로 여러 효과를 기대할 수 있다.
또한, 이러한 초임계 유체를 이용한 동도금의 경우, 일반 도금공정의 조건보다 높은 압력과 온도 및 대류 현상을 이용함으로써 기존에 사용하던 전처리 조건 등을 없앨 수 있으며, 전처리 조건이 없는 도금 상황에서도 기존의 도금속도 보다 향상된 속도로 도금이 가능하다. 또한, 초임계 유체 내에서 도금된 결정은 일반도금에서 생성된 결정보다 작고, 고압의 반응조 내에서 도금을 진행하기 때문에 2차 오염을 배제시킬 수 있어 기존보다 더 얇게 도금층을 형성시키더라도 그 이상의 효과와 밀착력을 기대할 수 있다.
또한, 초임계 반응기(61, 71)에서 전해질 용액을 제거할 경우, 인쇄회로기판의 빠른 속도의 세정과 건조 효과도 기대할 수 있어 부가적 공정을 생략할 수 있다.
한편, 동도금에 사용된 전해질 용액이나 초임계 유체로 사용했던 이산화탄소는 회수가 가능하므로 재사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법은 제품의 경박단소화에 따른 초경박기판(ultra thin board)의 제작이 가능하며, 전해, 무전해 도금에 모두 적용가능하다. 또한, 미세 결정구조와 2차적 오염으로 인한 변형구조가 발생하지 않기 때문에 전기적 신호의 손실을 줄일 수 있으 며, 높은 밀착력으로 박리 과정에서 발생하는 불량을 견재할 수 있다.
뿐만 아니라, 초임계 유체는 기체 상태와 같은 확산성을 갖는 유체이므로 고속 도금이 가능하며 도금 두께층을 박막화시킬 수 있다. 아울러, 미세회로 부분의 도금이 가능하고, CO2를 이용한 초임계 유체를 사용하기 때문에 재생이 가능하며 환경부하 저하 효과를 기대할 수 있다. 동시에 전해질 양을 기존의 방법 보다 절반 수준 이하로 줄여 비용절감 측면도 고려할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 도금방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법은 다음과 같은 개선 효과를 갖는다.
1) 도금 속도 향상으로 인한 부가적 효과가 기대됨.
2) 도금 결정 구조가 미세해지며, 초임계 유체를 형성하는 온도와 압력조절 만으로도 결정형태와 두께, 도금 속도를 쉽게 변화시킬 수 있어 박막 도금이 용이하며, 도금 밀착성 향상과 높은 경도를 얻을 수 있음.
3) 미세회로 형성에 더 큰 효과를 기대할 수 있음.
4) 고압과 상온보다 높은 온도 및 초임계 유체의 확산 특성을 이용한 도금 방법으로 도금액의 침투성이 높아지므로 도금의 신뢰성을 향상시킬 수 있음.
5) 기존 화학 동도금 등에서 사용하던 도금액의 침투력을 높이기 위한 단계를 생략할 수 있어 공정이 단순화됨.
6) 동도금 전해질 용액 없이 기판을 노출시켰을 경우 초임계 유체가 갖고 있는 특성에 기인하여 세정 및 건조의 2차 효과를 가짐.
7) 기 사용한 초임계 이산화탄소와 도금액을 회수하고 재사용할 수 있으므로 환경 친화적인 공정임.
8) 기존에 사용했던 도금액보다 약 절반 정도 적은 도금액을 사용하고도 그 이상의 효과를 얻을 수 있어 원가가 절감됨.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (6)

  1. 인쇄회로기판의 동도금방법에 있어서,
    구리염을 포함하는 동도금 전해질 용액에 인쇄회로기판을 접촉시켜 동도금하되, 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 80∼160atm의 압력 및 30∼70℃의 온도하에서 동도금하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 동도금 전해질 용액에 인쇄회로기판을 접촉시켜 동도금하기 전에, 이산화탄소의 초임계 상태에서 이산화탄소 용매를 초임계 유체로 사용하여 인쇄회로기판을 전처리하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동도금방법은 전해 또는 무전해로 수행되는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 무전해 동도금은 도금반응의 가속화를 위하여 전해질 용액에 전류를 흘려주는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 및 전해질 용액은 도금 후 회수하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 인쇄회로기판의 동도금방법.
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