KR101058635B1 - 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물을 이용하여 수직성장 구조를 갖는 니켈 도금층을 형성함으로써, 연성인쇄회로기판의 패드부 및 외부접속부에 각각 요구되는 도금 특성을 동시에 충족시킬 수 있는 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
패드부, 커넥터부, 단자부, 니켈 도금, 수직성장

Description

무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법{electroless nickel solution composition, flexible printed circuit board and manufacturing method of the same}
본 발명은 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 수직성장유도제를 이용하여 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층을 형성함으로써, 연성인쇄회로기판의 패드부 및 외부접속부에 각각 요구되는 도금 특성을 동시에 충족시킬 수 있는 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
연성인쇄회로기판은 기판상에 회로패턴, 전자부품을 실장하기 위한 패드부 및 외부디바이스와 전기적으로 접속하기 위한 외부접속부를 포함한다. 여기서, 상기 외부접속부는 단자부 및 커넥터를 포함할 수 있다. 상기 단자부는 외부디바이스, 예컨데 액정패널과 ACF 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 커넥터는 탈부착 방식에 의해 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 회로 패턴, 패드부 및 외부접속부는 일반적으로 구리 재질로 이루어질 수 있다. 상기 구리 재질은 외부에 노출될 경우 쉽게 산화될 수 있다. 이로 인해, 산화된 패드부상에 전자부품을 실장할 경우, 전자제품의 신뢰성을 저하시키고 패드부와 전자부품간의 접촉 저항을 크게 하여 접점 불량을 야기시킬 수 있다. 이를 방지하기 위한 표면처리로서 패드부에 일반 무전해니켈-치환금도금을 하고, 외부접속부상에만 추가적으로 다이렉트(direct) 금도금을 수행한다.
일반적으로 상기 무전해니켈-치환금도금 공정은 당 업계에서 널리 알려져 있는데, 예를 들면 국내 특허공개번호 제2000-53621호는 포토솔더레지스트(PSR)를 사용하여 금도금하고자 하는 구리 노출 부위에 무전해 니켈상을 형성한 후, 하나 이상의 수용성 금 화합물, 하나 이상의 전도성 염, 하나 이상의 환원제 및 물을 포함하는 도금액을 이용하는 인쇄회로기판을 제조하는 방법을 제시하고 있다. 또한, 국내 특허공개번호 제2003-0080547호에서는 무전해 니켈도금 후, 금-은 합금도금액을 이용하여 금(Au) 및 은(Ag)으로 이루어진 합금도금층을 제공하는 방법을 제시하고 있다.　 또한, 일본 특개평 7-7243호는 금도금하고자 하는 구리 부위 상에 비정질의 제1무전해 니켈 피막을 형성시키고, 결정질의 제2무전해 니켈 피막을 형성한 후에 치환 반응을 주반응으로 하는 무전해 금도금 방법을 제시하고 있다.　 이외에도 구리층 상에 니켈-금도금층을 형성하는 개량된 기술은 미국특허번호 제5,235,139호 및 제6,733,823호에 제시되어 있다.
이와 같이, 연성인쇄회로기판에 있어서 패드부 상에는 일반 무전해니켈-치환금도금을 수행하고, 외부접속부부위에는 다이렉트 금도금 공정을 수행하는 이유는 다음과 같다.
일반 디바이스, chip 등이 실장되는 패드부는 일반 무전해니켈-치환금도금을 하여 용접성을 양호하게 하지만 외부접속부 부위에 일반 무전해니켈 도금을 할 경우, 무전해니켈의 취성(embrittlement)때문에 균열(crack)을 발생하게 된다. 특히, 상기 외부접속부가 단자부일 경우, 액정패널이 ACF bonding 으로 실장되는 동안 상기 단자부는 360°의 굽힘(bending)이 생기기 때문에 crack 에 대한 문제가 있다. 또한, 상기 외부접속부가 커넥터일 경우도 상기 커넥터 삽입 시 또는 커넥터 체결 후 굽힘(bending)이 생기거나 체결 부위의 압흔으로 인한 균열이 발생할 수 있다. 이로써, 외부접속부에만 균열(crack)을 방지하기 위하여 니켈이 없는 금도금(direct 금도금)의 도금 공정을 수행한다. 또한, 패드부에 direct 금도금을 적용하지 않는 이유는 금도금만 할 경우, 전자부품의 실장시 툼스톤(tombstone)현상 발생 및 구리의 표면 확산으로 인한 마이크로보이드(microvoid)의 형성, 침 전단(chip shear)값의 저하로 인하여 신뢰성 있는 용접성을 부여할 수 없다. 여기서, tombstone 현상은 칩 부품의 한쪽 끝이 솔더링되지 않은 채로 결합되는 솔더링 결함을 의미한다.
이처럼 인쇄회로기판의 제조에 있어서 부품이 실장되는 패드부는 전술한 일반 무전해니켈-치환금도금을 하여 용접성(solderability)을 부여하고, ACF bonding 시 굴곡성이 요구되는 단자부 및 탈부착이 이루어지는 커넥터 부위는 추가적으로 direct 금도금층을 형성시켜 굴곡성 및 내균열성을 부여할 수 있어, 전자제품의 신뢰성 및 불량률을 줄일 수 있다.
그러나, 상기 패드부와 상기 외부접속부에 각각 서로 다른 표면처리, 즉 무전해니켈도금 및 다이렉트 (direct) 금도금의 2중 도금 공정공정을 수행해야 하므로, 연성인쇄회로기판의 제조공정이 더욱 복잡해질 수 있어, 이로 인한 경제성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 수직성장유도제를 이용하여 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층을 형성함으로써, 연성인쇄회로기판의 패드부 및 외부접속부에 각각 요구되는 물성을 동시에 충족시킬 수 있는 무전해 니켈 도금액 조성물, 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 무전해 니켈 도금 조성물을 제공한다. 상기 무전해 니켈 도금 조성물은 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함한다.
여기서, 상기 수직 성장 유도제는 비스무스 이온을 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수직 성장 유도제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 함량을 기준으로 0.001 내지 1 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 수직 성장 보조제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수직 성장 보조제는 탈륨 이온, 철 이온 및 구리 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 니켈 화합물은 황산니켈 및 염화니켈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용성 니켈 화합물의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 1 내지 10 중량%을 가질 수 있다.
또한, 상기 환원제는 차아인산, 차 아인산 칼륨, 히드라진 및 차아인산소다로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 1 내지 10 중량%을 가질 수 있다.
또한, 상기 착화제는 젖산 (lactic acid), 글리코릭산 (glycolic acid) 및 사과산 (malic acid) 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 착화제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 1 내지 10 중량%일 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 조성물은 금속 이온 봉쇄제, 유기산 및 그의 알칼리 금속염, 단당류, 계면활성제 및 안정제 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 금속 이온 봉쇄제는 폴리카르복시산(polycarboxylic acid)의 유도체, 아미노아세트산(amino acetic acid)의 유도체 및 니트릴로-트리아세트산(nitrilo-triacetic acid)의 유도체로부터 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 이온 봉쇄제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 0.01 내지 1 중량%을 가질 수 있다.
또한, 상기 유기산 및 상기 유기산의 알칼리금속염은 아세트산(acetic acid), 아세트산나트륨(sodium acetate), 프로피온산(propionic acid), 프로피온산나트륨 (sodium propionate), 수산(formic acid), 수산나트륨(sodium formate), 수산칼륨(potassium formate), 아디픽산(adipic acid), 아디프산나트륨(sodium adipate), 호박산(succinic acid), 호박산나트륨(sodium succinate) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기산 및 상기 유기산의 알칼리 금속염의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 0.1 내지 10 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 단당류는 포도당(glucose), 과당(fructose) 및 갈락토오스(galactose)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함
또한, 상기 단당류의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 0.1 내지 10 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르계 유도체일 수 있다.
또한, 상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 오레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether), 폴 리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르(polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민 에테르(polyoxyethylene laurylamine ether) 및 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민 에테르(polyoxyethylene stearylamine ether)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 계면활성제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 0.01 내지 10 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 안정제는 티오화합물일 수 있다.
또한, 상기 안정제는 티오우레아(thiourea), 알킬티오우레아(alkyl thiourea), 머캡토(mercapto) 화합물, 티아졸(tyazole) 화합물, 티오황산소다(sodium thiosulfate), 티오시안산나트륨(sodium thiocyanate), 티오시안산칼륨(potassium thiocyanate), 티오글리콜산(thio glycolic acid) 및 티오디글리콜산(thio diglycolic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 안정제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액의 전체 조성물을 기준으로 0.0001 내지 0.1 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 pH 범위는 4 내지 6을 가질 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면은 연성인쇄회로기판을 제공한다. 상기 연성인쇄회로기판은 회로 패턴이 형성된 기판; 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 전자부품이 실장되는 패드부; 및 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 외부 디바이스와 전기적으로 연결되는 외부접속부를 포함하며,
상기 패드부상에 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물로부터 형성된 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 니켈 도금층은 상기 외부접속부상에 더 형성되어 있다.
또한, 상기 외부접속부는 단자부 및 커넥터부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층은 90 내지 94중량%의 조성 범위를 갖는 니켈과 6 내지 10중량%의 조성범위를 갖는 인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층은 1 내지 5㎛의 두께 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층상에 배치된 금도금층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금도금층은 0.05 내지 0.1㎛의 두께 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 유기산 및 그의 알칼리 금속염, 안정제, 계면활성제, 단당류 및 금속이온봉쇄제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수직성장유도제는 비스무스 이온을 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 탈륨 이온, 철 이온 및 구리 이온 으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 수직성장보조제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 패드부와 외부접속부를 노출하며 상기 기판상에 배치된 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 연성인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조 방법은 회로패턴, 상기 회로패턴과 전기적으로 연결된 패드부, 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 외부 디바이스와 전기적으로 연결되기 위한 외부 접속부를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 및 상기 패드부상에 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물로부터 형성된 니켈 도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 니켈 도금층은 상기 외부접속부상에 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층 상에 금도금층을 더 형성할 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 무전해니켈 도금액의 온도는 70 내지 90℃의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 무전해니켈 도금액의 pH 범위는 4 내지 6을 가질 수 있다.
또한, 전체 무전해 니켈 도금액의 중량 기준으로 상기 수용성 니켈화합물의 조성범위는 1.0～10.0 중량%를 가지고, 상기 환원제의 조성범위는 1.0～10.0 중량% 을 가지고, 상기 착화제의 조성범위는 1.0～10.0 중량%을 가지며, 상기 수직성장 유도제의 조성범위는 0.001～1.0중량%을 가질 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 전체 상기 무전해 니켈 도금액의 중량 기준으로 유기산 및 그의 알칼리 금속염 0.1 내지 10.0 중량%, 안정제 0.0001 내지 0.1 중량%, 계면활성제 0.01 내지 10.0 중량%, 단당류 0.1 내지 10.0 중량% 및 금속이온봉쇄제 0.01 내지 1.0 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물은 수직 성장 유도제를 구비함으로써, 용접성, 굴곡성 및 내균열성을 모두 갖는 니켈 도금층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물을 이용하여, 연성인쇄회로기판의 패드부 및 외부접속부의 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킬 수 있다.
또한, 종래의 연성인쇄회로기판 제조에 수행되는 일반 무전해니켈 및 다이렉트(direct) 금도금의 2중 도금 공정을 단일 도금 공정으로 대체할 수 있어, 공정의 단순화, 생산성 향상 및 획기적인 원가 절감에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물은 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수용성 니켈 화합물은 석출되어 기판상에 도금되는 주된 물질이다. 상기 수용성 니켈 화합물은 황산니켈 및 염화니켈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 수용성 니켈 화합물로 사용되는 재질의 예로서는 황산니켈염 (NiSO4 ㆍ6H2O)일 수 있다. 상기 수용성 니켈 화합물의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 1.0 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 수용성 니켈 화합물의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 2.0 내지 5.0 중량%을 가질 수 있다. 이때, 상기 수용성 니켈 화합물의 조성이 1.0 중량% 미만일 경우, 도금 속도가 현저하게 저하되어 생산성을 기대할 수 없다. 반면, 상기 수용성 니켈 화합물의 조성이 10.0 중량%을 초과할 경우, 후술 될 착화제, 환원제 등의 배합 비율이 같이 상승해야 하므로 드래그 아웃 손실(drag-out loss)이 많아지는 문제점이 있다. 여기서, 상기 드래그 아웃 손실은 도금을 끝낸후 도금조를 나올 때 피도금물에 묻어나는 도금 용액의 양을 의미한다.
상기 환원제는 니켈 이온을 니켈 금속으로 환원시키는 역할을 한다. 상기 환원제는 차아인산, 차 아인산 칼륨, 히드라진 및 차아인산소다(sodium hypophosphite)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 환원제로 사용되는 재질의 예로서는 차아인산나트륨(NaH2PO2 ㆍ6H2O)일 수 있다. 상기 환원제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 1.0 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 환원제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 1.5 내지 3.0 중량%을 가질 수 있다. 이때, 상기 환원제의 조성이 1.0 중량% 미만일 경우, 환원력이 저하되어 도금 속도가 저하될 수 있다. 반면, 상기 환원제의 조성이 10.0 중량%을 초과할 경우, 니켈 소모에 따른 차아인산나트륨의 소모 비율이 초과되어 드레그 아웃 손실이 많아질 수 있다.
상기 착화제는 니켈염을 착화시켜 안정적인 니켈 이온을 공급하는 역할을 한다. 상기 착화제는 젖산(lactic acid), 글리코릭산(glycolic acid) 및 사과산(malic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 착화제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 1.0 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 착화제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 2.0 내지 5.0 중량%를 가질 수 있다. 이때, 상기 착화제의 조성이 1.0 중량% 미만일 경우, 착화력이 부족하여 균일한 니켈 이온의 공급이 어렵다.　 반면, 상기 착화제의 조성이 10.0 중량%을 초과할 경우, 니켈 이온의 양이 초과되어 드래그 아웃 손실이 많아지게 되고, 도금 속도가 현저하게 저하될 수 있다.
상기 수직 성장 유도제의 예로서는 비스무스(Bi) 이온을 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 수직 성장 유도제로 사용되는 재질의 예로서는 황산비스무스 (bismuth sulfate) 및 질산비스무스(bismuth nitrate)등일 수 있다. 실질적으로, 상기 비스무스 이온이 상기 니켈의 결정 성장의 방향(orientation)을 바꾸는 역할을 한다. 즉, 상기 비스무스 이온에 의해, 상기 니켈은 피도금면에 대하여 수직 구조를 가지도록 성장될 수 있다.
상기 수직 성장 유도제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.0001 내지 1.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 수직 성장 유도제의 조성 범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.001 내지 0.1 중량%의 범위를 가질 수 있다. 이때, 상기 수직 성장 유도제의 조성이 0.0001 중량% 미만일 경우, 니켈 도금 시 수직 성장에 기여하지 못한다. 반면, 상기 수직 성장 유도제의 조성이 1.0 중량%을 초과할 경우, 도금 시 미도금(skip)이 발생할 수 있다.
이에 더하여, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 니켈의 수직 성장을 도울 수 있는 수직 성장 보조제를 더 포함할 수 있다. 상기 수직 성장 보조제는 탈륨 이온, 철 이온 및 구리 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
이하, 반응식을 통해 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 도금 원리를 간략하게 설명하기로 한다.
Figure 112008088260725-pat00001
상기 반응식 1에서와 같이, 수용성 니켈 화합물은 착화제(complex agent)와 착화물을 만든다. 한편, 해리된 차인산은 니켈을 환원시킨다.
Figure 112008088260725-pat00002
상기 반응식 2에서와 같이, 니켈과 같이 공석(eutectic)되는 인(P)은 석출될 수 있다. 이와 같이, 상기 반응식 1과 상기 반응식 2에서 보여주는 반응은 연속되어 발생될 수 있다.
Figure 112008088260725-pat00003
상기 반응식 3에서와 같이, 니켈과 인이 공석된 합금 조직을 얻을 수 있게 된다.
여기서, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 금속이온봉쇄제를 더 포함하여, 외부로부터 혼입되는 팔라듐(Pd)이온 또는 구리(Cu)이온을 킬레이트화시킨다. 즉, 상기 금속이온봉쇄제는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 분해를 억제하는 역할을 한다.
상기 금속이온봉쇄제는 폴리카르복시산(polycarboxylic acid) 의 유도체, 아미노아세트산(amino acetic acid)의 유도체 및 니트릴로-트리아세트산(nitrilo-triacetic acid)의 유도체로부터 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속이온봉쇄제로 사용되는 재질의 예로서는 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylene diamine tetra acetic acid), 디에 틸렌트리아민펜타아세트산(diethylene triamine penta-acetic acid), N-히드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산(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), 디아민디아세트산(diamine diacetic acid), 및 N,N-디(히드록시에틸)글리신(N,N-di(hydroxyethyl) glycine)등일 수 있다. 여기서, 상기 금속이온봉쇄제는 하나 또는 둘 이상으로 혼합되어 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 포함될 수 있다.
상기 금속이온봉쇄제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 금속이온봉쇄제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5.0 중량를 가질 수 있다. 이때, 상기 금속이온봉쇄제의 조성은 0.1 중량% 미만일 경우, 무전해니켈 도금액 조성물의 분해를 저지하기 어렵다. 반면, 상기 금속이온봉쇄제의 조성은 10.0 중량%을 초과할 경우, 정해진 무전해니켈 도금액의 수명이 한정되어 있기 때문에 그 양이 지나치게 많아져　 드래그 아웃 손실이 많아질 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 유기산 및 상기 유기산의 알칼리 금속염 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 유기산 및 상기 유기산의 알칼리 금속염은 상기 반응식 2에서 생성되는 아인산(HPO3 2 -)에 의한 도금 속도의 감소 및 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 pH의 저하를 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 유기산 및 상기 유기산의 금속염은 도금 속도 촉진제 및 pH 완충제의 역할을 할 수 있다.
상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염은 적어도 1 개 이상의 카르복실기를 갖는 화합물일 수 있다. 상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염으로 사용되는 재질의 예로서는 아세트산(acetic acid), 아세트산나트륨(sodium acetate), 프로피온산(propionic acid), 프로피온산나트륨(sodium propionate), 수산(formic acid), 수산나트륨(sodium formate), 수산칼륨(potassium formate), 아디픽산(adipic acid), 아디프산나트륨(sodium adipate), 호박산(succinic acid) 및 호박산나트륨(sodium succinate)등일 수 있다. 여기서, 상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염은 하나 또는 둘 이상으로 혼합되어 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 포함될 수 있다.
상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10.0 중량%를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5.0 중량%를 가질 수 있다. 이때, 상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염의 조성이 0.1 중량% 미만일 경우, 도금 속도 증가 및 완충 효과가 미약할 수 있다. 반면, 상기 유기산 및 그의 알칼리 금속염의 조성이 10 중량%을 초과할 경우, 도금층의 취성(embrittlement)이 증가하여 내굴곡성을 현저하게 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 단당류를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단당류는 상기 반응식 2에서 석출되는 인(P)의 함유량을 조절하는 역할을 한다. 이로써, 상기 인(P)의 증가 또는 감소로 인하여, 도금층의 기계적인 성질이 급격하게 변화하는 것을 방지한다. 상기 단당류는 적어도 1 개 이상의 (CH2O)nH, n=3～6 일 수 있다. 여기서, 상기 단당류로 사용되는 재질의 예로서는 포도당(glucose), 과당(fructose), 갈락토오스(galactose) 등일 수 있다. 여기서, 상기 단당류는 하나 또는 둘 이상으로 혼합되어 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 포함될 수 있다.
상기 단당류의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 단당류의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.5～5.0 중량%을 가질 수 있다. 이때, 상기 단당류의 조성이 0.1 중량% 미만일 경우, 인(P)의 증가가 급격하게 상승되어 내굴곡성을 저하시킬수 있다. 반면, 상기 단당류의 조성이 10.0 중량%을 초과할 경우, 도금 속도가 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 도금되는 면적에 따른 두께 편차를 일정하게 하고 결정립의 균일성을 확보하는 역할을 한다. 또한, 상기 계면활성제는 상기 반응식 3에서 생성되는 수소 (H2) 가스의 이탈을 쉽게 하여 내굴곡성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 상기 계면활성제는 도금층의 연성(ductility)의 향상제 역할을 할 수 있다.
상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르계 유도체일 수 있다. 상기 계면활성제로 사용되는 재질의 예로서는 R-O-(CH2CH2O)nH로부터 유도된 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 (polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 오레일 에테르 (polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르 (polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르 (polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르 (polyoxyethylene tridecyl ether)등일 수 있다. 또는, 상기 계면활성제로 사용되는 재질의 예로서는 R-N-[(CH2CH2O)nH]2로부터 유도된 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민 에테르(polyoxyethylene laurylamine ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민 에테르(polyoxyethylene stearylamine ether)등일 수 있다. 여기서, 상기 계면활성제는 하나 또는 둘 이상으로 혼합되어 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 포함될 수 있다.
상기 계면활성제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 10.0 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 계면활성제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 중량%를 가질 수 있다. 이때, 상기 계면활성제의 조성이 0.01 중량% 미만일 경우, 도금층의 연성 효과를 기대하기 어렵다. 반면, 상기 계면활성제의 조성이 10.0 중량%을 초과할 경우, 도금 속도가 현저하게 감소되어 균일한 도금층을 얻기가 어렵다.
또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 안정제를 더 포함할 수 있다. 여기 서, 상기 안정제는 도금액의 분해를 저지시키는 역할을 한다. 이에 더하여, 상기 안정제는 석출되는 니켈 입자를 작게 해주는 결정립 미세화제(grain refiner)의 역할을 할 수 있다. 여기서, 결정립이 미세화될 경우 용접성(solderability)과 내굴곡성을 향상시킬 수 있다. 상기 안정제는 적어도 1 개 이상의 -S- 를 갖는 티오화합물일 수 있다. 상기 안정제로 사용되는 재질의 예로서는 티오우레아(thiourea), 알킬티오우레아(alkyl thiourea), 머캡토(mercapto) 화합물, 티아졸(tyazole) 화합물, 티오황산소다(sodium thiosulfate), 티오시안산나트륨(sodium thiocyanate), 티오시안산칼륨(potassium thiocyanate), 티오글리콜산(thio glycolic acid) 및 티오디글리콜산(thio diglycolic acid)등일 수 있다. 여기서, 상기 안정제는 하나 또는 둘이상으로 혼합되어 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 포함될 수 있다.
상기 안정제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.0001 내지 0.1 중량%을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 안정제의 조성범위는 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.001～0.01 중량%을 가질수 있다. 이때, 상기 안정제의 조성이 0.0001 중량% 미만일 경우, 도금액의 안정성 및 결정립의 미세화가 이루어지기 어렵다. 또한, 상기 안정제의 조성이 0.1 중량%을 초과할 경우, 도금액의 활성화가 늦게 되므로 미도금(skip)을 발생할 수 있다.
상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 pH 범위는, 도금의 속도, 환원 효율 및 안정도를 고려하여, 4 내지 6을 가질 수 있다.
여기서, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물에 수직 성장 유도제 외에 유기산 및 그의 알칼리염, 계면활성제, 안정제 및 단당류와 같은 첨가제가 더 포함될 경우, 가장 뚜렷한 수직 성장된 니켈 도금층을 얻을 수 있었다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 무전해 니켈 도금액 조성물을 이용한 연성인쇄회로기판 및 이의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연성인쇄회로기판의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연성인쇄회로기판의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 연성인쇄회로기판은 회로패턴이 형성된 기판(100), 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 전자부품이 실장되는 패드부(110) 및 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 외부 디바이스와 전기적으로 연결되는 외부접속부(120, 130)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 외부접속부(120, 130)는 외부디바이스, 예컨대 액정패널과 ACF bonding에 의해 전기적으로 연결되는 단자부(120) 및 탈부착 방식에 의해 외부 디바이스와 전기적으로 연결될 수 있도록 형성된 커넥터(connector)부(130)를 포함할 수 있다.
상기 패드부(110) 및 상기 외부접속부(120, 130)상에 각각 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층(150)이 배치되어 있다. 상기 니켈 도금층(150)은 상기 패드부(110)에는 좋은 용접성을 부여하고, 상기 외부접속부(120, 130)에는 내균열성을 부여할 수 있다. 즉, 상기 니켈 도금층(150)은 좋은 용접성 및 내균열성을 동시에 가질 수 있다.
상기 니켈 도금층(150)은 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물로부터 형성될 수 있다. 여기서, 상기 수직 성장 유도제는 비스무스 이온을 포함하는 화합물일 수 있다. 또한, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 탈륨 이온, 철 이온 및 구리 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 수직성장보조제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물의 전체 중량을 기준으로 상기 수용성 니켈화합물의 조성범위는 1.0 내지 10.0 중량%를 가지고, 상기 환원제의 조성범위는 1.0 내지 10.0 중량%을 가지고, 상기 착화제의 조성범위는 1.0 내지 10.0 중량%을 가지며, 상기 수직성장 유도제의 조성범위는 0.001 내지 1.0중량%을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 무전해니켈 도금층 조성물은 0.01 내지 1.0 중량%의 조성범위를 갖는 금속이온봉쇄제, 0.1 내지 10.0 중량%의 조성범위를 갖는 적어도 1 개 이상의 카르복실기(-COOH) 를 갖는 유기산 및 그의 알칼리 금속염 0.1 내지 10.0 중량%, 0.0001 내지 0.1 중량%의 조성범위를 갖는 안정제, 0.01 내지 10.0 중량%의 조성 범위를 갖는 계면활성제, 0.1 내지 10.0 중량%의 조성 범위를 갖는 단 당류를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 니켈 도금층(150)은 90 내지 94중량%의 조성 범위를 갖는 니켈과 6 내지 10중량%의 조성범위를 갖는 인을 포함할 수 있다. 이때, 상기 인의 조성이 6 중량%미만일 경우, 상기 니켈 도금층(150)의 부식성에 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 인의 조성이 10 중량을 초과할 경우, 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 니켈 도금층(150)은 1 내지 5㎛의 두께 범위를 가질 수 있다. 여기서, 바람직하게 상기 니켈 도금층(150)은 1.5 내지 35㎛의 두께 범위를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 상기 니켈 도금층의 두께를 한정하는 것은 아니다.
이에 더하여, 상기 니켈 도금층(150)상에 금도금층(160)이 더 배치될 수 있다. 상기 금도금층(160)은 상기 니켈 도금층(150)의 산화를 방지하여, 연성인쇄회로기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 패드부(110)와 외부접속부(120, 130)를 노출하며 상기 기판(100)상에 배치된 절연층(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층(140)은 도금공정중에 상기 기판(100)상에 형성된 회로패턴을 보호하는 역할을 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 연성인쇄회로기판은 패드부의 용접성과 외부접속부의 내균열성을 동시에 만족할 수 있는 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층을 구비함에 따라, 단순한 제조 공정을 통해 신뢰성을 확보할 수 있는 연성인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연성인쇄회로기판의 제조 방법을 설명하기 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 연성인쇄회로기판을 제조하기 위해, 먼저 기판(100)상에 회로패턴, 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)를 형성한다. 여기서, 상기 외부접속부(120, 130)의 예로서는 단자부(120) 및 커넥터(130)일 수 있다. 상기 회로패턴, 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)는 통상적인 사진 식각법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)를 노출하며 상기 기판(100)상에 절연층(140)을 형성한다. 상기 절연층(140)은 후술 공정인 도금과정에서 도금에 대한 레지스트 역할을 하게 된다. 상기 절연층(140)은 펀칭(punching) 및 열압착에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 상기 절연층(140)을 형성하는 방법에 대해서 한정하는 것은 아니다.
도 5를 참조하면, 상기 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)를 포함하는 기판(100)을 무전해 니켈 도금액에 접촉 및 침적시켜 니켈 도금층(150)을 형성한다.
상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 수용성 니켈 화합물, 환원제, 착화제 및 수직 성장 유도제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 전체 중량을 기준으로 수용성 니켈화합물 1.0 내지 10.0 중량%, 환원제 1.0 내지 10.0 중량%, 착화제 1.0 내지 10.0 중량%, 금속이온봉쇄제 0.01 내지 1.0 중량%, 유기산 및 그의 알칼리 금속염 0.1 내지 10.0 중량%, 안정제 0.0001 내지 0.1 중량%, 계면활성제 0.01 내지 10.0 중량%, 단당류 0.1 내지 10.0 중량% 및 수직성장 유도제 0.001 내지 1.0중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 도금액의 pH 는 4 내지 6, 바람직하게는 4.5 내지 5.0 일 수 있다. 또한, 도금 과정에서 요구되는 온도는 70 내지 95℃, 바람직하게는 80 내지 85℃ 일 수 있다.
상기 니켈 도금층(150)은 수직성장 유도제에 의해 수직 성장형 니켈 구조로 형성된다. 이때, 상기 니켈 도금층(150)에 있어서, 니켈이 90 내지 94 중량%의 조성범위로 포함되며, 인(P)이 6 내지 10 중량%의 조성범위로 포함될 수 있다.
상기 니켈 도금층(150)의 두께 범위는 1 내지 5㎛일 수 있으며, 바람직하게는 1.5 내지 3.0㎛일 수 있다.
상기 니켈 도금층(150) 형성을 위한 도금 공정은 약 10～20 분 동안 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 니켈 도금층(150)을 포함하는 기판(100)상에 침지금 (immersion gold) 도금법을 통해 금도금층(160)을 더 형성할 수 있다.
상기 금도금층(160)을 형성하기 위한 반응 원리는 다음 반응식 4와 같다.
Figure 112008088260725-pat00004
상기 반응식 4에서와 같이, 구연산(citric acid)과 시안화금가리(potassium gold cyanide)가 포함된 수용액에 니켈 도금된 표면을 접촉시키면 니켈의 용해 반응과 금(Au)의 석출 반응이 동시에 진행되어 금도금층(160)을 형성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 니켈 도금층(150)을 형성하기 전에 최적의 수직 성장형 니켈도금층(150)을 형성하기 위해서는 도금 공정 중 선택적으로 전처리 과정을 더 수행할 수 있다. 즉, 먼저, 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)에 물리적인 연마를 실시하여 표면의 이물질을 제거하고 화학적으로 유기물을 제거한다. 또한, 상기 패드부(110) 및 외부접속부(120, 130)를 이루는 구리층의 표면을 황산과 산화제를 이용하여 약 1㎛ 정도 에칭시킨 후 선택적으로 촉매 역할을 하는 팔라듐(Pd) 용액에 처리하여 활성화 처리를 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 패드부와 외부접속부에 각각 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킬 수 있는 수직성장 구조의 무전해 니켈 도금층을 형성함에 따라, 단순한 공정을 통해 연성인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
이하, 실험예들을 통해 본 발명의 실시예에 다른 연성인쇄회로기판을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
하기의 실험예에서는 구리 재질의 패드부, 단자부 및 커넥터부를 제외한 부분에 절연층이 형성된 연성인쇄회로기판(크기 400×505㎜, 두께 0.2± 0.02㎜, 구리층 두께 10∼30㎛)과 ball shear strength 측정을 위한 연성인쇄회로기판(크기 가로 50mm x 세로 80mm, 기판 두께 0.2± 0.02㎜, 구리층 두께 10∼30㎛) 및 굽힘 test를 위한 MIT coupon(회로폭 100㎛ x 간격 100㎛, size 10mm x 100mm, 구리층 두께 12㎛, 기판(100) 두께 25㎛, 재질 폴리이미드)을 50℃에서 3분 동안 산으로 탈지(황산 농도 50～100g/L, 와이엠티(주)의 상품명 SAC 161H)하였다. 이후, 산화 막 제거 및 구리 표면의 조도를 형성하기 위하여 산세 및 에칭(황산 30 g/L, sodium persulfate 100 g/L)한 후 팔라듐(Pd)이온(와이엠티(주)의 상품명 CF Activator)으로 촉매 처리한 다음 수세하였다. 그 후 다음과 같이 상기 구리층 상에 수직 성장형 무전해니켈 도금 공정을 수행하였고 그 다음 구연산을 주재료로 한 침지금도금 용액(와이엠티(주)의 상품명 MIKO Auromerse II)에 85℃에서 6분간 침적시켜 수직성장형 무전해니켈 도금층 상에 금도금 층을 형성시켰다.
<표 1>
Figure 112008088260725-pat00005
실험예
상기 표 1의 조성을 갖는 수직성장형 무전해니켈도금액을 제조한 다음 상기와 같이 팔라듐(Pd) 촉매 처리한 연성인쇄회로기판을 수세한 후, 5 중량% 황산 용액에 1분간 침적하고 수세하였다. 이후, 상기 수직성장형 무전해니켈도금액을 이용 한 무전해니켈도금을 실시하였다. 이때 무전해니켈 도금액의 온도는 82℃, 도금 시간은 15 분, pH는 4.5이고, 액 순환량은 3회전/시간으로 도금을 실시하였다.
상기와 같은 방법과 조건으로 무전해 니켈 도금층을 형성한 후에 수세하였고, 80℃에서 15분 동안 건조시켰다. 이후, 상기 무전해 니켈 도금층의 도금 두께, 용접성, 내굴곡성, 밀착력, 유공도 및 내열성을 측정하였다.　　
<도금 두께 측정>
사용한 측정 장비는 다음과 같으며 표 2 에 그 결과를 나타내었다.
* 측정 장비
　　-. 제조사 : Oxford Instrument
　　-. 모델명 : CMI 900
　　-. 측정 패드 사이즈 1 x 1mm
<용접성 (solderability) 측정>
용접성은 아래와 같은 조건으로 솔더 볼 전단 테스트(solder ball shear test)와 솔더 퍼짐성 테스트(solder spread test)를 행하여 그 결과를 하기 표 3 에 나타내었다.
1) 솔더 볼 전단 테스트
* 조건 :
- 본딩 테스트기(Bond Tester) : DAGE 4000
- 위치(Locate) : 100 ㎛
- 전단 속도(Shear Speed) : 700㎛/sec
- 하중 : 5 kgf
- 볼 크기 : 0.4mmΦ (Alpha Metal Co.)
- 볼 재질 : Sn/Ag/Cu (96.5/3/0.5) 중량%
- 플럭스 (RMA type) : WF-6063M (Senju Co.)
- 리플로우기 : Heller (1809 UL)
- 리플로우 조건 : 245℃ (peak temperature)
* 평가 방법 :
솔더링 패드부와 솔더 볼의 접속 강도를 측정하기 위한 것으로 상기와 같은 조건에서 솔더 범프가 형성된 시편을 테이블에 고정하고 일정한 하중(load)과 전단 높이를 설정하여 볼 전단 시험을 수행하면 스타일러스(stylus)가 범프를 밀어 파괴가 발생하는데 그 때 값을 측정하면 된다.
* 평가 기준 :
-볼 전단 강도가 600gf 초과하면 이상이 없는 것으로 한다.
2) 솔더 페이스트 퍼짐성 테스트
* 조건 :
- 솔더 페이스트 : Sn/Ag/Cu (96.5/3/0.5) 중량% (Senju Co.)　　　　　　　
- 리플로우기 : Heller (1809 UL)
- 리플로우 조건 : 245℃ (peak temperature)
* 평가 방법 :
솔더링 패드부에 솔더 페이스트를 도포한 후 리플로우기를 통과시키고 패드부에서의 솔더 퍼짐성을 측정한다.
* 평가 기준 :
리플로우 후 솔더링 패드부의 95% 이상 퍼지면 용접성에 이상이 없는 것으로 한다.
<내굴곡성 측정>
아래와 같은 측정 조건으로 굽힘 시험을 실시하면서 회로에 균열이 발생하여 단선이 일어나는 횟수를 측정하여 결과를 표 4에 나타내었다.
* 측정 조건
　　- 하중 : 500 g
　　- 굴곡 반경 : 0.38 mm
　　- 속도 : 175 회/분
　　- 굴곡 각도 : 총 270°(좌우 135°)
　　- 측정 모드 : 단선 평가
* 측정 시편　
- 두께 : 폴리이미드 25㎛, 구리 (전기동박) 12㎛
* 측정 장비
　　- 제조사 : TOYOSEIKI
　　- 모델명 : MIT-DA
<밀착력 측정>
3M #810 테이프를 도금 표면에 지압으로 압착한 후, 수직 방향으로 제거하여 도금층의 밀착 들뜸 여부를 확인하였고 그 결과를 표 5에 나타내었다.
<유공도 (porosity) 시험>
12 중량% 질산 용액에 도금 처리된 연성인쇄회로기판을 15 분간 침적시킨 후 현미경으로 니켈과 금도금 조직이 부식되어 기공이 발생하는지 여부를 확인하였으며 그 결과를 표 5 에 나타내었다.
<내열성 측정>
리플로우기(reflow machine)을 이용하여 3 회 통과시킨 다음 니켈-금도금이 열에 의한 표면 산화, 부식 여부를 테이프를 이용하여 밀착 테스트로 확인하고 결과를 표 5에 나타내었다.
<표 2> 도금 두께 측정 결과
Figure 112008088260725-pat00006
<표 3> 용접성 측정 결과 (솔더 볼 전단 강도)
Figure 112008088260725-pat00007
<표 4>내굴곡성 측정 결과
Figure 112008088260725-pat00008
<표 5> 특성 평가 결과
Figure 112008088260725-pat00009
상기 표 5에 있어서, '○'의 표시는 테스트 결과 규격을 충족시킴을 의미한다.
상기 표 2에서 표 5의 결과에 비추어 본 발명의 실시예에 따른 수직 성장형 니켈도금층과 금도금층이 용접성 및 내균열성을 모두 만족되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수직성장 구조를 갖는 무전해니켈 도금층의 파단면 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 수직성장 구조를 갖는 무전해니켈 도금층의 파단면 사진이다.
도 7 및 도 8에서와 같이, 수직성장 유도제를 구비할 경우 수직 성장 구조를 갖는 것을 확인한 것과는 달리, 수평한 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 본 발명에 따라 제공되는 연성인쇄회로기판의 패드부, 외부접속부, 즉, 단자부 및 커넥터부의 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킴과 동시에 종래의 연성 인쇄회로기판의 제조시 수행되는 일반 무전해니켈 및 다이렉트 (direct) 금도금의 2중 도금 공정을 단일 도금 공정으로 대체할 수 있었다. 이에 따라, 연성인쇄회로기판의 제종 공정을 단순화시키며 생산성을 향상시켰으며, 이와 더불어 획기적인 원가 절감에 기여할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물은 연성인쇄회로기판을 제조하는 데 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 모든 종류의 인쇄회로기판에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연성인쇄회로기판의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연성인쇄회로기판의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 연성인쇄회로기판의 제조 방법을 설명하기 도시한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수직성장 구조를 갖는 무전해니켈 도금층의 파단면 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 수직성장 구조를 갖는 무전해니켈 도금층의 파단면 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110 : 패드부
120 : 단자부 130 : 커넥터부
140 : 절연층 150 : 니켈 도금층
160 : 금도금층

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  26. 회로 패턴이 형성된 기판;
    상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 전자부품이 실장되는 패드부; 및
    상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 외부 디바이스와 전기적으로 연결되는 외부접속부를 포함하며,
    상기 패드부상에 비스무스 이온을 갖는 화합물을 포함하는 수직 성장 유도제, 수용성 니켈 화합물, 환원제 및 착화제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물로부터 형성된 수직성장구조를 갖는 니켈 도금층을 포함하는 연성인쇄회로기판.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층은 상기 외부접속부상에 더 형성되는 연성인쇄회로기판.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 외부접속부는 단자부 및 커넥터부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연 성인쇄회로기판.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층은 90 내지 94중량%의 조성 범위를 갖는 니켈과 6 내지 10중량%의 조성범위를 갖는 인을 포함하는 연성인쇄회로기판.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층은 1 내지 5㎛의 두께 범위를 갖는 연성인쇄회로기판.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층상에 배치된 금도금층을 더 포함하는 연성인쇄회로기판.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 금도금층은 0.05 내지 0.1㎛의 두께 범위를 갖는 연성인쇄회로기판.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 유기산 및 그의 알칼리 금속염, 안정제, 계면활성제, 단당류 및 금속이온봉쇄제를 더 포함하는 연성인쇄회로기판.
  34. 삭제
  35. 제 26 항에 있어서,
    탈륨 이온, 철 이온 및 구리 이온으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 수직성장보조제를 더 포함하는 연성인쇄회로기판.
  36. 제 26 항에 있어서,
    상기 패드부와 외부접속부를 노출하며 상기 기판상에 배치된 절연층을 더 포함하는 연성인쇄회로기판.
  37. 회로패턴, 상기 회로패턴과 전기적으로 연결된 패드부, 상기 회로패턴과 전기적으로 연결되며 외부 디바이스와 전기적으로 연결되기 위한 외부 접속부를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 패드부상에 비스무스 이온을 갖는 화합물을 포함하는 수직 성장 유도제, 수용성 니켈 화합물, 환원제 및 착화제를 포함하는 무전해 니켈 도금액 조성물로부터 형성된 니켈 도금층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층은 상기 외부접속부상에 더 형성되는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층 상에 금도금층을 더 형성하는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 무전해니켈 도금액의 온도는 70 내지 90℃의 범위를 갖는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 니켈 도금층을 형성하는 단계에서 상기 무전해니켈 도금액의 pH 범위는 4 내지 6을 갖는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  42. 제 37 항에 있어서,
    전체 무전해 니켈 도금액의 중량 기준으로 상기 수용성 니켈화합물의 조성범위는 1.0～10.0 중량%를 가지고, 상기 환원제의 조성범위는 1.0～10.0 중량%을 가지고, 상기 착화제의 조성범위는 1.0～10.0 중량%을 가지며, 상기 수직성장 유도제의 조성범위는 0.001～1.0중량%을 갖는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
  43. 제 37 항에 있어서,
    상기 무전해 니켈 도금액 조성물은 전체 상기 무전해 니켈 도금액의 중량 기준으로 유기산 및 그의 알칼리 금속염 0.1 내지 10.0 중량%, 안정제 0.0001 내지 0.1 중량%, 계면활성제 0.01 내지 10.0 중량%, 단당류 0.1 내지 10.0 중량% 및 금 속이온봉쇄제 0.01 내지 1.0 중량%를 더 포함하는 연성인쇄회로기판의 제조 방법.
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