KR101070470B1

KR101070470B1 - 무전해 니켈-금도금을 이용한 연성인쇄회로기판 표면처리방법

Info

Publication number: KR101070470B1
Application number: KR1020080059810A
Authority: KR
Inventors: 이봉준; 고상준
Original assignee: (주)인터플렉스
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2011-10-06
Also published as: KR20100000350A

Abstract

본 발명은 연성인쇄회로기판(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)에 관한 것으로서, 특히 연성인쇄회로기판을 제작하는 위해 필요한 도금 공정에서 굴곡성 및 내절성을 향상시킴과 동시에 제작 비용을 만족시킬 수 있는 고연성 무전해 니켈-금도금을 이용한 연성인쇄회로기판 표면처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연성인쇄회로기판 표면처리 방법은, 불순물 제거를 위한 탈지 공정을 수행하는 단계, 표면 연마를 위한 에칭 공정을 수행하는 단계, 산화피막 제거를 위한 산세 공정을 수행하는 단계, 제1 도금액을 이용하여 니켈 도금층을 형성하는 단계, 및 제2 도금액을 이용하여 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 도금액은, 황산니켈 30-40 중량%와 이온교환수 60-70 중량%로 구성된 제1 용액 및 치아인산나트륨 35-45 중량%와 암모늄말레이트 5-15 중량%와 이온교환수 45-55 중량%로 구성된 제2 용액의 혼합 용액인 것을 특징으로 한다.

이로 인해, 종래의 전해 금도금의 장점인 굴곡성과 내절성이 뛰어난 특성을 가지면서도 종래의 무전해 니켈-금도금의 장점인 경제성을 동시에 가질 수 있는 장점이 있다.

연성인쇄회로기판, 제조방법, 표면처리 방법, 금도금, 니켈도금

Description

무전해 니켈-금도금을 이용한 연성인쇄회로기판 표면처리 방법{A method for processing a surface of a flexible printed circuit board using a electroless nikel-gold plating}

일반적으로 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)이란 전기절연성 기판에 동박과 같은 전도성 재료로 회로를 형성시킨 것으로서, 전자부품을 탑재하기 직전의 기판을 말한다. 근래에는 전자장비들의 소형화 추세에 따라 휴대폰, 카메라 등에서 사용될 수 있는 연성인쇄회로기판(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)이 개발하였는데, 연성인쇄회로기판은 복잡하고 협소한 공간에서도 전자부품 내장이 용이한 장점을 가져 그 수요가 계속 증대하고 있는 실정이다.

연성인쇄회로기판은 회로패턴이 형성된 위치와 수에 따라 단면, 양면 및 다층으로 나뉜다. 이들 중 단면 연성인쇄회로기판은 회로패턴이 한쪽 면에만 형성된 것으로 부품의 실장밀도가 낮고 제조방법이 간단한다. 양면 연성인쇄회로기판은 회로패턴이 상하 양면에 형성된 것으로서, 상하회로는 관통홀을 통해 연결된다. 다층 연성인쇄회로기판은 내층회로와 외층회로를 갖는 입체구조의 회로기판으로, 입체배선에 의한 고밀도 부품실장과 배선거리의 단축이 가능한 장점을 갖는다.

연성인쇄회로기판을 제조하는 방법은 다음과 같다. 폴리이미드와 같은 절연성 필름에 동적층판을 투입하고 감광성 드라이 필름을 라미네이팅한 후, 노광, 현상, 에칭 공정을 거쳐 회로패턴을 형성한다. 그 후, 동적층판의 외측에 불필요한 부분이 제거된 커버레이 필름을 가접하고 열 프레스를 이용하여 이를 적층한다. 여기서, 커버레이 필름은 회로패턴의 노출면을 보호하고 절연하기 위한 것이다. 그 후, 표면처리 과정을 거쳐 기판을 완성하고 회로 검사 과정을 거친다.

기판 내의 회로를 구성하는 성분은 동(Cu)이며, 동은 공기 중에 노출되면 산화막이 형성되어 실장이 제대로 되지 않는 특성을 갖는다. 따라서 실장성을 보장하기 위해서 완성된 기판에 산화 방지를 위한 표면처리 공정을 수행해야 한다. 표면처리 공정은 연성인쇄회로기판의 제조공정 중 마지막 제조공정이다. 표면처리 공정은 일정한 평면을 유지할 수 있도록 하고, 장기간 보관하고 있어도 실장성에 문제가 없도록 하고, 접촉저항이 작고 솔더링이 우수하도록 해야 한다.

한편, 연성인쇄회로기판의 표면처리에는 솔더링 방식과 금도금 방식이 보편적으로 이용된다. 이 중에서 가장 일반화되어 있는 솔더링 방식은 용융된 Pb/Sn 합금을 콘베이터 밸트를 통해 이동하는 기판에 묻혀 합금의 두께를 평탄화시키는 방법이다. 이는 매우 쉬운 방법이면서 가장 많이 알려져 있는 방식이나 대부분 납을 함유하므로 환경적인 측면에서 문제점이 지적되어 있으며, 미세 패턴에서는 적용하기 힘든 단점이 있다. 따라서 금도금 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

금도금 방식은 전해 금도금 방식과 무전해 니켈-금도금 방식으로 나뉘며, 그 경우 필요한 금의 양은 금도금 방식에 따라 다르다. 도 1에는 연성인쇄회로기판의 유형, 금도금 방식, 및 이에 사용되는 금의 양이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, <Cable>과 <ZIF to Con>은 전해 금도금 방식을 사용하고 <Con to Con>과 <Multi FPC>은 무전해 니켈-금도금 방식을 사용하므로, <Cable>과 <ZIF to Con>를 제작시 필요한 금의 양은 <Con to Con>과 <Multi FPC>에 비해 많음을 알 수 있다.

한편, 도 2에는 연성인쇄회로기판의 판매 단가 추이와 금 값의 변화 추이가 나타나 있고, 도 3에는 런던 시장에서 금 시세가 나타나 있으며, 도 4에는 금도금 에 소요되는 가공비 변화량이 나타나 있다. 도 2 내지 4를 살펴보면, 금 값이 61% 증가함에 따라, 전해 금도금의 경우 57.7%, 무전해 니켈-금도금의 경우 33.0%의 가공비가 증가함을 알 수 있다. 이를 분석해보면, 무전해 니켈-금도금이 전해 금도금에 비해 금 값 상승에 영향을 적게 받아 비용 측면에서 바람직함을 알 수 있다.

그러나, 종래의 무전해 니켈-금도금의 경우 연성인쇄회로기판에서 다음과 같은 품질문제를 발생시킨다. 첫째, 종래의 무전해 니켈-금도금은 전해 금도금에 비해 굴곡성이 매우 떨어진다. 예를 들어, 하중 50g으로 180°밴딩 테스트할 경우, 4회만에 크랙(Crack)이 발생한다. 둘째, 종래의 무전해 니켈-금도금은 전해 금도금에 비해 내절성이 매우 떨어진다. 예를 들어, 하중 500g으로 270°MIT 테스트할 경우, 평균 9회에 그친다. 따라서, 이러한 단점을 보완할 필요성이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래의 무전해 니켈-금도금과 종래의 전해 금도금의 장점을 모든 갖는 새로운 고연성 무전해 니켈-금도금 공정을 이용하여 연성인쇄회로기판을 제조함으로써 공정 수율을 향상시킬 수 있는 연성인쇄회로기판 표면처리 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 다른 인쇄회로기판 표면처리 방법은, 연성인쇄회로기판 표면처리 방법에 있어서, 불순물 제거를 위한 탈지 공정을 수행하는 단계, 표면 연마를 위한 에칭 공정을 수행하는 단계, 산화피막 제거를 위한 산세 공정을 수행하는 단계, 제1 도금액을 이용하여 니켈 도금층을 형성하는 단계, 및 제2 도금액을 이용하여 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 도금액은, 황산니켈 30-40 중량%와 이온교환수 60-70 중량%로 구성된 제1 용액 및 치아인산나트륨 35-45 중량%와 암모늄말레이트 5-15 중량%와 이온교환수 45-55 중량%로 구성된 제2 용액의 혼합 용액인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 도금액에는, 수산화나트륨 10-20 중량%와 호박산이나트륨 1-10 중량%와 이온교환수 75-90 중량%로 구성된 제3 용액이 첨가될 수 있다. 또한, 상기 제1 도금액에는, 치아인산나트륨 25-35 중량%, 젖산암모늄 10-25 중량%, 이온교환수 45-55 중량%로 구성된 제4 용액이 더 첨가될 수 도 있다. 만일 제1 도금액에 4개의 용액들이 모두 혼합된 경우 그 혼합 비율은 제1 용액과 제2 용 액과 제3 용액과 제4 용액이 4:1:1:0.9인 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 인해, 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은, 종래의 전해 금도금의 장점인 굴곡성과 내절성이 뛰어난 특성을 가지면서도 종래의 무전해 니켈-금도금의 장점인 경제성을 가질 수 있는 장점이 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 제조방법을 나타내는 상세 흐름도이다. 폴리이미드 필름의 양면에 동박층을 형석한 동적층판을 투입한다(S505). 동적층판에 상하로 관통되는 관통홀을 형성한다(S510). 이 때 발생되는 BURR를 세척액으로 제거한다(S515). 동적층판에 무전해 도금을 실행하여 도금층을 형성한다(S520). 동적층판의 동박층에 전해 도금을 실행하여 도금층을 형성한다(S525). 도금층의 표면 연마를 위해 소프트 에칭을 수행한다(S530).

동적층판의 양면에 감광성 드라이 필름을 라미네이팅한다(S535). 동적층판을 정렬하여 노광시킨 후 현상 공정 및 에칭 공정을 수행하여 도금층에 회로패턴을 형성한다(S540,S545,S550). 회로패턴이 형성된 연성인쇄회로기판을 필요한 크기로 재단한 후 커버레이 필름을 가접한다(S555). 핫 프레스 공정을 통해 열과 압력으로 커버레이 필름을 적층한다(S560). 고연성 무전해 니켈-금도금 표면처리 공정을 거친다(S565). 회로를 검사하고 외곽을 가공한다(S570).

한편 본 발명에 따른 연성인쇄회고기판 제조방법은, 무전해 방식의 표면처리 공정을 사용하므로 전해 방식에서 필요한 도금선을 형성할 필요성이 없어 도금선 제거로 인한 BURR가 발생하지 않고, 이로 인해 회로를 자유롭게 설계할 수 있다. 또한, 종래와 달리 연성인쇄회로기판의 유형에 관계없이 동일한 방식의 고연성 무전해 니켈-금도금 표면처리 공정을 사용하므로 전해 도금과 무전해 도금의 복합 도금을 위한 마스킹 공정이 필요하지 않아 공정 수율을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판 표면처리 방법을 나타내는 상세 흐름도이다.

산화피막 및 불순물을 제거하기 위해 산성 탈지제로 탈지 공정을 수행한다(S605). 표면을 매끄럽게 하기 위해 연마제를 이용하여 화학 연마 및/또는 전해 연마를 수행한다(S615). 표면에서 산화된 부분을 제거하기 위해 산세 공정을 수행한다(S625). 그 경우, 부식 방지를 위해 불소(F) 이온을 함유하는 연마제가 사용될 수 있다. 동(Cu)과 금(Au)의 매끄러운 결합을 위해 니켈 도금층을 형성한다(S635). 니켈 도금층은 하기에서 설명하는 바와 같은 조성비를 갖는 도금액을 통해 적층된다. 무전해 니켈 도금층의 두께는 1-8㎛인 것이 바람직하다.

서로 다른 도금층 사이의 전위차를 완화시키기 위한 스트라이크 도금층을 형성한다(645). 높은 전기적 특성을 갖는 금 도금층을 형성한다(S655). 금 도금층은 OPC Muden gold AD 도금액을 통해 적층된다. 무전해 금 도금층의 두께는 0.01-0.1㎛인 것이 바람직하다. 표면을 건조하는 공정을 수행한다(665). 각각의 공정 사이에는 수세 공정이 수행된다(610,620,630,640,650,660,670).

한편, 무전해 니켈 도금액에는 내식성/부식성을 강화하기 위해 인(P)이 첨가되며, 인의 함량에 따라 도금액은 중인 타입(6-9 중량%), 고인 타입(8-12 중량%)으로 분류된다. 구체적으로 중인 타입 니켈 도금액은 내식성과 납땜성이 양호해 종래에 가장 보편적으로 사용되며, 고인 타입 니켈 도금액은 크랙이 잘 발생하지 않고 석출 속도가 빠르다. 다만 중인 타입 도금액은 크랙이 쉽게 발생하는 단점이 있으며, 고인 타입 도금액은 납땡성이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 무전해 니켈 도금액으로 고연성 무전해 니켈 도금액을 사용하는데 조성비를 나타내면 다음과 같다. 본 발명에 따른 고연성 무전해 니켈 도금액은 황산니켈 30-40 중량% 및 이온교환수 60-70 중량%가 혼합된 제1 용액 및 암모늄말레이트 5-15 중량%, 치아인산나트륨 35-45 중량% 및 이온교환수 45-55 중량%가 혼합된 제2 용액을 일정 비율(예를 들어, 4:1)로 혼합한 혼합물인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 고연성 무전해 니켈 도금액은 제1 용액과 제2 용액을 혼합한 혼합물에 수산화나트륨 10-20 중량%, 호박산이나트륨 1-10 중량%, 이온교환수 75-90 중량%가 혼합된 제3 용액 또는 치아인산나트륨 25-35 중량%, 젖산암모늄 10-25 중량%, 이온교환수 45-55 중량%가 혼합된 제4 용액 중 적어도 하나 이상의 용액을 첨가한 혼합물인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우 제1 용액, 제2 용액, 제3 용액, 및 제4 용액의 혼합 비율은 4:1:1:0.9인 것이 더욱 바람직하다.

도 7은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 항목별 테스트 결과를 나타내는 테이블이다. 도 7을 살펴보면, 종래의 무전해 니켈-금도금층은 연성 테스트 결과, 밴딩 테스트 결과, 및 MIT 테스트 결과가 매우 취약함을 알 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판의 승인원 테스트 결과를 나타내는 테이블이다. 도 8을 살펴보면, 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은, 내열성, 절연저항, 내전압, 도금 밀착성, 내약품성 등이 양호함을 알 수 있다.

도 9는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 연성 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 기존의 무전해 니켈-금도금층은 100g 하중부터 크랙이 발생함을 알 수 있다. 도 10은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 밴딩 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 기존의 무전해 니켈-금도금층은 50g 하중 4회부터 크랙이 발생함을 알 수 있다.

도 11는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 내절성 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 기존의 무전해 니켈-금도금층은 500g 하중 9회만에 단절이 발생함을 알 수 있다. 도 12는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 전단 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 기존의 전해 금도금층은 다른 종류의 도금층에 비해 500g 이상 전단하중이 작음을 알 수 있다.

도 13은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 납땜성 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하면, 모든 종류의 금도금층이 남땜성은 우수함을 알 수 있다. 도 14는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 염수 분무 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 14를 참조하면, 모든 종류의 금도금층이 염수 분무에 잘 견뎌낼 수 있음을 알 수 있다.

도 15는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 열 충격 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 모든 종류의 금도금층이 열 충격에 잘 견뎌낼 수 있음을 알 수 있다. 도 16은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 항온 항습 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 16을 참조하면, 모든 종류의 금도금층이 항온 항습을 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성회로기판의 테스트 결과를 구체적으로 나타내는 테이블이다. 도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판은 납땜 내열성, 표면층 절연저항, 표면층 내전압, 도금 밀착성, 도금 두께, 리플로우 테스트, 내약품성 등이 모두 우수함을 알 수 있다. 즉, 종래에 사용되던 무전해 니켈-금도금층과 전해 금도층의 장점을 모두 가지고 있어 연성인쇄회로기판에 매우 적합함을 알 수 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들 이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 연성인쇄회로기판의 유형별 금 사용량을 나타내는 테이블이다.

도 2는 연성인쇄회로기판의 판매 단가의 변화 추이를 나타내는 그래프이다.

도 3은 런던 시장에서의 금 시세의 변동을 나타내는 그래프이다.

도 4는 연성인쇄회로기판의 유형별 가공비 변화량을 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.

도 6은 본 발명에 따른 연성인쇄회로기판의 표면처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 7은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 각종 테스트 결과를 비교하는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 금도금층의 승인원 테스트 결과를 나타내는 테이블이다.

도 9는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 연성 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 10은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 벤딩 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 11은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 내절성 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 12는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 금도금층의 전단 테스 트 결과를 나타내는 도면이다.

도 13은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 납땜성 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 14는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 염무 분무 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 15는 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 열충격 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 16은 서로 다른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 항온 항습 테스트 결과를 나타내는 도면이다.

도 17은 본 발명에 따른 표면처리 방식을 적용하여 제조한 연성인쇄회로기판의 각종 구체적인 테스트 결과를 나타내는 테이블이다.

Claims

연성인쇄회로기판 표면처리 방법에 있어서,

불순물 제거를 위한 탈지 공정을 수행하는 단계;

표면 연마를 위한 에칭 공정을 수행하는 단계;

산화피막 제거를 위한 산세 공정을 수행하는 단계;

제1 도금액을 이용하여 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및

제2 도금액을 이용하여 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하며,

상기 제1 도금액은, 황산니켈 30-40 중량%와 이온교환수 60-70 중량%로 구성된 제1 용액 및 치아인산나트륨 35-45 중량%와 암모늄말레이트 5-15 중량%와 이온교환수 45-55 중량%로 구성된 제2 용액의 혼합 용액인 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 도금액에는,

수산화나트륨 10-20 중량%와 호박산이나트륨 1-10 중량%와 이온교환수 75-89 중량%로 구성된 제3 용액이 첨가된 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판의 표면처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1 도금액에는,

치아인산나트륨 25-35 중량%, 젖산암모늄 10-25 중량%, 이온교환수 45-55 중 량%로 구성된 제4 용액이 더 첨가된 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판의 표면처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 제1 도금액의 혼합 비율(무게비율)은,

제1 용액과 제2 용액과 제3 용액과 제4 용액이 4:1:1:0.9인 것을 특징으로 하는 연성인쇄회로기판의 표면처리 방법.