KR101146552B1 - 도금용 애노드 구리볼의 제조방법 - Google Patents

Abstract

단조 공정에서 구리볼의 표면에 부착된 유분(油分)을 환경에 대한 부하가 큰 알칼리 용액, 산성 용액을 이용하지 않고 제거하여, 고품질의 도금용 애노드 구리볼을 제조하는 제조방법을 제공한다.

구리 전해 도금의 원료로서 사용되는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법으로서, 구리 소재를 냉간 단조에 의해 볼 형상으로 형성하는 단조 공정과, 상기 단조 공정에 의해 상기 구리볼의 표면에 부착된 유분을 휘발시키기 위한 가열 공정과, 상기 구리볼을 건조한 상태에서 연마하는 배럴 연마 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

도금용 애노드 구리볼의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ANODE COPPER BALL FOR PLATING}

도 1은, 본 발명의 도금용 애노드 구리볼의 제조방법의 공정도이다.

<특허문헌 1> 일본특허공개 평3-223482호 공보

<특허문헌 2> 일본특허공개 평9-125275호 공보

본 발명은, 구리 전해 도금에 있어서 구리 원료로서 사용되는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 휴대전화나 컴퓨터 등의 프린트 배선 기판에 구리 도금을 하는 방법으로서, 구리를 애노드극, 프린트 배선 기판을 캐소드극으로 하여, 희황산 용액 등의 도금 욕조 속에 침지하여 통전(通電)시키는 전해 도금이 널리 사용되고 있다. 이 전해 도금은, 애노드극으로 된 구리가 희황산 용액 중에 용출하여 캐소드극으로 된 프린트 배선 기판의 표면에 구리 도금이 실시되는 것이다.

이 전해 도금의 구리 원료인 애노드극으로서 볼 형상으로 형성된 구리재(도 금용 애노드 구리볼)가 사용되고, 도금 욕조 속에 Ti 등의 내식성 재료로 구성된 바스켓이 배치되어, 그 바스켓 내에 도금용 애노드 구리볼을 순차적으로 장입(裝入)시키는 것이 제안되고 있다. 구리재는 용액 중에 용해되어 가기 때문에 순차적으로 소모되어 가지만, 그 소모량에 맞추어 도금용 애노드 구리볼을 Ti 바스켓에 장입할 수 있으므로, 연속해서 전해 도금을 실시할 수 있는 것이다.

도금용 애노드 구리볼은 구리 소재를 냉간 단조함으로써 형성된다. 여기서, 냉간 단조 공정에 있어서는, 기계적으로 압력을 가하여 구리 소재를 가공하기 때문에, 그 기계 부분에 사용되는 작동유나 윤활유가 단조에 의해 얻어진 구리볼의 표면에 부착되어 버린다는 문제가 있었다. 구리계 부재에 부착된 유분을 제거하는 방법으로서, 특허문헌 1에 나타난 pH 12 이상의 알칼리 탈지제 수용액 중에 침지 후 산(酸) 세척을 실시하는 방법이나, 특허문헌 2에 나타난 아세톤, 알코올액 중에 침지시켜 세척하는 방법이 제안되고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 나타난 유분 제거 방법에서는, pH 12 이상이라고 하는 강알칼리성의 탈지제 수용액을 취급하기 때문에, 탈지제 수용액을 저장하는 저장조(槽)나 공급장치, 배출장치를 내식성 재료로 구성하지 않으면 안되므로, 그 제조 비용이 비싸진다는 문제가 있었다. 또, 강알칼리성 탈지제를 사용하므로, 그 사용 관리에는 많은 노력과 시간이 소비됨과 동시에, 탈지제 수용액의 폐액을 처리할 필요가 있어서 환경에 대한 부하가 현저하게 커져, 폐액 처리 비용이 필요해진다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 1에 나타난 유분 제거 방법에서는, 알칼리 탈지제 수용액에 침지함으로써 구리계 부재의 표면에 생성된 산화막층을 제거하는 방법으로서, 산 세척을 해야 하므로, 황산이나 염산과 같은 산성 약제를 사용할 필요가 있다. 따라서, 상기 강알칼리성 탈지제를 취급하는 것과 마찬가지로, 저장조나 공급장치, 배출장치를 내식성 재료로 구성하지 않으면 안되어, 그 제조 비용이 비싸진다는 문제, 산성 약제의 사용 관리에 걸리는 노력과 비용의 문제, 산성 약제의 폐액 처리 등의 환경에 대한 부하, 폐액 처리 비용 등의 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2에 나타난 유분 제거 방법에서는, 아세톤, 알코올액 중에 침지하여 구리계 부재를 요동시키거나 액을 교반시키거나 하는 것만으로는, 강고하게 부착된 유분을 완전히 제거할 수는 없다는 문제가 있었다.

유분이 도금용 애노드 구리볼의 표면에 잔존한 경우에는, 이 도금용 애노드 구리볼이 희황산 수용액 등의 도금 욕조에 장입됨으로써, 유분이 도금 욕조 내에 혼입하여 오염된다는 문제가 발생한다. 또, 이 유분에 기인하여 슬러지(sludge) 등이 발생하여, 프린트 배선 기판에 형성되는 구리 도금층이 오염된다는 문제가 발생한다.

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 단조 공정에서 구리볼의 표면에 부착된 유분을 환경에 대한 부하가 큰 알칼리 용액, 산성 용액을 이용하지 않고 제거하여, 고품질의 도금용 애노드 구리볼을 제조하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 구리 전해 도금의 원료로서 사용되는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법으로서, 구리 소재를 냉간 단조에 의해 볼 형상으로 형성하는 단조 공정과, 상기 단조 공정에 의해 상기 구리볼의 표면에 부착된 유분을 가열로 내에서 휘발시키는 가열 공정과, 그 가열 공정 후의 상기 구리볼을 연마하는 배럴 연마 공정을 가지며, 상기 가열로의 노 내 분위기가 환원성 가스 분위기로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 도금용 애노드 구리볼의 제조방법에서는, 단조 공정에 의해 얻어진 구리볼을 가열로에서 가열함으로써, 단조 공정에서 구리볼의 표면에 부착된 유분을 휘발시켜 제거할 수 있으므로 확실하게 유분이 제거된다. 또, 유분이 제거된 상태에서 배럴 연마가 실시되므로, 배럴 연마 후의 도금용 애노드 구리볼의 표면이 깔끔하게 마무리된다.

또, 상기 가열 공정에 의해 상기 구리볼의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 산화막 제거 공정을 가짐으로써, 구리볼을 가열하여 유분을 휘발시켰을 때에 구리볼의 표면에 생성되는 산화막이 산화막 제거 공정에 의해 제거된다.

또, 상기 산화막 제거 공정이, 환원성 용액에 상기 구리볼을 침지시키는 공정임과 동시에, 상기 환원성 용액에 침지된 상기 구리볼을 건조시키는 건조 공정을 가짐으로써, 가열로에서 생성된 산화막이 환원성 용액에 의해 확실하게 제거되어, 환원성 용액에 침지된 구리볼이 건조 공정에서 건조된 후에 배럴 연마된다.

또, 상기 가열로의 노(爐) 내 분위기를 환원성 가스 분위기로 함으로써, 구리볼이 가열로 내에서 가열되었을 때에 그 표면에 산화막이 강고하게 형성되는 것이 방지된다.
또한, 상기 가열로가 전기로로 되어 있고, 외부로부터 노 내에 환원성 가스가 도입됨으로써, 노 내가 환원성 가스 분위기로 된 구성으로 해도 된다.

이하에 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1에 본 발명의 도금용 애노드 구리볼의 제조방법의 공정을 나타낸다. 또, 본 실시형태에 있어서 제조되는 도금용 애노드 구리볼은 그 직경이 55mm인 것으로 한다.

우선, 구리볼의 재료가 되는 구리선재가 공급된다. 본 실시형태에 있어서는, 직경 39mm의 구리선재가 사용된다. 이 구리선재가 적당한 길이로 절단되어 냉간 단조기 내에 설치된 형(型) 안에 장입된다. 이 형의 내부는, 직경 55mm의 볼 형상으로 형성되어 있다. 이 형 안에 삽입된 구리선재가 단조 가공되어 직경 55mm의 구리볼이 형성된다. 이 단조 가공에 있어서, 단조기의 윤활유나 작동유가 단조실 내에 존재하여 구리볼의 표면에 유분이 부착되어 버린다.

유분이 부착된 구리볼은 가열로 내에 장입된다. 이 가열로는 가스 버너 연소로이고, 연료로서 천연가스를 사용하여 그 공기와 연료의 혼합비를 연료 과잉으로 하여 연소되어 있고, 연소로 안은 환원성 분위기로 되어 있다. 여기서, 가열로 내의 온도는, 유분이 휘발하는 온도인 400℃ 이상으로 설정되어 있으면 좋지만, 너무 고온이면 연소로의 노체(爐體)에 부하가 걸림과 동시에, 구리볼의 표면에 생성되는 산화막이 두꺼워지므로, 800℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 구리볼은 가열로 내에서 가열되어, 그 표면에 부착된 유분이 휘발함으로써 유분이 확실하게 제거된다. 여기서 가열로 안은 환원성 분위기로 되어 있지만, 구리볼의 장입구나 배출구로부터 대기가 혼입함으로써 구리볼의 표면에 얇은 산화막이 형성된다.

다음으로, 가열로에서 얇은 산화막이 형성된 구리볼은 환원성 용액이 저장된 저장조 내에 침지된다. 환원성 용액으로서, 구체적으로는, 이소프로필 알코올의 수용액이나 에틸렌글리콜의 수용액 등을 이용할 수 있다. 이들 환원성 용액에 침지됨으로써 구리볼의 표면에 형성된 산화막이 제거된다. 따라서, 구리볼의 표면에는 유분, 산화막 모두 존재하지 않는 상태가 된다.

다음으로, 유분, 산화막이 제거된 구리볼은 건조 공정에 공급된다. 건조 공정에서는 구리볼에 에어가 분사되어 구리볼의 표면을 건조시킨다. 이렇게 하여 건조된 구리볼은 배럴 연마 장치에 공급된다. 배럴 연마 장치 내에 장입된 복수의 구리볼이 격하게 교반됨으로써, 구리볼끼리가 충돌하여 구리볼의 표면이 연마되는 것이다. 여기서, 구리볼의 표면의 유분, 산화막은 제거되어 있으며, 구리볼은 건조되어 있으므로, 배럴 연마를 실시한 후의 구리볼의 표면은 구리 금속색을 드러내어 광택이 있는 깔끔한 표면으로 마무리된다.

이상과 같이 제조된 도금용 애노드 구리볼은, 희황산 용액이 저장된 도금 욕조 내에 배치된 Ti제의 바스켓 내에 공급되어 애노드극으로 되고, 캐소드극으로서 프린트 배선 기판이 도금 욕조 내에 침지되어 통전됨으로써, 희황산 용액 중에 용해되어 프린트 배선 기판의 표면에 구리 도금이 형성된다.

상기 도금용 애노드 구리볼의 제조방법에 있어서는, 가열로에서 구리볼의 표면을 유분의 휘발 온도까지 가열함으로써, 유분을 확실하게 제거할 수 있어, 도금 욕조를 오염하는 일이 없는 고품질의 도금용 애노드 구리볼을 제조할 수 있다. 또, 유분의 제거에 알칼리성 탈지제를 사용하지 않으므로, 환경에 대한 부하를 큰 폭으로 저감할 수 있음과 동시에, 그 설비 비용, 탈지제의 관리 비용, 폐액의 처리 비용 등이 불필요해져, 제조 비용을 저감할 수 있다.

또, 가열로에서 가열함으로써 구리볼의 표면에 산화막이 발생하지만, 가열로의 연소 버너의 연료 과잉으로 인해 가열로 안이 환원성 분위기가 되어, 구리볼의 표면에 산화막이 발생하는 것을 억제할 수 있어 산화막의 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, 구리볼의 표면에 발생한 산화막의 제거를 용이하게 실시할 수 있다.

구리볼의 표면에 발생한 산화막은, 이소프로필 알코올 수용액 등의 환원성 용액에 침지됨으로써 간단히 제거된다. 산화막을 제거하는데 황산이나 염산과 같은 산성 약제를 사용하지 않으므로, 환경에 대한 부하를 큰 폭으로 저감할 수 있음과 동시에, 그 설비 비용, 산성 약제의 관리 비용, 폐액의 처리 비용 등이 불필요해지므로, 도금용 애노드 구리볼의 제조 비용을 크게 저감할 수 있다.

상기 제조방법으로 얻어진 도금용 애노드 구리볼을 이용함으로써, 캐소드극으로 된 프린트 배선 기판에는 그 도금 욕조 내에 유분이 혼입되어 있지 않아, 도금욕이 청정하므로 매우 깔끔한 도금층이 형성됨과 동시에, 도금조 내에 슬러지 등이 혼입되지 않아, 안정되게 도금을 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 단조 공정의 직후에 가열로에서의 유분 제거를 실시하는 것으로 설명했지만, 가열로에 장입하기 전에 산 세척 등을 실시해도 좋다. 이 경우에는, 구리볼의 표면에 강고하게 부착된 유분이나 다량으로 부착된 유분 등을 산 세척으로 사전에 제거하고 난 다음에 가열로에 의해 가열되므로, 유분을 더욱 확실하게 제거할 수 있다. 즉, 구리볼에 부착된 기름의 상황에 따라, 가열로 장입 전에 산 세척 등의 전(前)처리를 실시함으로써, 확실하게 유분을 제거할 수 있다.

또, 가열로로서 가스 버너에 의한 연소로를 이용하여 설명했지만, 그 가열 방식에는 제한이 없으며, 전기로여도 좋다. 전기로 등의 경우에는, 노 내를 환원성 분위기로 하기 위해서, 외부로부터 노 내로 환원성 가스, 예를 들면 일산화탄소나 수소 가스를 함유하는 가스를 도입하는 것이 바람직하다.

또한, 환원성 용액에 침지한 후에 건조 공정을 별도로 마련한 것으로 설명했지만, 예를 들면, 구리볼 자체의 온도를 환원성 용액의 휘발 온도보다도 고온으로 해 둠으로써, 자연 건조에 의해 건조시키는 것도 가능하다.

<실시예>

이하에, 본 실시형태에 의해 제조된 도금용 애노드 구리볼에 대해, 그 표면에 잔존하는 유분의 양을 분석하였다.

여기서, 제조된 도금용 애노드 구리볼의 직경은 55mm이며, 가열로의 가스 버너의 공기/연료비는 0.95/1.00으로 연료 과잉인 상태에서 연소되고, 가열로의 온도는 약 700℃로 설정하고, 구리볼은 가열로 내에 약 5분간 유지하였다.

가열로로부터 꺼내진 구리볼은, 환원성 용액으로서 이소프로필 알코올이 2% 혼합된 수용액 중에 약 30초간 침지된 후에, 에어 블로우로 건조되고, 배럴 연마기에 장입되어 배럴 연마가 실시되었다.

이와 같이 하여 얻어진 도금용 애노드 구리볼의 표면에 잔존한 유분을 정량하기 위해서, 도금용 애노드 구리볼을 소정의 용액 중에 침지시켜, 그 용액 중에 녹아든 유분을 푸리에 변환 적외선 분광광도계(FTIR)로 분석을 실시하였다. 그 결과, 직경 55mm의 도금용 애노드 구리볼의 표면에 잔존하는 유분은 0.1mg/개 이하인 것이 확인되었다. 따라서, 본 발명의 도금용 애노드 구리볼의 제조방법을 이용함으로써, 도금용 애노드 구리볼의 표면에 부착된 유분을 큰 폭으로 저감할 수 있는 것이 확인되었다.

상기 도금용 애노드 구리볼의 제조방법에서는, 알칼리성 탈지제를 사용할 필요가 없으므로, 그 설비 비용, 관리 비용을 저감할 수 있음과 동시에, 환경에 대한 부하를 크게 저감할 수 있다. 또, 유분을 휘발시킴으로써 확실하게 유분을 제거할 수 있으므로, 유분이 도금 욕조 내에 혼입할 우려가 없어, 도금을 안정되게 실시할 수 있는 도금용 애노드 구리볼을 제공할 수 있다.

또, 가열로에서 가열했을 때에 구리볼의 표면에 산화막이 생성되지만, 가열 공정 후의 산화막 제거 공정에 의해 산화막이 제거되므로 배럴 연마에는 산화막이 없는 구리볼이 공급되므로, 구리볼의 표면을 광택이 있는 깔끔한 표면으로 마무리할 수 있다.

또, 구리볼을 환원성 용액에 침지함으로써 산화막을 제거할 수 있으므로, 산성 약액을 사용할 필요가 없어, 그 설비 비용, 관리 비용을 저감할 수 있음과 동시에, 환경에 대한 부하를 크게 저감할 수 있다. 또, 환원성 용액에 침지된 구리볼을 건조한 후에 배럴 연마에 공급되므로, 구리볼이 다시 산화되는 것을 방지할 수 있어, 구리볼의 표면을 광택이 있는 깔끔한 표면으로 마무리할 수 있다.

또한, 가열로의 노 내 분위기를 환원성 가스 분위기로 함으로써 구리볼의 표 면에 산화막이 강고하게 형성되지 않으므로, 가열 공정 후의 산화막 제거 공정에 있어서, 산화막의 제거가 용이해져서 확실하게 산화막을 제거할 수 있어 배럴 연마에는 산화막이 없는 구리볼이 공급되므로, 구리볼의 표면을 광택이 있는 깔끔한 표면으로 마무리할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 단조 공정에서 구리볼의 표면에 부착된 유분을 환경에 대한 부하가 큰 알칼리 용액, 산성 용액을 이용하지 않고 제거하여, 고품질의 도금용 애노드 구리볼을 제조하는 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 구리 전해 도금의 원료로서 사용되는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법에 있어서,

   구리 소재를 냉간 단조에 의해 볼 형상으로 형성하는 단조 공정과, 상기 단조 공정에 의해 상기 구리볼의 표면에 부착된 유분을 가열로 내에서 휘발시키는 가열 공정과, 그 가열 공정 후의 상기 구리볼을 연마하는 배럴 연마 공정을 가지며,

   상기 가열로의 노 내 분위기가 환원성 가스 분위기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가열 공정에 의해 상기 구리볼의 표면에 생성된 산화막을 제거하는 산화막 제거 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산화막 제거 공정이, 환원성 용액에 상기 구리볼을 침지시키는 공정임과 동시에,

   상기 환원성 용액에 침지된 상기 구리볼을 건조시키는 건조 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가열로가 전기로로 되어 있고, 외부로부터 노 내에 환원성 가스가 도입됨으로써, 노 내가 환원성 가스 분위기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도금용 애노드 구리볼의 제조방법.

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