KR101202027B1 - 도금층의 스트레스 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금 및 표면처리 분야에서 모재와 코팅층의 밀착력 평가시 기준으로 삼을 수 있는 도금층의 스트레스를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 실리콘 스트립 기판에 도금층을 형성시킨 후, 곡률반경 측정장치를 이용하여 상기 도금층의 스트레스를 측정하는 도금층의 스트레스 측정방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 모재와 코팅층의 밀착력 평가시 기준으로 삼을 수 있는 도금층의 스트레스를 보다 간단하고, 정밀하며, 재현성있게 측정할 수 있다.

Description

도금층의 스트레스 측정 방법{METHOD FOR MEASURING STRESS OF PLATING LAYER}

본 발명은 도금 및 표면처리 분야에서 모재와 코팅층의 밀착력 평가시 기준으로 삼을 수 있는 도금층의 스트레스를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 스트립 기판에 도금층을 형성시킨 후, 곡률반경 측정장치를 이용하여 상기 도금층의 스트레스를 측정하는 도금층의 스트레스 측정방법에 관한 것이다.

도금은 현재 다양한 기술분야에서 사용되고 있으며, 예를 들면, 전자부품, 휴대용 단말 부품 등의 요소 부품의 생산기반기술 등에 활용되고 있다. 특히, 전자부품의 경박단소화에 따라 적용되는 부품의 크기도 작아지면서 도금층의 관리와 활용면에서도 기존의 방식과는 차별화가 요구되고 있으며, 단단한 모재 뿐만 아니라 연성기판과 같이 얇고 휘어지는 기판재에도 도금은 확대 적용되고 있다.

일반적으로, 도금층은 내부에 존재하는 응력 또는 스트레스에 의하여 모재 또는 기판재와의 밀착성과 성능 발휘에 영향을 받게 된다. 따라서, 모재와 도금층간의 접착시 존재하는 스트레스를 제어하고 활용을 극대화하기 위해서는 정밀하고 제어가능한 스트레스의 측정이 우선시 되어야 한다.

종래의 스트레스 측정법은 대개 시편을 X-ray 회절장치에 장착하고 잔류응력 측정 방법을 활용하여 스트레스를 분석하고 해석하였다. 그러나, X-ray 측정자체가 어느 정도의 시간이 소요되는 기술이므로, 짧게는 수분 내지 수십분에서 길게는 한시간에서 몇 시간 이상이 걸리는 문제점이 있다. 또한, X-ray 피크(peak)의 폭과 세기 등의 결과와 결정립 크기 등의 인자를 비교하거나 수식화한 공식을 적용하여 스트레스를 계산하므로 이에 대한 일정 수준 이상의 전문적인 지식과 경험이 있어야 측정이 가능하다는 단점이 있으며, 생산라인에서 샘플을 채취하여 바로바로 측정하여 데이터를 얻어야 하는 현장에서는 그 활용에 부담이 크다는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위한 종래기술로는 한국 공개특허공보 2009-0022206호가 있다. 상기 한국 공개특허공보 2009-0022206호에는 용융 도금을 통해 기판재에 코팅층을 형성시킨 후, 상기 코팅층의 스트레스를 곡률반경 측정장치를 활용하여 측정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 기판재에 용융 도금 후, 건조과정을 거치는 도금방법을 이용하고 있으며, 이와 같은 방법은 모재 또는 기판재의 상태에 따라 스트레스 측정 오차범위에 차이가 나게 되는 문제점이 발생한다.

특히, 소성변형없이 탄성변형만 있는 기판재에만 도금을 하는 것이 아니라 소성변형이 일어나기 쉽고 탄성이 강하지 않거나 두께가 상대적으로 얇은 기판재를 모재로 하여 도금하는 경우도 있으므로, 상기에서와 같이 곡률반경 측정방식을 활용하여 도금층의 스트레스를 측정하는 경우에는 재현성 있는 스트레스 측정이 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 실리콘 스트립 기판에 버퍼층을 형성한 후, 도금층을 형성하고, 분석하고자 하는 도금층을 레이저를 이용한 곡률반경 측정장치를 활용하여 스트레스를 측정함으로써, 정밀하고 재현성있는 도금층의 스트레스 측정방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 실리콘 스트립 기판 상면에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층이 형성된 스트립 기판 상면에 도금층을 형성한 뒤, 레이저를 이용한 곡률반경 측정 장치를 활용하여 상기 도금층의 스트레스를 측정하는 도금층의 스트레스 측정방법을 제공한다.

이 때, 상기 버퍼층 형성은 스퍼터링을 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실리콘 스트립 기판은 가로 대 세로 비가 1:5~10인 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 실리콘 스트립 기판의 두께는 100~300㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 모재와 코팅층의 밀착력 평가시 기준으로 삼을 수 있는 도금층의 스트레스를 보다 간단하고, 정밀하며, 재현성있게 측정할 수 있다.

도 1은 도금층이 형성된 실리콘 스트립의 측면을 나타내는 개략도이다.

본 발명자들은 레이저를 이용한 곡률반경 측정방식을 적용하기 힘든 도금층과 통상의 도금모재의 한계에 대한 문제점을 해결하고자 연구하던 중, 실리콘 웨이퍼 스트립을 활용하여 금속 스퍼터링으로 버퍼층을 형성시킨 후 전기도금하고, 이후 곡률반경 측정장치를 이용하게 되면 기존의 방법보다 효과적으로 도금층의 스트레스를 측정할 수 있다는 사실을 인지하게 되었다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

통상의 도금 기판재로는 철, 알루미늄, 황동 등의 금속이 주로 사용되며, 최근들어 PCB(인쇄 회로 기판, printed circuit board) 또는 FPCB(연성 인쇄 회로 기판, flexible printed circuit board)의 제조공정시에는 폴리머 기판상에 도금이 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 기판재들은 스트레스 측정에는 너무 연하거나 열적인 안정성이 떨어진다. 따라서, 상기 기판재들은 스트레스 측정에 사용되는 곡률반경이 기판재 자체에서 변화하기 때문에 순수한 코팅층의 곡률반경을 측정하기 위해서는 이러한 기판재의 영향을 배제해야 한다.

본 발명에서는 기판재로서 실리콘 스트립을 사용하는데, 상기 실리콘 스트립은 경한 물질로서 널리 알려진 철에 비하여 전체적인 열전달 및 열분포의 차이가 작다. 결과적으로, 실리콘 웨이퍼는 통상적으로 사용되는 기판재에 비하여 경도가 높고, 열적인 안정성도 높아 기판재의 열적 팽창이 적으므로, 기판재 자체의 영향이 배제될 수 있다. 따라서, 실리콘이 곡률반경의 원리를 사용하는 레이저 스트레스 측정에 쓰이는 기판재로 바람직하다.

상기 실리콘 스트립의 두께는 100~300㎛의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 스트립이 100㎛ 미만인 경우, 도금층의 형성이 어려울 뿐만 아니라 형성된 도금층을 지지할 수 있는 기판재로서의 역할을 수행하기 어렵다는 문제가 있으며, 300㎛를 초과하는 경우에는, 도금층에 아주 작은 스트레스가 걸리는 경우, 곡률이 너무 작아서 측정이 어렵거나 데이터의 오차가 커질 소지가 있다. 그러나, 본 발명에서는 실리콘 스트립의 길이와 너비의 비, 그리고 버퍼층 또는 도금층의 종류에 따라서 상기 스트립의 두께를 달리할 수 있어, 상기 두께 범위에 국한되지는 않는다.

이 때, 상기 실리콘 스트립의 가로 대 세로의 비율은 1 : 5~10의 범위로 하는 것이 바람직한데, 실리콘 스트립의 가로 대 세로의 비율이 상기 범위일 때, 오차가 적으면서, 용이한 측정이 이루어질 수 있다.

본 발명은 실리콘 스트립 상면에 도금층을 형성시키기 전, 버퍼층을 먼저 형성시킨다. 상기 버퍼층은 실리콘 스트립과 도금층간의 밀착력을 돕고 전기적 통전이 가능하도록 하는 역할을 수행하게 되며, 그 종류로는 티타늄, 크롬, 구리, 철 및 황동 등 다양한 금속물질들이 있다. 따라서, 도금층의 종류에 따라 밀착력의 정도가 우수한 물질을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 버퍼층을 형성시키기 위한 방법으로는 스퍼터링을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 버퍼층의 두께는 200㎚ 내외가 적당하나, 도금층의 종류와 두께 등의 상태에 따라 상기 버퍼층의 두께를 더 얇게 하거나 두껍게 하는 것이 가능하다. 스퍼터링시에는 통상적인 범위인 1~50mtorr의 압력대인 것이 바람직하다. 더 바람직한 압력 범위는 2.5~10mtorr이다. 스퍼터링 시간은 도금층의 두께와 종류에 따라서 적당히 조절할 수 있으며, 상황에 따라서는 수분에서 한시간 이상이 될 수도 있다. 이는 전기적으로 도금이 될 수 있는 환경을 만들어주는 것과 더불어 기판재와 도금층간의 밀착력을 향상시키는 것이 주목적이므로, 이에 부합되는 조건이라면 임의로 선택하는 것이 가능하다.

상기 버퍼층 형성 단계 후, 실리콘 스트립 상면에 도금층을 형성한다. 상기 도금층은 사용목적 및 응용분야에 따라 그 종류가 달라질 수 있으며, 통상의 동, 니켈, 은, 금, 백금, 팔라듐도금뿐만 아니라 거의 모든 도금에 적용가능하다.

상기 도금층의 두께는 레이저 스트레스 측정기의 분해능 이하가 아닌 범위 즉, 수십~수백 ㎚ 정도의 얇은 막에서부터 일반적인 두께인 1~2㎛ 범위가 허용되나, 너무 두꺼워서 도금층의 밀착력이 현저히 줄어들거나 레이저 스트레스 측정에 적합하지 않은 과도한 두께의 시편이 아니라면 가능하다.

상기 도금층 형성 단계를 마친 후에는 레이저를 이용한 곡률반경 측정장치를 이용하여 도금층의 스트레스를 측정한다.

상기, 곡률반경 측정장치는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 것이면 어느 것이나 사용가능하다. 예를 들면, 레이저를 이용하여 곡률반경을 측정하고, 이렇게 측정된 곡률반경을 이용하여 도금층의 스트레스를 측정할 수 있는 곡률반경 측정장치를 들 수 있다.

(실시예)

280㎛의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼를 가로 5mm, 세로 50mm로 잘라, 실리콘 스트립의 형태로 제조한 뒤, 스퍼터링 타켓으로 사용하였다. 스퍼터링을 이용하여 200㎚의 두께로 Cr 버퍼층을 형성시켰으며, 이어, 1㎛의 두께로 Cu 도금층을 형성시켰다. 상기 도금층이 형성된 실리콘 스트립을 곡률반경 측정장치를 이용하여 도금층의 스트레스를 2회에 걸쳐 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1은 도금층이 형성된 실리콘 스트립의 휨을 나타내는 결과이며, (a)는 1차 측정 결과, (b)는 2차 측정결과이다. 도 1의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 50mm길이의 스트립은 양단과의 높이차가 각각 20.55㎛, 20.59㎛로 재현성 있는 스트레스 측정결과를 얻을 수 있었다.

Claims (5)

1. 실리콘 스트립 기판 상면에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층이 형성된 스트립 기판 상면에 전기도금을 이용하여 도금층을 형성한 뒤, 레이저를 이용한 곡률반경 측정 장치를 활용하여 상기 도금층의 스트레스를 측정하는 도금층의 스트레스 측정방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층은 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 도금층의 스트레스 측정방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 스트립 기판은 가로 대 세로 비가 1:5 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 도금층의 스트레스 측정방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 스트립 기판의 두께는 100~300㎛인 것을 특징으로 하는 도금층의 스트레스 측정방법.

Images