KR101270770B1

KR101270770B1 - 인쇄회로기판의 도금방법

Info

Publication number: KR101270770B1
Application number: KR1020120110012A
Authority: KR
Inventors: 전성욱; 김정일; 김영국
Original assignee: 와이엠티 주식회사
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2013-06-03
Also published as: US20140098504A1

Abstract

소정의 회로패턴, 부품 실장용 패드부, 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부 및 커넥터부를 포함하는 인쇄회로기판을 제공하는 단계; 상기 단자부 및 상기 커넥터부를 제외한 부분을 마스킹하는 단계; 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액에 상기 인쇄회로기판을 침지하는 단계; 노출된 상기 단자부 및 상기 커넥터부에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 니켈-텅스텐 합금 도금 층 위에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 금함유 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 도금방법이 제공된다.

Description

인쇄회로기판의 도금방법{Electroplating method for printed circuit board}

본 발명은 내마모성 및 내식성이 뛰어난 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 도금방법에 관한 것이다.

메모리 모듈이나 배터리 단자 등은 탈착을 반복하는 특징을 갖고 있어 내마모성과 내스크래치성 및 내식성이 필수적으로 요구된다. 기존에는 전해 니켈 도금 후 금도금층의 경도를 높이기 위하여 금에 코발트, 니켈 등을 미량 첨가하여 공석을 시키는 전해 경질 금도금을 실시하고 있다. 도 1은 전형적인 메모리모듈 제품의 평면 사진을 나타낸다. 그러나 마모나 스크래치 등에 의해 니켈 도금층이 외부로 노출되면 전기적 특성이 변화하고, 부식이 진행될 우려가 있어 니켈층을 보호하기 위해 경질 금도금을 0.76 um 이상 두껍게 입히며, 제품에 따라서는 3.0 um에 가까운 금도금을 실시하기도 한다. 두꺼운 금도금은 원가 상승의 원인이 되며, 특히 최근과 같이 금 가격이 급등하게 되면 엄청난 원가 압박을 받게 된다.

일반적으로 상기 경질금도금 공정은 당 업계에서 널리 알려져 있는데, 예를 들면 국내 특허공개번호 제2011-0006589호는 금과 코발트 소스염과 함께, 유기산 전도염, 니트로기 함유 화합물, 카르본산 등이 첨가되어 있는 경질금도금 용액을 사용하여 원활한 금도금이 될 수 있도록 하는 방법을 제시하고 있다. 또한, 국내 특허등록번호 제10-0819855호에서는 무전해니켈-금도금 공정과 경질금도금 공정을 복합적으로 실시하는 인쇄회로기판의 제조 방법에 관해 기술하고 있다. 또한, 국제특허 WO 2010/024099호는 선택적인 부분 도금이 가능한 경질 금도금을 용액의 조성에 대해 기술하고 있는 바, 가용성 금속염, 니트로기를 함유하는 방향족 화합물, 코발트염, 니켈염, 은염 등의 금속염, 혹은 폴리에틸렌이민의 유기첨가제를 함유하는 특징의 경질금도금 용액에 대해 기술하고 있다.

이처럼 전기니켈 도금층 위에 경질금도금을 행하는 공정은 오래 전부터 적용되어 온 기술로서 금도금층의 경도와 내마모성 등의 물성 향상을 위주로 개선되어 왔으며, 니켈 도금층에 대한 연구는 그다지 많이 진행되지는 않았다. 다시 말해, 하지도금층인 니켈 도금층은 그대로 두고, 그 위에 도금되는 최종 도금층인 경질금도금층의 특성 향상에 대한 연구가 주로 진행되어 온 것이다. 그러나, 이러한 연구 방향으로는 금도금 두께의 감소를 가져오기 어려워 원가 절감 효과를 기대할 수 없으며, 특성 향상에도 한계가 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액이 담긴 전착조에 인쇄회로기판을 침지하는 단계; 상기 전착조 내의 양 전극 사이에 전류를 인가하여 상기 인쇄회로기판 표면 위에 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 니켈-텅스텐 합금 도금층 위에 금함유 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 도금방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 소정의 회로패턴, 부품 실장용 패드부, 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부 및 커넥터부를 포함하는 인쇄회로기판을 제공하는 단계; 상기 단자부 및 상기 커넥터부를 제외한 부분을 마스킹하는 단계; 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액에 상기 인쇄회로기판을 침지하는 단계; 노출된 상기 단자부 및 상기 커넥터부에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 니켈-텅스텐 합금 도금 층 위에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 금함유 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 도금방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 도금방법에 의해 도금된 인쇄회로기판이 제공된다.

도 1은 전형적인 메모리모듈 제품의 평면 사진을 나타낸다.
도 2는 인쇄회로기판에 니켈-텅스텐 합금 도금층 및 금함유 도금층을 형성하는 방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 3의 (a)는 종래 전해니켈 도금층의 투과전자현미경 사진이고, 도 3의 (b)는 전해니켈-텅스텐 합금 도금층의 투과전자현미경 사진이다.
도 4는 연성첨가제 포함 유무에 따른 도금액의 성질에 따른 도금층의 표면 성상을 나타내는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 상기 도금액을 사용한 모듈 제품의 도금 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.

이하 첨부되는 도면을 참고로 하여 본 발명의 구현예들에 대해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 구현예들은 당업자에게 개시된 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 “위에”있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 “바로 위에”있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.

배경기술에서 상술한 바와 같이 메모리모듈, 커넥터 및 배터리 단자 등과 같이 탈착이 반복되므로 내마모성과 내스크래치성 및 내식성이 요구되는 제품에는 전해 니켈층 위에 경도 향상을 위해 코발트나 니켈 등을 미량 첨가한 금도금 용액을 이용한 전해 경질금도금을 실시하고 있다.

이러한 전해 경질금도금 방법을 좀 더 상세히 설명하면, 도금하고자 하는 단자부를 탈지 및 마이크로에칭의 전처리 공정을 거친 후 전해니켈 도금 용액에 담궈 약 45~50℃에서 10~20 분 동안 약 0.5~3 ASD(A/dm²)의 전류밀도로 도금하여 약 3~10 um의 두께를 갖는 전해니켈 도금층을 형성시킨다. 상기 단계 후에는 니켈 도금층 상에 전해 경질금도금을 실시하기에 앞서 얇은 금도금층을 형성시켜주는 금도금 스트라이크(strike) 공정을 거친 후 경질금도금액을 접촉시켜 약 0.76~3 um의 두께를 갖는 금도금층을 형성한다. 경질금도금을 0.76 um 이상으로 하는 이유는 탈착을 반복하면서 금도금층에 마모가 일어나 니켈층이 드러나게 되면 전기적 특성이 변화하기 때문이다. 따라서 이를 방지하기 위해 두꺼운 도금이 요구된다.

전술한 바와 같이 종래의 경질금도금 공정에 따르면 니켈 및 금도금 두께를 두껍게 해야 하므로 커다란 원가 상승 요인으로 작용하고 있어 이러한 단점을 개선할 필요가 있다.

본 연구자들은 하지도금층인 니켈도금층의 개선을 통해 전체 도금층의 물성 향상은 물론 원가 절감을 가져올 수 있는 방향으로 연구를 진행하였다. 기존의 경질금도금 공정은 직류(DC)를 이용하는 공정이며, 이를 대체하는 기술로서 DC가 아닌 쌍극성 전류 등의 다른 방법을 사용하게 되면, 사용하고 있던 정류기를 모두 교체해야 하는 어려움이 있어 설비 교체에만 막대한 투자가 소요되는 단점이 있다.

니켈도금층에 대한 연구는 그다지 많지 않으며, 특히 기존 설비인 DC 방식을 그대로 이용하면서도 특성이 양호한 니켈도금층을 얻는 기술은 아직 개발되지 않은 상태이다. 따라서 기존의 설비를 커다란 교체 없이 이용할 수 있으면서 금도금 두께는 줄이고, 물성을 유지할 수 있는 대체 공정의 개발이 필요하다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 니켈-텅스텐 합금 도금액이 제공된다. 상기 니켈-텅스텐 합금 도금액은 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함한다.

상기 도금액의 기능과 도금 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.

텅스텐(W) 의 도금은 아래 화학식 1과 같은 방식으로 이루어질 수 있다.

(화학식 1)

WO₄ ² ^- + 4H₂O + 6e^- → W + 8OH^-

텅스텐은 전착 전위가 매우 낮고 환원 반응에 대한 과전압이 매우 높아 텅스텐 단독으로는 도금이 거의 불가능한 것으로 알려져 있으며, 합금 도금을 하기 위한 여러 가지 방법들이 사용되고 있다. 특히 천이금속의 도금욕에서는 텅스텐이 천이 금속과 고용체를 형성하는 경향으로 인하여 텅스텐의 전착 전위가 높아지고, 텅스텐의 환원 반응에 대한 과전압이 낮아져 천이 금속과 쉽게 합금 도금을 이루면서 석출하게 되는 유기 공석형 합금 도금(Induced Alloy Codeposition)이 이루어진다. 이러한 유기공석형 합금 도금의 메카니즘에 대해서는 여러 가지 가설 등이 제안되고 있으나, 그 중에서도 음극 계면에서의 pH 상승과 용해도 감소에 따른 석출 기구가 가장 타당성이 큰 것으로 알려져 있다.

상기 니켈-텅스텐 합금 도금액에 사용되는 상기 수용성 니켈 화합물은 황산니켈염 (NiSO₄·H₂O), 설파민산니켈, 황산니켈암모늄 등으로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용한다. 전체 도금액의 중량 기준으로 약 0.5~10.0 중량%, 바람직하게는 약 2.0~4.0 중량%로 함유된다. 만약 0.5 중량% 미만에서는 도금 속도가 현저하게 저하되어 생산성을 기대할 수 없고, 10.0 중량% 초과에서는 합금도금의 최적 비율이 맞지 않아 요구하는 물성을 나타내지 못할 수 있다.

상기 니켈-텅스텐 합금 도금액에 사용되는 상기 수용성 텅스텐 화합물로는 텅스텐나트륨이 가장 일반적으로 사용된다. 전체 도금액의 중량 기준으로 약 3.0~15.0 중량%, 바람직하게는 약 9.0~11.0 중량%로 함유된다. 만약 3.0 중량% 미만에서는 도금층 중의 텅스텐 함량이 부족하여 물성에 악영향을 끼치며, 15.0 중량% 초과하여 첨가하더라도 물성의 향상이 더 이상 이루어지지 않아 비경제적이다.

금속 이온의 착화로 균일한 도금 물성을 유지해 주는 역할을 하는 상기 착화제로서는 구연산이나 구연산나트륨 등의 구연산화합물, 글리신, 트리에탄올아민, 헥사프로필아민 등 각종 아민으로 이루어진 군으로부터 1 또는 2 이상 선택하여 사용한다. 전체 도금액의 중량 기준으로 약 2.0~13.0 중량%, 바람직하게는 약 7.0~11.0 중량%로 함유된다. 만약 2.0 중량% 미만에서는 도금 용액 중의 금속 이온 영향을 받아 합금 도금 비율에 악영향을 미치며, 13.0 중량% 초과에서는 도금 효율의 저하가 나타난다.

상기 도금액에 포함된 상기 연성 향상제는 도금층의 내부 응력을 완화해 줌으로써, 이후 DC를 이용하여 전기 도금할 때 도금층에 발생될 수 있는 균열을 방지한다.

상기 연성 향상제로서 수용성 술폰화합물이 사용될 수 있다. 상기 수용성 술폰화합물은 술폰아마이드, 술폰이미드, 술폰산 및 술포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로 알릴술포네이트, 벤젠술폰아미드, 비닐술포네이트나트륨, 프로핀술포네이트 등일 수 있다. 상기 연성 향상제는 전체 도금액의 중량 기준으로 약 0.01~5.0 중량%, 바람직하게는 약 0.1~1.0 중량%로 함유된다. 만약 0.01 중량% 미만에서는 도금층 내부 응력에 미치는 영향이 작아 도금층에 균열이 발생하기 쉬우며, 5.0 중량% 보다 많이 첨가하더라도 물성의 향상이 더 이상 이루어지지 않아 비경제적이다.

상기 도금액은 기타의 첨가제, 예를 들어 완충제, 도금 속도를 조절하는 1차 광택제, 입자미세화 기능을 포함하는 2차 광택제, 피트 방지를 위한 피트 방지제 및 계면활성제를 더 포함할 수 있다.

pH의 급격한 변화에 대해 용액의 안정성을 확보해주는 기능을 하는 상기 완충제로서는 암모니아수, 붕산 등으로 이루어진 군으로부터 1 또는 2 이상 선택하여 사용한다. 전체 도금액의 중량 기준으로 약 0.5~10.0 중량%, 바람직하게는 약 3.0~5.0 중량%로 함유된다. 만약 0.5 중량% 미만에서는 도금 용액의 pH 에 따른 영향을 크게 받아 안정적인 도금 물성을 나타내기 어려울 뿐 아니라 도금 용액의 수명이 짧아져 원가 상승의 요인이 되며, 10.0 중량% 초과에서는 도금 용액의 안정성은 좋아지나 도금 속도의 저하가 나타난다.

도금 속도를 조절하여 균일한 도금층을 얻을 수 있도록 하는 상기 1차 광택제로서는 알릴술폰산, 벤젠술폰산, 벤조산, 프로피온산, 이소프로필알코올, 에틸렌 글리콜, 글리세린 등이 있으며 이중에서 1 또는 2 이상 선택하여 사용한다. 도금액의 중량 기준으로 약 0.01~2 중량%, 바람직하게는 약 0.1~1 중량%로 함유된다. 만약 0.01 중량% 미만에서는 도금 속도 조절에 별다른 영향을 미치지 못해 균일한 도금층을 얻기가 어려우며, 2 중량% 초과하여 첨가하더라도 물성의 향상이 더 이상 이루어지지 않아 비경제적이다.

도금 입자의 미세화를 일으켜 광택이 나며 조직이 치밀해지는 상기 2차 광택제로는 프로파길알코올, 부틴디올, 젤라틴, 쿠마린, 디에틸-2-프로핀-1-아민, 부틴-1,4-디올-글리세롤 에테르, 부틴 술폰산 등이 있으며 이중에서 1 또는 2 이상 선택하여 사용한다. 도금액의 중량 기준으로 약 0.0005~0.01 중량%, 바람직하게는 0.001~0.005 중량%로 함유된다. 만약 0.0005 중량% 미만에서는 도금입자의 미세화를 기대하기 어려우며, 0.01 중량% 초과에서는 도금 물성에 악영향을 미칠 우려가 있다.

도금 시 생성되는 수소 가스의 이탈을 원활하게 하여 도금면에 미세한 피트 (pit) 가 생성되지 않도록 하기 위한 피트방지제로는 에틸헥실설페이트, 나프탈렌 류 화합물 등이 있으며 이중에서 1 또는 2 이상 선택하여 사용한다. 도금액의 중량 기준으로 약 0.001~1.0 중량%, 바람직하게는 0.003~0.05 중량%로 함유된다. 만약 0.001 중량% 미만에서는 피트 방지 역할을 기대하기 어려우며, 1.0 중량% 초과에서는 도금 속도 저하 등의 문제가 발생할 우려가 있다.

기타 젖음성(wetting) 등의 향상을 위해 첨가하는 상기 계면활성제로는 포폴리옥시에틸렌 글리콜 에테르(polyoxyethylene glycol ether) 그룹으로부터 유도된 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르(polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 또는 폴리옥시에틸렌 알킬 아민 에테르(polyoxyethylene alkyl amine ether) 그룹으로부터 유도된 폴리옥시에틸렌 라우릴아민 에테르(polyoxyethylene laurylamine ether), 폴리옥시에틸렌 라우릴아민 에테르(polyoxyethylene laurylamine ether) 등이 있으며 이 중에서 1 또는 2 이상이 선택된다. 이러한 계면활성제는 전체 도금액의 중량 기준으로 약 0.001~1.0 중량%, 바람직하게는 약 0.005~0.02 중량%로 함유된다. 만약 0.001 중량% 미만에서는 습윤 효과를 기대하기 어렵고 1.0 중량% 초과에서는 도금 물성에 악영향을 미칠 우려가 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 도금액을 이용하여 하기와 같이 도금층을 형성하는 인쇄회로기판의 도금방법이 제공된다. 도 2는 인쇄회로기판에 니켈-텅스텐 합금 도금층 및 금함유 도금층을 형성하는 방법을 나타낸 공정흐름도이다. 도 2를 참조하면, 단계 S1에서 수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액이 담긴 전착조에 인쇄회로기판을 침지한다.

단계 S2에서, 상기 전착조 내의 양 전극 사이에 전류를 인가하여 상기 인쇄회로기판 표면 위에 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성한다. 전착은 전극들 사이에 적용되는 전위를 변화시킴으로써(예, 전위 조절 또는 전압 조절), 또는 전류 또는 전류 밀도를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 일부 실시태양에서, 직류(DC) 도금, 펄스된 전류 도금, 역방 펄스 전류 도금, 또는 그것들의 조합을 사용하여 도금층을 전착시킬 수 있다. 바람직하게는 기존의 경질금도금 공정을 위한 DC 정류기를 이용하는 설비를 활용할 수 있도록 상기 전류의 인가를 위해 직류 전류를 이용한다.

직류 전류를 이용하여 도금할 경우 전류 밀도는 5~30 ASD, 바람직하게는 10~20 ASD 이다. 전류밀도가 5 ASD 이하에서는 도금 속도가 떨어지고, 함량이 저하되며, 30 ASD 이상에서는 도금층이 균일하지 못하고, 도금층에 균열이 발생할 가능성이 있다.

일 구현예에 있어서 상기 도금액의 pH는 약 4~7, 바람직하게는 4.5~6.5이며, 도금 과정에서 요구되는 온도는 약 45~65℃, 바람직하게는 50~60℃이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금액으로 형성한 전해니켈-텅스텐 합금 도금층의 결정 구조와 기존 경질금도금에 사용되는 전해니켈 도금층의 결정 구조를 투과전자현미경을 이용하여 비교 분석하였다. 도 3의 (a)는 종래 전해니켈 도금층의 투과전자현미경 사진이고, 도 3의 (b)는 전해니켈-텅스텐 합금 도금층의 투과전자현미경 사진이다. 각 도면에 있어 오른쪽 위의 삽입도는 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 기존의 경질금도금에 비해 훨씬 작은 나노 결정립으로 형성되어 있음을 알게 되었다.

또한 본 발명의 일 구현예에 따른 연성 향상제가 포함된 도금액을 사용하여 DC 전류 인가방식으로 도금을 할 경우 도금층에 균열이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 도 4는 연성첨가제 포함 유무에 따른 도금액의 성질에 따른 도금층의 표면 성상을 나타낸다. 도 4를 참조하면, (a)와 같이 연성 향상제가 첨가되지 않은 일반적인 전해니켈-텅스텐합금 도금액을 사용하여 DC로 도금할 경우 표면에 균열이 발생했지만, (b)와 같이 연성 향상제가 첨가된 도금액을 사용하여 DC로 도금할 경우 표면에 균열이 발생하지 않았다.

단계 S3에서 상기 니켈-텅스텐 합금 도금층 위에 금함유 도금층을 형성한다.

전해니켈-텅스텐합금 도금 후에는 니켈층을 보호하면서 전기적 특성을 만족시키기 위해 금함유 도금층을 형성한다. 상기 금함유 도금층은 경질 금도금층 또는 금-구리 합금 도금층일 수 있다. 예를 들어 경질 금도금층을 형성하기 위해 시안화금칼륨(PGC, Potassium Gold Cyanide)을 주성분으로, 착화제, 완충제, 광택제 및 계면활성제 등의 조성에 코발트나 니켈을 미량 첨가한 경질금도금 용액을 사용하거나, 금-구리 합금 도금층을 형성하기 위해 시안화구리 등을 공급원으로 첨가한 금-구리 합금 도금 용액을 사용할 수 있다.

상기 금함유 도금층의 형성도 다양한 방식으로 수행될 수 있지만, 바람직하게는 직류 전류를 이용하여 전기 도금할 수 있다. 상기 금함유 도금층의 형성에 의해 인쇄회로기판의 도금 부위의 경도 및 내마모성이 크게 향상될 수 있다.

니켈-텅스텐합금 도금층의 두께는 약 1.0~10 um인 것이 전형적이며, 바람직하게는 약 2.5~4.0 um이다. 이는 기존의 전해니켈 도금층 두께가 일반적으로 7 um 이상인 것에 비해 약 절반 정도로 줄어든 것이다. 또한 금함유 도금층의 두께는 기존의 전해 경질금도금이 0.76~3 um 이상이었던 것에 비해 전형적으로는 약 0.05~3 um이며, 또는 약 0.05~0.7 um, 또는 약 0.15~0.35 um 두께로도 충분한 물성을 발휘한다. 다만 당 업계에 종사하는 관계자라면 다양한 공정 조건의 변화를 통하여 상기 범위 미만 또는 초과하는 두께의 도금층 형성 역시 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있을 것이다.

이하 본 발명의 기술을 적용할 수 있는 대표적인 제품인 메모리모듈을 대상으로 도금하는 과정에 대해 간략하게 설명하기로 한다.

메모리모듈에 요구되는 니켈-텅스텐합금 도금층 형성을 위한 도금 공정은 약 10~20 분 동안 행하여지는 것이 전형적이며 전해금도금이나 금합금도금은 요구 두께에 따라 다르지만 일반적으로 약 1~5 분 정도 실시한다.

최적의 니켈-텅스텐도금층 및 금함유 도금층을 형성하기 위해서는 도금 공정 중 선택적으로 전처리 과정을 수행 할 수 있다. 즉 경우에 따라 먼저 도금하고자 하는 구리 재질의 단자부 및 커넥터부에 물리적인 연마를 실시하여 표면의 이물질을 제거하고 화학적으로 유기물을 제거한다. 또한, 구리층의 표면을 황산과 산화제를 이용하여 약 1 um 정도 에칭시킨 후 전해니켈-텅스텐합금 도금층 형성에 앞서서 도금부 표면의 산화층을 제거하기 위해 산세를 실시하고 전해니켈-텅스텐 도금 및 전해금도금을 진행한다.

도 5는 상기 도금액을 사용한 모듈 제품의 도금 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 기판(11) 상에 일정한 회로 패턴(도시되지 않음), 부품 실장을 위한 패드부(도시되지 않음), 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부(12) 및 커넥터부(13)를 형성시킨다(도 5의 (a)). 상기 공정은 당 업계에서 널리 알려진 사진 식각법(photolithography)에 의한 것이 전형적이다.

그 다음 도금에 대한 레지스트 역할을 하는 PSR(Photo solder resist)을 도금되어야 할 부위(패드부, 단자부, 커넥터부)를 제외한 나머지 부분에 포토레지스트층(14)을 도포시킨다(도 5의 (b)). 그 다음 패드부는 솔더링용 표면처리를 해야 하고 단자부와 커넥터부위는 경도와 내마모성이 요구되는 전기 도금을 실시해야 하므로, 단자부와 커넥터 부위를 제외한 패드부에 노광, 현상을 통하여 드라이 필름으로 마스킹을 행한다(도 5의 (c)). 이후 단자부와 커넥터부에 전기 도금 방법으로 전해니켈-텅스텐(15) 및 전해금 또는 금-구리합금 도금층(16)을 형성시킨다(도 5의 (d)).

전기 도금이 완료되면 도금된 단자부와 커넥터부를 드라이필름으로 마스킹한 후, 패드부에 도포된 드라이필름을 가성소다(NaOH)를 주성분으로 하는 박리액을 이용하여 박리하고 패드부 상에 OSP(Organic Solderability Preservative)나 무전해니켈-치환금도금 등의 솔더링용 표면처리를 행한다.

상술한 방법으로 도금된 인쇄회로기판의 경우, 마이크로 비커스 경도 테스터로 하중 10gf 조건에서 측정한 경도가 300Hv 이상이고, 내마모성 측정기로 측정 넓이 2 mm, 하중 50mN, 싸이클 50회 조건에서 측정한 마모 깊이가 2.5 um 이하일 수 있다.

상술한 방식으로 도금된 인쇄회로기판이 구비한 전해니켈-텅스텐도금층과 금도금층은 높은 경도와 내마모성 및 내식성을 갖추고 있어 얇은 금도금 두께로도 만족한 물성을 얻을 수 있으며, 따라서 대폭적인 원가 절감을 가져올 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

(실시예)

구리 재질의 패드부, 단자부 및 커넥터부를 제외한 부분에 PSR 로 도포된 메모리모듈 (크기 510×410 mm, 두께 1.0 mm ± 10 um, 구리층 두께 20 um ± 10 um) 을 40℃에서 5분 동안 산으로 탈지(황산 농도 50~100g/L, 와이엠티(주)의 상품명 SAC 161H)하고, 에칭(황산 30 g/L, caroat 100 g/L) 한 후 다음과 같이 상기 구리 층 상에 전해니켈-텅스텐 도금 공정을 수행하였고 그 다음 전해 경질금도금을 진행하여 전해니켈-텅스텐 도금층 상에 금도금 또는 금-구리합금 도금층을 형성시켰다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 다양한 조성을 갖는 전해니켈-텅스텐 도금액을 제조한 다음 상기와 같이 탈지, 에칭 처리한 메모리모듈을 수세하고 5 중량% 황산 용액에 1 분간 침적하여 산세한 다음 전해니켈-텅스텐 도금을 실시하였다. 이때 전해니켈-텅스텐 도금액의 온도는 50℃, 도금 시간은 10 분, pH 는 5.5 이고, 전류밀도 10 ASD에서 DC 로 도금을 실시하여 약 2 um의 도금 두께를 얻었다. 그 후 니켈-텅스텐합금 도금층 위에 전해 경질금도금을 실시하여 코발트를 함유한 금도금층을 형성하였다. 또한 금합금도금의 특성을 알아보기 위해 하기 표의 12 번 실험에서와 같이 DC를 이용하여 금-구리합금(75 : 25 중량%) 도금을 실시하여 물성을 비교하였다(실시예 1 내지 15).

(비교예)

또한 하기 표 1 의 조성을 갖는 전해니켈-텅스텐 도금액을 이용하여 동일한 조건에서 쌍극 전류를 이용하여 도금을 실시하고 비교 분석하였다. 니켈-텅스텐 도금 후에 진행한 전해 금도금을 일반 경질금도금과 금-구리합금 도금으로 나누어 실시하고 평가하였다(비교예 1, 2).

한편 상기와 같은 개발 용액을 평가하기 위한 비교 제품으로 기존에 적용되고 있는 전해 니켈-전해 경질금도금 시편을 참고로 비교하였다(비고).

표 1. 전해 니켈-텅스텐합금 도금액 조성 및 도금 조건

상기와 같은 방법과 조건으로 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성한 후에 전해금도금을 실시하였다. 도금한 시편을 하기와 같은 조건 및 방법으로 도금 두께, 경도, 내마모성 및 내식성(porosity)을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<도금 두께 측정>

사용한 측정 장비는 FIB System 이다.

* 측정 장비

- 제조사 : FEI

- 모델명 : NOVA-600

<경도 (hardness) 측정>

적용 제품에 요구되는 가장 중요한 특성인 경도는 마이크로 비커스 경도 테스터(Micro Vickers Hardness Tester)를 사용하여 측정하였다.

* 측정 장비

- 제조사 : Shimadzu

- 모델명 : HMV-2

- 하중 : 10gf

<내마모성 측정>

경도와 함께 중요한 특성의 하나인 내마모성은 내마모도(wear resistance) 측정 장비를 사용하여 시험 후 마모 깊이를 측정하여 평가하였다.

* 측정 장비

- 제조사 : Innowep

- 모델명 : UST-1000

- 측정 넓이 : 2 mm

- 하중 : 50 mN

- Cycle : 50 회

<내식성 (porosity) 측정>

도금한 시편을 질산 가스 분위기에 넣어 24 시간 경과 후 부식 발생 여부를 관찰하였다. 측정시험을 위해 60% 질산(nitric acid, HNO₃)을 데시케이터에 넣고 평가하고자 하는 시편을 해당 데시케이터 내에 밀봉한 상태로 상온에서 방치하고 24 시간 경과 후 꺼내어 단자부의 부식 발생 여부를 현미경으로 관찰하였다.

표 2. 특성 평가 결과

상기 표 2의 테스트 결과에 비추어 본 발명의 실시예에 따른 전해니켈-텅스텐합금 도금층과 경질금도금 또는 금-구리합금 도금층이 전술한 항목과 관련하여 요구되는 물성을 모두 충족시킴을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서 제공되는 도금방법에 따르면, 메모리모듈, 배터리 단자 등의 단자부 및 커넥터부의 각각에 요구되는 도금 특성을 모두 충족시킴과 동시에 종래의 도금 시 수행되는 경질금도금층의 두께를 절반 이하로 감소시킬 수 있어, 공정 시간 단축, 생산성 향상 및 획기적인 원가 절감에 기여할 수 있는 장점을 갖는다.

또 하나의 특징은 기존에 사용하고 있는 DC 정류기를 그대로 사용함으로서 별다른 설비의 수리 및 교체없이 생산할 수 있어 초기 투자 비용 또한 크게 절감할 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해 명확해 질 것이다.

Claims

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수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액이 담긴 전착조에 인쇄회로기판을 침지하는 단계;
상기 전착조 내의 양 전극 사이에 전류를 인가하여 상기 인쇄회로기판 표면 위에 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성하는 단계; 및
상기 니켈-텅스텐 합금 도금층 위에 금함유 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 도금방법.
제5 항에 있어서,
상기 금함유 도금층은 경질 금도금층 또는 금-구리 합금도금층인 인쇄회로기판의 도금방법.
제5 항에 있어서,
상기 전류의 인가를 위해 직류 전류를 이용하는 인쇄회로기판의 도금방법.
제7 항에 있어서,
상기 직류 전류의 전류 밀도는 5~30 ASD인 인쇄회로기판의 도금방법.
제5 항에 있어서,
상기 도금액의 pH는 4~7, 온도는 45~65℃인 인쇄회로기판의 도금방법.
소정의 회로패턴, 부품 실장용 패드부, 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 단자부 및 커넥터부를 포함하는 인쇄회로기판을 제공하는 단계;
상기 단자부 및 상기 커넥터부를 제외한 부분을 마스킹하는 단계;
수용성 니켈 화합물, 수용성 텅스텐 화합물, 착화제 및 연성 향상제를 포함하는 니켈-텅스텐 합금 도금액에 상기 인쇄회로기판을 침지하는 단계;
노출된 상기 단자부 및 상기 커넥터부에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 니켈-텅스텐 합금 도금층을 형성하는 단계; 및
상기 니켈-텅스텐 합금 도금 층 위에 직류 인가방식에 의한 전기 도금 방법으로 금함유 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 도금방법.
제5 항 내지 제10 항 중 어느 한 항의 도금방법으로 도금된 인쇄회로기판.
제11 항에 있어서,
상기 니켈-텅스텐 합금도금층의 두께가 1.0 내지 10 um인 인쇄회로기판.
제11 항에 있어서,
상기 금함유 도금층의 두께가 0.05 내지 3 um인 인쇄회로기판.
제11 항에 있어서,
상기 금함유 도금층의 두께가 0.05 내지 0.7 um인 인쇄회로기판.
제11 항에 있어서,
마이크로 비커스 경도 테스터로 하중 10gf 조건에서 측정한 경도가 300Hv 이상이고, 내마모성 측정기로 측정 넓이 2 mm, 하중 50mN, 싸이클 50회 조건에서 측정한 마모 깊이가 2.5 um 이하인 인쇄회로기판.