KR101484938B1 - 이온 팔라듐 촉매를 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법 - Google Patents

이온 팔라듐 촉매를 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에 관한 것으로,
다수의 도체와 부도체가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판의 관통홀을 전도성 팔라듐 이온 용액을 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서, 다층 인쇄 회로 기판을 전도성 팔라듐 이온 용액으로 촉매 처리하기 전(前) 처리 공정으로써, A) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 탈지하여, 관통홀의 내벽에 아민류와 수산화물을 포함하는 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝하는 단계; 및 B) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 에칭하여 상기 관통홀의 표면에 부착되지 않은 아민류를 제거하는 단계; 를 포함하여 이루어짐으로써, 촉매 처리 시 아민류가 전도성 팔라듐 이온과 응집되어 발생한 이물질이 다층 인쇄 회로 기판의 표면과 관통홀 내로 유입되어 단락을 일으켜 동도금 시 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에 관한 것이다.

Description

이온 팔라듐 촉매를 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법{Electroless Copper PLATING METHOD FOR MANUFACTURING MULTI LAYER PCB Using Ion Palladium Catalyst}
본 발명은 이온 팔라듐 촉매를 사용하는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에 관한 것으로,
기존의 이온 팔라듐 촉매를 사용하는 공정에서 발생하던 팔라듐 촉매 이물이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
다수의 도체와 부도체가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판의 관통홀을 팔라듐 이온 촉매를 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서, 다층 인쇄 회로 기판을 팔라듐 이온 촉매 용액으로 처리하기 전(前) 처리 공정으로써,
A) 탈지 단계 : 상기 다층 인쇄 회로 기판을 1가, 2가 및 3가 아민류 또는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하고, pH 8.0~14.0인 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝하는 단계;
B) 수세 및 에칭 단계 : 상기 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 구리를 에칭하는 단계; 및
C) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 처리하는 단계; 를 포함하여 이루어짐으로써,
종래 기술로 처리 시 산성 프리-딥 내에 음이온성 계면활성제가 촉매의 팔라듐 이온과 응집되어 발생하는 이물질이 다층 인쇄 회로 기판의 표면과 관통홀 내로 유입되어 단락을 일으키고 동도금 시 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 중성 내지 알칼리 프리-딥을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에 관한 것이다.
다층 인쇄 회로 기판이란 다수의 도체와 부도체가 교차 적층하여 제작된 것으로 통상적으로 도체층이 네 개층 이상 구비되어 있는 인쇄 회로 기판을 의미하며, 고밀도, 고집적 인쇄 회로 기판을 제공할 수 있어 경박단소화 경향에 따라 많은 전자제품이 이용되는 인쇄 회로 기판이다.
다층 인쇄 회로 기판은 도 3에 도시된 바와 같이, 층간 도체(1)간에 부도체(2)로 인하여 연결이 단절되어 있어 인쇄 회로 기판에 스루-홀(Through-hole) 또는 비아-홀(Via-hole)(이하 관통홀로 통칭함.)을 형성한 후 상기 관통홀의 내벽을 구리 등의 금속 물질로 도금하여 층간 도체를 전기적으로 연결되는 공정이 필수적이다.
종래 관통홀 내벽의 층간 전기 도금을 위한 전단계 기술로써, 팔라듐(Pd) 촉매를 사용하는 무전해 동도금 방법이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 팔라듐 촉매를 이용한 무전해 동도금 방법에 관한 기술(이하 종래 기술 1이라 함.)은 전처리 공정, 황산 팔라듐 촉매 코팅 공정, 리듀서 공정, 무전해 화학동을 통한 구리 코팅 공정, 전기 도금 전의 수세 공정 등으로 이루어진다.
이때 종래 기술 1에서 상기 전처리 공정은 탈지 단계, 소프트 에칭 단계, 프리-딥 처리 단계가 순차적으로 이루어지며, 각 단계들 사이에 수세 공정이 추가적으로 실시된다.
그리고 종래 기술 1의 전처리 공정에 사용되는 프리-딥 용액은 산성으로 음이온성 계면활성제가 사용된다. 상기 음이온성 계면활성제는 상기 탈지 단계에서 부도체 표면에 부착된 양전하를 띤 컨디셔닝제와 이온 결합하여 후공정인 촉매 공정에서 팔라듐 이온(Pd2+)이 홀 내 부착을 돕는다.
그런데 종래 기술 1에 따르면 후처리해야 할 기판이 프리-딥 단계 이후에 수세 등의 단계를 거치지 않고 바로 촉매 공정으로 진행하게 되고, 이에 따라 프리-딥 용액 중 음이온성의 계면활성제가 촉매 용액의 팔라듐 이온과 결합하여 응집(Coagulation)되면서 황색의 이물질이 발생하게 되고, 이렇게 기판에 부착된 이물질은 촉매 공정 중 순환에 의한 산화 반응 및 구동 롤러 흡착으로 인하여 기판의 표면과 홀 내벽에 부착되면서 단락을 일으켜 도금 단계에서 불량을 야기하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
다층 인쇄 회로 기판의 팔라듐 이온(Pd2+)을 이용한 무전해 동도금 방법에 있어서, 촉매 단계 중 이물질이 발생하여 기판의 표면과 관통홀 내벽에 부착, 유입되는 것을 방지하여, 관통홀 내 단락을 유발하는 것을 방지할 수 있도록 촉매 전(前)처리 공정 중 탈지 단계에서 1가, 2가 및 3가 아민류 또는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하고, pH 8.0~14.0인 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝한 다음, 수세 및 에칭 공정을 통해 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 구리를 에칭하고, 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 처리하는 프리-딥 단계를 포함하여 이루어지는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 탈지 단계에서 클리닝 효과가 증대될 수 있도록 pH 조절제를 이용하여 pH 8.0 ~ 14.0 범위를 갖는 알칼리성의 탈지 용액을 사용하고, 이온 팔라듐 촉매 전처리 단계인 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 촉매 처리 공정 시 팔라듐 이온이 관통홀 내벽에 부착되는 것을 도울 수 있도록 촉매 전처리 공정 중 상기 프리-딥 단계에서 pH 6.0 ~ 13.0 범위의 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액을 사용하는 이온 촉매와 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법은
다수의 도체와 부도체가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판의 관통홀을 전도성 팔라듐 이온 용액을 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서,
다층 인쇄 회로 기판을 전도성 팔라듐 이온 용액으로 촉매 처리하기 전(前) 처리 공정으로써,
A) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 1가, 2가 및 3가 아민류 또는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하고, pH 8.0~14.0인 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝하는 단계;
B) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 구리를 에칭하는 단계; 및
C) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 처리하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 A) 단계에서 사용되는 탈지 용액은 pH 8.0 ~ 14.0 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 탈지 용액은 1~20 중량%의 수산화물과 아민류와, 2~15 중량%의 pH 조절제 및 잔량의 순수로 조성되는 것을 특징으로 한다.
나아가 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 아민류는 모노에틸아민, 모노에탄올아민, 모노부틸아민, 모노메틸아민, 모노이소프로필아민, 사이클로헥실아민, 아닐린, 1-나프틸아민, 디페닐아민, 디사이클로헥실아민, N-메틸아닐린, 피페리딘, 피리딘, N,N-디메틸아닐린, 디에틸아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 디부틸아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 피페라진, P-페닐렌디아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리페닐아민, 디에틸렌트리아민, 1,3,5-트리아미노벤젠, 1,3,5-트리아진, 테트라에틸렌펜타아민, 트리에틸렌테트라아민, 벤젠메탄아민 등이 사용될 수 있고 여러 개의 R- NH2,R1R2-NH, R1R2R3-N 관능기를 갖는 폴리머 형태의 아민등의 사용도 가능하다.
또 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 수산화물은 Sodium hydroxide, Potassium hydroxide, Tetramethyl ammonium hydroxide, Magnesium hydroxide, Calcium hydroxide등과 같은 알카리 금속류는 적용이 가능하지만 적절하게는 Sodium hydroxide를 사용하거나 다른 알카리 금속류와 2종 이상 혼용 사용도 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 C) 단계에서 사용되는 프리-딥 용액은 pH 6.0 ~ 13.0 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 프리-딥 용액은 0.1~10 중량%의 아민과, 잔량의 순수로 조성되는 것을 특징으로 한다.
나아가 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법에서 상기 B) 단계는 1차 수세, 소프트 에칭, 2차 수세 공정이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법은 촉매 처리 공정 이전에 전(前)처리 공정 중 탈지 단계에서 1가, 2가 및 3가 아민류 또는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하고, pH 8.0~14.0인 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝하고, 이후 수세 및 에칭 단계를 통하여 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 구리를 에칭하고, 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 처리한 다음, 촉매 처리 공정으로 이어짐에 따라 촉매 처리 중 팔라듐 이온과 산성 프리-딥 내의 음이온성 계면활성제가 서로 응집되어 이물질이 발생하는 것을 방지함으로써, 이러한 이물질이 기판의 표면과 관통홀 내로 부착, 유입되는 것을 방지하여 도금 공정 중 단락에 의한 불량 발생을 해결할 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법은 pH 8.0 ~ 14.0 범위의 탈지 용액을 사용함에 따라 탈지 단계에서 클리닝 효과를 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법은 촉매 처리 전 pH 6.0 ~ 13.0 범위의 프리-딥 용액을 사용하여 관통홀의 내벽을 음이온화시켜 촉매 처리 공정에서 전도성 팔라듐 이온이 관통홀 내벽에 부착되는 것을 보조하므로 종래 기술과 동일하게 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법의 공정 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법의 공정 순서도.
도 3은 본 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 개략적으로 도시한 개념도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법의 효과를 설명하기 위한 실험 결과도들.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 3을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여, 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정한다.
특히 도 3에서 최상, 최하측 도체가 노출되는 방향을 외측으로 하여 그 반대 방향을 내측으로 정하고 설명에 따라 내측과 외측, 상측과 하측을 혼용하여 사용하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.
이하에서는 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 본 발명에 따른 동도금 방법을 통해 제작된 다층 인쇄 회로 기판을 보다 상세히 설명하면,
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다층 인쇄 회로 기판(10)은 다수의 부도체(2)와 도체(1)가 교차 적층되어 이루어진 기판(10)으로써, 특히 도체(1)가 네 개층 이상으로 이루어진 다층 인쇄 회로 기판으로 구성된다.
통상적으로 도체(1)가 네 개층 이상으로 이루어진 다층 인쇄 회로 기판의 제조에 본 발명이 적용되는 것이 효과적이나, 경우에 따라 도체(1)가 두개 층으로만 이루어진 양면 인쇄 회로 기판(10)의 개념도 다층 인쇄 회로 기판(10)에 포함되는 개념이다.
상기 도체(1)로는 전도성을 갖는 니켈, 금, 팔라듐, 은과 같은 금속 재질이 사용될 수 있고, 대표적으로 구리가 사용되며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도체(1)로써 구리로 대표하여 설명하도록 한다.
그리고 상기 부도체(2)로는 유리, 합성수지 등 비전도성의 비금속 물질이 사용될 수 있고, 대표적으로 레진(Resin)이 사용되며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 부도체(2)로써 레진층으로 대표하여 설명한다.
상기 다층 인쇄 회로 기판(10)은 부도체(2)에 의하여 도체(1)간에 연결이 단절되어 있으므로 고밀도 집적 회로를 형성하기 위하여 본체를 관통하는 관통홀(3)이 구비되어 있다.
상기 관통홀(3)은 상, 하부가 모두 천공된 스루홀(through hole; 완전 관통홀(3)) 또는 일부만이 천공된 비아홀(via hole; 반 관통홀(3))을 포함하는 개념이다.
상기 관통홀(3)을 형성하는 방법으로서는 드릴링 가공 방식, 레이저 가공 방식 등이 고려될 수 있다.
그리고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법은 다수의 도체(1)와 부도체(2)가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판(10)의 관통홀(3)을 팔라듐 이온 촉매를 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서,
크게 팔라듐 이온(Pd2+)의 촉매 전(前) 처리 공정과, 촉매, 환원, 도금 단계로 이루어진 후(後) 처리 공정으로 이루어진다.
이를 보다 구체적으로 설명하면,
다수의 도체와 부도체가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판의 관통홀을 팔라듐 이온 촉매를 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서,
다층 인쇄 회로 기판을 전도성 팔라듐 이온 용액으로 촉매 처리하기 전(前) 처리 공정으로써,1가, 2가 및 3가 아민류 또는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 등과 같은 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하고, pH 8.0~14.0인 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝하는 단계;
B) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 구리를 에칭하는 단계; 및
C) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 처리하는 단계; 를 포함하고,
전기 도금을 위한 후(後) 처리 공정으로써,
D) 전도성 팔라듐 이온 용액을 기판(10)에 분사시켜 촉매 처리하는 단계;
E) 전도성 팔라듐 이온을 환원시키는 환원 처리 단계;
F) 팔라듐을 이용하여 구리를 석출하는 화학동 단계; 및
G) 석출된 구리를 이용하여 전기 도금을 하는 전기동 단계;를 포함하여 이루어진다.
도 3의 [a]는 상기 A) 단계 이전의 기판(10)을 개략적으로 설명한 도면이고, 도 3의 [b]는 상기 A) 단계 실시 후 양이온층(4)이 기판(10)에 부착된 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3의 [c]는 상기 B)단계 실시 후 도체(1) 표면을 수세 및 에칭하여 부도체(2)상에만 남아있는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3의 [d]는 상기 C) 단계 실시 후 부도체(2) 표면을 음이온화시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3의 [e]는 상기 D) 단계 실시 후 팔라듐 이온층(5)이 관통홀(3)을 통해 노출된 부도체(2)의 표면에 결합된 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3의 [f]는 상기 F) 단계를 통해 구리층(6)이 석출되어 전도성을 갖은 후 상기 G) 단계를 통해 전기도금층(7)이 형성되어 층간 도체(1)들이 전기적으로 연결된 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 A) 단계를 탈지(Clean & Conditioning, C&C) 단계라 하는데, 이 단계에서는 다층 인쇄 회로 기판(10)의 탈지 용액에 침지시켜 기판(10)의 산화막 등의 이물질을 1차 제거하면서, 관통홀(3) 내벽으로 노출된 부도체(2) 표면에 1가, 2가 및 3가 아민류가 부착되어 양이온층(4)이 형성된다(도 3의 [b] 참고).
상기 A) 단계에 사용되는 탈지 용액은 1~20 중량%의 수산화물과 아민류와, 2~8 중량%의 용제와, 2~15 중량%의 pH 조절제 및 잔량의 순수로 조성된다.
본 발명의 A) 단계에서 탈지 용액은 아민류와 알칼리 금속류가 첨가되므로, 종래 탈지 용액에 첨가되는 컨디셔닝제를 통하지 않고, 직접 분자량이 큰 아민류를 기판(10)의 관통홀(3) 내벽에 부착시킴으로써, 부착 후 남은 아민류가 상기 B) 단계의 수세와 에칭 공정을 통해 씻겨서 제거되므로, 후공정으로써 상기 D) 단계에서 음이온성 또는 비이온성 계면활성제가 촉매 용액에 유입되는 것을 방지할 수 있으므로 이물질이 응집되어 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 탈지 용액은 종래 컨디셔닝제가 첨가 또는 미첨가되어도 무방하다.
상기 탈지 용액은 1~20 중량%의 수산화물과 아민류와, 2~15 중량%의 pH 조절제 및 잔량의 순수로 조성된다.
본 발명의 탈지 용액에 사용되는 상기 수산화물과 아민은 1~20중량%로 혼합될 때 가장 효과적으로 계면장력을 낮추는 기능이 작용한다. 1중량% 이하로 혼합되면 그 기능의 효과가 미미하며 20중량% 이상으로 혼합될 시에는 그 기능이 더 이상 효과적으로 변화하지 않는다.
이때 상기 수산화물은 Sodium hydroxide, Potassium hydroxide, Tetramethyl ammonium hydroxide, Magnesium hydroxide, Calcium hydroxide등과 같은 알카리 금속류는 적용이 가능하지만 적절하게는 Sodium hydroxide를 사용하거나 다른 알카리 금속류와 2종 이상 혼용 사용도 가능하다.
특히 상기 아민은 모노에틸아민, 모노에탄올아민, 모노부틸아민, 모노메틸아민, 모노이소프로필아민, 사이클로헥실아민, 아닐린, 1-나프틸아민, 디페닐아민, 디사이클로헥실아민, N-메틸아닐린, 피페리딘, 피리딘, N,N-디메틸아닐린, 디에틸아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 디부틸아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 피페라진, P-페닐렌디아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리페닐아민, 디에틸렌트리아민, 1,3,5-트리아미노벤젠, 1,3,5-트리아진, 테트라에틸렌펜타아민, 트리에틸렌테트라아민, 벤젠메탄아민 등이 사용될 수 있다.
이어서 상기 B) 단계는 보다 구체적으로 1차 수세 공정, 소프트 에칭 공정, 2차 수세 공정으로 이루어진다.
상기 1차 및 2차 수세 공정은 준비된 기판(10)의 이물질을 제거하는 공정으로써, 물 또는 약품 등을 이용하여 수세시키는 작업을 포함한다.
그리고 상기 소프트 에칭 공정에 사용되는 용액은 대표적으로 물에 과산화수소와 황산 및 저해제가 혼합되어 사용될 수 있고, 또는 물에 과황산나트륨 및 저해제가 혼합되어 사용될 수 있다. 이밖에도 종래 소프트 에칭 공정에서 사용되는 다양한 종류의 에칭 용액이 사용될 수 있다.
다음 본 발명은 상기 C) 단계를 통해 관통홀(3)을 통해 노출된 부도체(2) 표면에 부착된 양이온을 음이온화시켜 팔라듐 이온(Pd2+)이 부도체(2) 표면에 더욱 안정되게 이온 결합되도록 한다.
상기 C) 단계에 사용되는 프리-딥 용액은 0.1~10중량%의 아민과 잔량의 순수로 조성된다.
상기 프리-딥 용액에 사용되는 아민의 종류로는 모노에틸아민, 모노에탄올아민, 모노부틸아민, 모노메틸아민, 모노이소프로필아민, 사이클로헥실아민, 아닐린, 1-나프틸아민, 디페닐아민, 디사이클로헥실아민, N-메틸아닐린, 피페리딘, 피리딘, N,N-디메틸아닐린, 디에틸아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 디부틸아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 피페라진, P-페닐렌디아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리페닐아민, 디에틸렌트리아민, 1,3,5-트리아미노벤젠, 1,3,5-트리아진 중 하나가 사용된다.
이러한 전처리 공정을 거친 기판(10)은 표면, 특히 관통홀(3)을 통해 노출된 부도체(2) 표면에 양이온이 부착된 상태에서 부착되지 않은 양이온이 제거되므로, 종래 기술로 처리 시 산성 프리-딥 내에 음이온성 계면활성제가 촉매의 팔라듐 이온과 응집되어 발생하던 이물질 발생을 방지할 수 있다.
이러한 전처리 공정을 거친 다층 인쇄 회로 기판(10)은 상기 D) 단계를 통해 기판(10)의 표면, 특히 관통홀(3)을 통해 노출된 부도체(2) 표면에 팔라듐 이온이 부착되어 촉매 처리되고, 이후 상기 E) 단계를 통해 환원 처리되면서 전도성 팔라듐이 활성화된다.
그리고 상기 F) 단계에서는 구리가 팔라듐과 반응을 하여 구리가 석출됨에 따라 관통홀(3) 내벽에 전도성이 부여된다.
이렇게 관통홀(3) 내벽에 전도성이 부여되면 상기 G) 단계에서 전류를 인가하여 관통홀(3)에 노출된 도체(1)와 부도체(2) 표면 모두에 전기 도금층(7)이 형성되므로 층간 도체(1)들 간의 전기적 연결이 이루어진다.
상기 D) ~ G) 단계로 이루어진 후처리 공정의 구체적 과정 및 효과 등은 공지된 동도금 방법과 대동소이하며, 본 발명의 본질적인 특징과는 연관성이 적으므로 상세한 설명을 생략한다.
다음으로 도 4 내지 도 5를 참고하여, 본 발명에 따른 동도금 방법을 통한 효과를 설명한다.
도 4a, 4b 및 도 5a, 5b는 후술하는 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2를 각각 대비하여 실험한 비교 결과도이고, 도 6은 촉매 용액에 본 발명의 프리-딥 용액을 첨가하였을 때 이물 발생 여부를 확인한 실험의 결과도이다.
실시예
2개의 구리 시편에 대하여 각각 본 발명의 동도금 방법에 따라 도금 처리를 하였으며, 각 단계의 구체 공정 순서는 하기 표와 같다. 이때 사용되는 구리 시편은 일반적으로 PCB 자재로 사용되는 EMC 회사에서 제작 판매하는 halogen free 동박 적층 원판 및 LG에서 판매하는 epoxy 시편(5*5cm)를 사용하였다.
우선 실시예 1은 pH 13.05의 강알칼리를 갖는 용액을 탈지 용액으로 사용하고, pH 8.42의 알칼리성의 용액을 프리-딥 용액으로 사용하고,
실시예 2는 상기 실시예 1에서 탈지 용액을 제외한 동일한 조건으로 처리하고, pH 10.0~12.0의 알칼리성 용액을 탈지 용액으로 사용하였다.
비교예
비교예는 상기 실시예 1 내지 2에 사용된 동일 시편에 대하여 하기 표와 동일한 조건으로 도금 처리하였다.
비교예 1은 pH 10.0~12.0의 알칼리성 용액을 탈지 용액으로 사용하고, pH 2.0~3.0의 산성용액을 프리-딥 용액으로 사용하였고,
비교예 2는 pH 5.11의 약산성을 갖는 용액을 탈지 용액으로 사용하고, pH 8.42의 알칼리성의 용액을 프리-딥 용액으로 사용하였다.
공정조건
공정프로세스 처리온도 처리시간
탈지 50℃ 60초
3단수세 25℃ 60초
소프트에칭 30℃ 60초
3단수세 25℃ 60초
프리-딥 25℃ 28초
촉매 45℃ 35초
3단수세 25℃ 60초
환원 30℃ 35초
3단수세 25℃ 60초
화학동 35℃ 3분(B/L)
4분30초 (신뢰성)
첫 번째 실험으로써, 상기 실시예 1 내지 2와 비교예 1 내지 2의 시편들 각각에 대하여 Back light(B/L) 검사, 도금 상태 검사 및 이물 발생 확인 검사를 실시하였다.
참고로 B/L 검사는 무전해 화학동 공정 처리 후, 기판의 관통홀(3) 내벽의 도금영역(coverage)을 확인하는 신뢰성 확인 방법의 일종으로 관통홀(3) 내벽의 도금 영역을 B/L 전용 현미경을 통해 확인하여 무전해 화학동 불량 유무 및 재처리 여부를 판정하는 검사로써,
도 4b에 도시된 바와 같이, 우리나라의 B/L 평가 표준서는 D0~D5 까지 6단계로 이루어지며, D0으로 갈수록 좋은 B/L을 나타내고, 다층 인쇄 회로 기판의 등급 판정 시 D2 이상의 B/L 판정을 받아야 화학동 처리가 정상적으로 이루어짐을 나타낸다.
그 결과 도 4a와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 2는 종래 기술에 따른 비교예 1 내지 비교예 2와 비교하여 동일한 두께의 도금 두께를 갖고, 산화 상태가 양호하고, D2 등급 이상의 B/L을 확인할 수 있으며, 이물질이 발생되지 않으므로 전기동 실시 시 단락 불량을 야기하지 않아 이물질이 발생되지 않음을 예측할 수 있다.
또 두 번째 실험으로써, 상기 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2의 시편들 각각에 대하여 신뢰성 및 도금 성능 실험을 실시하였다.
도금 성능 실험은 첫 번째 실험과 같이 도금 두께 및 B/L 측정으로 실시하였고, 신뢰성 실험은 인쇄 회로 기판의 신뢰성을 보증하기 위한 내열성 시험 방법의 하나로써, 관통홀(3) 동도금의 양부를 판정하는 열충격 시험으로 실시하였다.
이때 상기 열충격 시험은 기판과 관통홀(3)의 도금층(7)과의 열팽창율의 차이에 따라 발생하는 열응력에 관통홀(3)의 도금이 견디지 못한 채 도금층에 크렉이 발생하거나 단선되는 문제를 확인하는 방법이다.
참고로 열충격 시험의 구체 구성은 하기 그림과 같이 진행되며, 시험 결과 기준은 도 5b와 같다.
Figure 112014106482347-pat00001
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 층간 도체(1)의 전기적 연결을 위한 충분한 도금 두께를 갖고, D2 등급 이상의 B/L을 확인할 수 있으며, Coverate 역시 양호한 것으로 확인되었다. 또한 열충격 시험에서도 도 5b와 비교하여, 정상임을 확인할 수 있고, 이는 종래 기술에 따른 비교예 1 및 2와도 동일한 신뢰성 수준을 보장할 수 있음을 알 수 있다.
이어서 세 번째 실험으로써, 촉매 용액에 본 발명의 프리-딥 용액을 첨가하여 이물질이 발생하는지를 확인하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리-딥 용액은 음이온성 또는 비이온성 계면활성제가 사용되지 않으므로 촉매 용액과 접촉되더라도 이물질이 발생되지 않음을 확인할 수 있고, 따라서 상기 C)의 프리-딥 단계 이후에 별도의 수세나 에칭 공정이 없이 바로 D)의 촉매 처리 단계가 실시되더라도 이물질이 발생될 염려가 없으며,
특히 도 4a 및 도 5a의 실험결과와 같이, 본 발명에서 A)의 탈지 단계 처리를 통해 부착된 양이온과 D) 단계에서 전도성 팔라듐 이온이 관통홀(3) 내벽에 결합되어 일정 이상의 전기 도금을 보장함과 동시에 B) 단계의 수세 및 에칭을 통해 관통홀(3) 내벽에 부착되고 남은 양이온이 제거됨에 따라 이물질이 발생되지 않으므로
본 발명에 따른 동도금 방법을 통하여 다층 인쇄 회로 기판을 전기 도금할 경우 종래 기술과 동일한 전기 도금층(7)을 보장하면서 이물질이 전혀 발생되지 않아 단락되지 않으므로 전기동 실시 시 불량 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 다층 인쇄 회로 기판을 위주로 설명하였으나 본 발명에 사용되는 다층 인쇄 회로 기판은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 다층 인쇄 회로 기판 1 : 도체
2 : 부도체 3 : 관통홀
4 : 양이온층
5 : 팔라듐 이온층 6 : 구리 석출층
7 : 전기 도금층

Claims (9)

  1. 다수의 도체와 부도체가 교차 적층된 다층 인쇄 회로 기판의 관통홀을 전도성 팔라듐 이온 용액을 이용하여 무전해 동도금하는 방법에 있어서,
    다층 인쇄 회로 기판을 전도성 팔라듐 이온 용액으로 촉매 처리하기 전(前) 처리 공정으로써,
    A) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 1가, 2가 및 3가 아민류 또는 알칼리 금속류 중 적어도 1종 이상을 포함하는 알칼리성 탈지 용액으로 세척 및 컨디셔닝 하는 단계;
    B) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 수세 및 에칭하는 단계; 및
    C) 상기 다층 인쇄 회로 기판을 중성 내지 알칼리성 프리-딥 용액으로 프리-딥 처리하여, 상기 관통홀을 통해 노출된 부도체의 표면을 음이온화시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 A) 단계에서 사용되는 알칼리성 탈지 용액은 pH 8.0 ~ 14.0 범위를 가지고,
    상기 알칼리 금속류는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탈지 용액은 1~20 중량%의 수산화물과 아민류와, 2~15 중량%의 pH 조절제 및 잔량의 순수로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 아민류는 모노에틸아민, 모노에탄올아민, 모노부틸아민, 모노메틸아민, 모노이소프로필아민, 사이클로헥실아민, 아닐린, 1-나프틸아민, 디페닐아민, 디사이클로헥실아민, N-메틸아닐린, 피페리딘, 피리딘, N,N-디메틸아닐린, 디에틸아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 디부틸아민, 디메틸아민, 디이소프로필아민, 피페라진, P-페닐렌디아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 트리부틸아민, 트리메틸아민, 트리프로필아민, 트리페닐아민, 디에틸렌트리아민, 1,3,5-트리아미노벤젠, 1,3,5-트리아진, 테트라에틸렌펜타아민, 트리에틸렌테트라아민, 벤젠메탄아민 등이 사용될 수 있고 여러 개의 R- NH2,R1R2-NH관능기를 갖는 폴리머 형태의 아민을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수산화물은 Sodium hydroxide, Potassium hydroxide, Tetramethyl ammonium hydroxide, Magnesium hydroxide, Calcium hydroxide를 포함하는 알카리 금속류를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속류는 NaOH, KOH, TMAH, Mg(OH)2, Ca(OH)2 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 C) 단계에서 사용되는 프리-딥 용액은 pH 6.0~13.0 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프리-딥 용액은 0.1~10 중량%의 아민과, 잔량의 순수로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 B) 단계는 1차 수세, 소프트 에칭, 2차 수세 공정이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 팔라듐을 사용한 이물질 발생이 없는 다층 인쇄 회로 기판의 동도금 방법.
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