KR20010044026A - 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 동또는 동합금액의 에칭방법 - Google Patents

동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 동또는 동합금액의 에칭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 동 또는 동합금액의 에칭방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 a) 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제 10.0∼30.0중량, b) 물 30.0∼80.0중량, c) 염산 0.1∼5.0 중량및 d) 무기염화합물 5.0∼20.0중량로 구성되는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 40∼60℃의 에칭온도에서 동 또는 동합금을 에칭하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 에칭액은 특수한 산화제를 사용함으로써 염소가스를 거의 배출하지 않기 때문에 환경오염 및 각종 장비를 부식시키지 않을 뿐만 아니라, 에칭속도 및 에칭능력이 향상됨과 동시에 고농축된 에칭액은 폐액의 감소와 폐액 판매시 높은 부가가치가 있음으로써 생산원가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 동 또는 동합금액의 에칭방법{Etching composition for copper or copper alloy and method for etching copper or copper alloy using the same}
본 발명은 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용하여 동 또는 동합금액의 에칭방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임 회로상의 불필요한 동 또는 동합금층을 에칭시켜 제거시키는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 이를 이용한 동 또는 동합금의 에칭방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속층에 패턴을 형성하는 공정은 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임 반도체 소지상에 드라이필름층을 형성하고, 이 드라이필름 패턴을 마스크로 해서 불필요한 금속층(동 또는 동합금층)을 에칭하여 제거시키는 것이다.
이와 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허 제203419호에서는 구리 또는 구리합금을 기질로 하는 리드프레임의 제조공정에서 실시되는 산세, 즉 화학적 용해처리를 위한 용액을 개시하고 있다.
상기 특허는 주성분으로 수용성 과산화모노황산염(MHSO5)을 함유하며, 보조성분으로 황산유도체, 플루오르화물, 유기용매 및 계면활성제를 함유하는 리드프레임의 화학적 용해처리를 위한 산세용액을 제공한다.
상기 특허의 산세용액에 의해 리드프레임의 제조공정에서 화학적 용해처리시에 발생할 수 있는 부반응에 의한 오염물질을 생성시키지 아니하고, 구리 또는 구리함금에 생성되는 구리산화 피막을 용이하게 제거할 수 있고, 실리콘화합물 또는 금속 표면에 흡착되는 금속잔유물에 의한 검은 스멋을 제거함으로써 깨끗한 리드프레임의 표면을 얻을 수 있다고 언급하고 있다. 그러나, 상기 특허는 금속층(동 또는 동합금층)을 에칭시키는 용액이 아니고, 세정용액에 관한 것이다.
또다른 관련기술로서, 대한민국 특허출원 제97-002586호에서는 구리 또는 구리합금에 대한 마이크로에칭 조성물을 개시하고 있다.
상기 발명은 (a) 구리 또는 구리합금을 산화시킬 수 있는 산화제, (b) 폴리아민 사슬 또는 양이온기 또는 그 둘 다를 0.000001 내지 1.0중량의 양으로 함유하는 중합체 화합물 및 (c) 물을 포함하는 구리 또는 구리합금의 마이크로에칭 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 프리프레그 또는 레지스트와 같은 수지에 대한 접착력이 우수하고, 납땜성이 우수한 구리 또는 구리합금 표면을 제조할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 고도로 집적된 미세 라인 패턴을 갖는 프린트-배선 기판을 제조하는데 이용될 수 있으나, 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임 반도체 소지상에 드라이필름층을 형성하고, 이 드라이필름 패턴을 마스크로 해서 불필요한 금속층(동 또는 동합금층)을 에칭하기 위한 조성물로는 적합하지 않다.
현재, 동 또는 동합금층을 에칭시키는 에칭액 조성물로는 과산화수소(H2O2)를 주성분으로 하는 동 또는 동합금 에칭액이 주로 이용되어 왔으나, 이러한 에칭액은 에칭속도가 늦을 뿐만 아니라, 에칭능력이 저하되고 염소가스가 과다 배출되어 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임 생산라인의 각종 장비를 부식시키는 동시에 환경오염을 유발시키는 현상이 문제시되어 이에 대응할 수 있는 에칭액 조성물이 요구되는 실정이다.
따라서, 동 또는 동합금층으로 이루어지는 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임에 대해서도 에칭속도 및 에칭능력을 효과적으로 상승시키고 환경오염을 방지할 수 있는 동 또는 동합금용 에칭액의 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명에서는 광범위한 연구를 수행한 결과, 산화제, 물, 염산, 무기염화합물을 특정의 비율로 배합한 동 또는 동합금용 에칭액을 이용함으로써 상술한 문제점을 해결할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 에칭속도 및 에칭능력을 향상시키고 환경오염을 유발시키는 염소가스가 거의 배출되지 않는 우수한 에칭성을 갖는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 이용하여 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임 회로상의 불필요한 동 또는 동합금층을 에칭시키는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조성물은 a) 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제 10.0∼30.0중량, b) 물 30.0∼80.0중량, c) 염산 0.1∼5.0 중량및 d) 무기염화합물 5.0∼20.0중량로 구성된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에칭방법은 금속층(동 또는 동합금)을 형성한 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임상에 드라이필름 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 패턴을 마스크로 해서 불필요한 금속층을 에칭시켜 제거시키는 방법에 있어서, 상기 에칭액 조성물을 이용하여 40∼60℃의 에칭온도에서 침지법 또는 스프레이법으로 금속층을 에칭시키는 것으로 이루어진다.
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 동 또는 동합금용 에칭액 조성물은 a) 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제 10.0∼30.0중량, b) 물 30.0∼80.0중량, c) 염산 0.1∼5.0중량및 d) 무기염화합물 5.0∼20.0중량로 구성된다.
본 발명에서 a)성분인 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제로는 중크롬산나트륨, 과망간산나트륨, 과산화수소, 과염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소산나트륨 및 염소산칼륨으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택되어 이용될 수 있으며, 그 사용량은 10.0∼30.0중량, 바람직하게는 20.0∼30.0중량이다. 이때, 사용량이 10.0중량미만이면 에칭속도가 현저하게 감소하고 에칭능력이 저하되며, 30중량를 초과하면 염소가스가 배출될 수 있다.
상기 b)성분인 물은 c)성분에 필수적으로 함유되어 있으나, 별도로 더욱 첨가하여 그 배합량을 조정할 수 있다. 그 사용량은 30.0∼80.0중량, 바람직하게는 50∼75중량이고, 30.0중량미만이면 침전물이 생성될 수 있으며, 80중량를 초과하면 에칭속도가 현저하게 감소하는 경향이 있다.
상기 c)성분인 염산의 사용량은 0.1∼5.0중량, 바람직하게는 0.1∼1.0 중량 이다. 이때 상기 사용량이 0.1중량미만이면 에칭능력이 저하될 수 있으며, 5.0중량를 초과하면 침전물이 생성될 수 있으며 염소가스가 배출될 수도 있다.
상기 d)성분인 무기염화합물로는 염화칼륨, 염화나트륨, 염화암모늄 및 염화동으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택되어 이용될 수 있으며, 그 사용량은 5.0∼20.0중량, 바람직하게는 7.0∼10.0중량이다. 이때 사용량이 5.0중량미만이면 침전물이 생성될 수 있고 에칭능력이 저하될 수도 있으며, 20.0중량를 초과하면 염소가스가 배출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 a)∼d)의 성분 배합비율은 매우 중요하고, 각 성분의 배합량을 상기 범위내에서 조절함으로써 동 및 동합금층을 효과적으로 에칭속도를 빠르게 할 수 있으며 에칭능력도 향상시킬 수 있다.
특히 a)성분인 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제를 첨가하지 않을 경우 에칭속도 및 에칭능력이 현저하게 감소하는 경향이 있으며, 또한 d)성분인 무기염화합물을 첨가하지 않을 경우 염화동 재생의 완충작용이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 에칭속도 및 에칭능력이 현저하게 감소하게 된다.
한편, 본 발명의 동 및 동합금 에칭방법은 금속소지상에 패턴을 형성하고 불필요한 부분을 에칭하는 상기 조성물을 이용한다. 예를 들어, 금속층을 형성한 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임상에 드라이필름 패턴을 형성하고 이 드라이필름 패턴을 마스크로 해서 불필요한 금속층(동 또는 동합금)을 에칭시켜 제거시키는 공정에 있어서 본 발명의 동 또는 동합금 에칭액 조성물을 이용하여 40∼60℃의 온도 범위내에서 금속층(동 또는 동합금)을 에칭시켜 제거시킨다.
본 발명에 따르면, 상기 에칭 조성물은 자동적으로 용액의 흐름, 약품투입, 약품누수 등이 자동 검지되는 자동공급장치에 의해 소정의 용기(또는 탱크)에 공급되며, 에칭처리는 통상적으로 침적법 또는 스프레이법에 의하여 실시된다.
이상적인 시스템에서는 에칭액의 산화-환원전위(OPR)가 연속적으로 모니터되어야 하고, 유효염소가 제일 부족한 시점에서 OPR을 올리기 위해 염소가 주입되어야 한다.
염산은 자동 적정기, 전도성 모니터 또는 수동 적정에 의해 조절될 수 있다. 물은 용액의 비중을 연속으로 측정하는 장치(보메조절기)에 의해 자동으로 첨가되고, 고정포인트 아래로 유지한다.
이것은 염화제2동 함량을 포화점 아래에서 유지하므로 에칭액은 슬러지가 없는 상태로 남는다. 에칭탱크에서 넘친 과량의 에칭액은 나중에 판매하기 위해 저장소로 주입된다. 여기서 만들어진 염화제2동은 매우 순수하고, 경제성이 있다.
또한, 이때의 에칭온도는 통상적으로 약 40∼60℃에서 이루어지는데, 상기 온도범위가 40℃미만이면 에칭속도가 감소하고, 60℃를 초과하면 에칭속도는 증가하나 환경오염을 유발할 수 있는 염소가스가 배출되는 경향이 있다.
또한, 에칭속도는 에칭되기에 충분한 속도이면 무방하며, 특별히 한정되어 있지는 않지만 종래의 산화제로 과산화수소를 사용할 경우보다 15∼20정도 빠르다.
본 발명의 방법에 따르면, 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임을 상기 조성물에 침적시키면 상기 조성물중의 염산과 구리와 염소산소다가 반응하여 염화제2동(CuCl2)을 생성하고, 생성된 CuCl2는 다시 Cu와 반응하여 생성된 염화제1동(CuCl)과 염소가 반응하여 염화제2동(CuCl2)을 재형성하여 에칭액과 에칭속도를 안정하게 유지시킨다.
상기 용액의 산성도가 기준치 아래로 떨어지면, Cu(OH)2가 생성되고, 이는 HCl의 첨가로 보정된다. 산화제 존재하에서 HCl은 H와 Cl로 분리되고, H는 Cu(OH)2의 OH와 재결합해서 물을 형성하고, Cl은 CuCl이 되면 일부는 CuCl2가 되고, Cl은 염(salt), 예를 들어 Na와 결합하여 NaCl을 재형성한다.
이는 에칭액에서 염의 촉매와 완충효과를 의미하는 것이다. 본 발명에서는 이러한 완충효과를 연속적으로 이용하는 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
금속층을 형성한 인쇄회로기판(PCB) 및 리드프레임 상에 드라이필름 패턴을 형성하고 불필요한 부분을 에칭하는 공정에 있어서, 하기 표 1에 기재된 성분과 양의 동 또는 동합금 에칭액 조성물에 약 50℃에서 침적처리하여 그 각각의 동 또는 동합금층을 에칭처리하였다.
다음과 같은 상태를 관찰함으로써 에칭속도, 에칭능력 및 염소가스발생 여부를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
〈에칭속도 평가〉
에칭액 조성물을 1ℓ비이커에 넣고 마그네틱 교반자를 사용하여 교반하면서 약 50℃에서 드라이필름 패턴이 형성된 금속소지(약 1온스/m2)를 침적하여 완전히 제거되는 시간을 측정하여 평가하였다.
〈에칭력 평가〉
에칭액 조성물을 1ℓ비이커에 넣고 마그네틱 교반자를 사용하여 교반하면서 50℃에서 드라이필름 패턴이 형성된 금속소지(약 1온스/m2)를 계속 침적하여 더 이상 에칭이 안될 때까지 에칭처리하여 평가하였다.
〈염소가스발생 평가〉
에칭액 조성물을 1ℓ비이커에 넣고 마그네틱 교반자를 사용하여 교반하면서 50℃에서 드라이필름 패턴이 형성된 금속소지(약 1온스/m2)를 침적하여 에칭시키면서 발생되는 가스상태를 관찰하여 평가하였다.
동 또는 동합금용 에칭액 조성물(중량) 에칭속도(초) 에칭력(g/ℓ) 염소가스발생상태
(a)성분 (b)성분 (c)성분 (d)성분
실시예 1 SHC(20) 물(69.0) HC( 1.0) AC(10.0) 45 220 Ｏ
실시예 2 SC(30) 물(61.6) HC( 0.2) SCR(8.2) 40 230 ◎
실시예 3 SPC(25) 물(64.5) HC( 1.0) KC( 9.5) 40 225 Ｏ
실시예 4 SC(25) 물(67.4) HC( 0.1) SCR(7.5) 45 220 ◎
실시예 5 SC(20) 물(70.4) HC( 0.1) SCR(9.5) 45 220 ◎
비교예 1 HP(25) 물(57.5) HC( 7.5) FC(10.0) 60 150 △
비교예 2 HP(30) 물(47.5) HC(10.5) FC(12.0) 55 157 △
비교예 3 HP(30) 물(52.0) HC(10.0) FC( 8.0) 60 150 △
비교예 4 HP(25) 물(52.5) HC(12.5) FC(10.0) 55 160 △
비교예 5 HP(20) 물(61.5) HC(10.5) FC( 8.0) 65 140 △
주) SC:염소산나트륨, SPC:과염소산나트륨, HP:과산화수소, SHC:차아염소산나트륨, HC:염산, FC:염화제이철, SCR:염화나트륨, KC:염화칼륨, AC:염화암모늄
- 염소가스 발생 평가
◎: 거의 발생 안함, Ｏ: 약간 발생함, △: 심하게 발생함.
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 1∼5의 어떠한 동 또는 동합금용 에칭액 조성물도 과산화수소와 과량의 염산을 사용한 비교예들과 비교하여 에칭속도 및 에칭력이 우수하다는 것을 알 수 있다.
이중에서도 실시예 2의 동 또는 동합금용 에칭액 조성물이 가장 우수한 효과를 나타내었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 동 또는 동합금용 에칭액 조성물 및 에칭방법은 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임의 양자에 대해서도 일정한 에칭속도 및 에칭력이 우수하고 염소가스가 거의 발생하지 않는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. a) 동 또는 동합금을 산화시킬 수 있는 산화제 10.0∼30.0중량, b) 물 30.0∼80.0중량, c) 염산 0.1∼5.0중량및 d) 무기염화합물 5.0∼20.0중량로 구성되는 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화제는 중크롬산나트륨, 과망간산나트륨, 과산화수소, 과염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소산나트륨 및 염소산칼륨으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택됨을 특징으로 하는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무기염화합물은 염화칼륨, 염화나트륨, 염화암모늄 및 염화동으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택됨을 특징으로 하는 동 또는 동합금용 에칭액 조성물.
  4. 금속층(동 또는 동합금)을 형성한 인쇄회로기판(PCB) 또는 리드프레임상에 드라이필름 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 패턴을 마스크로 해서 불필요한 금속층을 에칭시켜 제거시키는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 따른 동 또는 동합금용 에칭액 조성물을 이용하여 40∼60℃의 에칭온도에서 침지법 또는 스프레이법으로 금속층을 에칭시키는 것을 특징으로 하는 동 또는 동합금용 에칭조성물을 이용한 동 또는 동합금의 에칭방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조성물이 자동적으로 용액의 흐름, 약품투입, 및 약품누수를 검지하는 자동공급장치에 의해 공급됨을 특징으로 하는 동 또는 동합금용 에칭조성물을 이용한 동 또는 동합금의 에칭방법.
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