KR20010085638A

KR20010085638A - 도금 장치

Info

Publication number: KR20010085638A
Application number: KR1020010009847A
Authority: KR
Inventors: 가메야마고오지로오
Original assignee: 다카노 야스아키; 산요 덴키 가부시키가이샤; 후루카와 쥰노스케; 후루카와 덴끼고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2001-09-07
Also published as: CN1188907C; KR100695373B1; JP2001234389A; JP3523555B2; CN1317825A; TW507344B

Abstract

환경 보호의 요청으로부터 납을 사용하지 않는 땜납 도금이 요망되고 있다. 이 요망에 부응하기 위해서 납을 사용하지 않는 간편한 땜납 도금 장치를 제공한다.

도전 부재(21)를 제1 도금 욕조(2)의 도금액, 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 차례로 침지하여 다른 금속 재료의 2층 도금막(22, 23)을 실시하는 도금 장치에 있어서, 제1 도금 욕조(2)의 도금액 및 제2 도금 욕조(3)의 도금액은 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하고 동일한 액체 구성으로 함으로써, 물 세정용 욕조를 필요로 하지 않고 또한 도금액의 농도 관리를 용이하게 한 도금 방법을 실현한다.

Description

도금 장치{PLATING APPARATUS}

본 발명은 도금 장치에 관한 것으로, 특히 납을 사용하지 않는 도금이며 또한 납땜 특성이 양호한 금속 재료의 도금막을 연속해서 형성하는 도금 장치에 관한 것이다.

Cu 단체, Cu 합금 또는 Fe-Ni 합금과 같은 도전 부재의 표면을 Sn 단체 또는 Sn 합금의 도금층으로 피복한 리드재는 Cu 단체 또는 Cu 합금이 구비되어 있는 우수한 도전성과 기계적 강도를 갖는다. 또한, 이러한 리드재는 Sn 단체 또는 Sn 합금이 구비되어 있는 내식성과 양호한 납땜성을 함께 갖는 고성능 도체이다. 이에 따라, 이들은 각종 단자, 커넥터, 리드와 같은 전기ㆍ전자 기기 분야나 전력 케이블 분야 등에서 많이 이용되고 있다.

또, 반도체 칩을 회로 기판에 탑재하는 경우에는 반도체 칩의 외측 리드부에 Sn 합금을 사용한 용융 도금이나 전기 도금을 행함으로써, 해당 외측 리드부의 납땜성을 향상시키게 하는 일이 행해지고 있다. 이러한 Sn 합금의 대표예는납땜(Sn-Pb 합금)이며, 납땜성, 내식성 등이 양호하므로 커넥터나 리드 프레임 등의 전기ㆍ전자 공업용 부품의 공업용 도금액으로서 널리 이용되고 있다.

그러나, 땜납에 사용되고 있는 Pb는 인체에 약영향을 미칠 우려가 있다는 점에서 유해성을 지적받게 되어, Pb의 사용을 규제하려는 움직임이 세계적으로 일어나고 있다. 예를 들어, 실외에 폐기된 전자 기계류 등이 산성비에 노출되면 기계 내부에 사용되고 있는 땜납(Sn-Pb 합금)이나, 전자 부품의 표면에 실시되어 있는 땜납 도금으로부터 Pb가 녹아나와, 이것이 원인으로 지하수나 하천이 오염된다. 환경 오염을 방지하려면, Pb를 함유하지 않은 Sn 합금을 사용하는 것이 최선이다. 이에 따라, 종래의 Sn-Pb 도금액 대신에 Pb를 함유하지 않은 새로운 도금액이 개발되고 있다. 그리고, Pb를 함유하지 않은 Sn을 주성분으로 하는 도금액, 예를 들어 Sn-Bi계, Sn-Ag계, Sn-Cu계의 도금액이 개발되어 있으며, 대체되어 가고 있다.

도3은 리드재의 기본 구성을 도시한 단면도이다. 예를 들어, 도전 부재(21)는 Cu, Cu를 주성분으로 한 Cu계 합금 또는 Fe-Ni를 주성분으로 한 Fe-Ni계 합금으로 구성되어 있다. 그리고, 이들 도전 부재(21)의 표면에는 다른 금속 재료의 2층 도금막이 실시되어 있다. 예를 들어, Sn의 제1 도금막(22)과 Sn-Bi의 제2 도금막(23)이 이 순서로 형성되어 있다. 여기서, 제1 도금막(22)의 두께를 t₁, 제2 도금막(3)의 두께를 t₂라고 했을 때, t₁은 약 3 내지 15 ㎛, t₂는 약 1 내지 5 ㎛, t₂/t₁은 약 0.1 내지 0.5로 설정하면, 비용면은 물론 납땜성 및 내열성, 그리고 땜납의 접합 강도나 알루미늄 선 등과의 용접부의 용접 강도면에서도 양호한 특성이있으며, 리드재로서의 성능 향상을 얻을 수 있어 적합하다는 사실이 알려져 있다.

도4는 도금을 실시하는 도금 부재를 작업 라인에 설치하기 위한 장치이고, 도6은 자동 도금 장치 전체의 레이아웃이다. 우선, 반도체 칩(도전 부재)(32)을 도금 보조 랙(31)에 장착하여 작업 라인에 설치한다. 알칼리 전해 세정 욕조(51)에 있어서, 도전 부재(21)의 표면에 있어서의 땜납 도금 피막의 밀착성과 납땜성을 저해하는 유지 등의 유기성 오염 물질의 제거를 행한다. 다음에, 물 세정용 욕조(52)에 있어서 세정된 후, 화학 엣칭 욕조(53)에 있어서 화학 엣칭 처리(기본적으로는 산화-환원 반응을 이용한 처리)를 행하여, 입계나 개재물 등의 존재에 의해 불균일한 표면으로 되어 있는 도전 부재(21)의 표면을 균일화한다.

다음에, 물 세정용 욕조(54)에 있어서 세정된 후, 산활성화 욕조(55)에 있어서 물 세정용 욕조(54)에서 부착된 산화막을 제거한다. 다음에, 물 세정용 욕조(56)에 있어서 세정된 후, 땜납 도금 장치(57)에 있어서 도금이 실시된다. 땜납 도금액은 강산성이므로, 도금 후의 표면은 산성으로 되어 있다. 이러한 표면에서는 시간의 경과와 함께 피막이 변색되어 납땜성이 열화한다. 이에 따라, 물 세정용 욕조(58), 중화 처리 욕조(59)에 있어서 도금 표면에 잔류하는 산을 중화하여, 흡착되어 있는 유기물을 제거한다. 그 후, 물 세정용 욕조(60), 뜨거운 물 세정용 욕조(61)에서 세정되고, 건조 장치(62)에 있어서 도금된 도전 부재를 건조시킨다.

도7은 종래의 도금 장치(57)에 있어서의 도금을 실시하는 부분의 상세한 레이아웃이다. 이 도금 방법에 있어서는 프리딥 욕조(571)에 도전 부재(21)를 침지하여 표면의 수산막을 제거하고, 제1 도금 욕조(572)의 도금액에 침지하여 제1 도금막(22)을 실시한 후, 도전 부재(21)를 제1 도금 욕조(572)의 도금액과 제2 도금 욕조(574)의 도금액 사이에 배치되어 있던 물 세정용 욕조(573)의 순수(純水)에 침지하여 제1 도금액을 제거하고, 이어서 도전 부재(21)를 제2 도금 욕조(574)의 도금액에 침지하여 제2 도금막(23)을 실시한다. 그리고, 마지막으로 물 세정용 욕조(575)에서 도금면의 세정을 행한다.

상기한 도금 방법에서는 제1 도금막(22)을 실시하는 제1 도금 욕조(572)의 도금액과 제2 도금막(23)을 실시하는 제2 도금 욕조(574)의 도금액은 각각의 도금액을 구성하는 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하면 동일한 액체 구성은 아니었다. 예를 들어, 제1 도금막(22)이 Sn 단체로 이루어지고, 제2 도금막(23)이 Sn-Bi 합금으로 이루어지는 경우, 제1 도금 욕조(572) 및 제2 도금 욕조(574)의 도금액의 구성에 있어서는 유기산, 용제, 및 순수에 관해서는 동일한 재료를 사용하고 있다. 그러나, 첨가제에 관해서는 전자는 일반적으로 땜납 도금액용의 첨가제를 사용하고, 후자는 일반적으로 Sn-Bi 도금액용의 첨가제를 사용하고 있다.

이러한 도금 장치는 일본 특허 공개 평10-229152호 공보에 설명되어 있다.

우선, 상기한 바와 같이 제1 도금막(22)을 실시하는 제1 도금 욕조(572)의 도금액과 제2 도금막(23)을 실시하는 제2 도금 욕조(574)의 도금액은 각각의 도금액을 구성하는 금속 재료 및 이를 용해시키는 용제를 제외하면 동일한 액체 구성은아니다. 이로 인해, 제1 도금 욕조(572)의 도금액이 도전 부재(21)에 부착되어 제2 도금 욕조(574)의 도금액 내로 직접 유입되지 않도록 제1 도금 욕조(572)의 도금액과 제2 도금 욕조(574)의 도금액 사이에 물 세정용 욕조(573)가 설치되어 있다. 그리고, 이 물 세정용 욕조(573)의 순수를 사용하여 제1 도금 욕조(572)의 도금액을 제거해야 했다. 따라서, 종래의 도금 방법에서는 물 세정용 욕조(573)가 불가결하고, 필요 이상의 공정을 필요로 하는 문제가 있었다.

또, 제2 도금막(23)을 실시하는 제2 도금 욕조(574)의 도금액에 있어서, 제1 도금막(22)이 실시된 도전 부재(21)가 물 세정용 욕조(573)에서 세정된 후 제2 도금 욕조(574)의 도금액에 침지될 때, 물 세정용 욕조(573)의 순수가 혼입된다. 이로 인해, 제2 도금 욕조(574)의 도금액이 희석되므로, 제2 도금 욕조(574)의 도금액의 구성 관리 및 농도 관리가 반드시 필요하고, 공정 관리가 복잡하다는 문제도 있었다.

또, 제1 도금 욕조(572)의 도금액 및 제2 도금 욕조(574)의 도금액 내에 함유되는 금속 재료는 도전 부재(21)에 도금되는 이외에 양극으로도 치환 석출된다. 그러나, 제2 도금액을 구성하는 제2 금속 재료인 Bi, Ag 및 Cu에 관해서는 양극으로 현저하게 치환 석출되므로, 보충되는 양도 대폭 많아진다. 한편, 금속 재료(특히, Bi, Ag 및 Cu)는 가격이 높으므로, 비용 상승의 원인으로 되는 문제도 있었다.

또, 제2 도금 욕조(574)의 도금액에 대하여, 사용한 도금액을 단시간이라도 중지시킨 경우, 제2 금속 재료인 Bi, Ag 및 Cu는 양극으로 치환 석출되어 감소한다. 이로 인해, 제2 도금 욕조(574)의 도금액을 사용하지 않을 때는 다른 욕조에수납하고 있었다. 이 때, 제2 도금 욕조(574)의 도금액의 씻김량이 많아 수납에 많은 시간을 필요로 하며, 작업 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.

도1은 본 발명의 도금 장치에 사용하는 땜납 도금 장치를 설명하는 도면.

도2는 본 발명의 도금 장치에 사용하는 제1 도금 욕조와 제2 도금 욕조를 설명하는 도면.

도3은 본 발명 및 종래의 2층 도금을 실시한 도전 부재를 설명하는 도면.

도4는 본 발명 및 종래의 도금을 실시하는 도전 부재를 작업 라인에 설치하기 위한 장치를 설명하는 도면.

도5는 본 발명의 도금 장치에 사용하는 제1 도금 욕조와 제2 도금 욕조를 상세하게 설명하는 도면.

도6은 본 발명 및 종래의 자동 도금 장치 전체의 레이아웃을 설명하는 도면.

도7은 종래의 땜납 도금 장치 부분의 레이아웃을 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 제1 도금 욕조

3 : 제2 도금 욕조

4 : 물 세정용 욕조

21 : 도전 부재

22 : 제1 도금막

23 : 제2 도금막

41 : 양극

42, 43 : 오버플로우 욕조

44 : 도금액 수납 욕조

57 : 땜납 도금 장치

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 도전 부재의 표면에 다른 금속 재료 또는 금속 재료는 동일하지만 금속 재료의 조성 비율이 다른 2층 도금막인 제1 도금막(22)과 제2 도금막(23)을 실시하는 도금 장치에 있어서, 작업 공정의 단축 및 농도 관리를 용이하게 행할 수 있는 도금 방법을 가능하게 하는 도금 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 있어서는 제1 도금 욕조의 도금액 및 제2 도금 욕조의 도금액에 함유되는 구성을 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하면 실질적으로 동일한 액체 구성으로 하는 점에 특징을 갖는다. 구체적으로는 제1 도금 욕조의 도금액과 제2 도금 욕조의 도금액에 함유되는 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외한 유기산, 용제, 첨가제 및 순수를 실질적으로 동일한 액체 구성으로 하는 점에 특징이 있다.

도1은 본 발명인 도금 장치를 실시하기 위한 도금을 실시하는 부분의 레이아웃을 도시한 것이며, 도6에 도시한 전체 도금 장치의 땜납 도금 장치(57)에 해당한다.

도1에 있어서, 자동 도금 장치는 프리딥 욕조(1), 제1 도금 욕조(2), 제2 도금 욕조(3), 물 세정용 욕조(4)로 구성되어 있다. 프리딥 욕조(1)에서는 도전 부재(21)(도3 참조)에 앞서의 물 세정용 욕조(36)(도4 참조)에서 세정될 때 부착된산화막을 제거하여, 도전 부재(21)의 표면을 활성 상태로 한다. 제1 도금 욕조(2)에서는 도전 부재(21)에 제1 도금막(22)을 실시하고, 그리고 제2 도금 욕조(3)에서는 도전 부재(21)에 제2 도금막(23)을 실시한다. 여기서, 도금막 두께에 대해서는 종래대로 제1 도금막(22)의 두께를 t₁, 상기 제2 도금막(23)의 두께를 t₂라고 했을 때, t₁은 약 3 내지 15 ㎛, t₂는 약 1 내지 5 ㎛, t₂/t₁은 약 0.1 내지 0.5가 되도록 도금된다. 또, 리드재의 구조는 도3과 동일하므로, 부호를 공통으로 했다.

본 발명에서는 제1 도금 욕조(2)의 도금액 및 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 함유되는 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외한 용액을 동일한 액체 구성으로 했다. 이에 의해, 도전 부재(21)를 제1 도금 욕조(2)의 도금액에 침지하여 제1 도금막(22)을 실시한 후, 연속해서 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 침지하여 제2 도금막(23)을 실시할 수 있는 점에 특징을 갖는다.

즉, 제1 도금 욕조(2)의 도금액의 구성으로서는 제1 금속 재료를 Sn으로 하고, 이 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외한 용액은 유기산, 용제, 첨가제 및 순수로 구성되어 있다. 예를 들어, 유기산에는 메탄술폰산 또는 프로파놀술폰산이 함유되고, 용제에는 이소프로필 알코올이 함유되어 있다. 그리고, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 구성으로서는 Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 적어도 1종류의 제2 금속 재료와 제1 금속 재료인 Sn이 함유되는 것을 금속 재료로 하고, 이들 금속 재료 및 이들을 용해시키는 산성 용제를 제외한 용액은 유기산, 용제, 첨가제 및 순수로 구성되어 있다. 예를 들어, 제1 도금 욕조(2)와 마찬가지로 유기산에는 메탄술폰산 또는 프로파놀술폰산이 함유되고, 용제에는 이소프로필 알코올이 함유되어 있다.

이에 따라, 이 도금 장치에 있어서 도전 부재(21)에 제1 도금 욕조(2)의 도금액이 부착되어, 제2 도금 욕조(3)의 도금액 내로 유입된다. 그 결과, 두 종류의 도금액이 혼입되었다고 해도 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하고 동일한 액체 구성으로 했으므로, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 구성이 흐트러지지는 않는다.

일반적으로 도금액을 구성함에 있어서, 금속 재료는 산성 용제에 용해시켜 사용된다. 그러나, 그 산성 용제는 도금액의 양에 비해 매우 소량이므로, 다소 함유되어도 그 도금액의 구성에 아무런 영향을 미치지 않는다.

따라서, 도전 부재(21)를 제1 도금 욕조(2)의 도금액에 침지하여 제1 도금막(22)을 실시한 후, 연속해서 도전 부재(21)를 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 침지하여 제2 도금막(23)을 실시할 수 있게 된다. 이에 따라, 종래에 있어서의 제1 도금 욕조(572)(도7 참조)와 제2 도금 욕조(574) 사이에 배치되어 있던 물 세정용 욕조(573)를 생략할 수 있다. 이로써, 제1 도금막(22)을 실시한 후의 물 세정용 욕조에 의한 세정을 생략할 수 있으며, 작업 공정 및 작업 시간의 단축을 도모할 수 있다.

다음에, 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 관해서는 상기한 바와 같이 이 도금 작업 공정 상에 있어서, 제1 도금 욕조(2)의 도금액이 도전 부재(21)에 부착되어 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 혼입된다. 이 때, 제2 도금 욕조(3)의 도금액에서는도전 부재(21)에 부착되어 제1 금속 재료인 Sn이 유입된다. 그러나, Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되는 제2 금속 재료는 유입되지 않는다. 그리고, Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되는 제2 금속 재료는 도전 부재(21)에 Sn과의 합금으로서 석출되는 이외에, 양극으로 치환 석출된다. 또한, 그에 부가하여 이들 Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되는 제2 금속 재료는 도전 부재(21)에 부착되어 유출되므로, 제1 금속 재료인 Sn과 비교하여 특히 감소가 현저하다.

한편, 일반적으로 도금에 있어서는 전류 밀도, 도금 시간 및 도금액 농도에 따라서 도금막의 두께 및 도금막 조성이 제어되므로, 전류 밀도, 도금 시간 및 도금 농도를 일정하게 유지함으로써, 도금막 두께 및 도금막 조성의 관리를 행할 수 있다. 이에 의해, 도금막에 석출되는 금속 재료의 양 또는 도금액 농도가 관리되며, 석출에 의한 금속 재료의 감소가 나타나는 경우는 보충을 행하면 된다. 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 금속 재료는 상기한 바와 같이, 양극으로 치환 석출 및 도전 부재(21)에 의한 유출에 따른 감소도 있다. 그러나, 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)의 양극이 순도, 예를 들어 99.9 % 이상의 Sn으로 형성되어 있으므로, 도금액의 제1 금속 재료인 Sn은 주로 양극의 용해에 의해 보충되는 이외에, 정기적인 분석에 의해 필요에 따라서 용액 보충된다.

예를 들어, Sn이 100(중량%)인 도금액의 농도 관리를 행하는 경우, 각각의 액체 농도로서는 Sn²⁺농도가 30 내지 60(g/L), 유리산 농도가 120 내지 160(g/L), 첨가제 농도가 20 내지 50(ml/L) 사이로 도금액의 농도가 유지되도록 Sn의 관리를행한다. 그러나, 상기한 바와 같이 제1 도금 욕조(2)의 관리에서는 Sn은 양극 용해가 있으므로, 제2 도금 욕조(3)의 관리만큼 빈도를 필요로 하지 않는다.

제2 도금 욕조(3)의 도금액에서는 제1 금속 재료인 Sn은 전술된 바와 같이 양극의 용해로 보충되므로, Sn보다 감소가 현저한 Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 제2 금속 재료의 농도를 주로 관리해 두면 된다.

예를 들어, Sn : Bi = 97(중량%) : 3(중량%)인 도금액의 농도 관리를 행하는 경우, 각각의 액체 농도로서는 Sn²⁺농도가 50 내지 60(g/L), Bi³⁺농도가 3.0 내지 4.2(g/L), 유리산 농도가 120 내지 160(g/L), 첨가제 농도가 20 내지 40(ml/L) 사이로 도금액의 농도가 유지되도록 Bi의 관리를 행한다.

즉, 상기한 바와 같이 라인 작업에 의한 작업 속도의 일정화, 또 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)에 있어서의 전류 밀도를 일정하게 유지할 수 있으므로, 제2 도금 욕조(3)의 제2 금속 재료인 Bi, Ag 및 Cu의 관리도 용이해진다. 즉, 제2 도금 욕조(3)에서는 Bi, Ag 및 Cu의 제2 금속 재료를 정기적으로 보충함으로써 간단하게 농도 관리를 행할 수 있게 된다. 그 결과, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 금속 재료의 농도를 일정하게 유지할 수 있고, 제2 도금막(23)의 막두께 및 도금막 조성을 균일하게 할 수 있다.

그리고, 도2는 제1 도금 욕조(2)와 제2 도금 욕조(3)의 관계를 도시하고 있다. 여기서, 도금 막두께(t₁, t₂)가 t₁> t₂인 관계를 만족할 때 제1 도금 욕조의 작업 방향의 길이를 Z₁, 제2 도금 욕조의 작업 방향의 길이를 Z₂라고 했을 때, 동일한 단면적(X₁× Y₁= X₂× Y₂)이면 Z₁, Z₂는 Z₁> Z₂의 관계가 성립한다. 따라서, 도3으로부터도 명확해지는 바와 같이, 제1 도금 욕조(2)의 체적을 L₁(= X₁× Y₁× Z₁), 제2 도금 욕조(3)의 체적을 L₂(= X₂× Y₂× Z₂)라고 했을 때, L₁, L₂는 L₁> L₂의 관계가 성립하는 것이 명확해진다.

여기서, 도5는 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)의 상세한 레이아웃이다. 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)에서는 양극은 한 부위에 2개씩 설치할 수 있도록 설계되어 있다. 그리고, 제1 도금 욕조(2)에서는 1번 시작점측의 설치 부위는 도금막 두께, 도금액 농도 또는 전류 밀도 등 모든 조건에 대응할 수 있게 되어 있다. 또, 각각의 도금 욕조 내에서는 도금이 실시될 때 생성되는 침전물, 및 양극(41)에 발생하는 불용성 불순물이 혼입된다. 각각의 도금 욕조에 부속되는 오버플로우 욕조(42, 43)에서는 이들 불용성 불순물을 도금 욕조 내의 수류를 이용하여 욕조 내로 취입한다. 그리고, 오버플로우 욕조(42, 43) 내로 취입된 도금액은 여과되어, 다시 도금 욕조 내로 송입된다. 도금액을 수납하는 욕조(44)는 제2 도금 욕조(3)의 도금액을 사용하지 않는 경우, 그 도금액을 수납하여 보존해 두기 위한 욕조이다.

상기한 바와 같이 이 도금 장치에 있어서, 제1 도금 욕조(2) 및 제2 도금 욕조(3)에 있어서의 전류 밀도를 최적 전류 밀도로 설정함으로써, 금속 석출 입경의 균일화 및 2층에 있어서의 막두께 비율의 편차를 억제할 수 있다. 이에 따라, 전류 밀도를 최적 전류 밀도로 일정하게 유지하는 것이 좋고, 일정 전류 밀도하에 있어서의 도금 장치로서는 도금 막두께(t₁, t₂)는 t₁> t₂의 관계를 만족할 때 도금 욕조의 체적(L₁, L₂)은 L₁> L₂의 관계가 성립한다. 즉, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 액량에 있어서, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 액량을 대폭 감소시킴으로써, 제2 도금 욕조(3)의 도금액 내에서는 제1 금속 재료인 Sn보다 가격이 높은 Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되고 있는 제2 금속 재료의 사용량을 대폭 감소시킬 수 있다. 또, 도금 욕조의 최소화에 따라서 양극의 사용 갯수를 저감할 수 있으며, 그에 의해 제2 도금 욕조(3) 전체에서의 치환 석출도 대폭 감소시킬 수 있다. 이로써, 가격이 높은 Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되고 있는 제2 금속 재료의 사용량을 저감할 수 있으며, 비용 저감을 실현할 수 있다.

또, 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 액량에 있어서, 상기한 바와 같이 제2 도금 욕조(3)의 도금액의 액량을 대폭 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 도금액을 수납하는 욕조(44)에 제2 도금 욕조(3)의 도금액을 유입ㆍ유출시킬 때의 작업 시간을 대폭 단축시킬 수 있고, 작업 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또, 상기한 바와 같이 제2 도금 욕조(3)의 도금액을 대폭 감소시킴에 따라서, 이 도금 욕조 내에서 사용하는 양극의 갯수를 저감할 수 있다. 이에 의해, 양극을 항상 청결한 상태로 유지하기 위한 수고가 대폭 억제된다. 예를 들어, 양극의 주위로 치환 석출되는 금속을 제거하는 수고를 억제하고, 또한 양극의 이면을 산세정하는 수고를 억제하는 것 등이 있다. 이러한 유지 작업에 의해, 양극 즉 Sn의 용해량이 안정되고, 도금액 중 Sn의 농도 관리가 용이해진다. 이에 수반하여,도금액의 액체 구성 또는 액체 관리를 보다 정확하게 행할 수 있게 되며, 외관, 변색, 납땜성 등의 품질면에 있어서의 향상을 가져올 수 있다.

또, 제2 도금 욕조(3)에 있어서, 도2, 도5에 있어서 도금 욕조의 작업 방향의 길이(Z)를 짧게 할 수 있음에 따라, 제2 도금 욕조(3)에 부속되는 오버플로우 욕조를 도금 욕조와 동일한 폭으로 설치할 수 있다. 이에 의해, 도전 부재에 도금을 실시할 때, 도금 욕조 내의 불용성 불순물을 오버플로우 욕조로 몰아넣는 수류와 도전 부재가 직교하게 된다. 이에 따라, 도전 부재에 실시되는 도금막의 두께 편차의 발생을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 이하에 기술한다.

본 발명에서는 제1 도금 욕조(2)의 도금액 및 제2 도금 욕조(3)의 도금액에서는 각각의 금속 재료의 조성 비율은 다르지만, 액체 구성은 동일하다. 이에 의해, 도전 부재(21)를 제1 도금 욕조(2)의 도금액에 침지하여 제1 도금막(22)을 실시한 후, 연속해서 제2 도금 욕조(3)의 도금액에 침지하여 제2 도금막(23)을 실시할 수 있는 점에 특징을 갖는다. 그리고, 실시 형태에 관해서는 상기한 방법과 동일하다.

예를 들어, 본 발명에서는 Sn-Bi액이 있다. 여기서는 제1 도금 욕조(2)의 도금액 내에는 수 % 정도의 Bi가 함유되어 있다. 이에 의해, 제1 도금막(22)의 표면에서는 위스커(바늘 모양의 결정)가 현저하게 억제된다. 또, 이 도금액의 농도 관리 방법으로서는 전술한 방법과 마찬가지로 Bi의 관리를 행한다.

즉, 제1 도금 욕조(2)의 도금액에서는 제2 도금 욕조(3)의 도금액으로 사용되는 Sn 이외의 금속 재료, Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 적어도 1종류의 금속 재료를 수 % 정도 함유한다. 이에 의해, 제1 도금막(22) 표면의 위스커(바늘 모양의 결정)를 현저하게 억제할 수 있다.

이상의 설명으로 명확해지는 바와 같이, 본 발명의 도금 장치에는 이하와 같은 효과가 나타난다.

첫째로, 제1 도금 욕조 및 제2 도금 욕조의 도금액의 구성은 각각의 도금액을 구성하는 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하고 실질적으로 동일한 액체 구성이다. 이에 의해, 제1 도금액이 제2 도금액 내에 혼입되어도 액체 구성이 흐트러지지 않으며, 도전 부재에 다른 금속 재료 또는 동일 금속 재료이지만 금속 재료의 조성 비율이 다른 2층 도금막을 연속해서 실시할 수 있다. 그 결과, 제1 도금막과 제2 도금막 사이의 작업인 물 세정용 욕조에 의한 세정을 생략할 수 있으며, 작업 공정 및 작업 시간의 단축을 도모할 수 있다.

둘째로, 제1 도금 욕조의 도금액 및 제2 도금 욕조의 도금액 내에 함유되는 금속 재료의 관리에 있어서, 우선 제1 도금 욕조 및 제2 도금 욕조의 도금액의 구성은 각각의 도금액을 구성하는 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외하고 동일한 액체 구성이다. 그리고, 각각의 도금액의 제1 금속 재료인 Sn은 주로 양극의 용해에 의해 조정할 수 있으므로, 제2 도금액에서는 Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용되고 있는 제2 금속 재료의 농도 관리를 정기적으로 행하면 되며, 도금액의 농도 관리가 용이해진다.

셋째로, 자동 도금 장치를 사용함에 따른 작업 속도의 일정화, 전류 밀도의 일정화 및 제1 도금액과 제2 도금액의 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외한 용액을 동일한 액체 구성으로 했다. 이에 따라, 제2 도금막이 제1 도금막보다도 대폭 얇으므로, 도전 부재가 제2 도금액에 침지되는 시간을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 제2 도금 욕조의 액량을 대폭 감소시킬 수 있다. 이로써, 제2 도금액에 사용되는 제2 금속 재료인 Bi, Ag 및 Cu의 사용량도 대폭 감소시킬 수 있으며, 그 결과 비용의 저감을 실현할 수 있다.

네째로, 제2 도금 욕조의 작업 방향의 변의 길이를 짧게 하는 것이 가능함에 따라 오버플로우 욕조를 제2 도금 욕조와 동일한 폭으로 설치할 수 있다. 이에 의해, 도전 부재에 도금을 실시할 때, 도금 욕조 내의 불용성 불순물을 오버플로우 욕조로 몰아넣는 수류와 도전 부재가 직교하게 된다. 이로써, 도전 부재에 실시되는 도금막의 두께 편차의 발생을 억제할 수 있다.

다섯째로, 제1 도금 욕조의 도금액에서는 제2 도금 욕조의 도금액으로 사용되는 제1 금속 재료인 Sn 이외에, Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 적어도 1종류의 제2 금속 재료를 수 % 정도 함유한다. 이에 의해, 제1 도금막 표면의 위스커(바늘 모양의 결정)를 현저하게 억제할 수 있다.

여섯째로, 이상의 도금 장치를 사용한 리드 및 반도체 장치에 있어서, 사용하는 도금액이 납을 함유하고 있지 않으므로, 인체나 환경에 악영향을 미치지 않는다. 게다가, 제1 도금액과 제2 도금액의 금속 재료 및 이를 용해시키는 산성 용제를 제외한 용액을 동일한 액체 구성으로 하고, 또 제1 도금액과 제2 도금액의 금속재료의 구성 비율은 다르지만 금속 재료를 동일하게 함으로써 도금 품질의 향상으로 이어진다.

Claims

제1 도금 욕조와 제2 도금 욕조를 구비하고, 도금 가능한 도전 부재의 표면에 전체 또는 거의 전체를 제1 금속 재료로 이루어지는 제1 도금막과 상기 제1 금속 재료와 제2 금속 재료의 합금으로 이루어지는 제2 도금막을 중합하여 형성하는 도금 장치에 있어서,

상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2 도금 욕조의 도금액은 상기 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 용제를 제외하고 실질적으로 동일한 액체 구성인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조의 도금액을 구성하는 상기 제1 금속 재료는 Sn이고, 상기 제2 도금 욕조의 도금액을 구성하는 상기 제1 금속 재료는 Sn이며, 상기 제2 금속 재료는 Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 적어도 1종류인 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2 도금 욕조의 도금액의 상기 제1 및 제2 금속 재료 및 이를 용해시키는 용제를 제외한 액체 구성은 유기산, 용제, 첨가제 및 순수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2도금 욕조의 도금액을 구성하는 상기 유기산에는 메탄술폰산 또는 프로파놀술폰산이 함유되고, 상기 용제에는 이소프로필 알코올이 함유되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조와 상기 제2 도금 욕조는 연속해서 설치되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2 도금 욕조의 도금액은 상기 제2 도금 욕조의 상기 제2 금속 재료인 Bi, Ag 및 Cu 중으로부터 선택되는 적어도 1종류를 제외하면 실질적으로 동일한 액체 구성이고, 상기 제2 도금 욕조에서는 Bi, Ag 및 Cu 중에서 사용한 상기 제2 금속 재료를 농도 관리하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조에 있어서 상기 도전 부재가 도금되는 도금 막두께를 t₁, 상기 제2 도금 욕조에 있어서 상기 도전 부재가 도금되는 도금 막두께를 t₂라고 했을 때, t₁, t₂는 t₁>t₂의 관계를 만족하고, 또한 상기 제1 도금 욕조의 체적을 L₁, 상기 제2 도금 욕조의 체적을 L₂라고 했을 때, L₁, L₂는 L₁>L₂의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제7항에 있어서, 상기 도금 욕조의 체적(L₁, L₂)은 L₁>L₂의 관계를 만족하고, 또한 대략 t₁: t₂= L₁: L₂의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2 도금 욕조에 있어서, 각각의 욕조의 변의 길이를 X₁, Y₁, Z₁및 X₂, Y₂, Z₂라고 했을 때, X₁= Y₁, X₂= Y₂및 Z₁> Z₂의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기 제2 도금 욕조에 있어서 작업 속도를 동일하게 하고, 또 전류 밀도를 모두 동일하게 하고, 상기 도금 막두께(t₁, t₂)는 t₁> t₂의 관계를 만족하고, 또한 상기 제1 도금 욕조의 양극의 갯수를 A₁, 상기 제2 도금 욕조의 양극의 갯수를 A₂라고 했을 때, A₁, A₂는 A₁> A₂의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제10항에 있어서, 상기 도금 막두께(t₁, t₂)는 t₁> t₂의 관계를 만족하고, 또한 대략 t₁: t₂= A₁: A₂의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금 욕조 및 상기제2 도금 욕조에 있어서 작업 속도를 동일하게 하고, 또 전류 밀도를 모두 동일하게 하며, 상기 제2 도금 욕조의 양극의 갯수(A₂)는 욕조의 양단부에 쌍이 되도록 2개씩 배치되는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금 욕조에 있어서 욕조의 도금액의 오염 물질 제거를 목적으로 하는 수류가 상기 도전 부재와 직교하는 것을 특징으로 하는 도금 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금 욕조에 있어서, 사용하지 않을 때는 도금액을 다른 욕조로 옮겨 바꾸는 것을 특징으로 하는 도금 장치.