KR20020073434A - 주석 도금 - Google Patents
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Abstract
박막 금속 언더코트(undercoat)를 사용하여 주석 필름의 위스커(whisker) 형성을 감소시키는 방법이 개시된다. 또한, 위스커 형성이 실질적으로 감소된 주석 필름을 갖는 구조물이 개시된다.
Description
본 발명은 주석 도금 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 주석 필름에서 위스커(whisker) 형성을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
주석층은 전형적으로 소자의 우수한 납땜성(solderability)을 제공하기 위해 전자 산업에 이용되고 있다. 예를 들어, 주석층은 납땜 가공을 위해 구리 리드 프레임(lead frame)상에 침적될 수 있다. 불행하게도, 주석층은 위스커를 형성한다. "위스커"는 주석층 표면으로부터 성장하는 머리카락과 같은 단결정이다. 주석 위스커는 6 나노미터에서 6 미크론에 이르는 직경을 가질 수 있으며 길이는 수밀리미터에 이른다. 이러한 위스커는 전자 회로에 쇼트(short)를 형성하여 노이즈(noise)를 제공함으로써 전자 디바이스(electronic device)에 신뢰성 문제를 야기한다.
주석 위스커는, 주석의 벌크(bulk) 확산이 또한 포함되는 것으로 여겨지긴 하지만, 주석 또는 주석 합금층에서 스트레스(stress)의 결과로 형성되는 것으로 여겨진다. 특히, 주석층중 불순물 원자의 존재로 인한 격자 스트레스; 주석 도금조건에 의한 잔류 스트레스; 기계적 부하 또는 주석층 작업에 따른 스트레스; 예를 들어 금속간 화합물 형성, 열팽창 차이 등과 같은 인접층과의 상호작용에 의한 스트레스를 포함한 다수의 스트레스-유발 요인이 전제되어 왔다(참조예: Ewell et al.,Tin Whiskers and Passive Components:A Review of the Concerns,18 th Capacitor and Resistor Technology Symposium, pp 222-228, March, 1998).
주석 위스커 문제를 해결하기 위한 한 방법에서 기판과 주석층 사이에 언더플레이트(underplate) 또는 하부층(underlayer)을 이용하였다. 하부층은 기판, 예를 들어 구리와 주석층 사이에 장벽을 제공한다. 이러한 장벽은 기판 금속과 주석층 간의 상호작용을 저지함으로써 금속간 화합물의 형성을 감소시킴으로써 주석 위스커의 형성을 감소시킬 것으로 판단된다. 이와 같은 장벽층은 위스커 형성을 방지하기 위하여 특정의 최소 두께를 필요로 할 것으로 판단되며, 최소 두께는 장벽 물질로 사용된 특정 금속 또는 합금에 따라 달라진다. 예를 들어 Hada 등에 의한 문헌 [Study of Tin Whiskers on Electromagnetic Relay Parts,Proceedings of the 25 th Annual Relay Conference, 1976, pp 9-1 ~ 9-15]은 주석층에 적합한 언더플레이트로서 두께가 적어도 2 미크론인 니켈층을 개시하였다. Hada 등은 2 내지 5 미크론의 니켈층이 하부층으로 사용된 경우, 침적 주석층이 위스커 형성 징후를 보이지 않는다고 기술하였다. 이와 같이 2 미크론 두께의 니켈층이 공지되었지만, 통상적인 칩 축전기는 5 내지 6 미크론의 니켈 하부층을 포함한다(참조예: Kuhl et al.,Assuring Whisker-free Components,SMT Magazine, pp 48-49, June,1995).
반도체 리드 프레임 제조와 같은 많은 전자 적용예에서, 금속 침적물의 연성(ductility)이 중요하다. 예를 들어, 리프 프레임 패키지의 외부 리드는 납땜성을 보조하기 위해 주석 또는 주석 합금으로 도금후, 인쇄회로판에 소자 패키지가 적절히 부착되도록 정확한 푸트프린트(footprint)를 제공하기 위한 형성작업으로 리드가 구부려지게 된다. 이러한 형성 작업은 리드를 90o이상으로 구부러뜨려 도금 리드상에 상당한 스트레인을 주게된다. 리드상에 전기도금된 가공물은 형성 작업을 견디기에 충분한 연성을 갖지 않는 다면, 침적물이 크랙된다(crack). 이러한 침적물 크랙으로 구리 기판이 노출되어 납땡성 문제를 야기할 수 있다. 니켈은 주석 또는 주석 합금만큼 연성적이지 못하며, 따라서 니켈 하부층의 크랙 형성이 문제가 된다.
주석 위스커 형성을 감소시키기 위한 또 다른 접근법은 예를 들어 약 10 미크론과 같은 비교적 두꺼운 주석층을 사용하였다. 그러나, 이와 같이 두꺼운 층은 반드시 실행가능하지 않거나, 현행 마이크로일렉트로닉 적용을 위해 너무 두껍다.
미국 특허 제 5,750,017호는 펄스(pulse) 도금 조건을 이용하여 금속 기판상에 주석 또는 주석 합금을 침적시키는 방법을 기술하고 있다. 이러한 도금법은 주석의 입자 크기가 2 내지 8 미크론인 주석층을 제공한다. 이러한 입자 크기는 주석 위스커 형성을 감소시킬 것으로 여겨진다. 전형적으로, 생성된 주석층은 3내지 6 미크론의 두께를 갖는다.
주석 위스커 형성이 감소되고 침적물 크랙이 감소된 주석 및 주석 합금층, 특히 주석층을 제공하는 방법이 요망된다.
놀랍게도, 본 발명에 이르러, 본 발명의 니켈 또는 코발트를 포함한 얇은 금속 하부층이 주석 필름중에 위스커 형성을 상당히 감소시킬 뿐만 아니라 하부층의 크래킹을 상당히 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
한 측면으로, 본 발명은 처음에 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층을 침적시키고; 그후 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 위스커 형성을 감소시키는 방법을 제공한다.
제 2 측면으로, 본 발명은 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층을 기판상에 침적시킨 후; 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 기판상에 주석 또는 주석 합금층을 침적시키는 방법을 제공한다.
제 3 측면으로, 본 발명은 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 기판상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 기판을 제공한다.
제 4 측면으로, 본 발명은 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 디바이스상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 전자 디바이스를 제공한다.
본 명세서에 사용된 하기 약어들은 달리 명시되지 않는한 다음과 같은 의미를 갖는다: ℃ = 섭씨 온도; g = 그램; ℓ= 리터; ㎖ = 밀리리터; A = 암페어; dm = 데시미터; 및 ㎛ = 미크론 = 마이크로미터.
용어 "침적" 및 "도금"은 본 명세서를 통해 혼용하여 사용된다. "언더플레이트" 및 "하부층"은 본 명세서를 통해 혼용하여 사용된다. 본 명세서를 통해 사용된 용어 "하부층"은 기판과 주석 또는 주석 합금층 사이에 배치된 금속층을 의미한다. 용어 "인쇄배선판" 및 "인쇄회로판"은 본 명세서를 통해 혼용하여 사용된다. 달리 언급되지 않으면, 모든 양은 중량 퍼센트이며, 모든 비율도 중량에 의한다. 모든 수치 범위는 포괄적이며, 어떠한 순서로도 조합될 수 있으나; 단, 이러한 수치 범위는 합해서 100% 이하로 제한된다.
본 발명은 우선, 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층을 침적시킨 후; 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 위스커 형성을 감소시키는 방법을 제공한다. 어떠한 니켈 및 코발트 합금도 본 발명에 사용될 수 있다. "니켈 합금"은 니켈 및 하나이상의 다른 합금 원소를 함유하는 금속을 의미하며, 따라서 이성분 합금, 삼성분 합금 등이 포함된다. "코발트 합금"은 코발트 및 하나이상의 다른 합금 원소를 함유하는 금속을 의미하며, 따라서 이성분 합금, 삼성분 합금 등이 포함된다. 적합한 합금 원소로는 텅스텐, 니켈, 코발트, 인 등이 포함되나, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 니켈 합금중의 니켈 양 및 코발트 합금중의 코발트 양은 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있으며, 당업자들의 능력에 따른다. 특히 적합한 하부층은 니켈, 코발트, 니켈-코발트, 니켈-인 또는 니켈-텅스텐을 포함한다. 특히 적합한 니켈-인 합금은 2 내지 13%의 인을 포함한다. 이러한 니켈-인 합금은 무전착 또는 전착될 수 있으며, 당업자들의 능력에 따른다.
본 발명의 하부층은 다양한 방법으로 침적될 수 있다. 적합한 방법으로는 무전해 도금, 전해 도금, 침지 도금 또는 물리적 증착 또는 화학적 증착과 같은 증착이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 하부층이 무전해 도금 또는 전해 도금, 더욱 바람직하게는 전해 도금에 의해 침적되는 것이 바람직하다. 이와 같은 전해 침적은 직류("DC") 또는 펄스 도금에 의할 수 있다. 침적 방법의 선택은 특정 기판 및 침적되는 층에 따라 달라질 것이다. 이와 같은 선택은 당업자들의 능력에 따른다.
각종 전해 니켈 배쓰가 사용될 수 있다. 니켈 배쓰는 전형적으로 니켈 화합물의 하나이상의 가용성 공급원, 예를 들어 니켈 할라이드, 예컨대 염화니켈, 황산니켈, 니켈 설파메이트, 니켈 플루오로보레이트 및 이들의 혼합물을 함유한다. 이러한 니켈 화합물은 전형적으로 전기도금액에 니켈을 약 10 내지 250 g/ℓ의 농도로 제공하기에 충분한 농도로 사용된다. 니켈 전기도금 배쓰가 염화니켈 및 니켈 설파메이트를 포함하는 것이 바람직하다. 배쓰중의 염화니켈의 양이 8 내지15 g/ℓ이고, 니켈 설파메이트로서의 니켈이 80 내지 150 g/ℓ인 것이 또한 바람직하다.
적합한 니켈 도금 배쓰는 전형적으로 하나이상의 산, 예를 들어 붕산, 인산, 아인산 또는 이들의 혼합물을 함유한다. 전형적인 붕산 함유 니켈 전기도금 배쓰는 30 내지 60 g/ℓ, 바람직하게는 약 45 g/ℓ의 붕산을 함유한다. 전형적으로, 이러한 배쓰의 pH는 약 3.0 내지 약 5.0, 바람직하게는 약 4.0이다. 이와 같은 니켈 전기도금 배쓰의 작동 온도는 약 40 내지 약 70 ℃, 바람직하게는 50 내지 65 ℃이다. 평균 음극 전류밀도는 dm2당 약 0.5 내지 12 암페어이며, dm2당 약 3 내지 6 암페어가 가장 적당한 범위이다.
니켈 합금 도금 배쓰에 하나이상의 다른 합금 화합물이 사용된다. 이러한 합금 화합물은 전해질 조성물중에 금속을 가용화 형태로 제공하는 것이면 된다. 따라서, 금속 화합물로는 염, 예를 들어 금속 할라이드, 금속 설페이트, 금속 알칸 설포네이트, 예컨대 금속 메탄 설포네이트, 금속 아릴 설포네이트, 예컨대 금속 페닐 설포네이트 및 금속 톨루엔 설포네이트, 금속 알칸올 설포네이트 등이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 전해질 조성물중에 존재하는 그밖의 다른 금속 화합물 및 이들 금속 화합물의 양을 선택하는 것은 침적되는 주석-합금에 따라 달라지며, 당업자들에 잘 알려져 있다.
당업자들은 니켈 전기도금 배쓰에 하나이상의 다른 첨가제, 예를 들어 입자 미세화제, 습윤제, 광택제(brightening agent) 등이 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 첨가제의 혼합물이 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 도금의 효율 및/또는 질을 증진시키는데 유용하다.
본 발명의 하부층은 전형적으로 1 ㎛ 이하의 두께를 갖는다. 바람직하게, 하부층의 두께는 0.95 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.9 ㎛이하, 더욱 더 바람직하게는 0.8 ㎛이하, 보다 더 바람직하게는 0.75 ㎛ 이하, 보다 더욱 더 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이다. 하부층의 최소 두께는 주석 또는 주석 합금층이 기판 표면과 긴밀히 접촉하지 않도록, 기판 표면상에 실질적으로 연속적인 금속층을 제공하는데 필요한 정도이다. 본 발명의 하부층의 적합한 최소 두께는 0.05 ㎛이다. 일반적으로, 하부층의 적합한 두께 범위는 0.05 내지 1 ㎛, 바람직하게는 0.05 내지 0.95 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.75 ㎛, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 0.5 ㎛이다. 특히 적합한 하부층 두께는 0.1 ㎛ 이상 및 0.25 ㎛ 이상을 포함한다.
각종 주석 합금이 본 발명에 따른 하부층상에 침적된다. "주석 합금"은 주석 및 하나이상의 다른 합금 원소를 함유하는 금속을 의미하며, 따라서 이성분 합금, 삼성분 합금 등이 포함된다. 적합한 합금 원소로는 비스무스, 구리, 은, 납, 안티몬 또는 아연이 포함되나, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 특히 적합한 주석 합금은 주석-구리이다. 주석-구리 합금은 0.5 내지 10%의 구리를 함유할 수 있으며, 나머지는 주석이다. 주석-구리 합금은 임의로 소량의 다른 합금 원소를 함유할 수 있다. 하나이상의 합금 원소의 농도는 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 합금 원소의 범위는 당업자들의 능력에 따른다. 주석 또는 주석 합금층의두께는 특정 적용예에 따라 넓은 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 예를 들어, 주석 또는 주석 합금층이 리드 프레임상에 침적되는 경우, 두께는 전형적으로 1 내지 10 미크론이다.
주석 또는 주석 합금층은 다양한 수단에 의해 침적될 수 있다. 바람직하게, 주석 또는 주석 합금은 전착된다. 이와 같은 전착은 직류("DC") 또는 펄스 도금에 의할 수 있다. 침적 방법의 선택은 특정 기판 및 침적되는 층에 따라 달라질 것이다. 이와 같은 선택은 당업자들의 능력에 따른다.
적합한 전해 주석 또는 주석 합금 도금 배쓰는 산성 또는 알칼리성일 수 있다. 예시적인 산성 주석 전기도금 배쓰는 하나이상의 용액 가용성 주석 화합물, 하나이상의 산성 전해질 및 임의로 하나이상의 첨가제를 함유한다. 적합한 주석 화합물로는 염, 예를 들어 할로겐화 주석, 황산주석, 주석 알칸 설포네이트, 예컨대 주석 메탄 설포네이트, 주석 아릴 설포네이트, 예컨대 주석 페닐 설포네이트 및 주석 톨루엔 설포네이트, 주석 알칸올 설포네이트 등이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 주석 화합물이 황산주석, 염화주석, 주석 알칸 설포네이트 또는 주석 아릴 설포네이트인 것이 바람직하고, 황선주석 또는 주석 메탄 설포네이트인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 전해질 조성물중에 유용한 주석 화합물 의 양은 주석 함량을 5 내지 150 g/ℓ, 바람직하게는 10 내지 70 g/ℓ로 제공하는 양이다. 주석 화합물의 혼합물이 또한 본 발명에 유리하게 사용될 수 있으며, 단 주석의 총양은 5 내지 150 g/ℓ 범위이다.
용액에 용해되며 전해질 조성물에 불리한 영향을 미치지 않는 산성 전해질이본 발명에 유리하게 사용될 수 있다. 적합한 산성 전해질은 알칸 설폰산, 예컨대 메탄 설폰산, 에탄 설폰산 및 프로판산 설폰산, 아릴 설폰산, 예컨대 페닐 설폰산 또는 톨루엔 설폰산, 황산, 설팜산, 염산, 브롬화수소산, 불화붕산 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로만 한정되지 않는다. 전형적으로, 산성 전해질의 양은 10 내지 400 g/ℓ, 바람직하게는 50 내지 200 g/ℓ범위이다. 주석 화합물이 할라이드인 경우, 산성 전해질이 상응하는 산인 것이 바람직하다. 예를 들어, 염화주석이 본 발명에 사용되는 경우, 산성 전해질은 염산인 것이 바람직하다.
주석 합금 도금 배쓰에 하나이상의 다른 합금 금속 화합물이 사용된다. 적합한 다른 금속으로는 납, 니켈, 구리, 비스무스, 아연, 은, 안티몬, 인듐 등이 포함되나, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 특히 적합한 주석 합금은 주석-구리이다. 본 발명에 유용한 그밖의 다른 금속 화합물은 전해질 조성물중에 금속을 가용화 형태로 제공하는 것이다. 따라서, 금속 화합물로는 염, 예를 들어 금속 할라이드, 금속 설페이트, 금속 알칸 설포네이트, 예컨대 금속 메탄 설포네이트, 금속 아릴 설포네이트, 예컨대 금속 페닐 설포네이트 및 금속 톨루엔 설포네이트, 금속 알칸올 설포네이트 등이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 전해질 조성물중에 존재하는 그밖의 다른 금속 화합물 및 이들 금속 화합물의 양을 선택하는 것은 침적되는 주석-합금에 따라 달라지며, 당업자들에 잘 알려져 있다.
당업자들은 주석 또는 주석 합금 전기도금 배쓰에 하나이상의 다른 첨가제, 예를 들어 환원제, 입자 미세화제, 예컨대 하이드록시 방향족 화합물 및 다른 습윤제, 광택제 등이 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 첨가제의 혼합물이 또한 본발명에 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 도금의 효율 및/또는 질을 증진시키는데 유용하다.
주석을 가용성 2가 상태로 유지하기 위하여 환원제가 본 발명의 전해질 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 환원제는 하이드로퀴논 및 하이드록실화 방향족 화합물, 예를 들어 레소시놀, 카테콜 등을 포함하나, 이들로만 한정되지 않는다. 적합한 환원제는 미국 특허 제 4,871,429호에 기재된 것이다. 이러한 환원제의 양은 당업자들에 잘 알려져 있으나, 전형적으로 약 0.1 내지 약 5 g/ℓ 범위이다.
본 발명의 전해질 조성물에 광택제를 첨가하여 광택성 침적물을 수득할 수 있다. 이와 같은 광택제는 당업자들에 이미 알려져 있다. 적합한 광택제로는 방향족 알데하이드, 예를 들어 나프트알데하이드, 벤즈알데하이드, 알릴벤즈알데하이드, 메톡시벤즈알데하이드 및 클로로벤즈알데하이드, 방향족 알데하이드의 유도체, 예를 들어 벤질 아세톤 및 벤질리덴 아세톤, 지방족 알데하이드, 예를 들어 아세트알데하이드 또는 글루타르알데하이드, 및 산, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산 및 피콜린산이 포함되나, 이들로만 한정되지 않는다. 전형적으로, 광택제는 0.1 내지 3 g/ℓ, 바람직하게는 0.5 내지 2 g/ℓ의 양으로 사용된다
당업자들은 추가의 입자 미세화를 위해 본 발명의 전해질 조성물에 하이드록시 방향족 화합물 또는 다른 습윤제가 첨가될 수 있음을 인지할 것이다. 이러한 입자 미세화제는 침적물 외관 및 작동 전류밀도 범위를 추가로 향상시키기 위하여 본 발명의 전해질 조성물에 첨가될 수 있다. 그밖의 다른 적합한 습윤제로는 알콕실레이트, 예를 들어 폴리에톡실화 아민 JEFFAMINE T-403 또는 TRITON RW, 또는황산화 알킬 에톡실레이트, 예를 들어 TRITON QS-15 및 젤라틴 또는 젤라틴 유도체가 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 본 발명에 유용한 입자 미세화제의 양은 당업자들에게 잘 알려져 있으며, 전형적으로 0.01 내지 20 ㎖/ℓ, 바람직하게는 0.5 내지 8 ㎖/ℓ, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 ㎖/ℓ범위이다.
적합한 비이온성 계면활성제 또는 습윤제로는 탄소 7개 이하의 알킬을 함유하는 지방족 알콜의 비교적 저분자량의 에틸렌 옥사이드("EO") 유도체 또는 융합될 수 있으며 탄소 6개 이하의 알킬 그룹에 의해 치환될 수 있는 2개 이하의 방향족 환을 갖는 방향족 알콜의 에틸렌 옥사이드 유도체가 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 지방족 알콜은 포화 또는 불포화된 것일 수 있다. 방향족 알콜은 전형적으로 에틸렌 옥사이드로 유도체화되기 전에 20 개 이하의 탄소원자를 갖는다. 이러한 지방족 및 방향족 알콜은 예를 들어 설페이트 또는 설포네이트 그룹에 의해 추가로 치환될 수 있다. 적합한 습윤제로는 EO 12몰의 에톡실화 폴리스티렌화 페놀, EO 5몰의 에톡실화 부탄올, EO 16몰의 에톡실화 부탄올, EO 8몰의 에톡실화 부탄올, EO 12몰의 에톡실화 옥탄올, EO 12몰의 에톡실화 옥틸페놀, 에톡실화/프로폭실화 부탄올, 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록 공중합체, EO 13몰의 에톡실화 베타-나프톨, EO 10몰의 에톡실화 베타-나프톨, EO 10몰의 에톡실화 비스페놀 A, EO 13몰의 에톡실화 비스페놀 A, EO 30몰의 황산화 에톡실화 비스페놀 A 및 EO 8몰의 에톡실화 비스페놀 A가 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 전형적으로, 이들 습윤제는 0.1 내지 20 g/ℓ, 바람직하게는 0.5 내지 10 g/ℓ의 양으로 첨가된다.
경우에 따라 본 발명의 전해질 조성물에 첨가되는 임의적 첨가제는 목적하는 침적물의 형태 및 결과에 따라 달라진다. 목적하는 최종 침적물을 달성하기 위해 어떤 첨가제가 어느 정도의 양으로 필요한지는 당업자들에게 명백할 것이다.
통상적인 도금 조건이 본 발명의 니켈 하부층상에 주석 또는 주석 합금층을 전착시키기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 주석 또는 주석 합금 도금 배쓰는 약 20 내지 약 60 ℃의 온도에서 사용된다. 주석 또는 주석 합금을 전기도금하는데 적합한 전류밀도는 10 내지 30 A/dm2이다.
본 발명은 또한 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층을 기판상에 침적시킨 후; 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 기판상에 주석 또는 주석 합금층을 침적시키는 방법을 제공한다. 각종 기판이 본 발명에 사용될 수 있다. 바람직하게, 기판은 주석과 금속간 화합물을 형성하는 하나이상의 금속을 포함한다. 적합한 기판으로는 구리 또는 황동이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 기판이 구리 또는 구리 합금층을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구리 합금은 소량의 하나이상의 다른 합금 원소를 함유할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 기판상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 기판을 제공한다.
본 발명은 전자 디바이스 기판상에 주석 또는 주석 합금층을 침적시키는데특히 적합하다. 적합한 전자 디바이스 기판으로는 인쇄배선판 기판, 리드 프레임, 반도체 패키지, 소자, 접속기, 접촉기, 칩 축전기, 칩 레지스터 등이 포함되지만, 이들로만 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명은 또한 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 디바이스상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 전자 디바이스를 제공한다. 바람직한 전자 디바이스는 0.75 ㎛ 이하의 하부층을 갖는 것을 포함한다. 본 발명은 리드 프레임을 도금하는데 특히 적합하다. 이러한 전자 디바이스에 사용하기에 특히 적합한 주석 합금은 주석-구리이지만, 다른 주석 합금이 또한 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 장점은 주석 및 주석 합금에서의 위스커 형성이 본 발명에 따라 상당히 감소되거나 심지어는 제거된다는 것이다. 추가의 장점은, 특히 하부층에서의 크랙 형성이 상당히 감소한다는 것이다. 이러한 크래킹 감소는 납땜성 문제가 감소된 전자 디바이스를 제공한다.
하기 실시예는 본 발명의 다양한 측면을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 영역을 어떤 식으로든 제한하지 않는다.
실시예 1
리드 프레임상에 니켈 하부층을 침적하여 샘플을 제조하였다. 리드 프레임은 소량의 합금을 포함하는 시판용 구리 리드 프레임이다. 리드 프레임은 C194또는 C151이다. 염화니켈 11 g/ℓ; 니켈 설파메이트로서 니켈 90 g/ℓ, 붕산 45 g/ℓ를 함유하고 pH 약 4인 시판용 니켈 도금액을 사용하여 니켈층을 침적하였다. 배쓰 온도는 55 ℃이다. 리드 프레임을 배스에 담그고 니켈층을 리드 프레임상에 전착시켰다. 사용된 전류밀도는 배쓰 및 도금되는 리드 프레임에 표준이다. 목적하는 두께의 니켈이 침적되기에 충분한 시간동안 리드 프레임을 도금한다. 그후, 샘플을 니켈 배쓰로부터 꺼내, 필요에 따라 세척하고 건조시킨다. 니켈층 두께를 X-선에 의해 측정하고, 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 | 리드 프레임 기판 | 니켈층 두께(㎛) |
대조용 1대조용 212345비교용 1비교용 2678910비교용 3비교용 4 | C194C151C194C194C194C194C194C194C194C151C151C151C151C151C151C151 | 000.10.250.50.7511.520.10.250.50.7511.52 |
실시예 2
주석 메탄설포네이트로서 주석 50 g/ℓ, 구리 메탄설포네이트로서 구리 3.6 g/ℓ, 메탄설폰산 130 ㎖/ℓ, 에톡실화 비이온성 계면활성제 A 4 g/ℓ, 에톡실화/프로폭실화 비이온성 계면활성제 B 0.75 g/ℓ, 착화제 A 4 g/ℓ, 착화제 B 1 g/ℓ및 하이드로퀴논 2 g/ℓ를 함유하는 도금 배쓰를 이용하여 실시예 1로부터의 샘플을 주석-구리 합금으로 전기도금하였다. 배스 온도는 40 ℃이다. 리드 프레임 샘플을 15 A/dm2의 전류밀도에서 도금하고, 주석-구리 합금 배쓰와 주석-구리 합금 두께가 2 내지 3 미크론으로 침적되기에 충분한 시간동안 접촉시켰다. 샘플을 6, 14 및 85일후 주사전자현미경으로 위스커 성장에 대해 평가하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 | 6일후 위스커 성장 | 14일후 위스커 성장 | 85일후 위스커 성장 |
대조용 1대조용 212345비교용 1비교용 2678910비교용 3비교용 4 | 위스커없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음 | 위스커위스커없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음 | 위스커위스커없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음없음 |
상기 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 매우 얇은 니켈층이 주석 위스커의 형성을 감소시키거나 제거하였다. 또한, 상기 데이터로부터 명백한 바와 같이, 매우 얇은 주석층, 즉 1 ㎛ 이하의 주석층은 통상적인 두께(2 ㎛ 이상)의 니켈층과 마찬가지로 주석 위스커를 감소시키고/감소시키거나 제거하는데 효과적이었다.
Claims (10)
- 처음에 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층(underlayer)을 침적시키고; 그후 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여 위스커(whisker) 형성을 감소시키는 방법.
- 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하는 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층을 기판상에 침적시킨 후; 주석 또는 주석 합금층을 금속 하부층상에 침적시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여 기판상에 주석 또는 주석 합금층을 침적시키는 방법.
- 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 금속 하부층의 두께가 0.8 ㎛ 이하인 방법.
- 제 1 항 내지 3 항중 어느 한 항에 있어서, 주석 합금이 주석과 납, 니켈, 구리, 비스무스, 아연, 은, 안티몬 및 인듐중에서 선택된 하나이상의 원소를 포함하는 방법.
- 제 1 항 내지 4 항중 어느 한 항에 있어서, 금속 하부층이 니켈, 코발트, 니켈-코발트, 니켈-인 및 니켈-텅스텐중에서 선택되는 방법.
- 제 1 항 내지 5 항중 어느 한 항에 있어서, 주석 또는 주석 합금을 전착시키는 방법.
- 제 1 항 내지 6 항중 어느 한 항에 있어서, 주석 또는 주석 합금층의 두께가 1 내지 10 ㎛인 방법.
- 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 기판상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 기판.
- 제 8 항에 있어서, 금속 하부층의 두께가 0.8 ㎛ 이하인 방법.
- 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금을 포함하며 디바이스상에 배치된 두께 1 ㎛ 이하의 금속 하부층; 및 금속 하부층상에 배치된 주석 또는 주석 합금층을 포함하는 전자 디바이스(electronic device).
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