KR20030002987A

KR20030002987A - 치환금 도금액

Info

Publication number: KR20030002987A
Application number: KR1020020024989A
Authority: KR
Inventors: 하야시카츠노리; 히로세요시마사
Original assignee: 니혼 엘렉트로플레이팅 엔지니어스 가부시키가이샤
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-01-09
Also published as: JP2003013249A; EP1285979A1; JP3482402B2; TW546408B; US20030047108A1; US6767392B2

Abstract

본 발명은, 기판이 무전해 니켈-붕소 도금이나 전해 니켈 도금으로 되어 있더라도, 밀착성이나 납 용접성이 양호한 치환금 도금처리가 가능한, 비시안계의 치환금 도금액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 치환금 도금액은, 아황산 금 나트륨 또는 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체를 금 농도로 0.01 ~ 1.0 g/L, 아황산염 10 ~ 100 g/L, 유기 카르복시산 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L, 에틸렌 디아민 4 아세트산 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L 를 함유하고, 약산성 영역인 pH 4.5 ~ 6.0인 치환금 도금액이다.

Description

치환금 도금액{DISPLACEMENT GOLD PLATING SOLUTION}

본 발명은 비시안(non-cyanide) 치환금 도금액에 관련된 것으로, 특히 전해 니켈도금 기판 위에 치환에 의하여 금 도금처리를 행하는 경우에 적합한 비시안 계열의 치환금 도금액에 관련한 것이다.

최근, 반도체 소자의 고집적화가 급속히 진행되어, 이를 탑재하는 프린트 배선판 등의 기판도 또한 높은 배선밀도를 갖게 되었다. 상기 배선기판에는, 납 용접성(solderability) 및 배선 결합성능(wire bonding ability) 등을 개선시키기위해, 배선회로의 부품 실장부분 이나 단자 부분 등에 금 도금처리가 행해진다. 이 경우 , 일반적으로, 금 도금처리의 기판으로서 니켈계의 도금처리가 행해지고 있다.

상기 금 도금처리의 기판으로 되는 니켈계의 도금에는, 전해 니켈 도금, 또는 무전해 니켈-인 도금이나 니켈-붕소 도금과 같은 것이 알려져 있다. 그리고, 이들 기판에 대한 금 도금처리는, 미소한 틈새나 복잡한 형상 등에 대응하여 균일한 두께의 도금을 용이하게 행하는 관점으로부터, 전해 도금처리보다는 무전해 도금처리가 채용되는 경우가 많다.

상기 무전해 금 도금액은, 대표적으로는 시안화 금 착체(complex)를 사용한것이 알려져 있으며, 최근 환경문제 등의 영향으로부터, 비시안계의 금 도금액도 제안되고 있다.

상기 비시안계의 금 도금액에서는, 착화제로서, 아황산염(sulfite), 메르캅토 숙신산(mercaptosuccinic acid), 에틸렌 디아민 등을 사용하는 경우가 있는데, 대별하면, 기판 금속과의 치환에 의한 치환금 도금액과, 환원제를 사용하여 금 피막을 석출하는, 소위 무전해 금 도금액으로 분류된다.

그런데, 상기 종래의 치환금 도금액에서는, 무전해에 의한 니켈 - 인 도금의 기판에 대하여 금의 치환 도금처리가 행해질 수 있기는 하지만, 무전해에 의한 니켈 - 붕소도금의 기판에 대하여는, 금 도금처리가 양호하게 행해지지 않는 경향이 있었다. 즉, 금 도금의 밀착성이나 납 용접성에 대하여 실용적인 특성을 만족하는 치환 도금처리를 할 수 없었다.

그리고, 기판이 전해 니켈도금인 경우에는, 종래 제안되어 온 시안계나 비시안계의 치환금 도금액에 있어서, 니켈 산화물의 영향때문에, 니켈과 금과의 치환반응을 일으키는 것이 매우 곤란하다고 되어 있다. 또한, 전해 니켈도금 기판 위에 치환 금 도금처리가 행해질 수 있다 하더라도, 그 밀착성은 매우 나쁘고, 납 용접성도 실용적인 수준으로 실현하는 것이 가능하지 않다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 기초로 하여 이루어진 것으로, 기판이 무전해 니켈 - 붕소도금이나 니켈도금이더라도, 밀착성이나 납 용접성이 양호한 치환금 도금처리가 가능한, 비시안계의 치환금 도금액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는, 아황산계의 치환금 도금액에 관하여 예의 연구한 결과, 본 발명의 치환금 도금액을 생각해 내는데 이르렀다.

본 발명의 치환금 도금액은, 아황산 금 나트륨 또는 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체를 금 농도로 0.01 ~ 1.0 g/L, 아황산염을 10 ~ 100g/L , 유기 카르복시산(carboxylic acid) 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L, 에틸렌디아민 4 아세트산 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L 을 함유하고, 약산성 영역인 pH 4.5 ~ 6.0인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 치환금 도금액은, 금 농도가 0.01 ~ 1.0 g/L 로 매우 낮고, pH 4.5 ~ 6.0인 약산성 영역에 있는 것을 큰 특징으로 한다. 본 발명의 치환금 도금액에 따르면, 무전해 니켈 - 인도금의 기판에 뿐만 아니라, 무전해 니켈 - 붕소도금의 기판에 있어서도, 밀착성이 우수하고, 납 용접성도 양호한 치환금 도금처리를 행할수 있다. 그리고, 본 발명의 치환금 도금액은, 기판이 전해 니켈 도금으로 된 경우에도, 양호한 밀착성을 가지며, 실용적인 납 용접성을 만족시키는 치환금 도금처리가 가능하게 된다.

본 발명의 치환금 도금액은, 도금액 중의 금 화합물이 아황산 금 나트륨 또는 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체의 형태로 함유되고, 이 때의 금 농도는 0.01 ~ 1.0 g/L 이다. 0.01 g/L 미만이면, 치환에 의해 석출되는 금이 매우 적게 되며, 도금처리 시간을 길게 하지 않으면 안되기 때문에 실용적이지 않게 된다. 또한, 1.0 g/L를 초과하면, 밀착이 불량하게 되는 경향이 있기 때문이다.

그리고, 본 발명의 치환금 도금액에서는, 착화제로서, 아황산염, 유기 카르복시산 또는 그 염, 에틸렌 디아민 4아세트산(이하, EDTA로 칭함) 또는 그 염의 3종류가 함유되어 있으며, 본 발명에 있어서는, 아황산염을 기본이 되는 제 1 착화제라 칭하고, 유기 카르복시산 또는 그 염과 EDTA 또는 그 염을 제 2 착화제로 칭한다.

제 1 착화제인 아황산염은, 그 SO₃ ^2-가 니켈의 과잉 산화를 억제하고, 니켈과 금과의 치환을 안정적으로 진행시키는 역할을 하는 것이다. 상기 아황산염은 10 ~ 100 g/L 의 농도범위에 있는 것이 바람직한데, 10 g/L 미만이면, 산화 억제의 효과가 작게 되고, 100 g/L 를 초과하면, 니켈의 융출이 과도하게 억제되어, 역으로 밀착이 불량한 치환금 도금으로 되기 때문이다.

제 2 착화제인 유기 카르복시산 또는 그 염은, 아황산에 의한 pH 상승을 억제하고 약산성 영역으로 유지하는 역할을 하는 것이다. 상기 유기 카르복시산 또는 그 염으로는, 구연산(citric acid), 능금산(malic acid), 유산(lactic acid) 등을 들 수 있다. 유기 카르복시산 또는 그 염은, 5 ~ 50 g/L 의 농도범위인 것이 바람직하다. 5 g/L 미만이면, 아황산 금염의 안정성이 나쁘게 되고, 50 g/L 를 초과하면, 액 비중이 높아져서 석출 속도가 저하되기 때문이다.

그리고, 또 다른 제 2 착화제인 EDTA 또는 그 염은, 아황산 금 나트륨 또는 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체에 있어서 금 착체를 안정화시키는 역할을 하는 것이다. EDTA의 염으로는, EDTA - 2Na(나트륨), EDTA - 2K(칼륨) 등을 들 수있다. 그리고, 상기 EDTA 또는 그 염은, 5 ~ 50 g/L 의 농도범위인 것이 바람직하다. 5 g/L 미만이면, 아황산 금염의 안정성이 나빠지고, 50 g/L를 초과하면, 밀착이 불량하게 되는 경향이 있기 때문이다.

더욱이, 상기와 같은 본 발명의 치환금 도금액은, pH가 4.5 ~ 6.0인 약산성 영역인 것이 바람직하다. pH 4.5 미만으로 되면, 아황산 금염의 안정성이 나쁘게 되고, pH 6.0을 초과하면, 석출속도가 저하하는 경향으로 되기 때문이다. 또한, 액온(solution temperature)은, 45 ~ 65℃ 의 범위인 것이 바람직하다. 액 온이 45℃ 미만이면, 치환반응의 진행이 저하되고, 65℃를 초과하면, 도금액 자체가 자기분해를 하는 경향으로 되어, 양호한 치환금 도금처리를 행할 수 없기 때문이다.

본 발명의 치환금 도금액은, 기판이 무전해의 니켈 - 인 도금이나 니켈 - 붕소 도금인 경우에 있어서, 밀착성이 향상되고, 납 용접성도 양호한 치환금 도금처리가 가능하다. 그리고, 종래에는 치환금 도금처리 자체가 곤란하였던 전해 니켈 도금의 기판인 경우에 대하여도 사용될 수 있는 것이다. 즉, 피도금 대상물의 표면이 전해 니켈 도금처리되어 있는 경우에 있어서, 높은 밀착성을 가지고, 납 용접성도 양호한 치환금 도금처리를 행할 수 있는 것이다.

(실시형태)

본 발명의 바람직한 실시형태에 관하여, 이하의 실시예 및 비교예를 참조하여 설명한다.

실시예: 본 발명에 관한 치환금 도금액으로서, 표1에 나타낸 각 조성의 도금액을 준비하였다, 또한, 표1중에 나타낸 기호는, 표2에 나타낸 바와 같다.

	A	B	C	D	pH
실시예1	0.1	10	5	5	6.0
실시예2	0.5	60	25	30	6.0
실시예3	1.0	100	50	60	6.0

A	금농도 (g/L)
B	아황산 나트륨 농도 (g/L)
C	구연산 농도 (g/L)
D	EDTA - 2Na 농도 (g/L)

표1에 나타낸 각 실시예의 치환금 도금액은, 다음과 같이 만들어졌다. 우선, 아황산 금 나트륨과 에틸렌 디아민을 혼합하는 것에 의해, 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체를 준비하고, 그리고나서, 표1에 나타낸 각 농도가 되도록, 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체, 구연산, EDTA - 2Na를 순수한 물에 투입하여 조정한다.

비교예: 비교로서, 다음의 시안계 치환금 도금액을 만들었다. 시안화 금 칼륨을 금 농도로 2.0 g/L, 구연산 칼륨을 30 g/L, EDTA - 2Na을 30 g/L 함유하는, pH 6.0인 시안계 치환금 도금액이다.

상기 실시예 및 비교예의 치환금 도금액을 사용하여, 아래의 3종류의 도금처리된 기판상에, 금의 치환금 도금처리를 행하였다. 피도금 대상물로서, 동판을 사용하여, 그 표면에 전해 니켈 도금(기판1), 무전해 니켈 - 인 도금(기판2), 무전해 니켈 - 붕소 도금(기판3)을 각각 실시한 것을 준비하였다. 상기 전해 니켈 도금, 무전해 니켈 - 인 도금 및 무전해 니켈 - 붕소 도금은, 공지의 도금액 및 도금방법에 따라서, 금 도금처리의 기판 피복(被覆)으로서, 두께 5 ㎛로 형성된 것이다.

치환금 도금처리 조건은, 액온 55℃ 로, 상술한 3종류의 기판을 가지는 피 도금 대상물을, 약 15분간, 침지(沈漬)시키는 것에 의해, 금 도금두께가 0.1㎛ 로 되도록 피복하였다. 그리고나서, 상기 금 도금피막에 대하여, 밀착성 및 납 용접성의 평가를 행하였다.

밀착성 평가는, 테이프 시험법에 의하여 행하여, 금 도금처리된 표면에, 셀로판 점착 테이프를 점착시키고, 상기 테이프를 박리하였을 때, 금 도금의 박리 유무가 있는지를 눈으로 확인하였다. 또한, 납 용접성 평가는, 납 유성(濡性, wettability)과 납 접합성(bondability)의 2방법으로 평가하였다. 납 유성은, 230℃의 납 욕조(bath)에 금 도금처리된 피도금 대상물을 침지시키고, 끌어 올렸을 때의 금 도금표면에의 납의 부착상태를 관찰하는 것에 의하여 평가하였다. 또한, 납 접합성은 쉬어 테스터(shear tester)를 사용하여, 금 도금의 박리 모드(mode)에 의하여 평가하였다. 표3에는, 밀착성, 납 용접성의 평가결과를 나타낸다.

	밀착성	납 용접성
		납 유성	박리 모드
기판	1	2	3	1	2	3	1	2	3
실시예1	◎	◎	◎	◎	◎	◎	납면	납면	납면
실시예2	◎	◎	◎	◎	◎	◎	납면	납면	납면
실시예3	△	◎	Ｏ	△	◎	Ｏ	Ni면	납면	Ni면
비교예	×	Ｏ	△	×	Ｏ	△	Ni면	납면	Ni면

밀착성 : ◎ 매우 긴밀한 밀착. Ｏ 금도금의 박리 없음.

△ 약간 박리된 부분 있음. × 전면적으로 박리.

납 유성 : ◎ 매우 양호. Ｏ 양호.

△ 다소 납을 퉁겨냄. × 전혀 묻지 않음(Not wetted at all)

박리 모드 : 납면 = 쉬어 테스터에 의하여 긁힌 부분에 납이 확실히 잔존하 고 있는 상태.

Ni면 = 쉬어 테스터에 의하여 긁힌 부분에, 기판의 니켈 도금 이 노출된 상태.

표3에 나타낸 바와 같이, 비교예의 치환 도금액에서는, 기판이 무전해 니켈 - 인인 경우에는 특별히 문제가 안되지만, 무전해 니켈 - 붕소 도금인 경우에는, 밀착성도, 납 용접성도 다소 나쁘게 되는 경향이 있으며, 전해 니켈도금에서는, 밀착성이 매우 나쁘고, 납 용접성도 실용적이지 않은 것이 확인되었다. 한편, 실시예의 치환금 도금액에서는, 기판이 무전해 니켈 - 인 도금이거나, 무전해 니켈 - 붕소 도금이라도, 양호한 치환금 도금처리가 되어 있고, 전해 니켈도금에 있어서도, 밀착성이 매우 양호하고, 납 용접성도 충분히 실용적인 수준인 것이 판명되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 치환금 도금액에 의하면, 기판이 무전해의 니켈 - 인 도금이나 니켈 - 붕소 도금의 경우뿐만 아니라, 치환금 도금처리가 곤란하다고 하던 전해 니켈도금의 기판에 있어서도, 밀착성, 납 용접성이 우수한 금 도금을 치환 도금처리할 수 있다.

Claims

아황산 금 나트륨 또는 아황산 금 나트륨의 에틸렌 디아민 착체를 금 농도로 0.01 ~ 1.0 g/L, 아황산염을 10 ~ 100 g/L, 유기 카르복시산 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L, 에틸렌 디아민 4 아세트산 또는 그 염을 5 ~ 50 g/L를 함유하고, 약산성 영역인 pH 4.5 ~ 6.0인 것을 특징으로 하는 치환금 도금액.
제1항에 있어서,

전해 니켈 도금처리된 표면에 대한 치환금 도금처리용인 것을 특징으로 하는 치환금 도금액.