KR20050037785A

KR20050037785A - 주석 양극의 용해속도가 증대된 주석 도금액

Info

Publication number: KR20050037785A
Application number: KR1020030073052A
Authority: KR
Inventors: 김재우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-04-25

Abstract

주석 양극이 효과적으로 용해되도록 하는 주석 도금액에 관한 것으로, 주석 도금액의 총중량을 기준으로 개미산, 호박산 및 구연산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 카르복시산을 1~5중량% 포함하여 이루어지는 주석도금액이 제공된다. 본 발명의 주석 양극 용해제를 포함하는 도금액을 사용함으로써 pH 2.5-6.0의 도금액에서 주석 양극이 원할하게 용해되어 도긍액중 Sn의 농도감소가 최소화되고, 주석도금액의 보충양이 최소화된다.

Description

주석 양극의 용해속도가 증대된 주석 도금액{Plating Solution Having Improved dissolution Rate of Sn Anode}

본 발명은 주석 양극이 효과적으로 용해되도록 하는 주석 도금액에 관한 것이다.

보다 상세하게 본 발명은 주석 양극 용해제를 포함하는 도금시 주석 양극의 용해속도를 증대시키는 주석 도금액에 관한 것이다.

칩등 전기부품 재료의 주석도금시 주석 양극이 사용되며, 주석 양극이 용해되어 도금액중에서 소모되는 금속이온을 보충하게 된다. 칩 부품등에 사용되는 도금액은 pH 2.5 내지 6.0정도로 유지되도록 조성된다. 이는 도금시 세라믹 바디 및 외부전극의 글래스 부위가 pH 1.0이상인 강산성 도금액에서는 쉽게 공격 받게 되기 때문이다.

한편, pH 1.0이하의 강산성 도금액에서 주석 양극은 대체로 원할하게 용해됨으로 주석 양극의 용해와 관련된 문제가 야기되지 않는다.

그러나, 산성 도금액의 pH가 3이상으로 증가하여 도금액의 산성도가 떨어지면, 주석(Sn) 양극의 용해 속도가 현저하게 감소하고 양극 표면의 산화가 촉진된다. 이와 같은 양극 표면의 산화는 주석의 부동태화를 가속시켜 주석 양이온의 용해속도를 더욱 감소시키게 된다.

따라서, 양극의 원활한 용해를 위해서는 주석 산화물, 즉, 부동태막의 제거가 필요하며, 이를 위한 정기적인 수작업 청소가 요구된다.

또한, 도금액중 소비되는 Sn성분을 다량 보충해주어야 하는 문제를 갖는다.

본 발명의 목적은 주석 양극의 용해속도가 증대되도록 하는 주석도금액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주석양극의 부동태화가 방지되는 주석도금액을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 주석도금식 주석 양극의 용해속도 증대로 인하여 도금중에 주석 도금액 보충량을 감소시킬 수 있는 주석도금액을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면,

주석 도금액의 총중량을 기준으로 개미산, 호박산 및 구연산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 카르복시산을 1~5중량% 포함하여 이루어지는 주석도금액이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

칩등 전자기기 부품의 주석도금에 사용되는 주석 도금액은 pH 2.5 내지 6.0으로 조절되며, 이와 같이 산성도가 다소 저조한 주석 도금액에서는 주석 양극이 원할하게 용해되지 않는다.

따라서, 본 발명에서는 특정한 주석 양극(anode) 용해제를 포함하는 주석 도금액을 사용함으로써 도금시 주석 양극이 원할하게 용해되도록 한다.

상기와 같은 pH 2.5 내지 6.0의 주석 도금액은 착화제, 전도염 그리고 도금의 특성을 결정하는 계면활성제 및 입자 조절제(grain refiner)등 주석도금액 조성시 일반적으로 사용되는 첨가제를 포함하여 이루어진다.

착화제는 높은 pH에서 Sn²⁺ 이온의 산화(Sn⁴⁺), 수산화물(Sn(OH)₂)형성을 방지하며, Sn²⁺이온으로 존재하도록 하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 글루콘산 소다등이 사용된다.

전도염은 도금액에 전도성을 부여하며, 메탄 술폰산, 황산, NaOH 또는 암모니아등이 사용된다.

이러한 주석 도금액중 주석의 농도는 주석도금하여야 하는 대상에 따라 광범위하게 조절될 수 있으며, 일반적으로 주석 도금액중 주석의 농도는 10∼30g/l로 조절될 수 있다.

본 발명의 주석 도금액에는 도금액에 주석 양극이 보다 신속하게 용해되도록 주석 양극 용해제가 첨가된다.

주석 양극 용해제로는 개미산, 호박산 및 구연산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 카르복시기(-COOH)를 갖는 최소 하나의 카르복시산이 사용된다.

카르복시기(-COOH)를 갖는 카르복시산을 함유하는 도금액은 주석과의 반응이 용이하다.

즉, 일반적으로 주석도금액에는 금속이온의 전도성을 원할하게 해주기 위해 NaOH나 NH₄OH를 전도염제로 많이 사용하는데, 이와 같은 알칼리 용액에서 -COOH기는 하기 화학식 1과 같이 반응하고 형성된 -COONa는 물에 해리하여 -COO^-+ Na⁺의 이온으로 존재하며, -COO^-는 Sn과 반응하여 Sn-OOCCH₂COO-Sn과 같은 착화합물을 생생시켜 용해되는 Sn²⁺이온이 안정화되록 하며, 따라서, 주석(Sn) 양이온의 용해속도가 빨라진다.

[화학식 1]

-COOH + Na⁺ --> -COONa + 1/2 H₂

상기 카르복시산기를 갖는 주석 양극 용해제는 도금용액의 총 중량을 기준으로 1-5중량%, 보다 바람직하게는 2-4중량%의 양으로 첨가되며, 가장 바람직하게는 3중량%로 첨가된다.

도금용액의 총중량을 기준으로 주석 양극 용해제의 함량이 1중량%미만인 경우에는 주석 양극 용해제 첨가에 따른 주석 용해속도 촉진 효과가 미비하며, 주석 양극 용해제가 5중량%를 초과하여 첨가되더라도 주석 양극 용해제 첨가량 증대에 따른 더 이상의 주석 용해 속도 증가 효과를 나타내지 않음으로, 비효율적이다.

상기 주석 양극 용해제가 첨가된 주석도금액은 카르복시기를 갖는 산성 용해제의 첨가로 인하여 최적 pH가 변화될 수 있으며, 따라서, 도금시 pH조절제를 첨가하여 pH를 최적화할 수 있다. 도금액의 pH 조절은 일반적으로 행하여 지는 것이다.

상기 주석 양극 용해제가 첨가된 주석도금액을 사용함으로써 주석 양극의 용해속도가 빨라지며, 따라서, 주석 양극의 산화 혹은 도금액 성분의 결정화로 인한 부동태화가 방지된다.

또한, 주석 양극의 부동태화 방지 및 원할한 용해로 인하여 주석 도금도중 보충하여야 하는 주석 도금액의 양이 감소되며, 정기적으로 실시되고 있는 양극의 청소로 인한 작업시간 및 인력이 절감된다. 나아가, 도금 양극의 불충분한 용해로 인한 도금 불량 또한, 방지된다.

즉, 본 발명의 도금액으로 도금시 주석양극이 원할하게 용해되어 주석양극 표면은 도 1a의 사진에서와 같이 깨끗한 상태를 유지한다.

그러나, 주석 양극 용해제가 포함되지 않은 종래의 도금액으로 도금하는 경우에는 도 1b에서와 같이 주석 양극표면이 산화되어 부동태화 되며, 또한, 부동태 등으로 인한 정기적인 음극의 세척 등으로 인하여 인력 및 시간이 소요된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

실시예

도금액의 총중량을 기준으로 글루콘산소다 착화제 20중량%, 메탄술폰산 전도염 5중량%, 암모니아 전도염 5중량%, 호박산 양극용해제 3중량%, 글리세롤 에스테르 에톡시레이티드 입자조절제 2.5중량%, 코코넛 오일 지방산 디에탄올아미드 입자조절제 2.5중량% 및 PEG4000 계면활성제(습윤제) 5중량%를 순수에 첨가하고 배합하여, 주석 농도가 15g/l인 발명예의 주석도금액을 준비하였다.

호박산 양극 용해제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 발명예의 주석도금액과 동일하게 하여 비교예의 주석도금액을 제조하였다.

이때 도금액의 pH는 3.5로 조절하였으며, 도금도중 pH가 변화되는 경우에는 메탄술폰산 또는 암모니아를 첨가하여 상기 pH가 되도록 조절하였다.

상기와 같이 조성된 주석 도금액을 사용하고 주석을 양극으로 하여 칩을 주석 도금하였다.

도금조건을 20A.H(Ampere, Hour), 40A.H 그리고 60A.H로 하여 도금하였다.

도금 후, 발명예와 비교예의 도금액을 이용하여 도금처리된 후, 주석 양극의 표면, 도금용액중 Sn⁺² 의 농도 및 도금표면의 특성(조직) SEM(Scanning electron microscope)(배율 2000 x) 을 비교하여 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 1a, 1b, 2a 및 2b에 나타내었다.

[표 1] 도금액 조성

도금액	발명예	비교예
주석농도	15g/l	15g/l
pH	3.5	3.5
착화제	글루콘산 소다 20중량%	글루콘산 소다 20중량%
전도염	메탄술폰산 5중량%암모니아 5중량%	메탄술폰산 5중량%암모니아 5중량%
양극용해제	호박산 3중량%	-
입자조절제	글리세롤 에스테르 에톡시레이티드 2.5중량%코코넛 오일 지방산 디에탄올아미드 2.5중량%	글리세롤 에스테르 에톡시레이티드 2.5중량%코코넛 오일 지방산 디에탄올아미드 2.5중량%
계면활성제	PEG4000 5중량%	PEG4000 5중량%
pH 조절제	메탄술폰산암모니아	메탄술폰산암모니아

[표 2]

	발명예			비교예
	20A.H.	40A.H.	60A.H.	20A.H.	40A.H.	60A.H.
양극표면비교	0	0	10%흑색	10%흑색	20%흑색	50%흑색
도금액중Sn⁺²의 농도(초기 15g/L)	14.8g/L	15.0g/L	14.8g/L	14.5g/L	14.3g/L	13.8g/L

상기 표에서 알 수 있듯이, 양극 용해제가 첨가된 발명예의 도금액으로 주석 도금 처리한 경우, 양극표면의 부동태가 현저하게 감소되고 도 1a와 같이 깨끗한 표면상태를 유지하여, 양극표면이 흑화되지 않음을 나타내었다. 또한, 양극이 원할하게 용해되어 도금액중 Sn의 농도 감소가 없이, 도금액중 Sn의 농도가 초기농도와 같이 일정하게 유지되었다.

그러나, 음극 용해제가 사용되지 않은 비교예의 도금액으로 도금처리한 경우에는 도 1b와 같이 주석 양극이 부동태화되어 주석 양극 표면의 상당한 면적이 흑화되었다. 또한, 주석 양극의 용해가 원할하게 이루어지지 않아 도금액중 Sn⁺²의 농도가 도금액중 Sn⁺²의 초기농도에 비하여 감소되었다.

한편, 발명예 및 비교예의 주석 도금액으로 각각 도금처리된 도금표면의 SEM사진을 도2a 및 도2b에 나타내었다. 도 2a 및 2b의 도금처리된 도금표면은 발명예 및 비교예의 도금액을 사용한 경우 모두 양호한 상태의 도금조직을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 양극 용해 개선제가 첨가된 도금액을 사용하여 양호한 상태로 도금처리 할 수 있음을 알 수 있다.

주석 양극 용해제를 포함하는 본 발명의 도금액을 사용함으로써 pH 2.5-6.0의 도금액에서 주석 양극이 원할하게 용해되어 도긍액중 Sn의 농도감소가 최소화되고, 주석도금액의 보충양이 최소화된다.

또한, 주석 양극의 산화로 인한 부동태화가 방지되며 따라서, 주석 양극 및 도금액이 깨끗한 상태로 유지되고, 양극세척을 위한 세척 작업 횟수가 감소되며, 그에 따른 경비 또한, 절감된다.

도 1a는 본 발명에 의한 주석도금액으로 도금하는 경우 주석 양극의 표면상태를 나타내는 사진이며,

도 1b는 종래의 주석도금액으로 도금시 부동태화된 주석양극의 표면 상태를 나타내는 사진이며,

도 2a는 본 발명의 주석도금액으로 도금한 경우의 도금조직을 나타내는 SEM 사진이며,

도 2b는 종래의 주석도금액으로 도금한 경우의 도금조직을 나타내는 SEM 사진이다.

Claims

주석 도금액의 총중량을 기준으로 개미산, 호박산 및 구연산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 카르복시산을 1~5중량% 포함하여 이루어지는 주석도금액.
제 1항에 있어서, 상기 카르복시산은 2~4중량%임을 특징으로 하는 주석도금액.
제 1항에 있어서, 상기 주석 도금액은 pH 2.5-6.0임을 특징으로 하는 주석도금액.