KR20060006536A - 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판 - Google Patents

반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판 Download PDF

Info

Publication number
KR20060006536A
KR20060006536A KR1020040055615A KR20040055615A KR20060006536A KR 20060006536 A KR20060006536 A KR 20060006536A KR 1020040055615 A KR1020040055615 A KR 1020040055615A KR 20040055615 A KR20040055615 A KR 20040055615A KR 20060006536 A KR20060006536 A KR 20060006536A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit board
printed circuit
plating layer
layer
plating
Prior art date
Application number
KR1020040055615A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100619345B1 (ko
Inventor
이동준
김치성
강대경
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020040055615A priority Critical patent/KR100619345B1/ko
Publication of KR20060006536A publication Critical patent/KR20060006536A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100619345B1 publication Critical patent/KR100619345B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/18Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material
    • H05K3/181Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material by electroless plating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1633Process of electroless plating
    • C23C18/1675Process conditions
    • C23C18/1683Control of electrolyte composition, e.g. measurement, adjustment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/32Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/32Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron
    • C23C18/34Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents
    • C23C18/36Coating with nickel, cobalt or mixtures thereof with phosphorus or boron using reducing agents using hypophosphites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/42Coating with noble metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/42Coating with noble metals
    • C23C18/44Coating with noble metals using reducing agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및 이로부터 제조된 인쇄회로기판에 관한 것으로, 전자부품의 금속표면처리(metal finish)에 있어서 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈층을 형성시킨 후, 유기환원제를 필수성분으로 함유하는 환원형 금 도금액을 이용하여 금 도금층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법에 따라 도금층을 형성할 경우, 전자부품의 표면실장의 결합신뢰성(solder jointability)을 향상시킬 수 있고, 무전해니켈/금도금 표면처리층의 내식성을 향상시킬 수 있다.
인쇄회로기판, 도금층, 인함량, 니켈도금, 금도금, 유기환원제

Description

반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및 이로부터 제조된 인쇄회로기판 {Method for plating on printed circuit board for semi-conductor package and printed circuit board produced therefrom}
도 1은 본 발명에 따른 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1∼2에 따른 BGA 인쇄회로기판 솔더부의 결합강도를 대조적으로 나타낸 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 패키지용 인쇄회로기판
2 구리 노출부
3 포토솔더레지스트층
4 무전해 니켈 도금층
5 금 도금층
본 발명은 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및 이로부터 제 조된 인쇄회로기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈 도금층을 형성한 후, 유기환원제를 이용한 환원형 금 도금공정을 통하여 전자부품 표면실장의 결합신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및 이로부터 제조된 인쇄회로기판에 관한 것이다.
현재 전자산업에서는 전자부품에 금속(예를 들어, 구리, 코발트, 금 및 니켈)을 도금하는 다양한 기술이 사용되고 있다. 이러한 방법으로는 화학증착, 금속 스퍼터링, 전기도금 및 무전해 금속도금이 포함될 수 있다.
무전해 금속도금은 전류흐름 없이도 전자 부품의 표면에 금속을 도금할 수 있으므로 최근 더욱 각광받고 있다. 전자 부품 산업에서 무전해 금속 도금을 사용한 예로는 인쇄회로기판(PCB)에 구리를 도금하는 것을 들 수 있다. 또한, 반도체의 경우, 무전해도금은 니켈을 본딩 패드와 멀티칩 장치에 도금하는데 사용되기도 한다.
금속을 무전해로 도금하는 방법은 일반적으로 먼저 금속 도금을 원활하게 하는 물질을 전자 제품의 표면에 시딩(seeding) 또는 석출하여 전자제품의 표면을 활성화시킴으로써 수행된다. 그렇지만 시딩이 반드시 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 코발트, 니켈, 로듐 또는 팔라듐을 함유하는 물질인 경우에는 금속 도금을 증진시키기 위한 시딩이 요구되지 않는다. 시딩은 필요한 경우, 예컨대 전자부품을 시딩제를 함유하는 용액에 담그는 방식으로 수행한다. 활성화 후, 전자부품은 금속이온과 환원제가 존재하는 용액에 침지되는 것이 통상적이다.
상기 환원제는 금속이온에 전자를 공급하는 역할을 함으로써 전자부품의 주 위 또는 표면에 있는 금속이온이 환원되어 금속이 되고 전자부품 표면에 도금이 된다.
다양한 금속이 전자 부품 표면에 무전해로 도금될 수 있으며, 예를 들면 구리, 니켈, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 백금, 로듐, 철, 알루미늄, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 질화탄탈륨, 질화텅스텐, 인산코발트텅스텐(cobalt tungsten phosphorus) 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
특히, 금은 그 우수한 물리적 성질 때문에 각종의 전자부품에 금 도금을 실시하여 광범위하게 이용되고 있다. 세라믹에 메탈라이즈를 실시한 전자부품에 금을 사용하는 경우에는 본딩, 땜납 등의 접합성에 우수한 특성을 나타내지만 극히 고가이기 때문에 될 수 있으면 도금층을 얇게해야 한다.
그러나, 금 도금층을 얇게하면 하지층의 Ni, Cu 등의 도금 또는 메탈라이즈 층이 치밀하지 않기 때문에 금 도금면으로 확산되어 내열변색, 실리콘 층의 박리, 본딩성 및 땜납성 등의 성능 저하가 나타난다.
이를 해결하기 위하여, 일본 특개소 58-4955호에는 금 도금의 하지층으로 로듐(Rh) 도금을 하여 위와 같은 불량요인을 없애기 위한 방법이 소개되어 있지만, Rh 자체가 고가인 단점이 있다.
한편, 인쇄회로기판은 기판 상에 회로 패턴 및 패드부를 포함하고 있으며, 일반적으로 상기 회로패턴 및 패드부는 구리 재질로 이루어진다. 그러나, 외부로 노출된 구리층은 시간의 경과에 따라 산화되어 반도체 및 인쇄회로기판의 실장시 신뢰성을 저하시키므로 이를 방지하기 위한 표면처리로서 패드부를 금 도금하는 공 정이 필수적으로 수행되고 있다.
상술한 전자부품의 금속표면처리기술로 무전해니켈/금도금공정(ENIG: Electroless Ni Immersion Gold)이 많이 이용되고 있으나 무전해니켈/금도금 코팅피막층은 이후 솔더와의 결합강도가 낮아 결합신뢰성(joint reliability)에서 많은 문제가 보고되어 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 직접금도금공정(DIG: Direct Immersion Gold), Sn 침지 도금(Immersion Sn), Ag 침지 도금(Immersion Ag) 또는 Cu 유기솔더보존제(OSP) 등 여러가지 다른 금속표면처리기술이 모색되고 있는 상황이다.
이와 관련하여, 미국 특허 제6,383,269호에는 솔더 마스크를 사용하여 금 도금하고자 하는 회로 패턴 부위에 무전해 니켈층을 형성한 다음, 칼륨 시안화 금, 하나 이상의 유기 전도성 염, 및 하나 이상의 환원제를 포함하는 금 침지 도금액을 접촉시켜 인쇄회로기판을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본 특개평 7-7243호에는 금 도금을 하고자 하는 구리 부위 상에 비결정질의 제1무전해 니켈 피막을 형성시키고, 결정질의 제2무전해 니켈 피막을 형성시킨 후에 치환반응을 주반응으로 하는 무전해 금 도금 방법을 개시하고 있다. 이외에도, 구리층 상에 니켈-금 도금층을 형성하는 개량된 기술은 미국 특허 제5,173,130호 및 제5,235,139호에 개시되어 있다.
전술한 종래기술의 무전해니켈/금도금 공정에서 무전해 니켈 도금층은 약 6∼8%의 P 함량을 가지며, 대부분의 금도금은 라인관리상의 이유 등으로 치환 금도금공정을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법으로 제조된 일반적인 무전해니켈/ 금도금층은 금도금공정 중 전기화학반응에 의한 침식반응으로 인하여 결합신뢰성이 약화되는 것으로 알려져 있으며, 이를 해결할 수 있는 개선된 도금층 형성방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구를 거듭한 결과, 9∼13중량%의 인(P)을 함유한 무전해 니켈 도금층을 형성하고 유기환원제를 이용한 환원형 금 도금공정을 통하여 전자부품 표면실장의 결합신뢰성을 향상시킬 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자부품의 표면실장의 결합신뢰성 및 무전해니켈/금도금 표면처리층의 내식성을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 인쇄회로기판을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법은:
a) 반도체 실장을 위한 와이어본딩부 및 외부 부품과의 결합을 위한 솔더링부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 패키지용 인쇄회로기판을 제공하는 단계;
b) 상기 인쇄회로기판의 와이어본딩부 및 솔더링부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트층을 형성하는 단계;
c) 상기 와이어본딩부 및 솔더링부에 니켈 도금액을 접촉시켜 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 니켈 도금층 상에 유기환원제를 필수적으로 함유하는 환원형 금 도금액을 접촉시켜 금 도금층을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 패키지용 인쇄회로기판은:
반도체 실장을 위한 와이어본딩부 및 외부 부품과의 결합을 위한 솔더링부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 패키지용 인쇄회로기판에 있어서,
상기 와이어본딩부 및 솔더링부는
구리 또는 구리합금층;
상기 구리층 또는 구리합금층 상에 형성되며, 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈 도금층; 및
상기 니켈 도금층 상에 유기환원제를 필수적으로 함유하는 환원형 금 도금액을 접촉시켜 형성된 금 도금층;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 종래의 무전해니켈/금도금 공정을 개선하 여 전자부품의 표면실장의 결합신뢰성을 향상시키고, 무전해니켈/금도금 표면처리층의 내식성을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및 이로부터 제조된 인쇄회로기판이 제공된다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판의 도금층 형성방법을 도 1에 개략적으로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 도금공정에 앞서, 우선, 패키지용 인쇄회로기판(1) 상에 일정한 회로패턴(도시되지 않음)과, 반도체 실장을 위한 와이어본딩부(2) 및 외부 부품과의 결합을 위한 솔더링부(도시되지 않음)를 형성시키는데, 상기 공정은 당 업계에서 널리 알려진 사진식각법(photolithography)에 의한 것이 전형적이다.
그 다음, 포토솔더레지스트(PSR)를 상기 인쇄회로기판(1)에 도포하는데 상기 솔더레지스트층(3)은 후술하는 도금에 대한 레지스트(resist) 역할을 한다. 상기 솔더레지스트층(3)에 드라이 필름을 적용하고 노광 및 현상을 거쳐 와이어본딩부(2) 및 솔더링부(도시되지 않음) 상의 솔더레지스트층 부위만을 선택적으로 박리한다.
상기 공정이 완료된 후에는 와이어본딩부(2) 및 솔더링부(도시되지 않음)가 외부로 노출되어 그 위에 무전해 니켈도금에 의한 무전해 니켈 도금층(4)이 형성된다.
이러한 도전층(2) 상에 무전해 니켈 도금층(4)을 형성하기 위한 도금 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.
금속 이온을 함유한 용액에서 금속을 석출시킬 때 Mx + + X- → M0 의 전자이동이 일어난다. 이들의 화학적 변화를 일으키는 방법으로는 환원제를 이용하는 방법인 자기촉매형 무전해도금(환원도금)과 이온화경향을 이용하는 치환도금이 있다.
무전해 니켈 도금은 니켈염을 함유한 용액에서 차아린산염 등의 환원제에 따라서 화학적으로 니켈을 석출시키는 것으로 도금액은 니켈염, 환원제, 착화제, 안정제 및 습윤제 등을 포함한다. 전처리 공정 처리된 인쇄회로기판을 Pd, Au 또는 Pt와 같은 촉매의 존재하에서 도금액에 담그면 각각 하기 반응식 1 및 하기 반응식 2와 같은 주반응 및 부반응이 표면에서 일어난다.
NiSO4 + 2NaH2PO2 + 2H2O → Ni0 + Na2HPO 3 + H2 + H2SO4
NaH2PO3 + H → P + NaOH + H2O
이와 같이, 촉매핵을 중심으로 니켈의 촉매반응이 일어나며 도금이 석출된다. 이 때 부반응으로 인(P)이 피막중에 공석하게 되고 Ni-P의 비결정성 조직이 된다.
상기 니켈 도금과정은 pH가 약 4.0∼5.5인 니켈 도금액을 사용하여 약 75∼90℃의 온도에서 10분에서 50분 동안 수행하는 것이 제품의 품질과 생산성 측면에서 바람직하다. 이로부터 형성된 무전해 니켈 도금층의 두께는 약 1 내지 20㎛이 며, 상기 도금층의 두께가 1㎛ 미만이면 확산 장벽(diffusion barrier)으로서의 역할이 충분하지가 않으며, 20㎛를 초과하면 대량생산시 생산성 저하가 우려된다.
여기서, 상기 무전해 니켈 도금에 따라 형성되는 무전해 니켈 도금층(4)은 9 내지 13중량%의 인(P)을 함유한다. 상기 인(P)의 함량이 9중량% 미만이면 내식성이 저하되고, 13중량%를 초과하면 내식성과 와이어본딩성은 향상되는 반면 솔더링성은 떨어지게 된다.
그 다음, 상기 니켈 도금층(4)의 손상을 방지하기 위하여 요구되는 금 도금층(5)을 형성시키기 위하여 상기 니켈 도금층(4) 상에 충분한 시간동안 환원형 무전해 수용성 금 도금액에 접촉, 침적시켜 원하는 금 도금 두께, 바람직하게는 0.02∼1.0㎛로 금 도금층(5)을 형성시킨다. 여기서, 상기 도금층의 두께가 0.02㎛ 미만이면 습윤성(wettability)이 저하되고, 1.0㎛를 초과하면 Au 무름(embrittle) 현상으로 인하여 솔더가 쉽게 파괴된다.
상기 무전해 니켈 도금층(4) 위에 환원형 금이 석출되는 주반응은 하기 반응식 3에 나타낸 바와 같다.
Ni → Ni2+ + 2e-
2Au+ + 2e- → 2Au0
즉, 금 도금액 내에 니켈 및 인이 이온으로 용출되고 반대로 Au+은 전자를 받아들여 금속으로 음극 표면에 석출하는 반응이다.
상기 금 도금액에는 수용성 금 화합물, 유기산, 착화제, 안정제 및 환원제 등이 포함될 수 있는데, 특히 DMAB(dimethylamine borane), 차아린산, 아황산, 포르말린 및 하이드로메탄 술판산(hydromethane sulfanic acid) 중 하나 이상의 유기환원제가 필수적으로 함유된다. 상기 금 도금액 중의 유기환원제의 함량은 0.005∼0.2몰이고, 상기 함량이 0.005몰 미만이면 금도금 공정에서 침식이 일어나 결합강도가 약해지고, 0.2몰을 초과하면 금도금조에서 금석출이 발생하기 쉽다.
여기서, 상기 금 도금액의 pH는 약 4.0∼8.5인 것이 바람직하며, 상기 금 도금 과정에서 요구되는 온도는 약 50∼90℃ 이다. 또한, 상기 금 도금공정은 약 2∼30분 동안 수행되는 것이 좋다. 상기 금 도금 공정 조건이 상술한 범위를 벗어나는 경우 생산성이 떨어지거나 금도금 공정에 의한 침식이 일어나 블랙 패드(black pad)가 생겨 결합강도가 감소하는 단점이 있다.
본 발명에 사용되는 수용성 금 화합물로는 아황산금나트륨, 시안화금칼륨이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 최적의 금 도금층(5)을 형성하기 위해서는 도금 공정 중 선택적으로 전처리 과정을 수행할 수 있다. 즉, 먼저 구리 노출부(2)에 물리적인 연마를 실시하여 표면의 이물질을 제거하고 화학적으로 유기물을 제거한다. 또한, 구리층(2)의 표면을 에칭시킨 후 니켈 도금층(4)의 형성에 앞서서 선택적으로 촉매 역할을 하는 팔라듐(Pd) 등으로 처리하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 약 6∼8중량%의 인(P)을 함유하는 기존의 무전해 니켈 도금층과 달리, 이보다 훨씬 많은 약 9∼13중량%의 인(P)을 함유 하는 무전해 Ni 층을 도입하는 동시에, 금 도금액내에 환원제성분을 갖는 유기첨가제를 공급함으로써 무전해 니켈층의 전기화학적 침식을 최소화한다. 또한, 본 발명에 따른 무전해 니켈/금 도금층은 전기화학적인 침식을 최소화할 수 있으므로 이를 통하여 전자부품의 표면실장시 제품간 결합강도(solder jointability)를 향상시켜 준다. 아울러, 높은 인(P) 함량을 갖는 니켈 도금층은 내식성이 강하므로 장기간 사용 또는 보관 중 무전해 니켈/금 도금층 상에 생성되기 쉬운 니켈 산화물의 발생을 억제하여 전기적인 저항값 증가 등의 문제점을 해결할 수 있다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
하기의 실시예에서는 플라즈마 전처리가 실시 된 제품을 이용하여 구리 재질의 와이어본딩부와 솔더볼(solder ball)과의 용접성이 요구되는 솔더링부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트(Hitachi, SR7000)가 도포된 패키지용 BGA 인쇄회로기판(크기 400×505㎜, 두께 1.08±0.06㎜, 구리층 두께 10∼20㎛)을 50℃에서 탈지하고, 구리층의 산화물을 제거할 목적으로 0.5∼1.0㎛ 에칭하였다. 다음 팔라듐(Pd)으로 구리층을 촉매 처리한 다음 수세하였다. 그 후, 다음과 같이 무전해 니켈 도금 및 금 도금을 순차적으로 수행하였다.
실시예 1
상기와 같이 전처리가 완성된 패키지용 BGA 인쇄회로기판의 구리층 상에 니켈농도가 5.5∼6.5g/L의 함량으로 포함된 pH 약 4.5의 무전해 니켈 도금액(Atotech, Aurotech High Phosphoruos(HP) Nickel)으로 85℃에서 35분 동안 도금하 였다. 이때, 형성된 무전해 니켈 도금층의 두께는 약 6㎛이었다. 그 다음, 니켈 도금층이 형성된 인쇄회로기판을 수세한 후, 유기환원제 0.025몰이 포함된, pH가 약 7.2인 환원형 금 도금액(Uyemura, TSB 71B)이 담긴 도금액조에 약 85℃의 온도에서 약 26분 동안 침적시켜 상기 인쇄회로기판의 니켈 도금층 상에 약 0.08㎛의 두께를 갖는 환원형 금 도금층을 형성시켰다. 이를 수세하고, 150℃에서 60분 동안 건조시켜 니켈/금 도금 처리된 BGA 인쇄회로기판을 얻었다.
비교예 1
유기환원제를 함유하지 않은 치환형 금 도금액(Atotech, Aurotech HP Gold)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 니켈/금 도금 처리된 BGA 인쇄회로기판을 얻었다.
비교예 2
니켈농도가 4.5∼5.5g/L의 함량으로 포함된 니켈 도금액(medium phosphorous(중인용) Uyemura, NPR-4)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 니켈/금 도금 처리된 BGA 인쇄회로기판을 얻었다.
상기 실시예 1 및 비교예 1∼2에서 얻은 BGA 인쇄회로기판의 솔더부의 결합강도를 측정(Peel test metrology for solder joint reliability of FC BGA packages, Jinlin Wang et al., 2003 IEEE Electronic Components and Technology Conference, pp 353∼358)하여 그 결과를 하기 도 2에 대조적으로 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 고함량(9∼13중량%)의 인(P)을 갖는 니켈 도금액과, 유기환원제가 포함된 금 도금조를 이용하여 형성시킨 니켈/금 도금층의 조합( 실시예 2)이 그렇지 아니한 경우(비교예 1∼2)에 비하여 결합강도가 상대적으로 좋음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전자부품의 금속표면처리에 있어서 종래기술에 비하여 높은 인(P) 함량을 갖도록 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈층을 형성시킨 후, 유기환원제를 필수적으로 함유하는 환원형 금 도금액을 이용하여 금 도금층을 형성시켜 전자부품의 표면실장의 결합신뢰성과 무전해니켈/금도금 표면처리층의 내식성을 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. a) 반도체 실장을 위한 와이어본딩부 및 외부 부품과의 결합을 위한 솔더링부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 패키지용 인쇄회로기판을 제공하는 단계;
    b) 상기 인쇄회로기판의 와이어본딩부 및 솔더링부를 제외한 부분에 포토솔더레지스트층을 형성하는 단계;
    c) 상기 와이어본딩부 및 솔더링부에 니켈 도금액을 접촉시켜 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및
    d) 상기 니켈 도금층 상에 유기환원제를 필수적으로 함유하는 환원형 금 도금액을 접촉시켜 금 도금층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기환원제는 DMAB(dimethylamine borane), 차아린산, 아황산, 포르말린 및 하이드로메탄 술판산(hydromethane sulfanic acid)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금 도금액 중의 유기환원제의 함량은 0.005∼0.2몰인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 니켈 도금층의 두께는 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금 도금층의 두께는 0.02∼1.0㎛인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 니켈 도금액의 pH는 4.0∼5.5인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금 도금액의 pH는 4.0∼8.5인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 니켈 도금액의 온도는 70∼90℃인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금 도금액의 온도는 50∼90℃인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 c) 무전해 니켈 도금 단계가 10∼50분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 d) 금 도금 단계가 2∼30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법.
  12. 반도체 실장을 위한 와이어본딩부 및 외부 부품과의 결합을 위한 솔더링부를 포함하고, 일정한 회로패턴이 형성된 패키지용 인쇄회로기판에 있어서,
    상기 와이어본딩부 및 솔더링부는:
    구리 또는 구리합금층;
    상기 구리층 또는 구리합금층 상에 형성되며, 9∼13중량%의 인(P)을 함유하는 무전해 니켈 도금층; 및
    상기 니켈 도금층 상에 유기환원제를 필수적으로 함유하는 환원형 금 도금액을 접촉시켜 형성된 금 도금층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유기환원제는 DMAB(dimethylamine borane), 차아린산, 아황산, 포르말린 및 하이드로메탄 술판산(hydromethane sulfanic acid)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 금 도금액 중의 유기환원제의 함량은 0.005∼0.2몰인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판.
  15. 제12항에 있어서, 상기 니켈 도금층의 두께는 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판.
  16. 제12항에 있어서, 상기 금 도금층의 두께는 0.02∼1.0㎛인 것을 특징으로 하는 패키지용 인쇄회로기판.
KR1020040055615A 2004-07-16 2004-07-16 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판 KR100619345B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040055615A KR100619345B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040055615A KR100619345B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060006536A true KR20060006536A (ko) 2006-01-19
KR100619345B1 KR100619345B1 (ko) 2006-09-08

Family

ID=37118217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040055615A KR100619345B1 (ko) 2004-07-16 2004-07-16 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100619345B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100892301B1 (ko) * 2007-04-23 2009-04-08 한화석유화학 주식회사 환원 및 치환금도금 방법을 이용한 도전볼 제조
KR101224667B1 (ko) * 2011-06-28 2013-01-21 삼성전기주식회사 접속 단자의 와이어 본딩 결합 구조체 및 이의 제조 방법
WO2013094922A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Lg Innotek Co., Ltd. Printed circuit board for memory card and method of manufacturing the same
KR101310256B1 (ko) * 2011-06-28 2013-09-23 삼성전기주식회사 인쇄회로기판의 무전해 표면처리 도금층 및 이의 제조방법
WO2013141611A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor memory card, printed circuit board for memory card and method of fabricating the same
KR101340350B1 (ko) * 2012-01-30 2013-12-11 주식회사 심텍 내마모성 및 고경도 단자부를 구비한 인쇄회로기판 및 그 제조 방법
KR101589631B1 (ko) * 2015-09-11 2016-02-12 주식회사 삼한산업 금속 또는 무니켈 합금의 금도금 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030095688A (ko) * 2002-06-14 2003-12-24 삼성전기주식회사 인쇄회로기판 및 이의 도금방법

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100892301B1 (ko) * 2007-04-23 2009-04-08 한화석유화학 주식회사 환원 및 치환금도금 방법을 이용한 도전볼 제조
US9150002B2 (en) 2011-06-28 2015-10-06 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Electroless surface treatment plated layers of printed circuit board and method for preparing the same
KR101224667B1 (ko) * 2011-06-28 2013-01-21 삼성전기주식회사 접속 단자의 와이어 본딩 결합 구조체 및 이의 제조 방법
KR101310256B1 (ko) * 2011-06-28 2013-09-23 삼성전기주식회사 인쇄회로기판의 무전해 표면처리 도금층 및 이의 제조방법
US9743508B2 (en) 2011-06-28 2017-08-22 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Electroless surface treatment plated layers of printed circuit board and method for preparing the same
WO2013094922A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Lg Innotek Co., Ltd. Printed circuit board for memory card and method of manufacturing the same
KR20130072080A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 엘지이노텍 주식회사 메모리카드, 메모리 카드용 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법
US9788438B2 (en) 2011-12-21 2017-10-10 Lg Innotek Co., Ltd. Printed circuit board for memory card
KR101340350B1 (ko) * 2012-01-30 2013-12-11 주식회사 심텍 내마모성 및 고경도 단자부를 구비한 인쇄회로기판 및 그 제조 방법
CN104335230A (zh) * 2012-03-20 2015-02-04 Lg伊诺特有限公司 半导体存储卡、存储卡的印刷电路板及其制造方法
WO2013141611A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor memory card, printed circuit board for memory card and method of fabricating the same
US9867288B2 (en) 2012-03-20 2018-01-09 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor memory card, printed circuit board for memory card and method of fabricating the same
KR101589631B1 (ko) * 2015-09-11 2016-02-12 주식회사 삼한산업 금속 또는 무니켈 합금의 금도금 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100619345B1 (ko) 2006-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5573429B2 (ja) 無電解ニッケル−パラジウム−金めっき方法、めっき処理物、プリント配線板、インターポーザ、および半導体装置
KR20000064359A (ko) 웨이퍼제작을위해티타늄및텅스텐합금에서무전해도금을선택적으로개시하기위한팔라듐함침침착의용도
JP2007123883A (ja) プリント回路基板のメッキ層形成方法およびこれから製造されたプリント回路基板
CN110325665B (zh) 无电解镀敷工艺
US9458541B2 (en) Method for electroless plating of tin and tin alloys
JP2012521490A (ja) 無電解ニッケルめっきのための前処理方法
KR20180089547A (ko) 인쇄 회로 기판 및 ic-기판의 구리 와이어 본딩부를 위한 팔라듐 표면 마무리를 획득하는 방법
US10602617B2 (en) Electroless plating method and ceramic substrate
EP2711977B1 (en) Manufacture of coated copper pillars
EP3679167B1 (en) Electroless nickel plating solution
US7572723B2 (en) Micropad for bonding and a method therefor
KR20030095688A (ko) 인쇄회로기판 및 이의 도금방법
KR100619345B1 (ko) 반도체 패키지용 인쇄회로기판의 도금층 형성방법 및이로부터 제조된 인쇄회로기판
KR101266901B1 (ko) 비시안 무전해 금도금액 및 무전해 금도금 방법
JP5978587B2 (ja) 半導体パッケージ及びその製造方法
JP5843249B2 (ja) 無電解パラジウムめっき又は無電解パラジウム合金めっきの前処理用活性化液
JP6521553B1 (ja) 置換金めっき液および置換金めっき方法
JP4096671B2 (ja) 電子部品のめっき方法、及び電子部品
JP4842620B2 (ja) 高密度銅パターンを有したプリント配線板の製造方法
JP2009179845A (ja) 無電解めっき方法
JP4059133B2 (ja) 無電解ニッケル−金めっき方法
TWI551361B (zh) 獲得用於在印刷電路板及積體電路基材上之銅打線接合之鈀表面處理之方法及由其製備之製品

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100701

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee