KR20090043146A - 무전해 주석도금액 불순물 제거장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치는, 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실과, 상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부와, 상기 불순물제거부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하며, 본 전원공급부로부터 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법은, 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실 내로 무전해 주석도금액을 유입하는 단계와, 상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부를 통해 상기 무전해 주석도금액을 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 불순물제거부에 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 최소한의 설비로써 무전해 주석 도금용액 내의 구리 이온 및 안티몬을 제거할 수 있으며, 이를 다시 재사용가능하게 할 수 있다.

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Description

무전해 주석도금액 불순물 제거장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF REMOVING IMPURITIES IN ELECTROLESS TINNING SOLUTION}

본 발명은 불순물 제거장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 에너지의 공급을 요하지 않는 무전해 도금에 이용되는 도금액의 불순물을 제거하기 위한 제거장치 및 그 방법에 관한 것이다.

무전해 도금은 화학도금이고도 하는데, 도금용액 성분 중에 환원제 성분이 포함되어 있어, 상기 환원제에 의해 금속이 환원되면서 석출되는 원리를 이용한 도금 방식이다.

무전해 주석도금액은 치오우레아를 함유하는 산성도금액으로, 구리 또는 구리합금 등의 산화를 방지하기 위한 목적과 전자부품의 솔더링 특성을 향상 시키기 위한 목적으로 도금하는 도금액으로서, 구리와의 치환도금으로 무전해 주석도금이 이루어진다.

이러한 치환도금 과정에서 구리가 이온으로 용해되어 이온화된 구리성분이 필연적으로 도금액에 녹아 들게 된다.

한편, PCB 기판의 난연성 및 가공성을 우수하게 하기 위해, 삼산화 안티몬이 PCB 기판의 성분으로 첨가되는데, 상기 무전해 도금 과정중에 이러한 삼산화 안티몬 역시 용해되어 도금액 내에서 불순물로 존재하게 된다.

이러한 불순물의 증가로 인해 도금액의 사용가능 수명을 단축시킬 뿐만 아리라, 도금피막의 성능을 저하시켜 솔더링 특성을 악화시키고 도금 표면의 산화를 촉진시켜 전자부품의 불량을 유발하는 원인으로 작용한다.

특히, 상기 안티몬은 주석의 환원을 방해하여 주석도금이 원할하게 진행하는 것을 방해하며, 주석도금 피막이 탁하게 되거나 또는 도금이 되지 않는 문제점을 발생시킨다.

무전해 주석도금액에서 구리 이온이 축적되면 구리 이온의 용해도 저하에 의한 슬러지 발생의 증가와 함께 무전해 도금된 주석피막에 구리의 함량이 커지면서 솔더링 특성의 저하 및 금속 간 화합물의 성장속도가 빨라져 주석도금제품의 장기 보관성을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 전처리 단계를 도입하여 삼산화 안티몬이 도금용액에 함유되는 것을 최소화 하는 방법이 제안되고 있으나, 이러한 공정은 전처리단계를 포함하여 비용을 상승시킬 뿐만 아니라, 전처리단계에서 염산 및 황산 같은 강산을 사용함에 따른 환경에 유해한 문제점이 있다.

또한, 도금과정 중에서 발생 되는 구리이온의 경우 이를 제거를 할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무전해 도금용액 내의 구리 이온 및 안티몬 이온을 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 최소한의 설비로써 무전해 도금용액 내의 구리 이온 및 안티몬 이온을 제거하고 이를 다시 재사용가능하게 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치는, 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실과, 상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부와, 상기 불순물제거부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하며, 본 전원공급부로부터 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 양극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 음극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전원공급부로부터 공급되는 전류밀도는, 0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하이다.

또한, 상기 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치 내로 무전해 주석도금액을 보충하기 위한 무전해 주석도금액 보충부를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 무전해 주석도금액 불순물 제거장치와 무전해 도금부 간의 무전해 주석도금액을 순환시키기 위한 무전해 주석도금액 순환부를 추가적으로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법은, 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실 내로 무전해 주석도금액을 유입하는 단계와, 상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부를 통해 상기 무전해 주석도금액을 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 불순물제거부에 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 양극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

또는, 상기 음극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 불순물제거부에 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하일 수 있다.

또한, 상기 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치 내로 무전해 주석도금액을 보충하기 위한 무전해 주석도금액 보충단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 무전해 주석도금액을 무전해 도금부로 유출시키는 단계를 추가적 으로 포함할 수 있다.

본 발명에 의해, 무전해 주석 도금용액 내의 구리 이온 및 안티몬 이온을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 최소한의 설비로써 무전해 주석 도금용액 내의 구리 이온 및 안티몬을 제거하고 이를 다시 재사용가능하게 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치의 개략도이다.

본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치는, 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실(10, 12)과, 본 격실(10, 12) 내에 배치되며 양 극판(14) 및 음극판(16)을 포함하는 불순물제거부와, 본 불순물제거부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하며, 본 전원공급부로부터 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 격실(10, 12)은 무전해 도금부(50)로부터 유입된 무전해 주석도금액을 수용하고 불순물을 제거하기 위한 구성으로서, 복수 개의 상기 격실(10, 12)이 상호 연통되면서 연속적으로 배치된다.

바람직하게는, 불순물 제거 대상인 무전해 주석도금액이 상기 격실(10, 12)들을 오버플로우(Overflow) 방식으로 순차적으로 이동하며 상기 도금액 내에 포함된 불순물이 제거되지만, 상기 이동 방식은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법에 의해 상기 격실(10, 12)들 내를 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 격실(10, 12)들 내에는 상기 무전해 주석도금액 내에 포함된 구리, 안티몬 이온 등을 제거하기 위한 양극판 및 음극판이 설치된다.

여기서, 상기 양극판(14) 및 음극판(16)은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분을 포함하는 판 형상 또는 볼 형상의 부재로 마련될 수 있다.

상기 양극판(14) 및 음극판(16)은 본 발명에 따른 불순물제거부를 구성하며, 상기 전원공급부(미도시)를 통해 상기 양극판(14) 및 음극판(16)에 전원을 공급함으로써, 도금의 원리를 이용하여 구리, 안티몬 등의 불순물을 제거하게 된다.

상기 전원공급부는 바람직하게는 정류기로 구성되며, 본 정류기를 통해 상기 양극판(14) 및 음극판(16)에 공급되는 전류밀도는 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하의 범위이다.

상기 전류밀도 범위의 전류를 공급하기 위한 전압의 범위에는 제한이 없으며, 30V 내지 200V 범위의 전압을 비롯한 다양한 크기의 전압에 의해 상기 전류밀도의 전류를 공급할 수 있다.

상기 정류기를 통해 상기 전류밀도 범위를 갖는 전류를 상기 불순물제거부에 공급할 경우 무전해 주석 도금액 내에 포함된 구리, 안티몬 등의 이온이 환원되어 상기 음극판(16)의 표면에 석출된다.

통상 PCB 표면 처리 시 발생될 수 있는 금속의 주 성분은 구리 및 안티몬으로서, 전해질 용액 내에서 저전류를 인가받을 경우 모두 주석보다 먼저 환원되어 석출되는 특성을 가진다.

따라서, 이러한 특성을 이용하여 상기 불순물제거부에 저전류를 인가할 경우 구리 및 안티몬 이온을 금속으로 석출할 수 있으며, 석출된 구리 및 안티몬 금속을 상기 무전해 주석도금액으로부터 제거함으로써 궁극적으로 무전해 주석도금액 내에 함유된 불순물을 제거할 수 있다.

여기서, 상기 전류밀도가 0.05 A/d㎡ 미만이 될 경우, 상기 구리, 안티몬 등의 이온이 환원되어 석출되는 속도가 느려 신속히 불순물을 제거할 수 없으며, 상기 전류밀도가 10 A/d㎡ 을 초과할 경우에는 무전해 주석도금액 내에 포함된 주석 이온의 석출량이 많아져 주석의 소모량이 커지는 단점이 있다.

상기와 같은 이유로 더욱 바람직한 상기 전류밀도의 범위는 0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하의 범위이다.

복수 개의 격실(10)들을 통과한 무전해 주석도금액은 최종적으로 마지막 격 실(12) 내에 수용되고, 상기 마지막 격실(12) 에 설치된 무전해 주석도금액 보충부(30)로부터 도금액을 보충받음으로써, 도금액 내의 구리 및 안티몬 이온 등의 불순물 함량비율을 저하시키게 된다.

비록 상기 무전해 주석도금액 보충부(30)가 상기 마지막 격실(12) 내로 주석 도금액을 보충하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 복수 개의 격실(10, 12) 내의 임의의 위치를 통해 상기 무전해 주석도금액을 보충하도록 구성될 수 있다.

상기와 같이 불순물의 함량비율이 저하된 무전해 주석도금액은 상기 마지막 격실(12) 외부에 설치된 배관 및 펌프(40-1)에 의해 무전해 도금부(50)로 재순환된다.

여기서, 상기 마지막 격실(12) 외부에 설치된 배관 및 펌프(40-1)와 첫번째 격실(10) 외부에 배치된 배관 및 펌프(40)에 의해 상기 무전해 주석도금부와 상기 격실들(10, 12) 사이에서 무전해 주석도금액이 유입/유출되어 순환되도록 구성된다.

즉, 상기 첫번째 격실(10) 외부에 배치된 배관 및 펌프(40)에 의해 상기 무전해 주석도금부로부터 주석도금액을 상기 첫번째 격실(10) 내로 유입시키고, 상기 복수 개의 격실(10, 12)들을 통과하는 동안 상기 주석도금액 내에 포함된 구리 및 안티몬 이온을 제거한 이후, 상기 무전해 주석도금액보충부(30)를 통해 도금액을 보충하고 상기 무전해 주석도금부(50)로 재순환시키게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치를 이용하여 구리 및 안티몬 이온을 제거한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

전류밀도 (ASD)	시간 (hr)	초기 Sb 농도 (ppm)	초기 Cu 농도 (g/L)	전극 내의 Sb 농도	전극 내의 Cu농도	최종Sb 농도(ppm)	최종Cu 농도(g/L)
0.05	12	200	0.5	3 %	6 %	150	0.4
	24	200	0.5	5 %	3 %	100	0.4
0.10	12	200	0.5	10 %	15 %	80	0.3
	24	200	0.5	8 %	14 %	50	0.3
0.50	12	100	0.5	7 %	20 %	80	0.1
	24	100	0.5	8 %	14 %	30	0.2
1.00	12	100	0.5	6 %	16 %	60	0.1
	24	100	0.5	5 %	18 %	30	0.1

실시예 1

표 1 을 참조하면, 무전해 주석도금액을 복수 개의 격실 내로 이송시키지 않고, 하나의 격실 내에 수용한 상태에서 0.05 A/d㎡ 내지 1.00 A/d㎡ 전류밀도 범위의 전류를 12시간 또는 24시간 동안 양/음극판에 인가하였다.

상기 전류 인가 후 양/음극판 상에 석출된 금속피막을 전자현미경을 이용하여 성분분석 하였다.

상기 전류밀도 0.05 A/d㎡ 의 전류를 12 시간 인가한 경우의 예를 들면, 초기의 안티몬이온의 농도는 200 ppm 이었고, 구리이온의 농도는 0.5g/L 였다.

12 시간이 경과한 이후 양/음극판 내의 안티몬과 구리이온의 농도는 각각 3%, 6% 였고, 최종 용액 내의 안티몬이온 및 구리이온의 농도는 각각 150ppm, 0.4g/L 였다.

따라서, 안티몬 이온의 경우 50ppm 이, 구리이온의 경우 0.1g/L 감소한 것을 알 수 있다.

실시예 2

도 1 에 도시된 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치를 통해 전류밀도 0.5 A/d㎡ 전류를 인가하고, 도금액을 분당 10L 의 이송속도로 이송시켰다.

도금액 내의 초기 안티몬 이온의 농도는 200ppm 이었으며, 구리 이온의 농도는 1 g/L 였다.

24시간 동안의 불순물 제거과정을 거친 후 측정한 결과, 안티몬 이온의 경우 약 90% 정도 제거되었으며, 구리 이온의 경우 약 50%가 제거되었다.

이하, 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 무전해 주석도금부(50)로부터 이송된 주석도금액을 상기 복수 개의 격실(10) 내로 유입시키고, 이후 본 격실들(10) 내에 배치된 양극판 및 음극판에 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하 범위의 전류밀도를 가지는 전류를 인가하게 된다.

상기 전류밀도 범위의 전류가 인가된 복수 개의 격실(10)을 통과하는 동안 주석도금액 내에 포함된 안티몬 이온 및 구리 이온이 양/음극판 상에 석출되어 제거된다.

이후, 최종 격실(12)에서 무전해 주석도금액보충부(30)에 의해 무전해 주석도금액을 보충하게 되고, 최종적으로 상기 무전해 주석도금부(50)로 유출시켜 순환되도록 한다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

첨부의 하기 도면들은, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치의 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 격실 14: 양극판

16: 음극판 30: 무전해 주석도금액 보충부

40, 40-1: 무전해 주석도금액 순환부

Claims (12)

1. 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실과;

   상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부와;

   상기 불순물제거부에 전원을 공급하기 위한 전원공급부를 포함하며,

   상기 전원공급부로부터 공급되는 전류의 전류밀도는,

   0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 양극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 음극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치.
4. 제 2 항 또는 3 항에 있어서,

   상기 전원공급부로부터 공급되는 전류밀도는,

   0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불 순물 제거장치.
5. 제 2 항 또는 3 항에 있어서,

   상기 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치 내로 무전해 주석도금액을 보충하기 위한 무전해 주석도금액 보충부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 무전해 주석도금액 불순물 제거장치와 무전해 도금부 간의 무전해 주석도금액을 순환시키기 위한 무전해 주석도금액 순환부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치.
7. 상호 연통되도록 연속적으로 배치된 복수 개의 격실 내로 무전해 주석도금액을 유입하는 단계;

   상기 격실 내에 배치되며 양극판 및 음극판을 포함하는 불순물제거부를 통해 상기 무전해 주석도금액을 통과시키는 단계를 포함하며,

   상기 불순물제거부에 공급되는 전류의 전류밀도는, 0.05 A/d㎡ 이상 10 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 양극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 음극판은 주석 또는 백금 또는 티타늄 성분 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.
10. 제 8 항 또는 9 항에 있어서,

    상기 불순물제거부에 공급되는 전류의 전류밀도는,

    0.1 A/d㎡ 이상 1 A/d㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.
11. 제 8 항 또는 9 항에 있어서,

    상기 무전해 주석도금액의 불순물 제거장치 내로 무전해 주석도금액을 보충하기 위한 무전해 주석도금액 보충단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 무전해 주석도금액을 무전해 도금부로 유출시키는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 주석도금액의 불순물 제거방법.

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