KR20100028915A

KR20100028915A - 니켈-금 도금방법 및 인쇄회로기판

Info

Publication number: KR20100028915A
Application number: KR1020080087865A
Authority: KR
Inventors: 최진학; 이성재; 김배균; 양은주; 김종윤; 윤여주
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-15
Also published as: JP2010062517A; KR101004063B1; US7982138B2; TW201011124A; US20100059257A1

Abstract

니켈-금 도금방법 및 인쇄회로기판이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 대상물을 무전해 니켈-금도금하는 방법으로서, 대상물의 표면에 제1 니켈 도금층을 형성하는 단계; 제1 니켈 도금층 위에 제2 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및 제2 니켈 도금층 위에 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 니켈-금 도금 방법은 별도의 추가 장비 없이 기존의 장비를이용하여 무전해 금도금 시 니켈 도금층의 과치환을 막을 수 있어, 저렴한 비용으로 우수한 품질의 니켈-금 도금층을 형성할 수 있다.

무전해 금도금, 니켈 도금, 팔라듐, 촉매

Description

니켈-금 도금방법 및 인쇄회로기판{method for nickel-gold plating and printed circuit board}

본 발명은 니켈-금 도금방법 및 인쇄회로기판에 관한 것이다.

일반적인 인쇄회로기판은 동박적층판 (copper clad laminates, CCL) 위에 동(Cu) 회로를 형성한 후 동 회로상에 니켈층, 금도금층을 형성하여 최종 표면 처리된다. 니켈도금층은 금도금층의 도금하지층으로 사용되며 동과 금도금층 간의 상호 확산을 방지하는 역할을 한다. 금도금층은 기판과 전자부품의 접점부위의 전기저항 감소 및 결합성(bondibility) 향상을 목적으로 한다. 금도금 공정은 탈지, 소프트에칭, 촉매, 무전해니켈도금, 무전해금도금 순으로 이루어진다.

인쇄회로기판의 표면처리 방법 중 무전해도금은, 먼저 회로를 형성한 동도금 위에 니켈도금층이 환원제를 이용한 무전해(electroless) 방식으로 도금이 되고, 이 니켈도금층 위에 금도금층이 니켈과 금의 치환(immersion) 방식에 의해 형성된다. 무전해도금 과정 중에 발생하는 국부전지효과(local cell effect)에 의해 도금하지층의 일부분에서 국부적인 부식이 나타나게 된다. 도금하지층의 국부적 과치 환이 심하게 진행될 경우, 무전해도금 형성 후 도금표면의 핀홀(pinhole)이나 도금표면 변색 등이 관찰될 수 있다. 이러한 도금하지층의 심한 부식에 의해 무전해도금 표면으로의 도금하지층의 확산이 유발되며, 이로 인해 배선결합(wire bonding) 및 솔더링(soldering) 등이 저하되어 인쇄회로기판의 신뢰성이 감소한다.

본 발명은 표면에 크랙이 생기지 아니하는 층상구조를 가지는 니켈-금 도금 방법 및 그 방법을 이용하여 도금한 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 대상물을 무전해 니켈-금도금하는 방법으로서, 대상물의 표면에 제1 니켈 도금층을 형성하는 단계; 제1 니켈 도금층 위에 제2 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및 제2 니켈 도금층 위에 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 니켈-금 도금 방법이 제공된다.

제1 니켈 도금층을 형성하는 단계는, 대상물에 촉매를 부착하는 단계; 대상물에 무전해 니켈 도금하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 니켈 도금층을 형성하는 단계는, 제1 니켈 도금층에 촉매를 부착하는 단계; 제1 니켈 도금층에 무전해 니켈 도금하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 촉매는 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.

제1 니켈 층을 형성하는 단계 이전에 대상물의 표면에 조도를 형성하는 단계 를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판; 기판의 표면에 형성된 회로패턴; 회로패턴 위에 형성된 제1 니켈 도금층; 제1 니켈 도금층 위에 형성된 제2 니켈 도금층; 및 제2 니켈 도금층 위에 형성된 금 도금층을 포함하는 인쇄회로기판이 제공된다. 이때, 제2 니켈 도금층은 제1 니켈 도금층 보다 두께가 얇을 수 있다.

회로패턴과 제1 니켈 도금층 사이에 제1 팔라듐층이 개재될 수 있고, 제1 니켈 도금층과 제2 니켈 도금층 사이에 제2 팔라듐층이 개재될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 별도의 추가 장비 없이 기존의 장비를이용하여 무전해 금도금 시 니켈 도금층의 과치환을 막을 수 있어, 저렴한 비용으로 우수한 품질의 니켈-금 도금층을 형성할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생 략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 니켈-금 도금방법 및 인쇄회로기판의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 역할은 기판 위에 탑재된 전자부품간의 전기적인 신호를 동(Cu)으로 된 회로를 이용하여 접속시켜 주는 것이다. 인쇄회로기판은 반도체 실장을 위해 고안된 기판으로 윗면은 금도선(Au wire)과 반도체를 접속하고, 그 밑면에는 리드(lead) 역할을 하는 솔더볼(solder ball)을 부착하는 형태이다. 최근 들어 반도체의 고속화 미세회로화 됨에 따라 기존 리드프레 임(lead frame)을 대체하는 형태의 패키지(package)로 인쇄회로기판의 사용이 급속하게 증가하고 있다.

인쇄회로기판의 표면처리 기법 중 무전해 도금 방식은 도금 하지층과 무전해 도금액 중 도금하고자 하는 성분의 치환반응을 통해 도금이 이루어진다. 도 1은 무전해 도금방식에 의한 도금 하지층 및 금 도금층의 형성과정을 나타낸 도면으로 회로를 형성하는 동 도금층(1) 위에 니켈 도금층(2)이 환원제를 이용한 무전해 방식으로 도금이 된 뒤, 니켈 도금층(2) 위에 금 도금층(3)이 니켈과 금의 치환 방식에 의하여 도금이 이루어지게 되는 것이다.

무전해 금도금 과정 중 도금 하지층인 니켈 도금층(2)의 국부적 과치환이 심하게 진행될 경우, 금 도금층(3) 형성 후 도금표면의 핀홀이나 도금표면 변색 등의 원인이 될 수 있다. 도금 하지층의 국부적인 과치환은 전기화학적인 국부전지효과(local cell effect)로 설명할 수 있다. 무전해 도금성분에 비해 이온화경향이 큰 도금 하지층은 양극(anode)으로 작용하여 도금 하지층이 이온(M² ⁺)상태로 쉽게 산화될 수 있으며, 이는 전형적인 갈바닉부식(Galvanic corrosion) 모델로 설명할 수 있다.

도 2는 종래의 니켈-금 도금층의 표면을 보여주는 전자현미경사진이고 도 3은종래의 니켈- 금 도금층의 단면을 보여주는 전자현미경 사진이다. 니켈 도금은 동도금 위에서부터 노듈(nodule)을 형성하면서 도금이 진행되는데, 니켈 도금층이 두꺼워질수록 노듈은 성장하여 노듈 입자의 표면적이 넓어지며 크기가 커진다. 국 부적인 과치환(A)은 상대적으로 취약한 니켈 도금층의 노듈 바운더리(nodule boundary)를 따라 진행된다. 기존의 니켈-금 도금 방식에 의하면 니켈 도금층이 두꺼워 노듈 입자의 크기가 커지고 노듈 바운더리(nodule boundary)는 특정 부위에 집중되므로 이 부분에서 부식이 집중되어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 국부적인 과치환으로 금 도금층에 크랙(A)이 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있다.

즉, 크랙을 줄이기 위해서는 노듈 바운더리가 특정부위에 집중되지 않고 균일하게 분산되도록 노듈의 사이즈를 작게하는 기술이 요구된다. 본 발명의 일 실시예에따르면 니켈 도금층을 두번에 나누어서 형성함으로써, 노듈 사이즈가 커지는 것을 방지함으로써, 금 도금층의 크랙을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 측면예에 따른 니켈-금 도금 방법을 나타난 흐름도이다. 도 5 내지 도 11을 참조하면, 대상물(10), 오염물(11), 제1 팔라듐층(15), 제1 니켈도금층(20), 제2 팔라듐층(25), 제2 니켈 도금층(30), 금 도금층(40)이 도시되어 있다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 대상물(10)의 표면을 탈지할 수 있다(S100). 본 공정을 수행함으로써 대상물(10)의 표면에 부착하여 있는 기름이나 지문 먼지 등을 제거하고, 표면에 물흡수성을 부여하여 다음 공정인 에칭액의 주위를 양호하게 하여 공기방울에 의한 화학도금의 미착이 발생하는 것을 방지한다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 표면에 조도를 형성할 수 있다(S200). 소프트 에칭을 통해 대상물(10)의 표면을 적당히 거칠게 하여 도금 피막에 적당한 밀착강도와 외관을 부여한다. 에칭 후에는 수지 표면의 에칭액이 남아있으면 화학도금이 석출되지 아니하므로, 에칭액을 제거할 수 있다.

다음으로, 대상물(10)의 표면에 제1 니켈 도금층(20)을 형성한다(S300).

무전해 니켈 도금을 통해 제1 니켈 도금층(20)을 형성하기 위해서는 효과적인도금 공정을 위해 먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 대상물(10) 표면에 촉매를 부착할 수 있다(S310). 수지 표면에 무전해 도금의 핵이 되는 촉매 금속을 흡착시키는 공정으로, 촉매로 팔라듐을 사용할 수 있다. 팔라듐-주석(Pd-Sn) 화합물을 대상물(10)의 표면에 부착하고, 액셀러레이터(accelerator)공정을 통해 주석(Sn)염을 용해시켜 금속 팔라듐만 표면에 남도록 처리하여 제1 팔라듐층(15)을 형성한다. 제1 팔라듐층(15)은 물리적으로 대상물(10)의 표면을 완전히 덮을 수 있으나 촉매의 기능을 할 수 있는 정도의 양만 부착이 되면 충분하므로, 부분적으로 팔라듐 금속입자가 대상물(10) 표면에 뿌려져 있는 형상으로 형성될 수 있다.

촉매를 부착시킨 후에, 대상물(10) 표면에 무전해 니켈도금(S320)을 하여, 제1 니켈 도금층(20)을 형성한다. 팔라듐을 촉매로하여 니켈금속이 표면에 석출되어 도금이 되고, 노듈은 두께가 두꺼워 질수록 커지게 된다(도 8참조).

제1 니켈 도금층(20)을 형성 후 그 위에 바로 금 도금을 하면 전술한 바와 같이 제1 니켈도금층 노듈의 크기가 커서 크랙이 생기므로, 본 실시예에서는 한층 더 니켈 도금층을 형성한다. 즉, 제1 니켈 도금층(20) 위에 제2 니켈 도금층(30)을 형성한다(S400). 제2 니켈 도금층(30)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 니켈 도금층(20)에 촉매를 부착하고(S410), 제1 니켈 도금층(20)에 무전해 니켈도 금을 할 수 있다(S420). 이는 대상물(10) 표면에 촉매를 부착하는 공정(S310) 및 대상물(10)에 무전해 니켈 도금하는 공정(S320)과 유사하다.

제1 니켈 도금층(20)에 제2 팔라듐층(25)을 형성하고, 제2 팔라듐층(25)부터 다시 새로운 노듈입자가 형성되면서 제2 니켈 도금층(30)을 형성할 수 있다. 제2 니켈 도금층(30)의 두께를 제1 니켈 도금층(20)에 비해 얇게 형성하여 제2 니켈 도금층(30) 표면의 노듈이 크게 성장하지 아니하도록 할 수 있다.

다음으로 도 11에 도시된 바와 같이 제2 니켈 도금층(30)에 금 도금층(40)을 형성한다(S500). 제2 니켈 도금층(30)은 노듈 바운더리가 특정 부위에 집중되지 아니하고, 균일하게 분포하여 과치환을 방지할 수 있다. 도 12은 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법으로 형성한 니켈-금 도금층의 표면을 보여주는 전자현미경사진이고, 도 13는 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법으로 형성한 니켈-금 도금층의 단면을 보여주는 전자현미경사진이며, 도 12와 도 13을 참조하면, 크랙이 형성되지 아니하고 균일한 형상으로 금 도금층(40)이 형성된 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 인쇄회로기판에 대해 살펴보도록 한다. 도 14는 본 발명의 다른 측면에 따른 인쇄회로기판의 단면도로서, 기판(5), 회로패턴(10') , 오염물(11), 제1 팔라듐층(15), 제1 니켈 도금층(20), 제2 팔라듐층(25), 제2 니켈 도금층(30), 금 도금층(40)이 도시되어 있다.

인쇄회로기판의 기저가 되는 기판은 단순히 절연층 만을 의미할 수도 있으 며, 이미 단층 혹은 다층으로 적층된 구조의 기판일 수도 있다. 기판 위에 형성된 회로패턴은 전기적 신호를 전달하는 역할을 하며, 전기전도도가 좋은 구리(Cu) 등이 이용된다.

이러한 회로패턴(10')을 금 도금(40)을 하면 전기적 특성을 높이고, 칩 실장 표면의 부식을 방지하며, 반도체 패키지 제조 공정의 본딩 특성을 확보할 수 있다.

회로패턴(10')에 금 도금(40)을 바로 수행하기 어려운 바, 니켈 도금층(30,40)은 도금 하지층으로 이용될 수 있으므로, 니켈 도금층(20,30) 위에 금 도금층(40)이 형성되는 층상 구조를 가진다. 다만, 전술한 바와 같이 국부적인 과치환이 문제되므로, 본 실시 예에서는 국부적인 과치환을 막기 위해 도금 하지층인 니켈 도금층을 두 층(20,30)으로 형성한다.

도 14를 참조하면 회로패턴(10') 위에 형성된 제1 니켈 도금층(20) 및 그 위에 형성된 제1 니켈 도금층(20)보다 얇은 제2 니켈 도금층(30)이 도시되어 있다. 도금층의 층상 구조를 설명하기 위해 실제 형성되는 도금층의 두께보다 과장하여 도시하였다. 제2 니켈 도금층(30)은 제1 니켈 도금층(20)에 비해 두께가 얇아 노듈 성장이 작은 상태에서 중지되어, 그 위에 형성된 금 도금층(40)은 표면이 도 12에 도시된 바와 같이 크랙 즉, 국부적인 부식이 없이 형성될 수 있다.

회로패턴(10')과 제1 니켈 도금층(20) 사이에 제1 팔라듐층(15)이 개재될 수 있고, 제1 니켈 도금층(20)과 제2 니켈 도금층(30) 상이에 제2 팔라듐층(25)이 개재될 수 있다.

제1 팔라듐층(15)과 제2 팔라듐층(25)은 제1 니켈 도금층(20)과 제2 니켈 도 금층(30)을 형성하기 위한 촉매층으로, 각 층을 물리적으로 분리하는 두께는 물론 그 정도의 두께로 형성되지 아니하더라도 촉매 기능을 할 수 있는 정도의 두께면 충분하므로, 도 14에 도시된 바와 같이 팔라듐 금속 입자가 부분적으로 회로패턴 또는 제1 니켈 도금층(20)에 붙어 있는 형상일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 종래의 니켈-금 도금방식에 의한 도금하지층 및 금도금층의 형성과정을 나타낸 도면.

도 2는 종래의 니켈-금 도금층의 표면을 보여주는 전자현미경사진.

도 3은 종래의 니켈-금 도금층의 단면을 보여주는 전자현미경사진.

도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법을 나타낸 순서도.

도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법을 나타낸 흐름도.

도 12은 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법으로 형성한 니켈-금 도금층의 표면을 보여주는 전자현미경사진.

도 13는 본 발명의 일 측면에 따른 니켈-금 도금 방법으로 형성한 니켈-금 도금층의 단면을 보여주는 전자현미경사진.

도 14는 본 발명의 다른 측면에 따른 인쇄회로기판을 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 동 도금층 2: 니켈 도금층

3: 금 도금층 11: 오염물

10: 대상물 15: 제1 팔라듐 층

20: 제1 니켈 도금층 25: 제2 팔라듐 층

30: 제2 니켈 도금층 40: 금 도금층

Claims

대상물을 무전해 니켈-금도금하는 방법으로서,

상기 대상물의 표면에 제1 니켈 도금층을 형성하는 단계;

상기 제1 니켈 도금층 위에 제2 니켈 도금층을 형성하는 단계; 및

상기 제2 니켈 도금층 위에 금 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 니켈-금 도금 방법.
제1항에 있어서,

제1 니켈 도금층을 형성하는 단계는,

상기 대상물에 촉매를 부착하는 단계;

상기 대상물에 무전해 니켈 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈-금 도금 방법.
제2항에 있어서,

상기 촉매는 팔라듐(Pd)을 포함하는 니켈-금 도금방법.
제1항에 있어서,

제2 니켈 도금층을 형성하는 단계는,

상기 제1 니켈 도금층에 촉매를 부착하는 단계;

상기 제1 니켈 도금층에 무전해 니켈 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈-금도금 방법.
제4항에 있어서,

상기 촉매는 팔라듐(Pd)을 포함하는 니켈-금 도금방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 니켈 층을 형성하는 단계 이전에

대상물의 표면에 조도를 형성하는 단계를 더 포함하는 니켈-금 도금방법.
기판;

상기 기판의 표면에 형성된 회로패턴;

상기 회로패턴 위에 형성된 제1 니켈 도금층;

상기 제1 니켈 도금층 위에 형성된 제2 니켈 도금층; 및

상기 제2 니켈 도금층 위에 형성된 금 도금층을 포함하는 인쇄회로기판.
제7항에 있어서,

상기 제2 니켈 도금층은 상기 제1 니켈 도금층 보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
제7항에 있어서,

상기 회로패턴과 상기 제1 니켈 도금층 사이에 제1 팔라듐층이 개재된 인쇄회로기판.
제7항에 있어서,

상기 제1 니켈 도금층과 상기 제2 니켈 도금층 사이에 제2 팔라듐층이 개재된 인쇄회로기판.