KR20120072687A - 은 도금액, 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 은 도금액은 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액과, 상기 제 1 용액에 포함된 은 이온에 전자를 전달하고 탈착되는 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액으로 이루어진다.

Description

은 도금액, 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법{SILVER PLATING SOLUTION, PRINTED CIRCUIT BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 은 도금액, 은 도금액을 이용하여 제조된 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판의 제조에 있어 솔더 부착성과 와이어 본딩성을 확보하기 위해 회로 및 패드에 다양한 표면 처리를 수행하고 있다.

상기 표면 처리 방법에는 일반적으로 전해 니켈/금 표면처리가 주로 많이 사용되고 있으며 디자인 자유도와 가격 측면에서 큰 장점을 갖는 무전해 니켈/팔라듐/금 표면처리도 각광받고 있다.

최근 금 가격이 급격히 상승함에 따라 금 도금층을 포함하는 표면 처리에 대한 가격 경쟁력이 떨어지고 있으며 이를 대체하기 위한 신규 표면 처리 방법으로써 은 도금층을 포함하는 표면 처리가 대두되고 있다.

은 표면 처리의 경우 리드 프레임 기판에서 많이 사용되고 있으며 전해 도금 방식에 의해 주로 형성된다.

또한, 전해 도금 방식에 의한 은 도금층 형성뿐만 아니라 무전해 방식에 의한 은 도금층 형성도 이루어지고 있는데 주로 기판과의 치환 반응에 의한 침지 은 도금법이 많이 사용되고 있다. 침지 은 도금의 경우 하지층인 구리로부터 전자를 제공받아 은 이온의 환원 반응에 의해 은 도금층이 형성되는데, 이 경우 전자 제공원인 하지층이 모두 덮여 버린 이후에는 추가적인 반응이 일어날 수 없어 도금 두께를 일정 이상 형성할 수 없다는 단점이 있다.

그러나, 적합한 솔더 부착성이나 와이어 본딩성을 확보하기 위해서는 일정 두께 이상의 은 도금층이 요구되는데, 침지 은 도금법에 의해서는 상기 요구되는 두께를 만족시킬 수 없다.

또한, 침지 반응의 경우 과도한 산화 반응에 의해 하지층의 부식이 발생할 우려가 있어 솔더 부착성이나 와이어 본딩성이 저하될 위험이 있다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 침지 은 도금이 가지는 한계를 극복하기 위해 무전해 환원 방식에 의해 은 도금층을 형성하는 방법에 대해 제공한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 은 도금액은 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액과, 상기 제 1 용액에 포함된 은 이온에 전자를 전달하고 탈착되는 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액으로 이루어진다.

상기 은 이온은 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH를 포함하고, 상기 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성된다.

상기 환원제는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)을 포함하고, 상기 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성된다.

상기 은 도금액은 은 도금액의 안정성을 유지하는 안정제로 구성된 제 3 용액을 더 포함하며, 상기 제 3 용액은 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 상기 기재된 은 도금액의 무전해 환원에 의해 형성된 은 도금층을 포함한다.

이때, 상기 은 도금층은 상온에서 형성된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법은 회로 패턴, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 패드를 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 은 이온과 환원제를 포함하는 은 도금액을 제조하는 단계와, 상기 기판에 형성된 패드 위에 상기 제조된 은 도금액을 이용하여 은 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 인쇄회로기판의 제조 방법은 은 도금층 형성 단계 이전에 선택적으로 상기 패드를 플라즈마 처리한 후 팔라듐 막을 형성하여 표면 활성화 처리하는 단계를 더 포함한다.

상기 은 도금액을 제조하는 단계는 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액을 제조하는 단계와, 상기 제 1 용액에 포함된 은 이온에 전자를 전달하고 탈착되는 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 제 1 용액은 PH 조정제, 착화제 및 은 이온 순으로 투입되어 제조되고,상기 제 2 용액은 PH 조정제 및 환원제 순으로 투입되어 제조된다.

상기 은 이온은 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH를 포함하고, 상기 은 도금액 내에서의 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성된다.

상기 환원제는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)을 포함하고, 상기 은 도금액 내에서의 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성된다.

상기 인쇄회로기판의 제조 방법은 은 도금액의 안정성을 유지하는 안정제로 구성된 제 3 용액을 제조하는 단계가 더 포함되며, 상기 제 3 용액은 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무전해 환원 방식에 의해 은 도금층을 형성함으로써, 솔더 접합 특성 및 와이어 본딩성을 확보할 수 있는 두께로 은 도금층을 형성할 수 있다.

또한, 환원 반응에 의해 도금층을 형성함으로써 치환 반응에 의해 발생할 수 있는 하지층 부식 현상을 사전에 방지하여 원하는 신뢰성 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도금층의 표면 분석 결과를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

또한, 본 명세서에 기재된 "증착"이라는 용어는 "도금"이라는 의미와 다름없이 쓰일 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 환원형 무전해 은 도금액과, 상기 도금액을 이용하여 제조한 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.

상기 은 도금액은 은 이온, 환원제, 착화제, 환원제 및 PH 조정제를 포함한다.

보다 바람직하게, 상기 은 도금액은 은 이온을 포함하는 제 1 용액과, 환원제를 포함하는 제 2 용액으로 나누어 제조된다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 사용될 은 도금액은 상기 각각 제조된 제 1 용액과 제 2 용액의 혼합에 의해 제조된다.

상기 제 1 용액은 은 이온, 착화제, PH 조정제를 포함하고, 제 2 용액은 환원제 및 PH 조정제를 포함한다.

또한, 상기 은 도금액은 제 3 용액을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 3 용액은 은 도금액의 안정성을 유지하기 위한 안정제 역할을 한다.

이때, 본 발명의 실시 예에서는 은 이온으로는 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH를 포함하며, 상기 은 도금액 내에서의 상기 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성된다.

또한, 상기 환원제로는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)을 포함하며, 상기 은 도금액 내에서의 상기 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성되고, 상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성되며, 상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성된다.

또한, 상기 제 3 용액을 구성하는 안정제로는 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 상기 안정제로 사용되는 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole)는 은 표면에 강하게 흡착되는 물질로써, 초기에 형성되는 은 입자들 표면에 용이하게 흡착됨으로써 반응성을 떨어뜨려 도금층 및 도금액의 안정성을 확보하는데 도움을 준다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 물질들과 동일한 다른 물질들로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항일 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 은 도금액의 제조 방법은 상기 제 1 용액을 제조하는 제 1 공정, 제 2 용액을 제조하는 제 2 공정, 상기 제 1 용액과 제 2 용액을 혼합하는 제 3 공정 및 상기 혼합된 은 도금액에 안정제를 추가하는 제 4 공정으로 구분할 수 있다.

상기 제 1 공정은 상기 제 1 용액에 포함된 약품을 혼합하여, 제 1 용액을 제조하는 공정이다. 즉, 상기 제 1 용액에는 은 이온, 착화제, PH 조정제가 포함되며, 이에 따라 제 1 공정은 상기 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 공정이라 할 수 있다.

이때, 상기 제 1 용액의 안정성을 위하여, PH 조정제, 착화제, 은 이온 순으로 상기 약품을 투입하여 최종 제 1 용액을 제조하는 것이 바람직하다.

상기 제 2 공정은 상기 제 2 용액에 포함된 약품을 혼합하여, 제 2 용액을 제조하는 공정이다. 즉, 상기 제 2 용액에는 환원제 및 PH 조정제가 포함되며, 이에 따라 제 2 공정은 상기 환원제와 PH 조정제를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 공정이라 할 수 있다.

이때, 상기 제 2 용액의 안정성을 위하여, PH 조정제, 환원제 순으로 상기 약품을 투입하여 최종 제 2 용액을 제조하는 것이 바람직하다.

즉, 일반적인 순수에 환원제를 투입할 경우, 다시 말해서 순수에 환원제를 녹일 경우, 상기 순수에서는 상기 환원제가 충분히 녹지 못하게 된다. 상기 환원제가 충분히 녹지 않은 제 2 용액과, 상기 제조된 제 1 용액을 혼합하는 경우, 용액의 안정성을 현저히 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

이에 따라 상기 제 2 용액에 PH 조정제를 포함시키고, PH 조정제와 환원제 순으로 약품을 투입시켜 은 도금액 제조에 사용될 제 2 용액을 제조하게 된다.

이때, 상기 PH 조정제는 상기 제 1 용액 및 제 2 용액에 모두 포함되어 있다. 이에 따라, 총 PH 조정제의 농도가 100%라 할 경우, 50% 농도의 PH 조정제는 제 1 용액 제조에 사용하고, 나머지 50% 농도의 PH 조정제는 제 2 용액 제조에 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 은 이온, 착화제 및 환원제의 농도는 도금 속도, 환원력 및 착화력과 밀접한 관계가 있다.

다시 말해서, 상기 은 이온의 농도가 상기 기준 농도보다 낮은 경우에는 도금 속도가 현저하게 저하되어 생산성을 기대할 수 없으며, 높은 경우에는 상기 착화제 및 환원제 등의 배합 비율이 같이 상승해야 하므로, 드래그 아웃 손실(drag-out loss)이 많아지는 문제점이 있다. 여기서, 상기 드래그 아웃 손실은 도금을 끝낸 후 도금조를 나올 때 피도금물에 묻어나는 도금 용액의 양을 의미한다.

또한, 상기 환원제의 농도가 상기 기준 농도보다 낮은 경우에는 환원력이 저하되어 도금 속도가 저하될 수 있으며, 높은 경우에는 은 소모에 따른 환원제의 소모 비율이 초과되어 드레그 아웃 손실이 많아질 수 있다. 이때, 상기 환원제는 상기 은 이온을 은 금속으로 환원시키는 역할을 한다.

또한, 상기 착화제의 농도가 상기 기준 농도보다 낮은 경우에는 착화력이 부족하여 균일한 은 이온의 공급이 어렵게 되며, 높은 경우에는 은 이온의 양이 초과되어 드래그 아웃 손실이 많아지게 되고, 도금 속도가 현저하게 저하될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같이 은 이온 및 환원제의 농도를 조정하여 은 도금액을 제조한다.

상기와 같이, 제 1 용액 및 제 2 용액이 제조되면, 상기 제 1 용액과 제 2 용액을 혼합하여 은 도금액을 제조하는 제 3 공정이 수행된다.

이때, 상기 제 3 공정은 제 2 용액 제조 시 투입된 환원제가 충분히 녹은 이후에 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 환원제가 덜 녹은 상태에서 상기 제 1 용액과 제 2 용액을 혼합하는 제 3 공정이 수행되면, 초기에 노란색 침전이 발생하고, 시간이 지남에 따라 점점 무색으로 변하게 된다. 이때, 상기 초기에 발생하는 노란색 침전은 용액의 안정성을 떨어뜨릴 수 있으므로, 상기 환원제의 녹는 속도를 증가시키는 PH 조정제를 제 2 용액에 포함시키고, 상기 환원제가 충분히 녹은 이후에 상기 제 3 공정을 수행한다.

이때, 상기 제 1 용액 및 제 2 용액의 혼합에 의해 제조된 은 도금액은 환원형 은 도금액이며, 이와 같은 환원형 도금액은 PH의 조성 범위에 따라 석출 속도, 도금 속도, 환원 효율 및 용액의 안정성이 좌우된다. 이에 따라, 상기 도금액의 PH는 13~14로 유지될 수 있다.

이때, 일반적으로 석출 속도가 빠른 도금액의 경우, 도금층의 치밀도가 떨어지거나 반응 물질들이 도금층 내로 혼합되거나 분해되어 불순물로 작용해 도금층의 성능이 저하될 우려가 있다.

또한, 석출 속도가 빨라지면 도금액의 안정성에 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 도금액의 안정성을 유지하기 위해 안정제 역할을 할 수 있는 제 3 용액을 상기 은 도금액에 첨가하는 제 4 공정을 수행한다.

또한, 상기와 같이 제조된 은 도금액에는 추가 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 은 도금액에는 도금되는 면적에 따른 두께 편차를 일정하게 하고 결정립의 균일성을 확보하는 역할을 하는 첨가제나 도금액의 분해를 저지시키는 역할을 하는 첨가제 등이 추가로 첨가될 수 있다.

이와 같이 은 도금액이 제조되면, 무전해 환원 방식을 통해 상기 은 도금액으로 은 도금층을 형성한다.

이때, 상기 은 도금액에는 암모니아수가 포함되어 있으며, 상기 암모니아수는 온도에 민감하게 반응하게 된다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 은 도금액으로 은 도금액을 형성할 때, 상기 은 도금액의 안정성을 유지하기 위하여 상온에서 실시한다.

이하, 도면을 참조하여 상술한 은 도금액을 이용한 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로써 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서 장치의 크기 및 두께 등의 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 절연 플레이트(110), 상기 절연 플레이트(110) 위에 형성되는 패드(120), 상기 패드(120) 위에 형성되는 은 도금층(130) 및 상기 은 도금층(130) 위에 선택적으로 형성되는 금 도금층(140) 및 절연층(125)을 포함한다.

상기 절연 플레이트(110)는 단일 회로 패턴이 형성되는 인쇄회로기판의 지지기판일 수 있으나, 복수의 적층 구조를 가지는 인쇄회로기판 중 한 회로 패턴이 형성되어 있는 절연층 영역을 의미할 수도 있다.

상기 절연 플레이트(110)가 복수의 적층 구조 중 한 절연층을 의미하는 경우, 상기 절연 플레이트(110)의 상부 또는 하부에 복수의 회로 패턴(도시하지 않음)이 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 절연 플레이트(110)는 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 글라스 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.

상기 절연 플레이트(110) 위에 복수의 패드(120)가 형성되어있다. 상기 패드(120)는 인쇄회로기판(100) 위에 실장되는 소자를 장착하는 범프로써 솔더(도시하지 않음)가 부착되거나 와이어 본딩되는 패드를 의미한다.

상기 패드(120) 위에는 상기 기재된 은 도금액으로 형성된 은 도금층(130)이 배치되어 있다. 상기 은 도금층(130)은 상기 패드(120)에 좋은 용접성(솔더 접합 특성), 와이어 본딩성 및 내균열성을 부여할 수 있다.

상기 은 도금층(130)은 은 이온, 환원제, 착화제, PH 조정제를 포함하는 은 도금액으로부터 형성될 수 있다. 여기서, 상기 은 도금액에는 도금 품질 저하 현상을 방지하기 위한 추가적인 첨가제가 포함될 수 있다.

상기 은 도금층(130)을 형성하기 위해 사용되는 은 도금액은 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액과, 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액의 혼합에 의해 제조된다. 또한, 상기 각 용액은 상기 설명한 바와 같이, 도금 속도, 착화력 및 환원력을 고려한 기준 농도로 조성될 수 있다.

또한, 상기 은 도금층(130)은 안정적인 은 도금액 운영을 위해 상온에서 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 은 도금액에 포함된 암모니아수의 안정성을 유지하기 위함이다.

이에 더하여, 상기 은 도금층(130) 위에 금 도금층(140)이 더 배치될 수 있다. 상기 금 도금층(140)은 상기 은 도금층(130)의 산화로 인해 표면의 색이 변화하는 것을 방지하여 인쇄회로기판(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판(100)은 상기 패드(120)를 노출하며 절연성 기판(110) 위에 형성된 절연층(125)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층(125)은 도금 공정 중에 상기 절연 플레이트(110) 위에 형성된 회로 패턴(도시하지 않음)을 보호하는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 절연 플레이트(110) 위에 형성된 회로 패턴도 상기 은 도금액에 의한 은 도금층으로 형성될 수 있다. 상기 회로 패턴을 은 도금층으로 형성하는 경우, 이종 도금층의 확산을 방지하기 위해 추가로 형성되는 도금층을 생략할 수 있어, 두께 면이나 가격 면에서 경쟁력 있는 기판을 제조할 수 있게 된다.

또한, 상기 패드(120) 위에 형성된 은 도금층(130)은 상기 절연 플레이트(110) 위에 형성된 회로 패턴 위에도 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 환원 무전해 도금 방식에 따라 솔더 접합 특성 및 와이어 본딩성을 만족하고, 신뢰성 있는 두께의 은 도금층을 형성할 수 있다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 제조 방법을 공전 순으로 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2를 참조하면, 인쇄회로기판을 제조하기 위해, 먼저 금속층(115)이 형성된 기판(110)을 준비한다.

상기 기판(110)은 열 경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 유리 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 기판(110) 위에 형성된 금속층(115)은 상기 기판(110)에 비전해 도금을 하여 형성할 수 있으며, 이와 달리 CCL(copper clad laminate)을 사용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 금속층(115)이 형성된 기판(110)이 준비되면, 상기 기판(110) 위에 형성된 금속층(115)을 식각하여, 상기 기판(110) 위에 패드(120)를 형성한다. 여기서, 상기 패드(120)는 통상적인 식각법을 이용하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 패드(120)를 노출하며, 상기 기판(110) 위에 절연층(125)을 형성한다. 상기 절연층(125)은 후술 공정인 도금 과정에서 도금에 대한 레지스트 역할을 하게 된다. 상기 절연층(125)은 펀칭(PUNCHING), 열 압착 및 인쇄법에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서 상기 절연층(125)을 형성하는 방법에 대해서 한정하는 것은 아니다.

도 4를 참조하면, 상기 패드(120)가 형성된 기판(110)을 환원형 무전해 은 도금액에 접촉 및 침적시켜 은 도금층(130)을 형성한다.

이때, 상기 은 도금액은 은 이온, 착화제, 환원제, PH 조정제 및 안정제를 포함할 수 있다.

상기 은 이온으로는 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH가 포함될 수 있으며, 상기 은 도금액 내에서의 상기 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성될 수 있고, 상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성될 수 있으며, 상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성될 수 있다.

또한, 상기 환원제로는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)이 포함될 수 있으며, 상기 은 도금액 내에서의 상기 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성될 수 있고, 상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성될 수 있으며, 상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성될 수 있다.

이때, 은 이온을 포함하는 제 1 용액과, 환원제를 포함하는 제 2 용액을 일정 비율로 혼합하여 은 도금액을 제조하는데, 일반적으로 1:1~10:1의 비율로 상기 제 1 용액과 제 2 용액을 혼합하여 은 도금액을 제조한다.

또한, 상기 안정제로는 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.

상기 안정제로 사용되는 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole)는 은 표면에 강하게 흡착되는 물질로써, 초기에 형성되는 은 입자들 표면에 용이하게 흡착됨으로써 반응성을 떨어뜨려 도금층 및 도금액의 안정성을 확보하는데 도움을 준다.

상기 은 도금층(130) 형성을 위한 도금 공정은 상온에서 약 10 내지 60분 범위 내에서 수행될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 은 도금층(130)을 포함하는 기판(110) 위에 침지 금(IMMERSION GOLD) 도금법을 통해 금 도금층(140)을 더 형성할 수 있다. 이때, 상기 금 도금층(140)은 보다 높은 신뢰성을 얻기 위한 것으로, 상기 금 도금층(140)이 형성되지 않는다 해도 상기 은 도금층의 신뢰성에 문제가 발생하지 않음을 밝혀둔다.

이에 더하여, 상기 은 도금층(130)을 형성하기 전에 선택적으로 전처리 과정을 더 수행할 수 있다. 즉, 상기 패드(120)에 물리적인 연마를 실시하여 표면의 이물질을 제거하고 화학적으로 유기물을 제거한다. 또한, 상기 패드(120)를 이루는 구리층의 표면을 황산과 산화제를 이용하여 약 1㎛ 정도 에칭시킨 후 선택적으로 촉매 역할을 하는 팔라듐(Pd)용액에 처리하여 표면을 활성화 처리할 수 있다.

보다 구체적으로, 전처리 과정은 탈지, 소프트 에칭, 산 활성 및 팔라듐 촉매 형성 과정을 거친다.

상기 탈지는 산성 탈지 혹은 알카리 탈지 모두 가능하지만, 이후 전처리 과정에서 수행되는 전처리 용액들이 모두 산성이므로, 용액의 혼입 방지를 위해 산성 탈지액을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 탈지 조건은 40~60℃, 보다 바람직하게는 45~50℃ 조건에서 300~600초가 요구된다.

이후에는 소프트 에칭 및 산 활성 과정이 수행된다. 상기 소프트 에칭 및 산 활성 과정은 산화막 제거 및 표면 활성 부여를 위해 수행된다. 상기 소프트 에칭 및 산 활성 과정은 모두 상온에서 30~90초, 바람직하게는 50~60초 정도 실시된다.

또한, 환원 방식에 의해 무전해 은 도금층을 형성하기 위해서는 기판의 원하는 부분에 팔라듐 촉매를 형성시켜야 한다. 즉, 레진 부분을 제외한 패드부 및 회로 부분에만 팔라듐 촉매를 형성시키기 위해 치환 반응에 의해 팔라듐 촉매를 형성할 수 있는 약품을 사용하여 촉매 형성 과정을 실시한다. 팔라듐 촉매 공정은 상온에서 30~150초, 바람직하게는 60~120초 동안 실시한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 의해 형성된 은 도금층의 표면 분석 결과를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기와 같은 은 도금액을 이용하여 상온에서 60분 동안 도금 공정을 진행한 결과, 평균 0.5㎛의 도금 두께를 구현할 수 있었으며, 은 도금층의 표면 분석 결과, 도금층의 계면에서 특별한 결함이 발견되지 않음을 확인하였다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 은 도금액을 도금 후 일주일 동안 방치했을 경우에도 도금액 내 속출과 같은 불안정성은 관찰되지 않았으며, 결함 없는 박막을 안정적으로 구현하는데 적합한 도금액 구성임이 확인되었다.

상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 무전해 환원 방식에 의해 은 도금층을 형성함으로써, 솔더 접합 특성 및 와이어 본딩성을 확보할 수 있는 두께로 은 도금층을 형성할 수 있으며, 획기적인 원가 절감에 기여할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 인쇄회로기판
110: 기판
115: 금속층
120: 패드
125: 절연층
130: 은 도금층
140: 금 도금층

Claims (20)

1. 은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액; 그리고
   상기 제 1 용액에 포함된 은 이온에 전자를 전달하고 탈착되는 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액으로 이루어지는 은 도금액.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 은 이온은 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH를 포함하는 은 도금액.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성되고,
   상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성되며,
   상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성되는 은 도금액.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 환원제는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)을 포함하는 은 도금액.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성되고,
   상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성되며,
   상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성되는 은 도금액.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 은 도금액의 안정성을 유지하는 안정제로 구성된 제 3 용액을 더 포함하는 은 도금액.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 3 용액은 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함하는 은 도금액.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 은 도금액의 무전해 환원에 의해 형성된 은 도금층을 포함하는 인쇄회로기판.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 은 도금층은 상온에서 형성되는 인쇄회로기판.
10. 회로 패턴, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 패드를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    은 이온과 환원제를 포함하는 은 도금액을 제조하는 단계; 그리고
    상기 기판에 형성된 패드 위에 상기 제조된 은 도금액을 이용하여 은 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 은 도금층 형성 단계 이전에 선택적으로 상기 패드를 플라즈마 처리한 후 팔라듐 막을 형성하여 표면 활성화 처리하는 단계를 더 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 은 도금액을 제조하는 단계는
    은 이온, 착화제 및 PH 조정제를 포함하는 제 1 용액을 제조하는 단계와,
    상기 제 1 용액에 포함된 은 이온에 전자를 전달하고 탈착되는 환원제 및 PH 조정제를 포함하는 제 2 용액을 제조하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 용액은 PH 조정제, 착화제 및 은 이온 순으로 투입되어 제조되고,
    상기 제 2 용액은 PH 조정제 및 환원제 순으로 투입되어 제조되는 인쇄회로기판의 제조 방법.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 은 이온은 AgNO₃, (NH₄)₂SO₄ 및 NH₄OH를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 은 도금액 내에서의 AgNO₃는 1~10mM 범위의 농도로 조성되고,
    상기 (NH₄)₂SO₄는 1~100mM 범위의 농도로 조성되며,
    상기 NH₄OH는 0.1~1M 범위의 농도로 조성되는 인쇄회로기판의 제조 방법.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 환원제는 CoSO₄, 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA) 및 에틸렌 다이아민(ethylene diamine)을 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 은 도금액 내에서의 CoSO₄는 10~100mM 범위의 농도로 조성되고,
    상기 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산은 1~100mM 범위의 농도로 조성되며,
    상기 에틸렌 다이아민은 0.01~1mM 범위의 농도로 조성되는 인쇄회로기판의 제조 방법.
18. 제 12항에 있어서,
    상기 은 도금액의 안정성을 유지하는 안정제로 구성된 제 3 용액을 제조하는 단계가 더 포함되는 인쇄회로기판의 제조 방법.
19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 3 용액은 ATRA(3-amino-1,2,4-triazole) 및 BTA(Benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
20. 제 10항에 있어서,
    상기 은 도금층은 상온에서 형성되는 인쇄회로기판의 제조 방법.

Images