KR20140034210A - 내부식성 전기 도전체 - Google Patents

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KR1020137032521A
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조지 지샨 슈
로버트 다니엘 힐티
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타이코 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

전기 도전체(100)는 금속 기판(102)을 구비한다. 금속 기판의 외부에 시일 도금층(104)이 제공된다. 시일 도금층의 외부에 니켈 도금층(106)이 제공된다. 니켈 도금층의 외부에 금 도금층(108)이 제공된다. 시일 도금층은 비-니켈계 금속이다. 선택적으로, 시일 도금층은 주석계일 수 있다. 선택적으로, 시일 도금층은 니켈 도금층 및 금속 기판과 금속간 계면(112, 114)을 생성할 수 있다. 선택적으로, 전기 도전체는, 인쇄 회로 기판 또는 다른 정합하는 컨택트 중 적어도 하나와 정합하도록 구성된 컨택트를 이룰 수 있다.

Description

내부식성 전기 도전체{CORROSION RESISTANT ELECTRICAL CONDUCTOR}
본 출원의 요지는 일반적으로 내부식성 전기 도전체에 관한 것이다.
전기 도전체는 데이터 신호 및/또는 전력을 전송하는데 사용된다. 전기 도전체의 전형적인 예는, 배선에 전기적으로 연결될 수 있는 전기 커넥터의 부품으로서 사용되는 컨택트, 인쇄 회로 기판상의 전기적 트레이스(trace), 또는 다른 전기 커넥터의 다른 컨택트이다. 전기 도전체의 다른 예는, 인쇄 회로 기판상의 도전성 트레이스이다. 전기 도전체는, 통상적으로, 구리 또는 구리 합금 기판 등의 금속 기판을 포함한다. 부식을 저감시키거나 다른 전기 부품에의 연결을 위한 보다 경질의 표면을 제공하는 등, 금속 기판의 물성 또는 특성을 향상시키기 위해서, 금속 기판은, 전형적으로 니켈 도금층 및 금 도금층 등으로 도금된다. 니켈 도금층은, 금 도금층과 구리 기판 사이의 버퍼로서 사용된다.
그러나, 종래의 니켈-금 도금 구리 도전체는 단점을 갖는다. 예를 들어, 니켈-금 도금은 부식을 견디기에 불충분할 수 있다. 예를 들면, 금 도금층 및/또는 니켈 도금층에 존재하는 핀홀로 인해 니켈-금 도금층을 통해 일어나는 공식(pitting corrosion)의 문제가 있다. 니켈 도금층 및/또는 금 도금층을 두껍게 하는 등의 대응 조치가 고려되어 왔지만, 이러한 대응 조치는 도금 비용을 증가시킨다.
내부식성 전기 도전체가 요구된다.
본 발명의 전기 도전체는 금속 기판을 구비한다. 금속 기판의 외부에 시일(seal) 도금층이 제공된다. 시일 도금층의 외부에 니켈 도금층이 제공된다. 니켈 도금층의 외부에 금 도금층이 제공된다. 시일 도금층은 비-니켈계 금속이다. 선택적으로, 시일 도금층은 주석계일 수 있다. 선택적으로, 시일 도금층은 니켈 도금층 및 금속 기판과 금속간 계면(intermetallic interfaces)을 생성할 수 있다. 선택적으로, 전기 도전체는, 인쇄 회로 기판 또는 다른 정합하는(mating) 컨택트 중 적어도 하나와 정합하도록 구성된 컨택트를 이룰 수 있다.
이하, 본 발명을, 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1은 일 실시형태에 따라 형성된 전기 도전체의 일부의 단면도이다.
도 2는 공식에 대해 내부식성을 나타내는 전기 도전체의 일부의 단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 전기 도전체의 제조 방법을 나타낸다.
도 1은 일 실시형태에 따라 형성된 전기 도전체(100)의 일부의 단면도이다. 도 2는 공식(pitting)에 대해 내부식성을 나타내는 전기 도전체(100)의 일부의 단면도이다. 전기 도전체(100)는, 전기 커넥터에서 사용되는 것과 같은, 컨택트 또는 단자로서 사용하기에 적합하다. 전기 도전체(100)는 배선의 일단에서 종단되거나, 다르게는 인쇄 회로 기판에 장착되도록 구성될 수 있다. 대안의 실시형태에 있어서, 전기 도전체(100)는 인쇄 회로 기판상의 도전성 트레이스일 수 있다. 전기 도전체(100)는 높은 내부식성을 나타낸다.
전기 도전체(100)는, 구리 기판, 구리 합금 기판, 스틸 기판 등의 금속 기판(102)을 포함한다. 금속 기판(102)은 금속 도전체(100)를 위한 베이스 금속을 형성한다. 금속 기판(102) 위에 시일 도금층(104)이 제공된다. 시일 도금층(104) 및 금속 기판(102) 위에는 니켈 도금층(106)이 제공된다. 니켈 도금층(106)은, 니켈 합금(예를 들어, Ni-S, Ni-P, Ni-W 등)을 포함할 수 있다. 니켈 도금층(106), 시일 도금층(104) 위에, 그리고 금속 기판(102) 위에 금 도금층(108)이 제공된다. 금 도금층(108)은, 연질의 금(예컨대, 순금), 또는 금 합금(예컨대, Co-Au, Ni-Au 등)과 같은 경질의 금일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서는, 도금층(104, 106, 108) 중 임의의 도금층 사이, 위 또는 아래에, 다른 층들이 사용될 수 있다. 도금층(104, 106, 108)은 전기 도전체(100)의 물성이나 특성을 향상시킨다. 예를 들어, 도금층(104, 106, 108)은 내부식성을 제공할 수 있다. 도금층(104, 106, 108)은, 내부식성 외에도, 다른 특성의 향상을 제공할 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 주석계이다. 시일 도금층(104)은, 주석 니켈 재료와 같은 주석 합금일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 시일 도금층(104)은, 은 또는 은 합금 또는 금과 같은, 다른 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 비-니켈계 금속이다. 시일 도금층(104)은 비-그룹 VII계 금속일 수 있다. 시일 도금층(104)은 비-전이 금속일 수 있다. 시일 도금층(104)은 귀금속일 수 있다. 시일 도금층(104)은, 금속 기판(102) 및/또는 니켈 도금층(106)과 순조롭게 그리고 용이하게 금속간 형성(intermetallic formation)을 거치는 금속 또는 금속 합금으로 만들어질 수 있다.
금속 기판(102)은 외표면(110)을 포함한다. 예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 금속 기판(102)의 외표면(110) 바로 위에 제공된다. "바로 위"에 제공된다는 것은, 해당 층이, 다른 층들이 개재되지 않은 상태로, 다른 층에 맞물리는 것을 의미한다. 시일 도금층(104)은 금속 기판(102)의 외부에 제공된다. 시일 도금층(104)은 금속 기판(102) 위에서의 도금 프로세스에 의해 형성된다. 예를 들어, 시일 도금층(104)은 전기 도금(electroplating), 무전해 도금(electroless plating) 또는 침지 도금(immersion plating)에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 시일 도금층(104)은, 다른 수단 또는 프로세스에 의해 퇴적될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 주석계 시일 도금층(104)은 금속 기판(102) 위에 브라이트 주석 도금(bright tin plate)된다. 브라이트 주석 도금의 작은 입자는, 시일 도금층(104)과 금속 기판(102) 및/또는 니켈 도금층(106) 사이의 상호 확산을 증진시킬 수 있다. 다르게는, 주석계 시일 도금층(104)은 세미(semi)-브라이트 주석 도금되거나 매트(matte) 주석 도금될 수 있다. 다른 대안의 실시형태에 있어서, 시일 도금층(104)은 금속 기판(102) 위에 플래시(flash) 주석 도금될 수 있다.
주석계 시일 도금층(104)은, 구리일 수 있는 금속 기판(102)과 반응하여, 고체 상태 확산으로부터 및/또는 열처리나 리플로우(reflow) 프로세스에서, 구리 주석(CuSn) 인터메탈릭스(예컨대, Cu6Sn5, Cu3Sn 등)로의 금속간 형성을 거칠 수 있다. 시일 도금층(104)과 금속 기판(102) 사이의 계면에 금속간 계면층(112)이 규정된다. 금속간 계면층(112)은 시일 도금층(104) 또는 금속 기판(102)보다 경질이다. 금속간 계면층(112)은 연속적이고 공극이 없다. 금속간 계면층(112)은, 금속 기판(102)과 비교할 때, 높은 상대적 노빌리티(nobility)를 갖는다. 금속간 계면층(112)은 내부식성을 갖는다. 금속간 계면층(112)은 금속 기판(102)과 시일 도금층(104) 사이의 계면을 시일링한다. 선택적으로, 전기 도전체(100)의 온도를 증가시킴으로써, 금속간 층 형성을 강제하거나 가속시킬 수 있다. 시일 도금층(104)의 일부 또는 전부가 금속간 층 형성을 거치기 때문에, 금속간 층 형성 후에, 금속간 계면층(112)은 시일 도금층(104)보다 두꺼울 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 니켈 도금층(106)은 시일 도금층(104) 바로 위에 제공된다. 니켈 도금층(106)은 시일 도금층(104)의 외부에 있다. 니켈 도금층(106)은, 전기 도금 등의 니켈 도금 프로세스에 의해 형성된다. 니켈 도금층(106)은, 대안의 실시형태에서, 다른 수단 또는 프로세스에 의해 시일 도금층(104) 위에 퇴적될 수 있다.
주석계 시일 도금층(104)은, 니켈 도금층(106)과 반응하여, 고체 상태 확산으로부터 및/또는 열처리나 리플로우 프로세스에서, 니켈 주석(NiSn) 인터메탈릭스(예컨대, Ni3Sn, NiSn3 등)의 층을 형성할 수 있다. 시일 도금층(104)과 니켈 도금층(106) 사이의 계면에 금속간 계면층(114)이 규정된다. 금속간 계면층(114)은 시일 도금층(104) 또는 니켈 도금층(106)보다 경질이다. 금속간 계면층(114)은 연속적이고 공극이 없다. 금속간 계면층(114)은, 니켈 도금층(106)과 비교할 때, 높은 상대적 노빌리티를 갖는다. 금속간 계면층(114)은 내부식성을 갖는다. 금속간 계면층(114)은 니켈 도금층(106)과 시일 도금층(104) 사이의 계면을 시일링한다. 선택적으로, 전기 도전체(100)의 온도를 증가시킴으로써, 금속간 층 형성을 강제하거나 가속시킬 수 있다. 시일 도금층(104)의 일부 또는 전부가 금속간 층 형성을 거치기 때문에, 금속간 층 형성 후에, 금속간 계면층(114)은 시일 도금층(104)보다 두꺼울 수 있다. 선택적으로, 금속간 층 형성 후에, 시일 도금층(104)은, 금속간 계면층(112 및/또는 114)으로 실질적으로 변환되거나, 또는 완전히 변환될 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 금 도금층(108)은 니켈 도금층(106) 바로 위에 제공된다. 금 도금층(108)은 니켈 도금층(106)의 외부에 있다. 금 도금층(108)은, 전기 도전체(100)의 외부 또는 외표면을 규정하는 외표면(116)을 포함한다. 금 도금층(108)은, 니켈 도금층(106) 위를 도금함으로써 형성된다. 예시적인 일 실시형태에서, 금 도금층(108)은 전기 도금된다. 금 도금층(108)은, 대안의 실시형태에서, 다른 수단 또는 프로세스에 의해 니켈 도금층(106) 위에 퇴적될 수 있다.
금 도금층(108)은, 금 도금층(108)의 상대적인 얇음으로 인해 당해 금 도금층(108)에 필연적으로 존재하는 핀홀(120)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 니켈 도금층(106)의 공식은 금 도금층(108)의 핀홀(120)로부터 시작된다. 또한, 니켈 도금층(106)은 내부에서 발생하는 핀홀(122)을 포함할 수 있다. 니켈 도금층(106)의 공식은 핀홀(120)로부터 핀홀(122)로 연장될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은, 금속 기판(102)과, 니켈 도금층(106) 및 금 도금층(108) 사이에 버퍼를 제공한다. 시일 도금층(104)은 금속 기판(102)의 부식을 방지한다.
예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 핀홀이 없으며, 니켈 도금층(106) 및 금 도금층(108)과 같이 핀홀을 포함하지 않는다. 시일 도금층(104)은, 니켈 도금층(106)보다 공극률이 낮아서 금속 기판(102)에 대한 공식을 저감 및/또는 제거한다.
예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 니켈 도금층(106)보다 귀하다(noble). 시일 도금층(104)은 니켈 도금층(106)보다 부식에 덜 민감하다. 시일 도금층(104)의 내표면 및 외표면에서의 금속간 형성은, 시일 도금층(104)을 경화시키고/경화시키거나 금속간 계면층(112, 114)들에서 시일 도금층(104)의 노빌리티를 증가시킨다. 금속간 계면층(112, 114)들은 높은 내부식성을 가지며, 전기 도전체(100)의 외부 환경으로부터 금속 기판(102)을 효과적으로 시일링한다.
도금층(104, 106, 108)의 두께는, 내부식성의 효과가, 두꺼운 층을 제공하는 추가 비용과 균형을 이루도록 선택될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 금 도금층(108)은 대략 15μin의 두께를 갖는다. 니켈 도금층(106)은 대략 50μin의 두께를 갖는다. 시일 도금층(104)은 대략 10μin의 두께를 갖는다. 대안의 실시형태에서, 도금층(104, 106, 108)의 다른 두께도 가능하다. 예를 들어, 금 도금층(108)은, 시일 도금층(104)을 사용함에 의한 부식 감소 효과로 인해, 대략 5 내지 10μin와 같이, 플래시 도금될 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 니켈 도금층(106)은 일반적으로 금 도금층(108) 및 시일 도금층(104)보다 두껍다. 선택적으로, 시일 도금층(104)은, 니켈-금 도금층(106, 108)의 총 두께의 25% 미만일 수 있다. 선택적으로, 시일 도금층(104)은, 니켈-금 도금층(106, 108)의 총 두께의 10% 미만일 수 있다. 다른 대안의 실시형태에서, 시일 도금층(104)은, 니켈 도금층(106)의 두께와 대략 동일할 수 있다. 다른 대안의 실시형태에서, 시일 도금층(104)은 니켈 도금층(106)보다 두꺼울 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층(104)은, 당해 시일 도금층(104)의 금속의 실질적으로 전부 또는 전부가 금속간 계면층(112, 114)으로 변환되도록 선택되는 두께를 갖는다. 선택적으로, 시일 도금층(104)의 보다 많은 금속이, 금속 기판(102)보다, 니켈 도금층(106)과의 변환 또는 반응을 거칠 수 있다. 혹은, 시일 도금층(104)의 보다 많은 금속이, 니켈 도금층(106)보다, 금속 기판(102)과의 변환 또는 반응을 거칠 수 있다. 시일 도금층(104)의 두께는, 금속 기판(102), 니켈 도금층(106) 및 시일 도금층(104)의 금속 화합물(compound)에 기초하여 선택될 수 있다. 금속 기판(102), 니켈 도금층(106) 및 시일 도금층(104)에 사용되는 금속들에 따라서, 금속간 계면(112, 114)들에서의 금속간 변환량이 변동한다. 변환되는 시일 도금층(104)의 금속량은 금속 화합물에 따라 다를 수 있다.
예시적인 일 실시형태에서, 금속간 형성 프로세스는, 시일 도금층(104)에 있어서의 체적 증가를 초래하고, 이에 의해, 시일 도금층(104)에서 및/또는 니켈 도금층(106) 또는 금속 기판(102)에서의 핀홀들을 시일링한다. 선택적으로, 전기 도전체(100)는, 열처리되거나, 다르게는 온도 증가를 겪게 됨으로써, 시일 도금층(104)과, 금속 기판(102) 및/또는 니켈 도금층(106) 사이의 금속간 형성의 성장률을 증가시킬 수 있다.
도 3은 일 예시적인 실시형태에 따른 전기 도전체의 제조 방법을 나타낸다. 이 방법은 금속 기판을 제공하는 단계(130)를 포함한다. 또한, 이 방법은 상기 금속 기판 위에 시일 도금층을 퇴적시키는 단계(132)를 포함한다. 또한, 이 방법은 상기 시일 도금층 위에 니켈 도금층을 퇴적시키는 단계(134)를 포함한다.
상기 방법은, 시일 도금층과 금속 기판 사이의 금속간 형성을 증진시키는 단계(136)를 포함한다. 금속간 형성은, 고체 상태 상호 확산 및 시일 도금층과 금속 기판의 반응에 기인한다. 금속간 형성은, 금속 기판 및 시일 도금층의 금속들에 기초하여 증진될 수 있다. 금속간 형성은, 제조 프로세스 중에 또는 제조 프로세스 후에 전기 도전체의 온도를 증가시켜서, 시일 도금층과 금속 기판 사이에 금속간 형성량 및/또는 금속간 계면층의 두께를 증가시킴으로써 증진될 수 있다.
상기 방법은, 시일 도금층과 니켈 도금층 사이의 금속간 형성을 증진시키는 단계(138)를 포함한다. 금속간 형성은, 고체 상태 상호 확산 및 시일 도금층과 니켈 도금층의 반응에 기인한다. 금속간 형성은, 니켈 도금층 및 시일 도금층의 금속들에 기초하여 증진될 수 있다. 금속간 형성은, 제조 프로세스 중에 또는 제조 프로세스 후에 전기 도전체의 온도를 증가시켜서, 시일 도금층과 니켈 도금층 사이에 금속간 형성량 및/또는 금속간 계면층의 두께를 증가시킴으로써 증진될 수 있다.
상기 방법은, 니켈 도금층 위에 금 도금층을 퇴적시키는 단계(140)를 포함한다. 예시적인 일 실시형태에서, 시일 도금층과 니켈 도금층 사이의 금속간 형성을 증진시키기 전에 금 도금층이 퇴적될 경우에 발생할 수도 있는, 금 도금층을 통한 니켈 확산의 가능성을 제거하기 위해, 금속간 형성 후에 금 도금층이 퇴적된다. 대안의 실시형태에서, 금속간 형성을 증진시키기 전에 금 도금층이 퇴적될 수도 있다. 도 3에 나타낸 단계들 이전, 동안 또는 후에, 다른 단계들이 수행될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 전기 도전체(100)로서,
    금속 기판(102);
    상기 금속 기판의 외부에 제공된 시일(seal) 도금층(104);
    상기 시일 도금층의 외부에 제공된 니켈 도금층(106); 및
    상기 니켈 도금층의 외부에 제공된 금 도금층(108)을 포함하고,
    상기 시일 도금층은 비-니켈계 금속인, 전기 도전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은 주석계인, 전기 도전체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은 상기 니켈 도금층(106)보다 낮은 공극률(porosity)을 갖는, 전기 도전체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은, 상기 니켈 도금층(106) 및 상기 금속 기판(102)과 금속간 계면(intermetallic interface)(112, 114)들을 형성하는, 전기 도전체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은 핀홀이 없는(pin hole free), 전기 도전체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은 상기 니켈 도금층(106)보다 귀한(noble), 전기 도전체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은, 상기 시일 도금층의 금속의 실질적으로 전부 또는 전부가 상기 시일 도금층과 상기 금속 기판 사이 및 상기 시일 도금층과 상기 니켈 도금층 사이의 금속간 계면(112, 114)들로 변환되도록, 금속 기판(102), 니켈 도금층(106) 및 상기 시일 도금층의 금속 화합물에 기초하여 선택되는 두께를 갖는, 전기 도전체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은, 상기 니켈 도금층(106)과 상기 금 도금층(108)의 총 두께의 25% 미만의 두께를 갖는, 전기 도전체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시일 도금층(104)은, 상기 니켈 도금층(106)과 상기 금 도금층(108)의 총 두께의 10% 미만의 두께를 갖는, 전기 도전체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도전체는 인쇄 회로 기판 또는 다른 정합하는(mating) 컨택트 중 적어도 하나와 정합하도록 구성된 컨택트를 포함하고, 상기 컨택트는 상기 금속 기판(102), 상기 시일 도금층(104), 상기 니켈 도금층(106) 및 금 도금층(108)을 포함하는, 전기 도전체.
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