KR20170064061A

KR20170064061A - 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조

Info

Publication number: KR20170064061A
Application number: KR1020150168687A
Authority: KR
Inventors: 오재환; 정석동
Original assignee: 주식회사 디에이피
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-09

Abstract

용해가능한 양극(Soluble Anode)을 둘러싸는 이온 교환 차단막을 설치하여 구리이온은 이온교환차단막을 통하여 자유롭게 이동 할 수 있지만, 전해 도금조 內 첨가제와 Anode 측 오염물(슬러지 등)을 이온교환 차단막 내에 가두어 둠으로써 전해 도금조 내의 첨가제 오염을 최소화하는 용해가능한 타입(Soluble Type)의 전기동도금조가 개시된다.
용해가능한 타입(Soluble Type)의 전기동도금조는
첨가제가 첨가된 도금액을 수용하는 도금조;
상기 도금조 내부의 일측에 설치되는 용해가능한 양극;
상기 도금조 내부에서 상기 용해 가능한 양극에 대항하여 설치되는 음극; 및
상기 용해가능한 양극과 상기 음극을 분리하는 이온교환 차단막;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용해가능한 양극 타입의 전기동도금조 {Electroplating bath for soluble anode type}

본 발명은 용해가능한 양극 타입(Soluble Anode Type)의 전기동도금조에 관한 것으로서, 특히 용해가능한 양극(Soluble Anode)을 둘러싸는 이온 교환 차단막을 설치함으로써 구리 이온은 이온교환 차단막을 통하여 자유롭게 이동할 수 있지만, 전기동도금조 내의 첨가제와 양극(Anode) 측 오염물(슬러지 등)을 이온교환 차단막 내에 가두어 둠으로써 전기동 도금조 내의 첨가제 오염을 최소화하는 장치에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)에서 내층 회로의 전기 접속에는 홀(Hole( 내벽을 도금함에 의해 회로 상호 간을 전기적으로 접속하는 홀(Hole) 동도금공정이 이용되고 있다.

동도금 공정은 디버링(deburring), 디스미어(desmear), 무전해동도금, 전기동도금의 공정을 거쳐 드릴 가공된 인쇄회로기판(PCB)에 전기전도성을 부여하는 공정이다.

드릴 가공시 발생하는 버(Burr)를 제거하기 위한 디버링, 스미어 제거를 위한 디스미어 공정을 거친다. 여기에 인쇄회로기판(PCB) 전체에 전도성을 부여하기 위한 무전해 동도금, 카본(Carbon), 전도성 폴리머(Polymer) 등의 공정을 행한 후 전기동에서 도금두께 규격에 맞추어 구리 도금층을 형성한다.

전기동도금은 인쇄회로기판(PCB)의 가공된 Hole 내벽에 무전해 동도금 또는 그 외의 방법들을 통해 전도성을 부여한 후 전해 환원반응을 통해 소지금속에 Cu2 + Cu0 석출 시키는 것을 말한다.

전기동 장치의 경우 Anode Type에 따라 크게 두 가지 종류로 구분되어 진다.

1. Insoluble Anode Type: Titanium + IrO(코팅막)

의미 그대로 녹지 않고 (+)극성 역할만 하고 구리 이온은 외부에서 CuO 분말로 공급한다.

2. Soluble Anode Type : Cu Ball (Cu 99.9%, P 0.03%)

의미 그대로 녹는 양극 즉, Cu Ball이 녹으면서 도금에 필요한 Cu2+을 공급하고 양극(+) 역할도 한다.

도 1은 종래의 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조의 구성을 도시한다.

도 1을 참조하면, 각종 첨가제가 함유된 도금액(14)이 담겨진 전해 도금조(12)내에 용해 가능한 양극(Soluble Anode, 16)과 음극(Cathode, 18)이 설치된 것을 알 수 있다.

용해 가능한 양극 타입(Soluble Anode Type) 전기동도금조의 경우 전압이 낮고 첨가제 가격(Cost)이 낮기 때문에 인쇄회로기판의 전해동도금 분야에 널리 사용되고 있다.

용해가능한 양극으로서는 함인동이 사용되며, 구리 볼이 담겨진 바스켓 형태로 구현된다.

도 2는 구리 볼 바스켓 및 블랙필름현상을 도시한다.

구리 볼(Cu Ball)의 경우 도금조 내에 티타늄(Titanium) 소재의 바스켓(Basket)에 담겨져 있는데 시간이 지남에 따라 녹으면서 크기는 점점 작아지게 된다. 작아지면 작아질수록 바스켓 하단부로 모이게 되고 용융 후 남은 부산물들은 하부에 금속 슬러지(Sludge) 형태의 오염물로 남게 된다.

또한, 도금액 내의 Cu Ball(+)은 전류를 인가하게 되면 Ball 표면에 블랙 필름(Black Film)이라 칭하는 검은색 얇은 피막이 형성이 되는데, 그 안에는 유산동 첨가제, Cu₂+, CuCl₂, Cu₂O, Cu₃P 등의 혼합 불순물 형태로 존재한다.

도 3은 쓰로잉 파워를 도식적으로 보이는 것이다.

비아홀(Via Hole) 도금의 본래 목적은 홀 속에 안정적으로 고객이 원하는 스펙(Spec)에 맞게 도금하는 데 있다. 곧, T/P (Throwing Power)는 매우 중요한 관리 포인트 중의 하나로 항상 풀어야 할 핵심 기술 중의 하나이다.

도금액 내의 블랙필름(Black Film), 슬러지(Sludge)와 같은 불순물은 유산동 첨가제의 기능을 저하시켜 쓰로잉 파워(Throwing Power ; T/P, 표면도금 두께대비 홀 속 도금두께 비율)를 저하시키거나 액 노화도를 증가시키는 원인이 된다.

그렇게 때문에 정기적으로 구리 볼 바스켓(Cu Ball basket) 내부를 약품처리 하여 박리를 하거나 도금액 전체를 건욕하는 등의 관리를 행한다.

도 4는 일반적인 전기도금장치의 구성을 도시한다.

전술한 바와 같이 용해가능한 양극 타입의 전기도금장치는 시간이 지남에 따라 불순물이 축적되고 구리 볼 바스켓 하부에 슬러지가 쌓이고 액 중으로 흘러들면서, 도금액 성능을 저하시킨다. 동도금 설비의 능력을 평가하는 기준으로 Throwing Power(표면도금 대비 홀 속 도금두께 비율) 있는데, 시간이 지남에 따라 점점 그 비율은 낮아지게 된다. 그래서 일반적으로 1년 or 2년에 한 번씩 기존약품을 폐액시키고 새로운 약품으로 건욕을 하게 되는데 이때 약품비용만 1억원이 넘는 경우가 일반적이다.

그래서 약품 수명을 늘릴 수 있는 관리방법을 많이 연구하고 있는데 함인동 Type 전기동에서는 쉽게 해결할 수 있는 부분이 아니다. 설비 자체도 요즘에는 40,000~50,000리터가 일반적이어서 약품 수명의 연장은 무엇보다도 중요한 해결 과제가 되고 있다.

본 발명은 Anode sludge나 부산물 오염에 의한 유산동 첨가제 기능의 저하 현상을 최소화하고 최상의 도금액 상태를 장시간 유지할 수 있도록 하는 전기동도금조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조는

첨가제가 첨가된 도금액을 수용하는 도금조;

상기 도금조 내부의 일측에 설치되는 용해가능한 양극;

상기 도금조 내부에서 상기 용해 가능한 양극에 대항하여 설치되는 음극; 및

상기 용해가능한 양극과 상기 음극을 분리하는 이온교환 차단막;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 Anode sludge나 부산물 오염에 의한 유산동 첨가제 기능의 저하 현상을 최소화하고 최상의 도금액 상태를 장시간 유지할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조의 구성을 도시한다.
도 2는 구리 볼 바스켓 및 블랙필름현상을 도시한다.
도 3은 쓰로잉 파워를 도식적으로 보이는 것이다.
도 4는 일반적인 전기도금장치의 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 전기동도금조의 개념을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 전기동도금조의 작용을 보인다.
도 7은 본 발명에 따른 전기동도금조를 이용한 도금 효과를 종래의 것과 비교하여 보이는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 전기동도금조의 개념을 도시한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 함인동 타입의 전기동도금조는

첨가제가 첨가된 도금액(52)을 수용하는 도금조(54);

상기 도금조 내부의 일측에 설치되는 용해가능한 양극(56;

상기 도금조 내부에서 상기 용해 가능한 양극에 대항하여 설치되는 음극(58); 및

상기 용해가능한 양극과 상기 음극을 분리하는 이온교환 차단막(60);

을 포함한다.

이온 교환막은 선택 투과성이 있으므로, 선택 투과막이라고도 하며 양이온만 선택적으로 투과하는 양이온 교환막, 음이온만 선택적으로 투과시키는 음이온 교환막, 또는 양이온, 음이온 모두 투과하는 양쪽성막이 있다.

본 발명에서는 양극과 음극 사이에 차단막을 설치하되 양이온을 투과시키는 양이온 교환막으로 이온 교환 차단막(60)을 구현한다.

도 6은 본 발명에 따른 전기동도금조의 작용을 보인다.

도 1에 도시되는 바의 종래의 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조는 도금액 내에 어떠한 경계 구간 없이 모든 도금액 안의 구성물들이 구분없이 공존해 있는데, 이는 메인 기능을 담당하는 첨가제 (Brightener, Leveler, Carrier)에는 악 영향을 미친다.

그래서 본 발명에서는 도 5 및 6에 도시되는 바와 같이 용해가능한 양극(Soluble Anode, 56)과 유산동 첨가제가 포함된 도금액(52)과 섞이지 않게 하고, 슬러지(Sludge) 또는 부산물 외의 물질은 서로 혼합되어 필요한 부분에 사용되어 질 수 있도록 한다.

이온 교환 차단막(60)은 양이온(구리 이온)만 선택적으로 투과되므로 첨가제와 같은 유기화합물과 금속 슬러지(Sludge) 및 일부 혼합물들은 이온교환 차단막(60)을 투과하지 못한다.

이는 약품 혼합을 이온교환 차단막(60)을 사이에 두고 한쪽에만 선택적으로 건욕을 하게 되면 용해가능한 양극(Soluble Anode)과 접촉 없이 도금액을 유지할 수 있게 된다.

함인동 Type 전기도금장치는 시간이 지남에 따라 불순물이 축적되고 구리 볼 바스켓 하부에 슬러지가 쌓이고 액 중으로 흘러들면서, 도금액 성능을 저하시킨다.

동도금 설비의 능력을 평가하는 기준으로 Throwing Power(표면도금 대비 홀 속 도금두께 비율) 있는데, 시간이 지남에 따라 점점 그 비율은 낮아지게 된다. 그래서 일반적으로 1년 or 2년에 한 번씩 기존약품을 폐액시키고 새로운 약품으로 건욕을 하게 되는데 이때 약품비용만 1억원이 넘는 경우가 일반적이다.

그래서 약품 수명을 늘릴 수 있는 관리방법을 많이 연구하고 있는데 함인동 Type 전기동에서는 쉽게 해결할 수 있는 부분이 아니다. 설비 자체도 요즘에는 40,000~50,000리터가 일반적인데 무엇을 하려고해도 쉽지않은 부분이 있다.

T/P의 경우 홀이 작을수록 기판두께가 두꺼울수록 낮아지게 되는데 이를 Aspect Ratio라고 한다. [Aspect Ratio=두께/홀 지름 (ex. 1.6mm/0.30mm=5.33)] 즉, 높을수록 난이도는 올라간다.

예를 들어 고객사에서 홀 속 도금두께를 최소 25um 이상을 올려야한다면, 설비가 Aspect Ratio 5.5사양에서 T/P 60%의 공정능력을 보인다면, 표면도금 두께를 41.6um 이상 올려야 한다는 이론치 계산이 나온다.

만약 본 발명과 같은 방법으로 T/P를 단 10%라도 향상한다면 표면도금 두께를 38.4um만 올려도 고객에 기준에 맞게 도금을 하게 된다. 그렇다면, 구리두께를 2.7um 낮게 도금하게 되는데, 이는 곧 비용절감으로 이어진다.

보통 전기동장치 1개의 Capa가 25,000~28,000m2/월 되는데, 현재 보유대수는 12대 총 320,000m2/월 2.7um 낮아진 두께만큼 구리를 비용으로 환산하면, 4천여만원/월이 된다.

또한, 적은 오염에 의한 액수명 증가로 1~2년 사용하던 도금액을 3~4년 사용한다면 이 또한 엄청난 비용절감으로 이어진다.

도금효율을 올려야 하는 일은 품질, 비용절감, 신뢰성 등 모든 면에서 반드시 필요한 항목이면서 제일 어렵고 쉽지 않은 부분이다.

이온교환막의 경우 기존에 용해 불가능한 양극(Insoluble Anode)에 사용하였는데, 양극에서 반응시 발생하는 산소 기체를 메인 도금액과 섞이지 않게 하여 도금액 첨가제 중에 Brightener의 소모량을 줄이고자 하는데 목적이 있었다.

하지만, 본 발명의 경우 용해가능한 양극(Soluble Anode, 예; 함인동)에서 발생되는 부산물, 오염물들의 메인 도금액으로의 유입을 막음과 동시에 함인동은 도금액의 구리 이온 공급 역할도 하기 때문에 구리 이온은 막을 통하여 메인도금액으로 향할 수 있다.

5만 리터 규모의 도금장비에 설치하는 이온교환막 원자재 가격만 대략 4천만 원 정도이고 함인동 앞에 별도의 박스를 제작하여야 하는데 제작비, 인건비까지 더하면 1개 설비에 설치비용은 1억여 원 이상으로 예상된다.

본 발명은 PCB Via Hole 도금에서 표면 두께 대비 홀 속 두께 비율을 높이는 데 있다. 판넬 도금에 있어 표면에 도금하는 것보다는 약 200~350um의 홀 사이즈 , 1~1.6T의 홀에 도금하는 것이 상대적으로 효율이 많이 떨어진다.

그래서 약품, 도금 장치, 도금 방법 등의 다양한 변수에서 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구된다. 본 발명은 도금 장치의 구성과 약품관리 방법을 변경하여 기존약품의 성능(도금효율)을 최대로 유지관리한다.

도 7은 본 발명에 따른 전기동도금조를 이용한 도금 효과를 종래의 것과 비교하여 보이는 것이다.

도 7을 참조하면, 종래의 전기동도금조의 경우 88~92% 정도의 T/P를 보이는 것에 비해 본 발명에 따른 전기동도금조의 경우 100~105%의 T/P를 보이는 것을 알 수 있다.

52...도금액 `54...도금조
56...양극 58...양극
60...이온교환 차단막

Claims

인쇄회로기판의 전기동도금에 사용되는 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조에 있어서,
첨가제가 첨가된 도금액을 수용하는 도금조;
상기 도금조 내부의 일측에 설치되는 용해가능한 양극;
상기 도금조 내부에서 상기 용해 가능한 양극에 대항하여 설치되는 음극; 및
상기 용해가능한 양극과 상기 음극을 분리하는 이온교환 차단막;
을 포함하는 용해가능한 양극 타입의 전기동도금조.
제1항에 있어서, 상기 용해가능한 양극은 함인동인 것을 특징으로 하는 전기동도금조.
제1항에 있어서, 상기 용해가능한 양극은 구리볼이 담겨진 바스켓으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전기동도금조.