WO2012026628A1 - 전도성 표면 실장 단자용 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

전도성 표면 실장 단자용 필름 및 그 제조 방법 Download PDF

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황태조
박정덕
이상원
임은아
정철화
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Definitions

  • the present invention relates to a film for a conductive surface mount terminal and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a film formed of at least one surface for mounting a conductive surface mount terminal and a method of manufacturing the same.
  • SMT Surface Mount Technology
  • a conductive surface mount terminal may be interposed therebetween for bonding between the electronic component and the circuit board or the electronic component and the electronic component.
  • the conductive surface mount terminal is generally referred to as an electrical contact gasket and is used to conduct electricity to a surface mounting device (SMD) mounted on a printed circuit board. Therefore, the electrical contact mounting terminal must include an electrical conductor that conducts electricity.
  • SMD surface mounting device
  • the electrical contact mounting terminal can overcome the high temperature environment imparted in the reflow soldering process. It must have heat resistance characteristics.
  • the electrical contact mounting terminal is a material that is a raw material of a component used in an automated process, very demanding characteristics are required.
  • the conductive surface mount terminal generally has a structure coated with a conductive film or wrapped with a metal thin film to enable automatic mounting and reflow process on an elastic material that can be restored in response to external compression. To have.
  • the conventional conductive surface mount terminal is generally a form in which conductive powder is coated on the surface or a metal foil having good electrical conductivity.
  • FCCL Flexible Copper Clad Laminates
  • a conventional conductive surface mount terminal using a metal foil has a structure including an inner elastic core 10 and a metal foil 20 bonded through the elastic core and the nonconductive adhesive layer 30.
  • the conductive surface-mount terminal using the metal foil 30 since the crack is remarkably generated in the metal foil 30, its manufacturability and efficiency is low, it was difficult to actually use.
  • an object of the present invention is easy to install the material without slip phenomenon even in a high-temperature reflow soldering process, and there is no deformation or breakage of the surface of the material during manufacture or use.
  • An object of the present invention is to provide a film for a conductive surface mount terminal capable of improving efficiency and reducing a defect rate in a mounting and reflow process.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the film for the conductive surface-mount terminal.
  • Conductive surface mount terminal film for achieving the above object is a heat-resistant film; And a metal layer formed in contact with one surface or both surfaces of the heat resistant film, wherein the metal layer includes a lower plating layer formed on and in contact with one surface of the heat resistant film, a plating layer formed on the lower plating layer, and tin formed on the plating layer. It includes a plating layer.
  • a method of manufacturing a conductive surface mount terminal film comprising: forming a lower plating layer by plating copper or nickel on a heat-resistant film by an electroless plating method; Forming a plating layer on the lower plating layer by an electrolytic or electroless plating method; And forming a tin plating layer on the plating layer.
  • the conductive surface mount terminal according to another feature of the present invention is formed by wrapping an inner material having elastic force with the film for the conductive mount terminal.
  • the terminal Since the film for the conductive surface mount terminal of the present invention is smoothly bonded to the tin component dissolved in the solder cream in the reflow soldering process, the terminal does not slip, and thus the conductive surface mount terminal may be seated in place. . Accordingly, applying the terminal to which the film for the conductive surface mount terminal of the present invention is applied to the substrate does not adversely affect the flow of the current or the micro signal, thereby reducing the possibility of malfunction of the electronic device.
  • the conductive surface mount terminal film of the present invention can increase the stability and extend the life of the conductive surface mount terminal because there is no deformation or breakage of the material surface even in frequent repeated compression.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional contact terminal manufactured using an elastic core, an adhesive, and a metal foil.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a film for a conductive surface mount terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a conductive surface mount terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a mounting terminal manufactured using a film for a conductive surface mount terminal according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a method of performing a compression test by a cyclic load on a conductive surface mount terminal.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a resistance measurement reference point in the resistance measurement test of the soldered terminal after soldering the conductive surface-mount terminal.
  • plating layer 123 tin plating layer
  • the conductive surface-mount terminal film 100 is a heat-resistant film (110); And a metal layer 120 in contact with one surface or both surfaces of the heat resistant film, wherein the metal layer 120 is formed on the lower plating layer 121 and the lower plating layer in contact with one surface of the heat resistant film.
  • the conductive surface-mount terminal film 100 of the present invention may be formed by contacting the metal layer 120 on one or both surfaces of the heat resistant film.
  • the heat-resistant film 110 is formed with a plurality of holes, the metal layer 120 is formed in contact with both sides of the heat-resistant film is provided to be electrically connected to each other through the plurality of hole wall surface, the conductive surface
  • the electrical conduction performance of the mounting terminal film 100 can be maximized.
  • the conductive surface-mount terminal film 100 has a structure electrically connected through the plurality of hole wall surfaces, the metal layer 120 formed on the opposite side of the heat-resistant film even if a crack occurs in the outermost metal layer of the film. Since it still maintains conductivity, the mounting terminal made of the film 100 can stably perform the original function of maintaining electrical conductivity.
  • the film 100 for conductive surface mount terminals of this invention has an electrical resistance of 100 kPa or less, and has a thickness of 10-80 micrometers.
  • the thickness of the film is 10 ⁇ m or less, it is difficult to use the film to wrap the elastic core due to falling in workability such as tearing or wrinkling in the film.
  • the thickness of the film is 80 ⁇ m or more, the film becomes too stiff so that workability is inferior and is not suitable for production of mounting terminals.
  • the first component constituting the conductive surface-mount terminal film 100 of the present invention is a heat-resistant film 110 that serves as a substrate on which an electrically conductive metal is coated.
  • the heat-resistant film may be a polyimide film, a polyamide film, a polyethylene naphthalate (PEN) film, and a polyether ether ketone (PEEK) film, if the film can be used in the temperature range 180 ⁇ 270 °C reflowable Do not put that limit.
  • the metal layer 120 may be formed on the heat resistant film by a plating method, and includes a lower plating layer 121, a plating layer 122, and a tin plating layer 123.
  • the lower plating layer 121 is a base base layer for smoothly forming the plating layer 122 and the tin plating layer 123, and thus the electroless plating is performed on the surface of the heat resistant film because the heat resistant film 110 is non-conductive. Is formed.
  • the lower plating layer 121 may be formed of a nickel plating layer or a copper plating layer in consideration of the heat resistance film and the bonding force.
  • a chemical copper plating solution including EDTP ethylene dinitrolyl tetra 2-propanol
  • EDTP ethylene dinitrolyl tetra 2-propanol
  • Complexing agent EDTA ethylenediamine tetra acetic acid
  • the chemical copper plating solution may be a plating solution that is commonly used, and for example, a plating solution containing 3 to 8 g / L of copper, 4 to 12 g / L of formaldehyde, and 5 to 15 g / L of caustic soda may be used.
  • a nickel plating solution generally used for the lower plating layer 121 may be used.
  • the nickel-phosphorus plating is preferably performed under conditions of 35 to 50 ° C. and 0.5 to 2 min using a nickel plating solution containing 3 to 7 g / L nickel, 20 to 40 g / L sodium hypophosphite, and 10 to 20 g / L citric acid. Can be done.
  • the plating liquid may be adjusted to pH 8.5 to 8.7 with ammonia water to precipitate an intermetallic compound of Ni-P, thereby improving adhesion between the heat-resistant film and the metal.
  • a P-based reducing agent such as sodium hypophosphite
  • P is also precipitated at the same time as the precipitation of Ni, wherein the precipitated Ni and P exist as a Ni-P intermetallic compound having a dense structure. This structure has a compact organizational structure and is excellent in improving corrosion resistance.
  • the plating layer 122 having a thickness of 1 to 5 ⁇ m may be formed on the lower plating layer by using an electrolytic or electroless plating method.
  • the plating layer 122 formed as described above is a layer formed to stably maintain electrical conductivity of the surface mount terminal by allowing a current to flow smoothly through the conductive surface mount terminal film 120. Therefore, in the present invention, when the thickness of the copper or nickel used in the lower plating layer 121 is sufficiently maintained, the same may serve as the plating layer 122.
  • the plating layer 122 is coated with a thickness of more than 5 ⁇ m thick when manufacturing the mounting terminal, when the mounting terminal is applied to the compressive force in the actual use environment to recover the original state may cause severe wrinkles or tears on the surface Can be. If the thickness of the plating layer 122 is less than 1 ⁇ m, the purpose of increasing conductivity due to the plating layer 122 may not be sufficiently achieved. Therefore, the thickness of the plating layer 122 is preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the plating layer 122 may be a metal having an electrical conductivity or an alloy thereof. In consideration of the fact that compressive stress is applied in the actual soldering operation and the use environment, it is preferable to use a ductile copper, which is similar to the ductility of copper. Materials such as gold, silver, or Ni-Cr alloy having physical properties can be used.
  • the plating layer 122 may be formed by performing strike plating and electroplating, and may be formed by a sputtering method.
  • the tin plating layer 123 is a layer formed to prevent surface oxidation of the conductive surface mount terminal film 100 and to prevent slip phenomenon upon surface mounting, and is formed using a tin electroplating solution. Since the film for the conductive surface-mount terminal of the present invention is used in a high temperature reflow soldering process, it has a tin plating layer 123 formed of tin on the outermost surface in order to minimize slip phenomenon generated in the soldering process.
  • the tin plating layer 123 preferably has a thickness of 0.3 to 3.5 ⁇ m.
  • the thickness of the tin plating layer 123 is 0.3 ⁇ m or less, the amount of tin melted in the tin plating layer 123 may be insufficient during the high temperature soldering process, and thus, the tin plating layer 123 may not be sufficiently bonded with tin included in the solder cream.
  • the result is that the metal is bonded to other metal components other than tin included in the lower plating layer 121 or the plating layer 122.
  • the dissimilar metals may not be uniformly bonded to each other, and may be unevenly spread to each other, thereby causing a slip phenomenon on the printed circuit board.
  • the tin plating layer 123 is formed to be 3.5 ⁇ m or more, the amount of tin melted in the tin plating layer 123 increases, and in the process of combining the molten excess tin with tin contained in the solder cream. Non-uniform tin granules are formed between the conductive surface mount terminal and the printed circuit board. The tin granules thus formed cause cracks in the metal layer 120 of the film for conductive surface mount terminal 100 when a compressive load is applied from the outside.
  • the manufacturing cost increases in terms of price. Therefore, it is preferable to form the tin plating layer 123 in 3.5 micrometers or less.
  • the tin electroplating solution used in the formation of the tin plating layer 123 may include lactic acid first stone (SnSO 4 ) and sulfuric acid, and the lactic acid first stone may have a concentration of 20 to 40 (g / L). Silver can be used at a concentration of 80 to 200 (mL / L).
  • the conductive surface-mount terminal film 100 of the present invention comprises the steps of forming a lower plating layer 121 by plating copper or nickel on the heat-resistant film 110 by an electroless plating method; Forming a plating layer 122 on the lower plating layer 121 by an electrolytic or electroless plating method; And forming a tin plating layer 123 on the plating layer 122.
  • the etching step is a step of surface modification by dipping a heat resistant film selected from a polyimide film, a polyamide film, a PEN film, a PEEK film, and the like into an alkaline solution.
  • a degreasing process may be performed to remove contaminants on the surface of the film.
  • the impurities present on the surface of the heat resistant film may be removed to increase adhesion or adhesive strength between the heat resistant film 110 and the lower plating layer 121.
  • a commercial degreasing agent Okuno Chemical, Ebara, Aekyung Emulsification, MK Chem & Tech, or an international company
  • the etching step of imparting hydrophilicity by surface modification of the heat resistant film 110 may use an alkaline etching process using caustic soda mentioned in Patent Registration 10-0377265, or 10-0344958. At this time, if a part of the solvent used for monomer dissolution of the heat resistant polymer film is added to the alkaline etching solution, the etching efficiency can be increased.
  • the lower plating layer 121 may be formed on the heat-resistant film 110 to which the hydrophilicity is imparted to the surface by using an electroless plating method.
  • the polarization of the surface of the heat-resistant film and the catalyst treatment increase the electroless plating efficiency.
  • the polymer When the main chain of the polymer is broken or the bond group is broken by etching, the polymer has hydrophilicity, and therefore, the bond group of OH ⁇ present in the alkaline etching solution used at the time of etching is easily attached. Therefore, in forming the lower plating layer using the electroless plating method, the efficiency of the electroless plating is increased by removing the bonding group of OH ⁇ present on the surface of the heat-resistant film and providing polarity.
  • An acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid may be used to remove the bonding group of OH ⁇ .
  • the conductive surface mount terminal of the present invention is not intended for a circuit board, neutralization treatment with an acidic solution is sufficient because it does not require bonding or adhesion of very microscopic parts.
  • the lower plating layer 121 is formed on the heat-resistant film 110 to which polarity is applied by using an electroless plating method.
  • the electroless plating layer may be copper plating or nickel plating to enhance the bonding strength with the heat resistant film.
  • an electroless containing an ethylene dinitrolo tetra 2-propanol (EDTP, hereinafter referred to as EDTP) amine salt complexing agent A plating liquid can be used.
  • EDTP ethylene dinitrolo tetra 2-propanol
  • most complexing agents use ethylene diamine tetraacetic acid (hereinafter referred to as EDTA), but when the EDTA is used in a plating solution, it is present in the form of EDTA-2Na + or EDTA-4Na + , which is an extra functional group. Na + accumulates in the plating liquid and affects the pH control and the liquid load of the plating liquid.
  • the present invention uses EDTP in consideration of the continuous process.
  • the liquid life of the chemical copper plating solution used is long, so that the plating solution does not need to be frequently replaced.
  • the lower plating layer 121 may be formed by appropriately selecting among copper and nickel.
  • the tin plating layer 123 may be formed by using an electroplating method.
  • a plating layer 122 having a thickness of 1 to 5 ⁇ m may be formed on the lower plating layer 121.
  • the tin plating layer 123 is formed by tin plating to facilitate soldering on the plating layer 122 thus formed.
  • the tin component present in the tin plating layer 123 thus formed is smoothly bonded to each other in the tin cream dissolved in the solder cream in the reflow soldering process, thereby preventing slippage of the terminal.
  • the tin plating may use an electrolytic plating method or an electroless plating method.
  • the conductive surface mount terminal film including the tin plating layer 123 plated using tin regardless of the plating method is because the solder cream and soldering applied to the printed circuit board in the soldering process is smooth.
  • the conductive surface mount terminal film of the present invention prepared as described above can be stored for a long time in an atmospheric pressure atmosphere by forming an organic or inorganic coating on the surface. Forming the film in this way to improve the convenience of storage, it is possible to use a commonly used anti-rust lubricant (WD40, Bex intercorporation).
  • WD40 anti-rust lubricant
  • an adhesive 200 may be applied to the conductive surface mount terminal film 100 manufactured by the above method, and then bonded to the elastic core 300 to manufacture the conductive surface mount terminal.
  • a polyimide heat-resistant film having a thickness of 25 ⁇ m was degreased at 35 ° C. for about 1 minute with a degreasing agent (ACE CLEAN, an international company).
  • ACE CLEAN an international company
  • surface modification was performed by etching at 65 ° C. for 2 minutes in a 100 g / L caustic soda (NaOH) solution.
  • the modified heat-resistant film was immersed in 15 mL / L of dilute hydrochloric acid solution containing 30 mL / L coupling agent (KBM 603, Shinetsu Co., Ltd.) to neutralize the cationic metal Na + , and then replaced with H + ions. Polarity was given.
  • the catalyst was treated with a catalyst manufactured by McDermid Co., Ltd. (D-34, Shinsung Chemical Co., Ltd.) composed of a mixture of palladium chloride and tin chloride, and the surface of the heat-resistant film was activated with an aqueous solution of sulfuric acid of about 85 mL / L. .
  • the electroless plating solution was plated at 36 ° C. for 70 seconds in a chemical copper plating solution containing 5 g / L copper, 4.6 g / L formaldehyde, and 11.5 g / L caustic soda.
  • the copper complexing agent in the plating solution used was ethylene dinitrolo tetra 2-propanol amine salt (EDTP, Quadrol-75, BASF, Germany).
  • Plating layer formation After the electroless plating, using an electrolytic plating solution containing 130g / L copper sulfate hydrate (CuSO 4 ⁇ H 2 O) and 105g / L sulfuric acid. Then a current density of 0.2A / dm 2 performing strike plating for one minute, and subjected to electrolytic plating from 2.5A / dm 2, to form a copper conductive layer to have a thickness of from about 4um.
  • an electrolytic plating solution containing 130g / L copper sulfate hydrate (CuSO 4 ⁇ H 2 O) and 105g / L sulfuric acid.
  • a current density of 0.2A / dm 2 performing strike plating for one minute, and subjected to electrolytic plating from 2.5A / dm 2, to form a copper conductive layer to have a thickness of from about 4um.
  • Tin Plating Layer Formation Electroplating was performed to form a tin plating layer on the lower plating layer. At this time, the electrolytic tin plating solution used was a plating solution containing 30 g / L of lactic acid first stone (SnSO 4 ) and 100 g / L of sulfuric acid. Tin was plated at a current density of 1.5 A / dm 2 using the plating solution and plated at a thickness of 3.0 ⁇ m to prepare a film for a conductive surface mount terminal of the present invention.
  • the electrolytic tin plating solution used was a plating solution containing 30 g / L of lactic acid first stone (SnSO 4 ) and 100 g / L of sulfuric acid. Tin was plated at a current density of 1.5 A / dm 2 using the plating solution and plated at a thickness of 3.0 ⁇ m to prepare a film for a conductive surface mount terminal of the present invention.
  • a water-soluble rust inhibitor (WD40, Beck's Intercorporation) was treated and stored.
  • nickel-phosphorus plating was performed instead of copper plating. Specifically, the nickel-phosphorus plating was performed at 36 ° C. for 1 minute in an electroless plating solution containing 5.0 g / L of nickel, 16.3 g / L of sodium hypophosphite, and 23 g / L of citric acid in the plating solution. In the plating process, the pH was adjusted to 8.7 with ammonia water to precipitate Ni-P intermetallic compounds.
  • sputtering was performed to form a metal plating layer of Ni-Cr alloy.
  • the film for a conductive surface mount terminal using the same method as in Example 1 above. Was prepared.
  • Example 1 In the step of forming a tin plated layer in Example 1, the film for a conductive surface-mount terminal using the same method as in Example 1, except that the nickel plating is excellent in corrosion resistance instead of tin plating in the electroless plating method Prepared.
  • the nickel plating was performed by plating for 1 minute at 36 ° C. in an electroless plating solution containing 5.0 g / L of nickel, 16.3 g / L of sodium hypophosphite, and 23 g / L of citric acid, and adjusting the pH to 8.7 with ammonia water.
  • Example 1 In the step of forming a tin plated layer in Example 1, a film for a conductive surface mount terminal was manufactured using the same method as in Example 1 except that nickel plating having excellent corrosion resistance instead of tin plating was performed by electroplating. It was.
  • the nickel plating is performed in an electrolytic plating solution containing nickel sulfate hydrate (NiSO 4 ⁇ H 2 O) 240g / L, nickel chloride hydrate (NiCl 2 ⁇ H 2 O) 45g / L, boric acid (H 3 BO 3 ) 45g / L It was carried out for 2 minutes at 55 °C, 3A / dm 2 , pH 4 conditions.
  • NiSO 4 ⁇ H 2 O nickel sulfate hydrate
  • NiCl 2 ⁇ H 2 O nickel chloride hydrate
  • boric acid H 3 BO 3
  • Example 1 the formation of the tin plating layer was omitted, and the film for the conductive surface mount terminal was manufactured in the state in which only the copper conductive layer was formed on the outer layer.
  • Example 1 using only the metal foil without the use of a heat-resistant film, to form a tin-plated layer with tin to produce a metal-coated heat-resistant material.
  • electrolytic copper foil 35um (comparative example 4), rolled copper foil 35um (comparative example 5), and tin foil 50um (comparative example 6) were used, respectively.
  • a film for conductive surface mount terminals was prepared in the same manner as in Example 1, except that the tin plating layer was formed to a thickness of 0.2 ⁇ m (Comparative Example 7) and 5.0 ⁇ m (Comparative Example 8).
  • a silicone rubber with a shore hardness of 50 ° was cured at 250 ° C. in a vertical vulcanizer to prepare a silicone elastic core, and a silicone adhesive (Dow Corning) was uniformly coated with a thickness of about 0.1 mm.
  • the conductive surface mounting terminal films prepared in Examples and Comparative Examples were wrapped and attached thereto, and cut to a predetermined length to prepare conductive contact terminals for mounting the substrate surface (FIG. 4).
  • the conductive surface mount terminals thus manufactured were reflowed at about 250 ° C. for 5 minutes, similar to actual process conditions, and the slip angles during soldering were measured (Table 1).
  • tin plating of the surface is essential for the smooth contact between the substrate and the terminal and the proper position at the time of soldering in the contactor contact terminal for conductive surface mounting.
  • the conductive surface mount terminal was manufactured using the film for conductive surface mount terminals manufactured in the said Example and the comparative example.
  • the mounting terminal when the mounting terminal is used in an electronic device that is subjected to a large compressive load, for example, when it is used in a speaker, a mobile phone, or a vehicle, the mounting terminal of the comparative example may be difficult to function as a mounting terminal for electrical contact.
  • a large compressive load for example, when it is used in a speaker, a mobile phone, or a vehicle
  • the mounting terminal of the comparative example may be difficult to function as a mounting terminal for electrical contact.
  • the mounting terminal manufactured using the films of Comparative Examples 4 to 8 had cracks on the surface of the terminals and some torn portions occurred, so that the measured value could not be measured at the time of resistance measurement.
  • the mounting terminal manufactured using the film of Comparative Example 3 has the same structure as the conventional flexible copper clad laminate (fccl), the soldering properties are not good, so the outermost material layer is coated with a tin layer. It can be seen that the mounting terminals prepared using the films of Examples 1 to 3 are suitable for practical use.
  • the material is easy to be mounted even in a high-temperature reflow soldering process, there is no deformation or breakage of the surface of the material even in frequent repeated compression, and there is little breakage in the metal layer providing conductivity to the conductive contact terminal. It is possible to provide a film for a conductive surface-mount terminal that does not lose.
  • the present invention can provide a conductive surface mount terminal that does not adversely affect the flow of current or the micro-signal because the slip phenomenon does not occur even in the high temperature reflow soldering process is settled in place.

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Abstract

본 발명은 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제공한다. 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 내열 필름 및 상기 내열 필름의 표면에 접촉 형성된 금속층을 포함하거나, 제 1 금속층, 상기 제 1 금속층의 표면에 접촉 형성된 내열 필름, 및 상기 내열필름의 타 표면에 접촉 형성된 제 2 금속층을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 리플로우 솔더링 공정에서 솔더 크림에 용해된 주석 성분과 상호간의 원활하게 결합하게 되어 단자의 슬립 현상이 발생하지 않아 전도성 표면 실장 단자가 정위치에 안착될 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름이 적용된 단자를 기판에 적용하면 전류의 흐름 또는 미세신호에 악영향을 미치지 않아 전자기기의 오작동 우려가 적다.

Description

전도성 표면 실장 단자용 필름 및 그 제조 방법
본 발명은 전도성 표면 실장 단자용 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 표면 실장 단자의 실장을 위해 금속이 일 표면 이상에 형성된 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전자, 통신 산업에서 공정 비용의 절감과 제품의 소형화 기술에 대한 요구가 중요하게 취급되고 있으며, 그에 따라 복잡한 전자 회로와 조밀한 집적 회로가 양산되고 있다. 표면 실장 기술(Surface Mount Technology: SMT)은 전자 부품을 인쇄회로 기판(PCB) 위에 올려놓고 고온을 인가하여 부착시키는 자동화 기술로서, 이러한 SMT 공정을 통해 전자부품간의 전기적 접촉 품질이 향상되고, 공정 시간이 단축되고, 제품의 초소형화가 더욱 가능하게 되었다.
이러한 SMT 공정에서는 전자 부품과 회로 기판 또는 전자 부품과 전자 부품 간의 접합을 위해서 그 사이에 전도성 표면 실장 단자가 개입될 수 있다.
상기 전도성 표면 실장 단자는 일반적으로 전기접촉 가스켓 이라고도 불리며, 전자회로기판(Printed Circuit Board)에 실장되는 표면실장기구(SMD: Surface mounting Device)에 전기를 도전시키기 위해서 사용된다. 따라서 상기 전기 접촉성 실장 단자는 전기를 도전시키는 전기전도체를 포함하여야 한다.
현재의 실장 기술은 자동실장(자삽) 공정을 거친 후, 리플로우 공정에서 솔더링 하는 것이 일반적인 점을 고려할 때, 상기 전기 접촉성 실장 단자는 리플로우 솔더링 공정에서 부여되는 고온의 환경을 극복할 수 있는 내열 특성을 가져야 한다.
근래에 저온 리플로우 공정 등이 개발되는 추세이지만, 상기 전기 접촉성 실장 단자는 자동화 공정에 사용되는 부품의 원자재가 되는 소재이므로 매우 까다로운 특성이 요구된다.
따라서 전도성 표면 실장 단자는 전기적 접속 불량의 문제를 방지하기 위하여 일반적으로 외부 압축에 대응하여 복원이 가능한 탄성 소재 외부에 자동 실장 및 리플로우 공정이 가능하도록 도전체 코팅을 하거나 금속 박막으로 감싼 구조를 일반적으로 갖는다.
그에 따라 종래의 전도성 표면 실장 단자는 도전성 파우더가 표면에 코팅된 형태나 또는 전기 전도도가 좋은 금속 박을 사용하는 형태가 일반적이었다. 이를 위해 금속 박으로 연성동장적층판(FCCL; Flexible Copper Clad Laminates)을 사용하려는 시도가 있었다.
그러나, 현재 시판 또는 유통되고 있는 기타 소재들은 전도성 표면 실장 단자의 전용 소재로 사용하기에는 여러 가지 문제점이 발생하고 있다.
예를 들어, 표면을 도전성 파우더로 코팅을 하는 경우에는 은(Ag)이 코팅 된 동(Cu) 파우더를 사용하는데, 상기 파우더를 표면에 고루 코팅시키기 어려워 전기전도도에 문제가 발생할 수 있었고, 코팅에 완벽을 기하기 위해 파우더를 많이 사용한다면 가격적 측면에서 비효율적이 되었다.
또한, 금속박을 전도성 표면 실장 단자에 사용하는 경우에는 가공 공정에서 균열 현상이 현저하게 발생하는 문제점이 있었다.
도 1에 도시한 바와 같이, 금속박을 사용한 종래의 전도성 표면 실장 단자는 내부의 탄성코어(10), 상기 탄성코어와 비전도성 접착층(30)을 통하여 결합하는 금속박(20)을 포함하는 구조를 가진다. 그런데, 금속박(30)을 이용하여 상기 전도성 표면 실장 단자를 제조하는 경우, 금속박(30)에 균열이 현저하게 발생하므로 그 제조성 및 효율성이 낮아 실제 사용이 어려웠다.
그리고, 시판되는 연성동장적층판을 전도성 표면 실장 단자로 사용하는 경우에는 내열 필름과 금속층의 두꺼운 두께로 인하여 가공시 어려운 점이 있었고, 연성동장적층판 표면의 구리층으로 인하여 솔더링 공정시에 접촉단자가 슬립하여 자삽공정에서 문제점이 있었다.
특히 대한민국 특허 10-0845534의 연성동장적층판과 관련된 공지기술을 이용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하면, 약 200℃ 전후의 솔더링 공정에서 내열필름과 금속박의 탈리 현상이 두드러진다. 이러한 현상은 솔더링 공정에서 요구되는 소재특성과 회로가공에서 사용되는 연성동장적층판의 소재특성과 상이하기 때문이다. 즉, 전도성 표면 실장 단자용 필름은 열가공 및 열 충격에 잘 견디도록 설계가 되어야 하므로, 연성동장적층판을 그대로 전도성 표면 실장 단자용 필름에 사용할 수는 없었다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 고열의 리플로우 솔더링 공정에서도 슬립 현상이 발생함이 없이 재료의 장착이 용이하고, 제조 또는 사용 중 소재 표면의 변형 또는 파손이 없어 자동 실장 및 리플로우 공정에서 효율성을 향상시키고, 불량률을 감소시킬 수 있는 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조 방법을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 전도성 표면 실장 단자용 필름은 내열 필름; 및 상기 내열 필름의 일면 또는 양면에 접촉 형성되어 있는 금속층;을 포함하되, 상기 금속층은 상기 내열 필름의 일면에 접촉 형성되어 있는 하부 도금층, 상기 하부 도금층 상에 형성된 도금층, 및 상기 도금층 상에 형성된 주석 도금층을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법은 내열 필름에 무전해 도금 방식으로 구리 또는 니켈을 도금하여 하부 도금층을 형성하는 단계; 상기 하부 도금층에 전해 또는 무전해 도금 방식으로 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 도금층에 주석 도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 전도성 표면 실장 단자는 탄성력을 가지는 내부 재료를 상기 전도성 실장 단자용 필름으로 감싸서 형성된다.
본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 리플로우 솔더링 공정에서 솔더 크림에 용해된 주석 성분과 상호간의 원활하게 결합하게 되어 단자의 슬립 현상이 발생하지 않아 전도성 표면 실장 단자가 정위치에 안착될 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름이 적용된 단자를 기판에 적용하면 전류의 흐름 또는 미세신호에 악영향을 미치지 않아 전자기기의 오작동 우려가 적다.
또한, 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 잦은 반복 압축에서도 소재 표면의 변형 또는 파손이 없으므로 전도성 표면 실장 단자의 안정성을 증가시키고, 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 탄성코어, 접착제, 금속박을 사용하여 제조된 종래 접촉단자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 표면 실장 단자용 필름의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 표면 실장 단자의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전도성 표면 실장 단자용 필름을 사용하여 제조한 실장단자의 사시도이다.
도 5는 전도성 표면 실장 단자에 대하여 반복하중에 의한 압축 테스트를 실시하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 6은 전도성 표면 실장 단자를 솔더링 후, 솔더링된 단자의 저항측정 시험 시 저항 측정 기준점을 도시한 그림이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 실장단자용 필름 200 : 접착제층
300 : 내부쿠션재 110 : 내열필름
120 : 금속층 121 : 하부 도금층
122 : 도금층 123 : 주석 도금층
이하, 도 2를 참고하여, 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름에 대하여 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)은 내열 필름(110); 및 상기 내열 필름의 일면 또는 양면에 접촉 형성되어 있는 금속층(120);을 포함하되, 상기 금속층(120)은 상기 내열 필름의 일면에 접촉 형성되어 있는 하부 도금층(121), 상기 하부 도금층 상에 형성된 도금층(122), 및 상기 도금층 상에 형성된 주석 도금층(123)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)은 내열 필름의 일면 또는 양면에 금속층(120)을 접촉하여 형성할 수 있다.
이 때, 상기 내열 필름(110)은 복수개의 구멍이 형성되고, 상기 내열 필름의 양면에 접촉 형성되어 있는 금속층(120)은 상기 복수개의 구멍 벽면을 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구비되어, 상기 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)의 전기 전도 성능을 극대화할 수 있다. 이렇게 상기 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)이 상기 복수개의 구멍 벽면을 통해 전기적으로 연결된 구조를 갖는 경우에는 상기 필름의 최외곽 금속층에 크랙이 발생한다고 하더라도 내열 필름의 반대 면에 형성된 금속층(120)은 여전히 전도성을 유지하므로 상기 필름(100)으로 제조된 실장 단자는 전기 전도성 유지라는 본래의 기능을 안정적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)은 100Ω 이하의 전기저항을 가지고, 10 내지 80㎛의 두께를 갖는다. 상기 필름의 두께가 10㎛ 이하인 경우, 필름에 찢어짐 또는 구김 현상이 발생하는 등 가공성에 떨어져서 탄성 코어를 감싸는 용도로 사용하기 어렵다. 그리고, 상기 필름의 두께가 80㎛ 이상인 경우에도 필름이 너무 뻣뻣해져서 가공성이 떨어지고 실장단자의 제조에 적합하지 않다.
본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)을 이루는 제1구성요소는 전기 전도성 금속이 코팅되는 기재 역할을 수행하는 내열필름(110)이다. 상기 내열필름은 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 필름을 사용할 수 있으며, 리플로우가 가능한 온도 영역인 180 ~ 270℃에서 사용 가능한 필름이면 그 제한을 두지 않는다.
상기 내열필름(110)은 비전도성이므로 전도성 표면 실장 단자용 필름에 사용하기 위해서는 전기전도성을 갖는 금속층(120)을 형성시켜야 한다. 상기 금속층(120)은 도금 방식에 의해 상기 내열필름 상에 형성될 수 있는데, 하부 도금층(121), 도금층(122), 및 주석 도금층(123)을 포함한다.
이때 상기 하부 도금층(121)은 상기 도금층(122), 및 주석 도금층(123)을 원활하게 형성시키기 위한 기초 베이스층으로서 내열필름(110)이 비전도성이므로 무전해 도금을 실시하여 상기 내열필름의 표면에 형성된다. 여기서 상기 하부 도금층(121)은 내열필름과 결합력을 고려하여 니켈 도금층, 또는 구리 도금층으로 형성시킬 수 있다.
특히 본 발명의 필름은 잦은 반복 압축에서도 안정성을 요구하는 전도성 표면 실장 단자에 사용되므로 상기 무전해 도금을 실시할 때 착화제로 EDTP(에틸렌 디 니트로릴로 테트라 2-프로판올)를 포함한 화학동 도금액을 사용할 수 있다. 종래 사용되던 착화제인 EDTA(에틸렌 디 아민 테트라 아세트 산)는 EDTA-2Na+ 또는 EDTA-4Na+의 형태로 존재하여, 도금 용액에 사용할 때, 여분의 관능기인 Na+가 도금액 속에 축적되어 도금액의 미세한 pH조절 및 액 부하에 영향을 주게 된다. 따라서 상기 화학동 도금액에 종래 사용되던 EDTA를 대신하여 EDTP를 사용하여 무전해 도금 공정을 연속공정으로 수행하면 도금액을 안정하게 유지할 수 있어, 무전해 도금되는 하부 구리 도금층을 안정적으로 형성시킬 수 있다. 상기 화학동 도금액은 통상 사용되는 도금액을 사용하여도 무방하며, 그 예로 구리 3~8g/L, 포름알데히드 4~12g/L, 및 가성소다 5~15g/L를 포함하는 도금액을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 하부 도금층(121)에 일반적으로 사용되는 니켈 도금액을 사용할 수도 있다. 상기 니켈 무전해 도금액을 사용하여 하부 도금층(121)을 형성시킬 경우에는 내열필름과 금속층의 결합력이 좋은 장점이 있다. 상기 니켈-인 도금은 바람직하게 니켈 3~7g/L, 차아인산나트륨 20~40g/L, 및 구연산 10~20g/L 을 포함하는 니켈 도금액을 사용하여 35~50℃, 0.5~2min의 조건에서 수행할 수 있다. 이때 상기 도금액은 암모니아수로 pH를 8.5 ~ 8.7로 조절하여 Ni-P의 금속간 화합물이 석출되어서 내열필름과 금속간의 밀착을 개선시킬 수 있다. 여기서, 차아인산 나트륨과 같은 P계 환원제를 사용하여 도금 시, Ni의 석출과 더불어서 P도 동시에 석출 되며, 이때 석출된 Ni와 P가 조직구조가 치밀한 Ni-P금속간 화합물로 존재한다. 이 구조는 조직구조가 치밀하여 내식성 개선 등에 탁월하다. 단, 치밀한 조직구성으로 부식에 강하므로 에칭 공정을 거쳐서 회로 부품 등으로 사용하는 소재, 즉 연성동장적층판(FCCL) 등에서는 회로구현이 어렵고, 상기 Ni-P구조를 억제하여야 한다. 즉, 치밀한 조직구성에서 기인되는 이러한 특징들은 본 발명의 전기 접촉성 실장단자용 필름에서는 내식성 상승, 밀착성 상승의 효과가 있다.
이렇게 하부 도금층(121)을 형성한 후에 전해 또는 무전해 도금법을 이용하여 상기 하부 도금층에 1내지 5㎛ 두께의 도금층(122)을 형성할 수 있다.
이렇게 형성된 도금층(122)은 전도성 표면 실장 단자용 필름(120)에 전류가 원활하게 통하게 하여 표면 실장 단자의 전기 전도도를 안정적으로 유지하기 위하여 형성된 층이다. 따라서 본 발명에서는 상기 하부 도금층(121)에 사용되는 구리 또는 니켈의 두께를 충분히 유지하는 경우, 상기 도금층(122)과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
여기서, 상기 도금층(122)은 두께를 5㎛ 를 초과하여 두껍게 코팅하여 실장단자를 제조하는 경우에는 실제 사용환경에서 압축력이 작용된 실장단자가 본래의 상태로 회복되면서 표면에 심한 구김 또는 찢어짐이 발생할 수 있다. 그리고, 상기 도금층(122)의 두께를 1㎛ 미만으로 코팅하면 도금층(122)으로 인한 전도성 증가 목적을 충분히 달성할 수 없다. 따라서 상기 도금층(122)의 두께를 1 내지 5㎛로 하는 것이 적합하다.
상기 도금층(122)은 전기전도성을 가지는 금속 또는 이들의 합금을 사용 가능한데, 실제 솔더링 작업 및 사용환경에서 압축 응력이 작용되는 점을 고려하면 연성이 좋은 구리를 사용하는 것이 좋고, 구리의 연성과 유사한 물성을 가지는 금, 은, 또는 Ni-Cr 합금 등의 소재를 사용할 수 있다. 상기 도금층(122)은 스트라이크 도금 및 전해도금을 실시하여 형성될 수 있고, 스퍼터링 방식으로 형성될 수 있다.
상기 주석 도금층(123)은 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)의 표면 산화의 방지와 표면 실장 시 슬립현상의 발생을 방지하기 위해 형성되는 층으로써, 주석 전해도금용액을 이용하여 형성된다. 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 고온 리플로우 솔더링 공정에서 사용되므로, 이러한 솔더링 공정에서 발생하는 슬립현상을 최소화하기 위해 최외곽면에 주석으로 형성된 주석 도금층(123)을 갖는다.
상기 주석 도금층(123)은 0.3 내지 3.5㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 주석 도금층(123)의 두께가 0.3㎛ 이하의 경우에는, 고열의 솔더링 공정 시 상기 주석 도금층(123)에서 용융되는 주석의 양이 부족하여, 솔더 크림에 포함된 주석과 충분히 결합하지 못하고, 상기 하부 도금층(121) 또는 도금층(122)에 포함된 주석 이외의 다른 금속 성분과 결합하게 되는 결과가 발생한다. 이렇게 솔더 크림에 포함된 주석이 다른 금속 성분과 결합하게 되면 이종 금속끼리는 균일하게 결합하지 못하고, 서로 불균일하게 확산되어 인쇄회로기판 상에서 슬립 현상이 발생할 수가 있다.
또한, 3.5㎛ 이상으로 주석 도금층(123)을 형성시키는 경우에는 상기 주석 도금층(123)에서 용융되는 주석의 양이 많아지고, 이렇게 용융된 과량의 주석이 솔더 크림에 포함된 주석과 결합하는 과정에서 전도성 표면 실장 단자와 인쇄회로 기판 사이에 불균일한 주석 그래뉼(granule)이 형성된다. 이렇게 형성된 주석 그래뉼은 외부에서 압축 하중이 작용될 때, 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)의 금속층(120)에 크랙이 발생하는 원인이 된다. 또한, 주석 도금층(123)의 두께가 증가할수록 가격 적인 측면에서도 제조단가가 상승하는 원인이 된다. 따라서, 3.5㎛ 이하로 주석 도금층(123)을 형성시키는 것이 바람직하다.
상기 주석 도금층(123)의 형성 시 사용되는 주석 전해도금용액은 유산 제1석(SnSO4) 및 황산을 포함할 수 있고, 상기 유산 제1석은 20 내지 40(g/L)의 농도로 상기 황산은 80 내지 200(mL/L)의 농도로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 전도성 표면 실장 단장용 필름을 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 살펴본다.
상기 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)은 내열 필름(110)에 무전해 도금 방식으로 구리 또는 니켈을 도금하여 하부 도금층(121)을 형성하는 단계; 상기 하부 도금층(121)에 전해 또는 무전해 도금 방식으로 도금층(122)을 형성하는 단계; 및 상기 도금층(122)에 주석 도금층(123)을 형성하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
이때, 상기 하부 도금층(121)의 형성에 앞서 내열필름(110)을 알칼리 용액으로 에칭하는 단계; 및 상기 에칭된 필름에 촉매처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 에칭 단계는 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, PEN 필름, PEEK 필름 등에서 선택된 내열성 필름을 알칼리 용액에 침지하여 표면 개질하는 단계이다.
이때 에칭 단계에 앞서, 필름 표면의 오염물질을 제거하는 탈지공정을 수행할 수 있다. 이렇게 에칭 단계에 앞서 탈지공정을 수행하는 경우 내열필름의 표면에 존재하는 불순물을 제거하여 내열 필름(110)과 하부 도금층(121)의 밀착 또는 접착 강도를 증가 시킬 수 있다. 상기 탈지공정에서는 시판되고 있는 탈지제(Okuno Chemical, Ebara, 애경유화, MK Chem & Tech, 또는 국제기업사)를 사용할 수 있다.
상기 내열필름(110)을 표면개질하여 친수성을 부여하는 에칭 단계는 등록특허 10-0377265, 또는 10-0344958 등에서 언급된 가성소다를 이용하는 알칼리 에칭 공정을 활용할 수 있다. 이때, 알칼리 에칭 용액에 내열 폴리머 필름의 모노머 용해에 사용되는 용제를 일부 첨가하면 에칭 효율을 증가시킬 수 있다.
이렇게 에칭 단계를 통하여 표면에 친수성이 부여된 내열필름(110)에 무전해 도금 방법을 이용하여 하부 도금층(121)을 형성할 수 있다.
도금층의 형성에 앞서, 내열필름의 표면에 극성을 부여하고, 촉매 처리를 하면 무전해 도금 효율이 증가된다.
에칭에 의해서 폴리머의 메인 사슬이 끊어지거나 또는 결합기가 파괴된 경우에는 친수성을 가지고 있으므로, 에칭 시 사용한 알칼리 에칭 용액에 존재하는 OH-의 결합기가 부착되기 쉽다. 따라서 무전해 도금 방법을 이용하여 하부 도금층을 형성함에 있어, 내열 필름 표면에 존재하는 OH-의 결합기를 제거하고 극성을 부여하면 무전해 도금의 효율이 증가하게 된다. 상기 OH-의 결합기를 제거하기 위해 염산, 질산, 또는 황산 등의 산성용액을 사용할 수 있다.
본 발명의 전도성 표면 실장 단자는 회로 기판용이 아니므로, 아주 미시적인 부분의 결합 또는 밀착을 요하지 않아 산성 용액에 의한 중화 처리만으로도 충분하다.
그러나, 여기에 추가적인 극성을 더 부여하기 위해서는 다우코닝 또는 시네츄(Shinetsu) 사에서 시판하는 아민계 결합제 또는 실란제 결합제를 희석염산 등과 섞어서 제조한 용액으로 처리하면 표면 개질된 내열필름에 극성 부여 효과가 탁월하다. 그리고, 상기 에칭 단계에서 사용한 알칼리 용액의 성분에 따라, 내열 필름 폴리머의 단절 사슬 또는 결합기에 잔존하는 Na+, K+ 등의 금속이온을 치환하면서 H+ 또는 Si+, N+ 등으로 결합시켜 극성을 부여하는 것도 가능하다. 이렇게 극성이 부여된 내열필름의 표면에 팔라듐 등의 귀금속 이온을 흡착시켜 내열필름의 극성을 극대화시킬 수 있다.
이렇게 극성이 부여된 내열필름(110) 상에 무전해 도금방법을 이용하여 하부 도금층(121)을 형성한다. 이때, 무전해 도금층은 내열필름과 결합력을 강화시키기 위해 구리 도금, 또는 니켈 도금을 할 수 있다.
이때 잦은 반복 압축에서도 안정성을 요구하는 전도성 표면 실장 단자에 사용되어 극한의 유연성을 요구하는 본 발명에서는 에틸렌 디 니트로릴로 테트라 2-프로판올(EDTP, 이하 EDTP라고 함) 아민염 착화제를 포함하는 무전해 도금액을 사용할 수 있다. 현재, 대부분의 착화제는 에틸렌 디 아민 테트라 아세트 산(이하 EDTA라고 함)이 사용되고 있으나, 이 EDTA를 도금용액에 사용할 때 EDTA-2Na+ 또는 EDTA-4Na+의 형태로 존재하여, 여분의 관능기인 Na+가 도금액 속에 축적되고, 도금액의 pH조절 및 액 부하에 영향을 미친다. 따라서, 도금액 관리의 편의상, 본 발명에서는 연속공정을 고려하여 EDTP를 사용한다.　 상기 하부 도금층(121)에 구리도금을 수행하는 경우에는 사용되는 화학 동도금액의 액 수명이 길어 도금액을 자주 교체하지 않아도 되는 장점이 있다.
또한 상기 하부 도금층(121)에 니켈도금을 수행하는 경우에는 내열필름과의 결합력이 구리 도금보다 증가하는 장점이 있다. 따라서 구리와 니켈 중에서 적절하게 선택하여 하부 도금층(121)을 형성할 수 있다.
상기 하부 도금층(121)이 형성된 내열필름(110)은 전기전도성을 가지므로, 전해도금방식을 이용하여 주석 도금층(123)을 형성할 수 있다.
이때 피도물의 전도성을 증가시키고, 제조된 필름의 전기 전도도를 극대화 시키기 위해, 상기 하부 도금층(121) 상에 1 내지 5㎛ 두께의 도금층(122)을 형성시킬 수 있다.
이렇게 형성된 도금층(122) 위에 솔더링이 용이하도록 주석도금을 실시하여 주석 도금층(123)을 형성시킨다. 이렇게 형성된 주석 도금층(123)에 존재하는 주석 성분은 리플로우 솔더링 공정에서 솔더 크림에 용해된 주석 성분과 상호간의 원활하게 결합하게 되어 단자의 슬립 현상을 방지하게 된다.
주석 도금층(123)을 형성시키는 단계에서 상기 주석도금은 전해 도금방식 또는 무전해 도금방식을 사용할 수 있다. 도금방식에 상관없이 주석을 사용하여 도금한 주석 도금층(123)을 포함하는 상기 전도성 표면 실장 단자용 필름은 솔더링 공정에서 인쇄회로기판에 도포된 솔더 크림과 솔더링이 원활하게 되기 때문이다.
이렇게 제조된 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름은 표면에 유기 또는 무기 피막을 형성시켜 대기압 분위기에서 장기 보관할 수 있다. 이렇게 피막을 형성하는 것은 보관의 편의를 향상시키기 위한 것으로 일반적으로 사용되는 방청윤활제(WD40, 벡스 인터코포레이션)를 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 방법으로 제조된 전도성 표면 실장 단자용 필름(100)에 접착제(200)를 도포하고, 탄성코어(300)와 접착시켜 전도성 표면 실장 단자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표면개질 : 두께 25㎛의 폴리이미드 내열필름(KANEKA 공업, APICAL 25NPI)을 탈지제(ACE CLEAN, 국제기업사)로 35℃에서 약 1분간 탈지처리를 하였다. 상기 탈지된 내열필름에 친수성을 부여하기 위하여, 100g/L농도의 가성소다(NaOH) 용액에서 65℃에서 2분간 에칭 처리하여 표면개질 하였다.
이렇게 개질된 내열필름을 30mL/L 의 커플링제(KBM 603, Shinetsu 사)를 함유한 희석 염산용액15mL/L에 침지하여 양이온 금속 Na+을 탈리하는 중화 처리를 실시하였고, H+ 이온으로 치환시켜 극성을 부여하였다.
이 후, 염화 팔라듐과 염화 주석의 혼합물로 구성된 맥더미드사(D-34, 신성화학 수입 판매) 제조의 촉매를 사용하여 촉매처리하였고, 약 85mL/L의 황산 수용액으로 내열필름의 표면을 활성화시켰다.
하부 도금층 형성 : 이렇게 활성화 공정을 거친 내열 필름 상에 무전해 도금을 실시하였다.
무전해 도금액은 구리 5g/L, 포름알데히드 4.6g/L, 가성소다 11.5g/L를 포함하는 화학동 도금액에서 36℃, 70초 동안 도금하였다. 여기서 도금액 중의 구리의 착화제는 에틸렌 디 니트로릴로 테트라 2-프로판올 아민염(EDTP, Quadrol-75, BASF사, 독일)을 사용하였다.　　
도금층 형성 : 상기 무전해 도금 이후, 황산동 수화물(CuSO4·H2O) 130g/L 및 황산 105g/L을 포함하는 전해도금액을 사용하여. 전류밀도 0.2A/dm2에서 약 1분 동안 스트라이크 도금을 수행한 후, 2.5A/dm2에서 전해 도금을 실시하여, 약 4um의 두께를 가지도록 구리 도전층을 형성시켰다.
주석 도금층 형성 : 상기 하부 도금층에 주석 도금층을 형성시키기 위해서 전해도금을 실시하였다. 이때 사용되는 전해 주석도금액은 유산 제1석(SnSO4) 30g/L 및 황산 100g/L을 포함하는 도금액을 사용하였다. 상기 도금액을 사용하여 주석을 1.5A/dm2의 전류밀도로 도금하여, 두께 3.0um 의 두께로 도금하여 본 발명의 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
이렇게 제조된 실장단자의 표면 부식을 방지하기 위하여, 수용성 방청제 (WD40, 벡스 인터코포레이션)를 처리하여 보관하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 하부 도금층 형성 단계에서 구리도금을 대신하여 니켈-인 도금을 실시하였다. 구체적으로 상기 니켈-인 도금은 도금액 중 니켈 5.0g/L, 차아인산나트륨 16.3g/L, 구연산 23g/L 를 포함하는 무전해 도금액에서 36℃, 1분 동안 수행하였다. 도금 과정에서 암모니아수로 pH를 8.7로 조절하여 Ni-P의 금속간 화합물을 석출시켰다.
상기와 같은 하부 도금층의 형성 단계를 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 도금층 형성 단계에서 스트라이크 도금 및 전해도금을 실시하여 구리 도금층을 형성시키는 것 대신에 스퍼터링을 실시하여 Ni-Cr 합금으로 금속 도금층을 형성시켰다.
구체적으로 무전해 도금층이 형성된 내열 필름상에 스퍼터링 방식으로 두께 1500 Å의 Ni-Cr 합금을 이용하여 금속 도금층을 형성시키는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
실시예 4
지름 0.1mm 크기 및 0.5mm 간격으로 타공된 두께 25㎛의 폴리이미드 내열필름을 사용하여 금속층을 상기 내열필름의 양면에 형성시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 주석 도금층을 형성하는 단계에서, 주석도금 대신에 내식성이 우수한 니켈도금을 무전해 도금 방식으로 실시하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
상기 니켈도금은 니켈 5.0g/L, 차아인산나트륨 16.3g/L, 구연산 23g/L 을 포함하는 무전해 도금액에서 36℃ 1분 동안 도금하여 암모니아수로 pH를 8.7로 조절하여 수행되었다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 주석 도금층을 형성하는 단계에서, 주석도금 대신에 내식성이 우수한 니켈도금을 전해 도금 방식으로 실시하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
상기 니켈도금은 황산니켈수화물(NiSO4·H2O) 240g/L, 염화니켈수화물(NiCl2·H2O) 45g/L, 붕산(H3BO3) 45g/L 를 포함하는 전해 도금액에서 55℃, 3A/dm2, pH 4조건으로 2분 동안 수행되었다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 주석 도금층을 형성하는 것을 생략하고, 외층에 구리 도전층만 형성된 상태로 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
비교예 4 내지 6
상기 실시예 1에서 내열 필름의 사용 없이 금속박만을 사용하여, 주석 으로 주석 도금층을 형성시켜 금속 코팅된 내열 소재를 제작하였다. 상기에서 사용된 금속박은 각각 전해동박 35um(비교예 4), 압연 동박 35um(비교예 5), 주석박 50um(비교예 6)를 사용하였다.
비교예 7 및 8
두께 0.2um(비교예 7) 및 두께 5.0um(비교예 8)의 두께로 주석 도금층을 형성한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제조하였다.
실험예 1
shore 경도 50°의 실리콘 고무를 수직가류기에서 250℃로 경화시켜 실리콘 탄성 코어를 제조하고, 실리콘 접착제(다우코닝사)를 균일하게 약 0.1mm의 두께로 도포하였다.
여기에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전도성 표면 실장 단자용 필름을 감싸 부착시키고, 일정한 길이로 절단하여 기판 표면 실장용 도전성 접촉단자를 제조하였다(도 4).
이렇게 제작된 전도성 표면 실장 단자를 실제 공정 조건과 유사한 약 250℃에서 5분간 리플로우를 실시하고 솔더링 시의 슬립(Slip) 각도를 측정하였다(표 1).
표 1 단위:도(°)
1회 2회 3회
실시예1 2 1 0
실시예2 0 0 2
실시예3 0 1 1
실시예4 0 1 0
비교예1 18 15 15
비교예2 15 13 14
비교예3 8 10 11
비교예4 7 6 8
비교예5 8 5 8
비교예6 0 0 0
비교예7 5 8 5
비교예8 0 1 0
그 결과, 전기전도성 실장단자를 감싼 필름의 최외각 재질에 따라 솔더링 시의 슬립 각도가 변화 하는 것을 알 수 있었고, 전자회로에서의 실장단자의 위치 및 그 기능을 고려하면, 최외각 표면(주석 도금층)에 주석도금이 되지 않으면 단자용 자재로 사용하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있었다.
즉, 주석 이외의 재질로 최외곽 표면에 금속 도금을 하면 솔더링 공정 시 솔더 크림에서 용융되는 주석과 충분히 반응하지 못하여 슬립이 발생하고, 슬립(Slip) 각도가 커지게 된다. 특히 실시예 1 내지 실시예 4에서는 슬립각도가 0내지 2°에 불과한 반면, 주석박을 사용하지 않은 비교예 1내지 5에서는 슬립각도가 5° 내지 18°로 측정되어 최소 2.5배 내지 최대 18배 이상의 슬립각도 차이를 보였다. 또한 0.2um로 주석 도금층을 형성시킨 비교예 7에서도 5° 내지 8°의 각도로 슬립 현상이 발생하였다.
상기 비교예 1 내지 5, 및 비교예 7과 같이 금속층의 최외곽에 주석 도금층이 형성되지 않거나 주석 도금층의 두께가 충분하지 않으면, 실장단자용 필름에서 용융되는 주석의 양이 없거나 부족하게 되고, 이로 인해 솔더 크림에 포함된 주석과 충분히 결합하지 못하고 주석 이외의 다른 금속 성분과 결합함으로써, 결국 이종 금속끼리 균일하게 결합하지 못하고 불균일하게 확산되어 인쇄회로기판 표면에서 슬립 현상이 발생함을 알 수 있었다.
이렇게 슬립(Slip)이 발생하면, 단자와 기판과의 결합보다는 단자를 밀어내려는 성질에 의해서 기판의 정 위치에 단자가 안착하여 위치하지 않으므로, 미세한 회로를 형성하는 부품 등 실장 단자의 위치 이탈은 미세신호 또는 전류의 흐름에 악영향을 줄 수 있고, 이로 인해 전자기기의 오작동이 발생한다.
그러므로, 본 발명과 같은 전도성 표면 실장용 접촉기접촉성 단자에서는 솔더링 시의 기판과 단자 간의 원활한 장착 및 적정한 위치의 장착을 위해서 표면의 주석도금이 필수적임을 알 수 있었다.
실험예 2
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 전도성 표면 실장 단자용 필름을 사용하여 전도성 표면 실장 단자를 제작하였다.
이렇게 제작된 전도성 표면 실장 단자의 사용환경에 적합하도록, 반복하중에 의한 압축 테스트를 실시하였다(표 2, 도 5).
표 2 <압축하중 30N의 반복압축테스트>
100회 200회 5000회
실시예1 ◎ ◎ ◎
실시예2 ◎ ◎ ◎
실시예3 ◎ ◎ ◎
실시예4 ◎ ◎ ◎
비교예1 ◎ ◎ ○
비교예2 ◎ ◎ ○
비교예3 ◎ ◎ ○
비교예4 × × ×
비교예5 × × ×
비교예6 × × ×
비교예7 ○ ○ ○
비교예8 ○ × ×
◎ : 양호
○ : 일부 구김 또는 일부의 크랙 발생
× : 표면의 균열이 심함 또는 표면 찢어짐 발생
표 2에서 비교예 4내지 6의 샘플로 제작한 실장단자는 샘플의 측면에서 표면의 균열이 심하고, 찢어짐이 발생하였다. 이러한 결과로부터 현재 시판되고 있는 금속 박막 재료를 전도성 표면 실장 단자에 적용하기가 어려움을 잘 나타내고 있다.
또한, 비교예 8의 5.0um의 두께로 주석 도금층이 형성된 실장단자에서도 측면에 찢어짐이 발생하였다. 이렇게 주석 도금층의 두께가 두꺼워지면 솔더링 시 용융되는 과량의 주석이 솔더 크림에 포함된 주석과 결합하는 과정에서 전도성 표면 실장 단자와 인쇄회로 기판 사이에 불균일한 주석 그래뉼(granule)이 형성되고, 이렇게 형성된 주석 그래뉼로 인하여 전도성 표면 실장 단자용 필름 측면에 찢어짐 현상이 발생되는 것으로 판단된다.
또한, 실험예 1에서 얻어진 결과처럼, 비교예 1 내지 3, 및 비교예 7의 샘플로 제작한 실장단자는 솔더링 리플로우 공정에서 실제의 장착위치보다 슬립되어서 장착되는데, 이렇게 장착된 실장단자는 5000회의 테스트에서 일부 표면 구김 및 크랙이 발생함을 알 수 있었다.
이러한 결과로부터 실장단자가 많은 압축 하중을 받는 전자기기에 사용될 경우, 예를 들면 스피커, 휴대전화, 자동차 등에 사용될 경우를 고려하면 비교예의 실장단자는 전기접촉용 실장단자로서 기능을 하기 힘들 것으로 유추할 수 있었다.
실험예 3
상기의 실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 사용하여 제조한 실장단자를 사용하여 상기 실험예 2의 5000회 압축 테스트를 실시한 후, 전기저항을 측정하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 저항 측정은 각 샘플 당 3회를 실사한 평균값을 사용하였다. 또한, 저항 측정의 기준점은 도 6에 간단히 설명 하였다.
표 3 <저항측정의 결과> 단위 : 킬로 옴(㏀)
1회 2회 3회
실시예1 0.002 0.002 0.007
실시예2 0.004 0.004 0.008
실시예3 0.004 0.005 0.011
실시예4 0.003 0.004 0.005
비교예1 0.05 0.00 14
비교예2 0.03 0.09 110
비교예3 0.001 0.04 160
비교예4 ∝ ∝ ∝
비교예5 ∝ ∝ ∝
비교예6 ∝ ∝ ∝
비교예7 ∝ ∝ ∝
비교예8 ∝ ∝ ∝
표 3의 결과에서 알 수 있듯이, 실제 장착 후, 사용환경에 준하는 압축 반복테스트를 실시한 결과, 실시예1 내지 3의 전도성 표면 실장 단장용 필름을 사용하여 제조한 실장단자가 가장 우수한 결과를 나타내었다.
이에 반해, 비교예 4 내지 8의 필름을 사용하여 제조된 실장단자는 단자 표면에 균열이 발생하고, 일부 찢어진 부분이 발생하여 저항 측정 시 측정값을 측정할 수 없었다.
특히, 비교예 3의 필름을 사용하여 제조된 실장단자는 구조가 종래의 연성동장적층판 (fccl)과 동일한 구조임에도 불구하고, 솔더링 시의 특성이 좋지 않으므로 결국 최외각 소재층을 주석층으로 코팅한 실시예 1 내지 3의 필름을 사용하여 제조한 실장단자가 실제 사용에 적합함을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고열의 리플로우 솔더링 공정에서도 재료의 장착이 용이하고, 잦은 반복 압축에서도 소재 표면의 변형 또는 파손이 없으며, 도전성 접촉 단자에 전도성을 부여하는 금속층에 파단이 적어서 전도성을 상실하지 않는 전도성 표면 실장 단자용 필름을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 고온 리플로우 솔더링 공정에서도 슬립현상이 발생하지 않아 정 위치에 안착하므로 전류의 흐름 또는 미세신호에 악영향을 미치지 않는 전도성 표면 실장 단자를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 전도성 표면 실장 단자용 필름에 있어서,
    내열 필름; 및
    상기 내열 필름의 일면 또는 양면에 접촉 형성되어 있는 금속층;
    을 포함하되,
    상기 금속층은
    상기 내열 필름의 일면에 접촉 형성되어 있는 하부 도금층,
    상기 하부 도금층 상에 형성된 도금층, 및
    상기 도금층 상에 형성된 주석 도금층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내열 필름은 복수개의 구멍이 형성되고,
    상기 금속층은 상기 내열 필름의 양면에 접촉 형성되며,
    상기 금속층은 상기 복수개의 구멍 벽면을 통해 서로 전기적으로 연결되도록 구비된 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도금층은 구리, 금, 은, 및 니켈-크롬 합금으로 이루어진 군에서 선택되어 1 내지 5㎛ 두께로 형성된 층인 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주석 도금층은 0.3 내지 3.5㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 주석 도금층은 유산 제1석(SnSO4), 및 황산을 포함하는 전해도금액으로 도금하여 형성된 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름.
  6. 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법에 있어서,
    내열 필름에 무전해 도금 방식으로 구리 또는 니켈을 도금하여 하부 도금층을 형성하는 단계;
    상기 하부 도금층에 전해 또는 무전해 도금 방식으로 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 도금층에 주석 도금층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구리를 도금하여 하부 도금층을 형성하는 단계는 에틸렌 디 니트로릴로 테트라 2-프로판올(EDTP)을 착화제로 포함하는 무전해 구리 도금액을 사용하는 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 니켈을 도금하여 하부 도금층을 형성하는 단계는
    니켈 3~7g/L, 차아인산나트륨 20~40g/L, 및 구연산 10~20g/L 를 포함하는 니켈 도금액으로 35~50℃에서 0.5~2분 동안 무전해 도금하는 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 도금층을 형성하는 단계는 산화구리 및 황산을 포함하는 전해도금액을 사용하여. 0.1 내지 0.5A/dm2의 전류밀도에서 스트라이크 도금을 수행하고, 1~ 3A/dm2에서 전해 도금을 실시하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 주석 도금층을 형성하는 단계는 유산 제1석(SnSO4), 및 황산을 포함하는 주석 전해도금액을 사용하고, 0.5~2A/dm2의 전류밀도를 인가하여 0.5 내지 3.5㎛의 두께의 주석층을 도금하는 단계인 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자용 필름의 제조방법.
  11. 탄성력을 가지는 내부 재료를 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전도성 실장 단자용 필름으로 감싸서 형성된 것을 특징으로 하는 전도성 표면 실장 단자.
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JPH11135226A (ja) * 1997-10-27 1999-05-21 Harness Syst Tech Res Ltd 嵌合型接続端子の製造方法
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KR20090018015A (ko) * 2007-08-16 2009-02-19 주식회사 엠에쓰시 내충격성을 갖는 전자파 차폐용 박형 가스켓 및 그 제조방법

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