KR102372995B1 - 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판 및 그 제조방법 - Google Patents

도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

인쇄회로기판에 형성된 구리층; 상기 구리층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층; 상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층; 및 상기 팔라듐 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판이 제공된다.

Description

도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판 및 그 제조방법{High density printed circuit board with plating layer and manufacturing method thereof}
본 명세서에 개시된 기술은 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세회로 구현이 용이하고 우수한 구리 확산 방지층을 형성할 수 있는 고밀도 인쇄회로기판 및 그 도금방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고밀도 인쇄회로기판에는 IC칩, RAM 등과 같은 부품과의 실장을 위한 구리층과 반도체와의 와이어 본딩 등을 위한 구리층이 형성되어 있다. 솔더링되어야 할 구리층과 와이어 본딩되어야 할 구리층의 재질은 구리 또는 구리 합금인 것이 일반적이다. 그런데 외부로 노출된 상기 구리층은 시간이 경과함에 따라 산화되고 부식되어 솔더링 및 와이어 본딩이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있고, 이를 해결하기 위해 상기 구리층에 여러 도금공정이 실시되고 있다.
종래에 상기 구리층 위에 니켈 또는 팔라듐 또는 금을 도금하여 구리의 산화와 부식을 막고, 솔더링 및 와이어 본딩을 원활하도록 하는 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 등의 기술들이 공개되어 있다. 하지만. 니켈을 포함하는 ENIG 및 ENEPIG 도금 공정은 구리 확산을 비교적 효과적으로 방지하여 부품 실장 신뢰성이 양호한 편이지만, 니켈 도금 시 팔라듐 촉매 사용과 높은 니켈 층 두께때문에 미세회로에 대한 대응력이 떨어지고, 니켈 도금 층의 자성과 높은 저항으로 인하여 전송 신호 손실이 크기 때문에 고주파 통신용 부품의 표면 처리로는 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제10-0773272호 대한민국 등록특허 제10-1883250호
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 명세서에 개시된 기술은 니켈 도금층을 포함하지 않으며 미세회로 대응력이 향상되고 우수한 구리 확산 방지층을 형성할 수 있는 고밀도 인쇄회로기판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 측면에 의하면, 인쇄회로기판에 형성된 구리층; 상기 구리층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층; 상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층; 및 상기 팔라듐 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판이 제공된다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면, 인쇄회로기판에 형성된 구리층; 상기 구리 층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층; 상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 상기 은 성분과 팔라듐 성분이 혼합된 은-팔라듐 복합 도금층; 및 상기 은-팔라듐 복합 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판이 제공된다.
본 명세서에 개시된 기술의 또 다른 측면에 의하면, (a) 일정 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판을 전처리하는 단계; (b) 상기 인쇄회로기판의 구리층 위에 은 성분을 포함하는 은 도금층을 도금하는 단계; (c) 상기 은 도금층 위에 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층을 도금하는 단계; 및 (d) 상기 팔라듐 도금층 위에 금 성분을 포함하는 금 도금층을 도금하는 단계를 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법이 제공된다.
상술한 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 도금층은 미세회로 대응력이 우수하고 우수한 구리 확산 방지층을 가지므로 전자부품의 경박 단소화에 따른 회로의 미세화에 대응 및 솔더 및 와이어 신뢰성이 우수하다. 또한 상술한 고밀도 인쇄회로기판의 도금층은 니켈 층을 포함하지 않아 고주파 신호전송손실을 최소화될 수 있다. 한편 상술한 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법에 따르면, 부품 실장 신뢰성이 우수하고 구리 확산 방지 능력이 우수한 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 구현예에 따른 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 팔라듐 성분 증가에 따른 은-팔라듐 복합 도금층의 성장을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 기술의 또 다른 구현예에 따른 은-팔라듐 복합 도금층 및 금 도금층이 도입된 인쇄회로기판의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸다.
도 6은 실시예 2의 도금층을 투과전자현미경(TEM, transmission electron microscopy)으로 분석한 결과이다.
도 7은 실시예 2의 도금층에 대해 원소 성분분석 방법으로 각 층의 성분을 분석한 결과이다.
도 8은 실시예 2의 도금층에 대해 원소 성분분석 맵핑을 이용해 각 층의 성분에 따른 분포를 분석한 결과이다.
이하에서는 본 명세서에 개시된 기술의의 바람직한 구현예를 상세하게 설명한다. 본 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 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 있음을 의미한다.
본 개시된 기술은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 구현예들을 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 개시된 기술을 특정한 구현 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시된 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 기술의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 또는 상부에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시된 기술의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시된 기술의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 첨부한 도면에 의하여 본 명세서에 개시된 기술을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
일 구현예에 따른 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판(100)은 인쇄회로기판(110)에 형성된 구리층(120); 구리층(120) 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층(130); 은 도금층(130)의 상부에 형성되어 있으며 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층(140); 및 상기 팔라듐 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층(150)을 포함한다.
구리층(120)은 인쇄회로기판(110)이 일정한 회로 패턴을 가지도록 형성된 것으로, 솔더링 및 와이어본딩을 위하여 형성될 수 있다. 이때 구리층(120)의 형성은 일정 형상을 가지는 패턴 형성의 방법이라면 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 포토레지스트를 이용한 리소그래피 방식으로 형성될 수 있다.
은 도금층(130)은 이후 팔라듐 성분의 도금 시 구리층(120)을 보호하며 솔더의 퍼짐성을 좋게 하여 솔더링 반응에 뛰어난 특성을 갖는 장점이 있다. 상기 은 성분은 순수한 은(Ag)일 수도 있고 솔더링 특성을 더욱 향상시키기 위해 셀레늄(Se) 또는 납(Pb)이 공석된 은 합금일 수 있다. 이러한 은 합금으로 이루어진 은 도금층(130)의 경우 모세관 현상에 의해 솔더링 특성이 개선되고 은입자가 미세화되어 솔더링성 및 와이어 본딩성이 향상될 수 있다. 상기 은 합금은 99~99.999중량%의 은과, 셀레늄(Se) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 0.001~1.0중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 셀레늄(Se) 및 납(Pb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속이 0.001중량% 미만으로 포함되는 경우 솔더링성 개선 및 와이어 본딩성의 향상이 미미하며, 1.0중량%를 초과하여 포함되는 경우 중금속인 납이 용출되거나 고가의 셀레늄의 사용량이 많아져 경제성이 떨어질 수 있다.
은 도금층(130)의 두께는 솔더링 특성이 저해되지 않는 범위에서 제어될 수 있으며, 그 두께는 0.01~2.0㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.05~1.5㎛, 더 바람직하게는 0.1~1㎛일 수 있다. 은 도금층(130)의 두께가 상기 범위 미만일 경우 작업 공정상 제어가 어려워 균일한 은 도금층(130)을 구현하기 어려울 수 있으며, 솔더링성 및 와이어 본딩 특성이 저하될 수 있다. 한편 은 도금층(130)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 와이어 본딩성은 크게 향상되지 않는 반면 오히려 솔더링성이 저하되고 공정시간이 길어져 상업적으로도 비효율적일 수 있다.
은 도금할 때 환원 방식의 도금액을 사용하거나 또는 치환 방식의 도금액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 도금 번짐 특성이 우수하여 미세회로 패턴에 도금층 형성이 용이한 치환 방식의 도금액을 사용하는 것이 좋다. 환원 방식의 도금법으로 은 도금을 할 경우 도금 번짐으로 인한 미세 패턴 대응이 어려울 수 있으며, 또한 알칼리 타입의 환원 방식의 경우 PSR(photo imagable solder resist) INK에 손상을 줄 수도 있다.
한편 은 도금층(130)의 상부에 팔라듐 도금층(140)이 추가로 형성됨으로써 구리층(120)으로부터의 구리의 확산을 최대한 저지시킬 수 있다. 특히, 은 도금층(130)의 상부에 적층된 팔라듐 도금층(140)은 구리 확산을 막는 배리어 역할을 할 뿐만 아니라 은 도금 시에 발생되는 마이그레이션(migration, 마치 눈꽃이 자라는 현상처럼 두 패턴 사이에 전극이 자라는 현상)을 방지할 수 있다. 또한 팔라듐 도금층(140)에 의해 커버되지 않은 은은 공기 중에 방치 시 대기 중의 아황산가스나 습기 등에 취약하기 때문에 변질 또는 산화되어 솔더링성 및 와이어 본딩성을 저하시키는 문제가 있으나, 은 도금층(130)의 상부에 팔라듐 도금층(140)을 형성함으로써 상기의 문제를 해결할 수 있다. 여기서, 은 도금층(130)의 존재로 인해 구리층(120) 위에 Pd 성분 도입시 구리층(110)을 공격하여 손상시키는 것을 막을 수 있다. 만일 은 도금층(130)을 사용하지 않을 경우 구리와 팔라듐 계면에 보이드(void)가 발생하여 솔더 및 와이어 신뢰성이 저하될 수 있다.
단순히 솔더링성 및 본딩성 향상을 위하여 다공성의 은을 도금하여 사용하는 경우 상기 은의 공극부를 통하여 구리가 확산되어 유출될 수 있다. 하지만 여기서는 이러한 은 공극부를 팔라듐을 이용하여 채움으로서 은의 공극부를 통한 구리의 유출을 방지할 수 있다. 특히 은과 팔라듐의 경우 구리와의 반응성을 가지지 않는 금속이기 때문에 이를 이용하여 표면을 도금하는 경우 구리의 유출을 최소화하는 것이 가능하다.
은 도금층(130) 상부에 팔라듐 또는 팔라듐 합금으로 형성된 팔라듐 도금층(140)의 두께는 0.005~1.0㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.007~0.5㎛, 더 바람직하게는 0.01~0.2㎛일 수 있다. 팔라듐 도금층(140)의 두께가 상기 범위 미만일 경우 균일한 팔라듐 도금층(140)을 구현하기 힘들며, Cu 확산 방지력이 저하되어 와이어 본딩 특성이 저하될 수 있다. 팔라듐 도금층(140)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 두께 증가에 비해 솔더 및 와이어 신뢰성 향상이나 변색 방지 등에 기여하는 효과가 미미하여 비경제적이다.
또한, 팔라듐 도금층(140)의 형성을 위해 치환 도금법을 사용하는 경우 순수 팔라듐을 사용할 수 있지만 무전해 환원 도금법을 사용하는 경우 팔라듐 합금을 이용하여 팔라듐을 형성할 수 있는데, 팔라듐 합금을 이용할 경우 92~99.9중량%의 팔라듐(Pd)과 0.1~8중량%의 인(P) 또는 붕소(B)로 구성된 팔라듐 합금을 이용하여 팔라듐 도금층(140)을 형성할 수 있다. 인 또는 붕소의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 원하는 물성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 무전해 환원 도금이 원하는 두께와 형상으로 형성되지 않을 수 있다.
바람직하게는 은 도금층(130)의 은 공극부를 팔라듐으로 채워 은 공극부를 통한 구리의 유출을 최소화하기 위해서는 팔라듐 도금층(140)은 치환 도금법으로 형성되는 것이 좋다. 치환 도금법으로 팔라듐 도금 시 은-팔라듐 복합 도금층 형성이 쉽고, 은-팔라듐 복합층이 구리의 확산을 최소화할 수 있기 때문에 팔라듐 두께가 얇아도 우수한 구리 확산을 최소화할 수 있다. 반면에, 무전해 방식으로 도금 시 은-팔라듐 복합 도금층의 형성이 어렵고 그 두께가 얇을 수 있어, 은 공극부를 통한 구리 유출을 방지하기 위해서는 팔라듐 두께를 0.1㎛ 이상 확보해야 구리의 확산을 안정적으로 방지할 수 있다.
금 도금층(150)은 팔라듐 도금층(140)의 상부에 도금되어 형성되는 것으로 팔라듐 또는 팔라듐 합금층 표면에 형성되어, 도금층의 산화 방지 및 금 와이어와의 접합성을 높여 와이어 본딩 신뢰성이 향상될 수 있다. 만일 단순히 구리 확산 방지 및 은(Ag) 마이그레이션 방지를 위하여 추가로 금 도금층(150)을 형성하지 않고 팔라듐 도금층(140)만 형성했을 경우 금 와이어와의 본딩 접합성이 떨어져 와이어 본딩성이 저하될 수 있다.
금 도금층(150)의 형성에 있어 이온화 경향을 이용한 치환 도금법을 이용하여 도금층(150)을 형성할 수 있으며, 환원제를 사용한 환원 도금법을 이용하여 도금층(150)을 형성할 수도 있다. 다만 구리층(120) 위에 은 도금층(130)과 팔라듐 도금층(140)이 존재하는 상술한 인쇄회로기판의 도금층의 경우에는 환원 방식으로 도금하는 것이 바람직하다. 구리와 금의 이온화 경향 차이로 도금되는 치환 방식의 금 도금액은 상기 하부 도금층이 치밀한 구조로 형성되어 있어 와이어 본딩 신뢰성에 요구되는 금 두께를 만족하지 못할 수도 있다. 반면에 환원방식의 도금액의 경우 원하는 금 두께를 충분히 형성할 수 있어 환원 금 도금법을 이용하여 도금층을 형성하는 것이 바람직하다.
금 도금층(150)은 금(Au)을 단독으로 도금하여 형성될 수 있지만, 도금 속도 가속화 및 와이어 본딩성 향상을 위하여 금(Au)과 탈륨(Tl), 셀레늄(Se) 또는 이들의 조합을 금과 합금하여 형성될 수도 있다. 순수한 금 도금만으로도 솔더링성 및 와이어 본딩성은 우수하지만, 금 합금 도금층 형성에 사용되는 탈륨(Tl), 셀레늄(Se) 또는 이들의 조합을 금에 합금하여 사용하는 경우 합금된 탈륨(Tl), 셀레늄(Se) 또는 이들의 조합이 언더포텐셜(under potential)로 작용하기도 하여 도금 속도를 가속화시키는 장점을 가지고 있고, 석출된 조직은 입상 조직이 되어 와이어 본딩성이 더욱 높아질 수 있다. 이때 상기 금 합금은 금 99~99.99중량%, 탈륨(Tl) 또는 셀레늄(Se)중 1종 이상을 포함하는 조합물 0.01~1.0중량%를 포함할 수 있으며, 탈륨(Tl) 또는 셀레늄(Se)중 1종 이상을 포함하는 조합물을 상기 범위 미만으로 포함하는 경우 도금 속도 가속화 및 와이어 본딩성 향상의 효과가 나타나지 않으며, 상기 범위를 초과하여 포함하는 경우 탈륨 또는 셀레늄의 부식이 발생하여 물성이 떨어질 수 있다.
상기와 같이 도금된 금 도금층(150)은 외부의 물질과의 반응성이 낮고 전도성이 높아 상기 팔라듐 및 은의 보호재로서의 역할을 수행할 수 있다. 기존의 외층으로 사용되는 팔라듐의 경우 반응성이 높은 금속은 아니지만 수소(H)를 투과시키며, 산소(O), 플루오린(F) 및 염소(Cl)와의 반응성을 가지고 있다. 또한 상기 팔라듐의 경우 수소를 흡착하는 경우 전기전도도가 낮아질 수 있다. 따라서 이러한 환경에 노출되는 경우 고밀도 인쇄회로기판(100)이 상기 원소에 의한 손상 및 물성 저하가 발생할 수 있다. 하지만 금의 경우 타원소와의 반응성을 거의 가지고 있지 않아 이러한 외부물질로부터 고밀도 인쇄회로기판(100)을 보호할 수 있다. 또한 이와는 반대로 선재로 사용되는 구리와의 반응성도 낮기 때문에 금 도금층(150)의 경우 내부에서 유출되는 구리의 확산을 저지하는 확산 배리어 층으로 사용될 수 있다.
팔라듐 도금층(140) 상부에 형성된 금 도금층(150)은 팔라듐 및 은의 보호재로서의 역할을 수행할 수 있음과 더불어 구리의 확산을 저지하는 배리어 층 역할을 하고, 금 와이어와의 접합성을 향상시킨다. 금 도금층(150)의 두께는 0.005~1.0㎛이며, 바람직하게는 0.01~0.5㎛, 더 바람직하게는 0.02~0.3㎛로 조절될 수 있다. 만일, 금 도금층(150)의 두께가 상기 범위 미만인 경우 은 도금층(130) 및 팔라듐 층(140)의 보호재 및 구리 확산 방지층으로서의 역할을 기대하기 어려우며, 와이어 신뢰성 향상을 기대하기 어렵다. 그리고 금 도금층(150)의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 보호성능 및 물성의 향상은 기대하기 어렵지만 사용되는 금의 양이 늘어남에 따라 생산비용이 높아져 경제성이 떨어질 수 있다. 특히 상기 은 도금층(130) 및 팔라듐 도금층(140)의 존재에 의해 구리층(110) 위에 곧 바로 금 도금층(150)을 도금하는 DIG 방식보다 구리의 확산을 막아주는 능력이 뛰어나서 멀티 리플로우가 필요한 제품의 경우 구리가 금 도금 표면으로 확산되지 않아 솔더 및 와이어 신뢰성이 우수하다. 따라서 본 도금층 구조에 따르면 DIG(direct immersion gold) 제조공정으로 형성된 도금층 구조보다 금 도금층의 두께를 예를 들어, 1/10 내지 1/5 수준으로 훨씬 더 낮출 수 있다.
특히 Pd 층 또는 Ag-Pd 층의 우수한 구리 확산 방지층 역할과 더불어 산화 방지력이 우수한 금 도금층을 형성함으로써 저장 안정성이 우수하며 높은 와이어 접합 강도를 갖는 도금층을 형성 할 수 있다. 또한 구리 확산을 최소화할 수 있기 때문에 멀티 리플로우 및 열 이력에 의한 와이어 본딩 접합력의 급격한 저하를 방지 할 수 있다.
바람직한 일 구현예에 있어서, 은 도금층(130)과 팔라듐 도금층(140) 사이에 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 혼합된 은-팔라듐 복합 도금층이 개재될 수 있다.
도 2는 본 명세서에 개시된 기술의 다른 구현예에 따른 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 앞의 예에서 상술한 것처럼 인쇄회로기판(210)의 구리층(220) 위에 은 도금층(230), 팔라듐 도금층(240) 및 최상단에 금 도금층(250)이 적층된 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판(200)에서 은 도금층(230)과 팔라듐 도금층(240) 사이에 은-팔라듐 복합 도금층(260)이 개재될 수 있다.
은-팔라듐 복합 도금층(260)은 은 도금층(230)의 표면에 팔라듐 성분을 도금하면서 형성될 수 있다. 은-팔라듐 복합 도금층(260)의 형성을 위해 먼저 순수한 은(Ag)을 사용하여 다공성의 은 도금층을 형성할 수 있지만, 솔더링 특성을 개선하기 위하여 은 합금을 이용하여 은 도금층을 형성할 수 있다. 순수한 은 도금만으로도 적정 두께를 유지하면 솔더링성 및 와이어 본딩성이 좋아지지만, 셀레늄(Se)이나 납(Pb) 등이 포함된 은 합금을 이용하여 은 도금층을 형성하면 모세관 현상에 의해 솔더링 특성이 더욱 개선되고, 형성되는 은 입자를 미세화하여 솔더링성 및 와이어 본딩성을 향상시킬 수 있다.
은 성분과 팔라듐 성분 사이의 혼화성에 의해 은-팔라듐 복합 도금층(260)이 생성될 수 있다. 즉 팔라듐 성분을 도금하는 과정에서 은(Ag) 성분과 팔라듐(Pd) 성분이 골고루 섞이게 되며, 이때 은-팔라듐 복합 도금층(260)의 팔라듐 성분이 상부로 갈수록 농도가 높아지는 도금층이 형성될 수 있다. 즉 팔라듐 성분이 은 도금층(230) 위에 도금될 때 은 도금층(230)의 깊이 방향으로 침투하게 되며 그 결과, 팔라듐 도금층(240) 쪽에는 주로 팔라듐 성분이 존재하고 은 도금층(230) 쪽에는 주로 은 성분이 존재하는 농도 구배를 갖는 형태의 은-팔라듐 복합 도금층(260)이 생성될 수 있다. 상기 농도 구배를 가짐에 따라 도금층 계면간 접착력이 뛰어난 특성을 가질 수 있다.
은-팔라듐 복합 도금층(260)은 은 도금층(230)의 상부에 형성되는 것으로 다공성을 가지는 은 도금층(230)의 공극부에 팔라듐을 채워가는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 다공성 은 성분과 팔라듐 성분이 혼재되어 은과 팔라듐이 합금된 형태의 층이 형성될 수 있으며, 두 금속 성분이 혼합되는 과정에서 은-팔라듐 복합 도금층(260)은 매우 조밀한 구조로 이루어질 수 있다. 그 결과 구리의 확산을 최소화시킬 수 있다.
도 3은 팔라듐 성분 증가에 따른 은-팔라듐 복합 도금층의 성장을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 팔라듐의 도금량이 많아지고 시간이 지남에 따라 하부로 확산되는 팔라듐 성분의 양이 증가하여 은-팔라듐 복합 도금층(260), 즉 은 성분과 팔라듐 성분이 공존하는 영역이 좀 더 커짐을 확인할 수 있다.
이와 같이 조밀한 구조의 은-팔라듐 복합 도금층(260)의 존재에 의해 배리어성이 증대될 수 있으며, 구리층(220)과 금 도금층(250) 사이에 은 도금층(230)과 팔라듐 도금층(240)만 있을 경우보다 깊이 방향으로의 팔라듐 침투에 의해 팔라듐 침투에 의해 은 성분이 분포한 도금층이 조밀해져 얇은 팔라듐 두께에도 구리 확산을 최소화할 수 있어 멀티 리플로우 후 우수한 와이어 본딩 접합 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면에 의하면, 인쇄회로기판에 형성된 구리층; 상기 구리 층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층; 상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 상기 은 성분과 팔라듐 성분이 혼합된 은-팔라듐 복합 도금층; 및 상기 은-팔라듐 복합 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판이 제공된다.
도 4는 본 명세서에 개시된 또 다른 구현예에 따른 은-팔라듐 복합 도금층 및 금 도금층이 도입된 인쇄회로기판의 단면을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판(300)은 인쇄회로기판(310) 위에 구리층(320), 은 도금층(330), 은-팔라듐 복합 도금층(360), 및 금 도금층(350)을 구비한다. 은 도금층(330)은 구리층을 보호하며 솔더링 반응시 퍼짐성이 좋도록 도와주는 역할을 하며, 은-팔라듐 복합 도금층(360)은 구리층(320)으로부터의 구리의 확산을 막는 배리어 역할을 할 수 있으며, 각 층의 형태 및 기능에 대해서는 앞서 구현예들에서 이미 설명한 바와 같다.
도 1 내지 도 4에서 설명된 도금층을 이루는 각 층들에 있어서, 은 도금층들(130, 230, 330)의 경우 도금층의 단면을 기준으로 은 또는 은 합금 성분의 함량이 99.99 중량%를 넘는 영역으로 정의되고, 팔라듐 도금층들(140, 240)은 도금층의 단면을 기준으로 팔라듐 또는 팔라듐 합금 성분의 함량이 99.99 중량%를 넘는 영역으로 정의될 수 있다. 도금층의 단면을 기준으로 은 또는 은 합금 성분이나 팔라듐 또는 팔라듐 합금 성분이 0.01~99.99 중량%이고 나머지 성분이 팔라듐 또는 팔라듐 합금 성분이나 은 또는 은 합금 성분으로 이루어진 영역의 경우는 은-팔라듐 복합 도금층(260, 360)으로 정의될 수 있다.
한편, 은-팔라듐 복합 도금층(260, 360)의 경우는 은-팔라듐 복합 도금층(260, 360) 전체 범위에 걸쳐 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 중량비로 1:0.2~2의 비율로 존재할 수 있다. 상기 범위에서 우수한 배리어 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 구현예에 따른 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판에 있어서, 팔라듐(Pd) 도금층의 두께에 대해서 본 명세서에서 정의할 때에는 순수한 팔라듐(Pd) 또는 팔라듐 합금층만의 두께뿐만 아니라 상기 두께에 은-팔라듐 복합 도금층 내에 존재하는 팔라듐 성분의 양을 합금 비율을 고려하여 환산한 두께를 더한 값을 의미한다. 마찬가지로 은(Ag) 도금층의 경우도 은 성분이 분포하는 은-팔라듐 복합 도금층까지 고려하여 그 두께를 정의한다.
한편, 구리층 위에 도금된 은, 팔라듐, 금 도금층을 포함하는 상술한 인쇄회로기판의 도금층의 전체 두께는 0.5 ㎛ 이하로 얇게 제어될 수 있다. 이는 통상의 ENEPIG 도금층에서 필요한 성능을 내기 위해 니켈 도금층만 0.5 ㎛ 이상을 도금함을 감안할 때 작은 두께를 가짐을 알 수 있다.
상술한 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 경우에 동일한 전체 도금층의 두께를 기준으로 할 때 종래 도금층보다 우수한 성능을 가질 수 있다. 또한 동일한 성능을 기준으로 상술한 도금층을 구비한 인쇄회로기판의 경우에 종래보다 더 낮은 두께의 도금층을 가질 수 있어 원가가 절감될 수 있다. 즉 금 도금층을 사용하지 않고 은 도금층과 팔라듐 도금층만으로 도금층을 형성하거나 금 도금층을 사용하면서 은 도금층 또는 팔라듐 도금층의 일부를 제외하고 도금층을 형성하였을 때보다 본 명세서에 개시된 인쇄회로기판이 보다 더 나은 성능을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 4에 나타낸 다양한 구조의 도금층은 하기 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어 도금층 제조공정에서 은 도금 후에 팔라듐 도금을 할 경우 환원 방식으로 팔라듐 도금층을 형성하면 도 1과 같은 구조의 도금층이 형성될 수 있고, 치환 방식으로 팔라듐 도금층을 형성하면 도 2, 3, 4와 같은 구조의 도금층이 형성될 수 있다. 치환 방식 도금용 팔라듐 도금액의 산도를 조정함으로써 도 2와 3과 같이 은-팔라듐 복합 도금층의 두께를 조정할 수 있으며, 도금액의 산도를 높일 경우 은 공극으로의 침투가 더 수월하여 은-팔라듐 복합 도금층의 두께가 더 커질 수 있다. 반면에 예를 들어 팔라듐 도금 시간을 1~2 분 이내로 조정했을 때 반응 초기 팔라듐이 은 공극으로 먼저 침투하여 성장한 다음 팔라듐 도금층이 형성 되기 때문에 짧은 시간 도금 했을 경우 별도의 팔라듐 도금층이 없이 은-팔라듐 복합 도금층으로 구성된 도 4와 같은 구조의 도금층을 형성할 수 있다.
최상부의 금 도금층들(150, 250, 350)이 팔라듐 도금층(140, 240) 또는 은-팔라듐 도금층(360) 위에 형성됨으로써, 도금층의 산화 방지 및 금 와이어와의 접합성을 높여 와이어 본딩 신뢰성이 향상될 수 있고, 하부 도금층을 보호할 수 있으며 구리의 확산을 저지하는 배리어 층 역할을 할 수 있다.
그 결과 상술한 도금층을 적용한 고밀도 인쇄회로기판의 경우, 도금 번짐 문제가 없어 미세 회로 대응력이 우수하며 니켈을 사용하지 않아 고주파 통신용 부품에 적용이 가능하며 부품 실장 신뢰성이 뛰어나다.
본 명세서에 개시된 기술의 또 다른 측면에 의하면, (a) 일정 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판을 전처리하는 단계; (b) 상기 인쇄회로기판의 구리층 위에 은 성분을 포함하는 은 도금층을 도금하는 단계; (c) 상기 은 도금층 위에 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층을 도금하는 단계; 및 (d) 상기 팔라듐 도금층 위에 금 성분을 포함하는 금 도금층을 도금하는 단계를 포함하는 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법이 제공된다.
도 5는 본 명세서에 개시된 기술의 일 구현예에 따른 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 단계 S1에서 일정 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판을 구리 표면의 산화막 제거 및 구리 표면의 조도 형성을 위해서 탈지 공정부터 에칭 공정까지 수행하여 전처리한다. 탈지 공정의 경우 무기산인 황산을 포함하는 용액을 사용할 수 있으며, 비이온 계면활성제를 사용하여 표면에 젖음성을 부여할 수 있다. 탈지 공정은 예를 들어 45℃에서 5분간 탈지를 진행하는 방식으로 수행될 수 있다. 다음으로 에칭 공정을 수행하는데 예를 들어 PS(포타슘 퍼옥시모노설페이트)와 황산을 사용하여 45℃에서 1분간 에칭을 진행하여 0.5~1 ㎛ 정도 구리 표면을 에칭할 수 있다.
단계 S2에서 상기 인쇄회로기판의 구리층 위에 은 성분을 포함하는 은 도금층을 형성한다. 바람직하게는 은 도금층의 형성은 치환 도금 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어 상기 전처리한 인쇄회로기판을 치환형 은 도금액에 50℃의 온도에서 30초 내지 30분간 침적하여 구리층 상에 은 도금층을 형성할 수 있다.
상기 치환 은 도금의 일예로서 질산은(AgNO3), 시안화은(AgCN), 시안화은칼륨(KAg(CN)2), 황산은(Ag2SO4)을 은 공급원으로 하고 착화제로 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA), 롯셀염(Potassium Sodium Tartrate), 붕산(boric acid)을 완충제로 구연산, 호박산, pH 조절제로 황산, 질산, 가성소다(NaOH)을 사용한 치환 팔라듐 도금액이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 은을 치환 도금법으로 도금하면, 다음의 반응식과 같이 은 도금층이 구리층 상부에 형성되는데, 상기 은 도금층은 다공성으로 형성될 수 있다.
[반응식 1]
Cu (고체) + Ag2+ (액체) → Cu2+ (액체) + Ag (고체)
단계 S3에서, 상기 은 도금층 위에 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층을 형성한다. 이때 상기 팔라듐 도금층의 도금에 의해 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분의 혼합에 의해 은-팔라듐 복합 도금층이 형성되는 과정이 더 추가될 수 있다.
상기 은 또는 은 합금으로 된 다공성 은 도금층을 수세하고 치환형 팔라듐 도금액에 약 40~70℃의 온도에서 30초 내지 30분간 침적하여 이온화 경향의 차이에 따른 치환 도금법에 의하여 다공성 은 도금층의 공극부에 팔라듐이 채워져 은-팔라듐 복합층이 형성되며, 은 도금층의 공극이 다 채워진 후 은-팔라듐 복합 도금층 상에 팔라듐 도금층이 형성된다. 이때, 상기 팔라듐은 다음의 반응식과 같이 형성될 수 있다.
[반응식 2]
Cu (고체) + Pd2+ (액체) → Cu2+ (액체) + Pd (고체)
상기 팔라듐 도금층을 형성하는 도금 방법으로 치환 반응에 의해 순수 팔라듐의 팔라듐 도금층을 형성하는 치환 도금방법과, 차아인산소다 또는 붕산염 등을 환원제로 사용하여 환원에 의하여 팔라듐-인(Pd-P)이나 팔라듐-붕소(Pd-B)의 팔라듐 합금 도금층을 형성하는 무전해 환원 도금법을 사용할 수 있다.
상기 치환 도금의 일예로서 황산팔라듐(PdSO4), 질산팔라듐(Pd(NO3)2) 또는 염화팔라듐(PdCl2)을 팔라듐 공급원으로 하고 완충제로 구연산을, 습윤제로 폴리에틸렌 글리콜계 비이온 계면활성제(5mol∼10mol)와, pH 조절제로 황산, 질산 또는 염산을 사용한 치환 팔라듐 도금액이 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는 치환 방식의 도금법으로 팔라듐 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 치환 방식 팔라듐 도금법은 은-팔라듐 복합 도금층 형성이 쉽고, 은-팔라듐 복합 도금층이 구리의 확산을 최소화할 수 있기 때문에 팔라듐 두께가 얇아도 우수한 구리 확산을 최소화할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 은 도금을 할 때 환원 방식의 도금액을 사용하거나 또는 치환 방식으로 산도 및 온도를 조정함으로써 은 도금층 형성 속도를 서서히 성장시켜 상대적으로 공극이 적은 치밀한 구조의 은 도금층을 형성하고, 그 위에 곧바로 무전해 팔라듐 도금층을 형성할 수도 있다. 또는 상기에 언급된 것과 같이 공극이 형성된 은 도금층 위에 치환 방식 팔라듐 도금액의 산도와 침적시간을 조정함으로써 도 2, 3, 4와 같이 은-팔라듐 복합 도금층을 적절히 형성시킬 수 있으며, 은-팔라듐 복합 도금층 위에 팔라듐 도금층의 두께를 조절할 수 있다.
단계 S4에서, 상기 팔라듐 도금층 위에 금 성분을 포함하는 금 도금층을 형성한다. 상기 금 또는 금 합금을 포함한 금 도금층은 예를 들어 환원형 금 도금액에 약 70~90℃의 온도에서 30초 내지 30분간 침적하여 0.02~0.3㎛의 금 도금층을 형성할 수 있다.
상기 금 도금층은 다음의 반응식과 같이 형성될 수 있다.
[반응식 3]
nAu(CN)2- (액체) + ne- → nAu (고체) + 2nCN-
이때 상기 금 도금단계는 도금액으로 상용으로 판매되고 있는 도금액을 사용할 수 있으며, 치환 방식의 금 도금액을 사용할 수도 있다. 하지만 구리와 이온화 경향 차이로 도금되는 치환 방식의 도금액은 상기 은-팔라듐 복합층의 치밀한 구조 때문에 와이어 본딩 신뢰성에 요구되는 금 두께를 만족하지 못할 수도 있어 환원 방식으로 도금하는 것이 바람직하다.
상기 금 도금의 일예로서 금 화합물은 시안화금칼륨, 염화금, 아황산금나트륨을 금 공급원으로 하고 착화제로 에틸렌디아민 테트라아세테이트산(EDTA), 디에틸렌 트리아민 펜타아세테이트(DTPA), 글리신(Glycine), 완충제로 인산을 환원제로 아스코르빈산, 하이드라진, 디메틸아민보레인, 하이드로퀴논, 포름알데히드가 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 제조방법에 따르면, 미세회로 대응력이 뛰어나고 구리 확산 방지 능력이 우수한 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판을 용이하게 제조할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 명세서에 개시된 기술을 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.
* 전처리 공정 : 평가 기판은 와이엠티 사에서 제작한 10×10cm의 BGA 기판을 사용하였으며, 구리 위에 유분 및 산화막 제거를 위하여 와이엠티 사 SAC302를 사용 45℃에서 5분간 탈지를 진행하였다. 이후 구리와 도금 층의 밀착력 확보를 위한 구리 표면 조도 형성을 위하여 Caroat을 사용 하여 0.5~1 ㎛ 정도 구리를 에칭하였다.
* 도금층 두께 측정 : 각 도금 두께 측정은 히타치 사 (Model : FT150) XRF 두께 측정기를 사용 임의의 10 포인트를 측정하여 평균값을 구하였다.
* 솔더 접합 평가 : 솔더볼은 SAC305, 0.3 mm을 사용하였으며, 솔더 접합 강도는 DAGE 4000을 사용하여 측정하였다. 풀 스피드(Pull speed)는 500/sec로 하여 강도를 측정하였고, 실험은 총 20회를 실시하여 평균값을 구하였다.
또한, 금 도금 후 리플로우(HELLER 사, 1809EXL)를 5회 실시 한 후 위와 동일한 방법으로 솔더 풀 평균 강도를 구하였다.
* 와이어 본딩 평가 : 와이어 본딩 장치는 CONNX 사 K&S Connx를 사용 하였으며, 캐필러리(PECO 사 N0814-52-22-08), 와이어 (Heraeus Oriental Hitec 사 Au 1.0 mil), 스테이지 온도 150℃, 본딩 파워 130 mA(1st), 145 mA(2nd), 인장력 50 gf(1st), 70gf(2nd)으로 평가 하였다, 또한, 와이어 본딩 접합 강도 측정은 DAGE 4000을 사용하여 측정하였으며, 실험은 총 20회를 실시하여 평균값을 구하였다.
또한, 금 도금 후 리플로우(HELLER 사, 1809EXL)를 5회 처리한 조건과 더 가혹한 조건 평가를 위하여 열처리(175 ℃, 16 시간) 실시 한 후 위와 동일한 방법으로 와이어 풀 평균 강도를 구하였다.
[실시예]
실시예 1
상기 전처리 공정 후 구리 위에 와이엠티 사의 치환형 은 도금액(Galaxy series)를 사용하여 45℃의 온도에서 3 분 간 도금하여 은 도금층 0.30㎛를 형성하고, 은 도금층 위에 와이엠티 사의 치환형 팔라듐 도금액(PM series)를 사용하여 62℃의 온도에서 10 분 간 도금하여 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 층을 0.1 ㎛ 형성한 후 와이엠티 사의 환원형 금 도금액(IRGOLD series)를 사용하여 80℃의 온도에서 10 분 간 도금하여 금 도금층 0.1 ㎛을 형성하였다.
이와 같은 방법으로 도금 층을 형성 시킨 후 상기에 언급된 방법으로 솔더 접합 평가를 진행 한 결과 도금 후 강도는 411g, 리플로우 5회 후 393g의 값을 나타내었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.8g, 리플로우 5회 후 9.3g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.4g의 값을 나타내었다.
실시예 2
상기 전처리 공정 후 구리 위에 은 도금액을 사용하여 45℃의 온도에서 1 분 간 도금하여 은 도금층을 0.1 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.1 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.1 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 409g, 리플로우 5회 후 394g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.6g, 리플로우 5회 후 9.5g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.4g의 값을 나타내었다.
실시예 3
상기 전처리 공정 후 구리 위에 은 도금액을 사용하여 45℃의 온도에서 5 분 간 도금하여 은 도금층을 0.5 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.5 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.1 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 414g, 리플로우 5회 후 392g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 12.1g, 리플로우 5회 후 9.4g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.2g의 값을 나타내었다.
실시예 4
상기 전처리 공정 후 구리 위에 은 도금액을 사용하여 45℃의 온도에서 10 분 간 도금하여 은 도금층을 0.5 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.5 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.1 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 403g, 리플로우 5회 후 393g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.9g, 리플로우 5회 후 9.6g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.4g의 값을 나타내었다.
실시예 5
상기 전처리 공정 후 구리 위에 팔라듐 도금액을 사용하여 62℃의 온도에서 1 분 간 도금하여 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층을 0.01 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.01 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 406g, 리플로우 5회 후 391g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 12.0g, 리플로우 5회 후 9.3g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.2g의 값을 나타내었다.
실시예 6
상기 전처리 공정 후 구리 위에 팔라듐 도금액을 사용하여 62℃의 온도에서 5 분 간 도금하여 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층을 0.05 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.05 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 403g, 리플로우 5회 후 394g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.6g, 리플로우 5회 후 9.2g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.3g의 값을 나타내었다.
실시예 7
상기 전처리 공정 후 구리 위에 팔라듐 도금액을 사용하여 62℃의 온도에서 25 분 간 도금하여 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층을 0.20 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.20 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 405g, 리플로우 5회 후 396g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.8g, 리플로우 5회 후 9.8g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.3g의 값을 나타내었다.
실시예 8
상기 전처리 공정 후 구리 위에 금 도금액을 사용하여 80℃의 온도에서 3 분 간 도금하여 금 도금층을 0.02 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.10 ㎛, 금 도금층 0.03 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 406g, 리플로우 5회 후 390g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.3g, 리플로우 5회 후 9.1g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.2g의 값을 나타내었다.
실시예 9
상기 전처리 공정 후 구리 위에 금 도금액을 사용하여 80℃의 온도에서 20 분 간 도금하여 금 도금층을 0.20 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.10 ㎛, 금 도금층 0.20 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 405g, 리플로우 5회 후 392g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 12.0g, 리플로우 5회 후 9.8g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.2g의 값을 나타내었다.
실시예 10
상기 전처리 공정 후 구리 위에 금 도금액을 사용하여 80℃의 온도에서 30 분 간 도금하여 금 도금층을 0.30 ㎛ 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.3 ㎛, 은-팔라듐 복합 도금층 및 팔라듐 도금층 0.10 ㎛, 금 도금층 0.30 ㎛를 형성시켰다. 도금 후 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 412g, 리플로우 5회 후 398g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 12.2g, 리플로우 5회 후 9.9g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8.5g의 값을 나타내었다.
비교예 1
상기 전처리 공정 후 구리 위에 은 도금 및 팔라듐 도금을 실시하지 않고 와이엠티 사의 환원형 금 도금액(IRGOLD series)를 사용하여 80℃의 온도에서 7 분 간 도금하여 구리 위에 금 도금층 0.10 ㎛를 형성시켰다. 그 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 388g, 리플로우 5회 후 326g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 10.4g, 리플로우 5회 후 6.8g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 3.4g의 값을 나타내었다.
비교예 2
상기 전처리 공정 후 비교예 1과 동일한 방법으로 구리 위에 금 도금층을 0.50 ㎛를 형성시켰다. 그 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 406g, 리플로우 5회 후 376g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 11.1g, 리플로우 5회 후 8.8g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 6.9g의 값을 나타내었다.
비교예 3
상기 전처리 공정 후 구리 위에 은 도금을 실시하지 않고 와이엠티 사의 팔라듐 촉매(SCATA-10)를 사용하여 30℃에서 2분간 팔라듐 촉매 공정 후 와이엠티 사의 무전해 팔라듐(ELP series)를 사용하여 55℃의 온도에서 10 분 간 도금하여 팔라듐 층 0.10 ㎛를 형성한 후 와이엠티 사의 환원형 금 도금액(IRGOLD series)를 사용하여 80℃의 온도에서 10 분 간 도금하여 금 도금층 0.10 ㎛를 형성시켰다.
그 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 393g, 리플로우 5회 후 362g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 10.8g, 리플로우 5회 후 8.1g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 5.1g의 값을 나타내었다.
비교예 4
상기 전처리 공정 후 구리 위에 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.30㎛를 형성시킨 후 팔라듐 도금을 진행 하지 않고 금 도금층 0.10 ㎛를 형성시켰다.
그 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 388g, 리플로우 5회 후 342g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 10.9g, 리플로우 5회 후 6.7g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 4.4g의 값을 나타내었다.
비교예 5
상기 전처리 공정 후 구리 위에 실시예 1과 동일한 방법으로 은 도금층 0.30㎛를 형성시킨 후 팔라듐 도금을 0.10 ㎛를 형성시키고, 금 도금층은 형성시키지 않았다.
그 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 솔더 접합 평가 및 와이어 본딩 평가를 실시하였다. 평가 결과는 도금 후 솔더 풀 강도는 382g, 리플로우 5회 후 357g이었다. 또한 와이어 본딩 평가 결과 도금 후 4.6g, 리플로우 5회 후 3.1g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후에는 와이어 본딩이 되지 않았다.
상기 실시예 및 비교예의 도금층을 시험평가한 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다. 각 실시예들에 있어서 은-팔라듐 복합 도금층을 따로 표시하지 않고 단순히 은 도금층 및 팔라듐 도금층으로 표시하였으며 은 도금층 및 팔라듐 도금층의 두께는 은-팔라듐 복합 도금층의 은 성분 및 팔라듐 성분의 함량까지 고려하여 환산한 값이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
도금층 두께
(㎛)		 Ag 0.30 0.10 0.50 1.00 0.30 0.30 0.30 0.30
Pd 0.10 0.10 0.10 0.10 0.01 0.05 0.2 0.10
Au 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.02
솔더 인장 강도 (g) 도금 후 411 409 414 403 406 403 405 406
Reflow
5회 후		 393 394 392 393 391 394 396 390
W/B 인장 강도 (g) 도금 후 11.8 11.6 12.1 11.9 12.0 11.6 11.8 11.3
Reflow
5회 후		 9.3 9.5 9.4 9.6 9.3 9.2 9.8 9.1
열처리 후
(175℃, 16hr)		 8.4 8.4 8.2 8.4 8.2 8.3 8.3 8.2
실시예 9 실시예 10 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
도금층 두께
(㎛)		 Ag 0.30 0.30 0.3 0.3
Pd 0.10 0.10 0.10 0.10
Au 0.2 0.3 0.10 0.50 0.10 0.10
솔더 인장 강도 (g) 도금 후 405 412 388 406 393 388 382
Reflow
5회 후		 392 398 326 376 362 342 357
W/B 인장 강도 (g) 도금 후 12.0 12.2 10.4 11.1 10.8 10.9 4.6
Reflow
5회 후		 9.8 9.9 6.8 8.8 8.1 6.7 3.1
열처리 후
(175℃, 16hr)		 8.2 8.5 3.4 6.9 5.1 4.4 No bond
- 양호성 평가기준은 본 출원인의 자체 평가 기준으로서, 솔더 및 W/B 인장 강도 모두 리플로우 및 열처리 후 인장 강도가 급격하게 저하하는 것은 바람직하지 않음
1) 솔더 인장 강도(Solder 0.3 mm 기준): 도금 후 380 g 이상, 리플로우 5회 후 360 g 이상
2) W/B 인장 강도 (Au 0.1 mil 기준) : 도금 후 10 g 이상, 리플로우 5회 후 8 g 이상, 열처리 후(175℃, 16hr) 6 g 이상
도 6은 실시예 2의 도금층을 투과전자현미경(TEM, transmission electron microscopy)으로 분석한 결과이다. 도 6을 참조하면, Cu 층위에 Ag/Pd 복합 도금층(Ag rich layer, Pd rich layer) 그리고 Au층이 구분되어 관찰된다.
도 7은 실시예 2의 도금층에 대해 원소 성분분석 방법으로 각 층의 성분을 분석한 결과이다. 도 7을 참조하면, 원소 성분 분석(EDS)으로 실시예 2의 도금층을 도금층을 원소(Cu, Ag, Pd, Au)의 분포와 도 6에서 분석한 TEM 이미지와 매칭하여, 도금층 구조에 따른 성분 분포를 확인할 수 있다(도 7의 (a)). 성분을 라인(line) 형태로 표시하여 함량의 많고 적음을 표시하였다(도 7의 (b)).
도 8은 실시예 2의 도금층에 대해 원소 성분분석 맵핑을 이용해 각 층의 성분에 따른 분포를 분석한 결과이다. 도 7에서 분석한 원소 성분 분석(EDS) 방법으로 맵핑(Mapping)을 통해, 각 도금층에 포함된 원소의 정량 분석을 진행한 것으로 아래 좌측부터 각각 Au, Pd, Ag의 함량을 도식화하여 표시하였다. 그 결과, Ag/Pd 복합도금층이 Pd가 많은 영역과, Ag가 많은 영역으로 구분되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1에서 10번의 솔더 접합 평가 결과를 살펴보면, 리플로우 전 400g, 리플로우 5회 처리 후 390g 수준으로 리플로우 후 솔더 풀 강도가 약간 저하하기는 하였으나 양호한 수준의 값을 나타내었다. 또한 와이어 본딩 평가의 경우에도 열처리 전 11g, 리플로우 5회 후 9.5g, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 8g으로서 열처리 전보다는 풀 강도가 저하하긴 하였으나 양호한 수준의 값을 나타내었다.
한편, 은 도금층 및 팔라듐 도금층을 형성하지 않고 금 도금층만 0.1 ㎛ 형성한 비교예 1의 경우 열처리 시 구리 확산 베리어 층이 없기 때문인지 리플로우 및 열처리 시 솔더 접합력 및 와이어 본딩 값이 급격하게 저하되는 것이 확인되었으며, 또한 금 도금층만 0.5 ㎛ 형성한 비교예 2의 경우 열처리 후 리플로우 및 열처리 시 솔더 접합력 및 와이어 본딩 값이 비교적 완만하게 저하하였으나, 금 도금층을 0.5 ㎛로 두껍게 형성해야 되기 때문에 경제성이 떨어진다.
또한, 은 도금층을 형성하지 않고 팔라듐 도금층 0.1 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시킨 비교예 3의 경우 리플로우 5회 후 솔더 접합력 및 와이어 본딩 값은 비교적 양호한 값을 나타내었으나, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 와이어 본딩 값이 급격하게 저하되는 것이 확인되었다. 이것은 은 도금층 없이 팔라듐 도금층만으로는 구리의 확산을 완벽하게 막지 못했기 때문으로 생각된다.
또한, 은 도금층 0.3 ㎛, 금 도금층 0.1 ㎛를 형성시킨 비교예 4의 경우 리플로우 5회 후 솔더 접합력 및 와이어 본딩 값이 급격하게 저하하였으며, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 와이어 본딩 값 또한 급격하게 저하되는 것이 확인되었다. 이것은 팔라듐 도금층 없이 은 도금층만으로는 구리의 확산을 막지 못했기 때문으로 생각된다.
또한, 은 도금층 0.3 ㎛, 팔라듐 도금층 0.1 ㎛를 형성시킨 비교예 5의 경우 와이어와 접합성이 좋은 금 도금 층이 없기 때문에 도금 후 와이어 본딩 접합성이 낮게 나타났으며, 열처리(175 ℃, 16시간) 후 와이어 본딩이 되지 않았다. 이것은 와이어 본딩 신뢰성을 확보하기 위해서는 최상층의 금 도금층의 역할이 필수적임을 의미한다.
이상으로부터 본 실시예 및 비교예의 결과로부터 은 도금층과 팔라듐 도금층이 함께 존재할 경우, 얇은 두께의 금 도금층을 형성하는 것만으로도 우수한 실장 신뢰성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 인쇄회로기판에 형성된 구리층;
    상기 구리층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층;
    상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층;
    상기 은 도금층과 상기 팔라듐 도금층 사이에 개재되며 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 혼합된 은-팔라듐 복합 도금층; 및
    상기 팔라듐 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하되,
    상기 은 도금층 및 상기 팔라듐 도금층은 치환 도금법에 의해 형성되고, 상기 금 도금층은 환원 도금법에 의해 형성된 것으로서, 상기 은-팔라듐 복합 도금층의 상기 팔라듐 성분이 상부로 갈수록 농도가 높아지는 농도 구배를 가지고, 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 중량비로 1:0.2~2의 비율로 존재하며, 상기 금 도금층의 두께가 0.02~0.3㎛이고, 상기 구리 층 위에 도금된 도금층의 전체 두께가 0.5㎛ 이하로 제어된 것인, 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 은 도금층의 두께는 0.01~2.0㎛인 것인 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 팔라듐 도금층의 두께는 0.005~1.0㎛인 것인 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 금 도금층의 두께는 0.005~1.0㎛인 것인 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판.
  7. 삭제
  8. 인쇄회로기판에 형성된 구리층;
    상기 구리층 상부에 형성되어 있으며 은 성분을 포함하는 은 도금층;
    상기 은 도금층의 상부에 형성되어 있으며 상기 은 성분과 팔라듐 성분이 혼합된 은-팔라듐 복합 도금층; 및
    상기 은-팔라듐 복합 도금층 상부에 형성되어 있으며 금 성분을 포함하는 금 도금층을 포함하되,
    상기 은 도금층 및 상기 은-팔라듐 복합 도금층은 치환 도금법에 의해 형성되고, 상기 금 도금층은 환원 도금법에 의해 형성된 것으로서, 상기 은-팔라듐 복합 도금층의 상기 팔라듐 성분이 상부로 갈수록 농도가 높아지는 농도 구배를 가지고, 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 중량비로 1:0.2~2의 비율로 존재하며, 상기 금 도금층의 두께가 0.02~0.3㎛이고, 상기 구리 층 위에 도금된 도금층의 전체 두께가 0.5㎛ 이하로 제어된 것인, 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판.
  9. 삭제
  10. (a) 일정 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판을 전처리하는 단계;
    (b) 상기 인쇄회로기판의 구리층 위에 은 성분을 포함하는 은 도금층을 치환 도금법으로 도금하는 단계;
    (c) 상기 은 도금층 위에 팔라듐 성분을 포함하는 팔라듐 도금층을 치환 도금법으로 도금하는 단계; 및
    (d) 상기 팔라듐 도금층 위에 금 성분을 포함하는 금 도금층을 환원 도금법으로 도금하는 단계를 포함하되,
    상기 팔라듐 도금층의 도금에 의해 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분의 혼합에 의해 은-팔라듐 복합 도금층이 형성되며, 상기 은-팔라듐 복합 도금층의 상기 팔라듐 성분이 상부로 갈수록 농도가 높아지는 농도 구배를 가지고, 상기 은 성분과 상기 팔라듐 성분이 중량비로 1:0.2~2의 비율로 존재하며, 상기 금 도금층의 두께가 0.02~0.3㎛이고, 상기 구리 층 위에 도금된 도금층의 전체 두께가 0.5㎛ 이하로 제어된 것인, 도금층이 형성된 고밀도 인쇄회로기판의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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