도금공정(plating process) 개요 - 금공정 교육 자료.pdf · pdf file공정1...

도금도금 공정공정((Plating Process) Plating Process) 개요개요

1. 도금(Plating) 이란?1. 도금(Plating) 이란?

PCB 층간의 전기적 접속(Connection)을 목적으로 드릴 된 Hole위에 금속을 도금하는 공정이다

2. 도금공정(Plating Process) 개요2. 도금공정(Plating Process) 개요

Desmear Black-Hole Panel 도금 Dry-Film 염화동 부식

Dry-Film Pattern 도금 알카리 부식

공정공정 1 :1 : 디스미어디스미어((DesmearDesmear) ) 11

디스미어(De-Smear)디스미어(De-Smear)

1. 디스미어 (Desmear)란?Drill 작업 시 고열에 의하여 Epoxy 부분이 녹아 내려 Innerlayer 와 hole벽을 덮는 찌꺼기를 Smear라 말하며, 이 Smear를 제거하는 공정

2. Smear의 발생 원인 및 과정원인 : Drilling 작업시 온도 상승에 따른 Resin 의 변화과정 : a. Inner copper layer 와 Drill 의 가장 자리에 빈틈이 발생

b. 미세한 Resin의 입자가 빈틈에 진입 축적 부착하여 smear 발생c. 더 깊게 Drill이 진입하면 틈이 발생하지 않는다.

3. Resin의 종류- Di-functional resin : Permanganate 침입이 용이함

(화학적, 물리적 충격에 쉽게 파괴됨)- Tetra-functional resin : 가교결합(Cross-linking) density 가 매우 높음

Permanganate 침투가 어렵다.(화학적,물리적 충격에 강함)

- Multi- functional resin : Tetra-functional resin 보다 처리하기 어렵다- Polyimide resin 등

1. 디스미어 (Desmear)란?Drill 작업 시 고열에 의하여 Epoxy 부분이 녹아 내려 Innerlayer 와 hole벽을 덮는 찌꺼기를 Smear라 말하며, 이 Smear를 제거하는 공정

2. Smear의 발생 원인 및 과정원인 : Drilling 작업시 온도 상승에 따른 Resin 의 변화과정 : a. Inner copper layer 와 Drill 의 가장 자리에 빈틈이 발생

b. 미세한 Resin의 입자가 빈틈에 진입 축적 부착하여 smear 발생c. 더 깊게 Drill이 진입하면 틈이 발생하지 않는다.

3. Resin의 종류- Di-functional resin : Permanganate 침입이 용이함

(화학적, 물리적 충격에 쉽게 파괴됨)- Tetra-functional resin : 가교결합(Cross-linking) density 가 매우 높음

Permanganate 침투가 어렵다.(화학적,물리적 충격에 강함)

- Multi- functional resin : Tetra-functional resin 보다 처리하기 어렵다- Polyimide resin 등

SmearSmearSmear

[[Smear Smear 제거제거 없이없이 도금이도금이 되었을되었을 때때]]

스미어 불량 : 잔존 된 Smear에 의해 Hole Wall도금과 내층이 전기적으로 100% 도통이 안 된 상태


4. Smear의 발생 요인-외부 요인 : Drill 상태, 재질, 연마도, 회전수(RPM), 회전 속도(Feed rate), 기판의 겹친(stack) 수-내부 요인 : Resin의 Tg 값 (grass transition temperature)

5. Smear 의 영향- Stress cracking, 수분 흡수, Blow-hole의 원인이 되는 잠재적인 가스발생(Out-gassing), 홀 벽 이탈

(Hall wall pull away), 전기 접속의 불량, 전기 저항의 증가

6. Desmear 처리 목적- Inner-layer나 hole 벽에 발생하는 smear 제거- hole 벽에 거칠음을 제공하여 표면적을 증가시킴으로써 epoxy 표면에 Black-hole 및 도금의 결합력을

더욱 좋게 하기 위함- PTH 공정의 효율을 증가시킴(VOID 생성의 중요한 영향 미침)

7. Desmear 처리 방법a. Alkaline permanganate 법(습식방법)

- 장점 : Etching 속도 조절이 용이하고, 높은 밀착력과 표면 장력이 낮아 small hole의 용액 침투가 용이하다- 단점 : 공정이 비교적 길고. 욕 관리 항목이 많다. 또한 폐액 처리가 필요하다.

b. Plasma 법 (건식방법) 진공 Plasma상태에서 자유 라디칼(free radical)이 된 CF , O , N 등이 함유한 고 에너지 gas로 resin을4 2 2

etching 시킨다. 따라서, 표면 구조가 일정치 않고, 부산물로 잔사(ash)와 같은 미세한 찌꺼기를 남긴다.- 장점 : 유일한 건식 방법(non-wet process) 이기 때문에 폐수 처리가 필요 없다- 단점 : 고가의 장비가 필요하며, 부산물 제거와 표면 요철을 위해 Permanganate로 후 처리가 필요하다.

4. Smear의 발생 요인-외부 요인 : Drill 상태, 재질, 연마도, 회전수(RPM), 회전 속도(Feed rate), 기판의 겹친(stack) 수-내부 요인 : Resin의 Tg 값 (grass transition temperature)

5. Smear 의 영향- Stress cracking, 수분 흡수, Blow-hole의 원인이 되는 잠재적인 가스발생(Out-gassing), 홀 벽 이탈

(Hall wall pull away), 전기 접속의 불량, 전기 저항의 증가

6. Desmear 처리 목적- Inner-layer나 hole 벽에 발생하는 smear 제거- hole 벽에 거칠음을 제공하여 표면적을 증가시킴으로써 epoxy 표면에 Black-hole 및 도금의 결합력을

더욱 좋게 하기 위함- PTH 공정의 효율을 증가시킴(VOID 생성의 중요한 영향 미침)

7. Desmear 처리 방법a. Alkaline permanganate 법(습식방법)

- 장점 : Etching 속도 조절이 용이하고, 높은 밀착력과 표면 장력이 낮아 small hole의 용액 침투가 용이하다- 단점 : 공정이 비교적 길고. 욕 관리 항목이 많다. 또한 폐액 처리가 필요하다.

b. Plasma 법 (건식방법) 진공 Plasma상태에서 자유 라디칼(free radical)이 된 CF4, O2, N2 등이 함유한 고 에너지 gas로 resin을etching 시킨다. 따라서, 표면 구조가 일정치 않고, 부산물로 잔사(ash)와 같은 미세한 찌꺼기를 남긴다.

- 장점 : 유일한 건식 방법(non-wet process) 이기 때문에 폐수 처리가 필요 없다- 단점 : 고가의 장비가 필요하며, 부산물 제거와 표면 요철을 위해 Permanganate로 후 처리가 필요하다.


8. Desmear process cyclea. 스웰러 [Hole conditioner (solvent conditioner, sweller)]

Resin 표면을 팽윤시켜 Permanganate 침투를 용이하게 한다.다시 말하면, Epoxy Resin 부위의 부풀림 dust 제거

- 과정 : Resin 의 polymer-polymer 결합에 solvent가 침입하여polyer-solvent 결합으로 변화 시킴.

b. 퍼망간네이트 처리 (Permanganate treatment)전단계에 의해 부풀어진 resin의 polymer network 의 공유결합을산화 시킴으로써 etching을 하여 미세한 거칠음으로 도금의 밀착성을 높인다.- 반응1 : Resin 이 OH 기와 반응하여 etching을 하면서 부산물로

불용성 이산화망간을 생성하여 hole 벽에 film을 형성한다.이 막은 void 및 밀착성의 감소 원인이 된다.

- 반응2 : 용해성 망간이 부산물로 생성되는데, 농도가 지나치면 중화 처리 시 잘 안됨

c. 중화처리(Neutralizer)전 단계의 과망간산 처리에 의해 생성된 through hole 내의 불용성 과망간산, 망간산, 이산화 망간의 잔재물을 환원하여, 용해성망간으로 변환시켜 제거함으로써 void 방지 및 무전해 동도금의결합력을 향상시키는 역할을 한다.Sulfuric acid를 중화제로 사용함. (환원력이 약할 때 void 발생)

Desmear process cycle8.a. 스웰러 [Hole conditioner (solvent conditioner, sweller)]

Resin 표면을 팽윤시켜 Permanganate 침투를 용이하게 한다.다시 말하면, Epoxy Resin 부위의 부풀림 dust 제거

- 과정 : Resin 의 polymer-polymer 결합에 solvent가 침입하여polyer-solvent 결합으로 변화 시킴.

b. 퍼망간네이트 처리 (Permanganate treatment)전단계에 의해 부풀어진 resin의 polymer network 의 공유결합을산화 시킴으로써 etching을 하여 미세한 거칠음으로 도금의 밀착성을 높인다.- 반응1 : Resin 이 OH 기와 반응하여 etching을 하면서 부산물로

불용성 이산화망간을 생성하여 hole 벽에 film을 형성한다.이 막은 void 및 밀착성의 감소 원인이 된다.

- 반응2 : 용해성 망간이 부산물로 생성되는데, 농도가 지나치면 중화 처리 시 잘 안됨

c. 중화처리(Neutralizer)전 단계의 과망간산 처리에 의해 생성된 through hole 내의 불용성 과망간산, 망간산, 이산화 망간의 잔재물을 환원하여, 용해성망간으로 변환시켜 제거함으로써 void 방지 및 무전해 동도금의결합력을 향상시키는 역할을 한다.Sulfuric acid를 중화제로 사용함. (환원력이 약할 때 void 발생)

내층내층 동박동박

스미어스미어 ((Smear)Smear)

공정공정 2 :2 : 블랙블랙 홀홀((BlackBlack--Hole) 1Hole) 1

1. Desmear1. Desmear1. 블랙 홀(Black-Hole)이란?

- 정의Hole 내벽의 Epoxy를 화학적인 방법을 통하여 부도체를 도체로형성시키는 공정은 크게 무전해 동도금과 직접금속화(Direct-Metalization)등의 두가지 방법이 있으며, 블랙홀(black-hole)은맥더미드에서 만든 Direct Metalization의 브랜드 명칭이다Direct Metalization은 맥더미드의 블랙 홀, 일렉트로 케미칼의Shadow, 엔손의 DMSE등의 브랜드 명칭으로 사용되고 있다

- 기본 원리양면 및 기타 다층 인쇄 회로 기판의 제작에 사용되어진 홀 속도금 (Plating Thru Hole) 을 위해 내층 Copper 와 외층 Copper를 연결하는 방법 이다공정의 원리는 우선 초기 공정인 Cleaner/Conditioner에서Board를 세척함과 동시에 Hole내벽을 + Charge 화 시킨 후Black-hole Conductive Colloid를 이용해 Hole 속의 전도체형성을 이루게 한다.

2. 블랙홀의 카본블랙과 Shadow의 그라파이트는? 일반적으로 카본블랙은 1000℃∼1300℃의 베이킹(Baking)로에서 혼합된 코크스(Cokes)와 Binding Pitch의 탄화에 의해 생성된무정형의 탄소 입자이다. 2500℃∼3000℃온도의 전기 저항에서Carbon Graphite화 될 때, 비정질의 카본블랙(Carbon-Black) 조직은 결정 구조를 갖는 Graphite로 변화된다.

1. 블랙 홀(Black-Hole)이란?- 정의

Hole 내벽의 Epoxy를 화학적인 방법을 통하여 부도체를 도체로형성시키는 공정은 크게 무전해 동도금과 직접금속화(Direct-Metalization)등의 두가지 방법이 있으며, 블랙홀(black-hole)은맥더미드에서 만든 Direct Metalization의 브랜드 명칭이다Direct Metalization은 맥더미드의 블랙 홀, 일렉트로 케미칼의Shadow, 엔손의 DMSE등의 브랜드 명칭으로 사용되고 있다

- 기본 원리양면 및 기타 다층 인쇄 회로 기판의 제작에 사용되어진 홀 속도금 (Plating Thru Hole) 을 위해 내층 Copper 와 외층 Copper를 연결하는 방법 이다공정의 원리는 우선 초기 공정인 Cleaner/Conditioner에서Board를 세척함과 동시에 Hole내벽을 + Charge 화 시킨 후Black-hole Conductive Colloid를 이용해 Hole 속의 전도체형성을 이루게 한다.

2. 블랙홀의 카본블랙과 Shadow의 그라파이트는? 일반적으로 카본블랙은 1000℃∼1300℃의 베이킹(Baking)로에서 혼합된 코크스(Cokes)와 Binding Pitch의 탄화에 의해 생성된무정형의 탄소 입자이다. 2500℃∼3000℃온도의 전기 저항에서Carbon Graphite화 될 때, 비정질의 카본블랙(Carbon-Black) 조직은 결정 구조를 갖는 Graphite로 변화된다.

2. Black-hole2. Black-hole

공정공정 2 :2 : 블랙블랙 홀홀((BlackBlack--Hole) 2Hole) 2

3. 블랙홀및 Shadow 기본원리3. 블랙홀및 Shadow 기본원리

Cleaner/Conditioner처리 후 +전하를 가진Hole

강한 – Charge의 유기 바인더가 도포된 전도성 콜로이드

Drill 된 후의 Hole 벽 상태

_>Si – O-

GLASS

>Si = OGLASS

>C – O-

EPOXY

++++_

CarbonCarbon--black black 또는또는 Shadow Shadow 입자입자

3. 블랙홀및 Shadow 공정원리3. 블랙홀및 Shadow 공정원리

++++

Cleaner/Conditioner블랙 홀 또는 Shadow Shadow의 Fixer Micro-Etching

공정공정 3 :3 : 전해전해 동동 도금도금 ((Electro Copper Plating)Electro Copper Plating) 11

1. 전해 동 도금 (Electro Copper Plating)‘+, -’ 전류를 흘려 Cu 입자를 보드의 회로 및 표면, 홀속에 도금하는 방식으로 주성분은 무기약품 성분으로 황산동(CuSO4-5H O), 황산(H SO ), 염소(Cl)와 유기약품 성분으로 광택제2 2 4

(Brightner, Leveller, Carrier)의 조합으로 이루어져 있다.또한, Cu 이온의 공급원으로 인(P)을 극소량 (0.04~0.06%) 함유하고 있는 아노드(anode)가 +극에서 공급된다.패턴 도금(Pattern plating) : D/F로 회로를 형성한 후 회로와홀 속에 전기적으로 전도성을 부여하기 위해서 전기 방식으로 Cu를 도금하는 것을 말함판넬 도금(Panel Plating) : Black-hole 처리가 완료된 보드를 먼저 전체 표면 및 홀 속에 전기적인 방식으로 Cu를 석출

시키고 나서 외층 패턴을 형성하는 것을 말함

2. 전해 땜납 도금 (Electro Solder Plating)

회로(Pattern) 및 Hole 내벽에 도금된 동위에 전기 석출법(Electro Deposition)을 사용하여 땜납을 추가 석출 도금함으로써 다음 부식공정에서 부식방지막(Etching Resist)의역할을 하도록 차 공정을 준비하는 공정 (통상 도금두께 = 7∼10㎛).

* Solder = Tin/Lead = Sn/Pb(63 : 37)

솔다 = 땜납 = 주석/납 = 석연 = 半田 = 한다

1. 전해 동 도금 (Electro Copper Plating)‘+, -’ 전류를 흘려 Cu 입자를 보드의 회로 및 표면, 홀속에 도금하는 방식으로 주성분은 무기약품 성분으로 황산동(CuSO4-5H2O), 황산(H2SO4

1. 전해동도금 (Electro Copper Plating)1. 전해동도금 (Electro Copper Plating)

), 염소(Cl)와 유기약품 성분으로 광택제(Brightner, Leveller, Carrier)의 조합으로 이루어져 있다.또한, Cu 이온의 공급원으로 인(P)을 극소량 (0.04~0.06%) 함유하고 있는 아노드(anode)가 +극에서 공급된다.패턴 도금(Pattern plating) : D/F로 회로를 형성한 후 회로와홀 속에 전기적으로 전도성을 부여하기 위해서 전기 방식으로 Cu를 도금하는 것을 말함판넬 도금(Panel Plating) : Black-hole 처리가 완료된 보드를 먼저 전체 표면 및 홀 속에 전기적인 방식으로 Cu를 석출

시키고 나서 외층 패턴을 형성하는 것을 말함

2. 전해 땜납 도금 (Electro Solder Plating)

회로(Pattern) 및 Hole 내벽에 도금된 동위에 전기 석출법(Electro Deposition)을 사용하여 땜납을 추가 석출 도금함으로써 다음 부식공정에서 부식방지막(Etching Resist)의역할을 하도록 차 공정을 준비하는 공정 (통상 도금두께 = 7∼10㎛).

* Solder = Tin/Lead = Sn/Pb(63 : 37)

솔다 = 땜납 = 주석/납 = 석연 = 半田 = 한다

2. 전해땜납도금 (Electro Solder Plating)2. 전해땜납도금 (Electro Solder Plating)


3. Reverse Pulse 정류기 효과- 균일한 전착.- 양호한 피막 분포(두께편차 최소).- THROWING의 향상.- 고 전류 밀도의 사용하므로 도금의 시간단축.- 입도의 미세화.

4. DC & Reverse Pulse 정류기 비교1) DC : 전류밀도 분포에 따라서 피막이 변화하기 때문에, 고 전류

밀도 부분에서는 피막이 두껍게 되고, 저 저류밀도 부분에서는 피막이 엷게 되어 불균일한 피막으로 스로윙 파워가나쁘다.

Pulse : DC와 비교하여 고 전류밀도 부분에서는 석출효과가 억제되고, 저 전류밀도 부분에서는 석출의 촉진효과가 커지기 때문에 균일한 피막을 얻을 수 있고, 스로윙 파워가향상한다

2) DC : 스로윙 파워가 나쁜 것에 의해 저 전류밀도에 필요로 하는피막의 두께만큼 도금을 하므로 고 전류밀도 부분의 도금두께는 필요 없는 도금이 되므로 생산단가가 높아진다.

Pulse : 스로윙 파워가 향상하는 것에 의해 필요 없는 여분의 도금을 절감 할 수 있으므로 생산단가를 절감할 수 있다

3. Reverse Pulse 정류기 효과- 균일한 전착.- 양호한 피막 분포(두께편차 최소).- THROWING의 향상.- 고 전류 밀도의 사용하므로 도금의 시간단축.- 입도의 미세화.

4. DC & Reverse Pulse 정류기 비교1) DC : 전류밀도 분포에 따라서 피막이 변화하기 때문에, 고 전류

밀도 부분에서는 피막이 두껍게 되고, 저 저류밀도 부분에서는 피막이 엷게 되어 불균일한 피막으로 스로윙 파워가나쁘다.

Pulse : DC와 비교하여 고 전류밀도 부분에서는 석출효과가 억제되고, 저 전류밀도 부분에서는 석출의 촉진효과가 커지기 때문에 균일한 피막을 얻을 수 있고, 스로윙 파워가향상한다

2) DC : 스로윙 파워가 나쁜 것에 의해 저 전류밀도에 필요로 하는피막의 두께만큼 도금을 하므로 고 전류밀도 부분의 도금두께는 필요 없는 도금이 되므로 생산단가가 높아진다.

Pulse : 스로윙 파워가 향상하는 것에 의해 필요 없는 여분의 도금을 절감 할 수 있으므로 생산단가를 절감할 수 있다

3. DC & Reverse Pulse 정류기비교3. DC & Reverse Pulse 정류기비교

4. DC & Reverse Pulse 정류기파형비교4. DC & Reverse Pulse 정류기파형비교

DCDC파형 DC + Pulse(2DC + Pulse(2단계단계) ) 파형파형 파형

+

0_

+

0_

+

0_

+

0_


5. 도금설비(PLATING EQUIPMENT)

1) 도금걸이(PLATING RACK) : 도금걸이는 도금조를 오염시키지 않는 재질로 코팅되어 있는 것을 사용해야 한다.걸이 구조는 과열 (OVERHEATING) 없이 필요한 전류를 절단면에 전달해야 하는구조이어야 하며, 구리나 구리합금이 가장 적당한 재질이다.

2) 정류기(RECTIFIER) : 전류를 공급해 주는 정류기 역시 그 종류가 많아 일반 직류 정류기로부터 TR정류기, 요즘 들어와서는 Pulse정류기 등이 사용되고 있는데, 정류기에 따라 도금의 균일도, 물성 등에 영향을 미칠 수 있으므로 신중한 검토가 요구 된다. 파형의 기복(리플:RIPPLE)은 5%이상이면 안되고, 2% 미만이 적당합니다. 정류기의 리플이높으면 광택제를 많이 소비되며, 거친 도금이 된다.

3) 여과(FILTRATION) : 여과는 최소한 시간당 2번 정도 용액 전체를 여과 해야 한다. 도금 용액은 부식성이 강하므로모든 훨터 펌프, 커넥터와 여과기의 표면은 이러한 도금 용액과 접촉을 해야 함으로 내산성이어야 한다. 펌프는 프라스틱과 경질의 고무재질을 사용해야 한다. 여과 CHAMBER와 BAFFLES(조절벽)에는 PVC, 투명 합성 수지나 폴리프로필렌 수지가 적당합니다. 여과 DISC와 여과 주머니는 DYNEL이나 폴리프로필렌을 사용한다. 여과기 MADIA에 꼭 석면(GRADE C-7)을 사용해야 하고, 셀루로우즈형 재질은 적당치 않다. 카트리지형 카본이나 과립형 카본 여과계는 카본이광택제를 제거하기 때문에 계속 사용하면 안 된다.

4) 도금탱크(PLATING TANK) : 도금탱크는 폴리에틸렌계, 유리섬유, PVC계 강철이나 폴리프로필렌을 사용해야 한다.탱크는 공기 교반에 의해 일어나는 분무형 도금액을 넘기지 않게 충분한 FREE BOARD높이 (최소 약 13cm)를 유지해야 한다. 황산, 유산동과 광택제를 소모시키는 요소들을제거하기 위해 배출 통풍장치가 꼭 필요하다.

5) 교반(AGITATION) : 저압력, 공기통풍 장치를 사용해 격렬한 공기 교반은 동 도금 작업에서는 가장 중요하다. 공기는구리 양극으로부터 구리(CUPROUS) 이온이 용해되어 나오도록 산소를 제공할 뿐만 아니라, 이이온이 용액전체에 골고루 퍼져있게 해 준다. 기계 교반 역시 사용되기도 하는데 이것은 진동 운동으로 움직이고, PCB 홀에 새로운 용액이 흐를 수 있도록 한다.

5. 도금설비(PLATING EQUIPMENT)

1) 도금걸이(PLATING RACK) : 도금걸이는 도금조를 오염시키지 않는 재질로 코팅되어 있는 것을 사용해야 한다.걸이 구조는 과열 (OVERHEATING) 없이 필요한 전류를 절단면에 전달해야 하는구조이어야 하며, 구리나 구리합금이 가장 적당한 재질이다.

2) 정류기(RECTIFIER) : 전류를 공급해 주는 정류기 역시 그 종류가 많아 일반 직류 정류기로부터 TR정류기, 요즘 들어와서는 Pulse정류기 등이 사용되고 있는데, 정류기에 따라 도금의 균일도, 물성 등에 영향을 미칠 수 있으므로 신중한 검토가 요구 된다. 파형의 기복(리플:RIPPLE)은 5%이상이면 안되고, 2% 미만이 적당합니다. 정류기의 리플이높으면 광택제를 많이 소비되며, 거친 도금이 된다.

3) 여과(FILTRATION) : 여과는 최소한 시간당 2번 정도 용액 전체를 여과 해야 한다. 도금 용액은 부식성이 강하므로모든 훨터 펌프, 커넥터와 여과기의 표면은 이러한 도금 용액과 접촉을 해야 함으로 내산성이어야 한다. 펌프는 프라스틱과 경질의 고무재질을 사용해야 한다. 여과 CHAMBER와 BAFFLES(조절벽)에는 PVC, 투명 합성 수지나 폴리프로필렌 수지가 적당합니다. 여과 DISC와 여과 주머니는 DYNEL이나 폴리프로필렌을 사용한다. 여과기 MADIA에 꼭 석면(GRADE C-7)을 사용해야 하고, 셀루로우즈형 재질은 적당치 않다. 카트리지형 카본이나 과립형 카본 여과계는 카본이광택제를 제거하기 때문에 계속 사용하면 안 된다.

4) 도금탱크(PLATING TANK) : 도금탱크는 폴리에틸렌계, 유리섬유, PVC계 강철이나 폴리프로필렌을 사용해야 한다.탱크는 공기 교반에 의해 일어나는 분무형 도금액을 넘기지 않게 충분한 FREE BOARD높이 (최소 약 13cm)를 유지해야 한다. 황산, 유산동과 광택제를 소모시키는 요소들을제거하기 위해 배출 통풍장치가 꼭 필요하다.

5) 교반(AGITATION) : 저압력, 공기통풍 장치를 사용해 격렬한 공기 교반은 동 도금 작업에서는 가장 중요하다. 공기는구리 양극으로부터 구리(CUPROUS) 이온이 용해되어 나오도록 산소를 제공할 뿐만 아니라, 이이온이 용액전체에 골고루 퍼져있게 해 준다. 기계 교반 역시 사용되기도 하는데 이것은 진동 운동으로 움직이고, PCB 홀에 새로운 용액이 흐를 수 있도록 한다.


6) 냉각장치(COOLING SYSTEM) : 도금조의 온도는 20~30℃로 조절해야 한다. 최적 온도는 25℃이고,. 30℃ 이상이 되면 광택제의 소비가 많아지고, 약한 레벨링, 광택도금에서 구름끼는 현상과 구석진부분에 무딘 낟알 모양의(GRAINY DULL) 도금이 된다. 도금조의 온도를 최적으로유지시키기 위해 기계적인 냉각 장치가 필요하며, 테프론이나 티타늄 냉각코일이나교환기가 적당하다.

7) 함인동 양극(PHOSPHORIZED COPPER ANODE) : 양극은 0.02-0.06%의 함인동이 좋으며, 양극의 면적은 음극면적의1.5-2.5배 정도가 되어야 한다. 양극의 길이는 음극의 길이보다 7.6-10cm정도 짧아야하며, 양극/음극의 작업 비율을 맞추기 위해서는 양극의 소비 만큼을 다시 채워서 유지시켜야 한다. 정상 도금조의 작업에서 양극에 두꺼운 검은 산화막(Black-Film)이생기며, 이것은 필연적으로 발생되고, 도금에는 해가 되지 않는다. 이 검은 막 (Black-Film)은 도금에서 주된 역할을 하는데, 적당하게 막이 생긴 양극은양극 표면에 산화때문에 발생하는 광택제의 소비를 적당하게 해주어 광택제의 과다한소비를 막아준다. 만약, 이 막을 제거한다면 구리의 미세 알갱이들이 도금조에 퍼져 거친 도금의 원인이 될 것이다. 새로운 검은 막 층이 형성 될 때까지 광택제의 소비가 보다 많아질 것이다.(Black-film은 아노드볼 보충 이후 Dummy도금 시 생성된다)

8) 양극주머니 (ANODE BAG) : NAPPED(보플이 일어나있는) 폴리프로필렌이나 DYNEL로 된 양극 주머니를 사용하고,면(COTTON)은 적당치 않다. 양극주머니는 묽은 황산으로 밤새 담구어 우려낸 후 물로잘 수세해야 한다.

9) 양극 바스켙(ANODE BASKET) : 티타늄 양극 바스켙은 도금조의 양극 물럼쇠(CHUNKS)와 구리 폐기물의 제거를 위해 사용한다. 사용하고 있는 바스켙 역시 구리 양극과 비교해서 적당한 양극면적을유지하는데 도움이 된다. 티타늄 바스켙의 최대 면적은 전체 양극 면적의 15% 이상이 넘으면 안된다.

10) 양극걸이(ANODE HOOK) : 티타늄 양극 걸이를 사용해야만 한다.11) 필터 카트리지(FILTER CARTRIDGE) : 새로운 필터 카트리지는 65℃에서 6-8시간 동안 3-5%의 황산에 담구어 우린

후 수세를 잘해서 사용해야 한다.

6) 냉각장치(COOLING SYSTEM) : 도금조의 온도는 20~30℃로 조절해야 한다. 최적 온도는 25℃이고,. 30℃ 이상이 되면 광택제의 소비가 많아지고, 약한 레벨링, 광택도금에서 구름끼는 현상과 구석진부분에 무딘 낟알 모양의(GRAINY DULL) 도금이 된다. 도금조의 온도를 최적으로유지시키기 위해 기계적인 냉각 장치가 필요하며, 테프론이나 티타늄 냉각코일이나교환기가 적당하다.

7) 함인동 양극(PHOSPHORIZED COPPER ANODE) : 양극은 0.02-0.06%의 함인동이 좋으며, 양극의 면적은 음극면적의1.5-2.5배 정도가 되어야 한다. 양극의 길이는 음극의 길이보다 7.6-10cm정도 짧아야하며, 양극/음극의 작업 비율을 맞추기 위해서는 양극의 소비 만큼을 다시 채워서 유지시켜야 한다. 정상 도금조의 작업에서 양극에 두꺼운 검은 산화막(Black-Film)이생기며, 이것은 필연적으로 발생되고, 도금에는 해가 되지 않는다. 이 검은 막 (Black-Film)은 도금에서 주된 역할을 하는데, 적당하게 막이 생긴 양극은양극 표면에 산화때문에 발생하는 광택제의 소비를 적당하게 해주어 광택제의 과다한소비를 막아준다. 만약, 이 막을 제거한다면 구리의 미세 알갱이들이 도금조에 퍼져 거친 도금의 원인이 될 것이다. 새로운 검은 막 층이 형성 될 때까지 광택제의 소비가 보다 많아질 것이다.(Black-film은 아노드볼 보충 이후 Dummy도금 시 생성된다)

8) 양극주머니 (ANODE BAG) : NAPPED(보플이 일어나있는) 폴리프로필렌이나 DYNEL로 된 양극 주머니를 사용하고,면(COTTON)은 적당치 않다. 양극주머니는 묽은 황산으로 밤새 담구어 우려낸 후 물로잘 수세해야 한다.

9) 양극 바스켙(ANODE BASKET) : 티타늄 양극 바스켙은 도금조의 양극 물럼쇠(CHUNKS)와 구리 폐기물의 제거를 위해 사용한다. 사용하고 있는 바스켙 역시 구리 양극과 비교해서 적당한 양극면적을유지하는데 도움이 된다. 티타늄 바스켙의 최대 면적은 전체 양극 면적의 15% 이상이 넘으면 안된다.

10) 양극걸이(ANODE HOOK) : 티타늄 양극 걸이를 사용해야만 한다.11) 필터 카트리지(FILTER CARTRIDGE) : 새로운 필터 카트리지는 65℃에서 6-8시간 동안 3-5%의 황산에 담구어 우린

후 수세를 잘해서 사용해야 한다.


6. 도금 공정 내용(PLATING PROCESS)1) 랙킹

- PCB를 Size 별로 공정 및 전류를 흘려줄 목적으로 랙크에 보드를 장착시키는 준비 공정이다. 전류의 흐름 및 내약품성 등을 고려하여 Sus 및 Cu(황동) 등으로 만든다.

2) 탈지(Cleaner)- Black-Hole 또는 Imaging 후에 최초의 전처리로 주로 산 Type의 탈지액으로 취급 시 발생될 수 있는 지문, 산화,

유지분 등을 제거해 주며, D/F 현상 후 남아 있을 수 있는 Resist 성분의 제거와 아울러 Small Hole의 침투력을 향상시키기 위해 계면활성제(Wetting agent)를 함유하여 Small Hole에 젖음성(Wetting)을 줌으로써 후속 약품처리가 가능하도록 해준다.이 Wetting agent는 세척에 주의를 요하므로 후속 수세공정이 온수세 및 Spray 수세를 병행하는 것이 완벽한 제거에 도움을 주며, 일반적으로 황산, 염산 및 유기산 Base로 되어 있다.

3) Soft(Micro) etching- 패턴 및 홀 속의 Cu 층에 미세한 요철(0.4~0.5㎛)을 부여해 줌으로써 후속 전기 도금의 Cu 입자가 균일 밀착하는데중요한 역할을 한다. Wetting 성을 부여하기 위해 근래에는 Wetting agent가 함유된 Soft etching 액도 나오고 있으며액의 불안정성으로 파괴를 막기 위해 안정제가 첨가된다. 또한 Soft etching에서 가장 중요한 것은 균일한 etch rate로써 특히 전기 동도금에서는 관리를 요한다.일반적으로 많이 사용되는 약품으로 과수-황산 Type, 과황산나트륨-황산 Type이 있다.

4) 10% 황산(Pre-dip)- 전기 동도금 약품의 오염 방지 및 Cu 산화를 방지하기 위해서 전기 동도금 직전에 처리하는 공정이다5) 전기 동도금- “+”, “-” 전류를 흘려 Cu 입자를 보드의 회로 및 표면, 홀 속에 도금하는 방식으로 주성분은 무기 약품 성분으로 황산동(CuSO 5H O), 황산(H SO ), 염소(HCl)와 유기 약품 성분으로 광택제(Brightner, Leveller, Carrier)의 조합으로 이루4 2 2 4

어져있다. 또한 Cu 이온의 공급원으로 인(P)을 극소량 (0.04~0.06%) 함유하고 잇는 아노드(Anode)가 + 극에서 공급되어야 함

6. 도금 공정 내용(PLATING PROCESS)1) 랙킹

- PCB를 Size 별로 공정 및 전류를 흘려줄 목적으로 랙크에 보드를 장착시키는 준비 공정이다. 전류의 흐름 및 내약품성 등을 고려하여 Sus 및 Cu(황동) 등으로 만든다.

2) 탈지(Cleaner)- Black-Hole 또는 Imaging 후에 최초의 전처리로 주로 산 Type의 탈지액으로 취급 시 발생될 수 있는 지문, 산화,

유지분 등을 제거해 주며, D/F 현상 후 남아 있을 수 있는 Resist 성분의 제거와 아울러 Small Hole의 침투력을 향상시키기 위해 계면활성제(Wetting agent)를 함유하여 Small Hole에 젖음성(Wetting)을 줌으로써 후속 약품처리가 가능하도록 해준다.이 Wetting agent는 세척에 주의를 요하므로 후속 수세공정이 온수세 및 Spray 수세를 병행하는 것이 완벽한 제거에 도움을 주며, 일반적으로 황산, 염산 및 유기산 Base로 되어 있다.

3) Soft(Micro) etching- 패턴 및 홀 속의 Cu 층에 미세한 요철(0.4~0.5㎛)을 부여해 줌으로써 후속 전기 도금의 Cu 입자가 균일 밀착하는데중요한 역할을 한다. Wetting 성을 부여하기 위해 근래에는 Wetting agent가 함유된 Soft etching 액도 나오고 있으며액의 불안정성으로 파괴를 막기 위해 안정제가 첨가된다. 또한 Soft etching에서 가장 중요한 것은 균일한 etch rate로써 특히 전기 동도금에서는 관리를 요한다.일반적으로 많이 사용되는 약품으로 과수-황산 Type, 과황산나트륨-황산 Type이 있다.

4) 10% 황산(Pre-dip)- 전기 동도금 약품의 오염 방지 및 Cu 산화를 방지하기 위해서 전기 동도금 직전에 처리하는 공정이다5) 전기 동도금- “+”, “-” 전류를 흘려 Cu 입자를 보드의 회로 및 표면, 홀 속에 도금하는 방식으로 주성분은 무기 약품 성분으로 황산동(CuSO4 5H2O), 황산(H2SO4), 염소(HCl)와 유기 약품 성분으로 광택제(Brightner, Leveller, Carrier)의 조합으로 이루어져있다. 또한 Cu 이온의 공급원으로 인(P)을 극소량 (0.04~0.06%) 함유하고 잇는 아노드(Anode)가 + 극에서 공급되어야 함


7. 도금 원리(PLATING PRINCIPLE)- 전기 동 도금용액 내의 황산구리(Cuso4 5H2O)와 Cu 아노드의 구리 이온이 산화/환원 반응에 의해 석출된다.

즉, Cu° → Cu²+ + 2e- Cu²+ + 2e- → Cu°(산화: Cu 아노드로부터 Cu°가 용해) (환원: Cu²+이 음극으로 Cu°로 석출)

1) 각 성분의 역할황산구리(CuSO 5H O)4 2

- 일차적으로 Cu 이온 공급원이 되며, 전기의 전도성을 증가시켜 원활한 전류 흐름을 도와준다.황산(H SO )2 4

- 전기 동도금 용액의 전기전도도를 결정하는 성분이며, Anode Ball의 용해 촉진 역할을 한다.염소(Cl-)- Cu²+ → Cu°로 환원하는 반응의 보조 역할을 하며, 도금의 속도(pkating ratio)와 관련이 있다.

Brightner- 광택제 성분 중 하나로 도금 촉진제의 역할을 하며, 환원 반응의 촉매 역할을 한다.Leveller- 마찬가지로 광택제 성분의 하나로 도금 촉진제의 반대로 도금 억제의 역할을 하므로써 서로 Brightner와 견제해

과잉 도금을 방지하며, 이것의 주성분인 N+을 함유하고 있어 특히 고 전류의 도금 억제 역할을 한다.Carrier- 도금의 확산층을 형성하므로 Cu 금속이 쉽게 전이되어 도금되는 것을 도와주며 Brightner와 Cl-에 보조 역할을 함

2) 전기 동도금의 관리 항목- 전류 밀도 (A/d㎡)는 도금 면적 대비한 적정 전류를 의미하며 우선적으로 정확한 도금 면적을 알고

(1d ㎡ : 10×10 ㎠) 이것에 광택제의 적정 적용 Ampere를 적용하는 것이 중요하다.예를 들면, 도금하려는 PCB의 회로 면적이 30d㎡ 일 경우 적정 도금 Ampere가 3A/d㎡라 하고, 렉크당 6PNL이랙킹되고 랙크 접점 등 노출된 부위의 면적이 2d㎡인 경우이다.

적용 Ampere = 3A/d㎡ × 30d㎡ × 6PNL + 2d㎡(적정 도금 전류) (적정 도금 전류 면적) (도금 면적) (도금 PNL) (랙크 도금 면적)

- 일반적으로 도금 시간은 60분 정도를 하는데, 도금 두께(일반적으로, 25~35㎛)를 올릴 수 있는 시간을 적용

7. 도금 원리(PLATING PRINCIPLE)- 전기 동 도금용액 내의 황산구리(Cuso4 5H2O)와 Cu 아노드의 구리 이온이 산화/환원 반응에 의해 석출된다.

즉, Cu° → Cu²+ + 2e- Cu²+ + 2e- → Cu°(산화: Cu 아노드로부터 Cu°가 용해) (환원: Cu²+이 음극으로 Cu°로 석출)

1) 각 성분의 역할황산구리(CuSO4 5H2O)- 일차적으로 Cu 이온 공급원이 되며, 전기의 전도성을 증가시켜 원활한 전류 흐름을 도와준다.황산(H2SO4)- 전기 동도금 용액의 전기전도도를 결정하는 성분이며, Anode Ball의 용해 촉진 역할을 한다.염소(Cl-)- Cu²+ → Cu°로 환원하는 반응의 보조 역할을 하며, 도금의 속도(pkating ratio)와 관련이 있다.

Brightner- 광택제 성분 중 하나로 도금 촉진제의 역할을 하며, 환원 반응의 촉매 역할을 한다.Leveller- 마찬가지로 광택제 성분의 하나로 도금 촉진제의 반대로 도금 억제의 역할을 하므로써 서로 Brightner와 견제해

과잉 도금을 방지하며, 이것의 주성분인 N+을 함유하고 있어 특히 고 전류의 도금 억제 역할을 한다.Carrier- 도금의 확산층을 형성하므로 Cu 금속이 쉽게 전이되어 도금되는 것을 도와주며 Brightner와 Cl-에 보조 역할을 함

2) 전기 동도금의 관리 항목- 전류 밀도 (A/d㎡)는 도금 면적 대비한 적정 전류를 의미하며 우선적으로 정확한 도금 면적을 알고

(1d ㎡ : 10×10 ㎠) 이것에 광택제의 적정 적용 Ampere를 적용하는 것이 중요하다.예를 들면, 도금하려는 PCB의 회로 면적이 30d㎡ 일 경우 적정 도금 Ampere가 3A/d㎡라 하고, 렉크당 6PNL이랙킹되고 랙크 접점 등 노출된 부위의 면적이 2d㎡인 경우이다.

적용 Ampere = 3A/d㎡ × 30d㎡ × 6PNL + 2d㎡(적정 도금 전류) (적정 도금 전류 면적) (도금 면적) (도금 PNL) (랙크 도금 면적)

- 일반적으로 도금 시간은 60분 정도를 하는데, 도금 두께(일반적으로, 25~35㎛)를 올릴 수 있는 시간을 적용


8. TROUBLE SHOOTING GUIIDE8. TROUBLE SHOOTING GUIIDE

- 유산동 농도를 낮춘다

- 유산을 보충한다

- 욕 온도를 낮춘다

-동 농도가 높다

-유산농도가 낮다

-욕 온도가 높다

균일 전착성의 저하

- 활성탄 처리

- ANODE FILE 확인 관리

- 용액의 온도가 너무 높음

- 유기 불순물

- ANODE FILM이 적당치 않음

과다한 광택제 소모

- 용액을 여과(저장탱크에 BATCH 여과함)

- 부식율을 유지시키기 위해 양극의 면적을 증가시킴

- 양극주머니의 TEAR를 점검함.

- 모든 양극 주머니의 SIZING과 여과 카트리지를 세척

- 탱크 바닥의 이물질들을 점검함 (널판지, 클립, 걸이 등)

-먼저한 도금에서 떨어진 도금액에 떠 다니는 알갱이나 DRAG-IN

에 의한 생긴 물질을 점검합니다.

- 도금용액에 알맹이가 있을때

고르지 못한 도금

거친 도금

- 유산동 보충

- 욕 온도를 올린다(23~27℃)

- 전류밀도를 낮춘다.(2A/d㎡~3A/d㎡)

- 교반을 강하게 한다.

- M-Conc를 0.2㎖/ℓ~0.6㎖/ℓ첨가한다.

- 동 농도의 저하

- 욕 농도가 낮다.

- 전류밀도가 높다

- 교반 부족

- 광택제 부족

고전부의 탐(Burning)

대 책원 인


8. TROUBLE SHOOTING GUIIDE8. TROUBLE SHOOTING GUIIDE

- 도금과정중의 세척과 수세과정을 점검함.

- 양극면적을 증가시킴

- 황산과 황산농도를 점검

- 철, 니켈,아연등과 같은 금속오염물을 점검.

- 양극주머니의 구멍을 점검.

- 염소이온을 점검.

- 염소이온 농도가 낮으면 양극분극 현상의 원인이 된다.

- 양극의 인산성분을 점검합니다.

- 인산성분이 높은 것 역시(0.065이상) 양극분극현상을 초래

- 광택범위가 좁다면 염소이온의 농도를 40-70ppm으로 유지

- 온도를 20-30℃(최적25℃)로 유지합니다. TEFLON, 티타늄,

냉각코일로 식힌다.

- 용액을 탄소(활탄)처리합니다.

- 세척이 불충분할 때

- 양극, 분극현상, 고전압, 저전류

- 염소이온의 불균형

- 온도가 높을 때

- 탄소처리가 필요할 때줄무늬 도금

(STREAKING)광택제의 부족

- 양극의 인산성분을 낮춤

- 구리양극에서 기름이나 유지를 제거하기 위해 약한 과황산

으로 에칭제 탈지

- 기름이나 유지류의 오염이나 전처리 세척과정으로부터의

DRAG- IN에 의한 오염물 등을 점검한다

- 탄소처리하고 광택제를 보충한다.

- 공기 교반을 증가시키며, 염소이온을 분석한다.

- 도금용액에 기름이나 유지류

- 염소이온의 농도가 너무 높을 때

핏트(Pit)현상

대 책원 인

공정공정 4 :4 : 부식부식((Etching)Etching)

1. 부식 (Etching)1. 부식 (Etching)

- 부식은 내/외층의 Cu 부위를 산이나 알카리 액을 이용하여 용해내지는 표면 조도를 형성하는 것이다.

2. 염화동부식 (CuCl2 Etching)2. 염화동부식 (CuCl2 Etching)

- 내층 및 외층 Tenting 공법 부식용으로 주로 사용되며, 주 성분은 염산(HCl), 과수(H2O2), 물(H2O)로 구성되어 있으며, Cu를 부식하면서 Cu° + Cu²+Cl2 → 2Cu+Cl로 반응하면서 Cu가 부식되고, 다시 염소(Cl)의 첨가로 2Cu+ + 2Cl- →2CuCl2로 염화 제2동이 재생되면서 연속작업이 가능한 System으로 이루어 진다

- 염화동 부식공정은 D/F 현상 → 염화동 부식 → D/F 박리 → 수세 → 건조로 이루어진다

[알카리부식 (Alkali Etching) ]3. 알카리부식 (Alkali Etching)3. 알카리부식 (Alkali Etching)

- 외층 Pattern 공법의 Cu 부식용으로 주로 사용되며, 주 성분은 수산화 암모늄 과수(NH4OH), 염화암모늄(NH3)4Cl2, 첨가제로 구성되어 있으며, 주 반응은2Cu° + 2Cu²+ (NH3)4Cl2 → 4Cu+ (NH3)2Cl4Cu+ (NH3)2Cl + 4 NH3 + 4NH4Cl + O2 → 4Cu2+ (NH3)2Cl + H2O (재생)로 이루어진다

- 알카리 부식공정은 D/F 박리 → 알카리 부식 → 주석 박리 → 수세 → 건조로 이루어진다

공정공정 5 :5 : 현상현상((DevelopeDevelope))과과 박리박리((Strip) Strip)

1. 현상 (Develope)1. 현상 (Develope)

- 현상은 노광된 PCB의 최종 회로 형성단계로 자외선(Ultra-Violet) 빛에 의해 광 중합된 부위만 남기고, 광 중합이 안된부위를 탄산나트륨(NaCO3)이나 탄산칼륨(KCO3) 수용액으로 용해 제거하여, 회로를 형성하는 공정이다.

현상속도(Break Point) : Break Point ½ Setting 시

Break Point는 D/F의 최소현상 시간을 현상기의 어느 시점에 맞추는가를 말하는 것으로 현상조의 1/2 ~ 2/3 지점에 맞추는 것이 통상적이다. Setting 방법은 최소현상 시간을 알고 이를 현상조 길이에 적용하여 속도를 Setting하며, 1/2 지점 또는 2/3 지점에 오도록 한다. 노광이 완료된 PCB를 현상하여 1/2 B.P의 지점에 경우 PCB가 현상조 1/2 지점에 왔을 때 구동 및 현상 Spray를Off하여 육안으로 현상 정도를 확인하여 조정한다. 이 때 1/2 지점을 경계로앞부분은 완전히 현상되었고, 뒷부분은 미 현상 되었다면, B.P가 1/2 이라고말한다

현상조로딩 수세&

건조현상 진행중

완전 현상

현상조의 길이

2. 박리(Strip)2. 박리(Strip)

- 박리는 Resist 등을 약품을 사용하여 용해 또는 분해하여 벗겨내는 것으로, 내층의 Etching Resist 및 외층의 Plating 및Etching Resist인 Dry-Film을 벗겨내는 공정을 말한다.

- 박리 약품으로는 일반적으로 가성소다(NaOH) 또는 가성칼리(KOH)를 사용하는데 이것이 D/F의 카르복실기( COOH)에OH-가 결합하여 D/F을 들뜨게 하여 파편형태로 박리된다.

도금공정(plating process) 개요 - 금공정 교육 자료.pdf · pdf file공정1...

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