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KR20000019363A - 극저조도 전해동박의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

극저조도 전해동박의 제조방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판에 대하여 프리프래그(prepreg)의 절연성 및 동박의 에칭성을 좋게 함과 함께 극저조도(Very Low Profile) 및 인장강도와 연신율을 동시에 충족할 수 있는 전해동박의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 양극(anode)(14)과 회전하는 드럼통의 음극(12)을 구비한 전해장치에 동전해액을 공급하면서 음극표면에 동을 전착시켜 동박을 얻는 것에 있어서, 분사수단(7)을 통해 저농도 젤라틴이 혼합된 동전해액을 전해조(9)측으로 공급하여 음극(12)의 표면에 제 1 단계층이 전착되게 한 상태에서 또 다른 분사수단(8)을 통해 연속하여 고농도 젤라틴이 혼합된 동전해액을 전해조(9)측으로 공급하여 상기 제 1 단계층 표면에 제 2 단계층을 전착하는 기술임.

Description

극저조도 전해동박의 제조방법 및 그 장치
본 발명은 인쇄회로기판에 필요한 특성인 프리프래그(prepreg)의 절연성 및 동박의 에칭성이 우수한 동박의 제조에 관한 것으로서, 특히 극저조도(Very Low Profile) 및 인장강도와 연신율을 향상시키기 위한 동박의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재 널리 사용되는 인쇄회로기판은 크게 두가지로 구분되는데, 하나는 페놀수지를 절연판으로 하여 라디오, VTR, Desk Top PC, 오디오 등의 재품에 널리 사용되는 민생용 인쇄회로기판이고, 다른 하나는 에폭시수지를 절연판으로 하여 노트북 PC, 핸드폰 등의 제품에 사용되는 산업용 고급 인쇄회로기판이다.
근래 들어, 제품의 경박단소화의 추세에 따라 인쇄회로기판은 보다 얇고, 다층화 및 미세회로 형성에 관련되어 많은 연구 및 실용화가 진행되고 있다.
이에 따라, 동박 역시 인쇄회로기판의 각종 연구에 부합하여 정밀 인쇄회로기판으로 적합한 극저조도 동박이 개발되고 있다.
미국특허 제5,181,770호에서는 저농도 염소이온 및 고농도 젤라틴이 포함된 동전해액을 이용하여 저조도 동박을 제조하는 방법이 알려져 있으나, 조도가 4μm 이상이고, 매트면의 결정립이 조대화하여 에칭성이 뛰어나지 못하는 등의 문제가 있다.
한편, 미국특허 제 5,215,645호에서는 동전해액에 0.044 ∼ 4.4 ppm의 젤라틴과 0.28 ∼ 11.1 ppm의 티오요소(thiourea)를 첨가하여 물성이 우수한 극저조도의 동박을 제조하는 방법이 알려져 있으나, 이 방법은 일반적인 동박의 제조방법과는 달리 티오요소를 사용하므로 인해 전해액을 별도로 제조함은 물론 관리하여야 되었으므로 제조공정이 까다로워지는 문제가 있었고, 물성치에 있어서도 연신율은 높으나, 조도가 3.5 ∼ 11.5μm 이고, 상온 인장강도는 27.7 ∼ 40.0 Kg/mm2, 고온 인장강도는 15.0 ∼ 18.0 Kg/mm2정도에 불과하였다.
조대하고 불균일한 결정립의 동박이 부착된 원판을 사용하여 인쇄회로기판을 형성시 프리프래그에 접착된 동박의 단면 높이방향으로 조직크기가 불균일하고 심한 폭방향 결정립의 크기 차이가 나타난다.
결국, 결정립차이로 에칭속도가 다르고 회로제조상에 언더컷(Under Cut)현상을 유발하여 고급 인쇄회로용 기판의 특징인 미세 회로형성을 방해하는 중요 원인중의 하나로 작용하였다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 동박제조시 전해장치에 젤라틴농도가 각각 다른 동전해액으로 하여 1단계에서는 저농도 젤라틴을 포함한 동전해액으로 제 1 층을 얻고, 2단계에서는 제 1 층의 상면에 고농도 젤라틴을 포함한 동전해액으로 한 2층구조를 형성시키므로서 매트면의 결정립 크기 및 균일도를 크게 향상시켜 매트면 결정립 크기로 인한 미세회로 형성방해를 억제할 수 있는 극저조도와 향상된 물성을 갖는 동박을 얻는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 양극(anode)과 회전하는 드럼통의 음극을 구비한 전해장치에 동전해액을 공급하면서 음극표면에 동을 전착시켜 동박을 얻는 것에 있어서, 동전해액에 저농도 젤라틴을 혼합하여 드럼통의 음극에 제 1 단계층이 전착되게 하여 상기 제 1 단계층의 핵생성 또는 초기 성장시 연속하여 동전해액에 고농도 젤라틴을 혼합하여 공급하면서 상기 제 1 단계 층의 표면에 제 2 단계층이 전착되게 함을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 동전해액이 담겨진 저장탱크와, 상기 저장탱크내에 담겨진 동전해액의 공급라인상에 차례로 설치되어 동전해액의 공급시 동전해액내에 포함된 유기물 및 불순물을 제거하는 활성탄 필터 및 마이크로 필터와, 유기물 및 불순물이 제거된 동전해액의 이송경로상에 설치되어 저농도 젤라틴을 공급하는 저농도 젤라틴 공급탱크와, 상기 동전해액 공급라인의 끝단에 설치된 전해조와, 상기 전해조측으로 동전해액을 분사하는 노즐과, 상기 전해조의 내면에 설치된 양극과, 상기 양극의 상측에 회전가능하게 설치되어 동전해액이 공급됨에 따라 동이 전착되는 음극으로 구성된 동박 제조장치에 있어서, 마이크로 필터를 통과한 동전해액이 양분되어 전해조측으로 공급되도록 이들사이에 분할 형성되어 연결된 급액관과, 상기 급액관의 끝단에 연결되며 내부가 격벽으로 구획된 노즐을 구비하는 분사수단과, 상기 음극의 회전시작측으로 동전해액을 공급하는 급액관에 연결된 저농도 젤라틴 공급탱크와, 그 반대측으로 동전해액을 공급하는 급액관에 연결된 고농도 젤라틴 공급탱크로 구성됨을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 전해동박 제조장치를 나타낸 개략도
도 2는 종래의 방법으로 제조된 동박의 정면 주사 전자 현미경사진(배율×2000)
도 3은 본 발명의 방법으로 제조된 동박의 정면 주사 전자 현미경사진(배율×2000)
도 4는 종래의 방법으로 제조된 동박의 단면을 나타낸 광학 현미경사진(배율×500)
도 5는 본 발명의 방법으로 제조된 동박의 단면을 나타낸 광학 현미경사진(배율×500)
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 저장탱크 4, 5 : 급액관
6 : 격벽 7, 8 : 분사수단
9 : 전해조 10 : 저농도 젤라틴 공급탱크
11 : 고농도 젤라틴 공급탱크 12 : 음극
13 : 동 용해탱크 14 : 양극
이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전해동박 제조장치를 나타낸 개략도로서, 동전해액 저장탱크(1)내의 동전해액은 유기물을 제거하는 활성탄 필터(2)와 불순물을 제거하는 마이크로 필터(3)를 거쳐 양분된 급액관(4)(5)을 따라 중간에 격벽(6)이 형성되어 있는 노즐이 구비된 분사수단(7)(8)을 통해 전해조(9)로 공급되도록 구성되어 있다.
그리고 상기 급액관(4)(5)의 좌,우에는 동전해액의 공급시 저농도 및 고농도의 젤라틴을 급액관으로 각각 공급하는 저농도 및 고농도 젤라틴 공급탱크(10)(11)가 구비되어 있으며 전해조의 내면에는 양극(14)이 설치되어 있다.
상기 저농도 젤라틴 공급탱크(10)에서는 동전해액중 5mg/ℓ 이하가 되게 저농도 젤라틴을 공급하고, 고농도 젤라틴 공급탱크(11)에서는 동전해액중에 1 ∼ 20mg/ℓ 의 고농도 젤라틴을 공급하게 된다.
따라서 드럼형태의 음극(12)이 회전하는 상태에서 저장탱크(1)내의 동전해액이 활성탄 필터(2) 및 마이크로 필터(3)를 차례로 통과하면서 유기물 및 불순물이 제거된 다음 급액관(4)(5)을 거쳐 양분되어 분사수단(7)(8)을 통해 전해조(9)의 내부로 분사되기 직전에 급액관(4)의 내부로 5mg/ℓ 이하의 저농도 젤라틴이 공급되고, 다른 일측의 급액관(5)으로는 1 ∼ 20mg/ℓ 의 고농도 젤라틴이 공급된다.
이에 따라, 음극(12)의 회전시작점, 즉 도면상 좌측에 위치하는 음극(12)의 표면에 동전해액으로부터 동이 전착되므로 음극의 표면에 제 1 단계층이 얻어진다.
이와 같이 동전해액에 저농도 젤라틴이 공급되어 음극(12)의 표면에 제 1 단계층이 얻어진 상태에서 음극(12)의 계속되는 회전으로 제 1 단계층이 얻어진 부위가 도면상 전해조의 우측에 위치되면 이 부위에서는 분사수단(8)을 통해 고농도 젤라틴이 포함된 동전해액이 분사되므로 제 1 단계층의 상면에 제 2 단계층이 형성된다.
상기 제 2 단계층이 전착되게 함에 있어서는 제 1 단계층이 전착되어 핵생성된 후, 성장되기 전에 하거나, 성장 초기에 연속하여 고농도 젤라틴 함유 동전해액을 공급하여 음극(12)에 제 2 단계층이 전착되도록 한다.
상기한 바와 같이 전해조(9)의 내부로 공급되어 전착과정을 거친 동전해액은 전해조의 밖으로 오버 플로우(over flow)되어 동전해액 저장탱크(1)로 재유입되는데, 동박제조를 반복 실시함에 따라 동전해액내의 동농도가 점진적으로 떨어지는 반면, 산농도는 높아지게 된다.
이 경우에는 동전해액중 동과 산의 적정 농도관리를 목적으로 동전해액을 저장탱크(1)에서 동 용해탱크(13)측으로 보내 공기와 같이 투입된 동금속(피복이 제거된 전선류 등)과 접촉시키므로써 황산동으로 용해된다.
상기한 과정을 용해과정이라 하는데, 이러한 과정을 거친 동전해액은 다시 저장탱크(1)로 보내지므로 저장탱크내의 동전해액은 항상 거의 일정한 동 및 산농도를 유지할 수 있게 된다.
상기 동전해액 조성은 H2SO450 ∼ 200 g/ℓ, Cu 30 ∼ 150 g/ℓ, Cl 60 mg/ℓ 이하이고, 전해액 온도는 30 ∼ 80℃이며, 전류 밀도는 20 ∼ 150 A/dm2이다.
상기한 동박은 핵생성 및 성장 과정을 거쳐 얻어지는데, 이 때 젤라틴은 성장을 균일하게 함과 동시에 조대 성장을 억제하는 역할을 한다.
즉, 젤라틴이 저농도인 경우에는 초기 핵생성시 초기 조직이 미세하게 되어 물성을 좋게 하나, 성장을 촉진시켜 결국 조직을 조대화시키게 된다.
이와는 반대로 젤라틴이 고농도인 경우에는 성장을 균일하게 하며, 조대 성장을 억제하여 저조도를 갖게 하나, 물성을 저하시키게 된다.
이와 같이 젤라틴은 농도에 따라 장,단점을 가지고 있으므로 단층만으로는 이를 모두 충족시키는데 한계가 있다.
본 발명은 5 mg/ℓ 이하의 젤라틴 농도를 함유한 제 1 단계층으로 하되, 핵 생성 후 또는 성장초기에 연속하여 젤라틴 농도 조건변화를 갖는 제 2 단계층을 형성시키므로서 제 1 단계층에서 연속적으로 생길 수 있는 조직성장을 정지시킨다.
따라서 제 1 단계층에서 초기 핵생성에 따른 미세조직을 그대로 함유함과 함께 제 2 단계층에서의 핵생성이 제 1 단계층의 조직상면과는 경계면에서 위치하여 재 핵생성 및 성장이 급격히 진행되면서 성장하게 되므로 기존의 동박보다 더 미세한 결정립을 얻는 등, 저조도 및 우수한 물성을 동시에 충족시킬 수 있다.
다음은 실시예에 따라 설명한다.
본 발명의 전해조건은 H2SO4100 g/ℓ, Cu 100 g/ℓ, Cl 50 mg/ℓ, 전해액 온도는 60℃, 전류 밀도는 100 A/dm2로 하였고, 제 1 단계층의 젤라틴 농도는 1 mg/ℓ, 제 2 단계층의 젤라틴 농도는 5 mg/ℓ 로 하여 도 1과 같은 공정을 통하여 35μm 두께의 동박을 제조하였다.
한편, 본 발명과 비교하기 위해 상기 전해조건과 동일하게 하면서 젤라틴 농도를 2 mg/ℓ 로 한 단층을 갖는 35μm 두께의 동박을 제조하였다.
그 결과, 기존 공정으로 제조된 동박의 초기 성장은 도 4와 같이 음극(12)의 표면에서 미세한 결정립(0.1 ∼ 0.2μm)으로 성장하다가 35μm 두께에 달하면 산높이를 비롯한 결정립이 조대화해짐을 알 수 있고, 도 2와 같이 10 ∼ 15μm 의 결정립을 이루게 되었다.
그러나 본 발명은 도 5와 같이 35μm 두께에 도달시 산높이가 없이 결정립이 미세화하였고, 도 3과 같이 3μm 정도의 결정립을 나타내었다.
또한, 본 발명은 3μm 이하의 조도를 비롯한 상온 인장강도 40 Kg/mm2이상, 고온 인장강도 20 Kg/mm2, 상온 및 고온 연신율 8 % 이상의 물성을 얻을 수 있다.
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 물성 결과를 종래와 비교하여 나타낸 것이다.
인장 강도(Kg/mm2) 연 신 율(%) 조 도(Rz)
상 온 고온(180℃) 상 온 고온(180℃)
본 발명 45 25 12 10 3.0μm
기 존 36 18 9 2 7.0μm
미국특허(5,215,645)젤라틴 (9ppm)티오요소 (10ppm)젤라틴 (15ppm)티오요소 (20ppm)젤라틴 (0.35ppm)티오요소 (5ppm)젤라틴 (0.6ppm)티오요소(3.5ppm) 25.540.819.7 ∼21.026.9 16.1 11.258.754 ∼ 636.55 12.72 7.64.311 ∼ 1211.04
이상에서와 같이 본 발명은 불용성 양극(14)과 회전하는 음극(12)사이에 저농도 젤라틴과 고농도 젤라틴을 각각 포함한 동전해액을 공급하여 음극의 표면에 저농도 젤라틴 함유 동전해액을 전착시켜 제 1 단계층을 얻은 다음 상기 제 1 단계층이 핵생성 또는 성장 초기가 될 때 상기 제 1 단계층 표면에 고농도 젤라틴 함유 동전해액을 전착시키므로서 극저조도를 비롯한 미세 결정립을 갖게 하여 IC, LSI 등 반도체의 소형화, 고밀도회로 초박판 및 미세회로(Fine pattern) 등의 인쇄회로기판에 필요한 특성인 프리프래그의 절연성 및 동박의 에칭성이 우수하고 인장강도와 연신율이 향상된 전해동박을 얻게 된다.

Claims (4)

  1. 양극(anode)과 회전하는 드럼통의 음극을 구비한 전해장치에 동전해액을 공급하면서 음극표면에 동을 전착시켜 동박을 얻는 것에 있어서, 저농도 젤라틴이 혼합된 동전해액을 공급하여 음극의 표면에 제 1 단계층이 전착되게 하고 연속하여 고농도 젤라틴이 혼합된 동전해액을 공급하여 상기 제 1 단계층 표면에 제 2 단계층이 전착되게 함을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 단계층이 전착되어 핵 생성된 후 성장되기 전 또는 성장 초기에 제 2 단계층이 전착되게 함을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 단계층의 전착을 위한 동전해액중에 포함된 젤라틴은 5 mg/ℓ이하의 농도이고, 제 2 단계층의 전착을 위한 동전해액중에 포함된 젤라틴은 1 ∼ 20 mg/ℓ농도임을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조방법.
  4. 동전해액이 담겨진 저장탱크와, 상기 저장탱크내에 담겨진 동전해액의 공급라인상에 차례로 설치되어 동전해액의 공급시 동전해액내에 포함된 유기물 및 불순물을 제거하는 활성탄 필터 및 마이크로 필터와, 유기물 및 불순물이 제거된 동전해액의 이송경로상에 설치되어 저농도 젤라틴을 공급하는 저농도 젤라틴 공급탱크와, 상기 동전해액 공급라인의 끝단에 설치된 전해조와, 상기 전해조측으로 동전해액을 분사하는 노즐과, 상기 전해조의 내면에 설치된 양극과, 상기 양극의 상측에 회전가능하게 설치되어 동전해액이 공급됨에 따라 동이 전착되는 음극으로 구성된 동박 제조장치에 있어서, 마이크로 필터를 통과한 동전해액이 양분되어 전해조측으로 공급되도록 이들사이에 분할 형성되어 연결된 급액관과, 상기 급액관의 끝단에 연결되며 내부가 격벽으로 구획된 노즐을 구비하는 분사수단과, 상기 음극의 회전시작측으로 동전해액을 공급하는 급액관에 연결된 저농도 젤라틴 공급탱크와, 그 반대측으로 동전해액을 공급하는 급액관에 연결된 고농도 젤라틴 공급탱크로 구성됨을 특징으로 하는 극저조도 전해동박의 제조장치.
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