KR100316987B1 - 땜납과주석을인쇄회로기판으로부터제거하는조성물및방법 - Google Patents

Abstract

주석과 땜납 및 하부 주석-구리 합금을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거하는 조성물 및 방법이 설명된다. 상기 조성물의 액체는 땜납과 주석을 용해하기에 충분한 양의 질산 수용액, 주석-구리 합금을 용해하기에 충분한 양의 철이온의 소스, 및 인쇄 회로 기판들 사이에서 저항을 상당히 개선시키기에 충분한 양의 할로겐화물 이온의 소스를 포함한다.

Description

땜납과 주석을 인쇄 회로 기판으로부터 제거하는 조성물 및 방법{COMPOSITION AND METHOD FOR STRIPPING SOLDER AND TIN FROM PRINTED CIRCUIT BOARDS}

본 발명은 땜납과 주석 막을 인쇄 회로 기판으로부터 제거하는 것에 관한 것으로, 특히 주변 라미네이트에 증대된 절연 저항을 제공하면서 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 땜납과 주석 막 및 그 하부의 주석-구리 합금을 제거하는 새롭게 개선된 방법과 조성물에 관한 것이다.

일반적인 인쇄 회로 기판은 절연 지지체상에 구리 전도체 패턴을 갖는다. 땜납의 주석은 일반적으로 전기 도금에 의해 구리 기판상에 제공된다. 표준 땜납 막은 명목상 0.0003인치의 두께를 갖고, 표준 주석 막은 대체적으로 동일하거나 이보다 약간 얇다. 주석/땜납 막이 기판에 제공된 후, 구리-주석 합금의 얇은 막은 구리와 막 사이에서 형성한다. 이 구리-주석 합금의 얇은 막은 일반적으로 0.000002∼0.000004인치의 두께를 갖는다. 구리-주석 합금 두께는 시간이 지남에 따라 증가한다.

명세서와 청구항에서 사용된 땜납(solder)이라는 단어의 의미는 다양한 저융점 합금과, 전기적 납땜 접속 및 구리 에칭 마스크 또는 레지스트에 사용되는 소자를 포함한다. 대부분의 이러한 코팅은 다양한 주석-납 합금을 포함하지만, 은, 비스무트, 카드뮴, 인듐 및 다른 금속을 포함하는 합금도 포함할 수 있다. 이러한 막은 용융물속에서 화학 도금, 화학 증착, 화학 치환 및 침지를 비롯한 다양한 방법을 사용하여 제조된다.

제조 과정에서, 주석이나 땜납 막은 구리 기판으로부터 제거된다. 일반적으로, 과거에는 주석과 땜납의 제거에 두 가지 타입의 조성물이 사용되어 왔다. 가장 널리 사용된 종래의 조성물은 과산화수소와 플루오르화물을 함유하는 산성 용액에 기초한 것이었다. 최근에는 철이온을 함유하는 질산 용액을 기초로 한 제제가 상업적으로 널리 사용되고 있다.

종래 기술의 과산화-플루오르화물 용액은, 불안정한 과산화물을 분해하는 온도에서 용액을 가열하여 제거하는 동안 발열 작용을 하기 때문에, 사용이 불가능한 용액을 만들어 바람직하지 못하다. 그러므로, 용액은 사용하는 동안 냉각시켜야 한다. 또한, 과산화-플루오르화물 용액은 질산 용액보다 더 천천히 작용한다.

질산 용액은 과산화-플루오르화물 용액과 관련된 문제점을 제거한다. 초기의 질산계 용액은 2-용액 시스템을 포함하였다. 제1 산성 용액은 주석이나 땜납을 제거하기 위해 질산을 포함하였다. 제2 산성 용액은 주석-구리 합금을 용해하기 위해 염화철, 암모늄 과황산염, 황산 및 과산화수소의 혼합물, 또는 산성의 과산화수소-플루오르화물 혼합물을 포함하였다.

또한, 단일 전해조(single bath)와 스프레이 질산/철 제거에 대한 기본 조성물 및 방법은 종래의 특허에서 상세히 설명되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,713,144호에 개시된 조성물은 주석/땜납 막과 주석-구리 합금 모두를 신속하게 제거하는 질산, 철산 및 술팜산의 혼합물을 사용하여 구리 표면을 일정하게 밝게 빛나게 한다

전기 통신 산업에서 사용되는 인쇄 회로는 전기 신호가 인접한 회로에 크로스오버되는 것을 방지하도록 인쇄 회로들 사이에 매우 높은 저항 절연 물질을 구비해야만 한다. 저절연 저항으로 인해 발생할 수 있는 인접한 회로에서의 전기 신호의 크로스오버는 다른 것들, 즉 전화를 사용할 때 다른 사람의 전화 대화를 들을 수 있는 기능을 유발할 수 있다.

주석이나 땜납 제거 후에, 인쇄 회로 기판상에 다양한 금속 종류나 다른 오염물이 잔류하거나 구리 제거 또는 에칭이 불완전하면 절연 저항이 비교적 낮아질 수 있다. 현재의 질산/철 용액은 인쇄 회로 트레이스 사이의 절연 저항을 최대화하도록 제조되지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 새롭게 개선된 제거 조성물과 인쇄 회로 기판에 증대된 절연 저항을 제공하는 주석 또는 땜납을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적, 이점, 특성 및 결과는 이하의 설명에서 명백히 알 수 있을 것이다.

본 발명의 주요한 목적은 주석이나 땜납 및 그 아래의 주석-구리 합금을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거하는 금속-용해제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인쇄 회로 기판에 증대된 절연 저항을 제공하는 주석 또는 땜납을 제거하는 방법 및 제거 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 주석이나 땜납 및 그 아래의 주석-구리 합금이 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거되도록 회로 기판상에 직접 분사할 수 있는 용액을 제공하는 것이다.

요약하면, 주석과 땜납 및 그 아래의 주석-구리 합금을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거하는 본 발명의 조성물은 땜납을 용해하기에 충분한 양의 질산, 주석-구리 합금을 용해하기에 충분한 양의 철이온 및 인쇄 회로 기판의 절연 저항을 충분히 개선할 수 있는 양의 할로겐화물 이온의 수용액을 포함한다. 특히, 본 발명의 액체 조성물은 69중량%의 질산 수용액 5∼50부피%, 45중량%의 질산철 1∼50부피%, 할로겐화물 이온 0.1중량% 내지 포화용액 및 잔량의 물을 포함한다.

본 발명의 조성물은 필수적인 성분으로서 질산, 질산철 및 할로겐화물 이온의 소스를 포함하는 용액이다.

질산이 주석이나 땜납을 용해할 수 있다는 것은 공지된 사실이다. 질산철이 구리와 주석-구리 합금을 용해할 수 있다는 것도 공지된 사실이다. 또한, 과산화-플루오르화물 주석 및/또는 땜납 스트리퍼가 질산계 주석 및/또는 땜납 스트리퍼보다 더 높은 개선된 절연 저항을 제공한다는 것도 공지된 사실이다. 그러나, 질산, 질산철 및 할로겐화물 이온을 단일 제제로 배합함에 의하여, 증대된 절연 저항을 인쇄 회로에 제공할 수 있는 질산계 제거 용액을 생성시킬 수 있다는 사실은 공지되어 있지 않다. 이하에서 설명하는 범위내의 본 발명의 조성물은 소정의 제거 결과를 이루도록 바람직한 순서로 소정의 반응을 한다.

금속-용해제는 필수 구성 요소로서 주석 및/또는 땜납을 용해하기에 충분한 양의 질산, 주석-구리 합금을 용해하기에 충분한 양의 질산철 및 회로 기판으로부터 금속과 다른 오염물을 제거하기에 충분한 양의 할로겐화물 이온 소스의 용액을 포함하며, 이는 인쇄 회로 절연 저항을 상당히 개선시킨다.

실제적인 목적을 위하여, 질산 농도의 상한은 인쇄 회로 기판과 주석 또는 땜납 제거 용액이 사용되는 장치를 손상시킬 가능성을 피하기 위해 한정되어야만 한다. 69중량%의 질산 약 50부피%보다 더 높은 질산 농도를 제공할 실제적인 필요성이 없음이 밝혀졌다. 40부피%보다 더 낮은 농도는 유용한 주석/땜납 제거 용액을 생성한다.

질산의 농도는, 땜납 제거 작용을 위하여 할당될 수 있는 시간과, 소비되기 전에 주어진 부피의 땜납 제거 용액이 제거할 것으로 예상되는 땜납의 총량에 의해, 그 하한이 정해진다. 상기 시간과 땜납의 총량이 모두 중요하지 않으면, 질산 함량은 69중량% 질산의 5부피%이하 일 수 있고, 여전히 구리로부터 주석 및/또는 땜납을 효과적으로 제거할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 질산의 농도는 땜납이 제거되는 비율을 결정하는 중요한 요소이다. 예를 들어, 약 0.0003인치의 두께로 전기 도금된 땜납이 80℉에서 1분 이하의 시간안에 일정하게 제거되는 실질적인 비율을 필요로 하면, 질산 농도는, 질산철 농도가 45중량%의 질산철 약 5부피%일 것을 조건으로 하여, 69중량% 질산의적어도 약 10부피%이어야 한다. 제거될 금속의 다공성(多孔性), 금속의 두께, 기판상의 위치 및 기판의 나이는 기판을 클리닝하기 위해 필요한 시간에 영향을 미치는 모든 요소이다.

실온이나 실온보다 약간 높은 온도에서 69중량%의 질산 약 15∼20부피% 범위내의 질산에 17부피%의 45% 질산철의 농도는 약 0.0003인치 두께의 전기 도금된 땜납의 막을 제거하고 약 30초내에 삽입 금속의 주석-구리 합금층을 제거할 수 있는 용액을 생성한다. 저농도의 질산철은 땜납을 제거하고 삽입 금속층을 제거하는데 많은 시간을 필요로 하는 반면에, 고농도는 그 시간을 15∼20초로 감소시킬 수 있다.

본 특허 출원에서 고려되는 조성물은 질산철, 질산 및 할로겐화물 이온의 수용액이다.

질산철은 상업적으로 Fe(NO₃)+9H₂O의 결정체로서 및 45중량%의 무수(無水) Fe(NO₃)₃를 함유하는 수용액으로서 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 조성물내의 질산철의 농도는 Fe(NO₃)₃+9H₂O의 리터당 그램으로, Fe(NO₃)₃+9H₂O의 중량%로, 무수 Fe(NO₃)₃의 리터당 그램으로, 무수 Fe(NO₃)₃의 중량%로, 또는 45% Fe(NO₃)₃수용액의 부피%로 표현할 수 있다. 간단히, 45% Fe(NO₃)₃수용액의 부피%로서 질산철 농도를 표현하는 것이 바람직하다.

질산은 HNO₃의 69중량%의 수용액으로 시판된다. 제조를 용이하게 하기 위하여 질산 함량은 69%의 질산 용액의 부피%로 나타내는 것이 가장 적합하다.

할로겐화물 이온은 다양한 수성 산 및 염, 및 다양한 분말과 결정성 염으로 시판된다.

다음의 실시예와 특허 청구 범위에서, 질산량은 69%의 질산에 의해 나타내고, 질산철의 양은 45%의 질산철에 의해 나타낸다. 이들 특정 조성물은 이러한 물질이 일반적으로 이러한 농도로 사용되어 판매되기 때문에 사용되어 왔다. 그러나, 무수 상태를 포함하는 다른 농도가 적절하다면 사용될 수 있고 조성물에 대해 설명된 수치는 다른 농도에 대한 다른 수치로 쉽게 전환할 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.

스트리퍼의 세 가지 기능 성분의 바람직한 범위는 다음과 같다.

질산 - 69%의 질산 수용액 약 5∼50부피%

질산철 - 45%의 질산철 수용액 약 1∼50부피%, 및

할로겐화물 이온 - 약 0.1중량% 내지 포화 상태, 및 잔량의 물.

더 바람직한 범위는 다음과 같다.

질산 - 69%의 질산 수용액 약 10∼35부피%

질산철 - 45%의 질산철 수용액 약 5∼25부피%, 및

할로겐화물 이온 - 약 0.1∼10중량%, 및 잔량의 물.

바람직한 특정 조성물 범위는 다음과 같다.

질산 - 69%의 질산 수용액 약 15∼30부피%

질산철 - 45%의 질산철 수용액 약 15∼20부피%, 및

할로겐화물 이온 - 약 0.5∼5중량%, 및 잔량의 물.

조성물과 이들 작용의 특정 실시예는 다음의 실시예에서 설명된다. 각 실시예는 구리 침범을 억제하기 위한 적은 양의 술팜산과 함께 세 가지 기능 성분 중 적어도 두 개의 수용액과 잔량의 물로 구성된다. 구리 침범 억제의 다른 형태는 당업계에 주지되어 있다. 각 실시예에서 80℉∼90℉의 온도에서 인쇄 회로 기판을 교반하면서 조성물에 침지시킨다.

테스트 과정

테스트는 Bellcore spec #로 이미지화된 땜납 판금된 인쇄 회로 기판의 침지-에칭 샘플로 실행한다. 침지-에칭후, 샘플 기판을 탈이온수로 세척하고, 175℉에서 5분동안 건조시킨다. 샘플 기판은 24시간 동안 Tenny Tenny Jr. 온도/습도 챔버에서 35℃와 85%의 상대 습도하에 두었다. 저항은 10E+12Ω을 측정 할 수 있는 저항계에 의해 Bellcore spec #를 사용하여 인쇄 회로 사이에서 테스트하였다. 결과의 절연 저항 측정값은 각 실시예에서 평균화하였다.

각 실시예를 위한 기본 용액을 준비하였다. 기본 용액은 67%의 질산 19.5%, 45%의 질산철 15.9% 및 술팜산 10그램/리터를 포함하였다. 각 실시예(실시예 1 제외)에서, 할로겐화물 화합물을 기본 용액 1리터에 첨가하였다. 또한, 실시예 3에서 여분의 술팜산을 첨가하여, 여분의 술팜산이 저항 결과에 양의 효과를 생성하지 않는다는 것을 나타내었다.

실시예 제제 & 결과 저항

실시예 1

기본 용액을 테스트하였다. 저항값: 1.15E+10

실시예 2

비플루오르화 나트륨 50g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 6.91E+11. 결론: 비플루오르화 나트륨은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 3

비플루오르화 나트륨50g/L과 술팜산 40g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 5.96E+11. 결론: 여분의 술팜산은 저항에 별로 영향을 주지 않는다.

실시예 4

비플루오르화 암모늄 46g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 9.55E+11. 결론: 비플루오르화 암모늄은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 5

플루오르화 암모늄 59.75g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 8.80E+11. 결론: 플루오르화 암모늄은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 6

비플루오르화 칼륨 63g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 9.40E+11. 결론: 비플루오르화 칼륨은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 7

플루오르화 나트륨 68g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 8.46E+11. 결론: 플루오르화 나트륨은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 8

플루오르화 칼륨 46g/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 1.71E+11. 결론: 플루오르화 칼륨은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 9

48중량%의 수용성 플루오르화 수소산 68mls/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 9.95E+11. 결론: 플루오르화 수소산은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 10

60중량%의 수용성 헥사플루오르화인산 66mls/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 8.13E+11. 결론: 헥사플루오르화인산은 저항을 현저히 증가시킨다.

실시예 11

20°의 보메 염화 수소산 152mls/L을 기본 용액에 첨가하였다. 저항값: 7.04E+11. 결론: 염화 수소산은 저항을 현저히 증가시킨다.

상기 각 실시예에서, 질산 스트리퍼 용액에 첨가된 할로겐화물 이온 화합물은 인쇄 회로의 저항을 현저히 증가시켰다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 새롭게 개선된 제거 조성물과 인쇄 회로 기판에 증대된 절연 저항을 제공하는 주석 또는 땜납을 제거하는 방법을 제공한다.

Claims (22)

1. 주석 또는 땜납과 그 하부의 주석-구리 합금을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거하는 조성물에 있어서,

   질산 수용액;

   질산철 수용액;

   포화 상태까지의 플루오라이드 이온; 및

   술팜산을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온이 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 질산 수용액이 질산을 69중량%의 농도로 포함하고, 상기 질산철 수용액이 질산철을 45중량%의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 질산 수용액을 상기 조성물의 5∼50부피% 범위로 포함하고, 상기 질산철 수용액을 상기 조성물의 1∼50부피% 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온을 상기 조성물의 0.1중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
6. 제5항에 있어서, 상기 질산 수용액이 질산을 69중량%의 농도로 포함하고, 상기 질산철 수용액이 질산철을 45중량%의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
7. 제6항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온이 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
8. 제1항에 있어서, 상기 질산 수용액을 상기 조성물의 10∼35부피% 범위로 포함하고, 상기 질산철 수용액을 상기 조성물의 5∼25부피% 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온을 상기 조성물의 0.1∼10중량% 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
10. 제9항에 있어서, 상기 질산 수용액이 질산을 69중량%의 농도로 포함하고, 상기 질산철 수용액이 질산철을 45중량%의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
11. 제10항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온이 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
12. 제1항에 있어서, 상기 질산 수용액을 상기 조성물의 15∼30부피% 범위로 포함하고, 상기 질산철 수용액을 상기 조성물의 15∼20부피% 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
13. 제12항에 있어서, 상기 질산 수용액이 질산을 69중량%의 농도로 포함하고, 상기 질산철 수용액이 질산철을 45중량%의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
14. 제13항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온이 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
15. 주석 또는 땜납 및 그 하부의 주석-구리 합금을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 제거하는 금속 용해 액체 조성물에 있어서,

    상기 조성물의 5 ~ 50 부피% 범위의 질산 수용액;

    상기 조성물의 1 ~ 50 부피% 범위의 질산철 수용액;

    상기 조성물의 0.1 ~ 10 중량% 범위의 플루오라이드 이온; 및

    술팜산을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용해 액체 조성물.
16. 제15항에 있어서, 상기 플루오라이드 이온이 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용해 액체 조성물.
17. 주석 또는 땜납 및 그 하부의 주석-구리 합금 중 하나 이상을 인쇄 회로 기판의 구리 기판으로부터 신속히 제거하는 방법에 있어서,

    질산 수용액, 질산철 수용액, 플루오라이드 이온 및 술팜산을 포함하는 조성물을 제공하는 단계; 및

    인쇄 회로 기판에 상기 조성물을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 조성물을 제공하는 단계가 플루오르화 수소산, 비플루오르화 나트륨, 비플루오르화 암모늄, 비플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 칼륨을 포함하는 군으로부터 플루오라이드 이온을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 조성물을 제공하는 단계가

    상기 조성물의 5∼50부피% 범위의 질산 수용액을 제공하는 단계;

    상기 조성물의 1∼50부피% 범위의 질산철 수용액을 제공하는 단계;

    상기 질산과 질산철 혼합 용액의 0.1∼10중량% 범위의 플루오라이드 이온을 제공하는 단계; 및

    10g/L 의 술팜산을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 조성물을 제공하는 단계가

    69중량%의 질산 농도로 질산 수용액을 제공하는 단계; 및

    45중량%의 질산철 농도로 질산철 수용액을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 술팜산이 10g/L의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
22. 제17항에 있어서, 상기 술팜산이 10g/L의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.