Preplate Cleaning (도금 전처리)
Preplate Cleaning은 금속 석출물 (Metal Deposition)에 필요한 아주 깨끗한 표면을
만들기 위해서 매우 중요한 Step이다.
적절한 금속 표면을 준비하는 일은 Peeling (도금 박리)을 방지하고, 좀 더
균일한 도금 특성을 얻기 위해 필요하다.
깨끗한 표면을 만들기 위해서는 다음의 세 가지 Mechanism이 사용되고 있다.
Hot Soak Cleaner - 약간의 산화 흔적, 지문, 기름기나 먼지 등을 제거
Etchant - 우수한 Metal to Metal Adhesion을 위해 깨끗하고 순수한 (= Virgin)
동박 표면을 얻기 위해 실시
Acid Dip - Etchant Residues와 미용해된 금속염 (Metal Salts)을 제거하기 위함
이들 용액들의 매 Step 사이에는 다음 용액을 오염시키거나
그 유효성 (효과 = Effectiveness)을 약화시키는 Chemical을 제거하기 위해
철저한 Rinse가 필수적이다.
Soak Cleaners
용액의 Wetting (젖음성), Emulsifying (유화성), Dispersing (확산성) 부여와
Soil (오염물)을 용해 시키는 기능을 한다.
이러한 세정 액은 좀 더 나은 Cleaning과 좀 더 쉬운 Rinsing을 위해 온도를
높이는 것이 필요하다.
대부분의 Soak Cleaner들은 130 ± 10 ℉의 온도에서 약 1∼분 정도로
작업할 것이 권장되고 있다.
작업에 적절한 조건은 약품 공급자와 상의를 해보는 것이 바람직하다.
Electro-cleaning
이 용액은 Detergent (세정제), Surfactant (= Surface Active Agent = Leveller =
계면 활성제) 그리고 전도성 물질이 포함되어 있다.
Electro-cleaner는 Soak Cleaner와 Etchant를 동시에 대체할 수 있다.
Electro-cleaning은 전류 (Amperes per SQ. Foot or Decimeter) 또는 인가된 전압에
의해서 관리된다.
부식율 (Etching Rate)은 전류밀도 (Current Density)와 관련된다.
Stainless Steel Electrode (SUS 전극)을 사용하는 것이 좋다.
Anode-to-Cathode 비율은 약품 공급자의 추천치를 참조한다.
전극에서는 Gas가 배출되는데, 양극 (Anode)에서는 Oxygen (O₂)가 발생되고
음극 (Cathode)에서는 Hydrogen (H₂)이 생성된다.
이를 통해 Panel 표면에는 깨끗하게 세정되는 Scrubbing 효과가 일어나게 된다.
Electro-cleaner는 Anodic과 Cathodic의 두 가지 Mode에서 작업을 할 수 있다.
Cathodic Cleaning
세정작업이 Cathode에서 이루어진다.
금속 오염 물이 석출된다. 즉, 양전하 물질이 금속 오염 물로 도금된다.
Cathodic Cleaning은 Cathodic Reaction 4H+ + 4e- → 2H₂↑
에 의해서 Resist가 파괴되기 때문에 바람직하지 못하다.
Anodic Cleaning 4(OH)- - 4e → 2H₂O + O₂↑
세정작업이 Anode에서 이루어지며, 금속은 마치 Scrubbing (정면)을 한 것처럼
실질적으로 용해된다. (= Dissolution, Deplating)
이 반응은 Metallic Smut (금속 오염 물)을 제거하고, 비점착성 (= Non-adherent)
금속 피막이 석출되는 것을 방지하기 때문에 아주 바람직하다.
Anodic Reaction
이 과정에서 약간의 동이 제거된다. Cu0 → Cu++ + 2e-
Electro-cleaning을 사용할 경우에 가장 중요한 고려사항 :
바른 작업 온도
적절한 Cathode-to-Anode 비율
조성액의 화학적 성분과 농도의 균형
적절한 전류밀도 또는 전압의 관리
작업방법과 관리방법에 대한 공급자의 지침과 그 준수
오염을 차단하기 위해서 앞 단계에 Hot Soak Cleaner를 설치하는 방법
Etchant
Sulfuric Acid / Hydrogen Peroxide (= H₂SO₄/ H₂O₂)
부식율 (Etch rate)은 화학성분, 온도 및 용액 중의 침적시간에 의해 관리될 수 있다.
이 용액에서 작업 중에 나타나는 발열성 반응 (Exothermic reaction)으로
인해 부분적으로 가열되는 것을 방지하기 위해 Air agitation이 바람직하다.
Copper Etching Mechanism은
Cu + H₂O₂ → CuO +H₂O
CuO + H₂SO₄ → CuSO ₄+ H₂O
보통의 경우 금속이 있을 때는 과산화수소의 분해율이 아주 빨라지기
때문에 용액 중에는 안정제 (Stabilizer)가 필요하다.
약품 성분 (Chemical Ingredients)의 분석 및 보충에 의해서
액의 수명을 연장할 수가 있다.
Etchant가 동으로 포화상태가 되면, 욕조는 유산동 결정 (Copper Sulfate Crystals)을
석출 시키기 위해 냉각된다.
그러면 용액은 결정체를 제거하기 위해 잘 걸러져야 하며,
다시 포화상태가 될 때까지 가열되고 사용될 수 있다.
동을 제거하기 위한 주기적인 Recycling을 통해 액을 폐기하지 않고
무한정 에칭 작업을 계속할 수가 있다.
Sodium Persulfate (Na₂S₂O8 )
이 Etching Agent는 새로 건욕 (Make-up) 했을 때, 아주 낮은 Etch rate (20∼30
μinch/min.)를 나타내며, 동이 늘어날 수록 점점 낮아진다.
이러한 이유 때문에 Etch Rate를 관리하기가 매우 어렵고, 어느 정도의 Metal이
Etched off되어야 하는지를 결정하기도 힘들다.
또한 이 용액은 소모되고, 신액을 Make-up할 때마다 주기적으로 폐기해야만 한다.
Ammonium Persulfate (NH₄)₂S₂O )
이 Etching Agent는 새로 건욕 (Make-up) 했을 때, 아주 높은 Etch rate (50∼100
μinch/min.)를 나타내며, 동이 늘어날 수록 점점 낮아진다.
이러한 이유 때문에 Etch Rate를 관리하기가 매우 어렵고, 주어진 시간에
Etched away되는 Copper의 양이 일정치 않고 변하기 때문에 예측이 불가능하다.
이 용액 역시 소모되고, 신액을 Make-up할 때마다 주기적으로 폐기해야만 한다.
Etching Process에서는 Copper-ammonium complex가 형성되기 때문에 수명이 다한
용액의 처리는 비용이 많이 들고 골치거리가 된다. 환경관리가 점차 엄격해짐에
따라 동과 암모니아 용액의 처리가 중요문제로 되고 있다.
바람직한 건욕 (Make-up)은 Ammonium persulfate (1∼1/2 lb./gal.)에 Sulfuric acid
(1 oz./gal.)를 추가하여 이루어진다.
Acid를 첨가하는 이유는 좀 더 균일한 에칭과 동염 (Copper salts)를 용해하기
위한 것이다.
Acid Dips
이 침적 용액의 농도는 통상 10∼20 Volume %이다.
이 용액은 에칭 후의 Panel 표면을 중화 시키고, 금속 염을 용해하며, 금속 산화물의
제거와 함께 도금 조에 Drag-in되는 오염 물을 최소화하기 위함이다.
산 침적 (침지)은 그 다음 공정이 되는 도금 용액과 조화를 이루어야 한다.
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