KR100395794B1

KR100395794B1 - 부도체 기판상의 고내구성 은 박막 적층 구조 및 그 형성방법

Info

Publication number: KR100395794B1
Application number: KR10-2003-0008345A
Authority: KR
Inventors: 조상무; 최시영; 장순필; 서용운
Original assignee: 아이티엠 주식회사
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2003-08-25
Also published as: KR20030022203A

Abstract

본 발명은 전자파 장애(EMI)에 대한 차폐막이나 인쇄회로기판(PCB) 등의 회로 구성을 위한 도전막 등에 사용하기 위하여 플라스틱, 세라믹(ceramic) 또는 유리등의 부도체로 이루어진 기판상에 Ag 박막을 코팅하는 경우에 있어서, 형성된 박막이 우수한 내환경성, 밀착성, 도전성 및 신뢰성을 갖도록 하기 위한 새로운 박막 적층 구조 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 박막 적층 구조물은, 부도체 기판 상에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 것이며, 부도체(insulator) 재질로 된 기판; 기판 위에 코팅되며 적어도 1% 이상의 Ag 를 함유한 Ni 또는 Ni을 포함한 합금으로 구성된 중간층; 및 중간층 위에 연속적으로 코팅되며 Ag 또는 Ag를 포함하는 합금으로 구성된 주도전층을 포함한다.

Description

부도체 기판상의 고내구성 은 박막 적층 구조 및 그 형성 방법{LAYERED STRUCTURE OF THIN FILMS INCLUDING Ag FILM FOR PROVIDING HIGH RELIABILITY ON INSULATING SUBSTRATE AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}

본 발명은 부도체 기판상의 고내구성 Ag 박막 적층 구조 및 그 형성 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전자파 장애(EMI)에 대한 차폐막이나 인쇄회로기판(PCB) 등의 회로 구성을 위한 도전막 등에 사용하기 위하여 플라스틱, 세라믹(ceramic) 또는 유리등의 부도체로 이루어진 기판상에 Ag 박막을 코팅하는 경우에 있어서, 형성된 박막이 우수한 내환경성, 밀착성, 도전성 및 신뢰성을 갖도록 하기 위한 박막 적층 구조 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

최근 이동통신 단말기 등의 휴대용 무선 장치의 사용이 증가함에 따라 인체에 유해한 전자파의 차단을 위하여 단말기 케이스 내벽에 전도성 막을 코팅하여 전자파 차폐막으로 사용하는 기술이 보급되고 있다. 또한, 장식용 코팅 목적이나 인쇄회로 기판 등에서 사용되는 도전막을 형성하기 위한 용도로 플라스틱 등의 부도체 기판에 전도성 박막을 코팅하는 기술이 널리 사용되어 왔다.

그러나, 플라스틱 등의 재질로 된 기판 위에 금속 박막을 코팅하는 경우에는 플라스틱 기판이 고열에 약하기 때문에 사용할 수 있는 공정 방법에 한계가 있게 되고, 기판과 코팅된 박막 사이에서 높은 밀착성(adhesion)을 얻기가 어려운 문제점이 있어 형성된 박막의 내구성 및 신뢰성을 확보하는 것이 용이하지 않고, 특히이러한 박막이 코팅된 부품이 장시간 동안 사용하거나 혹독한 환경에서 사용되어야 하는 경우에는 높은 내식성, 내구성 및 전도성 등 필요로 하는 박막 특성이 지속적으로 보장되기 어렵다는 문제점이 있다.

이와 같이 부도체 기판 상에 전도성 박막을 형성하는 종래의 방법의 하나로는 수지에 전도성 금속분말을 섞어서 기판 위에 스프레이(spray) 방식으로 코팅하는 방식이 많이 이용되고 있다. 그러나 스프레이 코팅 방법은 작업 효율이 좋지 않을 뿐만 아니라, 형성된 막의 비저항이 높아 필요한 전기 전도도를 얻기 위해서는 코팅층을 두껍게 형성해야만 하는 문제점이 있다.

또한, 진공증착이나 스퍼터링 그리고 아크법에 의해서 도전막을 형성하는 방법이 있다. 진공증착법의 경우에는 높은 밀착성을 얻을 수 없다는 단점이 있고, 스퍼터링과 아크법의 경우 비교적 양호한 밀착성을 얻을 수 있지만, 코팅하고자 하는 박막의 두께가 두꺼울 경우 오랜 시간의 공정을 거쳐야 하기 때문에 많은 열이 발생하여 기판이 뒤틀리거나 열에 의한 팽창으로 막의 파손을 초래하는 문제점을 가지고 있다.

상술한 바와 같이, 최근 이동통신 단말기(휴대폰 등)의 케이스 내벽에 전도성 막을 코팅하여 전자파 차폐막으로 사용하는 기술이 실용화되어 있고, 이를 위해서 진공증착 방법을 사용하여 휴대폰 케이스의 내벽에 Al을 2.5-10 미크론(um) 정도 코팅하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해서 형성된 박막은 염수테스트에서 시간이 경과함에 따라 전도성이 나빠지는 결과를 보여주고 있어, 혹독한 환경에서 지속적인 신뢰성을 보장할 수 없다는 문제가 있다.

스퍼터링이나 아크법으로 전자파 차폐막을 형성하는 또 다른 방법으로는 스테인리스(SUS)/Cu/스테인리스(SUS)의 3층 적층 구조를 갖는 막을 형성하는 방법이 있다. 이러한 적층 구조에서 최하층의 스테인리스 막은 기판에 대한 박막의 밀착성을 증대시킬 목적으로 사용되며, 중간층인 구리층은 전도성을 높힐 목적으로 사용되고, 최상층의 스테인리스는 구리층을 보호하는 보호막의 기능을 갖는다. 그러나, 이러한 방법에 의하여 형성된 박막의 경우에도 염수테스트에서 장시간(예를 들면 24Hr 이상)이 경과되면 최상층의 스테인리스가 보호막의 역할을 하지 못하여 청녹이 발생하고 전도성이 나빠져 오랜 동안의 내구성 및 신뢰성을 확보하는 데에 문제가 있다.

또한, 진공증착, 스퍼터링, 아크법으로 도전성과 내염수성이 우수한 특성을 갖는 Ag를 재료로 사용하여 박막을 코팅하는 경우에도 염수테스트 전에는 비교적 박막의 밀착력이 우수한 편이지만 염수테스트 후에는 Ag박막과 기판과의 밀착성이 현저하게 감소되어 막이 박리되거나 도전성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 열적변형을 피하고, 코팅의 밀착성, 내구성 및 전도성이 우수하며, 장시간의 혹독한 환경에서의 사용시의 경우에도 높은 신뢰성을 확보할 수 있는--이를 예측할 수 있도록 하는 파라미터(parameter)는 염수테스트에서의 전도성 및 밀착성 악화 정도에 대한 측정 결과임-- 새로운 조성의 박막 적층 구조 및 그 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 박막 적층 구조의 제1 실시예를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 박막 적층 구조의 제2 실시예를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 박막 적층 구조의 제3 실시예를 나타낸다.

도 4a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 한 예를 도시하는 개념도이다.

도 4b는 도 4a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 예시한다.

도 5a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 다른 한 예를 도시하는 개념도이다.

도 5b는 도 5a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 예시한다.

도 6a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 또 다른 한 예를 도시하는 개념도이다.

도 6b는 도 6a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 예시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210, 310: 부도체 기판 220, 320: 하지층

130, 230, 330: 중간층 140, 240, 340: 주도전층

350: 보호 박막층

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 박막 적층 구조물은, 부도체 기판 상에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조물이며, 부도체(insulator) 재질로 된 기판; 상기 기판 상부에 코팅되고, Ni 및 Ni 포함 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료에, Ag가 분산 혼합되어 있는 조성을 가지며, 여기서 상기 Ag의 혼합 비율은 적어도 1% 이상이고 90% 이하인 금속 재질의 중간층; 및 상기 중간층 상부에 연속적으로 코팅되며, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한, Ag 재질로 이루어진 주도전층을 포함한다.

본 발명의 박막 적층 구조물은, 상기 기판과 상기 중간층 사이에 하지층을 더 포함하며, 상기 하지층은 Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층임이 바람직하다.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 박막 적층 구조물은 부도체 기판 상에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조물이며, 부도체(insulator) 재질로 된 기판; 상기 기판 상부에 코팅되고, Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 조성을 갖는 금속 재질의 하지층; 상기 하지층 위에 코팅되는 금속 재질의 중간층; 및 상기 중간층 상부에 연속적으로 코팅되며, 저저항의 도전 경로를 제공하기 위한, Ag 재질인 주도전층을 포함하며, 여기서, 상기 중간층은 (i)상기 하지층을 구성하는 재료와 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료를 함께 함유하여 이루어지며, 여기서, 상기 중간층의 성분은 상기 하지층과의 계면으로부터 멀어질수록 (i)상기 하지층을 구성하는 재료의 성분비가 감소하고, 그와 동시에 상기 주도전층과 접한 면에 가까울수록 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료의 성분비가 증가하도록 된 경사 조성을 갖는 것임을 특징으로 한다.

여기서, 상기 중간층의 두께는 10-1000nm 범위임이 바람직하다.

또한, 상기 주도전층의 두께는 0.3-10um 범위임이 바람직하다.

상기 기판은 폴리카보네이트, 그리고, ABS 수지와 폴리카보네트의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재질로 이루어진 것임이 바람직하다.

상기 주도전층 위에는 보호 박막을 더 포함하며, 상기 보호 박막은 Ni, 및 Ni 포함 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 한 재료로 구성되는 것임이 바람직하다.

또한, 상기 중간층 또는 하지층과, 상기 부도체 기판의 사이에 수지 또는 도료로 이루어지는 밀착력 강화용 프라이머(primer)층을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 한 특징에 의한 박막 적층 구조 형성 방법은, 부도체 기판 상부에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조 형성 방법이며, 상기 부도체(insulator) 재질로 된 기판 상부에, Ni 및 Ni 포함 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 재료에, Ag가 분산 혼합되어 있는 조성을 가지며, 여기서 상기 Ag의 혼합 비율은 적어도 1% 이상 90% 이하인, 금속 재질의 중간층을 코팅하는 단계; 및 상기 중간층 상부에, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한 Ag 재질의 주도전층을 코팅하는 단계를 포함한다.

상기 중간층을 코팅하기 이전에 상기 부도체 기판 상에 하지층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 상기 하지층은 Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층임이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 한 측면에 의한 박막 적층 구조 형성 방법은, 부도체 기판 상부에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조 형성 방법이며, 상기 부도체 기판 상에, Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층인 하지층을 코팅하는 단계; 상기 하지층 상부에 금속 재질의 중간층을 코팅하는 단계; 및 상기 중간층 상부에, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한 Ag 재질의 주도전층을 코팅하는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 중간층은 (i)상기 하지층을 구성하는 재료와, (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료를 함께 함유하여 이루어지며, 여기서, 상기 중간층의 성분은 상기 하지층과의 계면으로부터 멀어질수록 (i)상기 하지층을 구성하는 재료의 성분비가 감소하고, 그와 동시에 상기 주도전층과 접한 면에 가까울수록 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료의 성분비가 증가하도록 된 경사 조성을 갖는 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 방법은, 상기 중간층 또는 하지층을 코팅하는 단계 이전에, 상기 부도체 기판 상에 수지 또는 도료로 이루어지는 밀착력 강화용 프라이머(primer)층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 박막 적층 구조의 제1 실시예를 나타낸다. 도 1의 박막 적층 구조물(100)은 플라스틱 혹은 글라스와 같은 부도체 기판(110), 그 위에 형성된 중간층(130), 그리고 주도전층(140)으로 이루어진다. 주도전층은 높은 내식성 및 전도성을 얻기 위해서 Ag 또는 Ag 포함 합금을 사용 한다. 상술한 바와 같이 기판 위에 Ag 또는 Ag 포함 합금을 직접 증착하여 사용하는 경우 염수테스트에 의한 저항 변화 시험 결과가 좋지 않아 높은 신뢰성을 확보하는 것이 곤란하였다. 그러나, 본 발명의 발명자는 중간층으로 10-1000nm 범위의 두께를 갖는 적어도 1% 이상의 Ag를 함유한 Ni합금 박막을 사용하는 경우에, Ag 막을 직접 사용하는 경우나 다른 조성의 박막을 중간층으로 사용하는 경우에 비하여 높은 신뢰성 갖는 박막 적층 구조를 제공하는 것이 가능하게 됨을 관측하였다. 본 발명자에 의한 대표적인 시험 결과가 아래에 도표로서 제공되고 그에 대한 설명이 후술된다.

도 2는 본 발명의 박막 적층 구조의 제2 실시예를 나타낸다. 도 2의 구조는 플라스틱 혹은 글라스와 같은 부도체 기판(210), 하지층(220), 중간층(230) 및 주도전층(240)으로 이루어진다. 여기서, 하지층(220)은 Ni, 인코넬이나 그 이외의 Ni합금, Ti, Cr, Al, 스테인리스(SUS) 중의 하나 이상으로 구성된다. 중간층은 적어도 1% 이상의 Ag를 함유한 Ni합금으로 이루어진다. 그리고, 주도전층(240)은 Ag 또는 Ag합금으로 이루어지는 박막이다.

도 3은 본 발명의 박막 적층 구조의 제3 실시예를 나타낸다. 도 3의 구조는플라스틱 혹은 글라스와 같은 부도체 기판(310), 하지층(320), 중간층(330), 주도전층(340) 및 보호 박막층(350)으로 이루어진다. 하지층(320), 중간층(330) 및 주도전층(340)의 조성은 도 2의 제2 실시예의 경우와 동일하며, 보호 박막층(350)은 Ni 또는 인코넬 등의 Ni 합금으로 이루어진다.

하지층을 갖는 제2 및 제3 실시예에서는 중간층의 조성이 도 6b와 같이 경사 조성을 가지도록 하는 경우가 좋은 특성을 가질 수 있다는 것이 본 발명자에 의하여 밝혀졌다. 경사 조성이란 중간층이 하지층의 구성 물질 및 주도전층의 구성 물질을 모두 함유하도록 하면서, 중간층 내에서 하지층에서 주도전층으로 갈수록 하지층 구성 물질의 성분비는 감소하고, 그와 동시에 주도전층 구성 물질의 성분비는 증가하도록 된 박막 구조를 말한다. 이러한 경사 조성의 중간층을 형성하기 위해서는 여러 가지 방법이 있을 수 있으나, 도 6a에 도시한 인라인 스퍼터를 사용하는 방법이 효과적이다.

상술한 제1, 제2 및 제3 실시예에 서술한 구조 이외에도 프라이머(primer)층 등의 다른 층이 필요에 따라 부가될 수 있음은 물론이다. 또한 보호층은 제1 실시예의 경우에도 부가될 수 있다.

부도체 상에 도전성 박막을 코팅시킬 경우에 일반적으로 교려될 수 있는 도전성 박막 재료의 후보로는 Ag, Cu, Au, Al과 이들의 합금이 있다. 이는 위의 재료들이 낮은 전기저항율을 갖기 때문으로, Ag는 전기저항율이 가장 낮은 금속으로 1.59 마이크로옴-cm 이고, Cu는 1.699 마이크로옴-cm, Au는 2.3 마이크로옴-cm, 그리고 Al은 2.69 마이크로옴-cm의 값을 가진다. 그 이외의 원소는 모두 4 마이크로옴-cm 이상의 값으로서 도전성이 열악하여 위의 재료들을 사용하는 경우와 동일 도전성을 갖기 위하여서는 2배 이상 두꺼운 박막으로 제작하여야만 하는 불리한 점이 있다. 이렇게 두꺼운 박막을 제작하여야만 한다는 점은, 특히 고 밀착성을 제공하기 위하여 널리 사용되는 스퍼터링 증착 방법의 경우에 있어서는 공정 시간의 증대에 따른 생산성의 저감과 함께 기판의 고열 발생으로 인한 변형 등의 문제를 초래하기 때문에 매우 치명적이다.

4가지 금속 중 가장 널리 사용되는 것이 Cu와 Al으로 Cu는 도전성이 우수하고 가격이 저렴하여 널리 사용되지만 염수에서 녹아나는 등 혹독한 환경에 대한 신뢰성 확보가 어렵다는 문제가 있으므로 보호막을 채택하여야 하는데, 만일 보호막에 핀홀 등의 결함이 있는 경우에는 염수테스트시 이를 통하여 부식되고 청녹이 발생하는 등의 문제가 있다.

Al은 도전성이 4가지 금속 중 가장 나쁘므로 보통 기판에 대한 열적 부하가 없는 진공증착법을 이용하여 두껍게 코팅하여 사용하고 있다. Al의 경우는 염수에 대하여 녹아나오는 문제는 없지만 표면부에 산화막 형성이 용이하여 전도성이 변화되는 문제가 있다. 또한, 낮은 저항을 얻기 위해서는 다른 박막에 비하여 두껍게 증착하여야 하기 때문에 밀착성이 좋은 플라즈마를 이용한 스퍼터, 아크법을 사용할 경우 공정 시간이 길어져 피처리물 가열 및 생산성의 문제가 있다. 만일, 이를 피하기 위하여 진공증착법을 사용하는 경우에는 낮은 밀착성의 문제를 피하기 어렵게 된다.

Au는 알려진 바와 같이 재료 자체가 고가이므로 대량 생산을 위한 일반 산업용으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.

Ag는 가장 도전성이 우수한 금속으로 Au보다는 가격도 저렴하고, Cu보다는 염수에 대한 내구성이 우수하며, Al 보다는 도전성에서 월등히 우수한 특성을 갖는다. 하지만 Ag를 플라스틱이나 글라스와 같은 부도체 표면에 그대로 코팅할 경우에 박막과 피처리물과의 밀착성에 문제가 있으며 염수테스트 후 박막이 박리되거나 도전성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 Ag를 주도전층으로 사용하는 경우에 그에 적합한 적절한 조성을 갖는 중간층을 주도전층의 하부에 사용하여 이러한 문제점들을 해소하고자 하는 것이며, 상술한 실시예들에서 설명된 바와 같이 Ag를 주도전층으로 사용하는 경우 그에 가장 적합한 중간층 구조는 10-1000nm 범위의 두께를 갖는 적어도 1% 이상의 Ag를 함유한 Ni합금 박막이라는 사실이 본 발명자에 의하여 밝혀졌다. 그 과정에서 본 발명자에 의하여 수행된 다양한 시험의 내용에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.

Ag 층의 두께는 응용하고자 하는 기기에서 요구되는 특성에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 전자파 차폐막 등으로 사용하는 경우 충분한 전도성을 얻기 위해서는 두께가 약 0.3um 범위 이상인 것이 바람직하고, Ag 막을 두껍게 증착하는 경우 저항 감소 효과를 기대할 수는 있으나 Ag 층의 두께가 지나치게 두꺼워지면 이를 증착하기 위한 공정 시간이 길어지고 박막에 대한 열적 부하가 커져서 기판 변형 등 좋지 않은 결과를 초래할 수 있기 때문에 약 10um 이하의 두께 범위에서 사용하는 것이 적절하다.

일반적으로 진공증착 혹은 플라즈마를 이용한 스퍼터법, 아크법으로 박막을 형성시키는 경우, 박막 형성 전에 피코팅물의 표면에 대하여 이온빔 혹은 플라즈마에 의한 세정을 실시하여 박막의 밀착력을 증대시키는 방법이 사용되고 있다. 본 발명에서도 중간층을 보다 밀착성 좋게 코팅하기 위하여 산소가스 혹은 일반 대기 혹은 Ar가스 등의 분위기에서 플라즈마 처리를 실시하거나 산소 이온빔(I/B)처리를 실시한 경우가 미실시한 경우에 비하여 밀착력이 우수한 결과가 얻어졌으며 따라서 필요에 따라 상기 이온빔 처리 및 플라즈마 처리를 하는 것은 가능하며, 그러한 표면 처리 과정의 포함 여부에 따라 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속하는지의 여부가 결정되는 것은 아니다.

또한 진공증착으로 화장품 케이스 등에 장식코팅을 할 경우에 흔히 사용되는 방식인 증착 전 도료에 의한 프라이머(primer) 처리도 기판을 구성하는 플라스틱의 재질에 따라 좋은 효과를 얻을 수 있는 경우도 있었으나, 경우에 따라서는 프라이머 처리가 불필요한 경우도 있으므로 필요에 따라서 프라이머 처리를 할 수도 있다.

박막 코팅 전의 전처리 공정을 요약하면, 피코팅체 표면에 프라이머 처리를 하는 경우는 피처리물을 세척 등의 방법으로 처리하여 청정하게 하고 본드 역할을 하는 수지나 도료 등을 붓이나 스프레이 등으로 도포하고 건조시킨다. 프라이머 처리를 하지 않는 시료는 이소프로필 알콜로 초음파 세척후 건조하여 사용한다.

도 4a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 한 예를 도시하는 개념도이며, 도 4b는 도 4a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를예시한다. 코팅로(11)의 내부에 증발(evaporation) 소스 혹은 스퍼터 소스(S1, S2)가 위치되는데, 그 상호간 거리가 충분히 이격되어 있거나, 미도시된 격벽이 두 개의 소스 사이에 위치하도록 하거나, 피처리물과 소스 사이의 거리를 줄이는 등의 방법으로 두 개의 소스로부터 도달되는 코팅 물질의 플럭스(flux)(Z1, Z2)가 서로 중첩되지 않도록 되어 있다.

코팅로(11)는 진공밸브(14)와 진공펌프(15)에 의하여 진공이 유지된다. 장치 내부에는 부도체 기판(17)이 두 개의 소스(S1, S2) 전방을 통과하여 이동(18)하게 된다. 전방 소스(S1)에는 적어도 1% 이상의 Ag를 함유한 Ni합금으로 된 증발 혹은 스퍼터 소스가 위치하고, 후방 소스(S2)에는 Ag 또는 Ag합금으로 된 증발 혹은 스퍼터 소스가 위치된다.

진공증착의 경우에는 도면에 미도시된 전자빔 혹은 열증발용 전원을 이용하여 두개의 소스를 동작시키고 스퍼터의 경우에는 역시 미도시된 가스투입장치로 코팅로에 Ar과 같은 불활성가스를 투입하고 스퍼터전원을 동작시킨다. 이러한 장치를 사용한 코팅의 결과로, 부도체 기판(17) 상에는 도 4b와 같이 기판표면으로부터의 위치에 따라 서로 다른 두 개의 조성을 갖는 적층 구조의 박막이 형성된다.

도 5a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 다른 한 예를 도시하는 개념도이며, 도 5b는 도 5a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 예시한다. 이 경우는 도4의 경우와는 달리 하지층을 구성하기 위한 소스가 최전방에 추가되어 세 개의 소스(S1, S2, S3)로 이루어져 있다. 최전방의 소스(S1)는 Ni, 인코넬 등의 Ni합금, Ti, Cr, Al 또는 스테인리스(SUS) 등으로 구성된 증발 혹은 스퍼터 소스이다. 이러한 장치를 사용할 경우, 기판(37)에는 도 5b에 나타낸 바와 같이, 하지층, 중간층 및 주도전층으로 이루어진 적층 박막 구조가 형성된다.

도 6a는 본 발명의 박막 형성 구조를 형성하기 위해 사용되는 장치의 또 다른 한 예를 도시하는 개념도이며, 도 6b는 도 6a의 장치에 의해 형성되는 박막 적층 구조를 예시한다. 이 경우는 도 4a 및 도 5a의 경우와는 달리 두 개의 소스(S1, S2)로부터 제공되는 코팅 물질의 플럭스(Z1, Z2)가 서로 중첩되는 영역(Z12)이 형성될 수 있도록 두 개의 소스(S1, S2) 사이에 격벽을 설치하지 않거나, 상호간 이격거리를 최소화하거나, 또는 피코팅물과의 거리를 충분히 이격시키는 등의 구성을 사용한다. 이와 같은 방식에 의하여 기판(57)상에는 도 6b에 나타낸 바와 같이 경사 조성을 갖는 중간층이 형성된다.

이하에 첨부된 도표는 본 발명자에 의한 대표적인 시험 결과를 예시한다.

시료No.

기판

프라이머

산소이온빔

하지층

중간층

주도전성 박막

보호박막

코팅 후

염수테스트저항

염수테스트 72Hr

밀착성

저항

24Hr

72hr

밀착성

1

pc

O

X

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

2

pc

X

O

X

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

3

pc+ABS

X

O

X

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

4

Glass

X

O

X

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

5

pc

O

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 1500

X

양호

0.1

0.3

양호

6

pc

X

O

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 1500

X

양호

0.1

0.3

양호

7

pc+ABS

X

O

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 1500

X

양호

0.1

0.3

양호

8

Glass

X

O

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 1500

X

양호

0.1

0.3

양호

9

pc

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

부분불량

10

pc

O

X

인코넬-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

부분불량

11

pc

X

O

X

인코넬-10%Ag 10

Ag 600

X

양호

0.3

0.4

양호

12

pc

X

O

X

Ni-10%Ag 10

Ag 600

X

양호

0.3

0.4

양호

13

pc

X

O

X

Ni-10%Ag 500

Ag 600

X

양호

0.3

양호

14

pc

X

O

X

Ni-10%Ag 1000

Ag 600

X

양호

0.3

양호

15

pc

X

O

X

Ni-1%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

16

pc

X

O

X

Ni-5%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

17

pc

X

O

X

Ni-50%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

18

pc

X

O

X

Ni-90%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

19

pc

X

O

X

Cr 100

Ag 600

X

양호

0.3

1.0

15

Ag층박리

20

pc

X

O

X

Ti 100

Ag 600

X

양호

0.3

3.0

100

Ag층박리

21

pc

X

O

X

Al 100

Ag 600

X

양호

0.3

0.6

8.3

Ag층박리

22

pc

X

O

X

Sus 100

Ag 600

X

양호

0.3

6.0

35

Ag층박리

23

pc

X

O

X

Ag 600

X

양호

0.3

34

980

박리

24

pc

X

O

X

Ag2000

X

양호

0.1

박리

25

pc

X

O

X

Ni 100nm

Ag 600

X

양호

0.3

0.5

4.1

Ag층박리

26

pc

X

O

X

인코넬 100nm

Ag 600

X

양호

0.3

0.6

4.5

Ag층박리

27

pc

X

O

Cr 100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

28

pc

X

O

Ti 100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

29

pc

X

O

Al 100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

30

pc

X

O

Sus100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

31

pc

X

O

Ni 100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

Ni 100

양호

0.3

양호

32

pc

X

O

인코넬100

Ni-10%Ag 100

Ag 600

인코넬100

양호

0.3

양호

33

pc

X

O

Ni100

Ni-Ag경사조성 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

34

pc

X

O

인코넬100

인코넬-Ag경사조성 100

Ag 600

X

양호

0.3

양호

여기서, 각 시료들에는 각 적층 구조별로 서로 다른 시료 번호가 붙여져 있으며, 기판 종류 항목에서 PC는 폴리카보네이트 기판을 나타내고, PC + ABS는 폴리카보 네이트와 ABS수지의 혼합물로 조성된 기판을 의미한다.

또한, 위의 도표에서 O는 해당 시료에 대하여 해당 항목의 처리를 진행한 경우를, X는 처리를 생략한 경우를 나타낸다. 상기 도표에서, 박막의 두께는 nm 단위이고, 밀착성은 크로스커팅 테스트의 결과이며, 저항의 단위는 옴[Ohm]을 사용하였다.

테스트용 시편은 플라스틱 기판의 경우 100mm X 50mm 사이즈의 휴대폰 케이스 커버를 사용하였으며, 유리 기판의 경우에는 동일 크기로 절단하여 사용하였다.

상기 도표의 시료 1-10번에서는 기판을 PC(폴리카보네이트)나, PC + ABS의 플라스틱 또는 유리를 사용하였고, PC의 경우에는 프라이머(primer)처리와 산소 이온빔(ion beam) 처리의 유무를 변경하여 다양한 시료를 시험하였다. 중간층으로는 Ni-10%Ag 100nm 혹은 인코넬-10%Ag 100nm를 사용하고 주도전성 박막은 600nm 또는 1500nm 두께의 Ag 박막을 사용하였다.

시험 결과를 살펴보면, 시료 1-4, 시료 9 및 시료 10의 Ag 600nm의 경우는 코팅 후 저항이 0.3옴이었고, Ag 1500nm인 시료 5-8의 경우는 코팅 후 저항이 0.1옴이었다. 72시간 염수테스트 후에도 저항은 변하지 않아 우수한 내구성을 보였으며 밀착성면에서 PC의 경우 산소 이온빔처리하지 않은 시료 9 와 시료 10의 밀착이 부분적으로 좋지 않았다.

시료 11-14에서는 중간층의 두께를 10-1000nm 사이에서 변화시킨 결과 10nm 정도의 얇은 중간층을 사용하는 경우에도 저항이 0.3옴에서 0.4옴정도로 높아져33%정도의 저항 변화를 보임에 불과하였다. 이는 주도전층이 Ag 층이기 때문이며, 이렇게 얇은 중간층을 사용하는 경우에도 적층된 박막의 밀착성이 우수하였다. 중간층의 두께를 더욱 증가시켜도 동일한 조성인 한 밀착성에 있어서는 동일한 효과가 기대되지만 중간층이 두꺼워질 경우 중간층 코팅에 많은 비용과 시간이 소요되므로 중간층은 10-1000nm 정도가 바람직하다.

시료 15-18은 중간층의 조성중 Ag함유량을 1%-90% 범위에서 변화시킨 것으로 염수테스트 후에도 역시 저항 변화가 없었으며 밀착성도 우수하였다.

시료 19-26은 중간층을 형성하지 않거나 다른 종류의 금속을 사용한 것으로서, 중간층을 형성하지 않은 시료 23과 24을 살펴 보면, Ag박막이 얇은 시료 23의 경우는 염수테스트에서 저항이 24Hr 이후에서도 특성이 급속히 나빠졌고, 염수테스트 72Hr 에서는 박리되었다. Ag 박막이 두꺼운 시료 24는 염수테스트 후에도 저항은 거의 변하지 않았지만 박리되어 밀착력이 현저하게 불량한 결과를 보였다.

중간층으로써 Cr, Ti, Al, 스테인리스(SUS) 등의 재료를 사용한 19-22의 시료는 염수테스트에서 저항의 변화가 심하였고 염수테스트 후의 밀착성 테스트 결과 중간층은 벗겨지지 않고 시편에 잘 밀착되어 있었으나 상부 Ag박막이 박리되는 결과를 보였다.

중간층으로 Ni, 인코넬을 사용한 시료25와 26은 비교 시료 중에서는 저항변화가 가장 낮았지만 72Hr 염수 테스트의 결과가 좋지 않아 본 발명의 Ag를 함유하는 중간층을 사용한 경우의 특성보다는 미흡하였다.

시료 27-30은 기판과 중간층의 사이에 하지층으로 Ti, Cr, Al,스테인리스(SUS)를 사용한 시료로서 어느 경우나 염수테스트 후 저항 변화 및 밀착성 모두 양호한 결과를 보였다.

시료 31과 32는 기판과 중간층 사이에 하지층으로 Ni, 인코넬을 사용하고, 주도전막인 Ag 층위에 보호 박막으로 Ni, 인코넬을 코팅한 경우의 시료로서 역시 염수테스트 후 저항의 변화 및 밀착성 모두 양호한 결과를 보였다.

시료 33과 34는 첨부된 도 6a 및 6b와 같은 방법을 사용하여 중간층을 경사 조성으로 제작한 것으로서 이러한 제조 방법은 인라인(in-line)형 스퍼터와 같은 장비에서 사용될 때 높은 생산성을 얻을 수 있는 방법이므로 매우 유리하며, 역시 염수테스트 후 저항의 변화 및 밀착성 모두 양호한 결과를 보였다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 의하여 유해 전자파가 발생되는 전기 전자 부품 및 통신기기의 케이스 등의 부도체 기판에 전도성 박막을 형성하여 유해 전자파가 외부로 유출되는 것을 방지하거나, 부도체 기판 위에 회로를 형성하거나 또는 부도체 기판 위에 전극을 제작하고자 하는 경우 등과 같은 다양한 응용에 있어서 밀착성, 전도성 및 내구성이 우수하고 혹독한 환경에서의 고신뢰성--염수테스트 등으로 대표됨--을 갖는도전 박막을 형성할 수 있도록 하는 박막 적층 구조 및 그 형성 방법을 제공할 수 있다.

Claims

부도체 기판 상에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조물에 있어서,

부도체(insulator) 재질로 된 기판;

상기 기판 상부에 코팅되고, Ni 및 Ni 포함 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 재료에, Ag가 분산 혼합되어 있는 조성을 가지며, 여기서 상기 Ag의 혼합 비율은 적어도 1% 이상이고 90% 이하인 금속 재질의 중간층; 및

상기 중간층 상부에 연속적으로 코팅되며, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한, Ag 재질로 이루어진 주도전층을 포함하는

박막 적층 구조물.
제1항에 있어서,

상기 기판과 상기 중간층 사이에 하지층을 더 포함하며,

상기 하지층은 Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층인

박막 적층 구조물.
부도체 기판 상에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조물에 있어서,

부도체(insulator) 재질로 된 기판;

상기 기판 상부에 코팅되고, Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 조성을 갖는 금속 재질의 하지층;

상기 하지층 위에 코팅되는 금속 재질의 중간층; 및

상기 중간층 상부에 연속적으로 코팅되며, 저저항의 도전 경로를 제공하기 위한, Ag 재질인 주도전층을 포함하며,

여기서, 상기 중간층은 (i)상기 하지층을 구성하는 재료와 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료를 함께 함유하여 이루어지며,

여기서, 상기 중간층의 성분은 상기 하지층과의 계면으로부터 멀어질수록 (i)상기 하지층을 구성하는 재료의 성분비가 감소하고, 그와 동시에 상기 주도전층과 접한 면에 가까울수록 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료의 성분비가 증가하도록 된 경사 조성을 갖는 것임을 특징으로 하는

박막 적층 구조물.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 중간층의 두께는 10-1000nm 범위인

박막 적층 구조물.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 주도전층의 두께는 0.3-10um 범위인

박막 적층 구조물.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은 폴리카보네이트, 그리고, ABS 수지와 폴리카보네트의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재질로 이루어진 것인

박막 적층 구조물.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 주도전층 위에 보호 박막을 더 포함하며,

상기 보호 박막은 Ni, 및 Ni 포함 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 한 재료로 구성되는

박막 적층 구조물.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 중간층 또는 하지층과, 상기 부도체 기판의 사이에 수지 또는 도료로 이루어지는 밀착력 강화용 프라이머(primer)층을 더 포함하는

박막 적층 구조물.
부도체 기판 상부에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조 형성 방법에 있어서,

상기 부도체(insulator) 재질로 된 기판 상부에, Ni 및 Ni 포함 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 재료에, Ag가 분산 혼합되어 있는 조성을 가지며, 여기서 상기 Ag의 혼합 비율은 적어도 1% 이상 90% 이하인, 금속 재질의 중간층을 코팅하는 단계; 및

상기 중간층 상부에, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한 Ag 재질의 주도전층을 코팅하는 단계를 포함하는

박막 적층 구조 형성 방법.
제9항에 있어서,

상기 중간층을 코팅하기 이전에 상기 부도체 기판 상에 하지층을 코팅하는 단계를 더 포함하며,

상기 하지층은 Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층인

박막 적층 구조 형성 방법.
부도체 기판 상부에 고내식성, 고내구성, 고전도성 및 고신뢰성의 박막을 제공하기 위한 박막 적층 구조 형성 방법에 있어서,

상기 부도체 기판 상에, Ni, Ni 포함 합금, Ti, Cr, Al 및 스테인리스(SUS)로 이루어지는 군에서 선택된 어느 한 재료로 이루어진 금속 층인 하지층을 코팅하는 단계;

상기 하지층 상부에 금속 재질의 중간층을 코팅하는 단계; 및

상기 중간층 상부에, 저 저항의 도전 경로를 제공하기 위한 Ag 재질의 주도전층을 코팅하는 단계를 포함하며,

여기서, 상기 중간층은 (i)상기 하지층을 구성하는 재료와, (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료를 함께 함유하여 이루어지며,

여기서, 상기 중간층의 성분은 상기 하지층과의 계면으로부터 멀어질수록 (i)상기 하지층을 구성하는 재료의 성분비가 감소하고, 그와 동시에 상기 주도전층과 접한 면에 가까울수록 (ii)상기 주도전층을 구성하는 재료의 성분비가 증가하도록 된 경사 조성을 갖는 것임을 특징으로 하는

박막 적층 구조 형성 방법.
제9항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서,

상기 중간층 또는 하지층을 코팅하는 단계 이전에, 상기 부도체 기판 상에 수지 또는 도료로 이루어지는 밀착력 강화용 프라이머(primer)층을 코팅하는 단계를 더 포함하는

박막 적층 구조 형성 방법.