KR100593804B1 - 플라스틱 기판 상의 고 응착력 박막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

스퍼터링이나 아크 증착법 등과 같은 진공 증착 방법에 의하여 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱(plastic) 기판 위에 금속막, 세라믹(ceramic) 또는 투명 도전막 등의 코팅(coating)막을 형성함에 있어서 형성된 막의 응착력(adhesion)을 증가시키기 위한 전 처리 방법이 제공된다. 본 발명은 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱 기판 상에 진공증착 방법에 의해 막을 코팅하기 이전에 기판 표면의 전처리를 통하여 기판 표면에 응착력이 매우 우수한 계면을 형성함으로써 형성된 박막이 기판에 밀착되도록 하기 위한 방법이며, 플라스틱 기판 상에 고 응착력의 코팅 막을 형성하기 위한 방법이며, 코팅 막이 형성될 플라스틱 기판의 표면에 염소(Cl)를 함유하는 유기 용제를 접촉시켜 플라스틱 기판을 전 처리 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

플라스틱 기판, 코팅, 금속 박막, 투명 도전막, 전자파 차폐막, 응착력, 신뢰성

Description

플라스틱 기판 상의 고 응착력 박막 형성 방법{METHOD FOR FORMING THIN FILM OF EXCELLENT ADHESION ON PLASTIC SUBSTRATE}

도 1은 종래 기술의 페이스트 도포에 의한 중간층을 응착력 강화를 위해 사용한 막 구조의 한 예를 도시한다.

도 2는 종래 기술의 페이스트 도포에 의한 중간층 형성 방법의 한 예를 순서도로 나타낸다.

도 3은 무거운 이온의 입사에 의해 기판에 홀을 형성하는 방식을 사용하는 종래 기술의 개념도이다.

도 4는 본 발명의 박막 형성 방법의 한 실시예를 나타낸다.

도 5는 휴대폰 케이스나 디스플레이용 투명 기판 등의 플라스틱 기판을 스프레이 방법에 의하여 유기 용제, 그 혼합액 또는 희석 액에 접촉시키는 방식의 한 예를 나타낸다.

도 6은 휴대폰 케이스나 디스플레이용 투명 기판 등의 플라스틱 기판을 기판 지지 수단에 장착한 상태에서, 염소를 함유한 유기 용제, 혼합액 또는 희석 액을 증기화 시켜 기판에 접촉시키는 방식의 한 예를 나타낸다.

도 7은 진공 증착의 한 예로서 인라인 방식에 의한 금속 막 증착 장치의 한 예를 나타낸다.

도 8은 기판 표면의 플라즈마 처리를 위한 장치의 한 예를 나타내었다.

도 9는 기판 표면의 플라즈마 처리 과정을 보다 상세히 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 진공 증착 장치 14: 밸브

15: 진공 펌프 16: 가이드

17: 플라스틱 기판 18: 기판 진행 방향

35: 스프레이 노즐 45: 기판 지지 수단

55: 증기 65: 염소를 함유한 유기 용제

75: 용기 85: 히터

100: 도전성 막이 형성된 플라스틱 기판

110: 플라스틱 기판 130: 중간층

140: 주도전층

350: 보호 박막층

본 발명은 스퍼터링이나 아크 증착법 등과 같은 진공 증착 방법에 의하여 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱(plastic) 기판 위에 금속막, 세라믹(ceramic) 또는 투명 도전막 등의 코팅(coating)막을 형성함에 있어서 형성된 막의 응착력(adhesion)을 증가시키기 위한 전 처리 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 는, 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱 기판 상에 진공증착 방법에 의해 막을 코팅하기 이전에 기판 표면의 전 처리를 통하여 기판 표면에 응착력이 매우 우수한 계면을 형성함으로써 형성된 박막이 기판에 밀착되도록 하기 위한 방법에 관한 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 막을 코팅하는 기술이 널리 사용되고 있다.

이러한 단말기 케이스 등은 휴대용 장치이므로 중량이 가벼워야 하며, 강도, 내열성, 내한성 등의 기계적 특성과, 내약품성 및 전기적 특성이 좋은 것이어야 하고 사출성형, 압출 성형, 진공성형 등의 성형 및 가공이 용이한 것이어야 하므로, 최근에는 폴리카보네이트나 ABS 수지 등의 다양한 엔지니어링 플라스틱이 사용되고 있다.

또한, TV, 컴퓨터 모니터, PDP TV 등의 디스플레이 장치에서 현재에는 주로 유리 기판을 사용하고 있으나 안전성, 경량화, 가공의 용이성 등을 위하여 폴리카보네이트나 아크릴 등의 투명 플라스틱 기판이 향후 널리 사용될 전망이며, 이때 전자파 차단 및 반사 방지를 위하여 투명 플라스틱 기판 위에 ITO 등의 투명 도전막, SiO₂, TiO₂ 등의 유전 박막을 코팅하는 기술도 실용화 단계에 이르고 있다.

이러한 플라스틱 기판 위에 전도성 코팅 막을 코팅하는 방법도 다양하게 존재하는데, 페이스팅(pasting), 롤링(rolling), 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법이나, 도금 등의 화학적 코팅(chemical deposition) 방법이 오래전부터 널리 사용되어 왔고, 최근에는 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition), 아크 증착법(arc evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등의 진공 증착 방법이 널리 사용되고 있다. 특히 진공 증착 방법은 형성된 막의 질이 매우 우수하고, 정확한 공정 제어가 가능하고, 불순물이 적으며 대량 생산을 위한 다양한 설비들이 개발되어 있어 양질의 박막을 형성하는 것이 가능하다.

그러나 플라스틱 기판을 사용하는 경우 기판이 열에 약하고 변형되기 쉬운 한계를 갖고 있으며 형성된 막과 기판 사이에 좋은 응착력을 얻기 위해서는 기술적으로 해결되어야 할 많은 문제들이 존재한다.

플라스틱 기판과 막의 응착력을 증가시키기 위한 방법은 투명성이 요구되지 않는 경우에는 주로 페이스트(paste)나 응착성 도료 등을 중간층으로써 사전 도포하는 방법이 많이 사용되고 있다. 도 1에서는 이러한 종래 기술의 페이스트 도포에 의한 중간층을 응착력 강화를 위해 사용한 막 구조의 한 예를 도시한다. 도 1에서는 플라스틱 기판(110) 상에 응착력 강화를 위한 중간층(130)이 형성되고 그 위에 은(Ag) 코팅 막(140)이 형성되어 있다.

상술한 종래 기술의 부도체 상에 형성되는 도전성 박막은 그 응용 분야에 따라 Ag, Cu, Au, Al이나 이들의 합금 등 다양한 재료가 사용될 수 있다. 이들 중 Ag는 가장 도전성이 우수한 금속으로 Au보다는 가격도 저렴하고, Cu보다는 염수 등에 대한 내구성이 우수하며, Al 보다는 도전성에서 월등히 우수한 특성을 갖기 때문에 전자파 차폐막 등으로 많이 사용된다. 그러나 Ag를 플라스틱이나 글라스와 같은 부도체 표면에 그대로 코팅할 경우에는 박막과 기판 사이의 응착력이 좋지 않은 문제가 있기 때문에 페이스트를 사용하여 도 1과 같은 중간층(130)을 형성하는 것이 일반적이다.

Ag 층(140)의 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 막(140)을 두껍게 증착하는 경우 저항 감소 효과를 기대할 수는 있으나 Ag 층(140)의 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.

도 2에서는 상술한 페이스트 도포에 의한 중간층 형성 방법의 한 예를 순서도로 나타내었다. 스프레이 코팅에 의하여 기판 위에 페이스트를 분사하기 전에 일단 정전기와 먼지를 제거하기 위한 전처리 과정(100)이 진행된다. 이러한 전처리 과정(100)에서는 일반적인 가스 건을 사용하여 공기를 분사하여 먼지를 제거하고 정전기를 방지하기 위하여 전극 봉에 의한 방전을 발생시켜 정전기를 제거하게 된다. 기판 표면의 정전기가 남아 있을 경우 정전력(electrostatic force)에 의하여 표면에 먼지를 흡착시키게 되는 주원인이 되고 그 위에 페이스트를 코팅할 경우 페이스트 막 결함의 원인이 될 수 있기 때문이다.

위와 같은 전처리 과정(100)은 경우에 따라서는 생략될 수도 있으며, 그 이후, 스프레이 코팅에 의한 페이스트의 코팅 과정(200)이 진행된다. 스프레이 코팅은 스프레이 건(spray gun)을 사용하여 액상의 페이스트 입자들을 기판 위에 골고루 도포하는 과정이다. 이 경우, 페이스트의 스프레이 코팅 이전에, 위의 정전기 제거 과정이 종료한 후 다시 한번 에어 건에 의하여 공기 분사를 수행하여 먼지를 최종 제거하는 것이 바람직하다.

페이스트의 코팅이 완료한 후 적외선 건조 장치에 기판을 삽입하여 적외선 건조(300)를 수행한다. 이러한 적외선 건조는 약 60도~70도 사이의 온도에서 수행되며, 페이스트 막을 예비적으로 건조하는 과정이다.

최종적으로 75도~85도의 온도에서 30분~1시간 정도 가열하여 최종적인 경화 과정(400)을 수행한다. 사용되는 페이스트의 특성에 따라서 상술한 경화 과정이나 경화 조건 등은 달라질 수 있다.

상술한 종래 기술의 방법에서 사용되는 페이스트나 도료 등은 그 단가가 높을 뿐만 아니라 막 코팅 전에 페이스트의 도포, 경화 등 복잡한 사전 처리 과정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡하여지고 추가 비용이 발생하므로 단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

또한, 페이스트를 사용한 공정은 이후에 열처리 등을 필요로 하는 경우에는 많은 문제를 일으킨다. 페이스트는 일반적으로 열에 약한 재료이기 때문에 열처리 공정을 거치는 경우에는 열에 의해서 재료가 변성되거나 팽창, 수축 등 열 변형의 문제를 발생시키게 되고 그 결과 그 위에 도포된 금속 막에 충분한 응착력을 제공 하지 못하게 된다. 특히, PCB 기판 등에 사용하는 경우에는 열적 부하가 가해지는 납땜이나 본딩(bonding) 등의 후 공정에서 많은 문제를 일으키게 된다. 또한 기판의 면적이 넓어질 경우에는 넓은 면적에 균일하게 도포하는 것도 기술적으로 곤란할 뿐만 아니라 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 페이스트 층 위에 형성된 막은 기계적으로도 몹시 불안정하여 쉽게 긁히거나 벗겨지는 문제점을 갖고 있었다.

이러한 페이스트나 응착성 도료의 사용을 피하기 위한 종래 기술의 하나로써 미국특허 제4,364,792호에서는 중성자와 함께 우라늄(uranium), 캘리포늄(californium) 252 등의 무거운 이온을 소정의 에너지(0.1meV 이상)로 플라스틱 기판 표면에 입사시켜 표면에 다수의 미세한 구멍들을 조성한 이후에, 수산화나트륨(NaOH) 등의 알칼리 금속의 수산화물로 표면을 처리하여 표면의 미세한 구멍들을 확장시킴으로써 이후에 증착되는 금속 막과 기판 표면의 응착력(adhesion)을 증가시키는 방법이 도 3과 같이 제안된 바 있다. 그러나 상술한 종래 기술의 방법은 방사성의 무거운 원소(10)를 사용하여야 하므로 이러한 재료의 취급을 위해서는 상당한 주의가 요망되며 고가의 장비가 필요하고 사고의 위험성이 높아 일반 대량 생산 라인에 적용하기에는 많은 문제점을 갖고 있다.

특히 최근에는 폴리카보네이트를 휴대폰 등의 전자 장치의 외함(case)으로 사용하는 경우가 많아지고 있는데, 폴리카보네이트는 가볍고 기계적 특성이 좋을 뿐만 아니라 내열성이 우수하여 공정 중 기판의 온도가 다소 상승하는 스퍼터링 등의 진공 코팅 공정을 적용하기 용이하기 때문이다. 최근 휴대폰 등의 전자 기기에 전자파 차폐를 목적으로 금속 막을 도포하는 기술이 보편화되고 있는데, 최근까지 폴리카보네이트를 기판으로 사용하는 경우에는 금속막 코팅 전 상술한 페이스트나 도료를 응착력 강화를 위한 중간층으로 도포하는 것이 보편적이었으며, 그에 따른 비용의 증대, 기계적 강도의 취약함, 이후의 열처리 등에 의한 응착력의 약화 문제를 피하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 투명성 및 전자파 차폐가 함께 요구되는 분야, 즉, PDP 필터, 모니터의 보안경 등 투명 도전막을 투명 플라스틱에 코팅하는 경우에는 투명한 도료여야 하고 이물질이 없어야 하기 때문에 상술한 종래 기술의 페이스트나 도료의 적용은 더욱 곤란해진다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스퍼터링이나 아크 증착법 등과 같은 진공 증착 방법에 의하여 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱(plastic) 기판 위에 금속막, 세라믹(ceramic) 또는 투명 도전막 등의 코팅(coating)막을 형성함에 있어서 형성된 막의 응착력(adhesion)을 증가시키기 위한 간단하고도 효과적이며 공정 비용 저감이 가능한 전 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 형성 방법은 플라스틱 기판 상에 고 응착력의 코팅 막을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 코팅 막이 형성될 상기 플라스틱 기판의 표면에 염소(Cl)를 함유하는 유기 용제를 접촉시켜 상기 플라스틱 기판을 전 처리 하는 단계와; 상기 전 처리된 기판의 표면을 개질할 수 있도록 대기압 또는 진공 상태에서 플라즈마를 조사하는 플라즈마 처리 단계와; 상기 플라즈마 처리 단계 후에 진공 증착에 의해 기판 표면에 코팅막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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상기 유기 용제는 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 및 올소-디클로로벤젠 으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 포함하는 것임이 바람직하다.

상기 전 처리 단계에서는 기판의 과도한 손상이나 처리 시간의 연장을 목적으로 상기 유기 용제를 시클로헥산(cyclohexane)으로 희석시켜서 사용하는 것임이 바람직하다.

상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 가열에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 플라스틱 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 초음파에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 스프레이(spray)에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유기 용제는 상기 시클로헥산과의 혼합에 의하여 5~30% 용액으로 희석되어 상기 전 처리를 위하여 사용되는 것임이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 박막 형성 방법의 한 실시예를 나타낸다. 우선 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱 기판을 세정하여 표면의 오염 물질을 제거(200)한다. 이후, 기판 표면에 염소가 함유된 유기 용제를 접촉(220)시킨다. 염소가 함유된 유기 용제는 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등의 지방족 염화탄화수소나, 클로로벤젠 및 올소-디클로로벤젠 등의 방향족 염화탄화수소 등이 사용될 수 있으며, 이들 중 어느 한 가지만을 사용하거나 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명자는 메탄올 및 에탄올 등의 알코올류와, 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸 케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등의 케톤류와, 크레졸, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 등의 글리콜 에테르류, 초산메틸 등의 에스테르류, 에틸에테르 등의 에스테르류, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 탄화수소계 유기 용제, 트리클로로에틸렌 등의 지방족 염화탄화수소 및 클로로벤젠 등의 방향족 염화탄화수소 등 다수의 유기 용제를 플라스틱 기판에 금속 박막을 진공 증착하기 전에 기판 표면의 전 처리에 사용하여 테스트한 결과 염소를 함유한 상기 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등의 지방족 염화탄화수소나, 클로로벤젠 및 올소-디클로로벤젠 등의 방향족 염화탄화수소 등을 사용하여 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱 기판을 전 처리한 결과 이후에 증착된 금속 막의 응착력이 현저히 증가함을 관측하였다.

경우에 따라 상술한 염소를 함유하는 유기 용제를 희석하여 사용하는 것이 바람직한데 이는 유기 용제나 그 혼합액을 그대로 사용할 경우, 지나치게 농도가 높아 기판 표면 처리 시간을 충분히 설정하여 전 처리 공정 시간을 정밀하게 제어하기 용이하지 않은 문제점이 있기 때문이다. 상술한 유기 용제의 희석을 위하여서는 알코올류나 지방족 탄화수소, 지환식 탄화수소, 방향족 탄화수소 또는 물 등이 사용될 수 있다.

상술한 염소를 함유하는 유기 용제 중 트리클로로에틸렌을 사용하고 헥산(hexane)으로 희석시켜 5~30% 농도의 희석 액을 사용하여 시험한 결과 공정 시간의 제어가 용이하면서도 좋은 응착력을 가진 금속 박막과 투명 도전막을 폴리카보네이트 기판 위에 형성시키는 것이 가능하였다.

또한, 본 발명자는 이들 유기 용제로 표면을 처리함에 있어서 폴리카보네이트를 포함하는 플라스틱 기판을 이들 용제 또는 그 혼합액이나 희석된 용액에 완전히 담그는(dipping) 방법을 사용한 경우보다도 이들 유기 용제를 기판 표면에 "접촉"시키는 방법을 사용한 경우가 이후에 상기 기판에 증착되는 금속 막의 응착력 강화를 위하여 더욱 효과적이라는 사실을 발견하였다. 기판 표면에 "접촉"시킨다 함은 기판을 유기 용제를 포함한 혼합액이나 희석액 등에 완전히 담그는 경우와 구별하고자 하는 용어이며, 기판 표면에 스프레이 방법 등에 의해 소량을 도포하거나 도료와 같이 기판 표면에 바르거나 증기화 시켜 기판에 쪼이는 방법 등을 통칭한다.

도 5에서는 휴대폰 케이스나 디스플레이용 투명 기판 등의 플라스틱 기판을 스프레이 방법에 의하여 상기 유기 용제, 그 혼합액 또는 희석 액에 접촉시키는 방식의 한 예를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 이러한 방식을 사용할 경우 다수의 기판(110)을 인라인(in-line) 방식에 의해 처리하는 것이 가능하며 자동화된 공정을 통하여 대량 처리에 적합하도록 할 수 있다. 스프레이 건(35)을 사용하며, 상기 스프레이 건(35)은 화살표 방향으로 진행시키도록 하거나 또는 기판(110)을 이동시키는 방식 어느 것이라도 필요에 따라 사용될 수 있다.

도 6은 휴대폰 케이스나 디스플레이용 투명 기판 등의 플라스틱 기판(110)을 기판 지지 수단(45)에 장착한 상태에서 상기 염소를 함유한 유기 용제, 혼합액 또는 희석 액을 증기화 시켜 상기 기판에 접촉시키는 방식의 한 예를 나타낸다. 상기 염소를 함유한 유기 용제, 혼합액 또는 희석 액(65)은 소정의 용기(75)에 담겨져 있다. 이러한 상태에서 초음파나 히터(85)를 통한 가열에 의하여 증기화 되며, 증기(55)는 기판(110)의 전 처리 하고자 하는 표면에 접촉하게 된다.

이러한 기판 표면의 전 처리가 끝나면, 도 4에 나타낸 바와 같이 표면을 플라즈마 처리(240)하여 기판 표면을 더욱 개질(改質)할 수 있다. 일반적으로 진공증착 혹은 플라즈마를 이용한 스퍼터법, 아크법으로 박막을 형성시키는 경우, 박막 형성 전에 피코팅물의 표면에 대하여 이온빔 혹은 플라즈마에 의한 세정을 실시하여 박막의 응착력을 증대시키는 방법이 사용되고 있다. 따라서 필요에 따라 상기 이온빔 처리 및/또는 플라즈마 처리를 하는 것은 가능하며, 그러한 표면 처리 과정의 포함 여부에 따라 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속하는지의 여부가 결정되는 것은 아니다.

도 8에서는 이러한 기판 표면의 플라즈마 처리를 위한 장치의 한 예를 나타내었다. 이러한 처리는 기판 표면의 오염물이나 유기물 등을 제거하고 계면의 상태를 개선하여 보다 양질의 금속 막을 형성하도록 하기 위한 것으로써, 이러한 플라즈마 처리 단계는 필요에 따라 생략도 가능하며 플라즈마 처리 단계를 생략한 경우에도 이후에 증착된 금속 막과 기판 사이의 양호한 응착력을 얻을 수 있었다.

기판 표면의 플라즈마 처리를 위해서는 다양한 플라즈마 발생 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 도 8과 같은 기판 전면 방전 방식이 사용될 수 있다. 도 8의 장치에서는 기판(700)과, 그 전면에 설치된 망형 전극(200), 접지 전극(300) 사이에 소정의 개스(Ar, He 또는 O2 등)를 주입하고 전원(400)을 인가하여 방전을 발생시켜 플라즈마(15)를 형성하고 플라즈마 입자를 기판에 노출시켜 표면 처리를 수행한다. 이와 같은 과정은 진공 중에서 수행될 수도 있으나, 대기압(또는 상압)에서 수행될 수도 있다.

도 9에서는 이와 같은 플라즈마 처리 과정을 좀 더 상세히 나타낸다. 기판(700) 전면의 망형 전극(200)과 접지 전극(300) 사이에 전계(electric field)가 인가되면 전계에 의한 하전 입자의 가속이 발생하며, 가속된 하전 입자는 다른 중성 개스 입자들과 충돌하여 모멘텀(momentum)을 전달하고 이 과정이 반복되면서 방전이 발생하게 된다. 방전에 의하여 형성된 플라즈마(15)는 이온화된 가스 상태로서, 그 내부에 많은 전자(20)와 이온들(30) 및 중성의 활성종(40)들을 포함하게 된다. 기판 표면 전처리는 이와 같은 입자들이 기판 표면과 충돌하고 반응하여 표면의 에너지 상태를 바꿈으로서 일어나게 된다.

도 8에 나타낸 바와 같은 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 플라즈마 표면 처리 장치의 한 예는 진공 챔버(100), 방전 전극(200), 기준 전극(300), 전원(400) 및 가스 공급부(500)로 구성된다. 진공 챔버(100)는 방전 전극(200), 기준 전극(300)을 외부에서 감싸며 기판(700)을 그 내부에 인입하여 공정을 수행하는 동안 외부와의 차단을 하고 저압을 유지하기 위한 것이다. 여기서, 위의 기준 전극(300)은 흔히 그러하듯이 진공 챔버(100)의 내벽이 그 기능을 대신할 수도 있다. 진공 챔버(100)는 접지(ground)되는 것이 바람직하나 필요에 따라서는 그렇지 않을 수도 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이 방전 전극(200)과 기준 전극(300) 사이의 방전으로 인하여 플라즈마(15)가 형성된다. 공정의 초기에 기판(700)을 인입한 후 소정의 진공 시스템(진공 펌프, 밸브 및 압력계 등, 도시하지 않음)을 사용하여 시스템 내부의 불필요한 개스를 배출하고 진공 챔버(100) 내부를 기저 압력(base pressure)까지 배기한 후 공정에 필요한 반응 개스 및 캐리어 개스(일반적으로 불활성 개스)를 챔버 내에 주입하여 방전에 필요한 압력(보통 수mTorr ~ 수십 Torr)이 되도록 조정한다.

방전 전극(200)은 도 8에 나타낸 바와 같이 진공 챔버(100) 내부에 설치되는데, 전원(400)과 연결되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전력이 공급된다. 전원(400)은 직류, 교류 또는 펄스(pulse) 형태의 전원이 사용될 수 있는데, 직류를 사용할 경우에는 방전 전극(200)에는 음극이 연결된다.

기준 전극(300)은 방전 전극(200)과의 사이에서 방전 전류의 경로(path)를 제공하기 위한 전극이다. 기준 전극을 따로 두지 않고 진공 챔버(100)의 내벽이 그 역할을 하게 하는 경우도 가능하며, 기준 전극이 접지(ground) 전극이 되는 경우가 일반적이다.

가스 공급부(500)는 외부로부터 진공 챔버(100) 내부로 반응 개스(산소 등) 및/또는 캐리어 개스(불활성 개스, 아르곤 등)를 주입하기 위한 부분으로서, 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller: MFC)나 밸브 등으로 구성될 수 있다.

플라즈마 표면 처리를 위한 다른 방법으로는, 이온빔을 이용하는 방법이 있는데, 이온빔을 이용하는 방법은 피처리물과 일정 거리 떨어진 곳에 이온빔 발생장치를 부착해 이 이온빔 장치에서 나오는 고에너지의 이온을 피처리물의 표면에 입사시키는 방법이다. 이 방법은 입사하는 이온의 에너지를 마음대로 조절할 수 있는 이점이 있지만, 이온빔 발생 장비가 너무 고가이기 때문에 기판지지 수단에 결합된 다수 개의 기판 표면을 한번에 처리할 정도의 큰 장치를 구성하는 것은 용이하지 않다.

상기 방법들과는 별도로, 저압이 아닌 상압에서 플라즈마를 발생시키는 방법을 사용할 수도 있다. 이 방법은 피처리물과 전극의 사이가 수 mm 정도의 매우 가까운 거리에 있어야 하기 때문에 피처리물의 모양이 입체적인 경우에는 응용하기 어려운 단점이 있다.

이러한 플라즈마 처리 단계(240)가 완료된 이후에는 진공 증착에 의하여 기판 표면에 금속 코팅 막을 형성하게 된다. 도 7에서는 진공 증착의 한 예로서 인라 인 방식에 의한 금속 막 증착 장치의 한 예를 나타내었다. 코팅로(11)의 내부에 증발(evaporation) 소스 혹은 스퍼터 소스(S1, S2)가 위치된다.

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)는 플라스틱 기판 상에 응착력이 비교적 양호하여 중간층으로 많이 사용되는 Ni로 된 증발 혹은 스퍼터 소스일 수 있으며, 후방 소스(S2)에는 Ag 또는 Ag합금으로 된 증발 혹은 스퍼터 소스가 위치될 수 있다. 그러나 본 발명의 염소를 함유한 유기 용제, 그 혼합액 또는 희석 액에 의하여 기판을 전 처리한 경우 중간층인 Ni을 사용하지 않고 Ag 단독으로 증착한 경우에도 양호한 응착력을 얻을 수 있었다.

진공증착의 경우에는 도면에 미도시된 전자빔 혹은 열증발용 전원을 이용하여 두개의 소스를 동작시키고 스퍼터의 경우에는 역시 미도시된 가스투입장치로 코팅로에 Ar과 같은 불활성가스를 투입하고 스퍼터전원을 동작시킨다.

본 발명이 적용된 금속 막의 경우, 지속적인 염수테스트 후에도 저항의 변화가 나타나지 않았으며 응착력에 있어서도 양호한 결과를 나타내었고 또한 투명 도전막의 경우에도 응착력에 있어서 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 아니되며 후술하는 특허청구범 위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 의하여 유해 전자파가 발생되는 전기 전자 부품 및 통신기기의 케이스 등의 폴리카보네이트 등을 함유하는 플라스틱 기판에 전도성 박막을 형성하여 유해 전자파가 외부로 유출되는 것을 방지하거나, 플라스틱 기판 위에 회로를 형성하거나 또는 플라스틱 기판 위에 전극을 제작하고자 하는 경우 등과 같은 다양한 응용에 있어서 응착력, 전도성 및 내구성이 우수하고 혹독한 환경에서의 고신뢰성--염수테스트 등으로 대표됨--을 갖는 도전성 코팅 막을 형성할 수 있도록 하고, 또한 전자파 차폐와 투명성을 위하여 투명 플라스틱 기판에 투명 도전막을 형성하는 경우에도 응착력이 우수한 도전막을 얻을 수 있도록 하는 간단하고 저렴하면서도 효과적인 기판 전 처리 방법 및 코팅 막 형성 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 플라스틱 기판 상에 고 응착력의 코팅 막을 형성하기 위한 방법에 있어서,

   상기 코팅 막이 형성될 상기 플라스틱 기판의 표면에 염소(Cl)를 함유하는 유기 용제를 접촉시켜 상기 플라스틱 기판을 전 처리 하는 단계와;

   상기 전 처리된 기판의 표면을 개질할 수 있도록 대기압 또는 진공 상태에서 플라즈마를 조사하는 플라즈마 처리 단계와;

   상기 플라즈마 처리 단계 후에 진공 증착에 의해 기판 표면에 코팅막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 막 형성 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 유기 용제는 트리클로로에틸렌, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 클로로벤젠 및 올소-디클로로벤젠 으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 포함하는 것인 코팅 막 형성 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전 처리 단계에서는 기판의 과도한 손상이나 처리 시간의 연장을 목적으로 상기 유기 용제를 시클로헥산(cyclohexane)으로 희석시켜서 사용하는 것을 특 징으로 하는 코팅 막 형성 방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 가열에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 플라스틱 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 코팅 막 형성 방법.
6. 제3항에 있어서,

   상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 초음파에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 코팅 막 형성 방법.
7. 제3항에 있어서,

   상기 전 처리 단계는 상기 유기 용제를 스프레이(spray)에 의하여 증기화(vaporization)하여 상기 기판 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 코팅 막 형성 방법.
8. 제4항에 있어서,

   상기 유기 용제는 상기 시클로헥산과의 혼합에 의하여 5~30% 용액으로 희석되어 상기 전 처리를 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 코팅 막 형성 방법.

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