KR100759069B1 - 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

수지 기재의 표면을 개질 층으로 개질하고, 개질층을 금속 화합물 용액과 접촉시키고, 적어도 금속 콜로이드 또는 이온을 극성 기에 흡착시킴으로써 금속 입자를 개질 층 내에 분산시켜, 수지-금속 복합 층을 형성시킨다. 수지-금속 복합 층 내 급속 입자가 미세하므로, 높은 투명성을 얻을 수 있다. 수지-금속 복합 층은 투명 전도층 등으로 작용한다.

Description

수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재 및 이의 제조 방법{RESIN SUBSTRATE HAVING A RESIN-METAL COMPOSITE LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 수지 기재는, 수지-금속 복합층으로 인해 전도성, 내마모성, 내광성, 내염성 등의 특성을 가진다. 또한, 수지-금속 복합 층은 투명하고, 따라서 액정 디스플레이 및 프린트된 회로 기판 등과 같은 다양한 분야에 사용가능하다.
형성가능성(formability), 고도로 유동적인(flexible) 강도 특성 등과 이의 경량으로 인해, 통상 사용되는 필드 금속(field metal) 등에 수지 물질이 널리 적용되어 왔다. 그러나, 수지 물질은 비전도성, 낮은 경도 등의 단점을 갖는다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수지 물질은 금속과 같은 다른 물질과 복합화한다.
예를 들어 수지 물질에 전기 전도성을 부여하는 한 방법은, 전도성 금속 또는 탄소 섬유 분말 등을 수지 물질에 복합화하는 것이다. 그러나, 높은 전도성을 얻기 위해서는, 다량의 전도성 물질을 첨가해야 하고, 그 결과 물질 결함 및 비용 과다가 발생한다. 수지 물질에 전기 전도성을 부여하기 위한 다른 방법으로, 금속 또는 ITO와 같은 전도성 코팅을 형성하는 것이 알려져 있었다. 전도성 코팅을 형성하기 위하여, 증착 및 스퍼터링과 같은 물리적 방법과, 무전해도금과 같은 화학적 방법이 알려져 있었다. 그러나, 물리적 방법은 진공 탱크를 필요로 하고, 장치가 대형화되는 경향이 있다. 따라서, 공간 및 생산성이 제한되는 문제점이 있고, 그 결과 비용이 증가된다.
또한, 무전해 도금으로 수지 물질의 표면에 금속 코팅을 형성하는 경우, 금속 코팅은 충분한 수지 물질 접착성이 없고 쉽게 박리된다는 문제점이 있었다. 따라서, 수지 물질을 일차적으로 화학적 에칭하여 이의 표면을 거칠게 한 후, 화학적 에칭된 수지 물질을 무전해 도금하는 공정을 일반적으로 실시하였다. 그러나, 에칭으로 수지 물질 표면을 거칠게 하는 방법은, 수지 물질의 표면 평활성을 감소시킨다. 또한, 크롬산, 황산과 같은 유해 물질을 사용해야 할 필요가 있고, 얻어지는 액체 폐기물 처리 등의 문제가 발생한다.
또한, 일본 특개 제 2002-309377호 공보에는 무전해 도금을 위한 다른 관련 기술 공정이 개시되어 있다. 이 공보에 따르면, 수지 물질을 오존 용액에 노출시키고, 계면 활성제 및 알칼리 성분을 포함하는 용액으로 처리한 후, 무전해 도금한다. 이 공정에서, 수지 물질의 표면의 이중 결합은 오존 산화로 인해 깨어지고, 극성기가 생겨난다. 또한, 알칼리 성분으로 인해 취약(brittle) 층이 제거되고, 계면 활성제가 극성기 상에 흡착된다. 촉매로 전처리한 후 무전해 도금시, 촉매가 극성기 상에 증착되어 있는 계면 활성제 상에 흡착된다. 따라서, 무전해 도금시에 금속이 극성 기에 쉽게 결합하고, 그 결과 무전해 도금된 코팅의 흡착이 향상된다.
또한, WO 03/021005에는, 수지 물질을 우선 광촉매 분말을 포함하는 용액 내에 침지하고, 이 용액 중에서 노광하여 수지 물질 표면 상에 극성 기를 형성한 후, 무전해 도금을 실시하는 것으로 개시되어 있다. 이 공정 또한 무전해 도금 코팅의 부착 강도를 개선한다. 반면, 일본 특개평 05-303090호 공보에는, 친수성 수지를 포함하는 감광성 레지스트를 우선 베이스 물질 상에 스프레이하고, 노광하여 릴리프(relief)를 형성한 후, 무전해 도금 처리하여 릴리프 내에 금속 입자를 석출하고 차광(shading) 층을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 무전해 도금 코팅으로 전도성을 얻는 방법을 통해 반투명성(translucency)을 얻는 것은 어렵고, 따라서 얻어지는 것을 액정 디스플레이 등에 채택하기 어렵다.
또한, 일본 특개평 제 09-087419호 공보에는, 극성 기를 갖는 매트릭스 형성 물질 내에서 극성 기 반응을 통해 형성된 하나 이상의 화합물을 포함하는 매트릭스, 및 극성 기와의 상호작용을 소실 또는 감소시키는, 이 반응으로 인해 매트릭스 내에 석출 및 분산된 금속 입자를 포함하여 이루어지는 전도성 조절체(adjuster)가 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 따르면, 액체 물질을 기재에 스플레잉(splaying)한 후 진공 공간에서 가열 및 유지함으로써 전도성 조절체가 형성된다. 이 전도성 조절체 및 기재의 부착 신뢰성은 낮다. 또한, 반응 시간이 길고, 따라서 생산성이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 배경 견지에서 발명되었으며, 전도성, 내마모성 등의 특성을 갖는 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재의 제공에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 수지-금속 복합 층을 쉽고 저렴하게 제조하는 것에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 특허청구범위 제 1항의 수지 기재는, 수지 기재 표면의 수지 매트릭스 내에 금속성 입자가 분산되어 있는 수지-금속 복합 층을 갖는다.
특허청구범위 제 2항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재는, 제 1항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재를 포함하여 이루어지며, 수지-금속 복합 층은 두께가 20 내지 2000nm 인 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제 3항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재는, 제 1항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재를 포함하여 이루어지며, 수지-금속 복합 층은 두께 200nm 이하의 투명 전도층인 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제 4항의 이의 표면에 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재의 제조 방법은, 수지 기재의 표면을 극성 기를 갖는 개질층(modified layer)으로 개질하는 전처리 공정, 및 개질된 층을 금속 화합물 용액과 접촉시킴으로써 적어도 금속 콜로이드 또는 이온을 극성 기에 흡착시켜, 금속 입자를 개질된 층에 분산시키는 흡착 공정을 포함하여 이루어진다.
특허청구범위 제 5항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재의 제조 방법은, 제 4항의 수지-금속 복합 층을 갖는 수지 기재의 제조 방법을 포함하여 이루어지며, 흡착 공정 후, 무전해 도금으로 개질(refining) 층 표면에 금속 코팅을 형성시킨 후, 금속 코팅을 제거하는 것을 특징으로 한다.
특허청구범위 제 1항의 수지 기재는, 금속 입자가 수지 기재 표면의 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 수지-금속 복합 층을 갖는다.
수지 기재로서, ABS 수지, AS 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리올레핀 수지, 에폭시 수지, AN 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, PET 수지, 폴리아세틸 수지, 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지, PMMA 수지, 셀룰로스 타입 수지, 플루오로카본 수지, POM 수지, PET 수지, 폴리이미드 수지, 개질된 PPO 수지, 폴리페닐술피드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 알데하이드 수지, 폴리머 합금 함유 엘라스토머 및 PP 등과 같은 다양한 종류의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 또한, 수지 기재의 형태는 제한되지 않으며, 따라서 수지 기재는 임의의 형태의 몰딩으로부터 형성시킬 수 있다.
수지-금속 복합층은, 수지 기재를 구성하는 수지 매트릭스 내에 균일 분산된 미세 금속 입자를 갖는다. 금속은 Pd, Au, Ag, Pt, Rh 및 Ir과 같은 귀금속 그룹 또는 Cu, Al, Sn, Ni, Cr, Fe, Mo 및 Ti와 같은 비금속(base metal) 그룹으로부터 선택할 수 있다.
수지-금속 복합 층 내 금속 입자의 농도는 수지 및 금속의 형태 또는 목적하는 특성에 따라 다양하다. 이는 일반적으로 20 내지 90 부피%이다. 농도가 20 부피% 미만이면, 전도성, 내마모성 등의 특성을 얻기 어렵다. 반면에 농도가 90 부피%를 초과하는 경우에는 수지의 특성이 사라지는 경향이 있다.
또한, 수지-금속 복합층이 투명 전도층으로 사용되는 경우, 예를 들어 폴리카르보네이트 수지, PMMA 수지 및 AS 수지와 같은 투명 또는 반투명 수지 기재를 사용하여 수지-금속 복합층을 형성할 수 있다. 수지-금속 복합층 표면의 수지 매트릭스에, Au, Ag 및 Cu와 같은 전도성 금속 입자를 균일하게 20 내지 70 부피%의 범위로 분산시킨다. 금속 입자의 농도가 70 부피%를 초과하면, 수지-금속 복합 층의 두께에 따라, 반투명성이 감소되므로, 이는 바람직하지 못하다.
수지-금속 복합 층은 20 내지 2000nm의 두께 범위로 형성된다. 반투명성을 확보하기 위하여, 두께 200 nm 이하가 바람직하다. 두께가 20nm미만인 경우, 전도성 및 내마모성의 특성을 얻기 어렵고, 2000nm를 초과하는 경우에는 수지의 특성이 사라진다. 또한, 전기전도성을 부여하기 위해서는, 금속 입자의 농도에 따라, 이의 두께가 50nm를 넘는 것이 바람직하다.
수지 기재의 표면에 수지-금속 복합층을 제조 및 형성하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 수지 기재 표면을 극성기를 갖는 개질층으로 개질하는 전처리 공정을 먼저 실시한다. 이 전처리 공정으로는, (1) 수지 기재 표면을 고농도 오존 용액과 접촉시키는 방법, (2) 수지 기재 표면에 자외선을 조사하는 방법, (3) 고농도 오존 용액과 접촉시킨 상태의 수지 기재 표면에 자외선을 조사하는 방법, (4) (1)을 실시한 후 (2)를 실시하는 방법, (5) 광촉매가 부착되어 있는 상태의 수지 기재 표면에 광을 조사하는 방법, (6) 광촉매 용액과 접촉되어 있는 수지 기재의 표면에 광을 조사하는 방법과 같은 몇가지 방법이 있다. 고농도 오존 용액을 사용하는 (1), (3) 또는 (4)의 방법이 특히 바람직하다.
오존 용액 내 오존의 농도는 수지 기재의 표면 활성화에 크게 영향을 준다. 활성화 효과는 약 10ppm으로부터 관찰 가능하다. 활성화 효과는 100ppm 이상에서 급격하게 증진되고, 이는 처리시간 단축이 가능하도록 한다. 또한, 저농도에서는 열화되므로, 고농도 오존이 바람직하다. 오존 용액 내 오존에 의한 산화로 인해, 오조나이드가 형성되고 C-OH 또는 C=O 결합과 같은 극성 기가 생성되는 것으로 생각된다.
오존 용액은 일반적으로 용매로서 물을 사용하지만, 유기 또는 무기 극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 이를 통해 처리 시간을 더욱 단축할 수 있다. 유기 극성 용매로서, 예를 들어 메탄올, 에탄올 및 이소프로필 알콜과 같은 알콜 그룹; 또는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸 술폭사이드, N-메틸피롤리돈, 헥사메틸포스포라미드; 또는 포름산 및 아세트산과 같은 유기 산 기로부터 선택된 것을 단독으로 또는 물 및/또는 알콜-계 용매와의 혼합물로서 사용할 수 있다. 또한, 무기 극성 용매로서, 질산, 염산 또는 불화수소산 등과 같은 무기산을 사용할 수 있다.
조사되는 자외선은 파장 310nm 이하, 바람직하게는 260nm 이하, 보다 특히 약 150 내지 200nm인 것이 바람직하다. 또한, 자외선량은 50mJ/cm2 이상이 바람직하다. 이러한 자외선을 조사할 수 있는 광원으로서는, 저압 수은 램프, 고압 수은 램프, 엑시머 레이저, 배리어 방전 램프, 마이크로파 무전극 방전 램프 등을 사용할 수 있다.
광촉매로서는, 예를 들어 이산화티탄, 산화아연, 황화카드뮴, 인화갈륨, 탄화규소, 산화인듐 및 산화바나듐으로부터 선택된 것을 사용할 수 있다. 물에 광촉매 분말을 현탁시키는 경우, 물 1 리터당 광촉매 분말 0.05g 이상을 현탁시키는 것이 바람직하다. 0.05g 미만이면, 광촉매의 촉매 작용으로 인해 조사시에 표면층의 활성화 가속화 효과를 얻기 어렵다.
또한, 광촉매를 사용하는 경우, 광으로서 자외선을 사용하는 것이 바람직하다. 자외선을 조사함으로써, 광촉매를 신속하게 활성화할 수 있으며, 자외선으로 인해 개질 작용을 발현시킬 수 있고, 처리시간을 단축시킬 수 있다.
수지 기재를 오존 용액과 접촉시키기 위해, 예를 들어 오존 용액을 수지 기재 표면에 스프레이하는 방법 또는 수지 기재를 오존 용액 내에 침지하는 방법과 같은 몇가지 방법이 있다. 수지 기재를 오존 용액 중에 침지하는 방법은, 스프레이를 통해 접촉시키는 방법에 비해, 오존이 오존 용액으로부터 이탈되기 어려우므로, 바람직하다. 자외선을 조사하는 경우, 오존 용액 내에 침지된 수지 기재를 조사하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 자외선 광원으로부터의 열로 인해 수지 기재가 변형 및 열화되는 것을 억제할 수 있다.
오존 용액 내에 침지된 기재에 자외선을 조사하기 위하여, 자외선 광원이 오존 용액 내에 위치되어 있는 상태로 조사하거나, 오존 용액 표면 상으로부터 조사한다. 오존 용액의 용기가 투명 석영과 같은 자외선 투과성 물질로 만들어지는 경우, 오존 용액의 용기 외부로부터 조사할 수 있다.
또한, 수지 기재를 오존 용액과 접촉시킨 후 자외선을 조사하는 경우, 오존 용액과 접촉 후 일분과 같은 단시간 내에 자외선을 조사하는 것이 바람직하다. 이 기간 경과 후에는, 오존 및 자외선의 상승 작용을 얻기 어렵고, 이러한 단시간동안 처리로 개질 층이 항상 형성되는 것은 아니다.
전자 회로 기판을 제조하는 경우, 예를 들어, 수지 기재의 표면 상에 특정 패턴으로 자외선을 조사하기 위하여, 축소 투영 노광 장치를 사용하여 패턴으로 자외선을 조사하는 방법, 또는 광마스크로 표면을 마스킹하여 자외선을 조사하는 방법 등을 사용할 수 있다. 후자의 방법에서, 패턴이 형성되는 부분이 자외선 노광됨에 따라 마스크하는 것이 필요하고, 또한 이 부분을 오존 용액과 접촉시키는 것이 필요하다. 부가적으로, 마스크 물질은 자외선 및 오존을 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 이러한 마스크 중 하나는 금속 마스크이다.
오존 용액-자외선 조사 처리 방법에서, 처리 온도가 상승함에 따라, 반응 속도는 이론적으로 증가한다. 그러나, 처리 온도가 상승함에 따라, 오존 용액 내 오존의 용해도가 낮아지고, 40℃보다 높은 온도에서 오존 용액 내 오존의 농도를 100 ppm 이상의 농도로 증가시키기 위해서는, 처리 대기를 대기압(air pressure) 이상으로 가압하여야 하고, 결과적으로 장치가 대형화된다. 따라서, 장치 대형화를 원하지 않는 경우에는, 처리 온도를 실온 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
오존 용액-자외선 조사 처리 방법에서, 오존 용액 및 수지 기재의 접촉 기간은, 수지 형태에 따라 결정되지만, 4 내지 20분 범위로 하는 것이 바람직하다. 4분 미만에서는, 오존 농도가 100ppm이더라도 오존 처리 효과를 얻기 어렵다. 반면에, 20분을 초과하면, 수지 기재의 열화가 발생하기 시작한다.
또한, 오존 용액-자외선 조사 처리 방법에서, 자외선 조사 기간은, 수지 기재의 수지 형태에 따라, 약 4 내지 15분이 바람직하다. 4분 미만이면, 자외선 조사 효과를 얻기 어렵다. 15분을 초과하면, 열로 인해 수지 기재의 열화가 발생한다.
상기 전처리 공정에 의해, 수지 기재 표면 상에 극성기를 갖는 개질층이 형성된다.
이 개질층의 두께는 전처리 공정의 오존 용액 내 오존 농도 또는 처리 기간에 의해 결정된다. 이는 수지-금속 복합 층과 동일한 두께인 20 내지 2000nm가 되는 것이 바람직하다.
다음의 흡착 공정에서, 개질층을 금속 화합물 용액과 접촉시키고, 적어도 금속 콜로이드 또는 이온을 극성 기에 흡착시킨다. 이어서 미세 금속 입자를 개질층 상에 분산시켜, 수지-금속 복합층을 형성한다. 금속 화합물 용액으로서, 수용액을 일반적으로 사용할 수 있다. 또한, 금속 화합물 용액으로서, 상기된 귀금속 또는 비금속의 수용성 무기산 염, 유기산 염, 착체 또는 콜로이드 용액 등을 사용할 수 있다.
개질층을 금속 화합물 용액과 접촉시키기 위하여, 금속 화합물 용액을, 개질 층이 형성되어 있는 수지 기재 표면 상에 스프레이할 수 있다. 수지 기재를 금속 화합물 용액 내에 침지시킬 수도 있다. 이로 인해, 금속 화합물 용액은 표면으로부터 개질층의 내부로 확산 및 침투되고, 금속 화합물 이온 또는 콜로이드가 극성 기에 흡착된다. 환원으로 인해, 금속 화합물은 나노 수준의 미세 금속 입자가 되고, 수지-금속 복합 층이 형성된다.
전처리 공정 및 흡착 공정 사이에, 개질층을 하나 이상의 알칼리 성분을 포함하는 알칼리 용액과 접촉시키는 알칼리 처리 공정을 실시하는 것이 더 바람직하다. 알칼리 성분은 개질층 표면을 물에 용해시키고, 개질층 표면으로부터 취약층을 제거하여, 다량의 극성기를 부착시키는 기능을 갖는다. 따라서, 흡착 공정에 더 많은 미세 금속 입자를 생성할 수 있다. 이 알칼리 성분으로서, 개질층 표면을 분자의 크기로 용해시켜 취약 층을 제거할 수 있는, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬 등을 사용할 수 있다.
알칼리 용액은, 음이온 계면 활성제 또는 비이온성 계면 활성제 중 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 계면 활성제는, 소수성기가 개질층에 존재하는 극성기에 쉽게 흡착되는 것으로 생각되며, 따라서 이는 대부분의 극성기에 흡착될 수 있다. 따라서, 흡착 공정에서 더 많은 금속 입자를 생성시킬 수 있다.
이 계면 활성제로서, 적어도 음이온 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제가 사용되며, 소수성 기가 C=O 및 C-OH 중 하나 이상의 극성 기에 쉽게 흡착될 수 있다. 양이온성 계면활성제 및 중성 계면 활성제의 경우, 효과를 얻기 어렵다. 음이온 계면활성제로서는, 라우릴 황산 나트륨, 라우릴 황산 칼륨, 스테아릴 황산 나트륨, 스테아릴 황산 칼륨 등을 사용할 수 있다. 비이온성 계면활성제로서는, 폴리옥시 에틸렌 도데실 에테르 등을 사용할 수 있다. 계면 활성제 및 알칼리 성분을 포함하는 알칼리 용액의 용매로서는 극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 물이 일반적으로 극성 용매로서 사용되지만, 알콜-계 용매 또는 물-알콜 복합 용매를 때때로 사용할 수 있다. 적어도 개질층과 알칼리 용액을 접촉시키기 위하여, 수지 기재를 알칼리 용액 중에 침지하는 방법 또는 알칼리 용액을 개질된 층 상에 적어도 스프레이하는 방법을 실시할 수 있다.
알칼리 용액 내 계면 활성제의 농도는 0.01 내지 10 g/L의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 계면 활성제의 농도가 0.01g/L 미만인 경우, 생성되는 금속 입자의 양은 감소한다. 반면에 10g/L 초과의 경우, 계면 활성제가 개질층 내에서 서로 회합(associate)하여 과도한 계면 활성제가 불순물로 남아, 생성되는 금속 입자의 양이 감소한다. 이 경우, 수지 기재를 물로 세정하여 과도한 계면활성제를 제거할 수 있다.
또한, 알칼리 용액 내 알칼리 성분의 농도를, 이의 pH 값이 12 이상이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. pH값이 12 미만이더라도 효과를 얻을 수 있으나, 나타나는 극성기의 양이 작고, 이에 따라 소정량의 금속 입자를 생성하기 위하여 장시간이 소요된다.
알칼리 용액과 개질층의 접촉 시간은 특별히 제한되지 않으나, 실온에서 1분 이상이 바람직하다. 접촉 시간이 너무 짧으면, 극성기 상에 흡착되는 계면 활성제의 양이 너무 적게 될 수 있다. 그러나, 접촉 시간이 너무 길면, 극성기가 나타나는 층까지도 용해된다. 약 1 내지 5분의 접촉 시간이면 충분하다. 처리 온도는 가능한한 높은 것이 바람직하며, 온도 상승에 따라 접촉시간은 짧아질 수 있지만, 실온 내지 약 60℃의 온도 범위이면 충분하다.
알칼리 처리 공정에서, 알칼리 성분만을 포함하는 용액으로 처리한 후, 계면활성제를 흡착시킬 수 있지만, 계면활성제가 흡착될 때까지 취약 층이 자주 다시 형성될 수 있다. 따라서, 음이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 하나 이상 및 알칼리 성분이 서로 공존하는 상태에서 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 오존 용액 처리 공정 후에 알칼리 처리 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 오존 용액 처리 공정 및 알칼리 처리 공정을 동시에 실시할 수 있다. 이러한 경우, 오존 용액 및 알칼리 용액의 혼합 용액을 제조하고, 수지 기재를 제조된 혼합 용액 내에 침지한다. 또는 복합 용액을 수지 기재 상에 스프레이한다. 이러한 경우, 오존 및 수지 기재의 반응이 속도-결정 단계이므로, 처리 시간은 혼합 용액 내 오존 농도에 따라 결정된다.
또한, 알칼리 처리 공정 후에 물로 세정함으로써 알칼리 성분을 제거하는 공정을 실시할 수 있다. 계면 활성제는 극성기 상에 강하게 흡착되므로, 계면 활성제는 단순히 물로 세척함으로써 제거되지 않고, 흡착 상태가 유지된다. 따라서, 흡착 공정 전에 상당한 시간이 경과된 후에도 효과는 사라지지 않는다.
흡착 공정 후, 무전해 도금으로 수지-금속 복합층의 표면 상에 금속 코팅을 형성하고, 이어서 형성된 도금 코팅을 제거할 수 있다. 무전해 도금 처리에서, 흡착 공정에서 형성된 금속 입자를 촉매로 사용하여 금속이 석출 및 성장한다. 도금 금속은 수지-금속 복합 층 내 금속 입자 표면을 도포한다. 따라서, 금속 입자는 두-층 구조를 갖는 비교적 큰 입자가 된다. 또한, 무전해 도금 코팅은 수지-금속 복합 층의 표면 상에 형성된다.
이 때, 도금 코팅을 제거함으로써 수지-금속 복합 층이 나타난다. 수지-금속 복합 층 중, 두꺼운 복합 층 또는 고농도의 금속 입자를 갖는 것을 수동 성분 내장 기판(passive component self-contained boards) 등으로 적절히 사용할 수 있다.
무전해 도금 처리 요건 또는 석출시키는 도금의 형태에는 제한이 없다. 통상적인 무전해 도금과 동일한 방법으로 무전해 도금을 실시할 수 있다. 도금된 코팅을 제거하기 위하여, 연마와 같은 물리적 제거 방법, 산 에칭 및 역 전해법 등을 사용할 수 있다. 또한, 수지-금속 복합 층 자체를 제거하지 않도록 요건을 결정할 필요가 있다.
본 발명의 수지-금속 복합층을 갖는 수지 기재에 따르면, 수지-금속 복합층이 존재하므로, 전도성, 내마모성, 내광성, 내염성 등의 특성을 얻을 수 있다. 또한, 수지-금속 복합 층은 투명 또는 반-투명하게 만들어질 수 있어, 이를 예를 들어 액정 디스플레이 및 전자 회로 프린트 기판과 같은 다양한 목적에 사용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 진공 탱크와 같은 설비가 요구되지 않으며, 수지-금속 복합층을 쉽게 형성할 수 있다. 이는, 적은 공정 및 시간으로 제조가 가능하도록 한다. 따라서, 상기 우수한 특성을 갖는 수지 제품을 저비용으로 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 처리된 수지 기재의 단면을 도시한 TEM 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 처리된 수지 기재의 단면을 도시한 TEM 사진이다.
도 3은 실시예 2에서 처리된 수지 기재의 단면을 도시한 TEM 사진이다.
이하에서는, 본 발명을 몇개의 실시예 및 비교예에 따라 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
<전처리 공정>
ABS 수지 기판을 제조하고, 전처리 공정으로서 이를 실온에서 4분동안 오존 150ppm을 포함하는 오존 용액 중에 침지시켰다. 전처리 공정 전후에 기판 표면을 FT-IR로 분석하였다. 전처리 공정 후 기판 표면에서 카르보닐기(-C=O) 및 하이드록실기(-OH)로 인한 흡수 피크를 관찰하였다.
<알칼리 처리 공정>
이어서, 50g/L의 NaOH(알칼리 성분) 및 1g/L의 라우릴 황산 나트륨(음이온 계면활성제)을 용해시킨 복합 수용액을 60℃까지 가열하였다. 전처리 공정 후의 기판을 2분동안 침지시켰다.
<흡착 공정>
알칼리 처리 공정 후의 기판을 물로 세척하고 건조시켰다. 이를 3N 염산 수용액 중에 0.1 중량%의 염화팔라듐 및 5 중량%의 염화주석을 용해시켜 제조한 용액에 3분동안 침지시키고, 50℃까지 가열하였다. 이어서 이를 1N 염산 수용액 중에 3분동안 침지시켰다.
얻어진 기판 단면의 TEM 사진을 도 1 및 2(도 1의 부분확대도)에 도시한다. 금속 입자(흑색 점)는 기판 표면으로부터 200nm 깊이 범위에 균일하게 분산되어 있 는 것으로 관찰되었다. 또한, 수지-금속 복합 층이 200nm 두께로 형성된 것으로 관찰되었다. 수지-금속 복합층 중에 금속의 농도는 60 부피%였다.
(실시예 2)
수지-금속 복합 층을 갖는 실시예에서 얻어진 기판을, Ni-P의 화학 도금조 내에 침지시키고, 이를 40℃에서 유지시켜 Ni-P 도금 코팅을 10분동안 석출시켰다. 석출된 Ni-P 도금 코팅 두께는 0.5㎛이다.
이어서, 도금 코팅을 갖는 기판을 알칼리 용액 내에 침지시키고, 도금 코팅을 애노드, 전극을 캐소드로 하여 3A/dn2의 전류 밀도를 인가하고, 역전해법에 의해 도금 코팅을 용해 및 제거하였다.
얻어진 처리 기판의 단면의 TEM 사진을 도 3에 도시한다. 기판 표면으로부터 100nm 깊이 범위에 금속 입자가 균일하게 분산된 것으로 관찰되었다. 또한, 수지-금속 복합층에서 금속 입자의 입자 직경이 더 커진 것으로 관찰되었다. 수지-금속 복합층 중에 금속의 농도는 80 부피%였다.
(비교예 1)
기판이 미처리된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 기판을 비교예 1에 사용하였다.
<시험 및 평가>
실시예 1, 2에서 처리된 기판 및 비교예 1의 기판에 대하여, 표면 전기저항값 및 표면 비커스 경도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
복합 층의 두께(nm) 전기저항(Ω) 표면 경도
실시예 1 200 10-2 100
실시예 2 100 10-4 250
비교예 1 0 106 20
표 1에 따르면, 실시예 1 및 2에서 처리된 기판은 높은 표면 전도성 및 높은 표면 경도값을 가지므로 우수한 내마모성을 갖는다. 이는 수지-금속 복합층을 가지기 때문인 것이 명백하다.
(실시예 3)
<전처리 공정>
폴리카르보네이트 수지로 만든 기판을 제조하고, 전처리 공정으로서 이를 실온에서 6분동안 오존 150ppm을 포함하는 오존 용액 중에 침지시켰다. 전처리 공정 전후에 기판 표면을 FT-IR로 분석하였다. 전처리 공정 후 기판 표면에서 카르보닐기(-C=O) 및 하이드록실기(-OH)로 인한 흡수 피크를 관찰하였다.
<알칼리 처리 공정>
이어서, 50g/L의 NaOH(알칼리 성분) 및 1g/L의 라우릴 황산 나트륨(음이온 계면활성제)을 용해시킨 복합 수용액을 60℃까지 가열하였다. 전처리 공정 후의 기판을 2분동안 침지시켰다.
<흡착 공정>
알칼리 처리 공정이 완료되자마자, 기판을 3N 염산 수용액 중에 0.1 중량%의 염화은 및 5 중량%의 염화주석을 용해시켜 제조한 용액에 3분동안 침지시키고, 50℃까지 가열하였다. 이어서 이를 1N 염산 수용액 중에 3분동안 침지시켰다.
얻어진 기판 단면의 TEM 관찰 결과, 금속 입자는 기판 표면으로부터 100nm 깊이 범위에 균일하게 분산되어 있는 것으로 관찰되었다. 또한, 수지-금속 복합 층이 100nm 두께로 형성된 것으로 관찰되었다. 수지-금속 복합층 중에 금속의 농도는 70 부피%였다.
(실시예 4)
전처리 공정 및 흡착 공정의 처리 시간이 각각 12분 및 6분이라는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 기판을 처리하였다. 형성된 수지-금속 복합 층은 두께 200nm이다. 수지-금속 복합층 중에 금속의 농도는 70 부피%였다.
(실시예 5)
전처리 공정 및 흡착 공정의 처리 시간이 각각 3분 및 1.5분이라는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 기판을 처리하였다. 형성된 수지-금속 복합 층은 두께 50nm이다. 수지-금속 복합층 중에 금속의 농도는 70 부피%였다.
(비교예 2)
기판이 미처리된 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 기판을 비교예 2에 사용하였다.
<시험 및 평가>
실시예 3 내지 5에서 처리된 기판 및 비교예 2의 기판에 대하여, 가시광의 투과율 및 표면 전기 저항값을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
복합 층의 두께(nm) 투과율(%) 전기저항(Ω)
실시예 3 100 90 10-2
실시예 4 200 50 10-4
실시예 5 50 100 10
비교예 2 - 100 106
표 2에 따르면, 실시예 3 내지 5에서 처리된 기판은 모두 자외선 투과를 억제하는 것으로 관찰된다. 수지-금속 복합층으로 인해 자외선 투과가 방지되는 것이 명백하다. 또한, 실시예 3에서 처리된 기판은 비교예 2와 거의 동일한 투명성을 가지며, 높은 전도성을 갖는다. 반면, 실시예 4에 처리된 기판은, 높은 전도성을 갖지만 투명성이 덜하다. 실시예 5에서 처리된 기판은 비교예 2와 동일한 투명성을 갖지만, 전도성이 덜하다. 따라서, 수지-금속 복합층이 투명전도층으로 작용하는 경우에는 수지-금속 복합층은 두께 50 내지 200nm인 것이 바람직하다.

Claims (5)

  1. 금속 입자가 수지 기재 표면의 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 수지-금속 복합층을 포함하고,
    상기 수지-금속 복합층의 두께가 20 내지 2000 nm이고, 금속입자의 농도가 20 부피% 이상인 것을 특징으로 하는, 수지-금속 복합층을 갖는 수지 기재.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수지-금속 복합층이 두께 200nm 이하인 투명 전도층인 것을 특징으로 하는, 수지-금속 복합층을 갖는 수지 기재.
  4. 수지-금속 복합층의 두께가 20 내지 2000 nm이고, 금속입자의 농도가 20 부피% 이상인 수지 기재의 표면을 극성 기를 갖는 개질 층으로 개질하는 전처리 공정, 및
    개질층을 금속 화합물 용액과 접촉시킴으로써, 적어도 금속 콜로이드 또는 이온을 극성기에 흡착시켜, 금속 입자를 개질 층 내에 분산시키는 흡착 공정을 포함하여 이루어지는, 표면에 수지-금속 복합층을 갖는 수지 기재의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 흡착 공정 후, 무전해 도금으로 상기 개질 층의 표면 상에 금속 코팅을 형성시키고, 이어서 상기 금속 코팅을 제거하는 것을 특징으로 하는, 표면에 수지-금속 복합층을 갖는 수지 기재의 제조 방법.
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