KR100804924B1 - 도전페이스트와 그것을 이용한 도전막, 도금방법 및미세금속부품의 제조방법 - Google Patents

도전페이스트와 그것을 이용한 도전막, 도금방법 및미세금속부품의 제조방법

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KR100804924B1
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마지마마사토시
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사카모토토시히로
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Abstract

도전막등의 전기저항치를 현상태보다 더욱더 작게 할 수 있는 도전페이스트와 도전율에 이방성을 가지는 도전막과, 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성하는 도금방법과, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품의 제조방법을 제공한다.
도전페이스트는, 미세한 금속입자가 다수, 사슬형상으로 연결된 형상의 금속분말을 배합했다. 도전막은, 도전페이스트를 도포해서 형성한 도막에 자장을 걸어, 상자성을 가지는 사슬형상의 금속분말을 일정방향으로 배향시켰다. 도금방법은, 도전페이스트로부터 형성한 도전막 위에, 전기도금에 의해서 도금피막을 성장시킨다. 미세금속부품의 제조방법은, 도금방법에 의해서, 형(3)의, 미세한 통공패턴의 부분에서 노출한 도전막(1)위에, 선택적으로 도금피막(4')을 성장시켜서, 미세금속부품을 제조한다.

Description

도전페이스트와 그것을 이용한 도전막, 도금방법 및 미세금속부품의 제조방법{CONDUCTIVE PASTE AND CONDUCTIVE FILM USING IT, PLATING METHOD AND PRODUCTION METHOD FOR FINE METAL COMPONENT}
본 발명은 신규인 도전페이스트와, 이 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막과, 상기 도전페이스트를 이용한 도금방법과, 이 도금방법을 응용한 미세금속부품의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 도전막(프린트 배선판에 있어서의 도체회로 등)의 형성재료나, 혹은 전기부품끼리의 도전접착(도체회로에의 소자 등의 실장(實裝), 도체회로끼리의 접속 등)에 이용하는 도전접착제 등으로서 도전페이스트가 널리 이용된다.
도전페이스트는 분말 형태의 도전성분을 수지 등의 결착제 및 용매와 함께 소정의 비율로 배합해서 제조된다. 또, 예를 들면 액상 경화성 수지 등의 액상 결착제를 이용해서 용매를 생략한 도전페이스트도 있다.
또 도전성분으로서는, 예를 들면 평균 입자직경이 1 ~ 수십 ㎛ 정도이고, 또한 형상이 입자형상, 박편 형상(비늘조각 형상, 플레이크 형상) 등인 금속분말이 일반적으로 사용된다. 또 금속분말을 형성하는 금속으로서는, Ag, Cu, Ni, Al 등을 들 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 금속분말을 이용해서, 도전막이나 도전접착제에 의한 도전접착 부분(이하「도전막」이라고 총칭함)의 전기 저항치를 현상태의 레벨보다 더 작게 하는 것은 기술적인 한계가 있어 곤란하다.
즉, 도전막에 있어서는, 결착제 중에 분산된 다수의 금속분말을 통해서 전류가 흐른다. 이 때문에 금속분말을, 결착제 중에 고밀도로 충전해서, 금속분말끼리 직접 접촉하는 접촉점수를 증가시키는 것이, 도전막의 전기 저항치를 작게 하는 유효한 방법이라고 생각된다. 그리고 그 구체적인 방법으로서는, 금속분말의 입자직경을 작게 하는 것을 들 수 있다.
그러나, 일반적인 금속분말의 제조방법에서는, 전술한 범위보다 작은 서브미크론오더의 금속분말을 제조하는 것이 용이하지 않은 데다가, 제조할 수 있었다고 해도, 그러한 미소한 금속분말은, 입자직경이 작아질수록 응집하기 쉬워져서, 결착제 중에 균일하게 분산시키는 것이 어려워지는 경향이 있다.
또한, 실제의 금속분말의 표면은 산화피막 등으로 덮여 있어, 개개의 접촉점에 있어서, 이 산화피막 등에 의해서 접촉저항을 발생하기 때문에, 접촉점수가 증가하면 할수록, 막 전체로서 보았을 때의 접촉저항이 커져, 오히려 도전막의 전기저항치가 커지는 경향도 있다.
이 때문에, 금속분말의 입자직경을 작게 해서, 그 충전밀도를 높이는 것에 의해서 도전막의 전기 저항치를 작게 하는 방법에는 기술적인 한계가 있다.
또, 종래의 금속분말은 상기와 같이 입자형상, 박편 형상 등의 애스펙트비가 작은 형상을 가지기 때문에, 도전막의 도전율은, 그 두께 방향이나 면방향에서 어느 것이나 거의 동등해진다. 즉, 도전율의 이방성이 작은 도전막을 형성할 수는 있다.
그러나 반대로, 예를 들면 두께 방향만 도전율이 높고 다른 방향은 낮다고 하는, 도전율 이방성이 뛰어난 도전막을 형성할 수 없다고 하는 문제도 있다.
또 최근, 본 발명자들은, 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도전막을 형성한 후, 이 도전막 위에, 당해 도전막을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 도금피막을 성장시키는 도금방법과, 이 도금방법을 이용해서, 두께가 대략 100㎛ 이하 정도이고, 또한 서브미크론오더의 미세 패턴부를 가지는 금속 부품(이하「미세금속부품」이라고 칭함)을 제조하는 방법을 실용화하도록 검토를 행했다.
그런데, 이러한 방법에 종래의 도전페이스트를 이용했을 경우에는, 형성된 도금피막 중의 금속의 결정입자의 입자직경이 당해 도금피막의 두께 방향으로 불연속으로 변화한 분포를 가지는 것으로 되기 때문에, 두께 방향의 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 얻지 못하여, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 없는 것이 판명되었다.
이 원인에 대해서 더욱 검토한 바, 이하의 사실이 분명해졌다.
즉, 종래의 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막은, 상기한 바와 같이 도전성분으로서, 평균 입자직경이 1㎛ 이상이라고 하는, 미세금속부품과 비교해도 그다지 작지않은 금속분말을 함유하고 있다.
이 때문에 도전막의 표면을, 미세금속부품의 크기의 레벨로 미시적으로 보면, 금속분말이 노출한 도전부분과 그 사이의 절연부분이 금속분말의 크기에 맞추어 불규칙한 얼룩형상으로 분포한 상태로 되어 있어, 전기적으로 균일하지 않다.
더구나, 도전막의 표면은, 마찬가지로 미세금속부품의 크기의 레벨에서 미시적으로 보면, 금속분말의 크기에 대응한, 미세금속부품의 크기와 비교해도 그다지 작지 않은 요철을 가지고 있어, 평탄하지도 않다.
전기도금에 의한 도금피막의 결정구조는 밑바탕의 영향을 받기 쉽고, 상기와 같이 그 표면이 전기적으로 균일하지 않은 데다가, 평탄하지도 않은 도전막을 밑바탕으로서 도금피막을 성장시켰을 때에는, 특히 성막 초기 단계에서 피막 중에 생성하는 결정입자의 입자직경이, 예를 들면 평탄한 금속표면에 도금피막을 성장시켰을 때에 얻을 수 있는 본래의 입자직경보다 꽤 커지는 경향을 표시한다.
그리고, 막의 성장이 진행되어, 그 표면이 평탄한 금속면에 가까워진 단계에서, 비로소, 평탄한 금속표면에 성장시켰을 경우와 동등의 본래의 입자직경을 가지는 결정입자가 생성되게 되어, 그 후는 이 입자직경으로 도금피막이 성장한다.
이 때문에, 도금피막은 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 것으로는 되지 않고, 당해 도금피막을 형성하는 금속의 결정입자의 입자직경이 두께 방향으로 불연속으로 변화한 분포를 가지는 것으로 된다. 구체적으로는, 도금피막을 형성하는 금속의 결정입자의 입자직경이 본래의 입자직경보다도 큰 영역과, 본래의 입자직경인 영역과의 2층 구조로 형성되어 버린다.
또, 이 도금방법을 응용한 미세금속부품의 제조방법에서는, 먼저 도전페이스트로 이루어진 도전막을 개재해서, 금속판 등의 도전성 기체 위에, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴을 가지는, 수지 등의 절연재료로 이루어진 형을 접착, 고정해서 전주형(電鑄型)을 형성한다.
다음에 이 전주형의, 통공패턴의 부분에서 노출한 도전성 기체 또는 도전막의 표면에, 이러한 표면을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킴으로써, 통공패턴의 형상에 대응한 미세금속부품을 형성한다.
그리고, 형과 도전성 기체를 제거하면, 미세금속부품을 얻을 수 있다.
도전막은, 도전성 기체의 전체면에 도전페이스트를 도포해서 도전성 기체 위에 형을 접착한 후, 건조, 고체화시킴으로써, 도전성 기체의 전체면에 형성해도 된다. 이 경우는 전주형의, 통공 패턴의 부분에서 노출한 도전막 위에 도금 피막이 성장해서 미세금속부품이 형성된다.
또 도전막은, 형(型)의 도전성 기체와 접착하는 측의 표면에 도전페이스트를 도포해서 형을 도전성 기체 위에 접착한 후, 건조, 고체화시킴으로써, 형과 도전성 기체와의 접착 부분에만 형성해도 된다. 이 경우는 전주형의, 통공패턴의 부분에서 노출한 도전성 기체 위에 도금피막이 성장해서 미세금속부품이 형성된다.
단 후자의 구성에서는, 형을 도전성 기체 위에 접착할 때에, 도전페이스트가 통공패턴 내에 불거져 나오는 것을 방지하는 것은 어렵다. 이 때문에 전주형의, 통공패턴의 둘레 가장자리에서는, 도전 페이스트가 통공패턴 내에 불거져 나와서 건조, 고체화해서 도전막이 형성된 상태가 되고, 그 위에 도금 피막이 성장해서 미세금속부품이 형성된다.
따라서 이 어느 경우에도, 제조된 미세금속부품은, 도전막 위에 성장한, 상기한 바와 같이 결정입자의 입자직경이 본래보다 큰 영역을 포함하고 있고, 전체적으로 보았을 때에, 소기의 물리적, 기계적 혹은 전기적 특성을 얻을 수 없다고 하는 문제를 일으킨다.
또 미세금속부품은, 상술한 결정입자의 입자직경이 큰 영역과 그 외의, 결정입자의 입자직경이 본래의 크기인 영역과의 2층 구조를 가지고, 이 2개의 영역에서는 특히 물리적, 기계적 특성이 상위하기 때문에, 온도 변화 등의 외적 조건에 의해서 미세금속부품에 변형이 생기거나, 경우에 따라서는 파손하거나 할 우려도 있다.
그래서, 통공패턴 내의 도전막을 제거해서 도전성 기체를 노출시키기 위해서, 전기도금 전의 통공패턴의 내부를 용제로 세정(웨트 에칭)하거나, 혹은 드라이에칭 하거나 하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이들 처리의 어느 것도, 수지의 형에 손상을 주기 쉽고, 특히 통공패턴의 에지부가 둥글게 되거나, 혹은 통공패턴의 측벽이 긁히거나 해서, 통공패턴의 형상이 변형되기 쉽다. 이 때문에, 미세금속부품의 형상의 재현성이 저하한다고 하는 새로운 문제를 일으킨다.
도 1A ~ 도 1F는 각각 본 발명의 도전페이스트에 도전성분으로서 함유시키는 사슬형상의 금속분말의 일례의 일부를 확대해서 표시하는 단면도;
도 2A ~ 2D는 본 발명의 미세금속부품의 제조방법에 있어서 사용하는, 절연재료로 이루어지는 형을 형성하는 공정의 일례를 표시하는 단면도;
도 3A 및 도 3B는 상기 형을 이용해서 전주형을 형성하는 공정의 일례를 표시하는 단면도;
도 4A ~ 4C는 상기 형을 이용해서 전주형을 형성하는 공정의 다른 예를 표시하는 단면도;
도 5A ~ 5D는 상기 전주형을 이용해서, 본 발명의 제조방법에 따라서 미세금속부품을 제조하는 공정의 일례를 표시하는 단면도;
도 6A 및 도 6B는 상기 형을 이용해서 전주형을 형성하는 공정의 또 다른 예를 표시하는 단면도;
도 7A ~ 도 7C는 상기 형을 이용해서 전주형을 형성하는 공정의 또 다른 예를 표시하는 단면도;
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 사슬형상 Ni 분말의 입자의 구조를 표시하는 전자현미경사진;
도 9는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 사슬형상 퍼말로이 분말의 입자의 구조를 표시하는 전자현미경사진.
< 도면의 참조 부호 일람 >
1, 5 : 도전막 1', 5' : 도전페이스트
2 : 도전성 기체 3 : 형(型)
3a : 통공패턴 3' : 형(3)의 전구체
3b : 오목부 4 : 미세금속부품
4' : 도금피막 6 : 염화니켈
10 : 폴리불화 비닐리덴
EM : 전주형 Ra : 중심선평균거칠기
IM1 : 모(母)금형 m1 : (서브미크론오더의)금속입자
M1, M2, M3, M4, M5, M6 : 금속분말
M5a : 심재(芯材) m5 : 복합체
m5b : 피복층 m2, m3, m4, m6 : 금속층
1M2: 도전성 기판
본 발명의 주된 목적은 도전막의 전기 저항치를 현상태의 레벨보다 더욱더 작게 하는 것이 가능한 신규의 도전페이스트를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 도전율에 이방성을 가지기 때문에, 지금까지 없던 용도에서의 사용이 가능한 신규의 도전막을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성할 수 있는 신규한 도금방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지기 때문에 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 형상의 재현성 좋게 제조할 수 있는 신규한 제조방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 도전페이스트는 다수의 미세한 금속입자가 사슬형상으로 연결된 형상을 가지는 금속분말을 도전성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 도전성분으로서 이용하는 사슬형상의 금속분말은, 예를 들면 후술하는 환원석출법 등에 의해서, 서브미크론오더의 다수의 미세한 금속입자가 미리 사슬형상으로 연결된 형상으로 형성되기 때문에, 개개의 금속입자 간의 접촉저항을 지금까지보다 작게 할 수 있다.
또, 이것도 후술하는 바와 같이 사슬형상의 금속분말로서는, 다수의 금속입자가 연결된 주위에 또 금속막이 석출한 구조를 가지는 것을 이용할 수도 있고, 이러한 금속분말에 있어서는, 금속막에 의해서 개개의 금속입자 간이 전기적으로 접속되기 때문에, 그 접촉저항을 또 작게 할 수 있다.
더구나, 사슬형상의 금속분말은, 입자형상 등의 종래의 금속분말에 비해서 비표면적이 크기 때문에, 응집 등을 일으키는 일 없이, 결착제 중에 균일하게 분산시킬 수도 있다.
이 때문에 사슬형상의 금속분말을 이용하면, 당해 금속분말을 형성하는 미세한 금속입자에 의해서, 종래는 실현 불가능했던, 서브미크론오더의 입자형상의 금속분말을, 접촉저항의 증가나 응집 등을 일으키는 일 없이, 결착수지 중에 고밀도로 또한 균일하게 분산시킨 것과 동등의 도전막을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 도전페이스트에 의하면, 도전막의 전기 저항치를 현상태의 레벨보다 더 비약적으로 작게 하는 것이 가능해진다.
또한, 사슬형상의 금속분말, 또는 이 금속분말을 형성하는 개개의 금속입자로서는, 상자성(常磁性)을 가지는 단체 금속,
상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금,
상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금, 또는
상자성을 가지는 금속을 포함한 복합체
로 형성해서 자력을 부여한 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 금속분말로서는, 다수의 미세한 금속입자가 단지 자력에 의해서 사슬형상으로 연결된 것으로부터, 연결된 금속입자의 주위에 또, 상기와 같이 금속막이 석출해서 금속입자간이 강고하게 결합된 것까지 여러 가지의 구조를 가지는 것이 포함되나, 이 어느 것에 있어서도, 금속입자는 기본적으로 자력을 유지하고 있다.
이 때문에, 예를 들면 도전페이스트를 제조할 때나 도포해서 도전막을 형성할 때의 응력 정도로는 사슬이 간단히 끊어지거나 하지 않는데다가, 만약 끊어졌을 경우에서도, 응력이 더해지지 않게 된 시점에서, 금속입자의 자력에 근거해서 사슬이 재결합하거나, 복수의 사슬이 서로 접촉해서 도전네트워크를 형성하거나 하기 쉽다.
따라서, 도전막의 전기 저항치를 더욱더 작게 하는 것이 가능하다.
또, 상기 사슬형상의 금속분말 또는 금속입자의, 자력을 가지는 전체 또는 일부는, 상자성을 가지는 금속의 이온을 포함하는, 1종 또는 2종 이상의 금속의 이온을 함유한 용액 중에서, 당해 이온을 환원제에 의해서 금속으로 환원함으로써 액 중에 석출시키는 환원석출법에 의해서 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 환원석출법에 의해서, 상자성을 가지는 금속을 포함하는, 서브미크론오더의 미세한 금속입자를 액 중에 석출시키면, 당해 금속입자는, 단결정 구조이거나, 혹은 그것에 가까운 구조로 형성되기 때문에, 단순하게 2극으로 분극해서, 자동적으로 사슬형상으로 연결되어, 사슬형상의 금속분말을 형성한다.
따라서, 사슬형상의 금속분말의 제조가 용이하고, 도전페이스트의 생산 효율의 향상이나 비용 절감 등이 가능하다.
또, 환원석출법에 의해서 형성되는 금속입자는, 개개의 입자직경이 일치하고 있고, 입도(粒度)분포가 샤프하다. 따라서 금속입자가 다수, 연결되어 형성된 사슬형상의 금속분말은, 도전막의 표면을 전기적으로 균일한 상태로 하는 효과가 뛰어나기 때문에, 도전페이스트는 후술하는 도금방법이나 미세금속부품의 제조방법에 매우 적합하게 사용할 수 있는 것이 된다.
환원석출법에 이용하는 환원제로서는 3가의 티탄 화합물이 바람직하다.
환원제로서 삼염화 티탄 등의 3가의 티탄 화합물을 이용했을 경우에는, 사슬형상의 금속분말을 형성한 후의 용액을 전해재생에 의해서 반복해서 사슬형상의 금속분말의 제조에 이용가능한 상태로 재생할 수 있다고 하는 이점이 있다.
금속입자의 입자직경은, 상기와 같이 서브미크론오더이면 된다. 그러나, 특히 후술하는 도금방법이나 미세금속부품의 제조방법에 있어서, 그 표면이, 미세금속부품의 크기의 레벨에서 미시적으로 보았을 때에 전기적으로 보다 균일한 데다가, 보다 평탄한 도전막을 형성하기 위해서는, 금속입자의 입자직경은 400㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또 같은 이유로, 금속분말의 사슬의 직경은 1㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 고형분으로서 사슬형상의 금속분말과 결착제를 포함하는 도전페이스트에 있어서, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 5중량% 미만에서는, 금속분말 간의 접촉점수가 감소해서, 도전막의 도전성이 저하할 우려가 있다.
또, 반대로, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 95중량%를 넘으면, 상대적으로 결착제의 함유비율이 부족하기 때문에, 당해 결착제에 의한, 다수의 금속분말을 결착해서 강고한 도전막을 형성하는 효과가 불충분하게 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 도전페이스트에 있어서의, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율은 5 ~ 95중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 도전막은, 상기와 같이 자력을 부여한 사슬형상의 금속분말을 포함한 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도막을 형성하고, 이 도막에 일정 방향으로부터 고체화하기 전에 자장을 거는 것에 의해서, 당해 도막 중의 사슬형상의 금속분말을 상기 자장에 응한 일정 방향으로 배향시키는 것과 동시에, 도막을 고체화시켜서 금속분말의 배향을 고정한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서는, 도막중에 분산한 금속분말을, 상기와 같이 자장을 거는 것에 의해서, 그 자속의 방향을 따라서 일정 방향으로 배향시킨 상태에서, 도막을 고체화시킴으로써 배향을 고정할 수 있다. 그리고, 도전막은 사슬형상의 금속분말이 배향한 방향에만 특이적으로 도전율이 높고, 다른 방향의 도전율이 낮은 도전율 이방성을 표시하는 것이 된다.
이 때문에, 본 발명에 의하면, 예를 들면 그 두께 방향이나, 두께 방향에 대해서 소정의 각도를 가진 특정의 방향, 혹은 면내의 1방향에만 도전율이 높다고 하는 특수한 도전막을 형성하는 것이 가능해지고, 지금까지 없던 용도에서의 도전막의 사용이 가능해진다.
본 발명의 도금방법은, 본 발명의 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도전막을 형성하는 공정과, 이 도전막 위에 당해 도전막을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 도금피막을 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막은 상기와 같이 높은 도전성을 가지고 있다.
뿐만 아니라, 상기 도전막의 표면을, 예를 들면 미세금속부품의 크기의 레벨에서 미시적으로 보면, 사슬형상의 금속분말을 구성하는, 상기 미세금속부품보다도 충분히 작은 금속입자가 다수의 금속분말의 상호접촉에 의한 도전네트워크를 통해서 전기적으로 일체로 접속된 상태에서, 거의 균일하게 분산된 상태로 되고 있다. 이 때문에, 도전막의 표면은 전기적으로 균일하다.
더구나, 도전막의 표면은, 마찬가지로 미세금속부품의 크기의 레벨에서 미시적으로 보면, 상기 금속입자의 크기에 대응한, 미세금속부품보다도 충분히 작은 요철 밖에 가지지 않아, 거의 평탄하다.
따라서, 이 도전막의 표면에 전기도금에 의해서 도금피막을 성장시켰을 때에는, 성막 초기 단계로부터, 평탄한 금속표면에 성장시켰을 경우와 동등한 본래의 입자직경을 가지는 결정입자가 생성되기 때문에, 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성할 수 있다.
본 발명의 도금방법에 사용하는 도전막의 체적고유저항은, 1Ωㆍ㎝ 이하인 것이 바람직하다.
도전막의 체적고유저항을 상기의 범위 내로 했을 때에는, 전기 도금시의 전기 저항을 작게 해서, 발열 등의 에너지 손실을 저감할 수 있다.
또, 본 발명의 도금방법으로 사용하는 도전페이스트는, 사슬형상의 금속분말이 도금피막에 함유되는 것과 같은, 적어도 1종의 금속을 함유하고 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 도전막의 표면에 노출한 사슬형상의 금속분말의 표면으로부터, 도금피막을 연속적으로 결정성장시킬 수 있다. 이 때문에, 도금피막의 결정입자의 크기를, 본래의 입자직경으로 제어하는 것이 더욱더 용이해진다.
본 발명의 미세금속부품의 제조방법은, 본 발명의 도전페이스트로 이루어진 도전막을 개재해서, 도전성 기체 위에, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공(通孔) 패턴을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형을 고정해서, 전주형을 형성하는 공정과,
이 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 도전성 기체 또는 도전막의 표면에, 이들의 표면을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킴으로써, 통공패턴의 형상에 대응한 미세금속부품을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막의 표면에 전기도금에 의해서 형성한 도금 피막은, 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서 그 전체에 걸쳐서 금속제의 도전성 기체의 표면에 직접 형성한 것과 동등한 균일한 결정구조를 가진다.
따라서, 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 도전막의 표면에 도금피막을 성장시켰을 경우, 및 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 도전성 기체의 표면과, 거기에 비어져나온 도전막의 표면에 도금피막을 성장시켰을 경우의 어느 경우에 있어서도, 결정입자가 본래의 입자직경을 가지기 때문에 소기의 물리적, 기계적, 전기적인 특성을 발휘할 수 있는 단일의 층 구조를 갖춘, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
그러므로, 수지제의 형에 손상을 줄 우려가 있는 도전막을 제거해서 도전성 기체를 노출시키는 공정이 불필요해지기 때문에, 미세금속부품을 재현성 좋게, 형의 형상에 충실하게 제조할 수도 있다.
또한, 상기 제조방법에 이용하는 고형분으로서 사슬형상의 금속분말과 결착제를 함유하는 도전페이스트에 있어서, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 20 체적%를 넘는 경우에는, 상대적으로 결착제의 함유비율이 감소하기 때문에, 도전페이스트의 접착력이 저하해서, 서로 이종의 재료로 이루어지는 도전성 기체와 형을 강고하게 고정할 수 없게 될 우려가 있다.
이것에 대해, 사슬형상의 금속분말의 함유비율을 20체적% 이하로 하면, 도전페이스트의 접착력을 향상해서, 도전성 기체와 형을 보다 강고하게 고정할 수 있다. 더구나, 이러한 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막은, 전술한 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서, 예를 들면 입자형상 등의 다른 형상을 가지는 금속분말을 동량(同量), 이용했을 경우보다 저저항으로 도전성의 높은 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에, 전술한 바와 같이 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
그러나, 함유비율이 0.05체적% 미만에서는, 사슬형상의 금속분말을 이용하고 있는 데도 불구하고, 금속분말 간의 접촉점수가 현저하게 감소하기 때문에, 도전막의 도전성이 크게 저하해서, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 없게 될 우려가 생긴다.
따라서, 미세금속부품의 제조에 이용하는 도전페이스트에 있어서의, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율은 0.05 ~ 20체적%인 것이 바람직하다.
사슬형상의 금속분말을 상기의 함유비율로 포함한 도전페이스트를 이용해서 형성한 도전막은, 상기한 바와 같이 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서 그것만으로 충분히 높은 도전성을 가지고 있다.
그러나, 상기의 범위 내에서도 그 함유비율이 작을수록, 도전막의 표면을 미세금속부품의 레벨에서 미시적으로 보았을 때에, 사슬형상의 금속분말이 노출한 도전부분이, 결착제로 이루어진 절연부분 중에, 이른바 해도(海島) 구조로서 분포한 상태가 되는 경향이 있다. 그리고, 특히 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도가 부족한 경우를 발생한다.
그래서, 이러한 경우에는, 도전페이스트로서 사슬형상의 금속분말과 함께, 당해 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 입자형상의 금속분말을 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에서는, 도전막의, 사슬형상의 금속분말에 의한 도전부분의 사이를 입자형상의 금속분말로 매립하여, 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시킬 수 있기 때문에, 보다 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
또한 상기 도전페이스트에 있어서, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율은, 상기와 같은 이유로 인해, 0.05 ~ 20체적%인 것이 바람직하다.
또 입자형상의 금속분말의 함유비율이 0.05체적% 미만에서는, 당해 금속분말에 의해 도전막의 도전부분의 사이를 매립해서, 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시키는 효과가 불충분하게 될 우려가 있다.
이 때문에, 입자형상의 금속분말의 함유비율은, 도전부분의 사이를 매립해서, 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시키는 효과를 고려하면, 크면 클수록 바람직하다.
그러나, 사슬형상의 금속분말과 입자형상의 금속분말이 혼재한 계(系)이기 때문에, 입자형상의 금속분말의 함유비율이 20 체적%를 초래하는 경우에는, 상대적으로 결착제의 함유비율이 지나치게 작아진다. 이 때문에, 도전페이스트의 접착력이 저하하는 것과 동시에, 도전막 자체의 강도가 저하해서, 도전성 기체와 형을 강고하게 고정할 수 없게 될 우려가 있다.
따라서, 고형분의 총량에 대한 입자형상의 금속분말의 함유비율은 0.05 ~ 20체적%인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 미세금속부품의 제조방법은, 도전성 기체 위에 본 발명의 도전페이스트로 이루어지는 제 1 도전막과, 이 제 1 도전막에 포함되는 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 금속분말을 포함한 도전페이스트로 이루어지는 제 2 도전막을 이 순서로 형성하는 동시에, 양 도전막을 개재시켜, 도전성 기체 위에, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형을 고정해서 전주형을 형성하는 공정과,
이 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 제 2 도전막의 표면에, 당해 표면을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킴으로써, 통공패턴의 형상에 대응한 미세금속부품을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 제 1 도전막의, 섬 형상으로 분포한 도전부분 사이를 제 2 도전막중의 금속분말로 매립하여, 상기와 마찬가지로 전기도금개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시킬 수 있고, 보다 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
또한, 제 2 도전막의 기초가 되는 도전페이스트에 있어서, 고형분의 총량에 대한 금속분말의 함유비율이 0.05체적% 미만에서는, 당해 소입자직경의 금속분말에 의해, 상술한 제 1 도전막의 도전부분의 사이를 매립해서, 전기도금개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시키는 효과가 불충분해질 우려가 있다.
이 때문에, 제 2 도전막의 기초가 되는 도전페이스트에 있어서의, 금속분말의 함유비율은, 도전부분 사이를 매립해서, 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도를 증가시키는 효과를 고려하면, 크면 클수록 바람직하다. 또, 이 도전페이스트는, 서로 수지라고 하는 동종의 재료로 이루어지는 제 1 도전막과 형을 접착할 수 있으면 되기 때문에, 결착제의 함유비율을 제 1 도전막의 경우보다 큰 폭으로 작게 하는 것이 가능하다.
그러나, 금속분말의 함유비율이 70체적%를 초과하는 경우에는, 상대적으로 결착제의 함유비율이 너무 작아지기 때문에, 도전페이스트의 접착력이 저하하는 것과 동시에, 제 2 도전막 자체의 강도가 저하해서, 제 1 도전막과 형을 강고하게 고정할 수 없게 될 우려가 있다.
따라서, 제 2 도전막을 형성하는 도전페이스트에 있어서의, 고형분의 총량에 대한 금속분말의 함유비율은 0.05 ~ 70체적%인 것이 바람직하다.
또한, 일본 공개 특허 공보 JP-200l-200305-A2의 제 0015란에는, 평균 입자직경이 50㎚ 정도인 상자성(常磁性)을 가지는 합금의 미분말이 사슬형상으로 연결되어 2차 입자를 형성할 가능성이 있는 것이 기재되어 있다.
그러나, 이 공보는, 전자파 차폐 재료를 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 전자파 차폐 재료는, 주지하는 바와 같이 절연성이 아니면 안되기 때문에, 상기와 같이 사슬형상으로 연결된 2차 입자를 적극적으로 도전성의 향상에 이용한다고 하는 사상은, 이러한 공보에는 일체 포함되어 있지 않다.
그 증거로서 상기 공보에서는, 합금 미립자를 합성수지와 함께 혼련해서 사출성형용의 재료로서 이용해서 전자파 차폐 재료를 형성하는 것이지만, 상기 합금미립자를 졸겔 세라믹스 등과 혼합해서, 분무 성형용의 슬러리로서 사용해서, 전자파 차폐에 사용하는 것이 개시되어 있다.
이들 성형 방법에서는, 페이스트에 사용했을 경우와 비교가 되지 않는 큰 응력이 가해지기 때문에, 합금미립자는 사슬형상에 연결된 2차 입자의 형상을 유지할 수 없고, 전자파 차폐에 알맞는 개개의 합금미립자마다 산산이 조각조각 찢어진 상태가 되어, 전자파 차폐 중에 분산된다.
따라서, 상기 공보의 기재는 본 발명을 개시도 시사도 하는 것은 아니다.
또, 일본 공개특허공보 JP-H08-273431-A2에는, 도전성분으로서 수지상 결정입자를 이용한 도전페이스트에 대해서 기재되어 있다. 그러나, 여기서 말하는 수지상 결정이란, 그 애스펙트비가 10 이하인 솔리드한 금속분말이며, 말하자면 본원의 종래 기술에서 설명한 입자형상 등의 금속분말의 일변형에 지나지 않는다.
따라서, 상기 공보의 기재도, 본 발명을 개시도 시사도 하는 것은 아니다.
이하에, 본 발명을 설명한다.
<도전페이스트>
본 발명의 도전페이스트는, 상기와 같이 도전성분으로서, 미세한 다수의 금속입자가 사슬형상으로 연결된 형상을 가지는 금속분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 것이다.
(금속분말)
사슬형상의 금속분말로서는, 기상법, 액상법 등의 여러 가지의 방법으로 제조되고, 직사슬형상 분기사슬형상 등의 여러 가지의 사슬형상 구조를 가지는 금속분말이 어느 것이나 사용 가능하다.
사슬형상의 금속분말을 형성하는 개개의 금속입자의 입자직경은 서브미크론오더, 특히 400㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또 사슬의 직경은 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이들 이유는 앞서 설명한 것과 같다.
또한, 금속입자의 입자직경은, 전기적으로 균일하고 또한 평탄한 도전막을 형성하는 것을 고려하면, 상기 범위 내에서도 특히 200㎚ 이하인 것이 더욱더 바람직하다. 다만 입자직경이 너무 작으면, 사슬형상에 연결된 금속분말 자체의 사이즈가 너무 작아져서, 도전성분으로서의 기능을 충분히 얻을 수 없을 우려가 있다. 따라서, 금속입자의 입자직경은 10㎚ 이상인 것이 바람직하다.
또, 사슬 직경은, 이것도 전기적으로 균일하고 또한 평탄한 도전막을 형성하는 것을 고려하면, 상기의 범위 내에서도 특히 400㎚ 이하인 것이 더욱더 바람직하다. 다만 사슬의 직경이 너무 작으면, 도전페이스트를 제조할 때나 도포할 때의 응력 정도로 간단하게 끊어지기 쉬워질 우려가 있다. 따라서 사슬 직경은 10㎚ 이상인 것이 바람직하다.
상기 사슬형상의 금속분말로서는, 앞서 설명한 것과 같이, 당해 금속분말, 또는 이 금속분말을 형성하는 개개의 금속입자를, 상자성을 가지는 금속단체, 상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금, 상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금, 혹은 상자성을 가지는 금속을 포함한 복합체로 형성한 것이 바람직하다. 이 이유도 앞서 설명한 바와 같다.
이러한, 상자성을 가지는 금속을 포함한 금속분말의 구체적인 예로서는, 하기 (a) ~ (f)의 어느 것이든 1종 혹은 2종 이상의 혼합물 등을 들 수 있다.
(a) 도 1A에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상자성을 가지는 금속단체, 상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금, 또는 상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금으로부터 형성한 서브미크론오더의 금속입자(m1)를, 자신의 자성에 의해서 다수개, 사슬형상으로 연결되게 한 금속분말(M1).
(b) 도 1B에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상기 (a)의 금속분말(M1)의 표면에 또, 상자성을 가지는 금속 단체, 상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금, 또는 상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금으로 이루어진 금속층(m2)을 석출시켜서, 금속입자간을 강고하게 결합한 금속분말(M2).
(c) 도 1C에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상기 (a)의 금속분말(M1)의 표면에 또, Ag, Cu, Al, Au, Rh 등의 다른 금속이나 합금으로 이루어진 금속층(m3)을 석출시켜서, 금속입자 간을 강고하게 결합한 금속분말(M3).
(d) 도 1D에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상기 (b)의 금속분말(M2)의 표면에 또, Ag, Cu, Al, Au, Rh 등의 다른 금속이나 합금으로 이루어진 금속층(m4)을 석출시켜서, 금속입자 간을 강고하게 결합한 금속분말(M4).
(e) 도 1E에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상자성을 가지는 금속단체, 상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금, 또는 상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금으로부터 형성한 입자형상의 심재(芯材)(m5a)의 표면을, Ag, Cu, Al, Au, Rh 등의 다른 금속이나 합금으로 이루어진 피복층(m5b)으로 피복해서 복합체(m5)를 얻고, 이 복합체(m5)를 금속입자로서 심재(m5a)의 자성에 의해서 다수개, 사슬형상에 연결되게 한 금속분말(M5).
(f) 도 1F에 일부를 확대해서 표시한 바와 같이, 상기 (e)의 금속분말(M5)의 표면에 또, Ag, Cu, Al, Au, Rh 등의 다른 금속이나 합금으로 이루어진 금속층(m6)을 석출시켜서, 금속 입자 간을 강고하게 결합한 금속분말(M6).
또한 도면에서는, 금속층(m2), (m3), (m4) 및 (m6)이나, 피복층(m5b)을 단층으로서 기재하고 있으나, 각 층은 모두, 동일 또는 다른 금속재료로 이루어지는 2층 이상의 적층 구조를 가지고 있어도 된다.
또, 상기중 상자성을 가지는 금속단체, 상자성을 가지는 2종 이상의 금속의 합금, 또는 상자성을 가지는 금속과 다른 금속과의 합금에 의해서 형성되는 금속분말 또는 금속입자의 전체, 혹은
상자성을 가지는 금속을 포함한 복합체에 의해서 형성되는 금속분말 또는 금속입자 가운데, 상자성을 가지는 금속을 포함한 부분은,
상술한 바와 같이 환원석출법에 따라서, 그 형성재료인 상자성을 가지는 금속의 이온을 포함한 용액에 환원제를 더하는 것으로, 액중에 석출시켜서 형성하는 것이 바람직하다.
환원석출법에 대해서는, 우선 환원제, 예를 들면 3염화 티탄 등의 3가의 티탄 화합물과, 예를 들면 시트르산 삼나트륨 등을 용해시킨 용액(이하 「환원제 용액」이라 칭함)에, 암모니아수 등을 가해서 pH를 9 ~ 10으로 조정한다.
이것에 의해, 3가의 티탄 이온이 착화제로서의 시트르산과 결합해서 배위(配位)화합물을 형성해서, Ti(III)로부터 Ti(IV)로 산화될 때의 활성화 에너지가 낮아지고, 환원 전위가 높아진다. 구체적으로는, Ti(III)와 Ti(IV)와의 전위차가 1V를 넘는다. 이 값은, Ni(II)로부터 Ni(0)로의 환원 전위나, Fe(II)로부터 Fe(0)로의 환원 전위 등에 비해서 현저하게 높은 값이다. 따라서 각종 금속 이온을 효율 좋게 환원해서, 금속입자나 금속막 등을 석출, 형성할 수 있다.
다음에, 상기의 환원제 용액에, 예를 들면 Ni 등의 상자성을 가지는 금속단체의 이온을 포함한 용액, 또는 상자성을 가지는 금속을 포함한 합금을 형성하는 2종 이상의 이온을 포함한 용액을 가한다.
그렇게 하면, Ti(III)가 환원제로서 기능해서, 자신이 Ti(IV)로 산화할 때에, 금속의 이온을 환원해서 액 중에 석출시킨다. 즉, 액 중에, 상기 금속단체 또는 합금으로 이루어진 금속입자가 석출되는 동시에, 자신의 자성에 의해서 다수가 사슬형상으로 연결되어 사슬형상의 금속분말을 형성한다. 또, 이후에 다시 석출을 계속하면, 상기 금속분말의 표면에 다시 금속층이 석출해서, 금속입자끼리를 강고하게 결합한다.
즉, 상기 (a), (b) 등의 금속분말(M1), (M2)이나, 그 기초가 되는 금속입자(m1), 혹은 상기 (e), (f)의 금속분말(M5), (M6)의 기초가 되는 복합체(m5) 중 심재(m5a) 등이 상기의 방법에 의해서 제조된다.
또, 상기 금속입자(m1)나 심재(m5a)는 개개의 입자직경이 일치하고 있고, 입도 분포가 샤프하다. 이것은, 환원 반응이 계 중에서 균일하게 진행하기 때문이다. 따라서, 이러한 금속입자(m1)나 심재(m5a)로부터 제조되는 금속분말(M1) ~ (M6)은 어느 것이나, 도전막의 표면을 전기적으로 균일한 상태로 하는 효과가 뛰어나, 도금방법이나 미세금속부품의 제조방법에 매우 적합하게 사용할 수 있다.
금속입자나 심재 등을 석출시킨 후의 환원제 용액은, 상기와 같이 전해재생을 행함으로써, 몇 번이라도 반복해서, 환원석출법에 의한 사슬형상의 금속분말의 제조에 이용할 수 있다. 즉, 금속입자나 심재 등을 석출시킨 후의 환원제 용액을 전해조에 넣는 등 해서 전압을 인가함으로써, Ti(IV)를 Ti(III)로 환원해 두면, 다시 전해 석출용의 환원제 용액으로서 사용할 수 있다. 이것은, 전해 석출시 티탄 이온이 거의 소비되지 않는, 즉, 석출시키는 금속과 함께 석출되지 않기 때문이다.
금속입자나 심재 등을 형성하는, 상자성을 가지는 금속 또는 합금으로서는, 예를 들면 Ni, Fe, Co 및 이들 중 2종 이상의 합금 등을 들 수 있고, 특히 Ni 단체나 Ni-Fe합금(퍼말로이) 등이 매우 적합하게 사용된다. 이러한 금속이나 합금에서 형성한 특히 금속입자는, 사슬형상으로 연결될 때의 자기적인 상호작용이 강하기 때문에, 금속입자 간의 접촉저항을 저감하는 효과가 뛰어나다.
또, 상기 상자성을 가지는 금속이나 합금과 함께, 상기 (c), (d), (e), (f)의 복합체를 형성하는 다른 금속으로서는 Ag, Cu, Al, Au, Rh 등을 들 수 있고, 특히 도전율이 높은 것으로서 Ag가 매우 적합하게 사용된다.
복합체 가운데, 상기 다른 금속으로 형성되는 부분은, 예를 들면 무전해도금법, 전해 도금법, 환원석출법, 진공형상착법 등의 여러 가지의 성막 방법에 의해서 형성할 수 있다.
(결착제)
사슬형상의 금속분말과 함께 도전페이스트를 형성하는 결착제로서는, 도전페이스트용의 결착제로서 종래 공지의 여러 가지 화합물이 어느 것이나 사용가능하다. 이러한 결착제로서는, 예를 들면 열가소성 수지나 경화성 수지, 액상 경화성 수지 등을 들 수 있다. 특히 바람직하게는 아크릴계 수지, 불소계 수지, 페놀계 수지 등을 들 수 있다.
(도전페이스트)
도전 페이스트는, 사슬형상의 금속분말과 결착제를, 적당한 용매와 함께 소정의 비율로 배합해서 제조된다. 또, 상기한 바와 같이 액상 경화성 수지 등의 액상의 결착제를 이용해서 용매를 생략해도 된다.
상기 각 성분의 비율은 특히 한정되지 않으나, 고형분, 즉, 사슬형상의 금속분말과 결착제와의 총량에 대한 금속분말의 비율을 5 ~ 95 중량%로 하는 것이 바람직하다. 이 이유도 전술한 바와 같다.
이러한 도전페이스트에 의하면, 상기한 바와 같이 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서, 지금까지보다 높은 도전성을 가지는 도전막 등을 형성할 수 있다.
즉, 사슬형상의 금속분말의 비율을, 상기의 범위 중, 통상의 도전페이스트와 같은 50 중량% 이상으로 하면, 체적고유저항이 1Ωㆍ㎝ 이하라고 하는, 지금까지는 얻을 수 없었던 보다 높은 도전성을 가지는 도전막 등을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우에, 사슬형상의 금속분말의, 비율의 보다 매우 적합한 범위는 50 ~ 90 중량%이며, 이때 형성되는 도전막의 체적고유저항은 대략 1 ×10-4 ~ 1Ωㆍ㎝정도이다.
또, 본 발명의 도전페이스트는, 상기 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서, 지금까지보다 그 비율을 작게 해서, 그 위에 또 종래와 동일한 정도의 도전성을 가지는 도전막 등을 형성할 수도 있다.
즉, 사슬형상의 금속분말의 비율을 50 중량% 미만으로 해도, 사슬형상의 금속분말의 특성에 의해서, 종래와 동일한 정도의 도전성을 가지는 도전막 등을 형성할 수 있고, 자원절약 및 비용 절감을 꾀할 수 있다.
또한, 이 경우의 사슬형상의 금속분말의 비율의 보다 매우 적합한 범위는 30 중량% 이상 50 중량% 미만이고, 이때에 형성되는 도전막의 체적고유저항은 1Ωㆍ㎝를 초과하는 것이며, 대략 100Ωㆍ㎝ 이하 정도이다.
(도전막)
상기한 바와 같이 사슬형상의 금속분말의 배향이 제어된, 본 발명의 도전막을 형성하려면, 우선 사슬형상의 금속분말로서 상자성을 가지는 금속을 포함하는 것을 이용한 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도막을 형성한다.
다음에, 이 도막에 일정방향으로부터 고체화하기 전에 자장을 걸고, 이에 따라, 막중의 사슬형상의 금속분말을 상기 자장에 응한 소정의 방향으로 배향시킨다. 즉, 사슬형상의 금속분말은, 자장을 걸면, 그 자속의 방향을 따라서 배향한다.
그리고, 이 상태에서 도막을 건조, 고체화, 혹은 경화성 수지를 포함한 경우는 경화시켜서 금속분말을 고정하면, 사슬형상의 금속분말이 배향한 방향에만 특이적으로 도전율이 높고, 다른 방향의 도전율이 낮은 도전율 이방성을 가지는 도전막이 형성된다.
예를 들면, 그 면내의 1방향에만 도전율이 높은 도전막은, 다음에 설명하는 도금방법 및 미세금속부품의 제조방법에 있어서, 전극으로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.
또, 그 밖의 방향에만 도전율이 높은 도전막에 대해서도, 지금까지 생각할 수 없었던 여러 가지의 용도로 이용할 수 있는 가능성이 있다.
사슬형상의 금속분말을 배향시키기 위해서 도막에 거는 자장의 강도는, 대략 7.9A/m 이상인 것이 바람직하다. 자장의 강도가 이 범위 미만에서는, 사슬형상의 금속분말의 배향이 불충분하게 될 우려가 있다.
(도금방법)
본 발명의 도금방법에서는, 밑바탕 위에, 사슬형상의 금속분말을 포함한 도전페이스트를 도포해서 도전막을 형성한 후, 이 도전막을 전극으로 하는 전기도금을 행한다. 즉, 도전막을 음극으로 하고, 도금하려고 하는 금속 또는 백금 등을 양극으로 해서 전기도금욕 중에 침지해서 전압을 거는 것으로, 상기와 같이 두께방향의 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성할 수 있다.
이때, 도전막의 체적고유저항은 1Ωㆍ㎝ 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 이 이유는 앞서 설명한 바와 같다. 도전막의 체적고유저항을 상기의 범위로 조정하려면, 도전페이스트에 있어서의, 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 비율을 크게 하면 된다.
또, 도전페이스트 중의 사슬형상의 금속분말로서는, 도금피막에 포함되는 것과 같은, 적어도 1종의 금속을 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이 이유도 앞서 설명한 바와 같다.
또, 전항에서 설명한 바와 같이 사슬형상의 금속분말을, 도전막의 면내의 1 방향에만 배향시키는 것도 유효한 방법이다. 이 방법에서는, 사슬형상의 금속분말의 비율을 크게 하지 않고, 도전막의, 동방향의 체적고유저항을 상기의 범위로 조정할 수 있다. 그리고, 예를 들면 도전막의, 상기 배향 방향의 끝의 부분에 전원과 접속하기 위한 도전 단자를 배설함으로써, 에너지 손실이 없는 양호한 도금을 행할 수 있다.
또 상기 두 방법을 조합하면, 도전막의 체적고유저항을 더욱더 작게 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 사슬형상의 금속분말의 비율을 전술한 50 중량% 이상으로 하고, 그 위에 또 사슬형상의 금속분말을, 그 면내의 1 방향에만 배향시키면, 도전막의, 동방향의 체적고유저항을 1 ×10-4Ωㆍ㎝ 미만으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도전막의 체적고유저항의 하한은 특히 한정되지 않는다. 이상에서 설명한 방법에 의해서 실현가능한 한계치까지 문제없이 채용할 수 있다.
< 미세금속부품의 제조방법-I >
미세금속부품의 제조방법-I에 있어서는, 우선, 도 2D에 표시한 바와 같이, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴(3a)을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형(3)을 형성한다.
형(3)은 여러 가지의 방법에 따라서 형성할 수 있으나, 특히 리소그래피와 전기주조에 의해서 제작한 모금형을 이용한 사출 성형 혹은 반응성 사출 성형 등에 의해서 형성하는 것이 바람직하다. 또 리소그래피로서는, 레지스트에의, SR (Synchrotron Radiation)광 등의 X선의 조사와 조사 후의 현상에 의한 미세 패턴의 형성을 행하는 X선 리소그래피가 매우 적합하게 채용된다.
구체적으로는, 우선 X선 리소그래피와 전기주조를 이용해서, 도 2A에 표시한 바와 같이, 미세금속부품의 기초가 되는 모금형(IM1)을, 도전성 기판(IM2) 상에 형성한 후, 사출 성형 혹은 반응성 사출 성형에 의해서, 상기 모금형(IM1)의 형상에 대응한, 통공패턴(3a)의 기초가 되는 미세한 오목부(3b)를 가지는 형(3)의 전구체(3')를 얻는다(도 2B 및 도 2C).
그리고, 이 전구체(3')를 연마해서 오목부(3b)를 관통시키면, 도 2D에 표시한 바와 같이, 모금형(IM1)의 형상에 대응한 통공패턴(3a)을 가지는 형(3)이 형성된다.
이 방법에 의하면, 1개의 모금형(IM1)을 몇 회라도 사용해서, 형(3)을 대량으로 형성할 수 있기 때문에, 결과적으로 미세금속부품의 제조 비용을 지금까지보다 큰 폭으로 인하할 수 있다.
다음에, 본 발명에서는, 도 3A 및 도 3B에 표시한 바와 같이, 금속판 등의 도전성 기체(2)의 전체 면에 도전페이스트(1')를 도포한 후, 그 위에 형(3)을 포갠다. 그리고, 도전페이스트(1')를 건조시켜, 또 결착제가 경화성 수지인 경우는 이것을 경화시킴으로써 도전막(1)을 형성하는 동시, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 고정하는 것으로 전주형(EM)을 제작한다.
혹은 또 도 4A ~ 도 4C에 표시한 바와 같이, 금속판 등의 도전성 기체(2)의 전체면에 도전페이스트(1')를 도포한 후, 그 위에, 상기 도 2C에서 얻은 형(3)의 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 포갠다. 그리고 도전페이스트(1')를 건조시켜, 또 결착제가 경화성 수지인 경우는 이것을 경화시킴으로써 도전막(1)을 형성하는 동시에, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정한 후, 연마해서 오목부(3b)를 관통시키는 것에 의해서도, 마찬가지의 전주형(EM)을 제작할 수 있다.
이들 공정에 의해서 제작한 전주형(EM)은, 통공패턴(3a)의 바닥의 전체면이 상기와 같이 뛰어난 특성을 가지는 도전막(1)에 의해서 덮여 있기 때문에, 당해 도전막(1)을 제거하는 일 없이, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
또, 도시하고 있지 않지만, 도전페이스트를 형(3)의 아래쪽 면에 도포한 후 도전성 기체(2) 위에 맞포갠 상태에서 건조시키고, 또한, 결착제가 경화성 수지인 경우는 이것을 경화시킴으로써 전주형(EM)을 제작해도 된다. 또, 마찬가지로 도시하고 있지 않으나, 도전페이스트를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 한 전구체(3')의 아래쪽 면에 도포한 후 도전성 기체(2) 위에 맞포갠 상태에서 건조시키고, 또 결착제가 경화성 수지인 경우는 이것을 경화시켜, 또 전구체(3')를 연마해서 오목부(3b)를 관통시킴으로써 전주형(EM)을 제작해도 된다.
이들 경우, 앞서 설명한 바와 같이 기본적으로는, 통공패턴(3a)의 바닥에 도전성 기체(2)가 노출하고 있고, 그 중 특히 통공패턴(3a)의 둘레가장자리부의 일부에, 비어져 나온 도전페이스트로 이루어진 도전막이 형성된 상태가 되나, 이러한 도전막은 상기와 같이 뛰어난 특성을 가지기 때문에, 역시 굳이 제거할 필요가 없다. 따라서, 이 경우도, 도전막을 제거하는 일 없이, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
도전막(1)의 기초가 되는 도전페이스트(1')로서는, 고형분으로서 사슬형상의 금속분말과 결착제를 함유하고, 또한 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 비율을 0.05 ~ 20 체적%로 조정한 것이 매우 적합하게 이용된다. 이 이유는 전술한 바와 같다.
사슬형상의 금속분말 및 결착제로서는, 상기와 마찬가지의 것을 들 수 있다.
도전페이스트(1')의 도포 두께는, 0.5 ~ 70㎛로 하는 것이 바람직하다.
도포두께가 0.5㎛ 미만에서는, 도전페이스트에 의한, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 고정하는 효과를 충분히 얻지 못하고, 전기 도금시 형의 어긋남 등이 생기기 쉬워져, 미세금속부품의 형상의 재현성이 저하할 우려가 있다.
또, 반대로 70㎛를 초과했을 경우에는, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 포갠 때에, 그 포갤 때의 응력이나 형(3)의 중량 등으로 압출된 과잉의 도전페이스트가, 통공패턴(3a) 내에 다량으로 비어져 나와서 물결치거나 액체방울 형상으로 솟아오르는 결과, 도금 개시면이 이형이 되어 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성할 수 없게 되거나 도전페이스트가 솟아오른 만큼, 도금피막이 얇아져서, 소정의 두께를 가지는 미세금속부품을 제조할 수 없게 되거나 할 우려가 있다.
도전성 기체(2)로서는, 예를 들면 스테인레스 강철, Al, Cu 등의 금속계 또는 합금계의 기체나, 혹은 Si, 유리, 세라믹스, 플라스틱 등의 비도전성의 기체 위에, 스퍼터링법 등에 의해서 도전층을 적층 형성한 복합체 등을 들 수 있다. 또 상기 금속계나 합금계의 기체 위에, 또 필요에 따라서, 스퍼터링법 등에 의해서, 동종 또는 별종의 금속으로 이루어지는 도전층을 적층 형성할 수도 있다.
형(3)을 형성하는 절연재료로서는, 상기한 바와 같이 사출 성형, 반응성 사출 성형 등이 가능한 수지가 매우 적합하게 사용된다. 이러한 수지로서는, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 에폭시수지 등을 들 수 있다.
다음에, 본 발명에 있어서는, 상기와 같이 해서 제작한 전주형(EM)의, 도 5A에 표시한 바와 같이 통공패턴(3a)의 부분에서 노출시킨 도전막(1)의 표면, 혹은 도시하고 있지 않으나, 통공패턴(3a)의 부분에서 노출시킨 도전성 기체(2)의 표면과 거기에는 비어져나온 도전페이스트로 이루어진 도전막(1)의 표면에, 이들 부분을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킨다.
즉, 도전막(1)이나 도전성 기체(2)를 음극으로 하고, 도금하려고 하는 금속 또는 백금 등을 양극으로서 전기도금욕 중에 침지해서 전압을 걸어 도금피막을 성장시킨다. 그렇게 하면, 상기한 바와 같이 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는, 통공패턴(3a)의 형상에 대응한, 미세금속부품의 기초가 되는 도금피막(4')이 형성된다(도 5B).
다음에, 형성한 도금피막(4')을 형(3)과 함께 연마 혹은 연삭하는 등 해서 소정의 높이로 일치시킨 후, 형(3)을 제거한다(도 5C).
형(3)을 제거하는 방법으로서는, 도금피막(4')에 무리한 응력을 가하여 변형시키거나 하지 않기 위해서, 예를 들면 산소플라즈마를 이용한 애싱이나, 혹은 X선, 자외선의 조사에 의한 분해 등의 비접촉으로 행하는 방법이 바람직하다.
그리고 최후로, 도전막(1)과 도전성 기체(2)를 제거하면 미세금속부품(4)이 완성된다(도 5D).
도전막(1)과 도전성 기체(2)를 제거하는 방법으로서는, 도전막(1)을, 적당한 용매를 이용해서 용해하거나, 또는 드라이에칭하는 등 해서 분해 제거하는 방법이 바람직하다. 이것에 의해 도전막(1)을 소멸시킨 후, 남은 도전성 기체(2)를 제거하면 된다.
< 미세금속부품의 제조방법-II >
본 발명의 미세금속부품의 제조방법-II에 있어서는, 사슬형상의 금속분말과 당해 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 입자형상의 금속분말을 포함하는 도전페이스트를 이용한 것 이외에는 상기 제조방법-I과 마찬가지로, 도 5A에 표시한 바와 같이, 도전막(1)을 개재시켜, 도전성 기체(2) 위에, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴(3a)을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형(3)을 고정한 형상의 전주형(EM)을 제작한다.
그 구체적인 공정도 제조방법-I의 경우와 마찬가지이다.
즉, (A) 도 3A 및 도 3B에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)의 전체면에 도전페이스트(1')를 도포한 후, 그 위에, 형(3)을 포개서 도전페이스트(1')를 건조, 고체화 또는 경화시켜서 도전막(1)을 형성하는 동시에, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 고정하는 방법,
(B) 도시하고 있지 않지만, 도전페이스트를 형(3)의 아래쪽 면에 도포한 후 도전성 기체(2) 위에 맞포갠 상태에서 도전페이스트를 건조, 고체화 또는 경화시켜서, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 고정하는 방법,
(C) 도 4A ~ 도 4C에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)의 전체면에 도전페이스트(1')를 도포하고, 이어서 그 위에, 형(3)의 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 포개서 도전페이스트를 건조, 고체화 또는 경화시켜서 접착, 고정한 후, 연마해서 오목부(3b)를 관통시키는 방법,
(D) 도시하고 있지 않지만, 도전페이스트를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 한 전구체(3')의 아래쪽 면에 도포해서 도전성 기체(2) 위에 맞포갠 상태에서 건조, 고체화 또는 경화시켜서 접착, 고정한 후, 연마해서 오목부(3b)를 관통시키는 방법
중의 어느 한 방법에 의해서 전주형(EM)을 제작한다.
상기 (A) 및 (C) 방법의 경우, 전주형(EM)은 통공패턴(3a)의 바닥의 전체면이 도전막(1)에 의해서 덮인다. 또, (B) 및 (D) 방법의 경우에는, 기본적으로는, 통공패턴(3a)의 바닥에 도전성 기체(2)가 노출하고 있고, 그 중, 특히 통공패턴(3a)의 둘레 가장자리부의 일부에 비어져 나온 도전페이스트로 이루어진 도전막이 형성된 상태가 된다.
그리고, 이 어느 상태에 있어서도, 도전막(1)은 사슬형상의 금속분말의 특성에 의한 양호한 도전성을 가지는 데다가, 거기에 가한 입자형상의 금속분말의 기능에 의해서 급전점의 분포밀도를 증가할 수 있다.
이 때문에, 계속해서 도 5B ~ 도 5D의 공정을 실시함으로써, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품(4)을 제조할 수 있다.
도전막(1)의 기초가 되는 도전페이스트(1')의 도포 두께는, 상기와 같은 이유로 0.5 ~ 70㎛로 하는 것이 바람직하다.
또, 도전페이스트(1')로서는, 고형분으로서 사슬형상의 금속분말과 입자형상의 금속분말과 결착제를 포함하고, 또한 고형분의 총량에 대해서, 사슬형상의 금속분말을 0.05 ~ 20 체적%, 입자형상의 금속분말을 0.05 ~ 20 체적%의 비율로 포함하는 것이 매우 적합하게 이용된다. 그 이유는 전술했던 바와 마찬가지이다.
사슬형상의 금속분말 및 결착제로서는, 상기와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다.
또, 입자형상의 금속분말도, 상기와 마찬가지로 환원석출법에 의해서 제조할 수 있다.
환원석출법을 실시했을 때에, 전술한 메카니즘에 의해서 사슬형상으로 연결될리가 없는, Ag, Cu, Al, Au, Rh 등의 상자성을 가지지 않는 금속으로 금속분말을 제조하면, 그것은 스스로 입자형상을 표시한다.
또, 환원제 용액의 pH를 7 이하로 설정해서 환원석출법을 실시하면, 상자성을 가지는 금속으로 이루어진 금속분말이어도, 사슬형상으로 결합하는 것을 방지해서, 입자형상으로 형성할 수 있다. 즉, pH를 7 이하로 설정해서 환원석출법을 실시하면, 금속의 성장 속도가 억제되기 때문에, 반응 초기의 액 중에, 사슬형상으로 연결되기 쉬운 단결정 구조의 금속분말이 다량으로 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 상자성을 가지는 금속으로 이루어지는 금속분말이어도 입자형상으로 형성할 수 있다.
또한, 환원석출법에 의해서 형성한 입자형상의 금속분말은 개개의 입자직경이 일치하고 있고, 입도분포가 샤프하다. 이것은, 환원반응이 계 중에서 균일하게 진행하기 때문이다. 따라서 이러한 금속분말에 의하면, 도전막의 도전성을 더욱더 균일하게 할 수 있기 때문에, 보다 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
또 금속분말이 Cu 분말인 경우, 이러한 Cu 분말은, Cu(I) 암민 착이온을 함유하는 용액의 pH를 저하시킴으로써 금속 Cu를 초미립자형상으로 석출시켜서 형성하는 것이 바람직하다.
이 방법은, 용액이 염기성 상태에서는 안정한 Cu(I) 암민 착체가, 용액을 산성 상태로 하면 불안정화해서, 착체 중의 Cu(I)이온 (Cu1+)이 Cu(II)이온(Cu2+)과 금속 Cu(Cu)로 불균화 분해반응하는 결과, 용액 중에 금속 Cu가 석출하는 것을 이용한 것이다.
이 방법에 의하면, 환원석출법에 있어서 환원제로서 이용하는, 위험물인 히드라진이나 히드라진 화합물을 사용하지 않고, 보다 안전하게 Cu 분말을 제작할 수 있다. 따라서 엄중한 안전 관리를 실시한 생산설비나 보관설비 등이 불필요해진다.
또, Cu(I) 암민 착이온을 함유한 용액은, 예를 들면 황산Cu(II)와 암모니아와 황산 암모니아를 함유한 용액에 금속 Cu를 가해서, 무산소 조건하에서 반응시켜 제작하지만, 다음 공정으로 금속 Cu를 석출시켜서 Cu 분말을 얻은 후의 Cu(II) 이온을 함유하는 용액은 재차 Cu(I) 암민 착이온을 함유하는 용액을 제작할 때의 출발 원료로서 재이용할 수 있다. 즉, 용액은, 거의 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
따라서, Cu 분말의 제조비를 지금까지보다 더욱 인하하는 것이 가능해진다.
또, 위에서 설명한 Cu(I) 암민 착이온을 포함한 용액의 조제 공정으로부터, 금속 Cu를 석출시켜 Cu 분말을 제작하는 공정까지의 전체 공정에 대해서, 인산염 등의 Cu와 공석(共析)할 우려가 있는 원소를 포함한 성분을 첨가할 필요가 없다. 또한, 불균화 분해반응의 조건을 조정해서, 금속 Cu의 석출속도를 빠르게 하면 할수록, 불순물의 혼입량을 저감할 수 있다.
따라서, 예를 들면 Cu(I) 암민 착이온을 포함한 용액의 조제에, 리사이클 Cu 등의, 순도가 낮은, 그리고 염가의 금속 Cu를 사용해도, Cu 분말의 순도를 고순도로 유지하는 것이 가능해진다.
또, 상기 불균화 분해반응을, 예를 들면 교반하에 행함으로써, 금속 Cu의 석출을 용액 중에서 거의 균일하게 진행시킬 수 있기 때문에, 생성한 Cu 분말은 복수의 입자 간에 입자직경이 거의 일치하는 것으로 된다.
그 위에 교반하에서 불균화 분해반응을 행하면, 개개의 입자의, 특정의 부분에만 금속 Cu가 선택적으로 석출하는 것을 방지해서, 입자의 성장을 전체방향에 걸쳐서 평균화할 수 있기 때문에, 생성한 Cu 분말은 그 형상이 거의 구형으로 일치하는 것이 된다.
따라서, 상기 Cu 분말을 이용하면, 도전막의 도전성을 더욱 균일하게 하는 동시에, 그 표면의 평활성을 더욱 향상할 수 있기 때문에, 보다 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
< 미세금속부품의 제조방법-III >
본 발명의 미세금속부품의 제조방법-III에 있어서는, 도 6A에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)의 전체면에 도전페이스트를 도포해서 제 1 도전막(1)을 형성하는 동시에, 그 위에, 당해 제 1 도전막(1)에 포함되는 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 금속분말을 포함한 도전페이스트(5')를 도포한 후, 그 위에, 도 6B에 표시한 바와 같이 형(3)을 포갠다.
그리고, 도전페이스트(5')를 건조시켜, 또 결착제가 경화성 수지인 경우는 이것을 경화시킴으로써 제 2 도전막(5)을 형성하는 동시에, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 고정해서 전주형(EM)을 제작한다.
또는, 도 7A ~ 도 7C에 표시한 바와 같이, 상기 도전페이스트(5')를 제 1 도전막(1) 위에 도포한 후, 형(3)의 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 포개고, 도전페이스트(5')를 건조, 고체화 혹은 경화시킴으로써, 제 2 도전막(5)을 형성하는 동시에 전구체(3')를 접착, 고정한 후, 당해 전구체(3')를 연마해서 오목부(3b)를 관통시켜서 전주형(EM)을 제작해도 된다.
이 어느 방법에 있어서도, 전주형(EM)은 통공패턴(3a)의 바닥의 전체면이 제 2 도전막에 의해서 덮여 있다.
따라서, 가령 제 1 도전막(1)의 표면에 있어서, 전기도금 개시시의 급전점의 분포밀도가 부족하게 되는 일이 있어도, 그 틈새를 제 2 도전막 중의 금속분말로 매립하여, 급전점의 분포밀도를 증가시킬 수 있다.
이 때문에, 계속해서 도 5A ~ 도 5D의 공정을 실시함으로써, 양호한 특성을 가지는 미세금속부품(4)을 제조할 수 있다.
제 1 도전막(1)의 기초가 되는 도전페이스트(1')로서는, 상기 제조방법-I에서 사용한 것과 마찬가지의 것을 이용할 수 있다.
또, 도전페이스트(1')의 도포 두께도, 상기와 마찬가지의 이유로 0.5 ~ 70㎛로 하는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 도전막(5)의 기초가 되는 도전페이스트(5')의 도포 두께는 0.5 ~ 70㎛로 하는 것이 바람직하다.
도포 두께가 0.5㎛ 미만에서는, 도전페이스트(5')에 의한, 형(3)을 도전성 기체 (2) 위에 고정하는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 전기도금시 형의 어긋남 등을 일으키기 쉬워, 미세금속부품의 형상의 재현성이 저하할 우려가 있다.
또 반대로 70㎛를 초과했을 경우에는, 형(3)을 도전성 기체(2) 위에 포갰을 때에, 그 포갰을 때의 응력이나 형(3)의 무게 등으로 압출된 과잉의 도전 페이스트가, 통공패턴(3a) 내에 다량으로 비어져 나와 물결치거나 액체방울형상으로 부풀어 오르거나 하는 결과, 도금 개시면이 이형이 되어 균일한 결정구조를 가지는 도금피막을 형성할 수 없게 되거나, 도전페이스트가 부풀어 오른 만큼, 도금피막이 얇아져서, 소정의 두께를 가지는 미세금속부품을 제조할 수 없게 되거나 할 우려가 있다.
제 2 도전막(5)의 기초가 되는 도전페이스트(5')로서는, 제 1 도전막(1)에 함유되는 사슬형상의 것보다 입자직경이 작은 금속분말과 결착제를 고형분으로서 함유해서, 또한 고형분의 총량에 대한 금속분말의 비율을 0.05 ~ 70 체적%로 조정한 것이 매우 적합하게 이용된다. 이 이유는 전술한 바와 같다.
결착제로서는, 상기와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다.
금속분말의 입자직경은, 제 1 도전막에 함유되는 사슬형상의 것보다 작으면, 그 범위는 특히 한정되지 않지만, 평균 입자직경이 400㎚ 이하인 것이 바람직하다. 평균 입자직경을 400㎚ 이하로 하면, 부피 밀도를 상승시켜서, 금속분말간의 접촉점수를 증가시킬 수 있다. 따라서 제 2 도전막의 금속분말에 의한, 급전점의 분포밀도를 증가시키는 효과를 한층 향상할 수 있다.
금속분말로서는, Ag, Cu, Ni, Al, Au, Rh 등으로 이루어지고, 제 1 도전막에 함유되는 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은, 사슬형상, 입자형상, 박편 형상 등의 여러 가지의 형상을 가지는 금속분말을 이용할 수 있다.
이 중 사슬형상의 금속분말은, 상기와 마찬가지로 해서 제조할 수 있다.
또, 입자형상의 금속분말도, 상기와 마찬가지로 해서 제조할 수 있다.
특히, 입자형상의 금속분말로서는, 앞서 설명한 Cu(I) 암민 착이온을 함유하는 용액의 pH를 저하시킴으로써 금속 Cu를 초미립자형상으로 석출시켜 형성한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 Cu 분말을 이용하면, 제 2 도전막의 도전성을 한층 균일하게 하는 동시에, 그 표면의 평활성을 더 향상할 수 있기 때문에, 보다 양호한 특성을 가지는 미세금속부품을 제조할 수 있다.
상기 제조방법-I ~ III에서 제조된 미세금속부품은, 어느 것이나 앞서 설명한 것처럼 결정입자가 본래의 입자 직경을 가지기 때문에 소기의 물리적, 기계적, 전기적인 특성을 발휘할 수 있는 단일의 층 구조를 갖추고 있고, 양호한 특성을 가지는 것으로 된다.
이러한 미세금속부품으로서는, 예를 들면, 반도체검사소자 등에 이용하는 콘택트 프로브, 가속도 센서 등에 이용하는 마이크로액추에이터, 광스위치, 마이크로 커넥터 등을 들 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거해서 설명한다.
실시예 1
<사슬형상 Ni 분말의 제조>
삼염화 티탄과 시트르산 삼나트륨을 순수한 물에 가해서, 양성분의 농도가 아래 표 1에 표시하는 값인 환원제 용액을 조제했다.
성분 농 도 (mol/L)
삼염화 티탄 시트르산 삼나트륨 0.102 0.306
다음에, 이 환원제 용액의 액체의 온도를 35℃로 유지하면서, 암모니아수를 가해서 pH를 9 ~ 10으로 조정했다.
또, 염화 니켈 육수화물을 순수에 가해서, 염화 니켈의 농도가 0.04 mol/ℓ인 용액을 조제했다.
그리고, 이 용액 100㎖를, 앞의 환원제 용액 100㎖에 가해서 35℃에서 1시간, 교반한 후, 용액 중에 석출한 고형분을 여과 분별하여, 수세한 후 건조시켜서 Ni 분말을 제조했다.
얻어진 Ni 분말의 형상을 주사형 전자현미경사진으로 관찰한바, 도 8에 표시한 바와 같이, 미세한 금속입자가 사슬형상으로 연결된 형상을 가지고 있는 것이 확인되었다.
또, 상기 전자현미경사진으로부터, 금속입자의 입자직경과, Ni 분말의 사슬의직경을 측정한바, 금속입자의 입자직경은 약 100㎚, 사슬의 직경은 약 200㎚였다.
<도전페이스트의 조제>
상기 제조한 사슬형상 Ni 분말 90 중량부와, 결착제로서의 폴리불화 비닐리덴수지 10 중량부를, 용매로서의 N-메틸-2-피롤리돈과 함께 혼합해서 도전페이스트를 조정했다.
<도전막의 형성>
밑바탕으로서의 폴리이미드 필름의 한쪽면에, 상기에서 조제한 도전페이스트를 고형분의 부착량이 20mg/㎠가 되도록 도포한 후, 100℃에서 4시간 건조함으로써 용매를 제거해서 도전막을 형성했다.
도전막의 표면을 금속현미경으로 관찰한바, 표면에는 거의 요철은 없어, 거의 평탄하다는 것이 확인되었다. 따라서, 표면상태는 "양호"로 평가했다. 또 도전막의 체적고유저항을 측정한바 1 ×10-4Ωㆍ㎝였다.
<도금피막의 형성>
다음에, 이 도전막에 도전 단자를 배설하여 급전부로 하고, 하기 표 2에 표시하는 처방의 Ni 도금욕에 침지해서, 전류밀도 10 ~ 150mA/㎠, 액체의 온도 40~60℃ 의 조건으로 1시간의 전기도금을 행했다.
Ni 도금욕 (pH 3.5 ~ 4.5)
성 분 농 도
술퍼민산 니켈 붕 산 450 g/ℓ 30 g/ℓ
전기도금 후, 도전막 위에 형성된 도금피막의 단면을 금속현미경으로 관찰해서, 두께 방향의 상하 각각 5%의 위치의 결정입자의 크기를 측정했다. 그리고 도전막측의 결정입자의 크기 ø1과 피막 표면측의 결정입자의 크기 ø2로부터, 하기 수식(1) :
Rø= ø1 / ø2 (1)
에 의해서, 결정입자의 크기의 비율 Rø를 구한바 1.1이며, 결정입자의 크기에 거의 불균일은 없고, 도금피막은 두께 방향의 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 것이 확인되었다.
실시예 2
<사슬형상 퍼말로이 분말의 제조>
염화 니켈 육수화물과 염화 제 2철을 순수에 가해서, 양 성분의 농도가 하기 표 3에 나타낸 값인 용액을 조제했다.
성분 농도 (mol/ℓ)
염화 니켈 염화 제 2철 0.008 0.032
다음에, 이 용액 100㎖를 실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 환원제 용액 100㎖에 가해서 35℃에서 1시간 교반한 후, 용액 중에 석출한 고형분을 여과 분별하고, 수세한 후 건조시켜서 퍼말로이〔Ni(20%) - Fe합금〕분말을 제조했다.
얻어진 퍼말로이 분말의 형상을 주사형 전자현미경사진으로 관찰한바, 도 9에 표시한 바와 같이, 미세한 금속입자가 사슬형상에 연결된 형상을 가지고 있는 것이 확인되었다.
또, 상기 전자현미경사진으로부터, 금속입자의 입자직경과 퍼말로이 분말의 사슬의 직경을 측정한바, 금속입자의 입자직경은 약 50㎚, 사슬 직경은 약 100㎚였다.
<도전페이스트의 조제>
상기에서 제조한 사슬형상 퍼말로이 분말 90 중량부와, 결착제로서의 폴리불화 비닐리덴수지 10 중량부를 용매로서의 N-메틸-2-피롤리돈과 함께 혼합해서 도전페이스트를 조제했다.
<도전막의 형성>
상기 도전페이스트를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서, 밑바탕으로서의 폴리이미드 필름의 한쪽 면에 도전막을 형성했다.
도전막의 표면을 금속현미경으로 관찰한바, 표면에는 전혀 요철은 없어, 평탄하다는 것이 확인되었다. 표면상태는 "매우 양호"로 평가했다. 또 도전막의 체적고유저항을 측정한바 2 ×10-4 Ωㆍ㎝였다.
<도금피막의 형성>
다음에, 이 도전막을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 Ni의 전기 도금을 행한 후, 도전막 위에 형성된 도금피막의 단면을 금속현미경으로 관찰해서, 상기 수식(1)에 의해서, 결정입자의 크기의 비율 Rø를 구한바 0.9이며, 결정입자의 크기에 거의 불균일은 없고, 도금피막은 두께 방향의 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 것이 확인되었다.
실시예 3
<도전막의 형성>
실시예 1에서 조제한 것과 마찬가지의 도전페이스트를, 밑바탕으로서의 폴리이미드 필름의 한쪽 면에, 고형분의 부착량이 20 mg/㎠가 되도록 도포한 후, 도막에, 그 면방향을 따르는, 강도 79A/m의 자장을 걸면서 100℃에서 4시간 건조함으로써 용매를 제거해서 도전막을 형성했다.
도전막은, 사슬형상 Ni 분말이 상기 자장의 방향에 따라서 배향하고 있고, 면내의 상기 배향 방향에만 도전율이 높은 것으로 되었다. 즉, 도전막의 면내의 사슬형상 Ni 분말이 배향한 방향의 체적고유저항은 5 ×10-5 Ωㆍ㎝라고 하는 낮은 값을 표시했으나, 같은 면내의 배향 방향과 직교하는 방향의 체적고유저항은 3 ×10-3Ωㆍ㎝, 도전막의 두께 방향의 체적고유저항은 2.5 ×10-3Ωㆍ㎝였다.
또, 도전막의 표면을 금속현미경으로 관찰한바, 표면에는 전혀 요철은 없어, 평탄하다는 것이 확인되었다. 표면 상태는 "매우 양호"로 평가했다.
<도금피막의 형성>
다음에, 이 도전막의 배향 방향의 끝의 부분에 도전 단자를 배설하고 급전부로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 Ni의 전기도금을 행한 후, 도전막 위에 형성된 도금피막의 단면을 금속현미경으로 관찰해서, 상기 수식(1)에 의해서, 결정입자의 크기의 비율 Rø를 구한바 1.1이며, 결정입자의 크기에 거의 불균일은 없고, 도금피막은 두께 방향의 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지는 것이 확인되었다.
비교예 1
<도전페이스트의 조제>
평균 입자직경이 1.2㎛인 구 형상(球狀)의 Ni 분말 90 중량부와, 결착제로서의 폴리불화 비닐리덴수지 10 중량부를 용매로서의 N-메틸-2―피롤리돈과 함께 혼합해서 도전페이스트를 조제했다.
<도전막의 형성>
상기의 도전페이스트를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서, 밑바탕으로서의 폴리이미드 필름의 한쪽 면에 도전막을 형성했다.
도전막의 표면을 금속현미경으로 관찰한바, 표면에는 Ni 분말의 크기에 대응한 불균일한 요철이 있어, 평탄하지 않은 것이 확인되었다. 표면 상태는 "불량"으로 평가했다. 또 도전막의 체적고유저항을 측정한바 8 ×10-4Ωㆍ㎝였다.
<도금피막의 형성>
다음에, 이 도전막을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 Ni의 전기도금을 행한 후, 도전막 위에 형성된 도금피막의 단면을 금속현미경으로 관찰해서, 상기 수식(1)에 의해서, 결정입자의 크기의 비율 Rø를 구한바 3.0이며, 결정입자의 크기에 큰 불균일이 있고, 도금피막은 금속의 결정입자가 큰 영역과 작은 영역의 2층 구조를 가지는 것이 확인되었다.
비교예 2
<도전 페이스트의 조제>
평균 입자직경이 1.2㎛인 구 형상의 Ag 분말 90 중량부와, 결착제로서의 폴리 불화 비닐리덴수지 10 중량부를, 용매로서의 N-메틸-2-피롤리돈과 함께 혼합해서 도전페이스트를 조제했다.
<도전막의 형성>
상기의 도전 페이스트를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 밑바탕으로서의 폴리이미드 필름의 한쪽 면에 도전막을 형성했다.
도전막의 표면을 금속현미경으로 관찰한바, 표면에는 Ag 분말의 크기에 대응한 불균일한 요철이 있어, 평탄하지 않은 것이 확인되었다. 표면 상태는 "불량"으로 평가했다. 또 도전막의 체적고유저항을 측정한바 1 ×10-5Ωㆍ㎝였다.
<도금피막의 형성>
다음에, 이 도전막을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 Ni의 전기도금을 행한 후, 도전막 위에 형성된 도금피막의 단면을 금속현미경으로 관찰해서, 상기 수식(1)에 의해서, 결정입자의 크기의 비율 Rø를 구한바 2.0이며, 결정입자의 크기에 큰 불균일이 있고, 도금피막은 금속의 결정입자가 큰 영역과 작은 영역의 2층 구조를 가지는 것이 확인되었다.
이상의 결과를 표 4에 정리했다.
도전막의 표면상태 도전막의 체적고유저항 (Ωㆍ㎝) Rø
실시예 1 양호 1 ×10-4 1.1
실시예 2 매우 양호 2 ×10-4 0.9
실시예 3 매우 양호 5 ×10-5 1.1
비교예 1 불량 8 ×10-4 3.0
비교예 2 불량 1 ×10-5 2.0
실시예 4
<도전페이스트의 조제>
상기 실시예 1에서 제조한 사슬형상 Ni 분말 20 중량부와 액상 경화성 수지인 열경화형 아크릴시럽 80 중량부를 혼합해서 도전페이스트를 조제했다. 양자의 총량에 대한 사슬형상 Ni 분말의 비율은 2.5체적%였다.
<전주형의 제작>
X선 리소그래피와 전기주조를 이용해서, 도 2A에 표시한 바와 같이, 미세금속부품의 기초가 되는 모금형(IM1)을 도전성 기판(1M2) 위에 형성했다.
뒤이어 이 모금형(IM1)을 이용해서, 반응성 사출성형에 의해서, 광경화성 수지〔나가세 산교(주) 제의 상품명 XNR5507〕를 성형 후에 광경화시켜서, 상기 모금형(IM1)의 형상에 대응한, 통공패턴(3a)의 기초가 되는 미세한 오목부(3b)를 가지는 형(3)의 전구체(3')를 얻었다[도 2B 및 도 2C]. 광경화의 조건은 조사선량 3J/㎠, 압력 0.1㎫로 했다.
다음에, 도 4A에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)로서의 Cu 기판 위에, 먼저 조제한 도전페이스트(1')를, 블레이드 코터를 이용해서 두께 5㎛가 되도록 도포한 후, 상기의 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 맞포개서 0.1㎫의 압접력으로 압접하면서, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트(1') 내의 열경화형 아크릴시럽을 경화시킴으로써 도전막(1)을 형성하는 동시에, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정했다(도 4B).
그리고, 고정한 전구체(3')를, 두께 150㎛까지 연마해서 오목부(3b)를 관통시킴으로써, 모금형(IM1)의 형상에 대응한 통공패턴(3a)을 가지는 형(3)을 갖춘, 도 4C에 표시하는 전주형(EM)을 제작했다.
도전페이스트에 의한 고정은 강고하고, 상기와 같이 전구체(3')를 연마했을 때에도 어긋남이나 박리 등은 생기지 않았다.
<미세금속부품의 제조>
상기 전주형(EM)의 도전성 기체(2)에 도전 단자를 배설하여 급전부로 하고, 하기 처방의 Ni 도금욕에 침지해서, 전류밀도 l0 ~ 150mA/㎠, 액체의 온도 40~60℃의 조건으로 전기도금을 행했다.
Ni 도금욕 (pH 3.5 ~ 4.5)
성 분 농 도
술퍼민산 니켈 붕 산 450 g/ℓ 30 g/ℓ
상기 전기도금을 2시간, 행한바, 도 5B에 표시한 바와 같이 전주형(EM)의 통공패턴(3a)이 도금피막(4')에 의해 매립되었으므로, 도금욕으로부터 꺼내서 충분히 수세한 후, 도금피막(4')을 형(3)과 함께 연마해서 두께 60㎛로 일치시켰다.
그리고, 산소 플라즈마에 의해서 애싱해서 형(3)을 분해 제거한 후, 웨트 에칭에 의해서 도전막(1)을 용해, 제거해서 도전성 기체(2)를 제거하여, 상기 모금형(IM1)의 형상에 대응한 미세금속부품(4)을 제조했다.
제조한 미세금속부품(4)의, 도전막(1)측의 표면의 표면 거칠기를, 3차원 표면 구조 해석 현미경〔ZYGO 사제의 NewView5010〕을 이용해서 측정한바, 중심선평균 거칠기 Ra가 0.5㎛ 미만이었다.
또, 제조한 미세금속부품(4)의 인장강도를 측정해서, 그 측정치의, 평탄한 Cu 기판 위에 직접, 동일조건으로 전기도금을 해서 형성한 동일치수의 미세금속부품의 인장 강도에 대한 백분율을 강도비로서 구한바 90%였다.
그리고, 이들로부터, 실시예 4에서 제조한 미세금속부품(4)은, 성막 초기 단계로부터, 평탄한 금속표면에 성장시켰을 경우와 동등한 본래의 입자직경을 가지는 결정입자가 생성되고 있고, 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지기 때문에, 소기의 물리적, 기계적, 전기적인 특성을 발휘할 수 있는 단일의 층 구조를 갖춘, 양호한 특성을 가지는 것인 것이 확인되었다.
실시예 5
<도전페이스트의 조제>
상기 실시예 1에서 제조한 사슬형상 Ni 분말 20 중량부와, 평균 입자직경 50㎚의 구 형상 Ag 분말 20 중량부와 액상 경화성 수지인 열경화형 아크릴시럽 60 중량부를 혼합해서 도전페이스트를 조제했다. 3자의 총량에 대한 사슬형상 Ni 분말의 비율은 2.5체적%, 구 형상 Ag 분말의 비율은 2체적%였다.
<전주형의 제작>
도 4A에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)로서의 Cu기판 위에, 상기에서 조제한 도전페이스트(1')를 도포한 후, 실시예 4에서 형성한 것과 같은 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 맞포개서, 0.1㎫의 압접력으로 압접하면서, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트 중의 열경화형 아크릴시럽을 경화시킴으로서 도전막 (1)을 형성하는 동시에, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정했다(도 4B).
그리고, 고정한 전구체(3')를, 두께 150㎛까지 연마해서 오목부(3b)를 관통시킴으로써, 모금형(IM1)의 형상에 대응한 통공패턴(3a)을 가지는 형(3)을 갖춘, 도 4C에 표시하는 전주형(EM)을 제작했다.
도전페이스트에 의한 고정은 강고하고, 상기와 같이 전구체(3')를 연마했을 때에도 어긋남이나 박리 등은 생기지 않았다.
이 후, 이 전주형(EM)을 이용해서, 실시예 4와 마찬가지로 해서 동일형상, 동일치수의 미세금속부품(4)을 제조했다.
제조한 미세금속부품(4)의, 도전막(1) 측의 표면의 표면 거칠기를 상기와 마찬가지로 해서 측정한바, 중심선평균 거칠기 Ra가 0.2㎛ 미만이었다.
또, 제조한 미세금속부품(4)의 인장 강도를 측정해서, 상기와 마찬가지로 강도비를 구한바 95%였다.
그리고, 이들로부터, 실시예 5에서 제조한 미세금속부품(4)은, 성막 초기 단계로부터, 평탄한 금속표면에 성장시켰을 경우와 동등한 본래의 입자직경을 가지는 결정입자가 생성되고 있고, 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지기 때문에, 소기의 물리적, 기계적, 전기적인 특성을 발휘할 수 있는 단일의 층 구조를 갖춘, 실시예 4보다 한층 더 양호한 특성을 가지는 것인 것이 확인되었다.
실시예 6
<도전페이스트의 조제>
평균 입자직경 50㎚의 구 형상 Ag 분말 75 중량부와 액상 경화성 수지인 열경화형 아크릴시럽 25 중량부를 혼합해서, 제 2 도전막의 기초가 되는 도전페이스트를 조제했다. 양자의 총량에 대한 구 형상 Ag 분말의 비율은 20 체적%였다
<전주형의 제작>
도 7A에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)로서의 Cu기판 위에, 실시예 4에서 조제한 것과 같은, 사슬형상 Ni 분말을 포함한 도전페이스트를, 블레이드코터를 이용해서 두께 5㎛가 되도록 도포한 후, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트 중의 열경화형 아크릴시럽을 경화시킴으로써 제 1 도전막(1)을 형성했다.
다음에, 이 제 1 도전막(1) 위에, 상기에서 조제한, 구 형상 Ag 분말을 포함한 도전페이스트(5')를 도포한 후, 실시예 4에서 형성한 것과 같은 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 맞포개서, 0.l㎫의 압접력으로 압접하면서, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트 중의 열경화형 아크릴시럽을 경화시킴으로써 제 2 도전막(5)을 형성하는 동시에, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정했다(도 7B).
그리고 고정한 전구체(3')를, 두께 150㎛까지 연마해서 오목부(3b)를 관통시킴으로써, 모금형(IM1)의 형상에 대응한 통공패턴(3a)을 가지는 형(3)을 갖춘, 도 7C에 표시한 전주형(EM)을 제작했다.
도전페이스트에 의한 고정은 강고하고, 상기와 같이 전구체(3')를 연마했을 때에도 어긋남이나 박리 등은 생기지 않았다.
이 후, 이 전주형(EM)을 이용해서, 실시예 4와 마찬가지로 해서 동일형상, 동일치수의 미세금속부품(4)을 제조했다.
제조한 미세금속부품(4)의, 도전막(1)측의 표면의 표면 거칠기를 상기와 마찬가지로 해서 측정한바, 중심선평균 거칠기 Ra는 0.2㎛ 미만이었다.
또, 제조한 미세금속부품(4)의 인장 강도를 측정해서, 상기와 마찬가지로 강도비를 구한바 95%였다.
그리고, 이들로부터, 실시예 6에서 제조한 미세금속부품(4)은, 성막 초기 단계로부터, 평탄한 금속표면에 성장시켰을 경우와 동등한 본래의 입자직경을 가지는 결정입자가 생성되고 있고, 그 전체에 걸쳐서 균일한 결정구조를 가지기 때문에, 소기의 물리적, 기계적, 전기적인 특성을 발휘할 수 있는 단일의 층 구조를 갖춘, 실시예 4보다도 더욱더 양호한 특성을 가지는 것인 것이 확인되었다.
비교예 3
<도전페이스트의 조제>
평균 입자직경 1.2㎛의 구 형상 Ni 분말 20 중량부와 액상 경화성 수지인 열경화형 아크릴시럽 80 중량부를 혼합해서 도전페이스트를 조제했다. 양자의 총량에 대한 구 형상 Ni 분말의 비율은 2.5 체적%였다.
<전주형의 제작>
도 4A에 표시한 바와 같이, 도전성 기체(2)로서의 Cu기판 위에, 상기에서 조제한 도전페이스트(1')를 도포한 후, 실시예 4에서 형성한 것과 같은 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 맞포개서, 0.l㎫의 압접력으로 압접하면서, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트 중의 열경화형 아크릴시럽을 경화시킴으로써 도전막(1)을 형성하는 동시에, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정했다(도 4B).
그리고 고정한 전구체(3')를, 두께 150㎛까지 연마해서 오목부(3b)를 관통시킴으로써, 모금형(IM1)의 형상에 대응한 통공패턴(3a)을 가지는 형(3)을 갖춘, 도 4C에 나타낸 전주형(EM)을 제작했다.
도전페이스트에 의한 고정은 강고하고, 상기와 같이 전구체(3')를 연마했을 때에도 어긋남이나 박리 등은 생기지 않았다.
이 후, 이 전주형(EM)을 이용해서, 실시예 4와 마찬가지로 해서 동일형상, 동일치수의 미세금속부품(4)을 제조하려고 했으나, 형(3)의 두께(150㎛)까지의 사이에, 미세금속부품(4)으로서 기능할 수 있는 연속한 도금피막은 형성되지 않았다.
비교예 4
<도전 페이스트의 조제>
평균 입자직경 1.2㎛의 구 형상 Ni 분말 75 중량부와 액상 경화성 수지인 열경화형 아크릴시럽 25 중량부를 혼합해서 도전페이스트를 조제했다. 양자의 총량에 대한 구 형상 Ni 분말의 비율은 25 체적%였다.
<전주형의 제작>
도전성 기체(2)로서의 Cu기판 위에, 상기에서 조제한 도전페이스트를 도포한 후, 실시예 4에서 형성한 것과 같은 전구체(3')를, 오목부(3b)를 아래쪽으로 해서 맞포개서, 0.1㎫의 압접력으로 압접하면서, 80℃에서 2시간 가열해서 도전페이스트 중의 열경화형 아크릴 시럽을 경화시켰으나, 전구체(3')를 도전성 기체(2) 위에 고정할 수는 없었다.
이상의 결과를 표 6에 정리했다.
전구체의 고정 Ra (㎛) 강도비 (%)
실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 3 비교예 4 양호 양호 양호 양호 불량 < 0.5 < 0.2 < 0.2 - - 90 95 95 - -
이상과 같이, 본 발명에 관한 도전페이스트는, 도전막의 전기 저항치를 현상태의 레벨보다 더욱더 작게 할 수 있기 때문에, 도전막의 형성재료나 도전접착제 등으로서 유용하다. 또, 본 발명에 관한 도전막은, 특이한 도전율 이방성을 가지기 때문에, 지금까지 없던 용도에서의 사용이 가능하다. 또, 본 발명에 관한 도금방법과, 그것을 응용한 미세금속부품의 제조방법은, 지금까지 없던 양호한 특성을 가지는 미세금속부품의 제조에 적당하다.

Claims (17)

  1. Ni, Fe, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 포함하는, 다수의 미세한 금속입자가 자성에 의해서 사슬형상으로 연결된 형상을 가지는 금속분말을 도전성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  2. 제 1항에 있어서, 사슬형상의 금속분말 또는 이 금속분말을 형성하는 개개의 금속입자를,
    ㆍ Ni, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 단체 금속,
    ㆍ Ni, Fe, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 금속의 합금,
    ㆍ Ni, Fe, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속과 다른 금속과의 합금, 또는
    ㆍ Ni, Fe, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 포함한 복합체로 형성한 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  3. 제 2항에 있어서, 사슬형상의 금속분말 또는 금속입자의 전체 또는 일부를, Ni, Fe, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속의 이온을 포함하는 1종 또는 2종 이상의 금속의 이온을 함유한 용액 중에서, 당해 이온을 환원제에 의해서 금속으로 환원함으로써, 액중에 금속입자로서 석출시키는 동시에 금속 입자를 자성에 의해서 사슬형상으로 연결시켜 형성한 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  4. 제 3항에 있어서, 환원제가 3가의 티탄 화합물인 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  5. 제 1항에 있어서, 금속입자의 입자직경이 400㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  6. 제 1항에 있어서, 금속분말의 사슬의 직경이 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  7. 제 1항에 있어서, 사슬형상의 금속분말과, 결착제를 고형분으로서 포함하고, 또한 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 5 ~ 95중량%인 것을 특징으로 하는 도전페이스트.
  8. 제 2항에 기재된 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도막을 형성하고, 이 도막에 일정 방향으로부터 고체화하기 전에 자장을 걸고, 이것에 의해서 당해 도막중의 사슬형상의 금속분말을 상기 자장에 응한 일정방향으로 배향시키는 동시에, 도막을 고체화시켜서 금속분말의 배향을 고정한 것을 특징으로 하는 도전막.
  9. 제 1항에 기재된 도전페이스트를 밑바탕 위에 도포해서 도전막을 형성하는 공정과, 이 도전막 위에, 당해 도전막을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 도금피막을 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  10. 제 9항에 있어서, 도전막의 체적고유저항이 1Ωㆍ㎝이하인 것을 특징으로 하는 도금방법.
  11. 제 9항에 있어서, 도전페이스트중의 사슬형상의 금속분말이, 도금피막에 포함되는 것과 같은, 적어도 1종의 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 도금방법.
  12. 제 1항에 기재된 도전페이스트로 이루어지는 도전막을 개재해서, 도전성 기체 위에, 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형을 고정하여, 전주형을 형성하는 공정과,
    이 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 도전성 기체 또는 도전막의 표면에, 이들의 표면을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킴으로써, 통공패턴의 형상에 대응한 미세금속부품을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 도전페이스트로서 사슬형상의 금속분말과 결착제를 고형분으로서 포함하고, 또한 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 0.05 ~ 20 체적%인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서, 도전 페이스트로서, 사슬형상의 금속분말과 함께, 당해 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 입자형상의 금속분말을 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서, 도전페이스트로서 사슬형상의 금속분말과 입자형상의 금속분말과 결착제를 고형분으로서 포함하고, 또한 고형분의 총량에 대한 사슬형상의 금속분말의 함유비율이 0.05~20 체적%, 입자형상의 금속분말의 함유비율이 0.05~20 체적%인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
  16. 도전성 기체 위에, 제 1항에 기재된 도전페이스트로 이루어지는 제 1 도전막과, 이 제 1 도전막에 포함되는 사슬형상의 금속분말보다도 입자직경이 작은 금속분말을 포함한 도전페이스트로 이루어지는 제 2 도전막을 이 순서로 형성하는 동시에, 상기 제 1 및 제 2 도전막을 개재시켜, 도전성 기체 위에 미세금속부품의 형상에 대응한 미세한 통공패턴을 가지는, 절연재료로 이루어지는 형을 고정해서 전주형을 형성하는 공정과,
    이 전주형의 통공패턴의 부분에서 노출한 제 2 도전막의 표면에, 당해 표면을 전극으로 하는 전기도금에 의해서 선택적으로 도금피막을 성장시킴으로써, 통공패턴의 형상에 대응한 미세금속부품을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 제 2 도전막을 형성하는 도전페이스트로서 금속분말과 결착제를 고형분으로서 포함하고, 또한 고형분의 총량에 대한 금속분말의 함유비율이 0.05 ~ 70 체적%인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 미세금속부품의 제조방법.
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