KR100879578B1 - 도전성 무전해 도금분체의 제조방법 - Google Patents

도전성 무전해 도금분체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성 및 밀착성이 우수한 도전성 무전해 도금분체의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 무전해 도금액상에서 수지 분체의 기재 표면에 금속 도금층을 형성시키는 무전해 도금법에 의한 도전분체의 제조방법에 있어서, 상기 도금층에 0.3~1.0마이크로미터 크기의 미소 돌기를 가지고 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 전기 저항이 우수하며, 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 돌기형 도전볼의 제조 시 종래의 돌기형 도전볼 보다 돌기의 크기가 크고 균일하며, 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 전기 저항이 우수하며, 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도금 분체를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 공정이 간단한 장점이 있다.
돌기형, 단분산 분체, 도금 분체, 도전성, 미세회로, 도전입자

Description

도전성 무전해 도금분체의 제조방법{Manufacturing method of conductive electroless plating powder}
도 1은 본 발명의 도전성 무전해 도금분체의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6,000배 확대한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 20,000배 확대한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6,000배 확대한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 10,000배 확대한 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6,000배 확대한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 18,000배 확대한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6,000배 확대한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 20,000배 확대한 사진이다.
도 10은 비교예 1에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 10,000배 확대한 사진이다.
도 11은 비교예 2에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 20,000배 확대한 사진이다.
도 12는 비교예 2에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 8,000배 확대한 사진이다.
도 13은 비교예 3에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6,000배 확대한 사진이다.
도 14는 비교예 3에 따라 제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 20,000배 확대한 사진이다.
-도면의 주요 부분에 대한 설명-
1 : 심재(수지분체) 2 : 제 1차 무전해 금속 도금 층
3 : 전이금속 미소돌기 4 : 제 2차 무전해 금속 도금 층
5 : 금 도금 층
본 발명은 도전성 및 밀착성이 우수한 도전성 무전해 도금분체의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 무전해 도금법에 의한 돌기형 도전분체의 제조방법에 있어서, 상기 도금층에 0.3 ~ 1.0마이크로미터(㎛) 크기의 미소 돌기를 가지고 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 전기 저항이 우수하며, 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체의 제조방법에 관한 것이다.
도전성을 부여한 수지 미립자 재료는, 전자기기나 그 부품의 정전 방지, 전파 흡수 또는 전자파 실드(shield) 등의 부재로서 널리 사용되고 있으며, 최근 액정 디스플레이 패널(panel)의 전극과 구동용 LSI 칩(chip)의 회로 기판에의 접속, 그 밖에 미소 피치(pitch)의 전극 단자간의 접속 등 전자 기기류의 미소 부위를 전기적으로 접속하기 위한 도전재료로서 도금 분체가 사용되고 있다. 종래의 도금분체를 제조하는 방법으로는, 수지 미립자 표면에 금속입자를 물리적으로 코팅(coating)하는 방법 (일본특허출원 제1993-55263호)과 기재 미립자 표면에 금속분의 돌기를 매입하는 방법(일본특허출원 제2002-55952호)등이 사용되어져 왔으며, 최근에 들어서는 무전해도금 방법을 이용한 도금분체를 제조하는 방법(일본특허출원 제2003-103494호, 제2003-57391호, 제2001-394798호 등)이 주를 이루고 있다. 그러나, 종래 기술에 의해 얻을 수 있는 금, 은, 니켈(nickel) 등의 도전성 도금 분말은, 미소 피치(pitch)의 전극 단자간의 접속 시 낮은 접속압력 하에서 전기저항이 높아지는 현상이 나타나는 문제점이 있었다. 최근 전자기기의 급격한 진보나 발전에 따라서 낮은 접속저항을 요구하고 있다.
접속저항을 감소하는 목적에서, 표면에 돌기를 가지는 도전성 입자가 개시되어 있다(일본공개특허 제2003-234020호). 이 제조 방법은 비도전성 미립자에 무전해 니켈(Nickel) 도금법에 있어서 니켈도금액의 자기 분해를 이용하고, 니켈의 미소돌기와 니켈 피막을 동시에 형성시키는 도전성 무전해 도금 분체를 제조하는 방법이다. 그렇지만, 이 제조 방법으로는 그 돌기 부분이 니켈 덩어리로 형성되고, 그 크기, 형상, 개수 등을 제어하는 것이 극히 곤란하며, 이 돌기에 의한 수지 배제성이 충분하지 않아 접속저항을 줄이기 어려운 단점이 있다.
그리하여 수지의 배제를 용이하게 하고, 높은 접속 신뢰성을 가지기 위하여 금속층 표면에 상기 도전성 금속층의 최외층과 실질적으로 연속하고 0.02 ~ 0.3㎛의 미소돌기를 가지며, 0.1㎛ 이하의 미소돌기의 개수 비율이 80%이상을 차지하는 도전성 미립자가 보고되고 있다(일본공개특허 제2004-296322). 또한, 도전성 미립자의 표면적의 70~90%가 융기한 돌기로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 도전성 미립자가(일본공개특허 제2006-228474) 보고되고 있다. 도전층 표면에 괴상의 미립자의 응집체로 되는 돌기를 가지며 돌기의 존재 밀도가 도전성입자 1개에 대하여 25~50개인 것을 특징으로 하는 도전성 입자(일본공개특허 제 2006-302716) 제조방법이 개시 되어있다. 상기의 공개특허는 0.02~0.3㎛의 미소돌기의 개수 비율이 80%이상을 자지하는 도전성 미립자가 기재되어 있다. 그렇지만, 이 미소 돌기는 돌기의 대부분이 0.3㎛이하의 높이이고, 약한 하중으로 압축되는 액정 표시 소자의 기판 전극간의 도통 용도에서는 미소 돌기만이 접속하는 점접촉 상태가 되지 않고 접속 안정성이 좋다고 하지만, 수지 배제성이 충분하지 않아 신뢰성 있는 전기저항을 얻기 어려운 단점이 있다.
우리나라 등록특허 제0602726호는 평균입경이 1~20㎛인 구상 심재 입자 표면에 무전해 도포법에 의하여 니켈 또는 니켈 합금 피막을 형성하여 피막 최표면층에 0.05~4㎛의 미소 돌기를 가지며 피막과 그 미소 돌기는 실질적으로 연속피막으로 미소돌기와 니켈피막을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 방법이 개시되어 있다.
이 제조 방법은 비도전성 미립자에 무전해 니켈(Nickel) 도금법에 있어서, 니켈도금액의 자기 분해를 이용하고, 니켈의 미소돌기와 니켈 피막을 동시에 형성시키는 도전성 무전해 도금 분체를 제조하는 방법이다. 그렇지만, 이 제조 방법으로는 돌기의 형상, 개수 등을 제어하는 것은 극히 곤란하고, 이 돌기에 의한 수지 배제성과 돌기가 없는 부분의 도금층이 매끄럽지 않아 불균일해지고, 다공성의 도금이 되어 접속저항을 줄이기 어려운 단점이 있다. 이러한 불균일하고 다공성인 도금층에 치환 금도금 법에 의한 금(gold)도금을 실시할 경우 도금층의 박리가 일어나 균일한 금 도금층을 제조 할 수 없어 접속저항을 줄이기 어려운 단점이 있다.
최근, 전자기기의 급격한 발전과 전자부품의 소형화에 따라 기판 등의 배선이 보다 미세해져 고도의 도전성 및 금속피복층과 수지분체 사이의 밀착성이 우수한 도전분체가 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은 우수한 도전성 및 밀착성을 가지는 도전성 무전해 도금 분체를 개발하기 위한 연구를 수행한 결과, 무전해 도금액상에서 수지 분체의 기재 표면에 금속 도금층을 형성시키는 무전해 도금법에 의한 도전분체의 제조방법에 있어서, 상기 도금층에 0.3~1.0마이크로미터(㎛) 크기의 미소 돌기를 가지고 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 전기 저항이 우수하며, 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체를 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 미세한 배선에 대응할 수 있고 접속 시의 돌기에 의한 수지 배제성이 충분하여 고 도전성능을 부여할 수 있는 도전성 및 밀착성이 우수한 도전성 무전해 도금분체의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 도전성 및 밀착성이 우수한 도전성 무전해 도금분체는 제1차 금속 도금 층에 0.3 ~ 1.0마이크로미터크기의 미소 돌기를 가지고, 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되는 것이다.
또한 본 발명은 상기 제1차 금속 도금 층과 미소돌기를 서로 상이한 금속을 이용하여 도금하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 돌기가 형성된 금속 입자에 있어서, 심재로 사용되는 수지분체의 표면에 제 1 금속 도금층을 형성한 후, 상기 금속과 동일 또는 상이한 종류의 금속을 이용하여 금속 돌기를 형성하고, 상기 돌기와 돌기가 형성되지 않은 제 1 금속 도금 층의 상부에 상기 금속과 동일 또는 상이한 금 속을 이용하여 제 2 금속 도금층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는 상기 제 1 금속 도금층과 금속돌기는 상이한 금속을 이용하여 도금을 한다.
본 발명의 돌기형 도전분체는 도 1에 도시된 바와 같이,
수지 분체를 이용한 심재(1);
상기 심재(1)의 표면에 코팅되는 제1차 무전해 금속 도금 층(2);
상기 제1차 무전해 금속 도금 층(2)의 상부에 형성되는 전이금속 돌기(3);
상기 전이금속 돌기(3)와 제1차 무전해 금속 도금 층(2)의 상부에 형성되는 제2차 무전해 금속 도금 층(4);
을 포함하며, 필요에 따라 상기 제2차 무전해 금속 도금 층(4)의 상부에 금 도금 층(5)이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 도금분체는 크기가 0.3 ~ 1.0 ㎛인 구형의 돌기(3)가 1/2 표면에 5개 이상 형성되고, 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 도금분체를 제조하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 돌기형 도전분체의 제조방법에 있어서,
수지분체를 이용한 심재 표면에 무전해 도금방법에 의해 제1차 무전해 금속 도금 층을 형성시킨 후, 상기 제1차 무전해 금속 도금 층이 형성된 수지분체에 전이금속염 및 환원제를 동시에 투입하여 전이금속 돌기가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법을 개시한다.
본 발명에서 상기 전이금속 돌기는 제1차 무전해 금속 도금 층에 사용한 금속과 상이한 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전이금속 돌기의 상부 및 돌기가 형성되지 않은 제1차 무전해 금속 도금 층의 상부에 다시 무전해 도금방법에 의해 상기 제1차 무전해 금속 도금 층과 동일 또는 상이한 금속을 이용하여 제2차 무전해 금속 도금 층을 형성하는 단계; 를 더 추가하는 것도 가능하며, 상기 제2차 무전해 금속 도금 층의 상부에 금 도금 층을 형성하는 단계;를 더 추가하는 것도 가능하다.
상기 금 도금 층을 형성하는 단계는 상기 제2차 무전해 금속 도금 층이 형성된 도전성 분체를 치환금도금액에 분산시켜 치환 금도금 시킨 후, 상기 치환금도금액을 염기성 조건으로 조정한 후 환원제를 첨가하여 치환 금도금 층 상에 환원 금도금 층을 형성하도록 함으로써, 금 도금이 치밀하고 균일하게 형성되며, 제1차 무전해 금속 도금 층의 금속이 용출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 염기성 조건은 pH가 10 ~ 14인 것이 바람직하다.
이하는 본 발명에 사용되는 성분들에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 무전해 도금법으로 수지 분체의 기재표면상에 금속 도금층을 형성시킬 때 0.3~1.0마이크로미터(㎛) 크기의 미소 돌기를 가지고 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀 착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체를 얻을 수 있음을 발견하고, 전극의 미세 접속 시의 돌기에 의한 수지 배제성이 충분하여 고 도전성을 갖게 됨을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 있어서, 상기 무전해 도금 심재로서 사용하는 수지의 종류에는 특별한 제약은 없다. 사용 가능한 수지로는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리이소부틸렌 등의 폴리올레핀, 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 터폴리머 등의 올레핀 코폴리머, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드 등의 아크릴산 유도체, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올 등의 폴리비닐계 화합물, 폴리아세탈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에폭시수지 등의 에테르 폴리머(ether polymer), 벤조구아나민, 요소, 티오(thio)요소, 멜라민, 아세토구아나민, 디시안 아미드, 아닐린 등의 아미노 화합물, 포름알데히드, 팔라듐포름알데히드, 아세트알데히드와 같은 알데히드류, 폴리우레탄 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 수지 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수지 분체의 평균 입경은 0.5 ~ 1000㎛인 것을 사용한다. 상기 평균 입경이 0.5㎛ 미만에서는 접합해야 할 전극면에 도전성 분체가 접촉되지 않고, 전극간에 간격이 있는 경우 접촉불량을 발생하는 경우가 있고, 1000㎛를 초과하는 경우에는 미세한 도전 접합을 할 수 없게 되기 때문에, 상기의 범위로 한정한다. 보다 바람직한 것은 1 ~ 100㎛이고, 더욱 바람직한 것은 2 ~ 20㎛이며, 가장 바람직하게는 3 ~ 10㎛이다.
또한, 본 발명의 상기 수지 분체의 종횡비는 2미만이며, 보다 바람직한 것은 1.2 미만, 더욱 바람직하게는 1.06이다. 상기 종횡비가 2를 초과하면 입경이 고르지 않기 때문에 도전성 미립자를 전극사이에 접촉시킬 때 접촉하지 않은 입자가 대량으로 발생하기 쉬워지기 때문에 상기 범위로 한정한다. 보다 바람직하게는 1~ 2이다.
상기의 수지 분체는 입경의 변동계수(Cv: Coefficient of variation)값이 30%이하, 바람직한 것은 20%이하, 더욱 바람직하게는 10%이하인 것을 사용하는 데, 1~30%가 더욱 좋다. 상기 변동계수(Cv) 값이 30%를 넘는다면 입경이 고르지 않기 때문에 도전성 분체를 전극사이에 접촉시킬 때 접촉하지 않은 입자가 대량으로 발생하기 쉬워 상기의 범위로 한정한다. 본 발명에서 상기 변동계수(Cv)는 하기 수학식 1로 정의되는 값이다.
[수학식 1]
Cv(%) = (σ/Dn)× 100
(상기 식에서, σ는 입경의 표준편차이고 Dn은 수평균 입경이다.)
상기 표준편차 및 수평균 입경은 입자 크기분석 장치(Accusizer model 780-particle sizing systems, Inc)를 이용하여 계산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기의 입자 성상을 가지는 수지 기재의 표면에 무전해 도금법에 의해 1차로 금속 피막을 형성시키고, 1차 금속 피막 층에 돌기형을 제조하기 위하여 전이금속염 수용액을 환원제를 이용하여 환원시켜 전이금속이 1차 금속 피막층에 환원되도록 한다. 이를 다시 전이환원 금속 돌기와 1차 무전해 니켈도금층 상에 2차 무전해 도금층을 형성시켜 돌기형 도전볼을 제조하는 것이다.
구체적으로, 상기의 1차 도금피막 층을 형성하기 위하여 수지 기재 분체를 SnCl2 용액에 가하여 Sn2+이온을 수지 기재 표면에 흡착시키고, PdCl2용액을 이용하여 Pd을 수지 기재 표면에 환원시켜 촉매 핵을 형성하여 무전해 전처리 공정을 수행한 후 1차 도금 피막 층을 형성한다.
1차 도금 피막 층 형성에 사용되는 금속은 무전해 도금조작이 가능한 도전성 금속, 예를 들면, Au, Ag, Co, Cu, Ni, Pd, Pt 및 Sn 등으로부터 선택되며, 이들의 합금 또는 2종 이상의 복층 피복도 가능하다. 바람직하게는, 금속 피막은 Ni 피막 피막이다. Ni 피막은 기재 수지 입자와 밀착성이 좋고, 내박리성이 양호한 무전해 도금 피막층을 형성할 수 있으며, 도금층 피막에서 피막층 두께는 10 ~ 100㎚ 범위 이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기의 1차의 피막층을 형성 한 후 돌기형을 제조하기 위한 전이 금속으로는 상기 1차 피막층과 상이한 금속을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 2차 무전해 도금의 촉매 핵으로써 사용이 가능한 Pd, Cu, Ru, Pt, Ag 및 Co 에서 선택되며, 이들의 합금 또는 2종 이상의 복층 피복도 가능하다.
도금에 사용되는 금속용액의 농도와 투입량은 돌기의 크기와 개수에 관계 되는데 금속용액 중 전이금속염의 함량이 0.01~100g/L의 범위인 것이 바람직하다. 전이금속염 용액의 농도가 너무 낮은 경우 전이금속 석출이 곤란해지고, 돌기의 크기가 너무 작아진다. 농도가 50g/L을 초과하는 경우 돌기의 크기는 증가하지만, 비용이 증가하여 진다. 이와 같이 점으로부터 환원제의 농도는 0.01~50g/L 정도로 사용하는 것이 바람직하고, 0.1g~20g/L이 보다 바람직하다.
상기의 전이금속염 환원제로는 전이금속염 용액을 환원시킬 수 있는 환원제이면, 특별 한정되지 않지만, 예를들면 에리소르빈산(erythorbic acid)계 화합물, 하이드라진(hydrazine)계 화합물, 하이드로퀴논(hydroquinone)계 화합물, 붕소화(boron) 화합물 및 인산(phosphoric acid) 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물 또는 이들의 염을 사용한다.
이와 같은 환원제를 이용하는 것에 의해, 적당한 석출속도를 가지고, 안정성이 우수한 전이금속 돌기가 얻어진다.
에리소르빈산(erythorbic acid)계 화합물로는 아스콜빈산(L-ascobic acid)염류를 들 수 있으며, 하이드라진(hydrazine)계 화합물로는 P-하이드라진 벤조설폰산(benzenesulfonic acid), 황산 하이드라진 등의 유도체를 들 수 있으며, 하이드로퀴논(hydroquinone)계 화합물로는 메틸 하이드로퀴논(methyl hydroquinone), 클로로 하이드로퀴논(chloro hydroquinone), 메톡시 하이드로퀴논(methoxy hydroquinone)을 들 수 있으며, 붕소화(boron) 화합물로는 소듐 보로하이드라이드(sodium borohydride), 디메틸 아미노 브로마이드(dimetyl amino bromide)를 들 수 있으며, 인산(phosphoric acid) 화합물로는 소듐 하이퍼포스파이트(sodim hyperphosphite), 피로포스파이트(pyrophosphite) 등을 들 수 있다.
본 발명에서의 상기한 환원제 및 환원제의 유도체는 일종 또는 2종 이상 혼합하여 사용 할 수 있다. 본 발명의 도금액에 있어서, 환원제의 농도는 특별히 한 정되는 것은 아니지만, 환원제의 농도가 너무 낮다면, 전이금속의 석출이 곤란해지고, 너무 많은 경우 비용이 증가하여 진다. 이와 같이 점으로부터 환원제의 농도는 전체 도금액의 양에 대한 환원제의 양이 0.01~50g/L 정도로 하는 것이 바람직하고, 0.1g~20g/L이 보다 바람직하다.
전이 금속에 의한 돌기의 형성 시 온도에 관해서는 통상 40℃ 이상이 바람직하나, 너무 높으면 도금액의 분해가 발생하기 쉬워지고, 또한 물의 증발이 너무 심하기 때문에 도금액 중에 포함되는 성분의 농도의 유지가 곤란해진다. 이 때문에 도금액의 온도는 20~80℃가 바람직하다. 다음으로 환원제를 첨가하면서 전에 pH를 3~14로 유지한다. pH가 3미만인 경우, 상기의 1차의 피막 층에서 용출이 되어 금속층이 파괴되어 도금 층이 불균일하게 되고, 수지분체 표면에 돌기가 형성되지 않고 전이금속과 합금(alloy)을 형성하여 돌기의 형태가 불균일한 도금층이 형성되므로 전기 접속저항이 증가하는 원인이 된다. 반면, pH가 14를 초과하는 경우, pH조정제의 사용량이 증가하는 만큼의 효과를 달성할 수 없으므로 바람직하지 못하다. 따라서 상기 염기성 조건은 pH를 3~14로 조정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 pH를 5~12 로 조정한다. 상기 염기성 조건의 pH 조정제로는 무기염을 사용하며, 예를 들면, 수산화나트륨, 염화암모늄 등을 이용 할 수 있고, 그 농도는 도금액 1L 당 10~200g/L의 범위가 바람직하다.
한편, 상기 입자 표면에 전이금속 돌기와 1차 무전해 도금 피막층 상에 2차 무전해 니켈 도금층을 형성하는 단계에서, 그 도금 분체를 기재로 이용하여 도금 피막 상층에 2층 이상의 금속층을 더욱 형성시킬 수 있다. 예를 들어 Ni 피막 상층 에 Au을 복층을 형성이 쉽고 도금 피막층과 공고한 결합성을 확보 할 수 있다. 또 Ni-Au 복층 피막으로 형성시키면 단독 피막보다 도전성능을 한층 더 향상 시킬 수 있는 장점이 있다. 단식 층 피막에서 피막층 두께는 10 ~ 200㎚, 복층 피막에서는 10 ~ 300㎚의 범위이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 본 발명에 따라 제조된 도전분체는 도전성이 우수하고 도금층이 균일하게 밀착되어 보다 미세한 배선에 대응할 수 있고 접속 시의 전기 용량에 문제가 없는 고품위의 도전성 무전해 도금분체이다.
이하, 본 발명에 따른 우수한 도전성 및 밀착성을 가지는 도전 분체를 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
< 수지분체의 전처리 공정 >
평균입경이 3.6마이크로미터(㎛), Cv가 5%이며, 종횡비가 1.06이고, 메타아크릴산(methacrylic acid)과 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(triethylene glycol dimethacrylate)이 20 : 80 중량비로 가교된 중량평균분자량 30,000인 아크릴계 분체를 이용하였다. 상기 분체 30g을 CrO3 10g에 황산 200g와 초순수 1000g으로 제조된 혼합용액 100g에 분산시키고 초음파 세척기를 이용하여 30분간 처리하였다.
상기 초음파 처리 후 60℃에서 10분간 침적시킨 후 탈이온수를 이용하여 수세하였다. 수세 후 SnCl2 수용액(1.0g/ℓ)에 3분간 침적하였다. 침적 후 냉 탈이온수를 이용하여 수세하였다. PdCl2 수용액(0.1g/ℓ)에 3분간 침적 후 냉 탈이온수를 이용하여 여러 번 수세하여 슬러리(slurry)를 얻었다.
< 1차 무전해 니켈도금 형성 >
0.5M의 아인산 염(NaH2PO2)수용액을 분산액 1L로 제조하고 60℃의 온도로 가온한 후 교반하면서 상기 슬러리 30g을 투입하였다. 상기 용액에 황산니켈용액 (1M ) 50㎖와 환원제인 차아인산염(2M, NaH2PO4)를 미량 정량 펌프를 이용하여 3㎖/min의 속도로 10분간 천천히 가해주었다.
황산니켈과 환원제의 투입이 완료된 후 수소의 발포가 정지할 때 까지 빠른 속도로 교반을 하고, 온도 60℃와 pH 6.0을 일정하게 유지시키면서 무전해 니켈도금을 수행하였다. 니켈 도금 층의 두께는 대략 15㎚였고, 계속해서 교반하면서 다음 단계인 전이금속 돌기 제조 단계를 실시하였다.
[실시예 1]
< 전이 금속 돌기의 제조>
상기의 1차 니켈도금이 분산된 액에 전이 금속염으로 0.5g의 PdCl2를 사용하여 500g 초순수에 녹이고, 환원제로는 하이드라진 10g을 500g의 초순수에 희석하여 pH를 6.0으로 유지시키면서 각각의 용액 200g을 동시에 투입하여 1차 무전해 니켈도금 층에 Pd돌기를 형성 시켰다. 이때의 Pd돌기의 크기는 평균 10nm 였다.
<2차 무전해 니켈도금 형성>
상기 반응에서 얻어진 Pd돌기가 형성된 1차 무전해 니켈도금층 상에 무전해 도금액(유니온스페셜티(주), Union 440)을 이용하여 다시 도금을 형성하였다.
무전해 도금액을 A액(1M, 황산니켈)과 B수용액(환원제, 차아인산염(2M, NaH2PO4)으로 나누어 미량 정량 펌프를 이용하여 3㎖/min의 속도로 천천히 가해주면서 80분간 투입하고, 황산니켈과 환원제의 투입이 완료된 후 수소의 발포가 정지할 때 까지 온도를 유지하면서 교반 계속하여 주어 2차 무전해 니켈도금층을 형성하였다. 얻어진 니켈도금 분체를 여러 번 수세하고, 알코올로 치환한 뒤 80℃에서 진공건조를 행하여 니켈도금 분체를 얻었다. 제조된 니켈 도금층의 두께는 대략 120㎚였다.
그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 도 2은 실시예 1로부터 제조된 도금 분체의 주사현미경(SEM)을 이용하여 제조된 도금 분체의 도금 표면을 6,000배로 확대하여 돌기분포의 균일성을 확인하였고, 도 3에 20,000배로 확대하여 금속입자의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기 및 수를 조사하였다. Pd를 불균일하게 흡착시켜 제조된 니켈볼의 표면사진을 살펴보면 돌기의 크기는 280 ~ 400nm였고 큰 것은600nm정도의 크기를 가지고 있다. 돌기가 없는 부분은 표면이 매우 균일하게 도금 됨을 확인하였다. 표1에 얻어진 돌기의 크기 및 수, 전기저항과 밀착성을 측정하여 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1의 전처리 공정 및 1차와 2차 무전해 니켈도금 공정을 동일하게 실시하되, 전이금속염으로 H2PtCl6 을 1g사용하여 500g의 초순수에 녹이고, 환원제로는 실시예 1의 환원용액을 사용하여 1차 무전해 니켈도금층에 Pt돌기를 형성 시켜 돌기형 도전볼을 제조하였다. 그 결과는 도 4 및 도 5에 나타내었다. 또한, 주사현미경을 이용하여 20K로 확대하여 금속입자의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기, 수, 전기저항과 밀착성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
시안화금칼륨 10.0g, 에틸렌디아민테트라아세틱산 150g 및 암모늄시트레이트 70g을 3L의 탈 이온수에 완전히 용해하여 치환금도금액을 제조하였다. 이때의 pH는 5.2였다. 제조된 도금액을 60℃로 승온하여 상기의 니켈도금에서 얻어진 니켈 도금 분체 20g을 넣고 교반하여 분산시키면서 10분간 반응하여 금 두께가 대략 0.08㎛가 되도록 하고, 10M 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 정량 펌프로 적하하여 pH를 13.0이 되도록 조절하면서 환원제인 하이드라진2수화물(98%) 10g을 미량 정량 펌프를 이용하여 1g/min의 속도로 가하면서 10분간 투입하여 주었다. 이 후 35분간 반응하였 고, 금도금 시간에 따라서 니켈 및 금 함량의 변화를 도 1에 나타내었다.
얻어진 도금 분체를 1L 탈 이온수를 이용하여 5회 수세한 뒤 잔존하는 수분을 완전히 제거하기 위하여 알코올로 치환 한 뒤 80℃에서 진공건조를 행하여 금도금 분체를 얻었다.
제조된 금 도금 분체의 단면을 FIB(Forced Ion beam)을 이용하여 절단하고, 주사현미경(SEM)을 이용하여 측정한 결과 금도금 층의 두께는 대략 20㎚였다.
제조된 도금분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 6000배 확대한 사진 및 18,000배 확대한 사진을 도 6 및 도 7에 나타내었다. 얻어진 금속이 코팅된 도금 분체의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기, 수, 전기저항과 밀착성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
실시예 2에서 얻어진 돌기형 니켈 도금분체를 이용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 금도금을 실시하였다.
제조된 도금분체를 도 8 및 9에 나타내었으며, 얻어진 금속이 코팅된 도금 분체의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기, 수, 전기저항과 밀착성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1과 같이 동일하게 실시하되 전이금속 돌기 제조공정이 없이 수지 분 체표면에 니켈도금을 실시하고 얻어진 니켈도금 분체에 실시예 3과 같이 치환금 도금을 실시하였다.
그 결과 도 10에 나타낸 바와 같이 비교예 1에서는 돌기가 관찰되지 않았다. 얻어진 금속이 코팅된 도금 분체의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기, 수, 전기저항과 밀착성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
실시예 1과 같이 동일시 실시하되, 전처리 공정을 통하여 활성화된 수지분체 에 Pd 돌기를 형성을 먼저 실시하고, 1, 2차 니켈도금 도금공정을 실시하였다.
그 결과 도11 및 12에 나타낸 바와 같이 비교예 2에서는 미세돌기와 돌기의 수가 증가하며, 돌기를 제외한 부분에서 매우 불균일하게 되어 도금층이 형성되어 매우 다공성(porous)이고, 도금 되지 않은 입자 들이 상당 수 존재하였다.
[비교예 3]
비교예 2에서 얻어진 미세돌기형 니켈 도금분체를 사용하여 실시예 3과 같이 실시하였다.
그 결과 도 13 및 14에 나타낸 바와 같이 치환금 도금 후에는 표면의 돌기의 수가 많이 감소하였으나, 도금층의 밀착성이 나쁜 결과를 나타내었다.
이하는 표 1의 물성은 다음의 측정방법에 의해 측정하였다.
1) 도금의 균일성
제조된 도금 분체의 표면을 주사현미경(SEM)을 이용하여 도금 표면을 6000배로 확대하여 분체의 도금 균일성 및 돌기의 균일성을 확인하였다.
2) 접속저항의 측정
에폭시 바인더(epoxy binder)중에 도전성 미립자가 25만개/㎟가 되도록 배합하고, 200× 200㎛의 접합 배선 패턴(pattern)을 가지는 플렉시블프린터(flexible print)회로판 간에 끼우고, 190℃에서 60N의 압착압력으로 20초간 유지 하여 본딩(bonding)을 수행한 후 전기 저항치를 측정하였다.
3) 돌기의 크기 및 수
주사현미경(SEM)을 이용하여 제조된 도금 분체의 도금 표면을 20,000배로 확대하여 금속입자의 1/2 표면에 존재하는 돌기의 크기 및 수를 조사하였다.
4) 밀착성 측정
얻어진 도금분체 1.0g과 직경 5㎜의 산화지르코늄 비드(zirconia beads) 10g을 100㎖의 유리병에 넣고, 톨루엔(toluene) 10㎖를 더하고, 교반기를 이용하여 10분간 400rpm으로 교반하였다. 교반을 종료 후, 산화지르코늄 비드(zirconia beads)를 분리하고, 광학현미경을 이용하여, 도금 피막의 상태를 평가하여 그 상태를 다음과 같이 표시하였다.
○ : 도금 피막의 벗겨짐이 관찰되지 않았다.
△ : 도금 피막의 벗겨짐이 일부 관찰 되었다.
× : 도금 피막의 벗겨짐이 관찰 되었다.
[표 1]
Figure 112007030518783-pat00001
표 1 및 도 2 내지 14에 나타낸 결과로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법을 사용하면 종래기술을 사용한 경우보다 돌기의 크기가 크고 균일하며, 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 전기 저항이 우수하며, 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 돌기형 도전분체는 돌기의 크기가 크고 균일하며, 돌기가 없는 부분은 매끄러운 도금이 형성되어 이방성 도전필름 등에 의하여 전극에 열압착한 때에, 수지 배제성이 우수하고, 또한 전극과의 접속신뢰성이 우수하며, 치밀한 도금층과 수지 분체와의 밀착성 및 균일성이 우수한 도전성 분체를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 미세한 배선에 대응할 수 있고 접속 시의 전기 용량에 문제가 없는 고품위의 도전성 무전해 도금분체를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 돌기형 도전분체의 제조방법에 있어서,
    수지분체를 이용한 심재 표면에 무전해 도금방법에 의해 제1차 무전해 금속 도금 층을 형성시킨 후, 상기 제1차 무전해 금속 도금 층이 형성된 수지분체에 전이금속염 및 환원제를 동시에 투입하여 전이금속 돌기가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전이금속 돌기는 제1차 무전해 금속 도금 층에 사용한 금속과 상이한 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전이금속 돌기의 상부와 돌기가 형성되지 않은 제1차 무전해 금속 도금 층의 상부에 제2차 무전해 금속 도금 층을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2차 무전해 금속 도금 층의 상부에 금 도금 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 금 도금 층을 형성하는 단계는 상기 제2차 무전해 금속 도금 층이 형성된 도전성 분체를 치환금도금액에 분산시켜 치환 금도금 시킨 후, 상기 치환금도금액을 염기성 조건으로 조정한 후 환원제를 첨가하여 치환 금도금 층 상에 환원 금도금 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 염기성 조건은 pH가 10 ~ 14인 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 심재는 입경이 0.5 ~ 1000㎛이고, 종횡비가 2미만이며, 하기 수학식 1로 정의되는 입경의 변동계수(Cv) 값이 30% 이하인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
    [수학식 1]
    Cv(%) = (σ/Dn)× 100
    (상기 식에서, σ는 입경의 표준편차이고 Dn은 수평균 입경이다.)
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 심재는 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리이소부틸렌, 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 터폴리머, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 폴리아세탈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에폭시수지, 벤조구아나민, 요소, 티오요소, 멜라민, 아세토구아나민, 디시안 아미드, 아닐린, 포름알데히드, 팔라듐포름알데히드, 아세트알데히드, 폴리우레탄 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 수지 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 돌기형 도금분체의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1차 무전해 금속 도금 층 및 제2차 무전해 금속 도금 층은 Au, Ag, Co, Cu, Ni, Pd, Pt 및 Sn에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1차 무전해 금속 도금 층 및 제2차 무전해 금속 도금 층은 상기 금속 중 2종 이상의 금속을 두층 이상으로 복층 도금하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 돌기를 제조하기 위한 전이 금속은 Pd, Cu, Ru, Pt, Ag 및 Co에서 선택되는 어느 하나 이상 또는 이들의 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 돌기는 도금분체 1 입자의 1/2 표면에 평균입경이 0.3 ~ 1.0 ㎛인 구형의 돌기가 5개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 환원제는 에리소르빈산(erythorbic acid)계 화합물, 하이드라진(hydrazine)계 화합물, 하이드로퀴논계(hydroquinone) 화합물, 붕소화(boron) 화합물 및 인산(phosphoric acid) 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물 또는 이들의 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
  14. 제 5항에 있어서,
    상기 환원제는 에리소르빈산(erythorbic acid)계 화합물, 하이드라진(hydrazine)계 화합물, 하이드로퀴논계(hydroquinone) 화합물, 붕소화(boron) 화합물 및 인산(phosphoric acid) 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물 또는 이들의 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 돌기형 도금분체의 제조방법.
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