KR100888015B1

KR100888015B1 - 은-니켈 합금 전기 도금액 및 그 도금액에 의해 도금된 은-니켈 합금

Info

Publication number: KR100888015B1
Application number: KR1020080094748A
Authority: KR
Inventors: 박세용; 정창술
Original assignee: 주식회사 네오스코
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-03-09

Abstract

본 발명에 따른 은-니켈 합금의 전기 도금액은, 시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ 및 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 도금액에 의해 베이스 부재에 전기 화학적으로 도금된 은-니켈 합금은 전기 전도성이 우수하고, 내마모성이 우수한 효과를 제공한다.

Description

은-니켈 합금 전기 도금액 및 그 도금액에 의해 도금된 은-니켈 합금{Electroplating solution for Ag-Ni alloy and Ag-Ni alloy plated by the same}

본 발명은 휴대폰 등에 사용되는 코인형 진동모터의 회전자에 적용되는 정류자의 표면에 도금되는 은-니켈 합금의 전기 도금액 및 그 도금액에 의해 도금된 은-니켈 합금에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰이나 호출기 등에 내장되어 진동 착신기능을 제공하는 진동 모터에는 바(bar)형과 코인(coin)형이 있으며, 도 1에는 직경이 두께보다 상대적으로 큰 외형을 갖는 코인형 진동모터를 도시하였다.

도 1을 참조하면, 코인형 진동모터(1)는 고정부재인 고정자(3)와, 회전부재인 회전자(4), 및 상기 고정자(3)와 회전자(4)를 전기적으로 연결하는 브러시(5)로 이루어진다.

상기 회전자(4)에는 정류자(6)가 설치되어 있으며 그 정류자(6)는 다수개의 정류자편(7)이 미세한 간격으로 이격되어 전체적으로 원형을 이루는 형상으로 배열되어 있다.

상기 정류자편(7)들은 상기 브러시(5)와 슬라이딩 접촉되면서 회전하게 된다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 정류자편(7)들은 전기적으로 부도체인 수지층(8) 위에 전기적으로 전도성을 가지는 도체의 도금층을 형성한 다음 그 도금층을 정류자편(7) 형상만을 남겨두고 나머지 부분을 에칭 등의 방법으로 제거함으로써 형성되도록 되어 있다.

상기 정류자편(7)은 수지층(8)위에 마련된 구리층(9a)에 접하도록 니켈층(9b)이 도금되고 그 니켈층(9b) 위에 금(9c)이 도금되어 있는 구조이다.

그런데 이러한 구조로 이루어진 정류자편(7)들을 포함하는 코인형 진동모터(1)는 인쇄회로기판 형태로 이루어진 상기 회전자(4) 하부면에 영구자석(3a)이 포함된 고정자(3)가 위치하고 그 인쇄회로기판에 마련된 정류자(6) 표면에는 그 정류자(6)에 전류를 공급하는 브러시(5)가 접촉되어 설치되어 있다. 상기 코인형 진동모터(1)는 그 브러시(5)를 통하여 구획된 정류자편(7)들에 각각 +와 - 전류가 공급되면 상기 회전자(4)가 회전하여 진동을 발생시킨다.

일반적으로 코인형 진동모터의 정류자의 표면은 브러시와의 기계적 접촉에 의한 마찰이 발생하고 전기적인 접점이 된다. 따라서 상기 정류자의 표면은 전기 전도성이 우수하고 내마모성이 우수하여야 한다.

일반적으로 코인형 진동모터의 정류자는 인쇄회로기판에 형성되는 형태로 제조한다. 종래의 코인형 진동모터의 정류자는 수지층에 구리층이 적층되고 그 구리층에 금 합금이 도금되거나, 상기 구리층에 니켈층이 도금된 후에 금 합금층이 도 금되는 형태로 제조되었다.

그런데, 최근에 금 원자재 가격의 상승과 고 내마모성을 요구하는 코인형 진동모터의 경향에 따라 금보다 전기 전도성 및 내마모성이 우수하며, 가격이 금에 비하여 현저하게 저렴한 은 합금을 정류자의 표면에 도금하고자 하는 요구가 있다.

그런데, 은 합금을 정류자 표면에 도금하는 경우에는 순수한 은 만으로는 충분한 내마모성을 확보할 수 없다. 따라서 은과 타 금속과의 합금을 사용하여 정류자의 표면을 도금하는 것이 바람직하다.

이에 대한 요구를 만족시키기 위해 은과 니켈의 합금의 적용여부에 대한 검토가 있었으나, 은과 니켈은 전기화학적으로 표준전극전위의 차이가 커서 전기 도금을 하는 것이 어려운 문제점이 있었다.

한편, 종래에 알려진 은-니켈 합금의 제조방법으로는 대한민국 공개특허 제2000-7638호에 공개된 것으로서, 은과 니켈을 질산용액에 용해한 후에 알칼리 탄산염(AgNiCO₃)을 은-니켈 질산용액에 떨어뜨려 은-니켈 탄산염 분말을 고온의 환원성 분위기에서 열처리하여 은과 니켈이 균일하게 분포되어 있는 은-니켈 합금 분말을 얻는 분말야금법이 알려져 있다.

또 다른 은-니켈 합금의 제조방법은 대한민국 공개특허 제2007-36984호에 개시된 것으로서, 은 또는 은 합금에 니켈을 혼합하여 용해 및 교반하여 금형에 주입함으로써 빌렛과 같은 형태의 은-니켈 합금을 주조하는 방법이 있다.

그러나, 분말 야금법이나 주조 합금법으로 은-니켈 합금 제조시, 조직을 미 세화하고 균질화 시키기 위해서는 분말의 입자를 미세하게 하고 균일하게 혼합해야 할 뿐만 아니라 공정이 복잡하므로 대량생산에 문제가 있다. 또한, 은-니켈 합금이 벌크(bulk) 형태로 제조되므로 코인형 진동모터의 정류자 표면에 도금하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.

따라서, 전기 도금에 의해 정류자 표면에 도금될 수 있는 은-니켈 합금을 제조할 필요성이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 구리 또는 구리 합금으로 된 베이스 부재에 전기 도금 방법에 의해 직접 은-니켈 합금 도금층을 형성하기 위한 전기 도금액 및 그 도금액에 의해 도금된 은-니켈 합금을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 은-니켈 합금의 전기 도금액은, 시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ 및 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ을 포함하는 점에 특징이 있다.

상기 도금액은 광택제 3㎖/ℓ 내지 6㎖/ℓ및 수용매를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 도금액의 수소이온농도(pH)는 10 내지 11인 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 은-니켈 합금은, 시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ 및 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ을 포함하는 전기 도금액에 의해 베이스 부재에 전기화학적으로 도금된 점에 특징이 있다.

상기 은-니켈 합금은 은 80wt% 내지 96wt% 및 니켈 1 wt% 내지 7wt%를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

상기 은-니켈 합금의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 은-니켈 합금의 전기 도금액 및 그 도금액에 의해 도금된 은-니켈 합금은 전기 전도성 및 내마모성이 우수한 은-니켈 합금을 제공하는 효과가 있다. 이와 같은 은-니켈 합금은 종래의 금 합금에 비하여 경제적으로도 현저하게 저렴한 제조원가에 의해 코인형 진동모터의 정류자를 제조하는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 은-니켈 합금의 도금된 단면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다. 도 5는 도 4에 도시된 은-니켈 합금의 표면의 주사전자현미경 사진이다. 도 6 및 도 7은 도 4에 도시된 은-니켈 합금의 성분을 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 이용하여 분석한 결과를 보여주기 위한 표와 그래프이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면 본 실시예에 따른 은-니켈 합금의 전기 도금액은 시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ과, 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ과, 광택제 3㎖/ℓ 내지 6㎖/ℓ및 수용매를 포함하고 있다. 상기 시안화 은(AgCN)은 은의 공급원으로서 사용된 것이다. 상기 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂)은 니켈의 공급원으로서 사용된 것이다. 상기 시안화 은과 상기 청화니켈 칼륨의 함량은 은-니켈 합금(20)을 전기화학적 도금 방법에 의해 전극으로 사용된 베이스 부재(10)에 안정 적으로 도금하기 위해 한정된 것이다. 상기 시안화 은과 상기 청화니켈칼륨의 함량이 위에서 한정한 범위를 벗어나는 경우에는 상기 베이스 부재(10)에 전기 도금에 의해 안정적인 은-니켈 합금(20)의 생성이 어려운 문제점이 있다. 일반적으로 은과 니켈은 표준전극전위차가 너무 커서 도금에 의한 합금이 잘 되지 않는다. 그러나 니켈의 함량을 아주 적게 첨가할 경우에는 전기화학적으로 은과 니켈의 합금 도금이 가능하다. 본 출원인의 연구에 의하면 니켈의 함량이 1wt% 내지 7wt%이고, 은의 함량이 80wt% 내지 96wt%인 경우에 코인형 진동모터의 정류자 표면에 적용하기 위한 은-니켈 합금(20)의 도금이 가능한 것으로 밝혀졌다. 상기 니켈의 함량이 1% 미만인 경우에는 전기 화학적으로 도금은 잘 수행되는 은의 함량이 지나치게 높아서 기계적으로 충분한 내마모성을 확보할 수 없는 문제점이 있다. 한편, 상기 니켈의 함량이 7%를 초과하는 경우에는 은과 니켈의 표준전극전위차가 큰 현상이 두드러지게 나타나므로 도금 자체가 어려운 문제점이 있다. 즉, 니켈의 이온화 경향이 은의 이온화 경향보다 현저하게 크므로 니켈이 도금액으로 유출될 뿐 전극에 석출되지 않는 문제점이 발생하게 된다. 위에서 한정한 은의 함량은 니켈의 함량에 따라 모재(matrix)로서 한정된 것이며, 기타 후술하는 광택제에 포함된 유기물의 구성 성분인 탄소(C) 또는 산소(O) 성분이 불순물로서 미량 함유될 수 있다.

상기 광택제는 공지된 물질로서 유기물을 포함하고 있다. 상기 광택제에 포함된 유기물은 도금공정에서 전극으로 사용되는 베이스 부재(10)의 표면의 전류밀도를 조절함으로써 그 베이스 부재(10)의 표면의 미세 요철구조에도 불구하고 평탄한 은-니켈 합금층(20)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 더 구체적으로는 상기 광 택제에 포함된 유기물이 상기 베이스 부재(10)의 표면에 형성된 미세 요철구조 중 상대적으로 돌출된 부위에 흡착이 잘 되며, 상기 유기물은 금속인 상기 베이스 부재(10)에 비하여 전기 전도성이 낮으므로 상기 베이스 부재(10)의 돌출된 부위에 부착된 유기물은 상기 도금액과 전극인 베이스 부재(10) 사이를 흐르는 전류밀도를 낮추는 역할을 한다. 한편, 상기 베이스 부재(10) 표면의 미세구조에서 오목한 부위에는 상기 유기물이 상대적으로 흡착이 잘 되지 않으므로 볼록한 부위에 비하여 상대적으로 전류밀도가 크다. 따라서 전류밀도가 큰 오목한 부위에는 은-니켈 합금(20)이 상대적으로 많이 석출되고, 전류밀도가 작은 볼록한 부위에는 은-니켈 합금(20)이 상대적으로 적게 석출된다. 그 결과 상기 베이스 부재(10)의 표면은 평탄도가 양호하게 되는 것이다. 이와 같은 역할을 하는 상기 광택제는 공지된 물질로서 시장에서 용이하게 구입하여 적용할 수 있는 것이므로 상기 광택제의 성분에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다.

상기 수용매는 물이 사용된다. 상기 수용매는 일반적으로 탈 이온수로서 물에 포함된 여러 가지 불필요한 이온을 제거한 물이 사용된다.

이와 같이 상기 도금액은 상기 시안화 은(AgCN) 30g 내지 60g, 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g 내지 6g, 광택제 3㎖ 내지 6㎖ 및 수용매를 포함하여 전체 부피가 1ℓ가 되도록 제조하면 된다.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 도금액은 수소이온농도(pH)가 10 내지 11로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 수소이온농도(pH)가 10 미만인 경우에는 은-니 켈 합금(20)의 경도가 낮아지는 문제점이 있다. 한편, 상기 수소이온농도(pH)가 11을 초과하는 경우에는 은-니켈 합금(20)의 색상이 양호하지 못한 문제점이 있다.

이와 같이 제조된 상기 도금액에 상기 베이스 부재(10)를 전극으로 하여 전기 도금을 실시하는 경우에 상기 도금액의 온도는 25℃ 내지 30℃로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 도금액을 사용하여 도금을 실시하는 경우에 상기 베이스 부재(10)의 전류밀도는 0.4 A/d㎡ 내지 1.2 A/d㎡로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 베이스 부재(10)에 도금된 은-니켈 합금(20)의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 상기 베이스 부재(10)에 도금된 은-니켈 합금(20)의 두께가 0.5㎛ 미만인 경우에는 코인형 진동모터의 정류자로서 표면 내마모성이 양호하지 못한 문제점이 있다. 한편, 상기 베이스 부재(10)에 도금된 은-니켈 합금(20)의 두께가 0.5㎛를 초과하는 경우에는 은-니켈 합금층(20)의 색상이 양호하지 못하며, 경제적으로 제조 원가가 증가하는 단점이 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 은-니켈 합금(20)의 전기 도금액을 사용하여 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 코인형 진동모터의 인쇄회로기판에 형성된 정류자의 표면에 전기 도금에 의해 은-니켈 합금층(20)을 형성하고 그 은-니켈 합금층(20)의 기계적 성질과 정량분석을 실시한 결과를 서술하기로 한다.

베이스 부재(10)로서 구리 표면 위에 2분간 전기 도금을 실시함으로써 은-니켈 합금(20) 도금층을 형성하였으며, 도금액의 제조 조건은 다음과 같다.

즉, 시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ, 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ, 광택제 3㎖/ℓ 내지 6㎖/ℓ및 수용매를 포함한 도금액을 혼합하여 그 도금액의 온도를 25℃ 내지 30℃로 유지하면서 전기 도금을 실시하였다.

도 4는 이와 같이 도금된 베이스 부재(10)의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 측정결과 은-니켈 합금층(20)의 두께는 2.3㎛였다. 도 5는 도 4에 도시된 은-니켈 합금(20)의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 관찰배율은 2000배이다. 도 5에 도시된 은-니켈 합금 표면의 경도를 마이크로 비커스 경도계로 측정한 결과 110Hv 내지 125Hv의 값을 가짐으로써 종래의 은 도금층(70Hv~90Hv)에 비하여 경도가 향상되었음을 알 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 내마모성이 향상되었다는 것을 도출할 수 있다. 또한, 은의 함량이 80wt%이상 함유됨으로써 코인형 진동모터의 전극 접촉부위로서의 전기 전도도는 양호한 것으로 밝혀졌다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 은-니켈 합금층(20)을 공지된 정량분석법인 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 분석결과 은(Ag)이 88.46wt%, 니켈(Ni)이 4.92wt% 함유된 은-니켈 합금(20)이며, 불순물로서 탄소(C)가 5.45wt%, 산소(O)가 0.17wt% 함유된 것으로 밝혀졌다.

본 실시예에서 있어서, 광택제 3㎖/ℓ 내지 6㎖/ℓ및 수용매를 더 포함하는 것으로 서술하였으나, 상기 광택제는 전극으로 사용되는 베이스 부재(10)의 표면의 평탄도가 양호한 경우라면 포함되지 않을 수 있으며, 상기 수용매는 탈 이온수가 아닌 일반적인 지하수나 수돗물을 사용하는 경우에 도금 효과가 다소 떨어지지만 상기 시안화 은과 청화니켈칼륨의 함량이 유지되고 도금액의 전기 전도도가 확보된 경우라면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 도금액의 수소이온농도(pH)는 10 내지 11인 것으로 서술하였으나 상기 도금액의 수소이온농도(pH)가 위 범위를 벗어나더라도 효과는 다소 떨어지나 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 은-니켈 합금은 은 80wt% 내지 96wt% 및 니켈 1 wt% 내지 7wt%를 포함하고 있는 것으로 한정하였으나, 은-니켈 합금의 전기 도금이 안정적으로 될 수 있는 경우라면 위 범위를 벗어나더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 은-니켈 합금의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛인 것으로 서술하였으나, 예컨대 은-니켈 합금층의 색상이 양호할 필요가 없는 경우 등과 같이 경우에 따라 상기 은-니켈 합금의 두께가 위 범위를 벗어나더라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 코인형 진동모터의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 코인형 진동모터의 정류자 구조체를 보여주는 개략적 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 은-니켈 합금의 도금된 단면을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.

도 5는 도 4에 도시된 은-니켈 합금의 표면의 주사전자현미경 사진이다.

도 6 및 도 7은 도 4에 도시된 은-니켈 합금의 성분을 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 이용하여 분석한 결과를 보여주기 위한 표와 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...베이스 부재 20...은-니켈 합금(층)

Claims

시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ 및 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ을 포함하는 것을 특징으로 하는 은-니켈 합금 전기 도금액.
제1항에 있어서,

광택제 3㎖/ℓ 내지 6㎖/ℓ및 수용매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 은-니켈 합금 전기 도금액.
제2항에 있어서,

상기 도금액의 수소이온농도(pH)는 10 내지 11인 것을 특징으로 하는 은-니켈 합금 전기 도금액.
시안화 은(AgCN) 30g/ℓ 내지 60g/ℓ 및 청화니켈칼륨(KNi(CN)₂) 1g/ℓ 내지 6g/ℓ을 포함하는 전기 도금액에 의해 베이스 부재에 전기화학적으로 도금된 은-니켈 합금.
제4항에 있어서,

상기 은-니켈 합금은 은 80wt% 내지 96wt% 및 니켈 1 wt% 내지 7wt%를 포함 하고 있는 것을 특징으로 하는 은-니켈 합금.
제4항에 있어서,

상기 은-니켈 합금의 두께는 0.5㎛ 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 은-니켈 합금.