KR100904251B1 - 폴리머 표면에 귀금속촉매의 선택적 흡착방법 - Google Patents

폴리머 표면에 귀금속촉매의 선택적 흡착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 1) 감광성 금속 이온이 흡착된 폴리머 표면에 포토마스크(photomask)로 마스킹(masking)한 후 광원을 조사하여 마스킹(masking)되지 않은 표면의 감광성 금속 이온을 산화시키는 단계 및 2) 상기 1)단계에서 산화되지 않은 감광성 금속 이온을 귀금속 촉매와 반응시켜 귀금속 촉매를 폴리머 표면에 흡착하는 단계를 포함하는 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법에 관한 것이다.
폴리머 금속화, 귀금속 촉매, 무전해도금, 광화학반응

Description

폴리머 표면에 귀금속촉매의 선택적 흡착방법{Selective adsorption method of novel precious metal catalyst on polymer surface}
본 발명은 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법에 관한 것으로, 상기 폴리머를 이용하여 일정 형태의 금속층이 형성된 폴리머 필름를 제조할 수 있다.
현재 연성회로기판, Package용 유전체로 사용되는 폴리이미드, PET 등 폴리머 소재상에 금속 회로 패턴을 형성하는 기술로서는, 얇은 구리필름(copper foil)이 적층 혹은 증착된 폴리머의 표면에 포토레지스터 공정을 이용하여 일정한 형태의 회로패턴을 형성하고 구리를 식각(etching) 처리하여 금속회로 패턴을 제조하는 방법이 일반적으로 널리 사용되고 있다.
이러한 전통적 금속회로패턴 형성 기술은 복잡하고 긴 단위공정으로 구성되어 있을 뿐만 아니라, 고가의 설비투자와 부식성 에칭 용액 등의 발생으로 환경오 염 문제도 내재하고 있다. 또한, 동시에 미세회로 패턴을 구현하는데 있어 값비싼 재료와 함께 고가의 정밀한 설비의 추가적 투자 등이 필요하거나 혹은 매우 어려운 것으로 알려져 있다.
한편, 폴리머 소재상의 금속층 형성은 플라즈마 이온에 의한 폴리머소재의 표면개질(Surface modification) 처리 후 스퍼터링 혹은 금속증착 등 건식표면처리기술을 이용하여 전도성 금속 접합 층을 폴리머 표면에 형성시키고, 제품조건에 따라 전기도금기술 이용하여 금속피막층을 형성하거나 구리필름을 폴리머 표면에 직접 결합시키는 라미네이트(Laminate)법과 캐스팅(Casting)법을 사용하고 있다.
최근에는 습식표면처리에 의한 폴리머 필름소재의 금속화공정이 개발되고 있으나, 이 또한 폴리머 소재상에 금속층을 형성한 후 포토레지스터 공정을 이용 구리 식각하여 금속회로를 형성하고 있다. 이러한 방법은 상대적으로 균일한 금속층 형성이 쉽지 않고 고가의 제조 비용이 요구되는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 습식표면처리 공정 중 귀금속 촉매를 폴리머 필름 소재에 흡착하는 방법을 이용하는 경우 상기 문제점을 해결할 수 있음을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 방법에 의하여 귀금속 촉매가 선택적으로 흡착된 폴리머를 습식도금 공정에 의하여 일정 형태의 금속층이 형성된 폴리머 필름을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서, 본 발명은 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 1) 감광성 금속 이온이 흡착된 폴리머 표면에 포토마스크(photomask)로 마스킹(masking)한 후 광원을 조사하여 마스킹(masking)되지 않은 표면의 감광성 금속 이온을 산화시키는 단계 및 2) 상기 1)단계에서 산화되지 않은 감광성 금속 이온을 귀금속 촉매와 반응시켜 귀금속 촉매를 폴리머 표면에 흡착하는 단계를 포함하는 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 사용되는 폴리머는 폴리이미드(polyimide), 폴리에스테르계 PET(Polyethylene Terephthalate Polyester) 및 아라마이드(aramid) 필름을 포함하며, 주로 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB)에 사용되는 중 간소재인 연성동적층기판(Flexible Copper Clad Laminat; FCCL) 및 전자회로패턴(electronic circuit pattern) 제작을 위하거나 전자파간섭(Electromagnetic Interference; EMI) 차폐용으로 사용되는 필름을 말한다. 본 발명에 사용되는 상기 폴리머는 감광성 금속 이온이 흡착되어 있는 폴리머인 것이 바람직하다.
상기 감광성 금속 이온은 광원에 의한 광화학 반응을 일으키는 금속 이온으로서, 구체적으로는 타이타늄(Ti), 몰리브덴(W), 텅스텐(W) 또는 주석(Sn) 이온 등을 말한다. 본 발명의 구체적 실시에서는 주석 이온이 흡착되어 있는 폴리머 표면을 사용하였다. 상기 감광성 금속 이온을 상기 폴리머 소재 표면에 흡착하는 방법은 당해 분야에서 알려진 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 본 발명자들이 출원한 대한민국 특허출원 제2007-0003316호에 기재된 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로, 폴리머 표면에 알칼리 금속 화합물 용액(예로, 알칼리금속 수산화물, 알칼리토금속 수산화물 등)을 침지 또는 분사하여 폴리머 표면을 친수화시키고, 폴리머 표면에 관능기(functional groups)를 부여함으로써 폴리머 표면을 개질화 시키고, 감광성 금속 이온이 용해된 용액을 상기 개질화된 폴리머 표면에 침지 또는 분사하는 방법에 의하여 폴리머 표면에 감광성 금속 이온을 흡착시킬 수 있다.
본 발명에 사용되는 귀금속 촉매는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au) 등의 귀금속염을 말한다.
본 발명의 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법의 일례를 도 1에 나타내었다. 이하, 도 1을 참고로 하여 본 발명을 단계별로 나누어 보다 상세히 설명한다.
첫 번째 단계는, 상기 감광성 금속 이온이 흡착된 폴리머 표면에 포토마스크(photomask)로 마스킹(masking)한 후, 광원을 조사하여 마스킹(masking)되지 않은 표면의 감광성 금속 이온을 산화시키는 단계이다.
구체적으로, 감광성 이온이 흡착된 폴리머 표면을 포토마스크(photomask)를 이용하여 특정부위, 즉 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 흡착시키고자 하는 부분에 포토마스크(photomask)로 마스킹(masking)하여 광원을 차단하고, 광원이 차단되지 않은 부분은 광원이 조사됨으로써 감광성 금속 이온이 산화되도록 한다. 상기 광원은 자외선이 바람직하다. 상기 광원의 파장은 200 내지 450nm, 바람직하게는 300 내지 420nm이다. 200nm의 파장 이하의 광원을 사용한 경우는 값비싼 광원장치 등으로 인한 제조원가 상승이라는 문제점이 있으며, 450nm의 파장 이상의 광원을 사용하는 경우 감광성 금속화합물의 산화반응, 즉 광화학적 반응시간이 매우 길거나 전혀 반응이 일어나지 않는 문제점이 있다. 또한, 상기 광원의 조사강도는 10 내지 30mW/cm2이다.
두 번째 단계는, 상기 단계에서 산화되지 않은 감광성 금속 이온을 귀금속 촉매와 반응시켜 귀금속 촉매를 폴리머 표면에 흡착하는 단계이다.
구체적으로, 귀금속 촉매가 포함된 용액을 상기 폴리머 표면과 접촉시켜 상기 첫 번째 단계에서 광원이 조사되지 않아 감광성 금속 이온이 산화되지 않은 상태로 흡착되어 있는 폴리머 표면의 감광성 금속 이온과 귀금속 촉매를 반응시켜 귀금속 촉매를 폴리머 표면에 흡착하는 단계이다. 상기 단계를 편의상 활성화 공정이라 할 수 있다. 상기 활성화 공정은 20 내지 50℃, 바람직하게는 20 내지 30℃에서, 20초 내지 5분, 바람직하게는 30초 내지 2분 동안 실시하여 귀금속 촉매가 충분히 흡착할 수 있도록 한다.
상기한 방법에 의하여 제조된 귀금속 촉매가 흡착되어 있는 폴리머를 이용하여 무전해 도금 공정 등의 습식표면처리로 폴리머의 표면에 금속 회로 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 상기 무전해 도금 공정 등의 습식표면처리기술은 당해 분야에서 공지된 방법에 의하여 실시할 수 있다. 이와 같이 제조된 금속 회로 패턴이 형성된 폴리머는 동 또는 니켈 등이 얇고 우수하게 밀착되어 있어 자동차, 전자, 통신 및 반도체 부품에 용이하게 사용할 수 있다.
상기한 방법에 의하여 제조된 귀금속 촉매가 흡착된 폴리머는 폴리머의 표면 에 금속회로패턴층을 간단하고 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 형태의 금속패턴층을 형성할 수 있으며, 동 또는 니켈 등의 회로층이 얇고 우수하게 밀착되어 있어서 미세한 회로기판 등이 요구되는 자동차, 전자, 통신 및 반도체에서 용이하게 사용할 수 있다. 또한, 상기한 방법에 의하여 제조할 경우 종래의 기술에 비하여 제조 비용이 낮아지고, 고도의 설비가 필요치 않은 장점이 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 이에 제한하고자 함이 아니다.
실시예 1
폴리이미드(Polyimide) 또는 PET를 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 감광성 금속 이온이 포함된 용액에 4 내지 8분 동안 침적한 후, 폴리머 표면에 감광성 금속 이온인 주석 이온(Sn2+)을 흡착시켰다. 주석 이온이 흡착된 폴리머 표면에 포토마스크를 올려놓고 365nm의 파장을 갖는 자외선을 조사하였다. 자외선이 조사된 부분의 주석 이온(Sn2 +)이 산화(Sn4 +)되는 광화학 반응이 일어났다. 상기 광화학 반응의 유무에 따른 주석 이온의 변화를 표면구조분석 장비인 XPS(Thermo Scientific사)를 통해 분석하였고, 이를 도 2에 나타내었다.
SnCl2 HCl
0.3~0.6mol/l 0.08mol/l
온도 : 18~25, 처리 : 4~8분
실시예 2 :
실시예 1에 따라 형성된 폴리머 표면에 표 2와 같은 귀금속 촉매 용액에 침적하였다. 이에 따라 Pd2 +가 Pdo로 환원되어 폴리이미드 표면에 흡착되었다. 이의 촉매 흡착 변화를 표면분석장비인 XPS(Thermo Scientific사)를 통해 분석한 후, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
PdCl2 HCl
0.03mol/l 0.02mol/l
온도 : 18~25, 처리시간 : 30초
도 1은 본 발명에 따른 감광성 금속 이온이 흡착된 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법의 일례를 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자외선(UV) 조사 후의 표면성분분석장비(XPS)를 통한 주석(Sn) 이온의 광화학 반응을 통한 화학적 구조의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 자외선(UV) 조사 후의 표면성분분석장비(XPS)를 통한 귀금속 촉매(예, Pd°)의 흡착 결과를 나타낸 것이다.

Claims (7)

1) 감광성 금속 이온이 흡착된 폴리머 표면에 포토마스크(photomask)로 마스킹(masking)한 후, 광원을 조사하여 마스킹(masking)되지 않은 표면의 감광성 금속 이온을 산화시키는 단계 및 2) 상기 1)단계에서 산화되지 않은 감광성 금속 이온을 귀금속 촉매와 반응시켜 귀금속 촉매를 폴리머 표면에 흡착하는 단계를 포함하는 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리이미드(polyimide), 폴리에스테르계 PET(Polyethylene Terephthalate Polyester) 및 아라마이드(aramid) 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 감광성 금속 이온은 타이타늄(Ti), 몰리브덴(W), 텅스텐(W) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 이온인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 광원이 자외선인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 자외선은 200 내지 450nm의 파장을 가진 광원인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 귀금속 촉매는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 금(Au)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 2) 단계는 20 내지 50℃에서 20초 내지 5분 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 것인 폴리머 표면에 귀금속 촉매를 선택적으로 흡착하는 방법.
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