KR101585200B1 - 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 조도 및 표면 경도가 우수하여 특히, 롤투롤 인쇄전자용 인쇄롤의 전해 동도금에 적합한 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염; 및 산성용액;을 포함하며, 벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염; 및 산성용액;을 포함하며, 벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 조도 및 표면 경도가 우수하여 특히, 롤투롤 인쇄전자용 인쇄롤의 전해 동도금에 적합한 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법에 관한 것이다.
전해도금은 금속염을 녹인 용액에 직류 전류를 흘려보내 이온 상태의 금속을 도금할 소재의 표면에 전착시키는 방법을 말한다. 전해도금은 도금하려는 소재를 음극(-), 전착시키고자하는 하려는 금속을 양극(+)으로 하여, 금속이온을 함유한 용액에 넣고 전압을 가하면, 용액의 금속 이온이 음극(-)에서 전자를 받아 금속으로 환원하면서 음극(-)표면에 금속이 도금된다. 이러한 전해도금은 인쇄회로 기판 등의 비라홀을 도금함에 있어 널리 사용되고 있다.
전해도금 중 구리를 금속 이온으로 이용한 전해 동도금은 공해가 적고, 비용이 저렴하여 일반적으로 채용되고 있으며, 구리는 전기 전도도가 높고, 전연성이 크고, 화학 에칭을 이용한 가공성이 우수한 장점을 가진 금속이며, 또한 연마된 구리는 붉은색을 띤 아름다운 광택을 가지고 있을 뿐만 아니라 우수한 내식성을 가지고 있어 동도금은 이들 피막 자체의 장점을 살려 장식, 방식, 기능성 등의 폭넓은 용도로 이용되고 있다.
공업용으로서 동도금은 예전부터 인쇄롤, 동제 기계부품을 부분적으로 침탄 방지하는 목적의 피막이나 전주도금에 적용되어 왔으며, 최근에는 도전성이 뛰어난 구리의 특징을 이용해 전자 공업 분야에서의 용도가 증대되고 있다. 특히, 프린트 배선판(PCB)의 제조에서는 배선이나 쓰로우 홀의 동도금은 매우 중요한 기술로서 자리 잡고 있으며, 인쇄전자 기술의 발달로 인해 인쇄용 그라비아 인쇄롤 구리도금 기술도 매우 중요한 기술로 인지되고 있다.
한편, 최근 전자소자의 제조공정에 있어서 인쇄전자를 적용하여 인쇄전자라는 새로운 시장이 창출되면서 롤투롤 인쇄전자 시스템의 관심이 급격하게 늘어나고 있으며, 인쇄롤에 대한 관심이 증가되고 있다. 여기서, 롤투롤 인쇄전자 시스템은 롤과 인쇄기술을 이용하여 전자소자 또는 전자제품을 연속적으로 생산하는 시스템이며, 인쇄전자(Printed Electronics)란 프린팅 공정기법을 이용하여 플렉서블 디스플레이(Flexible display), RFID, 태양전지, E-paper 등의 전자소자 또는 전자제품을 제조하는 새로운 산업으로서 기존의 공정의 패러다임의 변화를 추구하는 산이다.
인쇄전자 적용에 있어서 생산비 절감과 대량생산을 요구하고 있으며, 저가의 대량생산을 가능하게 할 수 있는 방법으로 롤투롤(Roll to Roll) 인쇄 기술이 주목받고 있으며, 롤투롤 인쇄기술은 전통적인 인쇄기법을 기반으로 최근의 정밀제어와 가공기술을 적용하여 미세 선폭을 인쇄할 수 있는 것으로 평가되고 있으며, 인쇄전자를 적용하여 인쇄된 소자가 전자소자로서의 기능을 하기 위해서는 마이크로미터(㎛)수준의 미세선 인쇄가 요구되고 있다.
여기서, 롤투롤 인쇄전자 시스템에서 인쇄롤의 개발이 중요하며, 전해 도금의 품질로서 롤투롤 인쇄전자 시스템용 인쇄롤에 대한 전해 동도금에 적합한 도금 피막의 표면 조도와 표면 경도를 발휘할 수 있는 동도금액 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 표면 조도 및 표면 경도가 우수하여 특히 롤투롤 인쇄전자용 인쇄롤의 전해 동도금에 적합한 동도금액 조성물을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전해도금의 동도금액으로서 본 발명에 따른 동도금액 조성물을 이용하는 동도금 방법에 있어서, 표면 조도 및 표면 경도가 우수하여 특히 롤투롤 인쇄전자용 인쇄롤의 전해 동도금에 적합한 동도금 방법을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염; 및 산성용액;을 포함하며, 벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염 5~30 중량부 및 산성용액 65~90 중량부이며, 벤잘코늄클로라이드는 0.3~3 중량부, 글리세롤은 1~5 중량부, 나프탈렌 술폰산은 1~5 중량부 및 프로파길알콜은 1~5 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염 7~25 중량부 및 산성용액 75~85 중량부인 것을 특징한다.
한편, 본 발명에 따른 동도금 방법은, 전해도금의 도금액으로서 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 따른 동도금액 조성물을 이용하는 동도금 방법에 있어서, 도금 과정에서 상기 동도금액 조성물을 교반하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 동도금 방법은, 도금 과정에서 상기 동도금액 조성물을 교반하는 방법이 에어를 이용한 에어 교반 또는 초음파를 이용한 초음파 교반인 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 의하면, 표면 조도 및 표면 경도가 우수하여 특히 롤투롤 인쇄전자용 인쇄롤의 전해 동도금에 적합한 동도금액 조성물 및 동도금 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하여 달성되는 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 롤투롤 인쇄전자 시스템용 인쇄롤의 동도금 장치 개념도.
도 2는 할셀(HullCel) 시험기.
도 2는 할셀(HullCel) 시험기.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 롤투롤 인쇄전자 시스템용 인쇄롤의 동도금 장치 개념도이고 도 2는 할셀(HullCel) 시험기이다.
본 발명에 따른 동도금액 조성물은, 구리염; 및 산성용액;을 포함하며, 벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 동도금액 조성물의 구성요소별로 나누어 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 상기 구리염은 구리를 포함하고 있는 염기와 산이 중화하여 물과 함께 생기는 중성의 구리 화합물을 말한다. 구리염에 포함된 구리는 전기 분해를 통해 도금하려는 소재 표면에 전착되게 된다. 구리는 열전도도 및 전기전도도가 우수하며, 연마하기가 쉬어 전해 도금 재료로써 일반적으로 사용되고 있다.
본 발명에서 상기 구리염은 황산구리염, 질산구리염, 염화제2구리염, 포름산구리염 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이때, 구리염은 황산구리염인 것이 바람직하다. 황산구리염은 공해가 적으며, 평활성이 우수하다. 또한, 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
본 발명의 상기 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 상기 구리염을 5~30 중량부 범위로 포함한다. 바람직하게는 7~ 25 중량부로 포함한다. 상기 구리염이 5 중량부 미만으로 포함된 경우, 도금의 두께가 얇아지며, 30 중량부를 초과하는 경우 전해질의 양이 적어 전압 인가에 따른 도금이 원활하지 못하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 산성용액은 pH 5 이하의 산성을 띄는 수용액으로 전해 도금에 있어서, 전해질로서 기능한다. 산셩용액은 전해도금액의 전기전도도를 높이며, 음극과 양극의 용해를 양호하게 한다. 산성 용액은 황산 용액, 염산 용액, 아세트산 용액 또는 불화붕소산 용액일 수 있다. 이때, 산성용액의 산 농도는 0.2 몰랄농도 내지 0.8 몰랄농도가 도금 효율면에서는 바람직하나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 상기 산성용액을 65~90 중량부 범위로 포함하며, 바람직하게는 75~85 중량부로 포함한다. 상기 산성용액이 65 중량부 미만으로 포함된 경우, 밀착력이 약한 거친 도금이 형성되며, 90 중량부를 초과하는 경우 불용성 피막이 형성되므로 하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명에서 상기 벤잘코늄클로라이드는 계면활성제로서 작용하며, 본 발명의 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 벤잘코늄클로라이드는 0.3~3 중량부 범위로 첨가하여 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 글리세롤은 광택제로서 작용하며, 본 발명의 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 글리세롤은 1~5 중량부 범위로 첨가하여 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 나프탈렌 술폰산은 본 발명의 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 1~5 중량부 범위로, 그리고 상기 프로파길알콜은 본 발명의 구리염, 산성용액 및 첨가제를 포함하는 동도금액 조성물에서 1~5 중량부 범위로 첨가하여 구성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 동도금 방법은, 전해도금의 동도금액으로서 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 동도금액 조성물을 이용하는 동도금 방법에 있어서, 도금 과정에서 상기 동도금액 조성물을 교반하여 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 동도금액 조성물을 전해도금의 도금액으로 하되, 직류 전류를 흘려 도금을 할 때 도금액을 교반하지 않고 도금을 수행하는 경우에 비하여 상대적으로 보다 우수한 전해 도금의 품질을 달성할 수 있으며, 에어를 이용한 에어 교반 또는 초음파를 이용한 초음파 교반으로 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 에어 교반은 압축공기를 도금 Tank의 밑바닥으로부터 불어 넣어 그 기포로부터 도금액을 교반하는 방법이며, 초음파 교반은 초음파 즉, 16,000회/초 이상의 진동음을 사용하여 도금액을 교반하는 방법이다.
에어 교반에 의하여, 음극 부근에 있는 가스의 피막을 제거하여 피트(Pit)의 발생을 적게 할 수 있으며, 구리 이온의 활동을 활발하게 할 수 있다. 특히, 초음파 교반에 의하면, 농도 분극을 순간적으로 해소할 수 있으며, 도금면에 핀홀(Pin Hole)이 생기지 않고 도금 표면이 평활하고 치밀해진다.
이상과 같은 본 발명에 의하여 도 1에서 도시한 바와 같이 초음파 장치를 포함하는 롤투롤 인쇄전자 시스템용 인쇄롤의 동도금 장치를 도출할 수 있으며, 이하, 이와 같은 본 발명에 따른 동도금액 조성물 및 이를 이용한 동도금 방법을 실시예 및 시험예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 동도금액 조성물을 도 2에서 도시한 바와 같은 공지의 할셀(HullCel) 시험기를 사용하여 전해 동도금을 실시하였다.
구리염 5~30 중량부, 산성용액 65~90 중량부 및 벤잘코늄클로라이드 0.3~3 중량부를 혼합하여 동도금액 조성물을 구성하였다.
구리염 5~30 중량부, 산성용액 65~90 중량부 및 글리세롤 1~5 중량부를 혼합하여 동도금액을 구성하였다.
구리염 5~30 중량부, 산성용액 65~90 중량부, 벤잘코늄클로라이드 0.3~3 중량부 및 글리세롤 1~5 중량부를 혼합하여 동도금액을 구성하였다.
[시험예 1]
할셀(HullCel) 시험기를 사용하여 전해 동도금을 실시하였으며, 금 시간을 2, 4㎛, 6, 10분으로 조절하며 무교반, 에어 교반, 초음파 교반 각각 실험을 진행하였다. 전류밀도는 10ASD로 설정하였으며 면적 : 0.65 x 0.6 = 0.39dm2 x 10 ASD = 3.9A ≒ 4A, 온도 = 40±3℃로 하였다. 초음파 교반을 위하여 bar type의 초음파 발생장치를 사용하였다.
실시예의 1의 경우 AFM(Atomic Force Microscope, 원자현미경)을 이용하여 표면 조도를 측정하여 도금 표면의 평활성을 시험하였다. 표 1의 표면 조도(단위 : ㎛) 분석 결과에 의하면, 에어 교반 및 초음파 교반이 무교반이 비하여 상대적으로 평균값과 최대값에 있어 모두 좋은 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 초음파 교반의 경우가 에어 교반에 비하여 보다 우수한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
| 교반 시간 | 2분 | 4분 | 6분 | 10분 | |
| 무교반 | 평균 | 0.09 | 0.07 | 0.09 | 0.13 |
| 최대 | 0.88 | 0.77 | 0.98 | 1.21 | |
| 에어 교반 | 평균 | 0.03 | 0.04 | 0.04 | 0.04 |
| 최대 | 0.37 | 0.45 | 0.55 | 0.44 | |
| 초음파 교반 | 평균 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
| 최대 | 0.20 | 0.30 | 0.35 | 0.36 | |
실시예의 2의 경우 비커스 경도를 측정하여 표면 경도를 시험하였다. 표 2의 표면 경도(단위 : Hv) 분석 결과에 의하면, 에어 교반 및 초음파 교반이 무교반이 비하여 상대적으로 높은 표면 경도를 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 초음파 교반의 경우가 에어 교반에 비하여 보다 우수한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
| 교반 시간 | 2분 | 4분 | 6분 | 10분 |
| 무교반 | 155 | 181 | 187 | 223 |
| 에어 교반 | 158 | 201 | 221 | 228 |
| 초음파 교반 | 175 | 210 | 225 | 235 |
실시예 3의 경우 상기 평활성 시험 및 표면 경도 시험을 모두 실시하였다. 시험 결과에 의하면, 상기 실시예 1 및 실시예 2의 시험을 통하여 예측한 바와 같이 에어 교반 및 초음파 교반이 무교반이 비하여 상대적으로 높은 평활성 및 표면 경도를 나타내었으며, 초음파 교반의 경우가 에어 교반에 비하여 보다 우수한 평활성 및 표면 경도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (5)
- 구리염; 및 산성용액;을 포함하며,
벤잘코늄클로라이드, 글리세롤, 나프탈렌 술폰산 및 프로파길알콜로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함하며,
구리염 5~30 중량부 및 산성용액 65~90 중량부이며,
벤잘코늄클로라이드는 0.3~3 중량부, 글리세롤은 1~5 중량부, 나프탈렌 술폰산은 1~5 중량부 및 프로파길알콜은 1~5 중량부인 것을 특징으로 하는 동도금액 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
구리염 7~25 중량부 및 산성용액 75~85 중량부인 것을 특징으로 하는 동도금액 조성물.
- 전해도금의 도금액으로서 청구항 1 또는 청구항 3에 따른 동도금액 조성물을 이용하는 동도금 방법에 있어서,
도금 과정에서 상기 동도금액 조성물을 교반하는 것을 특징으로 하는 동도금 방법.
- 제4항에 있어서,
도금 과정에서 상기 동도금액 조성물을 교반하는 방법이 에어를 이용한 에어 교반 또는 초음파를 이용한 초음파 교반인 것을 특징으로 하는 동도금 방법.
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