KR101681485B1 - 전주도금용 음극롤, 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치 및 유연전극 기판 제조 장치 - Google Patents

전주도금용 음극롤, 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치 및 유연전극 기판 제조 장치 Download PDF

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김태욱
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Abstract

원통형 몰드; 및 원통형 몰드 상에 형성된 그래핀층; 을 포함하는 전주도금용 음극롤이 제공된다. 해당 전주도금용 음극롤에 따르면, 음극롤 표면에 이형박리제 대신에 그래핀층이 형성되어있어, 형성이 완료된 전주도금 박막이 용이하게 음극롤로부터 박리될 수 있다. 이에 따라, 완성된 전주도금 박막은 그래핀층으로부터 결함없이 박리될 수 있으므로 우수한 품질을 가질 수 있다.

Description

전주도금용 음극롤, 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치 및 유연전극 기판 제조 장치{CATHODE ROLL FOR ELECTROFORMING USE, APPARATUS FOR FORMING ELECTOFORMING THIN FILMS AND APPARATUS FOR FORMING FLEXIBLE ELCTRODE SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전주도금용 음극롤, 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치 및 유연전극 기판 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 형성되는 전주도금 박막의 박리가 용이한 전주도금용 음극롤, 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치 및 유연전극 기판 제조 장치에 관한 것이다.
전주법은 전주 도금법이라고 부르며, 전착(電着)에 의해 금속제품의 제조 혹은 복제품을 만드는 방법으로, 평면 또는 소정의 음각부 또는 양각부를 갖는 기판에 금속염용액의 전해에 의해 어느 일정 두께로 금속을 전착시킨 후 이 전착층을 기판에서 박리하여 금속제품을 제조하거나 이의 복제품을 제조하는 방식을 일컫는다.
또한, 롤투롤(roll to roll) 공정은 연속적 이동 벨트 위에서 각 공정 단계를 순차적으로 거치며 제품을 제작하는 공정을 의미한다.
한편, 전주도금 공정을 이용하여 금속 패턴을 제조하는 데 있어서 롤투롤 공정을 사용하는 시도가 존재하였고, 이때, 음극롤에 이형박리제 용액을 코팅롤 공정이 연속으로 진행됨에 따라 표면에 이형박리제 용액을 지속적으로 코팅해 주어야 하기 때문에 원가 상승의 문제 및 공정이 복잡해지는 문제가 발생하고, 또한 이형박리제 용액이 가진 맹독성으로 인한 심각한 환경 오염과 폐수 처리의 문제가 발생하는 문제가 존재하였다.
이러한 문제점을 극복하기 이형박리제의 대체재의 개발이 절실히 요구되고 있다.
KR 10-2005-0024350 A KR 10-2012-0072716 A
본 발명의 구현예들에서는 형성되는 전주도금 박막의 박리가 용이한 전주도금용 음극롤을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 구현예들에서는 상기 전주도금용 음극롤을 포함하는 전주도금 박막 제공 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 구현예들에서는 상기 전주도금용 음극롤을 포함하는 유연전극 기판 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 원통형 몰드; 및 상기 원통형 몰드 상에 형성된 그래핀층; 을 포함하는 전주도금용 음극롤이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 원통형 몰드는 구리, 니켈, 스테인레스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 그래핀층은 0.34nm 내지 1000μm 의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 전주도금용 음극롤은 상기 그래핀층 상에 형성된 패턴 생성부를 더 포함하고, 상기 패턴생성부는 미세 패턴을 가지며, 상기 미세패턴의 피치는 1μm 내지 10cm 범위 내에 있고, 상기 미세패턴의 깊이는 1100nm 내지 1mm의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 제1항 내지 제4항에 따른 전주도금용 음극롤; 상기 음극롤과 이격되도록 형성되며 상기 음극롤 하부에 위치하는 양극; 상기 음극롤, 양극 및 전해액을 포함하는 도금조; 및 상기 음극롤 상에 형성된 전주도금 박막을 운송하는 보조 롤; 을 포함하는 전주도금용 박막 제조 장치가 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 전주도금 박막 제조 장치에서, 상기 양극 및 음극롤 사이에 전류가 공급되고 상기 음극롤에 상기 전해액의 도금 입자가 결합되어 상기 전주 도금 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 전주도금 박막 제조 장치를 이용하는 전주도금 박막의 제조 방법이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 전주도금 박막은 2μm 내지 1000μm 범위의 두께를 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 보조 롤은 원기둥 형상을 가지고, 상기 음극롤 및 상기 보조 롤을 이용하여 연속공정 방식으로 전주도금 박막을 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 전주도금용 음극롤; 상기 음극롤과 이격되도록 형성되며 상기 음극롤 하부에 위치하는 양극; 상기 음극롤, 양극 및 전해액을 포함하는 도금조; 및 상기 음극롤과 이격되도록 형성되며, 형성이 완료된 전주도금 박막이 이동되는 유연 기판을 운송하는 보조 롤; 을 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치가 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 유연 전극 기판의 제조 장치는, 상기 유연 기판이 권출되는 권출롤러; 및 상기 권출롤러와 이격되어 배치되어 상기 권출롤러부터 권출되는 유연 기판이 권취되는 권취롤러; 를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 유연 기판은 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리스타일렌 및 에폭시 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 경화된 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 유연전극 기판의 제조 장치는 상기 유연 기판 상에 형성된 접착층을 더 포함하고, 상기 형성이 완료된 전주도금 박막을 상기 그래핀층으로부터 박리하여 상기 접착층이 형성된 유연 기판으로 이동할 때, 상기 그래핀층과 형성이 완료된 상기 전주도금 박막 간의 반데르발스 힘은 상기 접착층과 상기 형성이 완료된 전주도금 박막간의 반데르발스 힘보다 작을 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 접착층은 에폭시계 접착제 또는 이미드계 접착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 유연전극 기판의 제조 방법으로서, 상기 전주도금 박막은 상기 음극롤과 상기 보조 롤이 회전할 때, 상기 보조 롤 상의 상기 유연 기판과 상기 그래핀층 상의 전주도금 박막이 접함에 따라 상기 그래핀층으로부터 상기 유연 기판으로 이동되는 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 방법이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 유연전극 기판의 제조 방법으로서, 상기 전주도금 박막은 상기 음극롤과 상기 보조 롤이 회전할 때, 상기 유연 기판 상에 형성된 상기 접착층과 상기 그래핀층 상의 전주도금 박막이 접함에 따라 상기 그래핀층으로부터 상기 접착층으로 이동되는 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전주도금용 음극롤에 따르면, 음극롤 표면에 이형박리제 대신에 그래핀층이 형성되어있어, 형성이 완료된 전주도금 박막을 용이하게 상기 음극롤부터 박리할 수 있다. 이에 따라, 완성된 전주도금 박막은 상기 그래핀층으로부터 결함없이 박리될 수 있으므로 우수한 품질을 가질 수 있다.
한편, 기존의 연속전주 도금 방식의 순서는 도금액 준비-몰드 이형처리-패턴 복제물 형성-패턴 복제물 분리-복제물 수세 및 건조-패턴 복제물 권취 순서로 이루어지고, 상기 몰드 처리 공정에서 전주도금 박막이 손상되는 문제가 발생하는데, 본 발명의 전주도금용 음극롤 및 이를 포함하는 전주도금 박막 제조 장치를 사용하면 몰드 이형처리 공정을 수행하지 않을 수 있어 상기 문제를 해결 할 수 있을 뿐만 아니라 제조 공정의 단순화를 꾀할 수 있다. 뿐만 아니라, 연속전주공정으로 생산성 향상이 가능하고, 불필요한 공정의 제거로 인한 공정의 단순화 및 환경 오염의 문제를 해결 할 수 있다.
이와 더불어, 상기 음극롤의 상기 그래핀층은 박리 후에도 그래핀이 온전히 음극 롤에 남아있어 반 영구적으로 사용이 가능하다. 이에 따라, 보다 경제적으로 전주도금 박막을 제조할 수 있다.
또한, 상기 전주도금용 음극롤을 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 경우, 유연 기판 상에 우수한 품질의 금속 배선을 결함없이 그래핀층으로부터 박리하여 접착시킬 수 있다, 이에 따라, 우수한 품질을 가지며 고집적화된 금속 배선을 포함하는 유연전극 기판을 제조할 수 있다. 따라서, 상기 유연전극 기판은 우수한 품질의 고집적화된 금속 배선을 포함할 수 있어 전기적 특성이 우수하여 가전제품, 첨단 컴퓨터, 통신 기기 등에 널리 쓰일 수 있다. 더불어, 상기 유연전극 기판은 휘어짐, 접힘 등의 유연성 역시 우수하므로 플렉서블 디스플레이 등의 다양한 입체적 특성을 요하는 분야에서도 널리 사용될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 전주도금용 음극롤을 포함하는 패턴 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유연전극 기판 제조장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 연속전주도금용 음극롤의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 연속전주도금의 실행 사진이다.
도 5a 및 도5b는 본 발명의 일 구현예에 따른 유연전극기판의 사진과 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 전주도금박막의 표면 거칠기를 AFM을 이용하여 측정한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예와 비교하기 위하여 비교예로 제작한 전주도금박막의 표면 거칠기를 AFM을 이용하여 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전주도금박막과 몰드 사이의 접착력을 T-peel 법을 이용하여 측정하여 나타낸 그래프이다.
본 명세서에서, “전주도금 박막”이란 전주도금 공정을 통해 형성된 박막을 의미한다. 한편, 본 명세서에서 “완성된 전주도금 박막”혹은 “완성된 전주도금 박막”이란 전주도금 공정이 완료된 이후의 전주도금 박막으로서, 형성하고자 하는 두께, 패턴 등을 갖는 박막을 의미한다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
도 1은 상기 전주도금용 음극롤을 포함하는 전주도금 박막 제조 장치의 개략적인 구성을 단면을 나타내는 단면도이다. 도 1의 우측은 상기 전주도금용 음극롤을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에서, 원통형 몰드(17a); 원통형 몰드(17a) 상에 형성된 그래핀층(17b); 및 상기 그래핀층 상에 형성된 패턴 생성부(17c); 를 포함하는 전주도금용 음극롤(17)이 제공된다.
본 발명의 따른 전주도금용 음극롤(17)은 원통형 몰드(17a) 상에 형성된 그래핀층(17b)을 포함하고 있다. 전주도금 공정에서, 전주도금용 음극롤(17)에 전류가 인가되면 전해액에 포함되는 도금 입자가 그래핀층(17b)과 결합하여 그래핀층(17b) 상에 전주도금 박막(20)을 형성할 수 있다.
이때, 그래핀층(17b)과 전주도금 박막(20)은 매우 약한 반데르발스 힘으로 접착되어 있으므로, 박리 시 전주도금 박막(20)이 받는 스트레스는 매우 작을 수 있다. 이에 따라, 전주도금 박막(20)은 그래핀층(17b)으로부터 용이하게 박리될 수 있으며 뿐만 아니라 전주도금 박막(20)의 두께가 극도로 얇아지더라도 손상되지 않고 박리될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 원통형 몰드(17a)는 원기둥 형태를 가질 수 있으며, 금속 재료, 세라믹, 석영 등의 다양한 종류의 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 내구성과 균일성 등을 위해 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
일 구현예에서, 상기 금속 재료는 구리, 니켈, 철, 스테인리스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 원통형 몰드(17a) 상에는 화학기상증착(Chemical vapor deposition, CVD) 공정, 액상 증착 공정 등을 통해 그래핀층(17b)이 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 원통형 몰드(17a)가 세라믹, 석영 등과 같은 재료를 포함하는 경우, 상기 그래핀층(17b)은 액상 증착 공정을 통해 형성될 수 있으며, 이와 달리, 원통형 몰드(17a)가 금속 재료를 포함하는 경우 그래핀층(17b)은 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 원통형 몰드(17a)가 금속 재료를 포함하지 않는 경우라 하더라도, 원통형 몰드(17a) 상에 구리 박막을 코팅한 후, CVD 공정을 수행하여 상기 구리 박막 상에 그래핀층(17b)을 형성할 수 있다. 이 경우, 먼저 구리 박막 상에 그래핀층(17b)을 형성한 후에, 그래핀층(17b)이 형성된 구리 박막을 원통형 몰드(17a) 상에 코팅하여 전주도금용 음극롤(17)을 제조할 수도 있다.
예시적인 구현예에서, 그래핀층은 원자 한 층 두께인 0.34nm 내지 1000μm의 두께를 가질 수 있다. CVD 공정을 이용할 경우, 최소 원자 한 층 두께까지 제어가 가능하고, 액상 증착 공정을 이용할 경우 보다 두껍게도 제어가 가능하다. 그래핀층이 원자 한 층 두께인 0.34nm 일지라도 박리에 문제가 전혀 없으며, 두께가 1000μm를 초과하는 경우 미세패턴의 형성이 용이하지 않을 수 있다.
예시적인 구현예에서, 패턴 생성부(17c)는 전주도금 박막(20)이 형성될 때에 미세패턴 또는 모양을 가질 수 있도록 하는 역할을 수행하며, 구체적으로, 전해액에 포함되는 도금 입자가 패턴 생성부(17c) 상에 형성되지 않고 그래핀층(17a)에만 형성되도록 할 수 있다.
일 구현예에서, 패턴 생성부(17c)는 실리콘 산화물(SiO2) 등을 포함할 수 있으며, 패턴 생성부(17c)의 피치는 패턴 생성부의 피치는 1μm 내지 10cm 범위 내에 있을 수 있으며, 깊이는 100nm 내지 1mm의 범위 이내에 있을 수 있다.
한편, 도 1에는 패턴 생성부(17c)가 형성된 전주도금용 음극롤(17)이 도시되었으나, 이와 달리 상기 패턴 생성부(17c)는 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 일 구현예에서, 원통형 몰드(17a) 및 원통형 몰드(17a) 상에 형성된 그래핀층(17b)을 포함하는 전주도금용 음극롤(17)이 제공될 수 있다. 이 경우, 전주도금 박막(20)은 전주도금 공정에 의해 형성된 패턴이 형성되지 않은 금속 박막일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구현예에서는 전주도금용 음극롤(17); 전주도금용 음극롤(17)과 이격되도록 형성되며 전주도금용 음극롤(17) 하부에 위치하는 양극(15); 전주도금용 음극롤(17)의 일 부분, 양극(15) 및 전해액(10)을 포함하는 도금조(13); 및 전주도금 박막(20)을 운송하는 보조 롤(19); 을 포함하는 전주도금용 패턴 제조 장치 및 이를 이용한 전주도금 박막의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 전주도금용 패턴 제조 장치를 이용할 때, 양극(15) 및 음극롤(17) 사이에 전류를 공급시킬 수 있다. 이로 인해, 전해도금용 음극롤(17)에 전해액(10)의 도금 입자가 결합되어 전해도금용 음극롤 상에 전주도금 박막(20)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 전해도금용 음극롤(17) 상에 연속전주 도금으로 미세 패턴 또는 문양을 가지는 전주도금 박막(20)이 형성되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
전해도금용 음극롤(17) 및 양극(15)에 전류가 가해지면, 전해도금용 음극롤(17) 중 전해액이 잠기는 부위에 미세 패턴 또는 문양을 가지는 패턴 복제물이 전착되도록 구성되며, 구체적으로는 전류가 인가된 전해도금용 음극롤(17)에 도금액을 이루는 도금입자가 결합되어 미세 패턴 또는 문양을 가지는 전주도금 박막(20)을 형성할 수 있다. 이때, 전주도금 박막(20)은 그래핀층(17) 상에 접착된 형상을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 전주도금 박막은 2μm 내지 1000μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 그래핀 표면에서 핵성장이 시작되어 2μm 두께로 성장이 되었을 경우 비로소 막의 형태를 가지게 되며, 2μm 이하에서는 아일랜드 형태로 성장될 수 있다. 또한, 1000 μm를 초과하는 경우 전주도금 박막의 두께가 지나치게 두꺼워 활용이 용이하지 않을 수 있다.
전해도금용 음극롤(17)은 연속적인 도금을 위해 소정의 방향으로 회전하게 되는데, 전해도금용 음극롤(17)의 상부 일부가 전해액(10) 외부로 노출되었다가, 회전에 의해 전해액(10)에 침지되며, 전해액(10) 내에서 회전하여 다시 전해액(10) 외부로 노출됨으로써 1회의 도금 사이클이 완료될 수 있다.
일 구현예에서, 전주도금 박막(20)의 두께는 음극롤(17)의 회전 사이클의 횟수를 조절하여 용이하게 조절 할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 전해도금용 음극롤(17)은 2cm 내지 20cm 범위의 직경을 가질 수 있다. 전해도금용 음극롤(17)의 직경이 긴 경우 전주도금 박막의 수득 효율을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 전주도금 박막(20)의 두께는 전주 시 전류 밀도 및 롤의 회전속도에 따라 조절될 수도 있다.
예시적인 구현예에서, 전해액은 금속 이온을 포함하는 도금 용액일 수 있다. 예를 들어, 구리로 전주 도금 박막을 제조하고자 하는 경우, 도금 용액은 황산구리 및 황산, 염산, 첨가제 등으로 구성될 수 있다. 황산구리는 제품에 도금되는 동이온의 공급원으로 액 자체의 전기 전도성을 증가시킬 수 있다. 황산은 액의 전도도를 결정하고 염소와 황산 그리고 액의 활발한 교반은 양극 구리를 녹이는 역할을 수행할 수 있다. 염산은 구리이온의 환원반응과 그 후에 제품에 도금되는 과정에 결정적인 역할을 하는 중간 전도체이며, 도금의 속도를 증가시킬 수 있다. 한편, 첨가제로는 광택제와 평활화제가 있으며 광택제는 도금되는 입자의 크기를 작게 하여 표면에서 광택이 있을 수 있도록 하며, 평활화제는 도금할 면에 굴곡이 있더라도 피복력을 높여 평탄한 표면을 얻을 수 있게 해줄 수 있다.
예시적인 구현예에서, 본 발명에 따른 전주도금용 패턴 제조 장치는 전해도금용 음극롤(17)은 원통형 몰드(17a) 및 원통형 몰드(17a) 상에 형성된 그래핀층(17b)을 형성할 수 있다. 전주도금 박막(20)을 연속하여 제조하는 경우, 전해도금용 음극롤(17)의 표면으로부터 박리를 정밀하게 하는 것은 박리도가 제품의 품질을 결정하는 중요요소이기 때문에 중요하다 할 수 있다. 예를 들어, 일부 패턴이 박리되지 않거나, 박리가 되더라도 전주도금 박막(20)이 일부라도 손상되면 제품의 손상을 초래할 수 있기 때문에, 전주도금 박막(20)을 연속으로 제조할 때 상기 그래핀층(17b)에서 완성된 전주도금 박막(20)을 박리하는 공정은 중요하다.
이때, 본 발명에 따른 전주도금용 패턴 제조 장치의 전해도금용 음극롤(17)은 원통형 몰드(17a) 상에 형성된 그래핀층(17b)을 포함하고 있으며 음극롤(17)상에 형성된 그래핀층(17b)과 전주도금 박막(20)은 매우 약한 반데르발스 힘으로 접착되어 있으므로, 박리 시 전주도금 박막(20)이 받는 스트레스는 매우 작을 수 있다. 이에 따라, 전주도금 박막(20)은 그래핀층(17b)으로부터 용이하게 박리될 수 있으며, 그래핀층(17b)으로부터 결함없이 박리될 수 있으므로 우수한 품질을 가질 수 있다.
예시적인 구현예에서, 보조 롤(19)은 전주도금 박막(20)을 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 보조 롤(19)는 보조 롤(119)은 원통형 기둥 형상을 가질 수 있으며, 전주도금용 음극롤(17)의 상부에 형성되어 전주도금용 음극롤(17)과 마주하도록 형성될 수 있다. 또한, 보조 롤(19)은 전주도금용 음극롤(17)과 서로 같은 방향으로 회전할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 맨 처음 수행되는 1회 도금 사이클이 완료되어 전주도금 박막(20)이 형성되면 이를 음극롤(17)로부터 물리적으로 박리하여 보조 롤(20)로 일부분을 옮겨 전주도금 박막(20)을 보조 롤(20)에 걸칠 수 있다.
이때, 상기 전주도금 박막(20)을 음극롤(17)로부터 박리할 때에도 보조 롤(19)및 음극롤(17)은 모두 롤 형상을 가져 전주도금 박막(20)의 제조 공정은 연속적으로 수행되므로 음극롤(17)상에 도금 반응이 지속적으로 진행되어 도금 박막이 지속적으로 형성될 수 있다. 즉, 전주도금 박막(20)이 끊기지 않고 계속하여 형성될 수 있다.
이와 같이, 지속적으로 형성된 전주도금 박막(20)은 전해도금용 음극롤(17)로부터 박리되어, 회전하고 있는 보조 롤(19)에 의해 전해액(10)으로부터 꺼내지고 이동될 수 있다. 이에 따라, 전주도금 박막(20)을 지속적으로 형성하고 보조 롤(19)을 통해 이동시킬 수 있다.
한편, 종래 음극롤을 그래핀층이 둘러 싸고 있지 않은 경우에 있어서 전주도금 박막을 형성하는 경우에는, 음극롤과 전주도금 박막간의 결합력이 강하여 박리제를 사용하여 화학적으로 전주도금 박막을 음극롤로부터 박리하거나 박리부를 사용하여 전주도금 박막을 음극롤로부터 물리적으로 박리하여야 하였다. 이때, 음극롤과 전주도금 간의 접착력이 높아 전주도금 박막이 손상되는 문제점이 존재하였다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 전주도금 박막(20)을 제조할 때에는 전해도금용 음극롤(17)을 박리 시 전해도금용 음극롤(17) 상에 형성된 그래핀층(17b)과의 결합력이 낮아 보조 롤(19)을 통해 전주도금 박막(20)이 당겨지는 힘만으로도 충분히 박리가 가능하다. 이에 따라 별도의 박리제 또는 박리부가 필요하지 않다.
한편, 도시하지 않았으나, 상기 전주도금용 박막 제조 장치는 완성된 전주도금 박막(20)을 세척하고 건조하는 세척 건조부를 더 포함할 수 있으며, 보조 롤(19)을 통해 전주도금 박막(20)은 세척 건조부로 이동될 수 있다.
전술한 전주도금 박막 제조 장치 및 이의 제조방법에 따르면, 상기 전주도금 박막 제조 장치는 원통형 몰드 상에 형성된 그래핀층을 포함하는 전주도금용 음극롤을 포함한다. 이때, 상기 그래핀층 상에 도금 입자가 결합되어 전주도금 박막을 형성하게 되는데, 상기 그래핀층과 전주도금 박막은 매우 약한 반데르발스 힘으로 접착되어 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 전주도금용 박막을 제조하고 상기 전주도금용 박막을 상기 그래핀층으로부터 박리할 때에 보다 용이하게 박리할 수 있으며, 손상되지 않은 고순도의 전주도금 박막을 수득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 전술한 전주도금용 음극롤을 포함하는 유연전극 기판 제조 장치 및 이용하여 제조된 유연전극 기판의 제조 방법이 제공된다.
도 3은 상기 유연전극 기판 제조 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 상기 유연전극 기판 제조장치는 전술한 전주도금 박막 제조 장치와 형성된 전주도금 박막이 유연 기판과의 접촉을 통해 이동된다는 점을 제외하고는 전술한 전주도금 박막 제조 장치와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성을 포함하는 바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
구체적으로, 상기 유연전극 기판의 제조 장치는 전주도금용 음극롤(117); 전주도금용 음극롤(117)과 이격되도록 형성되며 상기 음극롤 하부에 위치하는 양극(115); 전주도금용 음극롤(117), 양극(115) 및 전해액(110)을 포함하는 도금조(113); 및 유연 기판(220)을 운송하며 전주도금용 음극롤(117)과 이격되도록 전주도금용 음극롤(117)의 상부에 형성되는 보조 롤(119); 을 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치가 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 유연전극 기판의 제조 장치는 유연 기판(220)이 권출되는 권출롤러, 상기 권출롤러와 이격되어 배치되어 상기 권출롤러부터 권출되는 유연 기판(220)이 권취되는 권취롤러; 및 상기 권출롤러와 권취롤러를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 보조 롤(119) 은 상기 권출롤러와 권취롤러 사이에 배치되어서 유연 기판(220)을 운송하며, 유연 기판(220)상에 전주도금 박막(200)을 이동 혹은 접착 시키는 역할을 수행할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 보조 롤(119)은 원통형 기둥 형상을 가질 수 있으며, 전주도금용 음극롤(117)의 상부에 형성되어 전주도금용 음극롤(117)과 마주하도록 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 전주도금용 음극롤(117) 상에 전주도금 박막(220)의 형성이 완료되고, 보조 롤(119)과 전주도금용 음극롤(117)은 형성되는 전주도금 박막(220) 및 유연 기판(220)이 접하도록 위치를 조절하여 위치할 수 있다. 이때 상기 보조 롤(119)와 전주도금용 음극롤(117)은 서로 같은 방향으로 회전할 수 있으며, 이에 따라, 보조 롤(119) 상에서 이동하는 유연 기판(220)에 전주도금 박막(200)이 접할 수 있다. 즉, 전주도금 박막(200)이 그래핀층(117b)으로부터 유연 기판(220)으로 이동될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 전주도금 박막(200)과 그래핀층(117b)은 매우 약한 반데르발스 힘으로 접착되어 있으며, 이는 전주도금 박막(200)과 유연 기판(220)의 결합력에 비해 매우 낮은 결합력일 수 있다.
이에 따라, 그래핀층(117b)으로부터 전주도금 박막(200)이 용이하게 상기 유연 기판(220)으로 이동할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 유연 기판(220)은 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리스타일렌 및 에폭시 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 경화된 물질을 포함할 수 있다.
한편, 도시되지 않았으나, 유연 기판(220) 상에는 접착제를 포함하는 접착층이 형성될 수 있다. 상기 접착층이 유연 기판(220) 상에 형성되는 경우 상기 접착층과 완성된 전주도금 박막(200)이 접할 수 있으며, 이에 따라, 음극롤(117)과 보조 롤(119)이 회전할 때, 유연 기판(220) 상에 형성된 상기 접착층과 그래핀층(117b) 상의 전주도금 박막(200)이 접착됨에 따라 그래핀층(117b) 으로부터 상기 접착층으로 이동될 수 있다.
상기 형성이 완료된 전주도금 박막을 상기 그래핀층으로부터 박리하여 상기 접착층이 형성된 유연 기판으로 이동할 때, 상기 그래핀층과 형성이 완료된 상기 전주도금 박막 간의 반데르발스 힘은 상기 접착층과 상기 형성이 완료된 전주도금 박막간의 반데르발스 힘보다 작은 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 장치.
예시적인 구현예에서, 상기 접착층이 유연 기판(220) 상에 형성되는 경우 상기 접착층과 전주도금 박막(200)간의 결합력인 반데르발스 힘이 보다 강화될 수 있다. 즉, 전술한 유연 기판(220)과 전주도금 박막(200)간의 결합력 보다 상기 접착층과 전주도금 박막(200)간의 결합력이 보다 우수할 수 있다. 따라서, 상기 접착층과 전주도금 박막(200)간의 결합력은 전주도금 박막(200)과 그래핀층(117b)의 반데르발스 힘에 비해 매우 강하므로, 전주도금 박막(200)이 그래핀층(117b)으로부터 보다 용이하게 박리될 수 있다.
이와 같이, 전주도금 박막(200)이 그래핀층(117b)으로부터 박리되어 유연 기판(220) 또는 유연 기판(220) 상에 형성된 상기 접착층으로 이동됨에 따라, 유연 기판 (220) 상에 형성된 전주도금 박막(200)을 포함하는 유연전극 기판이 제조될 수 있다.
또한, 상기 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하여, 접착층이 형성된 유연 기판(220) 상에 형성된 전주도금 박막(200)(즉, 금속 배선)을 포함하는 유연전극 기판이 제조될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 접착제는 에폭시계 접착제 또는 이미드계 접착제를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 유연 기판(220)으로 이동된 전주도금 박막(220)은 금속 배선 및/또는 금속 전극으로 사용될 수 있다.
상기 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 경우, 유연 기판(220) 상에 우수한 품질의 전주도금 박막(200)을 결함없이 그래핀층(117b)으로부터 박리하여 접착시킬 수 있다, 이에 따라, 우수한 품질을 가지며 고집적화된 금속 배선을 포함하는 유연전극 기판을 제조할 수 있다.
상기 유연전극 기판은 우수한 품질의 고집적화된 금속 배선을 포함할 수 있어 전기적 특성이 우수하여 가전제품, 첨단 컴퓨터, 통신 기기 등에 널리 쓰일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 유연전극 기판은 고집적화될 수 있고 소형화될 수 있어 산업용으로 널리 사용될 수 있다. 더불어, 상기 유연전극 기판은 휘어짐, 접힘 등의 유연성 역시 우수하므로 플렉서블 디스플레이 등의 다양한 입체적 특성을 요하는 분야에서도 널리 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예 1(음극롤 제조)
직경 4cm 에 길이 8cm 의 원통형 구리 몰드의 표면에 그래핀 단일층을 CVD 공정을 이용하여 형성함으로써 연속전주도금용 음극롤을 제작하였다(도 3참조).
실시예 2(전주도금박막의 제조)
실시예 1에서 제조된 연속전주도금용 음극롤과 하기 표 1에 개시된 조성을 가진 구리 도금액을 사용해서, 전류밀도 3A/dm2, 롤 회전속도 0.1rpm, 공기교반, 상온의 조건에서 10μm 두께를 갖도록 연속전주 도금하였다.
성분 농도
황산구리 220 g/L
황산 60 g/L
염소이온 0.01 %
유기광택제 5 mL/L
이때, 연속전주도금을 실시함과 동시에 한쪽 끝단을 박리하여 보조 롤을 거쳐 전주도금박막을 제조하였다. 상기 박막의 제조 공정에서, 연속전주 도금된 박막의 한쪽 끝단을 박리하는 단계에서 매우 낮은 접착력으로 인해, 추가 처리 없이도 박리가 가능함을 확인할 수 있었다.
실시예 3(유연전극기판의 제조)
실시예 1에서 제조된 연속전주도금용 음극 롤의 표면에 쉐도우 마스크법을 이용하여 진공증착을 통해 SiO2 절연막 패턴을 형성하였다.
이후 실시예 2와 같은 연속전주도금을 실시하여 SiO2 절연막 패턴을 마스크로 사용하여, 상기 SiO2 절연막 패턴이 형성되지 않은 부분만을 선택적으로 연속전주 도금하여 10μm 두께를 갖는 구리 배선을 형성함과 동시에 보조 롤을 통해 유연 기판에 접착시켜 유연전극 기판을 제조하였다.
비교예1
직경 4cm 에 길이 8cm 의 원통형 SUS 304 몰드를 이산화셀렌 0.5% 수용액에 양 10초간 침적한 화학 처리를 진행하여, 음극롤을 형성하였다. 이후, 상기 음극롤을 사용하여 전류밀도 3A/dm2, 롤 회전속도 0.05rpm, 공기교반, 상온의 조건에서 20μm 두께로 연속전주도금하였다. 이때, 하기 표 2에 개시된 조성을 가진 구리 도금액을 사용하였다.
성분 농도
황산구리 220 g/L
황산 60 g/L
염소이온 0.01 %
유기광택제 5 mL/L
이때 비교예 1에서 상기 실시예2와 달리 롤 회전속도를 낮추어 20μm두께로 연속전주 도금한 이유는 10μm두께의 전주도금박막 박리 시, 그래핀과는 달리 접착력이 높기 때문에 전주도금 박막의 표면이 손상되기 때문이다.
실험예 1: 음극롤의 접착력 측정
실시예 1을 통해 제조된 음극롤과 전주도금박막 사이의 접착력을 확인하기 위하여 T-peel 실험을 진행하고, 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8을 살펴보면, 음극롤 및 전주도금박막 사이에는 평균 0.52 J/m2 의 접착력이 존재함을 확인하였고, 이 값은 원자와 원자 사이의 인력인 반데르발스 힘과도 같은 매우 작은 값임을 알 수 있다. 이에 따라, 전주도금박막과 음극롤의 박리가 용이함을 확인할 수 있었다.
연속전주박막의 특성 평가
도 6은 실시예 2를 통해 얻어진 전주도금 박막의 표면 거칠기를 AFM을 통하여 확인한 결과이고, 도 7은 비교예 1을 통해 얻어진 전주도금박막의 표면 거칠기를 AFM을 통하여 확인한 결과이다.
도 6및 도 7을 살펴보면, 실시예 2를 통해 얻어진 평균 표면 거칠기(3.015 nm)가 비교예 1을 통해 얻어진 평균 표면 거칠기(10.790nm)에 비해 약 3.3배 가량 줄어든 것을 확인할 수 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10, 110: 전해액
13, 113: 도금조
15, 115: 양극
17a, 117a: 원통형 몰드
17b, 117b: 그래핀층
19, 119: 보조 롤
20: 전주박막 도금
117c: 미세 패턴
200: 금속 전극(전주박막 도금)

Claims (16)

  1. 원통형 몰드; 및
    상기 원통형 몰드 상에 형성된 그래핀층; 을 포함하고,
    상기 그래핀층 상에 형성된 패턴 생성부를 더 포함하고,
    상기 패턴 생성부는 미세 패턴을 가지며,
    상기 미세 패턴의 피치는 1μm 내지 10cm 범위 내에 있고, 상기 미세 패턴의 깊이는 1100nm 내지 1mm의 범위 내에 있으며,
    상기 그래핀층은 그래핀 단일층인 전주도금용 음극롤.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 몰드는 구리, 니켈, 스테인레스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 전주도금용 음극롤.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 따른 전주도금용 음극롤;
    상기 음극롤과 이격되도록 형성되며 상기 음극롤 하부에 위치하는 양극;
    상기 음극롤, 양극 및 전해액을 포함하는 도금조; 및
    상기 음극롤 상에 형성된 전주도금 박막을 운송하는 보조 롤; 을 포함하는 전주도금 박막 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극 및 음극롤 사이에 전류가 공급되고 상기 음극롤에 상기 전해액의 도금 입자가 결합되어 상기 전주 도금 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전주도금 박막 제조 장치.
  7. 제5항에 따른 전주도금 박막 제조 장치를 이용하는 전주도금 박막의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전주도금 박막은 2μm 내지 1000μm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전주도금 박막의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보조 롤은 원기둥 형상을 가지고,
    상기 음극롤 및 상기 보조 롤을 이용하여 연속공정 방식으로 전주도금 박막을 제조하는 전주도금 박막의 제조 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 전주도금용 음극롤;
    상기 음극롤과 이격되도록 형성되며 상기 음극롤 하부에 위치하는 양극;
    상기 음극롤, 양극 및 전해액을 포함하는 도금조; 및
    상기 음극롤과 이격되도록 형성되며, 형성이 완료된 전주도금 박막이 이동되는 유연 기판을 운송하는 보조 롤; 을 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유연 전극 기판의 제조 장치는,
    상기 유연 기판이 권출되는 권출롤러; 및
    상기 권출롤러와 이격되어 배치되어 상기 권출롤러부터 권출되는 유연 기판이 권취되는 권취롤러; 를 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유연 기판은 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리스타일렌 및 에폭시 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상이 경화된 물질을 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 유연 기판 상에 형성된 접착층을 더 포함하고,
    상기 형성이 완료된 전주도금 박막을 상기 그래핀층으로부터 박리하여 상기 접착층이 형성된 유연 기판으로 이동할 때, 상기 그래핀층과 형성이 완료된 상기 전주도금 박막 간의 반데르발스 힘은 상기 접착층과 상기 형성이 완료된 전주도금 박막간의 반데르발스 힘보다 작은 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 접착층은 에폭시계 접착제 또는 이미드계 접착제를 포함하는 유연전극 기판의 제조 장치.
  15. 제10항에 따른 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 유연전극 기판의 제조 방법으로서,
    상기 전주도금 박막은 상기 음극롤과 상기 보조 롤이 회전할 때, 상기 보조 롤 상의 상기 유연 기판과 상기 그래핀층 상의 전주도금 박막이 접함에 따라 상기 그래핀층으로부터 상기 유연 기판으로 이동되는 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 방법.
  16. 제13항에 따른 유연전극 기판의 제조 장치를 이용하는 유연전극 기판의 제조 방법으로서,
    상기 전주도금 박막은 상기 음극롤과 상기 보조 롤이 회전할 때, 상기 유연 기판 상에 형성된 상기 접착층과 상기 그래핀층 상의 전주도금 박막이 접함에 따라 상기 그래핀층으로부터 상기 접착층으로 이동되는 것을 특징으로 하는 유연전극 기판의 제조 방법.
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