KR101737566B1 - 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 고분자 수지 제품 또는 수지층 상에 매우 단순화된 공정으로 미세한 도전성 패턴을 형성할 수 있게 하는 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체에 관한 것이다. 상기 도전성 패턴 형성용 조성물은 고분자 수지; 및 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하는 비도전성 금속 화합물로서, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하고 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층(edge-shared octahedral layer)과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함하고, 전자기파 조사에 의해, 상기 비도전성 금속 화합물로부터, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵이 형성되는 것이다.

Description

도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체{COMPOSITION AND METHOD FOR FORMING CONDUCTIVE PATTERN, AND RESIN STRUCTURE HAVING CONDUCTIVE PATTERN THEREON}
본 발명은 각종 고분자 수지 제품 또는 수지층 상에 매우 단순화된 공정으로 미세한 도전성 패턴을 형성할 수 있게 하는 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체에 관한 것이다.
최근 들어 미세 전자 기술이 발전함에 따라, 각종 수지 제품 또는 수지층 등의 고분자 수지 기재(또는 제품) 표면에 미세한 도전성 패턴이 형성된 구조체에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 고분자 수지 기재 표면의 도전성 패턴 및 구조체는 전자기기 케이스에 일체화된 배선, 안테나, 각종 센서, MEMS 구조체 또는 RFID 태그 등의 다양한 대상물을 형성하는데 적용될 수 있다.
이와 같이, 고분자 수지 기재 표면에 도전성 패턴을 형성하는 기술에 대한 관심이 증가하면서, 이에 관한 몇 가지 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 아직까지 이러한 기술을 보다 효과적으로 이용할 수 있는 방법은 제안되지 못하고 있는 실정이다.
예를 들어, 이전에 알려진 기술에 따르면, 고분자 수지 기재 표면에 금속층을 형성한 후 포토리소그라피를 적용하여 도전성 패턴을 형성하거나, 도전성 페이스트를 인쇄하여 도전성 패턴을 형성하는 방법 등이 고려될 수 있다. 그러나, 이러한 기술에 따라 도전성 패턴을 형성할 경우, 필요한 공정 또는 장비가 지나치게 복잡해지거나, 양호하고도 미세한 도전성 패턴을 형성하기가 어려워지는 단점이 있다.
이에 보다 단순화된 공정으로 고분자 수지 기재 표면에 미세한 도전성 패턴을 보다 효과적으로 형성할 수 있는 기술의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 각종 고분자 수지 제품 또는 수지층 상에 매우 단순화된 공정으로 미세한 도전성 패턴을 형성할 수 있게 하는 도전성 패턴 형성용 조성물과, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물 등으로부터 형성된 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명은 고분자 수지; 및 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하는 비도전성 금속 화합물로서, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함하고, 전자기파 조사에 의해, 상기 비도전성 금속 화합물로부터 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵이 형성되는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물을 제공한다.
상기 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상기 비도전성 금속 화합물의 제 2 층에 포함된 금속은 서로 인접하는 제 1 층 사이에서, 예를 들어, 상기 8면체들의 꼭지점을 서로 이어주어 상기 2차원적 연결 구조를 서로 결합시킬 수 있다. 이러한 비도전성 금속 화합물은
Figure 112014086100138-pat00001
혹은 P63 / mmc 공간군 구조를 갖는 것으로 정의될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 비도전성 금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 비도전성 금속 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 비도전성 금속 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물 외에 다른 비도전성 금속 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
A3(BC2)X6
상기 화학식 1에서 A, B 및 C는 각각 독립적으로 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 나타내며, A는 Cu, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이며, B는 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, C는 V이며, X는 산소, 질소 또는 황이다.
상술한 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상기 고분자 수지는 열 경화성 수지 또는 열 가소성 수지를 포함할 수 있고, 이의 보다 구체적인 예로는 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(ABS) 수지, 폴리알킬렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리프탈아미드, 나일론 또는 엘라스토머 수지 등을 들 수 있다.
또한, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상기 비도전성 금속 화합물은 전체 조성물에 대해 약 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있으며, 나머지 함량의 고분자 수지가 포함될 수 있다.
그리고, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물은 상술한 고분자 수지 및 소정의 비도전성 금속 화합물 외에, 열 안정제, UV 안정제, 난연제, 활제, 항산화제, 무기 충전제, 색 첨가제, 충격 보강제 및 기능성 보강제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 색 첨가제는 필요에 따라 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물에 색상을 부여하기 위하여 첨가하는 물질로서 카본 블랙(Carbon Black), 흑연, 그라핀, 점토(Clay), 탈크(Talc), TiO2, ZrO2, Fe2O3, BaSO4, CaCO3, SiO2, ZnS, ZnO, ZnCrO4, Cr2O3, CoO·Al2O3 및 Co3(PO4)2로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 무기 안료; 또는 구리프탈로시아닌 및 키나크리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 유기 안료 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명은 또한, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용하여, 수지 제품 또는 수지층 등의 고분자 수지 기재 상에, 전자기파의 직접 조사에 의해 도전성 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 이러한 도전성 패턴의 형성 방법은, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물을 수지 제품으로 성형하거나, 다른 제품에 도포하여 수지층을 형성하는 단계; 상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역에 전자기파를 조사하여 상기 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵을 발생시키는 단계; 및 상기 금속핵을 발생시킨 영역을 화학적으로 환원 또는 도금시켜 도전성 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 도전성 패턴 형성 방법에서, 상기 금속핵 발생 단계에 있어서는 200nm 내지 11,000nm 사이의 다양한 파장을 갖는 레이저 전자기파가 약 1 내지 20W의 평균 파워로 조사될 수 있고, 이로서 금속핵이 보다 잘 형성되고 더욱 양호한 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전자기파 조사에 의한 금속핵 발생 단계를 진행하면, 상기 비도전성 금속 화합물의 일부가 상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역 표면으로 노출되면서 이로부터 금속핵이 발생되고, 보다 높은 접착성을 갖도록 활성화된 표면(이하, "접착활성 표면")을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 도전성 금속층은 상기 금속핵에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속 이온의 화학적 환원, 또는 이에 대한 무전해 도금에 의해 도전성 금속 이온이 화학적 환원됨으로써 상기 접착활성 표면 상에 형성될 수 있다. 상기 무전해 도금시, 상기 금속핵은 일종의 seed로 작용하여 도금 용액에 포함된 도전성 금속 이온이 화학적으로 환원될 때, 이와 강한 결합을 형성할 수 있다. 그 결과, 상기 도전성 금속층이 보다 용이하게 선택적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 환원 또는 도금 단계에서는 상기 금속핵을 발생시킨 소정 영역의 수지 제품 또는 수지층을 환원제를 포함한 산성 또는 염기성 용액으로 처리할 수 있으며, 이러한 용액은 환원제로서, 포름알데히드, 차아인산염, 디메틸아미노보레인(DMAB), 디에틸아미노보레인(DEAB) 및 히드라진으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 환원 단계에서는 환원제 및 도전성 금속 이온을 포함한 무전해 도금 용액 등으로 처리할 수도 있다.
한편, 본 발명은 또한, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물 및 도전성 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체를 제공한다. 이러한 수지 구조체는 고분자 수지 기재; 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하고, 고분자 수지 기재에 분산되어 있는 비도전성 금속 화합물로서, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층(edge-shared octahedral layer)과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물; 소정 영역의 고분자 수지 기재 표면에 노출된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함한 금속핵을 포함하는 접착활성 표면; 및 상기 접착활성 표면 상에 형성된 도전성 금속층을 포함할 수 있다.
상기 수지 구조체에서, 상기 접착활성 표면 및 도전성 금속층이 형성된 소정 영역은 상기 고분자 수지 기재에 전자기파가 조사된 영역에 대응할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각종 고분자 수지 제품 또는 수지층 등의 고분자 수지 기재 상에, 레이저 등 전자기파를 조사하는 매우 단순화된 공정으로 미세한 도전성 패턴을 보다 양호하게 형성할 수 있게 하는 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체가 제공될 수 있다.
이러한 도전성 패턴 형성용 조성물이나 도전성 패턴 형성 방법 등을 이용해, 전자기기 케이스 등 각종 수지 제품 상의 안테나용 도전성 패턴, RFID 태그, 각종 센서, MEMS 구조체 등을 매우 효과적으로 형성할 수 있게 된다.
도 1은 발명의 일 구현예에 따른 도전성 패턴 형성용 조성물에 포함되는 비도전성 금속 화합물의 일 예의 입체 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 일 구현예에 따른 조성물을 사용하여 도전성 패턴을 형성하는 방법의 일 예를 공정 단계별로 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 일 구현예에 따른 조성물을 사용하여 도전성 패턴을 형성하는 방법의 일 예에서, 전자기파 조사에 의해 고분자 수지 기재의 표면에 금속핵을 포함한 접착활성 표면이 형성된 모습을 나타낸 전자 현미경 사진이다.
도 4는 발명의 다른 구현예에 따른 도전성 패턴 형성 방법에 따라, 고분자 수지 기재에 도전성 패턴을 형성한 모습을 예를 들어 나타낸 사진이다.
도 5 및 6은 각각 제조예 1에서 합성한 분쇄 전 Cu3(NiV2)O6 분말의 전자 현미경 사진 및 X선 회절 패턴을 나타낸다.
도 7은 제조예 1에서 입도 제어 후에 얻어진 Cu3(NiV2)O6 분말의 전자 현미경 사진이다.
도 8은 실시예 1에서 Cu3(NiV2)O6 분말이 포함된 수지 구조체를 얻은 후에, 레이저를 조사하여 형성된 수지 구조체 표면의 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 9 및 10은 각각 실시예 1에서 레이저 조사 후에 수지 구조체 상에 금속핵이 형성되었는지 여부를 X선 회절 분석 및 전자 현미경 사진으로 확인한 결과를 나타낸다.
도 11은 실시예 1에서 도금 직후에 도전성 패턴이 형성된 모습과, 접착 성능 평가(ISO 2409 표준 방법에 의한 Cross-cut test) 후의 모습을 나타낸다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 도전성 패턴 형성용 조성물, 이를 사용한 도전성 패턴 형성 방법과, 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 수지; 및
제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하는 비도전성 금속 화합물로서,
상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층(edge-shared octahedral layer)과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함하고,
전자기파 조사에 의해, 상기 비도전성 금속 화합물로부터, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵이 형성되는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물이 제공된다.
이러한 발명의 일 구현예에 따른 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용해 고분자 수지 제품 또는 수지층을 성형한 후, 레이저 등 전자기파를 조사하면, 상기 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵이 형성될 수 있다. 이러한 금속핵은 전자기파가 조사된 소정 영역에서 선택적으로 노출되어 고분자 수지 기재 표면의 접착활성 표면을 형성할 수 있다. 이후, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵 등을 화학적 환원 처리하거나, 이를 seed로 하여 도전성 금속 이온 등을 포함하는 도금 용액으로 무전해 도금하면, 상기 금속핵을 포함하는 접착활성 표면 상에 도전성 금속층이 형성될 수 있다. 바로 이러한 과정을 통해, 상기 전자기파가 조사된 소정 영역의 고분자 수지 기재 상에만 선택적으로 도전성 금속층, 다시 말해서 미세한 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
특히, 이와 같이 금속핵 및 접착활성 표면이 형성되어 전자기파 조사에 의해 보다 양호한 도전성 패턴의 형성이 가능해 지는 일 요인으로서, 일 구현예의 조성물에 포함되는 비도전성 금속 화합물의 특정한 입체 구조를 들 수 있다. 이러한 발명의 일 구현예에 따른 도전성 패턴 형성용 조성물에 포함되는 비도전성 금속 화합물의 일 예의 입체 구조는 도 1에 모식적으로 나타나 있다.
도 1을 참고하면, 상기 비도전성 금속 화합물의 입체 구조에서는, 이를 이루는 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속이 제 1 층에 포함되어 있는데, 이러한 제 1 층은 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조(edge-shared octahedral layer)를 가지고 있다. 상기 제 1 층에 포함되는 2종의 금속은 각각 1/3 및 2/3의 원자분율 만큼 포함되어 8면체들을 이루며 복수의 제 1 층에 분포할 수 있다.
또한, 상기 비도전성 금속 화합물의 입체 구조에서는, 상술한 제 1 층의 복수 층과 함께, 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하고 있다. 이러한 제 2 층에는 상기 제 1 층과는 다른 종류의 금속, 예를 들어, 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 제 1 층에 포함되지 않은 나머지 금속이 포함되며, 이러한 제 2 층의 금속은 서로 인접하는 제 1 층 사이에서 상기 8면체들의 꼭지점을 서로 이어주어 이들의 2차원적 연결 구조를 서로 결합시킬 수 있다.
이와 같은 특정한 층상 입체 구조의 비도전성 금속 화합물은 전자기파 조사 전에는 비도전성을 나타낼 뿐 아니라, 상기 고분자 수지와 우수한 상용성을 가지며, 상기 환원 또는 도금 처리 등에 사용되는 용액에 대해서도 화학적으로 안정하여 비도전성을 유지하는 특성을 갖는다. 따라서, 이러한 비도전성 금속 화합물은 전자기파가 조사되지 않은 영역에서는, 고분자 수지 기재 내에 균일하게 분산된 상태로 화학적으로 안정하게 유지되어 비도전성을 나타낼 수 있다.
이에 비해, 상기 레이저 등 전자기파가 조사된 소정 영역에서는 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온 등이 쉽게 발생할 수 있다. 이때, 상술한 비도전성 금속 화합물로부터 금속 또는 그 이온이 보다 쉽게 방출될 수 있는 것은, 상기 비도전성 금속 화합물이 상술한 제 1 층 및 제 2 층이 순차 배열된 층상 입체 구조를 가짐에 기인한 것으로 예측될 수 있다. 이러한 3종의 금속을 포함하는 층상 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물은 제 2 층의 vacancy formation energy가 다른 층상 혹은 비층상 입체 구조를 갖는 화합물에 비해 낮아, 상기 제 2 층에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온이 보다 쉽게 방출될 수 있는 것이다. 이와 같이, 전자기파 조사에 의해 비도전성 금속 화합물로부터 금속이나 그 이온이 보다 쉽게 방출되어 금속핵 및 접착활성 표면의 형성이 용이하다.
또한, 상기 비도전성 금속 화합물은 제 1 층 및 제 2 층이 순차 배열된 층상 입체 구조 외에 제 1 층이 2종의 금속을 각각 1/3 및 2/3의 원자분율로 포함하는 복합 구조를 가져 전자기파 조사에 의해 금속핵 및 접착활성 표면의 형성이 매우 용이하다. 보다 구체적으로, 상기 비도전성 금속 화합물은 복수의 제 1 층이 1종의 금속으로 형성되는 화합물 대비 레이저 등 전자기파에 의하여 보다 쉽게 금속핵 및 접착활성 표면을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물은 상술한 비도전성 금속 화합물 특유의 입체 구조 및 이러한 특유한 입체 구조를 이루는 금속 성분의 조합 등으로 인해, 상기 비도전성 금속 화합물과 동일 구조를 가지더라도 단일 금속으로 제 1 층이 형성되는 화합물을 포함하거나, 또는 스피넬 등 다른 입체 구조를 갖는 화합물을 포함하는 조성물, 혹은 기타 금속핵의 형성이 수반되지 않는 다른 조성물을 사용한 경우와 비교하여, 보다 양호한 미세 도전성 패턴을 용이하게 형성할 수 있게 한다. 더구나, 이러한 특성으로 인해, 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용하면, 상기 비도전성 금속 화합물과 동일 구조를 가지더라도 단일 금속으로 제 1 층이 형성되는 화합물, 혹은 상기 스피넬 등 비층상 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함한 다른 조성물을 사용한 경우 등에 비해, 상기 비도전성 금속 화합물의 사용량, 보다 구체적으로 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속의 사용량 또는 함량을 줄이더라도, 양호하고도 미세한 도전성 금속층을 보다 용이하게 형성할 수 있다.
부가하여, 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물에 포함되는 상술한 비도전성 금속 화합물은 안료 또는 염료 등의 첨가에 의하여 흑색 외의 다양한 색채를 띠는 수지 제품 또는 수지층의 구현을 가능케 한다. 따라서, 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물은 도전성 패턴을 가지면서 다양한 색채를 띠는 수지 제품 또는 수지층을 구현하는데 사용될 수 있다.
이와 같이, 발명의 일 구현예에 따른 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용하면, 레이저 등 전자기파를 조사하고, 해당 영역을 환원 또는 도금 처리하는 매우 단순한 공정으로 고분자 수지 기재 상에 미세하고도 양호한 도전성 패턴을 쉽게 형성할 수 있다. 더구나, 이에 포함된 비도전성 금속 화합물 특유의 입체 구조 및 이에 포함되는 복합 고용체 등으로 인해, 상기 도전성 패턴을 보다 양호하고 용이하게 형성할 수 있으며, 수요자의 요구에 부흥하여 다양한 색채를 갖는 수지 제품 또는 수지층을 적합하게 구현할 수 있다. 따라서, 이러한 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용해, 다양한 고분자 수지 제품 또는 수지층 상에 전자기기용 도전성 패턴, RFID 태그, 각종 센서, MEMS 구조체 등을 매우 효과적으로 형성할 수 있게 된다.
그리고, 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상술한 비도전성 금속 화합물의 입체 구조는
Figure 112014086100138-pat00002
혹은 P63 / mmc 공간군 구조로 정의되는 층상 입체 구조로 될 수 있다. 이러한 층상 입체 구조로 인해 비층상 입체 구조 등에 비해 상기 제 2 층의 vacancy formation energy가 더욱 낮게 나타날 수 있다. 따라서, 상기 제 2 층에 포함된 금속이나 그 이온이 보다 쉽게 방출될 수 있다. 또한, 상기 비도전성 금속 화합물은 3종의 금속 양이온들과 1종의 음이온이 복합 고용체를 이루며 층상 구조를 가지는데, 복수의 제 1 층이 2종의 금속을 각각 1/3과 2/3의 원자분율로 포함하는 복합 구조를 가지고, 제 2 층이 또 다른 1종의 금속을 포함하는 구조를 가짐으로써 특정 파장의 레이저 등 전자기파에 대해 보다 높은 흡수율 및 민감도를 나타낼 수 있다. 그러므로, 이러한 층상 입체 구조 및 특정 조합의 금속 성분을 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함하는 조성물을 사용하는 것은 상기 비도전성 금속 화합물의 사용량을 더욱 줄이면서도 금속핵 등의 형성을 가능케 하고, 도전성 금속층(도전성 패턴)을 보다 양호하게 형성할 수 있게 하는 주된 요인 중 하나로 될 수 있다.
이때, 상기 층상 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 상기 화학식 1의 화합물은 도 1에 도시된 입체 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
A3(BC2)X6
상기 화학식 1에서 A, B 및 C는 각각 독립적으로 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 나타내며 A는 Cu, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이며, B는 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, C는 V이며, X는 산소, 질소 또는 황을 나타낸다.
도 1을 참고하면, 이러한 층상 입체 구조에서는, B 금속 및 C 금속이 각각 1/3과 2/3의 원자분율로 X 원자들과 8면체들을 이루고 상기 8면체들이 모서리를 공유하여 2차원적으로 연결된 구조로 배열되어 제 1 층(edge-shared octahedral layer)을 이룰 수 있다. 또한, 상기 입체 구조에서는, 상기 A 금속이 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열되어 제 2 층을 이룰 수 있다. 그리고, 이러한 제 2 층을 이루는 A 금속은 상기 제 1 층의 8면체들의 꼭지점을 서로 이어주어 상기 2차원적 연결 구조를 서로 결합시킬 수 있다.
이때, 상기 제 2 층을 이루는 A 금속은 Cu, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 되어 전자기파 조사에 의해 비도전성 금속 화합물로부터 방출되는 금속원으로 될 수 있고, B 금속은 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 될 수 있으며, C 금속은 바나듐(V)일 수 있다.
보다 구체적인 일 예에서, 상술한 층상 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물 중에서도, Cu3(NiV2)O6, Ag3(NiV2)O6, Au3(NiV2)O6, Cu3(CoV2)O6, Cu3(FeV2)O6, Ag3(CoV2)O6, Ag3(FeV2)O6, Au3(CoV2)O6 및 Au3(FeV2)O6로 이루어진 군에서 선택된 화합물의 1종 이상을 사용함에 따라, 상기 금속핵 및 이를 포함한 접착활성 표면이 보다 잘 형성될 수 있다. 따라서, 이들 특정한 비도전성 금속 화합물을 사용함에 따라 상기 금속핵 등을 적절히 형성할 수 있고, 보다 양호한 도전성 패턴의 형성이 가능하다.
또한, 상술한 일 구현예의 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상기 고분자 수지로는 다양한 고분자 수지 제품 또는 수지층을 형성할 수 있는 임의의 열 경화성 수지 또는 열 가소성 수지를 별다른 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 상술한 특정 입체 구조의 비도전성 금속 화합물은 다양한 고분자 수지와 우수한 상용성 및 균일한 분산성을 나타낼 수 있으며, 일 구현예의 조성물은 다양한 고분자 수지를 포함하여 여러 가지 수지 제품 또는 수지층으로 성형될 수 있다. 이러한 고분자 수지의 구체적인 예로는, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(ABS) 수지, 폴리알킬렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리프탈아미드, 나일론 또는 엘라스토머 수지 등을 들 수 있으며, 상기 폴리알킬렌테레프탈레이트 수지로는 예컨대 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 등을 들 수 있다. 상기 고분자 수지는 상술한 수지 이외에도 다양한 고분자 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물에서, 상기 비도전성 금속 화합물은 전체 조성물에 대해 약 1 내지 10 중량%, 혹은 약 1.5 내지 7 중량%로 포함될 수 있으며, 나머지 함량의 고분자 수지가 포함될 수 있다. 이러한 함량 범위에 따라, 상기 조성물로부터 형성된 고분자 수지 제품 또는 수지층의 기계적 물성 등 기본적인 물성을 적절히 유지하면서도, 전자기파 조사에 의해 일정 영역에 도전성 패턴을 형성하는 특성을 바람직하게 나타낼 수 있다. 또한, 이러한 조성비에 의해, 상술한 금속핵의 형성 및 양호한 도전성 패턴의 형성이 보다 바람직하게 담보될 수 있다.
부가하여, 일 구현예의 조성물은 특정 금속의 조합으로 형성되는 특정 입체 구조의 비도전성 금속 화합물을 포함하고 금속핵 등의 형성을 가능케 함에 따라, 보다 낮은 함량의 비도전성 금속 화합물만을 포함하더라도, 전자기파 조사에 의해 도전성 패턴을 보다 효과적으로 형성할 수 있다. 따라서, 비도전성 금속 화합물의 함량을 줄여 상기 수지 제품 또는 수지층의 기본적 물성을 우수하게 유지하기가 보다 용이하게 될 수 있다.
그리고, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물은 상술한 고분자 수지 및 소정의 비도전성 금속 화합물 외에, 열 안정제, UV 안정제, 난연제, 활제, 항산화제, 무기 충전제, 색 첨가제, 충격 보강제 및 기능성 보강제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 상기 색 첨가제는 필요에 따라 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물에 색상을 부여하기 위하여 첨가하는 물질로서 카본 블랙(Carbon Black), 흑연, 그라핀, 점토(Clay), 탈크(Talc), TiO2, ZrO2, Fe2O3, BaSO4, CaCO3, SiO2, ZnS, ZnO, ZnCrO4, Cr2O3, CoO·Al2O3 및 Co3(PO4)2로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 무기 안료; 또는 구리프탈로시아닌 및 키나크리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 유기 안료 등을 사용할 수 있다. 이외에도 수지 제품 성형용 조성물에 사용 가능한 것으로 알려진 다양한 첨가제를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있음은 물론이다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물을 사용하여, 수지 제품 또는 수지층 등의 고분자 수지 기재 상에, 전자기파의 직접 조사에 의해 도전성 패턴을 형성하는 방법이 제공된다. 이러한 도전성 패턴의 형성 방법은, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물을 수지 제품으로 성형하거나, 다른 제품에 도포하여 수지층을 형성하는 단계; 상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역에 전자기파를 조사하여 상기 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵을 발생시키는 단계; 및 상기 금속핵을 발생시킨 영역을 화학적으로 환원 또는 도금시켜 도전성 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로, 상기 다른 구현예에 따른 도전성 패턴의 형성 방법을 각 단계별로 설명하기로 한다. 참고로, 도 2에서는 상기 도전성 패턴 형성 방법의 일 예를 공정 단계별로 간략화하여 나타내고 있으며, 도 3에서는 상기 도전성 패턴 형성 방법의 일 예에서, 전자기파 조사에 의해 고분자 수지 기재의 표면에 금속핵을 포함한 접착활성 표면이 형성된 모습을 전자 현미경 사진으로 나타내고 있다.
상기 도전성 패턴 형성 방법에서는, 먼저, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물을 수지 제품으로 성형하거나, 다른 제품에 도포하여 수지층을 형성할 수 있다. 이러한 수지 제품의 성형 또는 수지층의 형성에 있어서는, 통상적인 고분자 수지 조성물을 사용한 제품 성형 방법 또는 수지층 형성 방법이 별다른 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물을 사용하여 수지 제품을 성형함에 있어서는, 상기 도전성 패턴 형성용 조성물을 압출 및 냉각한 후 펠릿 또는 입자 형태로 형성하고, 이를 원하는 형태로 사출 성형하여 다양한 고분자 수지 제품을 제조할 수 있다.
이렇게 형성된 고분자 수지 제품 또는 수지층은 상기 고분자 수지로부터 형성된 수지 기재 상에, 상술한 특정 금속의 조합으로 형성된 특정 입체 구조의 비도전성 금속 화합물이 균일하게 분산된 형태를 가질 수 있다. 특히, 상기 비도전성 금속 화합물은 다양한 고분자 수지와 우수한 상용성, 충분한 용해도 및 화학적 안정성을 가지므로, 상기 수지 기재 상의 전 영역에 걸쳐 균일하게 분산되어 비도전성을 갖는 상태로 유지될 수 있다.
이러한 고분자 수지 제품 또는 수지층을 형성한 후에는, 도 2의 첫 번째 도면에 도시된 바와 같이, 도전성 패턴을 형성하고자 하는 상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역에, 레이저 등 전자기파를 조사할 수 있다. 이러한 전자기파를 조사하면, 상기 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온이 방출될 수 있고, 이를 포함한 금속핵을 발생시킬 수 있다(도 2의 두 번째 도면 참조).
보다 구체적으로, 상기 전자기파 조사에 의한 금속핵 발생 단계를 진행하면, 상기 비도전성 금속 화합물의 일부가 상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역 표면으로 노출되면서 이로부터 금속핵이 발생되고, 보다 높은 접착성을 갖도록 활성화된 접착활성 표면을 형성할 수 있다. 이러한 접착활성 표면이 전자기파가 조사된 일정 영역에서만 선택적으로 형성됨에 따라, 후술하는 환원 또는 도금 단계를 진행하면, 상기 금속핵 및 접착활성 표면에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속 이온의 화학적 환원, 또는 이에 대한 무전해 도금에 의해 도전성 금속 이온이 화학적 환원됨으로써, 상기 도전성 금속층이 소정 영역의 고분자 수지 기재 상에 선택적으로 보다 양호하게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 무전해 도금시에는, 상기 금속핵이 일종의 seed로 작용하여 도금 용액에 포함된 도전성 금속 이온이 화학적으로 환원될 때, 이와 강한 결합을 형성할 수 있다. 그 결과, 보다 양호한 도전성 금속층이 더욱 용이하게 선택적으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 금속핵 발생 단계에 있어서는, 전자기파 중에서도, 레이저 전자기파가 조사될 수 있고, 예를 들어, 적외선 영역에 해당하는 200nm 내지 11,000nm 사이의 다양한 파장을 갖는 레이저 전자기파가 조사될 수 있다. 구체적으로, 상술한 금속핵 발생 단계에서는, 예를 들어, 약 248nm, 약 308nm, 약 355nm, 약 532nm, 약 585nm, 약 755nm, 약 1064nm, 약 1550nm, 약 2940nm 또는 약 10,600nm의 파장을 갖는 레이저 전자기파가 약 1 내지 20W 혹은 약 3 내지 15W의 평균 파워로 조사될 수 있다.
이러한 레이저 전자기파의 조사에 의해, 비도전성 금속 화합물로부터 금속핵의 형성을 보다 바람직하게 담보할 수 있고, 이를 포함한 접착활성 표면을 소정 영역에 선택적으로 발생 및 노출시킬 수 있다. 다만, 실제 사용되는 비도전성 금속 화합물 및 고분자 수지의 구체적인 종류나 이들의 조성에 따라, 금속핵 등의 형성을 가능케 하는 전자기파 조사 조건이 다르게 제어될 수도 있다.
한편, 상술한 금속핵 발생 단계를 진행한 후에는, 도 2의 세 번째 도면에 도시된 바와 같이, 상기 금속핵을 발생시킨 영역을 화학적으로 환원 또는 도금시켜 도전성 금속층을 형성하는 단계를 진행할 수 있다. 이러한 환원 또는 도금 단계를 진행한 결과, 상기 금속핵 및 접착활성 표면이 노출된 소정 영역에서 선택적으로 도전성 금속층이 형성될 수 있고, 나머지 영역에서는 화학적으로 안정한 비도전성 금속 화합물이 그대로 비도전성을 유지할 수 있다. 이에 따라, 고분자 수지 기재 상의 소정 영역에만 선택적으로 미세한 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
이러한 환원 또는 도금 단계에서는 상기 금속핵을 발생시킨 소정 영역의 수지 제품 또는 수지층을 환원제를 포함한 산성 또는 염기성 용액으로 처리할 수 있으며, 이러한 용액은 환원제로서, 포름알데히드, 차아인산염, 디메틸아미노보레인(DMAB), 디에틸아미노보레인(DEAB) 및 히드라진으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 환원 단계에서는 환원제 및 도전성 금속 이온을 포함한 무전해 도금 용액 등으로 처리할 수도 있다.
이와 같은 환원 또는 도금 단계의 진행으로, 상기 금속핵에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속 이온이 환원되거나, 상기 금속핵이 형성된 영역에서 이를 seed로 하여 상기 무전해 도금 용액에 포함된 도전성 금속 이온이 화학적 환원되어, 소정 영역에 선택적으로 양호한 도전성 패턴이 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속핵 및 접착활성 표면은 상기 화학적으로 환원되는 도전성 금속 이온과 강한 결합을 형성할 수 있고, 그 결과 소정 영역에 선택적으로 도전성 패턴이 보다 용이하게 형성될 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 도전성 패턴 형성용 조성물 및 도전성 패턴 형성 방법에 의해 얻어진 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체가 제공된다. 이러한 수지 구조체는 고분자 수지 기재; 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하고, 고분자 수지 기재에 분산되어 있는 비도전성 금속 화합물로서, 상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층(edge-shared octahedral layer)과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물; 소정 영역의 고분자 수지 기재 표면에 노출된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함한 금속핵을 포함하는 접착활성 표면; 및 상기 접착활성 표면 상에 형성된 도전성 금속층을 포함할 수 있다.
이러한 수지 구조체에서, 상기 접착활성 표면 및 도전성 금속층이 형성된 소정 영역은 상기 고분자 수지 기재에 전자기파가 조사된 영역에 대응할 수 있다. 또, 상기 접착활성 표면의 금속핵에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온은 상기 비도전성 금속 화합물에서 유래한 것으로 될 수 있다. 한편, 상기 도전성 금속층은 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속에서 유래하거나, 무전해 도금 용액에 포함된 도전성 금속 이온에서 유래한 것으로 될 수 있다.
한편, 상기 수지 구조체는, 상기 고분자 수지 기재 내에 분산되어 있고, 상기 비도전성 금속 화합물에서 유래한 잔류물을 더 포함할 수 있다. 이러한 잔류물은 상기 비도전성 금속 화합물의 입체 구조에서 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속 중 적어도 일부가 방출되어, 그 자리의 적어도 일부에 vacancy가 형성된 구조를 가질 수 있다.
상술한 수지 구조체는 도전성 패턴을 갖는 전자기기 케이스 등 각종 수지 제품 또는 수지층으로 되거나, 안테나, 기타 RFID 태그, 각종 센서 또는 MEMS 구조체 등의 도전성 패턴을 갖는 다양한 수지 제품 또는 수지층으로 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 발명의 구현예들에 따르면, 레이저 등 전자기파를 조사하고 환원 또는 도금하는 매우 단순화된 방법으로, 각종 미세 도전성 패턴을 갖는 다양한 수지 제품을 양호하고도 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이 수지 제품 또는 수지층 상에 미세 도전성 패턴을 형성한 일 예는 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 의해 뒷받침되는 바와 같이, 상술한 매우 단순한 공정으로도 각종 수지 제품 또는 수지층 상에 미세한 도전성 패턴을 형성할 수 있으므로, 이전에 제안된 바 없는 신규한 수지 제품 등을 포함하여 보다 다양한 형태의 수지 제품을 구현하는데 크게 기여할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 비도전성 금속 화합물 Cu 3 ( NiV 2 )O 6 의 합성
원재료 Cu, NiO 와 V2O5를 3 : 1 : 1의 몰 비율로 균일하게 혼합(mixing)한 후 펠렛화(pelletizing)하였다. 이후, Fumed silica tube를 이용하여 펠렛을 삽입하고 진공 분위기를 만든 후 밀봉하였다. 이렇게 밀봉된 상태의 시료를 650℃의 조건 하에 24 시간 동안 소성하여 Cu3(NiV2)O6의 화학식을 가지는 분말을 합성하였다. 합성된 분말의 전자 현미경 사진 및 X선 회절 패턴은 각각 도 5 및 6에 나타내었다. 상기의 전자 현미경 사진 및 X선 회절 분석 등을 통해, 상기 비도전성 금속 화합물이 판상형 결정 구조를 가지며, 도 1과 같은 층상 입체 구조를 갖는 것이 확인되었다.
상기 합성된 분말은 추가적인 분쇄 처리를 통해 500nm 수준의 평균입도(D50) 및 0.1 내지 1.2um 수준의 입도 분포를 가지도록 미립화되었다. 분쇄된 Cu3(NiV2)O6 분말은 이하의 실시예에서 사용되었으며, 분쇄된 분말의 전자 현미경 사진을 도 7에 나타내었다.
실시예 1: 레이저 직접 조사에 의한 도전성 패턴의 형성
기본수지인 폴리카보네이트 수지와, 제조예 1에서 얻어진 비도전성 금속 화합물 분말[Cu3(NiV2)O6]을 사용하고, 공정 및 안정화를 위한 첨가제들을 함께 사용하여 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물을 제조하였다.
이들 첨가제로는 열 안정화제 (IR1076, PEP36), UV 안정제 (UV329), 활제 (EP184), 충격보강제 (S2001)를 사용하였다.
상기 폴리카보네이트 수지에 전체 조성물에 대하여 5 중량%에 해당하는 비도전성 금속 화합물, 4 중량%의 충격보강제 및 1 중량%의 활제 포함 기타 첨가제를 혼합하여 조성물을 얻고, 이를 260 내지 280℃에서 압출기를 통해 혼합(blending) 및 압출하여 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 압출된 펠렛 형태의 수지 조성물을 약 260 내지 280℃에서 직경 100mm, 두께 2mm의 기판 형태로 사출 성형하였다.
한편, 사출 성형된 기판 형태의 수지 구조체에 대해, Nd-YAG laser 장치를 이용하여, 40kHz, 7W의 조건 하에 1064nm 파장대의 레이저를 조사하여 표면을 활성화시켰다. 도 8은 Laser에 의해 형성된 수지 구조체의 표면 상태의 일 예를 보여주고 있다. Laser 조사 후, 수지 구조체에 구리 함유 금속핵의 형성 여부를 XRD 및 전자 현미경 사진으로 확인하였으며, 그 결과를 각각 도 9 및 10에 도시하였다. 도 9 및 10을 참고하면, 상기 레이저 조사 후에 Cu3(NiV2)O6 입자에서 유래한 일부의 Cu 또는 그 이온이 환원되면서 금속 seed (즉, 금속핵)가 형성됨이 확인된다.
이어서, 상기 레이저 조사에 의해 표면이 활성화된 수지 구조체에 대하여 다음과 같이 무전해 도금 공정을 실시하였다. 도금 용액은 황산구리 3g, 롯셀염 14g, 수산화나트륨 4g을 100ml의 탈이온수에 용해시켜 제조하였다. 제조된 도금 용액 40 ml에 환원제로 포름알데하이드 1.6ml를 첨가하였다. 레이저로 표면이 활성화된 수지 구조체를 3 내지 5 시간 동안 도금 용액에 담지시킨 후, 증류수로 세척하였다.
형성된 도전성 패턴 (혹은 도금층)의 접착 성능은 ISO 2409 표준 방법을 이용하여 평가하였다. 위에서 도금 직후에 도전성 패턴이 형성된 모습과, 상기 접착 성능 평가(ISO 2409 표준 방법에 의한 Cross-cut test) 후의 모습을 도 11에 도시하였다.
실시예 2: 레이저 직접 조사에 의한 도전성 패턴의 형성
실시예 1의 도전성 패턴 형성용 조성물에 전체 조성물에 대하여 0.5 중량%에 해당하는 carbon black을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 패턴 형성용 조성물을 제조하고, 이로부터 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 금속핵의 형성을 확인하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로, 폴리카보네이트 수지 기판 상에 접착성이 우수한 도전성 패턴이 형성됨을 확인하였다(하기 시험예 및 표 1 참조).
실시예 3: 레이저 직접 조사에 의한 도전성 패턴의 형성
실시예 1의 도전성 패턴 형성용 조성물에 전체 조성물에 대하여 5 중량%에 해당하는 TiO2을 추가적으로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 패턴 형성용 조성물을 제조하고, 이로부터 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체를 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 금속핵의 형성을 확인하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리카보네이트 수지 기판 상에 접착성이 우수한 도전성 패턴이 형성됨을 확인하였다(하기 시험예 및 표 1 참조).
비교예 1: 레이저 직접 조사에 의한 도전성 패턴의 형성
비도전성 금속 화합물로서, Cu3(NiV2)O6 대신 CuNiO2를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 패턴 형성용 조성물을 제조하고, 이로부터 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체를 제조하였다.
비교예 1에서는 비도전성 금속 화합물인 CuNiO2가 레이저에 대한 민감도가 실시예에 비해 떨어져 비도전성 금속 화합물 유래의 금속 seed가 형성되지 않음이 확인되었다.
이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 도금을 진행하여 도전성 패턴을 형성한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로, 폴리카보네이트 수지 기판에 대한 도전성 패턴의 접착성 및 양호성을 측정 및 평가하였다(하기 시험예 및 표 1 참조). 이에 따르면, 비교예 1에서는, 폴리카보네이트 수지 기판 상에 접착성이 불량한 도전성 패턴이 형성되었음이 확인된다.
시험예 : 도전성 패턴의 접착성 평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 최종 도전성 패턴을 형성한 후, ISO 2409 표준 방법에 의한 Cross-cut test에 의해, 각 도전성 패턴의 접착성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에 따르면, 실시예 1 내지 3에서는 폴리카보네이트 수지에 대해 접착성이 우수한 도전성 패턴이 양호하게 형성된 것에 비해, 비교예 1에서는 접착성이 불량하여 쉽게 제거되는 도전성 패턴이 형성되었음이 확인된다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
폴리카보네이트 수지
[중량%]		 90 89.5 85 90
비도전성 금속 화합물
[중량%]		 5 5 5 5
색 첨가제(종류)
[중량%]		 0 0.5(Carbon Black) 5(TiO2) 0
충격 보강제
[S2001, 중량%]		 4 4 4 4
기타 첨가제
[중량%]		 1 1 1 1
레이저 조사 파워
[W, at 1064 nm]		 7 7 7 7
접착성평가결과
(ISO 2409 Class *)		 0 0 0 3
* ISO 2409 표준 방법에 의한 접착성 평가에서, class 0 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 0%임을 의미하고, class 1 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 0% 초과 5%이하를 의미한다. class 2 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 5% 초과 15% 이하를 의미한다. class 3 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 15% 초과 35% 이하를 의미한다. class 4 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 35% 초과 65% 이하를 의미한다. class 5 등급은 도전성 패턴의 박리 면적이 평가 대상 도전성 패턴 면적의 65% 초과를 의미한다.

Claims (16)

  1. 고분자 수지; 및
    제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하는 비도전성 금속 화합물로서,
    상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물을 포함하고,
    전자기파 조사에 의해, 상기 비도전성 금속 화합물로부터 상기 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵이 형성되는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비도전성 금속 화합물의 제 2 층에 포함된 금속은 서로 인접하는 제 1 층 사이에서, 상기 8면체들의 꼭지점을 서로 이어주어 상기 2차원적 연결 구조를 서로 결합시키는 것인 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비도전성 금속 화합물은
    Figure 112014086100138-pat00003
    혹은 P63/mmc 공간군 구조를 갖는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비도전성 금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물:
    [화학식 1]
    A3(BC2)X6
    상기 화학식 1에서 A, B 및 C는 각각 독립적으로 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 나타내며, A는 Cu, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이며, B는 Ni, Co 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속이고, C는 V이며, X는 산소, 질소 또는 황이다.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 열 경화성 수지 또는 열 가소성 수지를 포함하는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌(ABS) 수지, 폴리알킬렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리프탈아미드, 나일론 및 엘라스토머 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 비도전성 금속 화합물은 전체 조성물에 대해 1 내지 10 중량%로 포함되는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 열 안정제, UV 안정제, 난연제, 활제, 항산화제, 무기 충전제, 색 첨가제, 충격 보강제 및 기능성 보강제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 색 첨가제는 카본 블랙, 흑연, 그라핀, 점토(Clay), 탈크(Talc), TiO2, ZrO2, Fe2O3, BaSO4, CaCO3, SiO2, ZnS, ZnO, ZnCrO4, Cr2O3, CoO·nAl2O3 및 Co3(PO4)2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 안료; 또는 구리프탈로시아닌 및 키나크리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기 안료를 포함하는 전자기파 조사에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물.
  10. 제 1 항에 의한 도전성 패턴 형성용 조성물을 수지 제품으로 성형하거나, 다른 제품에 도포하여 수지층을 형성하는 단계;
    상기 수지 제품 또는 수지층의 소정 영역에 전자기파를 조사하여 상기 비도전성 금속 화합물로부터 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함하는 금속핵을 발생시키는 단계; 및
    상기 금속핵을 발생시킨 영역을 화학적으로 환원 또는 도금시켜 도전성 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 전자기파의 직접 조사에 의한 도전성 패턴 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 금속핵 발생 단계에서 200nm 내지 11,000nm의 파장을 갖는 레이저 전자기파가 1 내지 20W의 평균 파워로 조사되는 전자기파의 직접 조사에 의한 도전성 패턴 형성 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 도전성 금속층은 상기 금속핵에 포함된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속 이온의 화학적 환원, 또는 이에 대한 무전해 도금에 의해, 상기 금속핵을 발생시킨 영역에 형성되는 전자기파의 직접 조사에 의한 도전성 패턴 형성 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 환원 또는 도금 단계에서는 상기 금속핵을 발생시킨 영역을 환원제를 포함한 산성 또는 염기성 용액으로 처리하는 전자기파의 직접 조사에 의한 도전성 패턴 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 환원제는 포름알데히드, 차아인산염, 디메틸아미노보레인(DMAB), 디에틸아미노보레인(DEAB) 및 히드라진으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전자기파의 직접 조사에 의한 도전성 패턴 형성 방법.
  15. 고분자 수지 기재;
    제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속을 포함하고, 고분자 수지 기재에 분산되어 있는 비도전성 금속 화합물로서,
    상기 제 1 금속, 제 2 금속 및 제 3 금속 중 2종의 금속을 포함하여 모서리를 공유하는 8면체들이 서로 2차원적으로 연결된 구조를 갖는 복수의 제 1 층과, 상기 제 1 층과 다른 종류의 금속을 포함하고 서로 인접하는 제 1 층 사이에 배열된 제 2 층을 포함하는 입체 구조를 갖는 비도전성 금속 화합물;
    소정 영역의 고분자 수지 기재 표면에 노출된 제 1 금속, 제 2 금속 또는 제 3 금속이나 그 이온을 포함한 금속핵을 포함하는 접착활성 표면; 및
    상기 접착활성 표면 상에 형성된 도전성 금속층을 포함하는 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 접착활성 표면 및 도전성 금속층이 형성된 소정 영역은 상기 고분자 수지 기재에 전자기파가 조사된 영역에 대응하는 도전성 패턴을 갖는 수지 구조체.
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