KR101889087B1 - 알루미늄 및 알루미늄 합금과의 접합특성이 우수한 안테나용 접촉 단자 박막 시트 및 그 접합 방법 - Google Patents

알루미늄 및 알루미늄 합금과의 접합특성이 우수한 안테나용 접촉 단자 박막 시트 및 그 접합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내식성과 내마모성을 만족시키는 제1면 도금층과 저온에서의 접합특성이 우수한 제2면 도금층과 활성접합층을 가지는 안테나용 접촉 단자 박막 시트 및 상기 안테나용 접촉단자 박막시트의 접합방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 동박; 상기 동박의 일면에 주석 또는 주석 합금으로 된 주석 도금층; 및 상기 주석 도금층 표면에 활성접합층을 포함하며, 상기 활성접합층은 솔더 파우더 45 내지 90중량%; 불화물염 2.5 내지 10중량%, 활성금속 2.5 내지 10중량% 및 잔부 용제를 포함하는 활성제 5 내지 50중량%; 및 점성조정제 1 내지 5중량%를 포함하는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 제공하며, 나아가, 상기 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 상기 활성접합층을 매개로 열접합에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 접합하는 접합방법을 제공한다.

Description

알루미늄 및 알루미늄 합금과의 접합특성이 우수한 안테나용 접촉 단자 박막 시트 및 그 접합 방법{THIN SHEET FOR ELECTRIC CONNECTING TERMINAL HAVING IMPROVED SOLDERING PROPERTY AND METHOD FOR SOLDERING THE SAME}
본 발명은 내식성과 내마모성을 만족시키는 제1면 도금층과 접합특성이 우수한 제2면 도금층을 가지는 안테나용 접촉 단자 박막 시트 및 상기 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면에 접합하는 접합방법을 제공한다.
최근 급속도로 이루어지는 통신기기의 발전과 더불어, 기기의 소형화, 경량화 및 고성능화가 이루어지고 있다. 또한 단말기의 한정된 크기 안에 다수의 안테나를 장착하기엔 어려움이 있어 다중 대역을 하나의 안테나로 구현할 수 있는 광대역 안테나 기술이 개발되었다.
이러한 광대역 안테나 설계에는 많은 공간을 필요로 하는데, 단말기의 케이스를 금속 재질로 구현하여 메탈 케이스 자체가 안테나로 동작하도록 함으로써 공간적 제약으로 인한 문제를 해결하는 기술이 개발되었다.
상기 메탈 케이스와 안테나 회로를 연결하기 위한 방법으로 종래에는 스크류 접합 방식을 사용하였으나, 공간 활용 및 외관 설계의 불편함으로 인해 도금접촉단자를 이용한 접합 방식이 사용되고 있다. 도금접촉단자는 주로 동박에 금도금을 하거나, 또는 동박에 니켈도금 및 금도금을 하여 사용하고 있는데, 이 경우 모든 주파수에 대하여 효율이 좋으며 접촉부분에 의한 반사손실이 적다.
한편, 메탈 케이스와 접촉단자는 용접으로 결합하게 되는데, 일반적인 용접 방법으로는 레이저 용접이 적용되고 있다. 그러나 이러한 레이저 용접 방식은 메탈 케이스와 접촉단자의 소재 변형을 가져오고, 용접 부위가 쉽게 부식되어 안테나 성능을 떨어뜨리는 원인을 제공한다. 또한, 용접을 하기 위해서는 접촉단자의 두께가 100㎛ 이상이 확보되어야 하는데, 이는 단말기의 두께를 줄이는데 불리하게 작용한다.
메탈케이스와 접촉단자를 용접하는 다른 방법으로는 초음파 용접이 있는데, 상기 초음파 용접은 2매의 금속을 맞대고 그 한 쪽에 접촉면과 평행하게 고주파진동을 가하여 단시간에 접합하는 방법으로, 강한 마찰에 의해 금속 표면의 산화물층이 제거되며 표면이 가열되어 접합된다. 이러한 초음파 용접은 소재의 변형을 초래함이 없이 용접이 가능하며, 접촉단자의 두께를 20㎛ 이하로 낮출 수 있어 휴대폰 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 초음파용접은 용접 면적이 적으므로 접촉단자와 메탈 케이스와의 접합력이 약한 단점이 있다. 이로 인해 접촉단자와 결합부위에 약 10㎛ 두께의 점착코팅을 하여 용접을 하고 있으나, 용접 공정에서 발생하는 제품 불량 및 손실로 인한 문제가 발생하고 있다.
상기의 문제점을 보완하기 위해 알루미늄 및 알루미늄 합금과의 접합특성이 우수한 접촉 단자 박막 시트의 제조 방법이 대한민국 등록특허 제1736211호에 개시되어 있다.
그러나, 더 높은 전파특성이 요구됨에 따라 접촉 단자의 두께와 크기는 계속해서 작아지고 있고, 기존의 용접 방법으로는 접촉 단자의 두께나 크기가 작아질수록 접합 할 수 있는 부위가 줄어들어 접합력이 떨어지는 문제가 발생하고 있다. 또한 기존의 용접 방법은 접촉단자에 직접적으로 열 및 압력을 가하므로, 이 과정에서 발생하는 물리적인 에너지(열 및 마찰)에 의해 표면 손상 및 내식성의 저하와 같은 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 접촉단자로서의 내식성과 내마모성이 우수하며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 저온에서의 접합 특성이 우수한 특성을 가지는 안테나용 도금 박막 시트를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명은 기존의 레이저용접과 초음파용접이 가지고 있는 부식 및 약한 결합력 등의 문제점을 개선하여 접합력이 우수하며 접촉저항이 낮으며 표면 손상이 없는 박막 시트와 알루미늄 및 알루미늄 합금과의 열 접합에 의한 안테나용 도금 박막 시트의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 제공하고자 하는 것으로서, 일 구현예에 따르면, 동박; 상기 동박의 일면에 주석 또는 주석 합금으로 된 주석 도금층; 및 상기 주석 도금층 표면에 활성접합층을 포함하며, 상기 활성접합층은 솔더 파우더 45 내지 90중량%; 불화물염 2.5 내지 10중량%, 활성금속 2.5 내지 10중량% 및 잔부 용제를 포함하는 활성제 5 내지 50중량%; 및 점성조정제 1 내지 5중량%를 포함하는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 제공한다.
상기 솔더 파우더는 Sn-Bi 합금, Sn-Bi-Ag 합금 및 Sn-Zn 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 솔더 파우더는 1~30㎛의 입자 사이즈를 갖는 것일 수 있다.
상기 불화물염은 불화나트륨, 불화암모늄, 불화칼륨, 붕불화나트륨, 붕불화암모늄, 붕불화칼륨, 불화아연, 불화니켈, 불화주석, 붕불화아연, 붕불화니켈 및 붕불화주석으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 활성 금속은 아연, 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 전이금속 및 규소, 저마늄(Germanium), 비소, 안티모니 및 텔루륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 준금속 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 점성조정제는 아마이드 왁스, 캐스트 왁스 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 활성접합층은 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 주석도금층은 주석; 주석 및 비스무스의 합금; 또는 주석, 비스무스 및 인듐의 합금의 도금층일 수 있다.
상기 주석 및 비스무스 합금은 주석 40 내지 80중량% 및 비스무스 20 내지 60중량%이며, 상기 주석, 비스무스 및 인듐의 합금은 주석 40 내지 80중량%, 비스무스 20 내지 60중량% 및 인듐 15중량% 이하(단, 0중량%는 제외한다)일 수 있다.
상기 주석 도금층은 1 내지 5㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 동박은 다른 일면에 전해 니켈 도금층 및 상기 전해니켈 도금층 상에 전해 금도금층을 포함할 수 있다.
상기 전해 니켈 도금층은 4 내지 8㎛의 두께를 가지며, 상기 금도금층은 0.05 내지 0.2㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 금도금층은 금과 인듐, 코발트 및 니켈 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 금 합금으로 된 도금층일 수 있다.
상기 금 합금으로 된 도금층은 금 함량이 99중량% 이상 100중량% 미만일 수 있다.
본 발명은 안테나용 접촉단자 박막시트의 접합방법을 제공하며, 상기한 바와 같은 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 상기 활성 접합층 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 배치하고, 가열하여 열접합한다.
상기 열접합은 100 내지 250℃의 온도로 가열하여 수행할 수 있다.
상기 활성접합층은 상기 주석도금층 상에 활성접합조성물을 도포, 스프레이법 및 롤코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 안테나용 접촉 단자 박막시트는 활성 접합층을 추가함으로써 저온 열접합 방식을 적용할 수 있어 기존의 레이저용접과 초음파용접이 가지고 있는 부식 및 약한 결합력 등의 문제 없이 접합력이 우수하고 접촉저항이 낮으며 표면손상이 없는 제품의 생산이 가능하다.
본 발명에 따른 안테나용 접촉 단자 박막시트는 상면에 내식성과 내마모성이 뛰어나며 전기전도성이 우수한 도금층을 구비함으로써 접촉에 의한 손실이 적다.
본 발명에 따른 안테나용 접촉 단자 박막시트는 하면에 알루미늄 및 알루미늄 합금과의 접합 특성이 우수한 주석 혹은 주석 비스무스 합금 도금 혹은 주석 비스무스 인듐의 합금도금층을 가짐으로써 접합 신뢰성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 단자용 박막 시트의 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명은 안테나용 접촉단자를 제공하고자 하는 것으로서, 모재가 되는 동박의 양면에 다층의 도금처리를 하여 내식성과 내마모성 및 접합 특성이 우수한 안테나용 접촉 단자를 제공한다. 또한 안테나용 접촉단자와 알루미늄 및 알루미늅 합금과의 접합에 있어서, 접합력이 우수하고 접촉저항이 낮으며 표면 손상이 없는 열접합 방법을 제공한다.
본 발명에 의해 제공되는 안테나용 접촉 단자는 동박의 양면에 다층의 도금층을 포함한다. 상기 동박은 접촉단자시트의 모재로서, 이에 한정하는 것은 아니지만 전해동박을 사용할 수 있다. 상기 동박은 두께의 제한은 없으나, 제품의 소형화 및 용접의 용이함에 적합하도록 8 내지 20㎛ 두께를 갖는 시트를 사용할 수 있다. 상기 동박의 두께가 8㎛ 미만인 경우에는 취급 중 제품의 절단되거나, 용접 과정에서 쉽게 손상되는 등의 취급상 용이하지 않은 문제가 있으며, 20㎛를 초과하는 경우에는 제품의 두께가 두꺼워지며 용접 에너지가 많이 필요하여 용접성이 떨어진다.
상기 동박은 양면에 도금층을 형성하여, 동박에 대한 내식성 및 내마모성을 향상시키고자 한다. 이때, 상기 도금층을 형성하기 전에 필요에 따라 표면에 부착된 이물질 등을 제거하기 위하여 알칼리 탈지액을 사용하여 탈지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알칼리 탈지액은 가성소다, 탄산소다, 제3 인산소다, 메타규산소다 및 계면활성제를 포함하는 용액을 사용할 수 있다.
상기 가성소다는 탈지액의 알칼리도 유지를 위하여 포함하는 것으로서, 5 내지 20g/l의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 5g/l 미만의 함량으로 포함되는 경우에는 알칼리이온의 소모에 의한 탈지 성능이 떨어지는 문제가 있으며, 20g/l를 초과하는 경우에는 알칼리도가 높아져서 소재를 부식시키는 문제가 있다.
한편, 상기 탄산소다는 가수분해를 통해 탈지의 역할을 수행하는 것으로서, 20 내지 40g/l의 함량으로 포함할 수 있다. 탄산소다의 함량이 20g/l 미만으로 포함되는 경우에는 탈지력이 약한 문제가 있으며, 40g/l를 초과하는 경우에는 알칼리도가 높아져서 소재를 부식시키는 문제가 있다.
또한, 상기 제3 인산소다는 계면활성제의 역할 및 해교의 역할을 수행하는 것으로서, 5 내지 20g/l의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제3 인산소다의 함량이 5g/l 미만인 경우에는 탈지력이 약한 문제가 있으며, 20g/l를 초과하는 경우에는 알칼리도가 높아져서 소재를 부식시키는 문제가 있다.
나아가, 상기 탈지액은 메타규산소다를 5 내지 10g/l의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 메타규산소다는 금속의 부속을 억제하는 역할을 하는 것으로 상기 메타규산소다의 함량이 5g/l 미만으로 포함된 경우에는 부식 억제능력이 떨어지는 문제가 있으며, 10g/l를 초과하는 경우에는 소재에 부착되어 얼룩을 발생시키는 문제가 있다.
또한, 상기 탈지액은 계면활성제를 1 내지 5g/l의 함량으로 포함할 수 있다. 계면활성제로는 통상 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 본 발명에서 적용할 수 있다. 예를 들어, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 등을 들 수 있다. 상기 계면활성제가 1g/l 미만으로 포함되는 경우에는 부분적으로 탈지가 되지 않는 문제가 있으며, 5g/l를 초과하는 경우에는 거품이 많이 발생하여 수세하기 어려운 문제가 있다.
상기와 같은 탈지액에 동박 시트를 침지함으로써 동박 표면에 부착된 이물질을 제거할 수 있다. 이때, 상기 탈지액은 온도가 낮을 시에는 탈지효과가 약하여 탈지 시간이 오래 걸리며, 온도가 높을 시에는 증발이 심하여 물의 보충을 자주해야 하는 문제가 있으므로 50 내지 60℃의 온도범위를 갖는 것이 바람직하다. 탈지 시간은 소재의 상태에 따라 다르지만 보통 20 내지 60초 정도 침지하는 것이 바람직하다.
이와 같이 동박을 탈지액으로 처리한 다음, 상기 동박을 세척하여 동박 표면의 탈지액을 제거한 후, 상기 동박 표면을 활성화 처리하는 단계를 포함한다. 상기 활성화 처리 단계는 동박 표면에 존재하는 산화층을 제거하여 동박 표면에 대한 도금성을 향상시키고자 하는 것이다. 이를 위해, 상기 동박을 황산으로 처리하는 단계를 포함한다.
상기 동박을 활성화하는 황산은 5 내지 10중량%의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 황산 농도가 5중량% 미만이면 소재가 충분히 활성화되지 못하는 문제가 있으며, 10중량%를 초과하면 소재가 부식되어 손상되는 문제가 있다.
이어서, 상기 활성화 처리된 동박 표면에 니켈 도금층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 니켈 도금층은 상기 동박 표면에 대하여 전해 니켈 도금을 수행하여 니켈 금속을 도금한 후 수세하여 세척함으로써 형성할 수 있으며, 이에 의해 형성된 니켈 도금층은 동박에 대하여 내식성 및 경도를 향상시킨다.
상기 전해 니켈 도금은 니켈이온의 공급 및 착화제로서의 역할로서, 설파민산니켈(니켈 금속으로 50 내지 100g/l)을, 양극 용해를 돕는 성분으로 염화니켈 20 내지 50g/l, pH 안정제의 역할을 하는 붕산 20 내지 50g/l 및 광택제를 포함하는 도금액을 사용할 수 있다. 이때, 상기 도금액은 pH 3 내지 5 및 온도 40 내지 60℃의 온도에서 음극전류밀도 1 내지 10A/dm2로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 니켈도금은 특별히 한정하지 않으며, 와트욕 또는 설파민산욕을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 설파민산욕이 도금 속도 및 균일성 면에서 보다 바람직하다.
상기와 같은 니켈 전해도금에 의해 동박 표면에 니켈 도금층을 형성할 수 있다. 이에 의해 동박 표면에 형성되는 상기 니켈 도금층은 4 내지 8㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 두께가 너무 얇으면 제품의 강도 및 내식성이 떨어지는 문제가 있으며, 두께가 두꺼우면 비용이 높아지는 문제가 있다.
본 발명의 안테나용 접촉단자는 상기 니켈 도금층 상에 금 도금층을 또한 포함한다. 상기 금 도금층은 전기전도성이 뛰어나며, 공기 중에서 쉽게 산화되지 않아서 산화에 의한 전기전도도의 변화가 적으므로 접점으로서 사용함에 있어서 중요한 역할을 한다.
상기 금 도금층은 필요에 따라 인듐, 코발트, 니켈 등의 금속을 더 포함하는 금 합금 도금층일 수 있다. 상기 금 합금 도금층은 순금에 비하여 경도가 높고 광택 등 기타 성질도 우수한 경질의 금 합금 도금층으로서, 접촉 단자로서의 내마모성을 향상시킬 수 있어 보다 바람직하다.
상기 금 또는 금 합금의 도금층의 형성은 전해 산성 금 도금액에 침적하여 표면에 금 또는 금 합금 도금층을 형성한 후, 수세하여 세척함으로써 형성할 수 있다.
상기 금 또는 금 합금 도금 역시 전해 도금에 의해 수행할 수 있는 것으로서, 이를 위한 금 도금액은 시안화금칼륨을 포함한다. 상기 시안화금칼륨은 금 이온의 공급원으로서, 1 내지 10g/l을 포함한다. 상기 시안화금칼륨을 1g/l 미만으로 포함하는 경우 석출 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 10g/l를 초과하는 경우에는 비용적으로 불리하다.
또한 내마모성이 향상되는 경질 금 도금층을 형성시키기 위해서는 인듐, 코발트, 니켈 중 적어도 하나의 금속을 이들을 합계량으로 0.1 내지 5g/l 포함할 수 있다.
또한 상기 금 또는 금 합금 도금액은 착화제 및 전도성 염의 역할을 하는 약품으로서 구연산, 구연산소다 및 구연산칼륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들은 20 내지 100g/l를 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 도금액의 성능을 향상시키기 위한 소정의 첨가제를 필요에 따라 또한 포함할 수 있다.
상기 전해 도금액을 사용하여 도금을 수행하는 경우에는 pH 2 내지 5 및 온도 40 내지 60℃에서 음극전류밀도 0.5 내지 5A/dm2의 도금 조건 하에서 수행할 수 있다.
상기와 같은 금 또는 금 합금의 전해도금에 의해 니켈 도금층 상에 금 도금층 또는 금 합금 도금층을 형성할 수 있다. 상기 니켈 도금층 상에 금 합금 도금층을 형성하는 경우에는 금합금 도금층의 금 함량은 99중량% 이상인 것이 바람직하다. 금 성분이 99중량% 미만이면 합금성분의 함량 증대로 경도를 높일 수 있으나, 접촉 저항이 높아지고 내식성이 약해지는 문제가 발생한다.
이와 같은 니켈 도금층 표면에 형성되는 금 또는 금 합금 도금층은 0.05 내지 0.2㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 금 또는 금 합금 도금층의 두께가 0.05㎛ 미만이면 접촉 저항 및 내식성이 저하되는 문제가 있으며, 0.2㎛를 초과하면 비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 상기 니켈 도금 및 금 또는 금 합금 도금층이 형성되는 동박의 일면에 대하여 상기 동박의 다른 일면에는 주석 또는 주석 합금 도금층을 포함한다. 상기 주석 또는 주석 합금 도금층을 포함하는 다른 일면은 이에 의해 얻어지는 접합단자가 금속 메탈케이스와 접합되는 표면이다. 따라서, 그 표면이 주석 또는 주석 합금의 도금층을 가짐으로써 메탈케이스 재질인 알루미늄 및 알루미늄 합금과의 높은 접합 특성을 확보할 수 있다.
상기 주석 또는 주석 합금 도금은 상기 동박의 다른 일면에 주석 또는 주석 및 비스무스 합금 또는 주석, 비스무스 및 인듐 합금을 도금한 후 수세하여 세척함으로써 형성할 수 있다. 상기 주석 또는 주석 합금 도금층은 우수한 용접성을 제공하여, 메탈 케이스로 사용되는 알루미늄 및 알루미늄 합금과 본 발명의 접촉단자 사이의 접착성을 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 주석 도금층 또는 주석 합금 도금층은 낮은 녹는점을 가지며, 특히, 주석 합금 도금층은 그 합금 조성에 의해 녹는점이 낮다. 따라서, 용접 시에 적은 에너지로도 우수한 용접성을 나타낼 수 있다.
상기 주석의 공급원으로서는 황산주석, 염화주석, 설파민산주석, 메타술폰산주석, 산화주석 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 도금액 중에 상기 주석 이온의 농도는 5 내지 100g/l인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 10 내지 50g/l이다. 주석 이온의 농도가 5g/l 미만인 경우에는 석출 효율이 저하되는 문제가 있으며, 100g/l을 초과하는 경우에는 비용이 증가하는 문제가 있다.
상기한 바와 같이, 상기 주석 도금층은 주석 합금 도금층일 수 있으며, 상기 주석 합금 도금층은 주석과 함께 비스무스 및 인듐 중에서 적어도 하나의 금속을 더 포함하는 주석 합금 도금층일 수 있다.
상기 도금액 중의 비스무스 이온의 공급원으로서는 황산비스무스, 염화비스무스, 설파민산비스무스, 메타술폰산비스무스, 산화비스무스 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 비스무스 이온의 농도는 5 내지 100g/l인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 10 내지 50g/l이다.
이에 의해 얻어지는 주석과 비스무스의 합금 도금층은 주석 40 내지 80중량%, 비스무스 20 내지 60중량%의 조성을 갖는 합금 도금층을 형성할 수 있으며, 이에 의해 얻어진 주석과 비스무스 합금 도금층은 140 내지 150℃의 녹는점을 가져, 양호한 접착성을 얻을 수 있다.
나아가, 상기 도금액은 상기 주석 및 비스무스와 함께 인듐을 또한 포함하여, 주석, 비스무스 및 인듐의 합금 도금층을 형성할 수 있다. 이를 위해 상기 도금액은 인듐 이온의 공급원을 또한 포함할 수 있다. 상기 인듐 이온의 공급원은 황산인듐, 염화인듐, 썰파민산인듐, 메타술폰산인듐, 산화인듐 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 인듐 이온의 농도는 1 내지 20g/l인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 2 내지 10g/l이다.
이에 의해 동박 표면에는 주석, 비스무스 및 인듐의 합금 도금층으로서, 주석 40 내지 80중량%, 비스무스 20 내지 60중량% 및 인듐 15중량% 이하(단, 0중량%는 제외한다)의 조성을 갖는 합금 도금층을 얻을 수 있다. 이에 의해 얻어진 합금 도금층은 120 내지 140℃의 보다 낮은 녹는점을 가지며, 따라서, 보다 양호한 접착성을 확보할 수 있다.
상기 주석 또는 주석 합금 도금액은 상기 동박 표면에 도금층이 용이하게 형성될 수 있도록 하기 위해 착화제를 포함할 수 있다. 상기 착화제로는 구연산, 젖산, 글리콘산, 메타술폰산, 주석산, 옥살산, 말릭산 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 둘 이상의 착화제를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 사용한 착화제의 함량은 50 내지 250g/l인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 100 내지 200g/l이다. 상기 착화제의 양이 충분하지 못하면 금속이 착화되지 못하여 도금 외관이 불량해지는 문제가 발생한다.
나아가, 상기 주석 또는 주석합금 도금액은 필요에 따라 계면활성제를 추가하여 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는 예를 들어, 비이온성, 양이온성, 음이온성, 양쪽성 계면활성제 등의 다양한 종류의 계면활성제를 필요에 따라 사용할 수 있다. 이때, 도금 액에서 상기 계면활성제의 농도는 0.01 내지 20g/l인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 0.5 내지 10g/l의 범위이다.
상기 도금액은 이외에도 도금 성질을 개선하기 위하여 산화방지제, 광택제 등의 첨가제를 필요에 따라 첨가하여 사용할 수 있으며, 이러한 산화방지제, 광택제 등의 첨가제는 본 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다.
상기 주석 또는 주석합금도금액은 20 내지 50℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 바람직한 음극 전류밀도는 1 내지 10A/dm2이다.
이러한 도금액을 사용하여 전해도금을 수행함으로써 동박의 일 표면에 주석 또는 주석합금을 형성함으로써 메탈 케이스 등과의 접착성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 접착성 향상을 위해 상기 주석 또는 주석합금 도금층은 1 내지 5㎛ 범위의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 1㎛ 미만의 경우에는 제품의 용접성이 떨어지며, 5㎛ 을 초과하는 경우에는 비용적으로 바람직하지 못하다.
이에 의해 본 발명에 의해 제공되는 접촉단자는, 일 예로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 동박(110)의 일면에 니켈 도금층(120) 및 금 또는 금합금 도금층(130)을 포함하여, 우수한 내식성 및 내마모성을 제공한다. 또한, 본 발명의 접촉단자는 상기 동박(110)의 다른 일면에 주석 또는 주석 합금 도금층(140)을 포함하며, 이에 의해 본 발명의 접촉단자(100)가 부착되는 금속, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금(150)과의 접착성이 우수한 접촉단자(100)를 얻을 수 있다.
본 발명의 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 제조하는 방법에 있어서, 동박의 일면에 니켈 도금층과 금 도금층을 형성하고, 다른 일면에 주석 도금층을 형성하는 순서로 기재하였으나, 도금층의 형성 순서는 변경될 수 있다. 예를 들어, 동박의 일면에 주석 도금층을 먼저 형성하고, 타면에 니켈 도금층과 금 도금층을 형성할 수 있으며, 또한, 동박의 일면에 니켈 도금층을 형성하고, 타면에 주석 도금층을 형성한 후에 상기 니켈 도금층 상에 금 도금층을 형성할 수 있는 등, 그 순서는 필요에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 접촉단자는 복수의 도금층을 포함하는 총 두께가 10 내지 30㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 15 내지 25㎛의 두께를 갖는 것이 보다 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 동박의 일 표면에 형성되는 니켈 도금층, 금 또는 금합금 도금층, 동박의 다른 일 표면에 형성되는 주석 또는 주석 합금 도금층은 각각 전체 접촉단자 두께의 20 내지 40%, 0.001 내지 0.01%, 그리고 10 내지 20%의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 제공되는 접촉 단자는 상기 주석 또는 주석 합금도금층(140)과 알루미늄 및 알루미늄 합금(150)층을 접합하기 위한 방법으로 열에 의한 접합을 사용한다. 제품에 열을 전달하기 위해 전도, 대류, 복사 등의 방법을 사용할 수 있다. 구체적인 방법으로는 저항열, 고주파유도가열을 이용한 직접적인 인두기 형태의 가열 장치나 공기와 같은 매질을 이용한 대류 방식의 오븐 혹은 리플로우 장치 등을 사용할 수 있다.
이러한 열 접합 방식에 사용되는 가열 장치는 100℃에서 250℃의 온도를 공급할 수 있으며, 제품의 손상을 최소하기 위해서 바람직하게는 140℃에서 200℃의 온도를 공급하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 도금층을 포함하는 동박은 일면에 용융점이 낮은 주석 또는 주석 합금을 포함하고 있어, 상기 범위의 온도에서 용융되어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재의 메탈케이스와 접합될 수 있다.
한편, 본 발명에 의해 제공되는 접촉단자는 알루미늄 및 알루미늄 합금(150)과의 접합력을 향상시키기 위하여 알루미늄 및 알루미늄 합금(150)과 접합되는 주석 또는 주석 합금도금층(140) 상에 활성접합층(160)을 포함한다.
상기 활성접합층(160)은 주석 또는 주석 합금도금층(140)과 알루미늄 및 알루미늄 합금(150)의 금속 표면을 활성화시켜 접합을 용이하게 하기 위한 것으로, 솔더 파우더, 활성제, 점성조정제 등을 포함하는 활성접합층 형성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 솔더 파우더는 활성접합층(160)의 형태 유지 및 접합 강도를 향상시키기 위한 것으로서, 접합 온도에서 용융되기 적당한 금속일 수 있다. 상기 금속으로는, Sn-Bi 합금, Sn-Bi-Ag 합금, Sn-Zn 합금 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 활성접합층의(160) 두께 조절을 위하여 솔더 파우더의 입자 사이즈는 10~30㎛ 크기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 활성접합층(160)에 있어서, 상기 솔더 파우더는 45 내지 90중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 솔더 파우더의 함량이 45중량% 미만이면 형태 유지 및 접합강도 향상 효과가 불충분하며, 90중량%를 초과하면 활성제 또는 점성 조정제의 함량이 상대적으로 적어 바람직하지 않다.
상기 활성제는 알루미늄 금속 또는 알루미늄 합금의 표면을 활성화시키는 역할을 하는 것으로서, 불화물염, 활성금속, 잔부 용제를 포함한다.
상기 불화물염으로는 불화나트륨, 불화암모늄, 불화칼륨, 붕불화나트륨, 붕불화암모늄, 붕불화칼륨 및 불화 혹은 붕불화 금속염으로서 불화아연, 불화니켈, 불화주석, 붕불화아연, 붕불화니켈, 붕불화주석 등일 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 불화물염은 활성제 100중량%에 대하여 2.5 내지 10중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 불화물염의 함량이 2.5중량% 미만이면 표면이 충분히 활성화되지 못하는 문제가 있으며, 10중량%를 초과하면 과다한 활성으로 인해 표면이 손상되는 문제가 있다.
상기 활성금속은 금속 표면의 활성화에 가장 중요한 역할을 하는 것으로서, 아연, 니켈, 코발트, 철 등의 전이금속과 규소, 저마늄(Germanium), 비소, 안티모니, 텔루륨 등의 준금속을 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 활성금속은 활성제 100중량%에 대하여 2.5 내지 10중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 활성금속의 함량이 2.5중량% 미만이면 알루미늄 표면에 금속치환 작용이 약하여 접합력이 떨어지는 문제가 있으며, 10중량%를 초과하면 활성제의 반응을 방해하는 문제가 있다.
상기 용제로는 2가 알코올 및 아민계 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등을 단독 혹은 혼합으로 사용할 수 있다. 상기 용제는 활성제 100중량%에 대하여 상기 불화물염과 활성금속의 함량을 제외한 잔부이다.
상기 활성제는 필요에 따라 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 활성접합층 내의 성분들이 잘 섞이게 하며 또한 알루미늄 표면에 잘 퍼지게 하는 역할을 수행하는 것으로서, 활성제 100중량%에 대하여 1중량% 이하로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로는 특별히 한정하는 것은 아니며, 예를 들어, 라우릴설페이트염, 모노알킬트리메틸암모늄염, 에톡실레이티드 노닐페놀 등을 사용할 수 있다.
상기 활성제는 활성접합층 형성 조성물의 전체 중량에 대하여 5 내지 50중량%의 함량으로 되도록 포함되는 것이 바람직하다. 상기 활성제의 함량이 10중량% 미만이면 충분한 활성이 되지 않아 접합력이 약해지는 문제가 있으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 과다한 활성으로 인해 오히려 접합을 방해하는 문제가 있다.
상기 활성 접합층 형성 조성물은 점성 조정제를 포함한다. 상기 점성 조정제는 솔더 파우더가 활성제 층과 분리 되지 않고 잘 섞여 있도록 하기 위한 것으로서, 아마이드 왁스, 캐스트 왁스 등을 사용할 수 있으며, 시판되는 점성 조정제 제품을 사용할 수도 있다.
상기 점성조정제는 활성접합층 형성 조성물 전체 중량의 1 내지 5중량%의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 1중량% 미만이면 솔더 파우더와 활성제가 분리되는 문제가 있으며, 5중량%를 초과하는 경우에는 접합력이 감소하는 문제가 있다.
상기 활성접합층(160)은 상기와 같은 조성물을 사용하여 형성할 수 있는 것으로서, 상기 활성접합층(160)은 주석 또는 주석 합금도금층(140) 혹은 알루미늄 및 알루미늄 합금(150) 상에 형성될 수 있다.
상기 활성접합층의 형성 방법은 특별히 한정하지 않으며, 상기 주석 또는 주석 합금도금층(140) 혹은 알루미늄 및 알루미늄 합금(150) 상에, 예를 들어, 도포법, 스프레이법, 롤코팅법 등의 통상적인 방법을 적용하여 형성할 수 있다. 또한, 디스펜서 장비를 통해 알루미늄 및 알루미늄 합금(150) 상에 직접 처리될 수 있다.
이에 의해 형성된 활성접합층(160)은 솔더 파우더 50 내지 90중량%, 불화물염 2.5 내지 10중량% 및 활성금속 2.5 내지 10중량%를 포함하며, 이에 의해 주석 또는 주석 합금도금층(140)과 알루미늄 및 알루미늄 합금(150)의 금속 표면을 활성시켜 열에 의한 접합을 용이하게 할 수 있다.
이와 같은 활성접합층을 주석 또는 주석 합금도금층(140)과 알루미늄 및 알루미늄 합금(150) 사이에 개재함으로써 상기 두 층을 열에 의해 용이하게 접합할 수 있으며, 견고한 접합 특성을 얻을 수 있다.
상기 활성접합층(160)의 두께는 10 내지 50㎛인 것이 바람직하다. 상기 활성접합층의 두께가 10㎛ 미만일 경우 접합력이 떨어지며, 50㎛를 초과하는 경우에는 솔더가 새어 나오는 문제가 발생하여 바람직하지 못하다. 보다 바람직하게는 상기 활성접합층(160)의 두께는 30 내지 50㎛일 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명에 대한 일 예로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1 내지 7
12㎛ 두께의 전해동박을 가성소다 20g/l, 탄산소다 30g/l, 제3인산소다 10g/l, 메타규산소다 10g/l, 계면활성제 2g/l로 구성된 온도 55℃의 탈지액이 담지된 탈지조에 침적 후 수세하였다.
이어서, 상기 탈지된 동박을 7중량% 농도를 갖는 상온의 황산이 담지된 황산 활성화조에 침적하여 동박 표면의 산화물층을 제거하여 활성화한 후 수세하였다.
설파민산니켈(니켈금속으로 75g/l), 염화니켈 30g/l, 붕산 30g/l로 구성된 전해니켈도금액을 준비하였다.
상기 전해니켈도금액을 온도 50℃, pH 4.2 및 전류밀도 5A/dm2의 조건으로 유지하여 상기 알칼리 탈지 및 황산 활성화 전처리된 동박의 일면에 전해도금을 수행하였다. 이에 의해 상기 동박의 일면에 6㎛ 두께의 니켈 도금층을 형성하였다. 이후, 상기 니켈 도금층이 형성된 동박을 수세하였다.
시안화금칼륨 2g/l, 구연산 20g/l, 구연산소다 60g/l, 황산코발트 2g/l로 구성된 산성 금합금 도금액을 준비하였다.
상기 산성 금합금 도금액을 온도 50℃이고, pH 4.5이며, 전류밀도 1A/dm2의 조건으로 유지하여 상기 동박의 니켈도금층 상에 금과 코발트의 합금 도금층을 0.1㎛의 두께로 형성하였다. 이에 의해 일면에 니켈도금층 및 금합금 도금층이 순차로 형성된 동박을 얻었다.
일면에 니켈 도금층 및 금-코발트 합금 도금층이 형성된 동박에 대하여 다른 면에 주석 및 비스무스 합금도금을 수행하였다.
염화주석 15g/l, 염화비스무스 20g/l, 구연산 120g/l, 옥살산 20g/l, 폴리에틸렌글리콜 5g/l, 벤젠알데히드 1g/l로 구성된 상기 주석 및 비스무스 합금도금액을 준비하였다. 상기 주석 및 비스무스 합금도금액을 온도 25℃ 및 전류밀도 1A/dm2의 조건으로 유지하여 상기 동박 니켈 도금층 및 금-코발트 합금 도금층이 형성된 면의 다른 면에 도금하여 10㎛ 두께의 주석 및 비스무스 합금 도금층을 형성하였다.
상기 동박의 주석 및 비스무스 합금도금층 상에 활성접합층을 형성하였다. 상기 활성접합층은 솔더파우더로서 Sn-Bi-Ag 파우더 90중량%; 붕불화암모늄 5중량%, 에틸렌글리콜 20중량%, 디에탄올아민 70중량% 및 표 1에 나타낸 바와 같은 활성금속 5중량%로 구성된 활성제 9중량%; 및 점성조정제로서 BYK-410 1중량%를 포함하는 활성접합층 형성 조성물을 사용하였다.
상기 조성물을 동박의 주석 및 비스무스 합금도금층 상에 도포한 후 건조하여 두께 40㎛의 활성접합층을 형성하였다.
상기 활성접합층이 형성된 동박을 상기 활성접합층을 사이에 두고 알루미늄판과 적층한 후 컨벡션 오븐을 사용하여 170℃의 온도로 유지한 상태에서 2분간 열처리하여 접합하였다.
이에 의해 얻어진 시편에 대하여 동박과 알루미늄판 간의 접합력을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 접합력 평가는 상기 열접합된 시편에 물리적 힘을 가하여 알루미늄 판으로부터 동박을 분리하였다.
이때, 시편이 찢어지면서 Al 판과 분리되는 경우는 접합성이 양호한 것으로 평가하였다. 반면, 접합부위에서 시편과 Al 판 간의 분리가 일어나는 경우는 접합성이 열악한 것으로 평가하였다.
이와 같은 접합성 평가 테스트를 동일한 시편에 대하여 10회 수행하고, 4회 이하 양호한 것으로 평가되는 경우 ×, 5 내지 7회 양호한 것으로 평가되는 경우 △, 8회 이상 양호한 것으로 평가되는 경우 ○로 표시하였다.
실시예
1 2 3 4 5 6 7
활성
금속
(%)		 Zn 5 3 3
Ni 5 3 3
Fe 5
As 2 2
Sb 2 2
조건 온도(℃) 180 180 180 180 180 180 180
처리시간(min) 2 2 2 2 2 2 2
평가 접합성 △ △ △ ○ ○ ○ ○
상기 표 1로부터 활성금속 성분에 의한 열접합력 비교 결과를 얻을 수 있었다. 또한 비교예 1의 활성금속을 넣지 않고 활성접합 처리를 한 시트와 비교하여 열접합성을 평가한 결과 접합성이 뛰어나며, 알루미늄 및 알루미늄합금과의 접합력이 우수하였다.
본 발명의 실시예에 따라 제조되는 안테나용 접촉단자 시트는 알루미늄 및 알루미늄 합금 소재의 메탈 케이스와의 접합을 통하여 안테나용 접촉단자로 사용될 수 있다.
비교예 1
활성금속을 넣지 않고 활성접합층을 처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하였다.
얻어진 시편에 대하여 실시예와 동일한 방법으로 접합성을 평가하였는바, 동박이 알루미늄판에서 분리되며 접합성은 매우 불량하였다.
100: 접촉 단자 110: 동박
120: 니켈도금층 130: 금 또는 금합금 도금층
140: 주석 혹은 주석 합금 도금층
150: 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기판
160: 활성접합층

Claims (18)

  1. 동박;
    상기 동박의 일면에 주석 또는 주석 합금으로 된 주석 도금층; 및
    상기 주석 도금층 표면에 활성접합층
    을 포함하며,
    상기 활성접합층은 솔더 파우더 45 내지 90중량%; 불화물염 2.5 내지 10중량%, 활성금속 2.5 내지 10중량% 및 잔부 용제를 포함하는 활성제 5 내지 50중량%; 및 점성조정제 1 내지 5중량%를 포함하는 활성접합조성물에 의해 형성되며, 상기 활성접합층에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 가열에 의해 열접합되는 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 솔더 파우더는 Sn-Bi 합금, Sn-Bi-Ag 합금 및 Sn-Zn 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 솔더 파우더는 1~30㎛의 입자 사이즈를 갖는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불화물염은 불화나트륨, 불화암모늄, 불화칼륨, 붕불화나트륨, 붕불화암모늄, 붕불화칼륨, 불화아연, 불화니켈, 불화주석, 붕불화아연, 붕불화니켈 및 붕불화주석으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성 금속은 아연, 니켈, 코발트 및 철로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 전이금속 및 규소, 저마늄(Germanium), 비소, 안티모니 및 텔루륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 준금속 중 적어도 하나인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 점성조정제는 아마이드 왁스, 캐스트 왁스 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 활성접합층은 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 주석도금층은 주석; 주석 및 비스무스의 합금; 또는 주석, 비스무스 및 인듐의 합금의 도금층인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 주석 및 비스무스 합금은 주석 40 내지 80중량% 및 비스무스 20 내지 60중량%이며, 상기 주석, 비스무스 및 인듐의 합금은 주석 40 내지 80중량%, 비스무스 20 내지 60중량% 및 인듐 15중량% 이하(단, 0중량%는 제외한다)인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주석 도금층은 1 내지 5㎛의 두께를 갖는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 동박은 다른 일면에 전해 니켈 도금층 및 상기 전해니켈 도금층 상에 전해 금도금층을 포함하는 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전해 니켈 도금층은 4 내지 8㎛의 두께를 가지며, 상기 금도금층은 0.05 내지 0.2㎛의 두께를 갖는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  13. 제11항에 있어서, 상기 금도금층은 금과 인듐, 코발트 및 니켈 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 금 합금으로 된 도금층인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 금 합금으로 된 도금층은 금 함량이 99중량% 이상 100중량% 미만인 안테나용 접촉 단자 박막 시트.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 안테나용 접촉 단자 박막 시트를 상기 활성 접합층 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 배치하고, 가열하여 열접합하는 것을 특징으로 하는 안테나용 접촉 단자 박막 시트 접합방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열접합은 100 내지 250℃의 온도로 가열하여 수행하는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트 접합방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 활성접합층은 상기 주석도금층 상에 활성접합조성물을 도포, 스프레이법 및 롤코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것인 안테나용 접촉 단자 박막 시트 접합방법.
  18. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 메탈 케이스로서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 표면의 적어도 일부에 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 안테나용 접촉 단자 박막 시트가 상기 활성 접합층에 의해 열접합되어 형성된 안테나용 접촉 단자를 갖는 메탈 케이스.
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