KR102181676B1

KR102181676B1 - 은 나노입자가 매립된 구리 기재 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR102181676B1
Application number: KR1020200005456A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 김도율; 조옥래; 김홍제; 김태형
Original assignee: 조옥래
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2020-11-24
Also published as: WO2021145627A1

Abstract

본 발명은 은 나노입자가 매립된 구리 기재에 대한 것으로, 표면 상에 공극이 형성된 구리 기재; 및 상기 공극을 통해 입자의 일부 또는 전부가 상기 구리 기재 내로 매립되어 있는 은 나노입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 상기 공극에 은 나노입자의 일부 또는 전부가 매립되어 있어 구리 기재 상에 은이 막 형태로 형성되는 것과 비교했을 때 분리가 될 수 있는 가능성이 감소되어 지속적으로 전기전도도의 향상 및 내구성이 우수한 구리 기재를 제공할 수 있다.

Description

은 나노입자가 매립된 구리 기재 및 이의 제조 방법{COPPER-BASED MATERIAL HAVING EMBEDDED SILVER NANO PARTICLES AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 은 나노입자가 매립된 구리 기재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 표면 상에 공극이 형성된 구리 기재의 상기 공극에 은 나노입자의 일부 또는 전부가 매립되어 있어, 구리 기재 상에 은이 막 형태로 형성되는 것과 비교했을 때 분리될 수 있는 가능성이 감소되어 지속적으로 전기전도도의 향상 및 내구성이 우수한 구리 기재를 제공할 수 있다.

최근에 자기장을 방출하는 코일을 포함하는 전자 장치가 보편화되고 있다. 전자 장치는 내장된 코일에 전류를 인가할 수 있으며, 코일은 인가되는 전류에 기초하여 유도 자기장을 방출할 수 있다. 이 경우, 전자 장치가 코일에 인가하는 전류를 조정할 수 있으며, 코일로부터 방출되는 유도 자기장은 조정되는 전류에 따라 변화할 수 있다. 이를 응용하여 전자 장치는 자기장 보안 전송(magnetic secure transmission, MST)을 수행할 수 있다.

한편, 종래의 마그네틱 신용카드 결제를 위한 포스 단말기는 마그네틱 신용카드의 스와이프(swipe)에 의한 자기장 변경을 검출함에 따라 결제 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치가 마그네틱 신용카드 결제를 수행할 수도 있다. 종래의 전자 장치는, 마그네틱 신용카드 정보에 따라 MST 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 MST 신호에 대응하는 전류를 코일에 인가할 수 있다. 코일은 인가되는 전류에 따라 마그네틱 신용카드의 스와이프에 대응하여 변경되는 자기장을 방출할 수 있다.

뿐만 아니라, 전자 장치는 내장된 코일을 이용하여 무선 충전을 수행할 수 있다. 전자 장치에 내장된 코일은, 외부로부터 입력되는 자기장에 기초하여 유도 전류를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 무선 충전을 수행할 수 있다. 또는, 전자 장치는 코일에 전류를 인가할 수도 있으며, 이에 유도 자기장을 방출함에 따라 다른 전자 장치를 무선 충전시킬 수도 있다.

MST 또는 무선 충전의 양호한 수행을 위하여, 전자 장치가 충분히 큰 크기의 유도 자기장을 형성하여야 한다. 전자 장치가 상대적으로 작은 크기의 유도 자기장을 형성하면, 수신 측 전자 장치에서 유도되는 유도 전류의 크기 또한 작아지므로, 충전 속도가 저하되거나 MST 신호의 양호한 전달이 어려울 수 있다. 즉, MST 또는 무선 충전의 양호한 동작이 수행되기 위해서는 전자 장치에 포함되는 코일이 충분한 인덕턴스(inductance)를 가져야 한다. 코일에 의한 자속은 인덕턴스와 코일에 인가되는 전류의 곱일 수 있다. 이에 따라, 코일의 인덕턴스가 클수록, 동일한 전류에 대하여 상대적으로 큰 크기의 유도 자기장이 형성될 수 있으며, 인가되는 전류의 크기가 클수록, 동일한 인덕턴스에 대하여 상대적으로 큰 크기의 유도 자기장이 형성될 수 있다.

이와 같은 코일은 재료로서 주로 구리를 사용하는데, 이러한 구리는 우수한 전기이동에 대한 저항성(electromigration resistance) 및 스트레스 저항성이 좋고 비저항이 낮은 장점이 있다. 하지만 구리는 알루미늄과 달리 쉽게 산화되는 문제점을 가지고 있다. 이로 인하여 구리는 쉽게 오염이 되는 단점이 있다. 이를 방지 하기 위하여 구리와 달리 상온에서 비저항 값이 더 낮고 기계적 강도가 높으며 내산성이 뛰어난 은을 구리의 표면 상에 도금하는 방법을 사용한다. 하지만 구리의 표면에 전체적으로 은을 막 형태로 형성할 경우, 가격이 향상되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0080466호

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 은 나노입자가 매립된 구리 기재에 대한 것으로, 표면 상에 공극이 형성된 구리 기재의 상기 공극에 은 나노입자의 일부 또는 전부가 매립되어 있어, 구리 기재 상에 은이 막 형태로 형성되는 것과 비교했을 때 분리될 수 있는 가능성이 감소되어 지속적으로 전기전도도의 향상 및 내구성이 우수한 구리 기재를 제공하는 것이다. 또한, 은을 막 형태로 형성하는 것보다 적게 사용하여 전기전도도 향상 및 내산성을 달성하는 동시에 공정의 저가화 및 상용화에 용이하다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 표면 상에 공극이 형성된 구리 기재; 및 상기 공극을 통해 입자의 일부 또는 전부가 상기 구리 기재 내로 매립되어 있는 은 나노입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구리 기재 100 중량부를 기준으로 상기 은 나노입자가 0.4 중량부 내지 1 중량부로 포함되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 은 나노입자의 크기는 1 nm 내지 800 nm인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원은 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계; 상기 구리 기재 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재를 가열하는 단계;를 포함하는, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법을 제공한다.

상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 산 처리 또는 염기 처리로 상기 구리 기재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 플라즈마로 상기 구리 기재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 물리적으로 상기 공극을 형성하는 단계를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가열은 25℃ 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원은 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 포함하는, 코일을 제공한다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과 만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 공극에 은 나노입자가 매립됨으로써 종래의 구리 기재 보다 전기전도도 및 내산성이 향상될 수 있다.

또한, 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 공극에 은 나노입자의 일부 또는 전부가 매립되어 있기 때문에 구리 기재 상에 은이 막 형태로 형성되는 것과 비교했을 때, 분리될 수 있는 가능성이 감소되어 지속적으로 전기전도도의 향상 및 내구성이 우수한 구리 기재를 제공할 수 있다.

나아가, 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 구리 기재의 표면 상에 막 형태로 은을 형성하는 것 보다 은을 적게 사용하여 공정의 저가화 및 상용화에 용이하다. 즉, 경제성과 생산성이 우수하다.

도 1a 내지 1c는 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 도면이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법의 순서도이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 구리 기재의 표면을 식각하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 상기 구리 기재의 중량 대비 은 나노입자의 중량에 따른 표면 저항을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는 본원의 은 나노입자가 매립된 구리 기재 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

본원은, 표면 상에 공극이 형성된 구리 기재; 및 상기 공극을 통해 입자의 일부 또는 전부가 상기 구리 기재 내로 매립되어 있는 은 나노입자;를 포함하는 은 나노입자가 매립된 구리 기재에 관한 것이다.

도 1a 내지 1c는 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 도면이다.

구체적으로, 도 1a는 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 위에서 봤을 때의 도면이고, 도 1b는 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 측면에서 봤을 때의 도면이고, 도 1c는 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 위에서 봤을 때의 도면이다. 또한, 도 1a는 사각 기판 모양의 구리 기재를 사용한 것이고, 도 1c는 원형 모양의 구리 기재를 사용한 것이다. 다. 도 1a 및 도 1c는 구리 기재(110)의 표면 상에 공극(120)이 형성되어 있는 것이고, 상기 공극(120)을 통해 은 나노입자(130)가 입자의 일부 또는 전부가 상기 구리 기재 내로 매립되어 있는 것이다. 도 1a에서는 은 나노입자(130)가 한군데에만 표시된 것으로 나타냈지만, 도 1a의 모든 공극(120)에 상기 은 나노입자(130)가 매립되어 있는 것으로 볼 수 있다. 도 1b는 측면에서 봤을 때, 상기 구리 기재(110)의 표면 상에 형성된 공극(120) 내에 상기 은 나노입자(130)가 매립되어 있는 것을 나타낸 것이다. 도 1b에서는 은 나노입자(130)가 한군데에만 표시된 것으로 나타냈지만, 도 1b의 모든 공극(120)에 상기 은 나노입자(130)가 매립되어 있는 것으로 볼 수 있다.

도 1을 참고하면, 상기 구리 기재의 표면 상에 형성된 공극은 비정형 형태로 무작위하게 배치되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 도면이다.

도 2를 참고하면, 상기 구리 기재의 표면 상에는 공극뿐만 아니라 스크레치가 형성되는 것 일 수 있다.

도 1 및 2에서는 상기 구리 기재를 기판과 같은 형태로서 나타내었으나, 이는 예시로서 나타낸 것일 뿐, 상기 구리 기재를 기판과 같은 형태로만 한정하는 것은 아니다. 상기 구리 기재는 막대와 같은 일 차원 형태, 기판과 같은 이 차원 형태, 공, 육면체와 같은 삼차원 형태 등 다양한 모양으로 형성되는 것 일 수 있으며, 다른 형태로 구성될 수 있음은 당연할 것이다.

상기 구리 기재는 구리(Cu)를 포함하는 모든 물질을 포함하는 것 일 수 있다. 바람직하게는, 전기동을 포함하는 것 일 수 있다.

본원에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 공극에 은 나노입자가 매립됨으로써 종래의 구리 기재 보다 전기전도도 및 내산성이 향상될 수 있다.

본원에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 공극에 은 나노입자의 일부 또는 전부가 매립되어 있기 때문에 구리 기재 상에 은이 막 형태로 형성되는 것과 비교했을 때, 분리될 수 있는 가능성이 감소되어 지속적으로 전기전도도의 향상 및 내구성이 우수한 구리 기재를 제공할 수 있다.

상기 '매립'되어 있다는 표현은 상기 구리 기재의 표면 상에 형성된 공극에 상기 은 나노입자가 채워져 있는 상태를 의미하는 것이다.

상기 구리 기재 100 중량부를 기준으로 상기 은 나노입자가 0.4 중량부 미만으로 포함될 경우, 상기 구리 기재의 전기전도도 향상과 산화 방지에 제한적일 수 있다. 또한, 상기 구리 기재 100 중량부를 기준으로 상기 은 나노입자가 1 중량부 초과로 포함되는 경우 은의 함량이 증가하여 공정의 원가가 향상될 수 있다.

본원에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 구리 기재의 표면 상에 막 형태로 은을 형성하는 것 보다 은을 적게 사용하여 공정의 저가화 및 상용화에 용이하다.

상기 공극의 크기는 1 nm 내지 3 μm인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 공극의 크기는 상기 공극을 원의 모양으로 가정했을 때의 직경, 상기 공극의 가장 거리가 먼 부분의 거리, 또는 상기 공극을 등면적분 하였을 때의 거리를 의미하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 공극의 크기가 1 nm 미만일 경우, 공극의 크기가 너무 작아 일반적인 구리 기재의 표면의 거칠기와 큰 차이가 나지 않을 수 있다. 상기 공극의 크기가 3 μm 초과일 경우, 공극의 크기가 너무 커서 은 나노입자가 충분히 매립되지 않고 분리될 수 있다.

상기 은 나노입자의 크기가 1 nm 미만일 경우 너무 작은 입자를 제조 하기 위해 추가 공정이 요구되어 공정의 단가가 향상될 수 있다. 또한, 상기 은 나노입자의 크기가 800 nm 초과일 경우, 상기 공극을 통해 상기 구리 기재 내로 매립되는 데 용이하지 않다.

더욱 바람직하게는, 상기 은 나노입자의 크기가 1 nm 내지 10 nm인 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원은 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계; 상기 구리 기재 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재를 가열하는 단계;를 포함하는, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법에 관한 것이다.

도 3은 본원의 일 구현예에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법의 순서도이다.

먼저, 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성한다(S100).

상기 산은 염산, 황산, 질산, 불산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 염기는 알칼리 금속 및 아민류를 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 알칼리 금속은 Li, Na, K 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 염기는 NaOH, KOH, LiOH 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있다.

상기 아민류는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 메틸렌디아민, 에틸아민, 1,2-디메톡시에탄, 헥사메틸렌이민, 디이소프로필아미드, 디에탄올아민, 올리에틸렌아민및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 액체 암모늄계 물질, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디에틸렌트리아민펜타아세트 산, 디아미노하이드록시프로판테트라아세트산, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것, 또는 테르라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드, 헥사메틸포스포러아마이드, 디에틸아민, 트리에틸아민, 디에틸렌트리아민, 톨루엔 디아민, m-페닐렌디아민, 디페닐메탄디아민, 헥사메틸렌디아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 헥사메틸렌테트라아민, 에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있다.

상기 플라즈마로 기재의 표면을 에칭하는 단계는 500℃ 내지 1,000℃의 온도 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 플라즈마의 온도가 500℃ 미만일 때는 상기 구리 기재의 표면 상에 공극이 충분히 생성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 온도가 1,000℃ 초과일 때는 플라즈마 장치 내에 열 손상이 발생할 수 있다.

상기 플라즈마는 500 W 내지 900 W의 전력 하에서 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 플라즈마의 전력이 500 W 미만일 경우 상기 구리 기재의 표면 상에 공극이 충분히 생성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 전력이 900 W 초과일 때, 플라즈마로 인해 구리의 플라즈마 이온이 사방으로 튀어 챔버의 내부가 오염될 수 있다.

플라즈마 처리는 10^-1 Torr 내지 700 Torr의 압력 하에서 수행되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 물리적으로 상기 공극을 형성하는 단계는, 상기 구리 기재와 3 μm 내지 5 μm 크기의 다이아몬드 파우더를 용매 내에 담지한 후 15분 내지 1시간 동안 초음파처리를 하는 것 일 수 있다.

이어서, 상기 구리 기재 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포한다(S200).

상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트는 은, 톨루엔, 젖산 에틸, 아크릴 수지 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것 일 수 있다.

상기 구리 기재 상에 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 방법은 스핀 코팅법, 캐스트법, 량뮤어-블로젯 (Langmuir-Blodgett, LB)법, 잉크젯 프린팅법, 노즐 프린팅법, 슬롯 다이 코팅법, 닥터블레이드 코팅법, 스크린 프린팅법, 딥 코팅법, 그래비어 프린팅법, 리버스 오프센 프린팅법, 스프레이 코팅법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 방법에 의해 수행되는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트의 농도 및 양을 조절함으로써 상기 구리 기재 상에 도포되는 은 나노입자의 양을 조절할 수 있다.

상기 은 나노입자의 크기를 조절하기 위해 비즈밀(beads mill), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 분쇄기에 투입하여 분쇄하는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재의 표면을 식각하는 단계를 더 포함하는 것 일 수 있다.

도 4는 본원의 일 구현예에 따른 구리 기재의 표면을 식각하는 단계를 나타낸 도면이다.

도 4를 참고하면, 상기 은 나노입자(130)를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재(110)의 표면은 상기 구리 기재(110)의 공극(120) 내에 채워질 뿐만 아니라 상기 구리 기재(110)의 표면 상에 막 형태로서도 형성될 수 있다. 상기 구리 기재(110)의 표면을 식각함으로써, 상기 구리 기재(110)의 표면 상에 막 형태로 형성된 은 나노입자(130)를 제거하여 상기 은 나노입자(130)가 상기 공극(120) 내에만 위치하는 것 일 수 있다.

상기 식각은 물리적인 방법(예를 들면, 다른 물건을 이용하여 긁는 방법), 초음파 처리 방법 등에 의해 수행되는 것 일 수 있다.

이어서, 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재를 가열한다(S300).

일반적으로 금속을 가공하기 위해서는 높은 온도가 요구된다. 반면, 본원에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 100℃ 미만의 낮은 온도에서 열처리하여 구리 기재의 전기전도도 및 내산성을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다. 더욱이, 높은 온도 조건을 만들기 위해서는 많은 에너지 및 비용이 소모된다. 하지만 본원은 100℃ 미만의 낮은 온도에서 열처리함으로써 공정의 저가화 및 상용화에 용이하다.

상기 가열은 5분 내지 1시간 동안 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가열 온도에 따라 상기 가열 시간이 조절되는 것 일 수 있다. 예를 들어, 25℃의 낮은 온도에서는 1시간, 100℃의 높은 온도에서는 5분동안 가열하는 것 일 수 있다.

상기 가열 과정에서 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트에 포함되는 은 이외의 용매와 같은 물질이 제거되는 것 일 수 있다.

본원은 상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 포함하는, 코일에 관한 것이다.

상기 은 나노입자가 매립된 구리 기재는 전기 전도도 및 내산성이 향상된다. 이에 따라, 이를 포함하는 코일은 인가될 수 있는 전류가 증가하여 유도 자기장의 크기가 증가할 수 있다. 또한, 내산성이 향상되어 코일의 내구성이 증가한다.

상기 코일의 형태는 라운드 타입, 사각형 타입 등 다양한 코일의 형태로서 제조될 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

먼저, 15Ⅹ15 mm 크기의 구리 기판(sheet resistance=8Ω/□)을 비이커 내에 넣었다. 상기 비이커에 증류수 및 3 μm 크기의 다이아몬드 파우더를 추가하였다. 상기 비이커를 30분동안 초음파 처리하여 상기 구리 기판의 표면 상에 공극을 형성하였다. 상기 공극이 형성된 구리 기판을 비이커로부터 꺼낸 후, 상기 공극이 형성된 구리 기판 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기판의 표면을 사포를 이용하여 상기 은 나노입자가 상기 공극 내에만 형성될 수 있도록 하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기판을 90℃의 온도에서 30분동안 가열하여 은 나노입자가 0.41% 매립된 구리 기재를 제조하였다.

은 나노입자의 양이 0.49%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

은 나노입자의 양이 0.60%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

은 나노입자의 양이 0.67%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

은 나노입자의 양이 0.72%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

은 나노입자의 양이 0.78%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

[비교예 1]

은 나노입자의 양이 0.27%인 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 제조하였다.

[비교예 2]

먼저, 15Ⅹ15 mm 크기의 구리 기판(sheet resistance=8Ω/□) 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하였다. 상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기판을 90℃의 온도에서 30분동안 가열하여 은 나노입자가 1.21% 형성된 구리 기재를 제조하였다.

[평가]

1. 은의 함량에 따른 표면 저항

상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 2에서 제조한 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 전기적 특성을 관찰하였고, 그 결과를 도 5로서 나타내었다.

도 5는 본 실시예 및 비교예에 따라 제조된 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 상기 구리 기재의 중량 대비 은 나노입자의 중량에 따른 표면 저항을 나타낸 그래프이다.

도 5에 나타난 결과에 따르면, 실시예 1 내지 6에서 제조한 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 표면 저항은 초기의 구리의 표면 저항인 8 Ω/□보다 낮아진 것을 확인할 수 있다. 반면에, 은 나노입자의 양이 0.27%인 비교예 1의 경우, 표면 저항이 9.3 Ω/□로 초기의 구리의 표면 저항보다 증가된 것을 확인할 수 있다. 이는 가열 과정에서 구리 기재의 표면 상에 산화 반응이 일어나며, 상기 은 나노입자의 양이 상기 산화 반응을 막을 수 있을 정도로 충분하지 않다는 것을 의미한다.

은 나노입자의 함량이 1.21%인 비교예 2의 경우, 표면 저항이 가장 낮은 1.31 Ω/□로 나타났다. 하지만, 은 나노입자의 함량이 증가하면 공정의 단가가 증가하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

2. 가열 온도에 따른 표면 저항

상기 실시예 6의 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 가열 온도에 따른 표면 저항을 측정하였고, 그 결과를 표 1로서 나타내었다.

하기 표 1은 가열 온도에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 코팅 면 및 코팅을 하지 않은 반대 면의 표면 저항을 나타낸 것이다.

온도(℃)	85	90	95	100	110	120	130	140
코팅 면(Ω/□)	2.3	2.1	1.4	1.8	2.3	2	2.8	1.4
반대 면(Ω/□)	6.3	7.1	8.4	7.5	13.5	16.2	18.6	22.4

표 1에 나타난 결과에 따르면, 100℃의 온도까지는 코팅 면의 표면 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 110℃ 내지 130℃의 온도에서는 코팅 면의 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 140℃의 온도에서는 코팅 면의 표면 저항이 1.4

/

로 감소하였으나, 반대 면의 표면 저항이 22.4

/

로 증가한 것을 확인할 수 있다. 140℃의 온도에서는 은 나노입자가 형성되지 않은 반대 면의 산화 반응이 촉진되어 표면 저항이 증가한 것으로 볼 수 있다.

즉, 본원 발명은 100℃ 미만의 온도에서 가열처리 함으로써 구리 기재의 전기 전도성을 향상시키는 효과를 달성하고 있다.

3. 은의 분리도 확인

상기 실시예 6의 은 나노입자가 매립된 구리 기재와 상기 비교예 2의 은 나노입자가 형성된 구리 기재를 초음파 처리한 시간에 따른 은 나노입자의 함량을 확인하였고, 그 결과를 표 2로서 나타내었다.

하기 표 2는 초음파 처리 시간에 따른 은 나노입자의 함량을 나타낸 것이다.

	20분	40분	60분	80분	100분
실시예 6	0.77%	0.75%	0.70%	0.69%	0.67%
비교예 2	1.01%	0.92%	0.78%	0.63%	0.60%

상기 표 2에 나타난 결과에 따르면, 초음파 처리를 진행할수록 실시예 6 및 비교예 2의 은 나노입자의 함량은 감소한다. 다만, 초음파 처리를 100분동안 진행한 후, 실시예 6은 처음 은 나노입자의 함량에서 12.98% 감소한 0.67%인 반면, 비교예 2는 처음 은 나노입자의 함량에서 40.59% 감소한 0.60%인 것으로 나타났다. 더욱이, 초음파 처리를 100분 진행 후 실시예 6의 은 나노입자의 함량이 비교예 2의 은 나노입자의 함량보다 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 구리의 표면 상에 형성된 공극에 상기 은 나노입자가 매립되면서 은 나노입자와 구리 기재 간의 접합력이 우수해 진 것으로 볼 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 은 나노입자가 매립된 구리 기재
110: 구리 기재
120: 공극
130: 은 나노입자

Claims

표면 상에 공극이 형성된 구리 기재; 및
상기 공극을 통해 입자의 일부 또는 전부가 상기 구리 기재 내로 매립되어 있는 은 나노입자;를 포함하고,
상기 구리 기재 100 중량부를 기준으로 상기 은 나노입자가 0.4 중량부 내지 1 중량부로 포함되는, 은 나노입자가 매립된 구리 기재.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 은 나노입자의 크기는 1 nm 내지 800 nm인 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재.
구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계;
상기 구리 기재 상에 은 나노입자를 포함하는 페이스트를 도포하는 단계; 및
상기 은 나노입자를 포함하는 페이스트가 도포된 구리 기재를 가열하는 단계;를 포함하고,
상기 구리 기재 100 중량부를 기준으로 상기 은 나노입자가 0.4 중량부 내지 1 중량부로 포함되는, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 산 처리 또는 염기 처리로 상기 구리 기재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 플라즈마로 상기 구리 기재의 표면을 에칭하는 단계를 포함하는 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 구리 기재의 표면 상에 공극을 형성하는 단계는 물리적으로 상기 공극을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
삭제
제 4 항에 있어서,
상기 은 나노입자의 크기는 1 nm 내지 800 nm인 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 가열은 25℃ 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것인, 은 나노입자가 매립된 구리 기재의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 따른 은 나노입자가 매립된 구리 기재를 포함하는, 코일.