KR102514757B1 - 전자소자용 금속 기판의 제조 방법 - Google Patents

전자소자용 금속 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자소자용 금속 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모기판의 표면에너지를 조절하는 단계; 상기 모기판 상에 시드층을 형성하는 단계; 상기 시드층 상에 시드 보호층을 형성하는 단계; 전기 도금 공정으로 상기 시드 보호층 상에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 모기판으로부터 상기 도금층을 분리하는 단계를 포함하는 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 제공한다.

Description

전자소자용 금속 기판의 제조 방법{MANUFACTURING MATHOD OF METAL SUBSTRATE FOR ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 전자소자용 금속 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자소자용 기판 수준의 낮은 표면 거칠기, 높은 공정 온도, 높은 광 반사도 특성을 갖는 전자소자용 금속 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 방면에서 기술이 발달함에 따라 유연성 전자소자의 요구가 커 지고 있다. 이에 따라, 전자소자에 적용되는 소재들 또한 유연성을 가지는 물질을 요구하는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 특히 전자소자의 제조에서 시작점을 알리는 기판의 유연성을 확보할 수 있는지 여부가 중요하게 대두되고 있다.
유연성 기판에 관련하여서는 플라스틱 기판 상에 전자소자를 제조하는 방법 및 금속 박막 상에 전자소자를 제조하는 방법의 크게 2가지 상이한 방법이 보고되고 있다.
플라스틱 기판 상에 전자소자를 제조하는 방법에 관련하여, 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호)에는 유리기판 상에 고분자 기판을 접착한 후 전자소자를 만든 후, 기판으로부터 분리하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호)에는 유리기판 상에 스핀코팅 방법으로 고분자물질을 코팅한 후 전자소자를 만든 후 유리기판으로부터 분리하여 유연성 전자소자를 제작하는 방법이 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1 및 2에서 개시된 기술들은 플라스틱 기판을 활용하여 유연성 전자소자를 제조하기 때문에 플라스틱의 물성이 버티지 못하는 공정조건에서는 활용하기 어렵다는 단점이 있다. 특히 디스플레이, 논리소자 등의 제작에 있어서 트렌지스터의 제조공정에서 필수적으로 포함되는 450℃ 이상에서의 열처리 공정의 경우 엔지니어링 플라스틱을 사용하더라도 공정을 진행할 수 없다. 또한 Si, SiO2, Al2O3 등과 같은 무기물 반도체 및 절연체와 플라스틱 간의 열팽창계수의 차이로 인해 플라스틱 기판 상에 제조된 박막의 균열, 박리 등의 결함이 발생할 가능성이 높아 수율이 저하되는 문제점이 있다. 그리고 수분에 취약한 유기물 반도체의 경우 플라스틱 기판 상에 별도의 수분 침투 방지층을 형성해야 하는 문제점이 존재한다.
금속기판 상에 전자소자를 제조하는 방법에 관련하여, 특허문헌 3(대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호)에서, 금속기판 상에 유리 성분을 포함하는 버퍼막을 통해 표면거칠기를 낮추어 생산수율이 높은 유연성 전자소자를 제공하는 방법이 개시되어 있고, 특허문헌 4(대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호)에는 금속기판 상의 양각형 패턴을 연마를 통해 제거하여 수율을 향상시키는 방법이 개시되어 있다.
20 um ~ 200 um 수준의 전자소자용 금속 기판의 제조방법 상 수백 nm 이상의 표면 거칠기를 갖게 되며, 이를 낮추기 위해서는 추가적인 공정이 필요하게 된다. 이를 극복하기 위해 특허문헌 5(대한민국 공개특허공보 제2012-0048518호)에서 낮은 표면 거칠기를 갖는 금속기판의 제조 방법이 개시되어 있다.
하지만 상기 기술을 사용하여 제조된 금속 기판에서도 금속기판을 형성하는 금속이 특히 Fe 계열 합금의 경우, 물질 자체의 낮은 광 반사도 특성을 보이며, 이러한 낮은 광 반사도에 의해는 광전소자, 특히 유기발광다이오드에서의 기판으로 적용할 때 추가적인 반사판을 금속기판 상에 형성하는 공정을 필요로 한다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제2009-0114195호 특허문헌 2: 대한민국 공개특허공보 제2006-0134934호 특허문헌 3: 대한민국 공개특허공보 제2008-0024037호 특허문헌 4: 대한민국 공개특허공보 제2009-0123164호 특허문헌 5: 대한민국 공개특허공보 제2012-0048518호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자소자용 유리 기판과 동일한 수준의 소자 특성을 얻을 수 있고 낮은 표면 거칠기와 높은 광 반사도를 갖는 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 모기판의 표면에너지를 조절하여 금속과의 결합력을 향상시켜서 도금 용액의 침투를 방지하는 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모기판의 표면에너지를 조절하는 단계; 상기 모기판 상에 시드층을 형성하는 단계; 상기 시드층 상에 시드 보호층을 형성하는 단계; 전기 도금 공정으로 상기 시드 보호층 상에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 모기판으로부터 상기 도금층을 분리하는 단계를 포함하는 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 모기판의 평탄도가 그대로 전사되는 전자소자용 금속 기판을 확보할 수 있으므로, 기존의 금속 기판을 전자소자에 적용할 시 필수적인 평탄층 공정을 제외할 수 있어 공정비용을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 반사도가 높은 물질로 시드층을 형성하여 반사층을 별도로 형성하는 공정을 진행하지 않으므로 공정비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 표면 처리를 통하여 기판과 시드층 사이의 적절한 부착력을 확보할 수 있게 되어 모기판과의 결합력이 낮은 금속을 시드층에 적용하더라도 도금액의 침투 없이 평탄도 및 광 반사도를 유지하는 전자소자용 금속 기판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 은(Ag)으로 전자소자용 금속 기판의 시드층을 형성한 사진이다.
도 3은 비교 예시로 모기판의 표면 처리를 수행하지 않고 제조한 전자소자용 금속 기판의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 4은 비교 예시로 표면 처리를 하지 않고 은(Ag)으로 전자소자용 금속 기판의 시드층을 형성한 사진이다.
도 5는 광 반사도를 비교하기 위해 구리(Cu)를 시드층 금속으로 적용한 경우와 은(Ag)을 시드층 금속으로 적용한 경우를 비교한 결과이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법은 모기판(100)의 표면에너지를 조절하는 단계, 모기판(100) 상에 시드층(200)을 형성하는 단계, 시드층(200) 상에 시드 보호층(250)을 형성하는 단계, 전기 도금 공정으로 시드 보호층(250) 상에 도금층(300)을 형성하는 단계, 및 모기판(100)으로부터 도금층(300)을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
모기판(100)은 유리, 고분자 화합물, 금속으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 모기판(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레아(PUA), 폴리이미드(Polyimide), SU-8(에폭시 계열의 광경화수지)와 같이 C-H-O의 결합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 또는, 모기판(100)은 Al, Cu, Mo, Ni, Fe를 포함하여 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하여 금속 압연 주조 방식으로 형성될 수 있다.
표면에너지를 조절하는 단계에서는 모기판(100)의 표면을 플라즈마 처리할 수 있다. 여기서, 플라즈마 처리는 모기판(100)과 시드층(200) 사이의 결합력을 조절할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리에 사용되는 기체는 O2, N2, He, Ar, SiH4, NF3, CF4, N2O, Cl2, BCl4, NH3로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들면, 플라즈마 처리 공정은 산소 플라즈마를 이용하여 약 250W의 파워, 약 200mTorr의 압력, 약 100sccm의 기체공급유량의 조건으로 약 60초 동안 모기판(100)의 표면에서 수행할 수 있다.
다음, 시드층(200)을 형성하는 단계에서는 열증착 방식으로 표면 처리된 모기판(100) 상에 시드층(200)을 형성할 수 있다. 이때, 시드층(200)은 모기판(100)의 표면 거칠기를 유지하면서 광 반사층 역할을 수행하기 위해서 약 50㎚ ~ 약 1000㎚의 두께로 형성할 수 있다. 예를 들면, 시드층(200)은 약 200㎚의 두께로 은(Ag)을 증착하여 형성할 수 있다. 이러한 시드층(200)은 Ag, Al 등의 광 반사도가 높은 물질, 즉, 가시광선 영역에서 광 반사도가 약 90% 이상인 물질을 포함할 수 있다.
다음, 시드 보호층(250)을 형성하는 단계에서는 전기 도금 공정에서 용액의 침투를 방지하도록 시드층(200)과 복수의 층상 구조로 시드 보호층(250)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 시드 보호층(250)은 시드층(200)의 형성한 후 연속적으로 구리(Cu)를 증착하여 형성할 수 있다. 이때, 시드 보호층(250)은 약 300㎚의 두께로 형성할 수 있다.
다음, 도금층(300)을 형성하는 단계에서는 전기 도금 방식으로 시드 보호층(250) 상에 도금층(300)을 형성할 수 있다. 여기서, 도금층(300)은 Mo, Mg, Al, Ti, Ag, Au, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Y, Nb, Tc, Rh, W, Pd, Co, Sn로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 도금층(300)은 플렉서블한 특성을 유지하면서 전도성을 유지하여 전자소자용 기판의 역할을 수행하기 위해서 약 5㎛ ~ 약 100㎛의 두께로 형성할 수 있다. 예를 들면, 시드 보호층(250) 상에 구리(Cu)를 약 10mA/cm2의 전류 밀도 하에서 도금을 진행하여 약 20㎛의 두께로 도금층(300)을 형성할 수 있다.
다음, 도금층(300)을 분리하는 단계에서는 모기판(100)으로부터 시드층(200), 시드 보호층(250) 및 도금층(300)을 물리적으로 박리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전자소자용 금속 기판은 도 2에 도시된 바와 같이 모기판의 표면 조도가 전사될 수 있다.
비교군으로 도 3에 도시된 바와 같이 모기판을 표면 처리하지 않고 동일한 구조로 전사소자용 금속 기판을 제조하였다. 도 4를 참조하면, 기존에 알려진 것처럼 은(Ag)의 낮은 부착력에 의해 전기 도금 공정 중 도금액이 모기판과 은(Ag) 시드층 사이로 침투하여 도금층의 변형이 일어나는 모습을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하면, 광 반사도를 비교하기 위해 구리(Cu)를 시드층 금속으로 적용한 경우(510)와 은(Ag)을 시드층 금속으로 적용한 경우(520)를 비교하였다. 도 5에서 나타난 것처럼 구리(Cu)의 경우 약 600 nm 이하의 단파장대에서 낮은 광반사도를 나타내고 있지만, 은(Ag)의 경우 전체 가시광선 영역에서 높은 반사도를 나타내고 있다. 이러한 높은 광 반사도는 본 발명에 의해 제조된 유연 금속 기판을 광전소자에 적용 시 추가적인 반사전극의 형성 없이 광전소자의 기판으로 적용 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시에에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법은 모기판의 평탄도가 그대로 전사되는 전자소자용 금속 기판을 확보할 수 있으므로, 기존의 금속 기판을 전자소자에 적용할 시 필수적인 평탄층 공정을 제외할 수 있어 공정비용을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시에에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법은 반사도가 높은 물질로 시드층을 형성하여 반사층을 별도로 형성하는 공정을 진행하지 않으므로 공정비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시에에 따른 전자소자용 금속 기판의 제조 방법은 표면 처리를 통하여 기판과 시드층 사이의 적절한 부착력을 확보할 수 있게 되어 모기판과의 결합력이 낮은 금속을 시드층에 적용하더라도 도금액의 침투 없이 평탄도 및 광 반사도를 유지하는 전자소자용 금속 기판을 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100: 모기판
200: 시드층
250: 시드 보호층
300: 도금층

Claims (12)

  1. 모기판의 표면에너지를 조절하는 단계;
    상기 모기판 상에 시드층을 형성하는 단계;
    상기 시드층 상에 증착 공정을 통해 시드 보호층을 형성하는 단계;
    상기 시드 보호층 상에 전기 도금 공정으로 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 모기판으로부터 상기 시드층, 시드 보호층 및 도금층을 분리하여, 상기 모기판의 표면 조도가 전사된, 상기 시드층, 시드 보호층 및 도금층을 포함하는 금속 기판을 얻는 단계;를 포함하고,
    상기 시드층은 50㎚ ~ 1000㎚의 두께의 Ag 또는 Al로 이루어지고,
    상기 시드 보호층은 상기 전기 도금 공정에서 도금액이 상기 시드층으로 침투하는 것을 방지하는 것인, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면에너지를 조절하는 단계에서는 상기 모기판의 표면을 플라즈마 처리하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 상기 모기판과 상기 시드층 사이의 결합력을 조절하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리에 사용되는 기체는 O2, N2, He, Ar, SiH4, NF3, CF4, N2O, Cl2, BCl4, NH3로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시드층은 가시광선 영역에서 광 반사도가 90% 이상인 물질을 포함하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도금층은 Mo, Mg, Al, Ti, Ag, Au, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Y, Nb, Tc, Rh, W, Pd, Co, Sn로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도금층은 5㎛ ~ 100㎛의 두께로 형성되는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모기판은 유리, 고분자 화합물, 금속으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리우레아(PUA), 폴리이미드(Polyimide), SU-8(에폭시 계열의 광경화수지)와 같이 C-H-O의 결합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 모기판은 Al, Cu, Mo, Ni, Fe를 포함하여 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하여 금속 압연 주조 방식으로 형성된, 전자소자용 금속 기판의 제조 방법.
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