KR20020073436A - 기판 부품의 금속화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은,

- 광환원제 재료 유전체 입자로 도핑된 중합체 매트릭스로 이루어진 전구체 콤포지트 재료층으로 기판 부품을 피복하는 단계,

- 기판 부품의 금속화시킬 표면을 레이저에 의해 방출된 광선으로 조사하는 단계,

- 조사된 기판 부품을 금속 이온을 함유하는 자가촉매 배스에 침지시켜 조사된 표면 위에 금속 이온을 층으로 퇴적시키는 단계의 세 단계를 포함하는 기판 부품의 금속화 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 유전체 입자의 크기는 0.5 미크론 이하이다.

상기 방법은 특히 가요성 필름으로 이루어진 기판 부품을 포함하는 금속화 부품을 제조하기 위한 것이다.

Description

기판 부품의 금속화 방법 {A Method of Metallizing a Substrate Part}

본 발명은 기판 부품의 금속화 방법에 관한 것이다.

금속화된 부품, 특히 중합체는 많은 제품에 사용된다. 수득한 제품은 인쇄 회로 기판, 커넥터, 자동차 산업용 인쇄 안테나, 마이크로칩 카드, 이동 전화 등에 사용될 수 있다.

몇몇 금속화 방법이 당업자에게 공지되어 있다.

일부 방법은 보통 경험적으로 열처리, 화학 처리, 플라즈마에의 노출, 저에너지 이온 광선의 조사 또는 고에너지 UV 펄스 레이저 조사에 의해 중합체 플라스틱 재료 기판 부품의 표면에 점착이 이루어지는 복수의 단계를 포함한다. 두 번째단계로서 처리된 표면 위에 착체가 퇴적한다. 예를 들어 팔라듐과 같은 촉매 금속의 염이 배합된 물에 가용성인 중합체 수지로 이루어진 상기 착체가 표면에 함침된다. 상기 착체는 금속화 단계 이전에 광화학적 또는 열적 가공에 의해 활성화되어 촉매 금속을 그의 금속의 형태로 환원시킨다. 마지막으로, 자가촉매적 퇴적에 의해 구리로의 금속화를 달성할 수 있으며, 큰 두께 (통상적으로 수 미크론 이상)의 전해 퇴적에 의해 보완될 수도 있다.

상기 방법은 몇 가지 문제점을 제기하여, 특히 우수한 점착을 달성하기 위해 팔라듐 위에 촉매 전구체를 퇴적시키는 단계가 매우 고비용이다.

본 발명은,

- 기판 부품의 금속화시킬 표면을 레이저에 의해 방출된 광선으로 조사하는 단계,

- 이어서 조사된 기판 부품을 금속 이온을 함유하는 자가촉매 배스에 침지시켜 조사된 표면 위에 금속 이온을 층으로 퇴적시키는 단계의 적어도 두 단계를 포함하는 기판 부품의 금속화 방법에 관한 것이다.

상기 유형의 방법은 유럽 특허 EP-0 693 138 호로부터 공지되어 있으며, 이특허는 공중합체 및 하나 이상의 금속 산화물의 입자를 함유하는 콤포지트 플라스틱 재료 기판 부품의 포지티브 금속화 방법을 개시하고 있으며, 상기 방법은 엑시머 레이저에 의해 방출된 광선으로 금속화시킬 기판 부품의 표면을 조사하는 것으로 구성된 첫 번째 단계, 팔라듐을 미리 첨가하지 않고, 금속 이온을 함유하는 자가촉매 배스에 조사된 부품을 침지시켜 조사된 표면 위에 금속 이온을 층으로 퇴적시키는 것으로 구성된 두 번째 단계, 및 금속화된 금속 부품을 열처리하여 콤포지트 재료로 퇴적된 금속을 확산시키는 것으로 구성된 세 번째 단계의 연속적인 세 단계를 포함한다.

상기 방법은 중합체 플라스틱 재료 내에, 플라스틱 재료에 분산되고 산화물, 예를 들어 안티몬, 알루미늄, 철, 아연 및 주석의 산화물의 입자로 형성된 무기 물질을, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 다양한 크기로 1 부피 ％ 이상의 농도로 혼입시킬 필요가 있다. 상기 산화물은 최종 열처리에 의해 플라스틱 재료 내로 추가로 확산된다. 생성되는 점착은, 마이크로웨이브 오븐 내에서 금속 층을 선택적으로 단기간 가열하여 콤포지트의 내부로의 금속의 확산을 유발시켜 개선될 수 있다.

중합체로의 무기 물질의 도입은 중합체의 고유 특성을 개질시키며, 이는 중합체의 부피가 용도에 최적화되기 때문에 이롭지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제 1 단계에 앞서서 광환원제 재료 유전체 입자로 도핑된 중합체 매트릭스로 이루어진 전구체 콤포지트 재료층으로 부품을 피복하는 단계를 제공하는 것을 고려할 수 있다.

상기 유형의 방법은 미국 특허 US 4,426,442 호 및 4,853,252 호로부터 공지되어 있다.

상기 특허에 따르면, 부품은 광환원제 재료의 층으로 미리 피복된다. 상기 층은 유전체 입자, 더욱 구체적으로는 이산화티탄 입자로 도핑된 중합체 매트릭스로 이루어진다.

설명된 방법에서, 입자의 정확한 크기에 대한 고려가 없으며, 층은 10 미크론 정도로 큰 두께를 가질 수 있다.

입자의 "크기" 라는 용어는 입자의 평균 직경을 의미한다.

만일 입자가 비교적 큰 크기를 갖는다면 다음과 같은 기술적 문제점이 발생한다는 것을 발견하였다.

우선, 중합체 매트릭스 내의 입자의 일정한 부피 분획에 대하여, 연속적으로 퇴적되는 금속 이온의 효과적인 점착력은 입자의 크기가 증가함에 따라 감소한다. 따라서 높은 부피 분획을 사용하여 금속화를 우수하게 유지하는 것이 필요한데, 이는 높은 재료 비용을 야기하고, 중합체의 입자와의 상용성에 따라 중합체의 선택을 제한한다.

또한, 금속화 금속 이온의 균일한 퇴적을 달성하기 위하여, 비교적 큰 두께의 금속 이온을 퇴적시키는 것이 필요하다. 이는 또한 재료 비용이 특히 크고 비교적 거친 퇴적이 얻어진다.

또한, 상기 방법으로 금속화된 영역의 측방 해상도가 열악하다. "측방 해상도" 는 상기 유형의 영역의 가장자리의 규칙성을 의미한다.

이는 집적 회로의 트랙과 같이, 정밀하고 경제적으로 실용 가능한 우수한 품질의 금속화 영역을 얻기 어렵게 한다.

도 1 은 지지체상에 배치된 본 발명의 일 양태에 따른 금속화 부품의 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 지지체

2 : 금속화된 필름

본 발명은 상기의 문제점을 해결하였으며, 따라서

- 광환원제 재료 유전체 입자로 도핑된 중합체 매트릭스로 이루어진 전구체 콤포지트 재료층으로 기판 부품을 피복하는 단계,

- 기판 부품의 금속화시킬 표면을 레이저에 의해 방출된 광선으로 조사하는 단계,

- 조사된 기판 부품을 금속 이온을 함유하는 자가촉매 배스에 침지시켜 조사된 표면 위에 금속 이온을 층으로 퇴적시키는 단계의 세 단계를 포함하며, 상기 유전체 입자의 크기는 0.5 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 기판 부품의 금속화 방법을 제안한다.

플라스틱 재료 기판 부품은 도핑되거나 도핑되지 않은 중합체, 예를 들어 비-중합체 기판의 경우에서와 같이 산화물 입자, 예컨대 세라믹, 특히 표면이 UV 레이저 조사에 의해 쉽게 광환원되지 않는 세라믹, 유리 및 반도체가 배합되지 않은 순수한 중합체로 구성될 수 있다.

상기 방법은 임의의 형태의 부품, 예를 들어 평탄하거나 실린더형의 부품에 적용될 수 있다.

또한, 콤포지트 재료의 제조는 나노 입자로 도핑된 중합체의 기술의 빠른 발전을 활용할 수 있으며, 특히 분자 리간드에 의한 중합체 매트릭스와의 나노 입자의 화학 결합을 활용할 수 있다.

중합체 매트릭스는 기판 부품과의 계면에서 우수한 점착성을 달성하기 위해 선택된 재료로부터 제조된다. 상기 선택은 기판 부품의 재료에 따라 다르다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 또는 폴리이미드가 바람직하게 사용된다.

상기 유전체 입자는 유리하게는 광환원제 재료의 입자이며, ZnO, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃및 CeO₂로부터 선택된 산화물이 바람직하다.

상기 콤포지트 재료층은 유리하게는 1 미크론 이하의 두께를 가지며, 상기 두께는 산화물 입자의 크기가 나노미터 단위이면 더 작을 수 있다.

상기 콤포지트 재료층은 스피너 퇴적, 분산, 침지 피복, 스크린프린팅, 분무 또는 가능한 형태의 기판 부품의 경우라면 압출과 같은 통상적인 기술로 피복될 수 있다.

바람직한 양태에 있어서, 중합체 플라스틱 재료 기판 부품의 경우에, 상기 콤포지트 층은 레이저 도금에 의해 기판 부품에 피복되며, 상기 유전체 입자는 분산 기술을 사용하여 레이저 가열에 앞서 중합체 플라스틱 재료 기판 부품의 표면에 퇴적되거나, 레이저 가열 도중 노즐에 의해 함침된다.

이는 한 특징이다. 중합체 기판 부품의 경우에도 기판 부품의 표면에 산화물 분말을 피복하는 대신 상기한 바와 같이 콤포지트 재료층으로 부품을 피복하는 것을 고려할 수 있다는 것을 알 수 있다.

콤포지트 재료층을 퇴적시킨 후에, 방법의 두 번째 단계에서 상기 층은 UV 펄스 레이저 광선으로 조사된다. 상기 단계는 금속, 예컨대 구리의 이어지는 자가촉매적 퇴적을 위해, 피복 중합체의 동시 융삭으로 노출된 작은 유전체 입자의 표면을 활성화시키는 것을 목적으로 한다. 상기 작업은 부품의 전체 표면을 조사하거나, 투영 마스크를 통해 조사하여 금속화시킬 표면만 활성화시키는 두 가지 다른방법으로 수행될 수 있다.

콤포지트가 스크린프린팅에 의해 퇴적되는 경우, 생성되어질 트랙은 이미 그어진다. 단지 트랙만이 이어지는 자가촉매적 퇴적에 활성화될 것이기 때문에, 기판 부품의 전체 표면이 이어서 조사될 수 있다.

유전체 나노 입자의 사용은 몇 가지 이점이 있으며, 높은 측방 해상도를 갖는 매우 부드러운 표면이 얻어진다. 또한, 활성화 유전체 영역의 높은 표면 커버리지 값이 수득되어 금속화의 균일한 필름과 1 kg/mm²이상의 점착력이 얻어진다. 예를 들어, 직경 100 nm 의 ZnO 입자의 경우, 활성화된 표면에 의한 표면의 커버리지는 10 ％ 이하의 나노 입자의 부피 분획에 대해 50 ％ 를 달성할 수 있다.

레이저 조사 도중 투영 마스크를 사용하면 부분 금속화의 경우 금속화 영역을 한정하기 위한 사진 석판술 단계가 필요 없게 된다. 이에 대해서, 상기 방법은 금속화될 제품의 두 표면 사이의 높이의 변화와 혼화성이 있다.

본 발명의 방법의 세 번째 단계는 본원의 서론에 인용된 종래 기술에서와 같이, 부품을 자가촉매 배스에 침지시켜 금속, 바람직하게는 구리를 자가촉매적으로 퇴적시키는 것을 포함한다. 부분적 금속화의 경우, 완전히 피복된 표면으로부터 출발하여 레이저 조사 및 자가촉매 배스로의 침지 사이에 금속화시킬 표면을 한정하기 위한 사진 석판술 단계가 필요하다.

수 미크론 이하의 두께를 제공하는 자가촉매적 퇴적에 이어서, 당업자에게 공지된 전착 공정에 의해 필름을 완성할 수 있다. 상기 퇴적은 산화물의 표면에대한 우수한 점착성을 수득하고 연속적인 필름의 제조를 위한 초기에만 필요불가결한 자가촉매적 퇴적에 비해 빠르고 저비용이다. 동일하게, 자가촉매적 퇴적은 다른 방법, 예를 들어 주석의 파동 퇴적에 의해 보강될 수 있다.

신규한 방법은 한편으로는 중합체 플라스틱 재료 기판 부품의 특성의 최적화 및 다른 한편으로는 금속화의 구성 성분의 최적화를 구분한다. 제 1 단계에서 금속화에 사용되는 중합체는 기판 부품의 중합체와는 상이할 수 있다. 예를 들어, 금속화를 위한 중합체 재료로서, 쉽게 구입 가능하며 가장 폭넓게 사용되는 엑시머 레이저의 파장인 248 nm 의 파장에서 비교적 높은 흡수값을 갖는 중합체 재료를 선택하는 것이 가능하다.

본 발명의 방법의 제 1 양태를 하기에 상세히 설명한다.

제 1 단계에서, 산화 아연 ZnO 와 배합된 중합체의 콤포지트 재료층을 레이저 도금에 의해 중합체 재료, 예를 들어 폴리카보네이트 기판 부품에 피복한다. 이는 중합체 표면을 연속 레이저 광선하에, 바람직하게는 CO₂레이저 광선하에 약 10 mm/s 내지 약 100 mm/s 의 일정한 속도로 이동시켜 달성된다. 레이저의 강도는 중합체의 표면을 가열하고 점성이 부여된 중합체의 표면 하의 세라믹 입자를 피복하기 위해 수십 와트 내지 수백 와트의 범위에서 선택될 수 있다. 세라믹 분말은 레이저 가열 이전에 표준 분산 기술을 사용하여 중합체의 표면에 퇴적되거나 노즐에 의해 레이저 가열 도중 함침된다. 이 기술을 사용하여, 0.5 미크론 크기의 ZnO 입자는 중합체의 처리된 표면에 묻힌다. 콤포지트 층의 두께 및 조성은 레이저의변수, 즉, 레이저의 강도 및 스캔 속도를 달리하여 변화시킬 수 있다.

본 발명의 방법의 두 번째 단계에서 콤포지트 층은 UV 엑시머 펄스 레이저 (파장 193 nm) 에 의해 활성화된다. 상기 작업은 약 500 mJ/cm²의 유속에서 50 내지 200 펄스의 레이저 변수하에 수행된다.

이어서 본 발명의 방법의 세 번째 단계에서 구리의 자가촉매적 퇴적이 수행된다. 금속화는 레이저로 처리된 영역에 대해서만 달성된다. 따라서 금속화 높이에서 구리에 1.4 kg/mm²의 점착력이 얻어진다. 상기 점착력은 표준 견인 시험으로 측정할 수 있다. 견인 시험은 시험할 구리 트랙에 대해 금속 핀 (직경 2 mm) 을 접착시켜 수행된다. 점착력을 측정하기 위해, 핀은 분리가 일어날 때까지 증가되는 힘으로 샘플에 수직으로 당겨진다.

본 발명의 방법의 두 번째 양태를 하기에 상세히 설명한다.

첫 번째 단계에서, 0.5 미크론 이하의 평균 직경을 갖는 산화아연 ZnO 의 입자가 배합된 중합체 콤포지트 재료의 층을, 스피너 공정에 의해 500 내지 2000 rpm 의 회전 속도로 중합체 재료 기판 부품에 피복하였다.

기판 부품은 500 ㎛ 두께의 규소 플레이트 또는 폴리카보네이트이다.

중합체 매트릭스는 폴리[비스페놀 A 카보네이트-co-4,4'-(3,3,5-트리메틸시클로헥실리덴)디페놀 카보네이트] 이고 콤포지트 재료는 용매, 바람직하게는 1,2-디클로로에탄에 함유된다.

보통의 분산제가 전구체 재료에 첨가된다.

본 발명의 방법의 두 번째 단계에서, 콤포지트 재료는 UV 엑시머 펄스 레이저 (파장 193 nm) 에 의해 활성화된다. 상기 작업은 약 500 mJ/cm²의 유속에서 1 내지 5 펄스의 레이저 변수하에 수행된다.

본 발명의 방법의 세 번째 단계는 구리의 자가촉매적 퇴적이다.

본 발명은 추가로 가요성 필름으로 이루어진 기판 부품을 포함하는, 상기 방법에 의해 금속화된 부품에 관한 것이다.

상기 필름은 유리하게는 플라스틱 재료로 이루어지며, 특히 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리이미드로 이루어진다.

이미 언급한 기술적인 문제를 해결하는 것과는 별도로, 본 발명은 특히 얇은 금속화 플라스틱 재료의 얇은 필름을 제조하는 것이 가능하다. 상기 유형의 필름은 복잡한 형태의 기판 영역을 금속화시키는 용도를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 직접 금속화 처리는 매우 복잡하며 심지어는 그러한 영역에서 수행하는 것이 불가능하다. 예를 들어 오목한 형태에 레이저 조사를 수행하여 본 발명에 따른 방법으로 오목한 표면의 전체를 금속화시키는 것은 매우 어려울 수 있다. 이러한 경우, 본 발명에 의해 예를 들어 접착에 의해 금속화된 필름이 표면에 퇴적된다.

지지체상에 배치된 상기 유형의 금속화 부품을, 지지체의 측면도로서 도 1 에 나타내었다.

지지체 (1) 은 카드로서, 예를 들어 상부 표면에 홈을 갖는, 유리 섬유로 강화된 폴리카보네이트 또는 에폭시 카드이다. 카드 위에, 그리고 홈 내에 전도성트랙을 제조하기 위하여, 본 발명에 따른 방법으로 금속화된 필름 (2) 가 예를 들어 접착에 의해 카드의 표면 위에 고정된다.

금속 이온이 접착 이전 또는 접착 이후에 부착된 필름의 조사된 표면 위에 퇴적될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 굴곡에 따라 나중에 퇴적시키는 것이 유리할 수 있다. 이는 레이저로 조사된 영역이 조사 이후에도 장기간 활성 상태로 유지되기 때문에 가능하다. 상기 활성화가 조사 이후에 몇 달 동안 유지된다는 것이 실험적으로 밝혀졌다.

상기 유형의 금속화 필름의 제작에 더욱 구체적으로 관련된 본 발명의 방법의 세 번째 양태를 하기에 상세히 설명한다.

예를 들어 50 미크론의 두께를 갖는 폴리에틸렌, 폴리이미드 또는 마일라 (Mylar) 필름을 압출하였다. 더욱 일반적으로, 10 미크론 내지 1 mm 의 두께를 고려할 수 있다. 필름은 연속적으로 직렬로 전구체 콤포지트 재료를 퇴적시키기 위한 배스, 이어서 건조 오븐으로 통과하여 예를 들어 CO₂레이저 조사에 의해 가열되고, 이어서 활성화 엑시머 레이저로 조사된다. 자가촉매 배스 내에서의 정적 침지 또는 배스로의 저속 통과는 0.5 내지 10 미크론의 금속 두께를 제공할 수 있다.

상기 유형의 적층 콤포지트 필름은 연속적으로 제작될 수 있다.

높은 해상도 및 1 미크론 단위의 정밀도로 복잡한 표면을 선택적으로 금속화하는 것은 스크린 유형 또는 인쇄 회로, 집적 회로, 자성 카드, 마이크로칩 카드 등의 유형의 용도에 있어서의 전자 회로의 라디오파 보호를 위해 달성할 수 있다.

이어서 기재 필름은 자가촉매 배스를 연속적으로 통과하는 도중 나타나는 요구되는 금속화의 정확하고 정밀한 형태를 필름에 마스크를 통해 프린트하는 엑시머 레이저에 의해 조사 단계에서 연속적으로 처리된다.

본 발명에 따른 방법을 선택적 멤브레인, 장식용 필름 또는 프린트용 필름의 제작에 사용하는 것 또한 가능하다는 것도 주목해야 한다.

본 발명은 기판 부품의 금속화 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 재료 비용이 특히 크고 비교적 거친 퇴적이 얻어지며 금속화된 영역의 측방 해상도가 열악한 종래 기술의 문제점을 해결하여 정밀하고 경제적으로 실용 가능한 우수한 품질의 금속화 부품을 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. - 광환원제 재료 유전체 입자로 도핑된 중합체 매트릭스로 이루어진 전구체 콤포지트 재료층으로 기판 부품을 피복하는 단계,

   - 기판 부품의 금속화시킬 표면을 레이저에 의해 방출된 광선으로 조사하는 단계,

   - 조사된 기판 부품을 금속 이온을 함유하는 자가촉매 배스에 침지시켜 조사된 표면 위에 금속 이온을 층으로 퇴적시키는 단계의 세 단계를 포함하며, 상기 유전체 입자의 크기는 0.5 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 기판 부품의 금속화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 입자가 ZnO, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃및 CeO₂로부터 선택된 산화물인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 콤포지트 재료층의 두께가 약 1 미크론인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 단계에 이어서 전착 단계가 수행되어 종결되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판 부품이 중합체 플라스틱 재료로 제조되며, 상기 콤포지트 층이 레이저 도금에 의해 중합체 플라스틱 재료 기판층에 피복되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 유전체 입자가 레이저 가열 이전에 분산 기술에 따라 중합체 플라스틱 재료 기판 부품의 표면 위에 퇴적되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 유전체 입자가 레이저 가열 도중 노즐에 의해 함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 가요성 필름으로 이루어진 기판 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 금속화된 부품.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 필름이 플라스틱 재료로 제조된 것임을 특징으로 하는 부품.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 필름이 중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리이미드로 제조된 것임을 특징으로 하는 부품.