WO2022255687A1 - 다층 금속박막 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2022255687A1
WO2022255687A1 PCT/KR2022/006964 KR2022006964W WO2022255687A1 WO 2022255687 A1 WO2022255687 A1 WO 2022255687A1 KR 2022006964 W KR2022006964 W KR 2022006964W WO 2022255687 A1 WO2022255687 A1 WO 2022255687A1
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plating layer
thin film
metal thin
metal
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PCT/KR2022/006964
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이대인
이종인
이이근
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주식회사 다이브
이대인
이종인
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C25D1/04—Wires; Strips; Foils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer metal thin film independently electroformed and sequentially laminated on one cathode rotating plate and a method for manufacturing the same.
  • PCB printed circuit boards
  • the copper foil deposits an electrodeposited copper foil by immersing a drum coated with titanium on the surface and an insoluble cathode material acting as an anode in an electrolyte solution, and rotating the drum in one direction while current is applied to the drum and the cathode material. It is manufactured by an electroforming method, and a multilayer metal thin film is manufactured by coating nickel (Ni), gold (Au), etc. on the electrodeposited copper foil manufactured by the above method.
  • Korean Patent Registration No. 10-1991922 discloses a method of sputtering a metal protective layer and a gold (Au) layer on copper foil
  • Korean Patent Registration No. 10-1150400 discloses an electroless plating method, a hot-dip plating method, A method of forming a multilayer thin film by an electrolytic plating method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or the like is disclosed.
  • the method presented in the above-mentioned documents has a limitation in reducing the thickness of the copper foil, and there is a disadvantage in that it is difficult to manufacture a metal thin film of 20 ⁇ m or less, and folding and tearing occur in the process of plating the previously prepared copper foil.
  • the downside is that productivity may decrease.
  • the bonding force between the copper foil and the metal layer plated thereon is weak, and additional heat treatment must be performed to compensate for this.
  • the present invention can provide a multi-layer metal thin film and a manufacturing method in which a first plating layer, a metal layer, a second plating layer, and a third plating layer are sequentially stacked on one cathode rotating plate.
  • One embodiment of the present invention for achieving the above object is a first plating layer, a metal layer containing copper formed on the upper surface of the first plating layer, a second plating layer formed on the upper surface of the metal layer, and a third plating layer formed on the upper surface of the second plating layer.
  • the first plating layer, the metal layer, the second plating layer and the third plating layer are sequentially plated on one cathode rotating plate using an electroforming method, it relates to a multi-layer metal thin film.
  • the multi-layer metal thin film may be manufactured by a multi-layer metal thin film manufacturing apparatus including the cathode rotating plate and first to fourth electrolytic cells electroforming with the cathode rotating plate.
  • the first to fourth electrolytic cells are disposed spaced apart from each other by a predetermined distance on one of the cathode rotating plates, and as the cathode rotating plate rotates, the first to fourth electrolytic cells are connected to the cathode rotating plate. It can be electroformed at the same time.
  • the first plating layer and the second plating layer are any one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), tin (Sn), zinc (Zn), and iron (Fe).
  • Ni nickel
  • Co cobalt
  • Sn tin
  • Zn zinc
  • Fe iron
  • the thickness of the first plating layer may be formed to be 0.5 to 5 ⁇ m
  • the thickness of the second plating layer may be formed to be formed to be 1 to 10 ⁇ m.
  • the metal layer may be provided as an electrolytic copper foil layer.
  • the third plating layer may be made of any one metal among gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), and aluminum (Al).
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a multi-layer metal thin film in which a first plating layer, a metal layer, a second plating layer, and a third plating layer are sequentially plated on a cathode rotating plate, the step of charging the cathode rotating plate on the upper surface of the cathode rotating plate Forming a first plating layer on the top surface of the first plating layer, forming a metal layer on the top surface of the first plating layer, forming a second plating layer on the top surface of the metal layer, forming a third plating layer on the top surface of the second plating layer, and manufacturing multi-layer Manufacturing of a multi-layer metal thin film comprising the step of peeling off the metal thin film, wherein as the cathode rotating plate rotates, the first plating layer, the metal layer, the second plating layer and the third plating layer are simultaneously electroformed. It's about how.
  • a step of sealing the metal thin film may be further included between the step of forming the third plating layer and the step of peeling the multi-layer metal thin film.
  • the multi-layered metal thin film may include the cathode rotating plate and first to fourth electrolytic cells that are electroformed with the cathode rotating plate.
  • the first plating layer is formed by spraying a first electrolyte into the first electrolytic cell and then passing a first current, and the first cathode material included in the first electrolytic cell has solubility. It can be provided as a nickel (Ni) metal plate with
  • the metal layer is formed by spraying a second electrolyte into the second electrolytic cell and then passing a second current, and the second cathode material included in the second electrolytic cell has solubility. It may be provided as a copper (Cu) metal ball.
  • the third plating layer is formed by spraying a fourth electrolyte into the fourth electrolytic cell and then passing a fourth current, and the fourth anode material included in the fourth electrolytic cell is iridium. It may be a titanium (Ti) plate coated with oxide (Ir 2 O 3 ).
  • the present invention simplifies the production process by sequentially stacking the first plating layer, the metal layer, the second plating layer, and the third plating layer on one cathode rotating plate, prevents folding and tearing of the copper foil during the plating process, and separate Sufficient strength can be secured without heat treatment.
  • the present invention provides the second cathode material as a soluble copper (Cu) metal ball, thereby preventing oxygen gas from being generated during the formation of the metal layer, thereby improving the quality of the metal layer. .
  • Cu soluble copper
  • FIG. 1 is a view for explaining a process of manufacturing a multilayer metal thin film used for a printed circuit board (PCB) using a conventional electrodeposited copper foil and an antenna terminal for communication.
  • PCB printed circuit board
  • FIG. 2 is a view for explaining a multi-layer metal thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention.
  • step S20 is a diagram for explaining step S20 according to an embodiment of the present invention.
  • step S30 is a diagram for explaining step S30 according to an embodiment of the present invention.
  • One feature of the present invention relates to a multilayer metal thin film, which is a raw material of a printed circuit board (PCB) or a metal sheet used for the printed circuit board, on which electronic components and wiring related thereto are mounted.
  • PCB printed circuit board
  • a multilayer metal thin film in which a first plating layer and a second plating layer are formed on both surfaces of a metal layer containing copper, and a third plating layer is formed on an upper surface of the second plating layer.
  • the multi-layer metal thin film is a step of pre-treating a pre-produced electrodeposited copper foil or rolled copper foil (hereinafter referred to as copper foil) through a cathode drum as shown in FIG. 1 (P10).
  • the multilayer metal thin film 100 may be manufactured by sequentially proceeding to plating a metal layer including gold (Au) on the plating layer (P40).
  • a very thin copper foil having a thickness of 15 ⁇ m or less is required to reduce the thickness of the multilayer metal thin film to 20 ⁇ m or less.
  • folding and tearing occur, resulting in very low productivity.
  • the bonding force between the copper foil and the metal layer plated thereon is weak, and additional heat treatment must be performed to compensate for this.
  • the present invention configures a cathode rotating plate 200 having an endless plate ring structure by welding a plurality of titanium plates as shown in FIG. 2, and electrocasting independently of the cathode rotating plate 200
  • a multi-layer metal thin film manufacturing apparatus 1000 including a plurality of electroforming cells 300 was constructed.
  • the plurality of electrolytic cells 300 may include first to fourth electrolytic cells.
  • the first to fourth electrolytic cells may be disposed spaced apart from each other by a predetermined distance on one cathode rotating plate 200, and as the cathode rotating plate rotates, the first to fourth electrolytic cells may be simultaneously disposed with the cathode rotating plate. It can be electroformed.
  • the multi-layer metal thin film 100 can be manufactured by sequentially plating the first plating layer, the metal layer, the second plating layer, and the third plating layer on the same cathode rotating plate 200.
  • the multi-layer metal thin film manufacturing apparatus 1000 shares one cathode rotating plate 200 rotating in one direction, and a plurality of anode materials 410a that are electroformed with the cathode rotating plate 200. , 410b, 410c, 410d...; 410) may be included.
  • the multi-layer metal thin film manufacturing apparatus 1000 can form a multi-layer metal thin film with one device by electroforming the cathode rotating plate 200 and the plurality of anode materials 410 independently. can
  • each cathode material 410 may be included inside the electrolysis cell 400 .
  • the first cathode material 410a may be included in the first electrolysis cell 400a.
  • the first electrolytic cell 400a may include a first electrolyte solution supply nozzle 430a for spraying a first electrolyte solution between the cathode rotating plate 200 and the first cathode material 410a.
  • the first electrolytic cell 400a may include the first positive electrode material 410a and the first electrolyte supply nozzle 430a therein.
  • the first electrolytic cell 400a supplies electrolyte into the first electrolytic cell 400a through the first electrolyte supply nozzle 430a, and the cathode rotating plate 200 and the first cathode material ( 410a), the first electrolyte solution may be injected.
  • the configuration and role of the first electrolysis cell 400a has been described above, it is not limited thereto and can be equally applied to the second electrolysis cell 400b, the third electrolysis cell 400c, and the fourth electrolysis cell 400d. have.
  • the multi-layer metal thin film is manufactured through the first to fourth electrolysis cells, but it is not limited thereto, and it is possible to manufacture a multi-layer metal thin film by combining more electrolysis cells. self-explanatory
  • the multilayer metal thin film manufacturing apparatus 1000 simplifies the production process by performing the process of manufacturing copper foil and the process of forming a plating layer on the manufactured copper foil at once using one device. In addition, it is possible to improve productivity by preventing folding and tearing of the copper foil during the plating process. In addition, since there is no need to use pre-manufactured copper foil as a raw material, it is of course possible to solve the problem of management of raw materials and defects.
  • the multilayer metal thin film manufacturing apparatus 1000 provides a cathode material on which a metal layer containing copper (Cu) is formed as a copper (Cu) metal ball having a solubility, so that the metal layer It is possible to prevent the generation of oxygen gas during the formation process. Through this, the quality of the metal layer can be improved.
  • the multilayer metal thin film manufacturing apparatus 1000 independently provides process conditions such as the type, concentration, and current density of the electrolyte solution supplied to each electrolysis cell in the plurality of electrolysis cells 300.
  • process conditions such as the type, concentration, and current density of the electrolyte solution supplied to each electrolysis cell in the plurality of electrolysis cells 300.
  • FIG 3 is a view for explaining a multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention.
  • the multilayer metal thin film 100 may include a first plating layer 110, a metal layer 130, a second plating layer 150, and a third plating layer 170. .
  • the first plating layer 110, the metal layer 130, the second plating layer 150, and the third plating layer 170 are electroformed by one cathode rotating plate, and the same cathode rotating plate
  • the first plating layer 110 , the metal layer 130 , the second plating layer 150 , and the third plating layer 170 may be plated in this order.
  • the cathode rotating plate refers to a ring-shaped rotating plate charged with a negative electrode, and more preferably, a plurality of titanium plates are welded in one direction, and both ends of the connected titanium plates are connected to a ring ( Refers to a rotating plate welded in the shape of a ring. That is, the cathode rotating plate may be provided in the form of an endless plate ring by welding a plurality of titanium plates.
  • the first plating layer 110 is made of a metal other than copper (Cu), and more preferably, can be provided as a metal plating layer that is relatively inexpensive compared to copper (Cu) and has excellent tensile strength and mechanical reliability. have. Through this, it is possible to protect the metal layer 130 including copper (Cu), which will be described later.
  • the first plating layer 110 is any one selected from the group consisting of nickel (Ni), cobalt (Co), tin (Sn), zinc (Zn), and iron (Fe) and iron (Fe). It may be provided as a metal or an alloy containing the same.
  • the first plating layer is described as a nickel (Ni) plating layer, but is not limited thereto.
  • the thickness of the first plating layer 110 is preferably provided in a range of 0.5 to 5 ⁇ m. If the thickness of the first plating layer 110 is less than 0.5 ⁇ m, the ability of the first plating layer 110 to protect the metal layer 130 may be reduced and the metal layer 130 may be damaged. Conversely, if the thickness of the first plating layer 110 exceeds 5 ⁇ m, the adhesive strength between the first plating layer 110 and the metal layer 130 is lowered, causing a defect in which a portion of the first plating layer is peeled off during use. can For this reason, the thickness of the first plating layer 110 is preferably 0.5 to 5 ⁇ m, more preferably 0.3 to 3 ⁇ m.
  • the metal layer 130 is a metal layer containing copper (Cu), more preferably an electrolytic copper foil, a rolled copper foil, or It may be made of battery copper foil.
  • Cu copper
  • electrolytic copper foil a metal layer containing copper
  • rolled copper foil a metal layer containing copper
  • battery copper foil a metal layer containing battery copper foil.
  • the metal layer 130 may be formed by electroforming on the cathode rotating plate on which the first plating layer 110 is formed. That is, the metal layer 130 may be formed through the same negative electrode plate as the negative electrode plate on which the first plating layer 110 is formed. In this process, since the metal layer 130 is formed on the first plating layer 110 through electroforming without using a physical method such as sputtering, the first plating layer 110 or the metal layer 130 damage can be minimized.
  • the metal layer 130 is directly formed on the upper surface of the first plating layer 110 through electroforming, there is an advantage in that a separate bonding process such as soldering or heat treatment is not required to improve bonding strength. .
  • the thickness of the metal layer 130 is preferably provided to 5 to 30 ⁇ m.
  • the thickness of the metal layer 130 is less than 5 ⁇ m, mechanical properties of the metal layer 130 may be excessively reduced. This may cause cracks or deformation when additionally plating the second plating layer 150 or the third plating layer 170 on the metal layer.
  • the thickness of the third plating layer 130 exceeds 30 ⁇ m, the thickness of the multi-layer metal thin film 100 increases excessively, and thus the usability may decrease.
  • the metal layer 130 may have a thickness of 5 to 30 ⁇ m, more preferably 8 to 15 ⁇ m.
  • the second plating layer 150 may be formed on the metal layer 130 and, like the first plating layer 110 and the metal layer 130, may be formed by electroforming on the same cathode rotating plate. That is, the first plating layer 110, the metal layer 130, and the second plating layer 150 may be sequentially plated by the same cathode rotating plate.
  • the second plating layer 150 may be provided as a metal plating layer superior in tensile strength and mechanical reliability to copper (Cu). Through this, the metal layer 130 can be protected.
  • the second plating layer 150 is made of nickel (Ni), cobalt (Co), tin (Sn), zinc (Zn), and iron (Fe). It may be provided as any one selected metal or an alloy containing the same.
  • the second plating layer is described as a nickel (Ni) plating layer, but is not limited thereto.
  • the second plating layer 150 is formed between the metal layer 130 and the third plating layer 170 to be described later to improve bonding strength between the metal layer 130 and the third plating layer 170. At the same time, it is possible to prevent components such as gold (Au) included in the third plating layer 170 from penetrating into the metal layer 130 . For this reason, it is preferable that the second plating layer 150 is thicker than the first plating layer 110 .
  • the second plating layer 150 preferably has a thickness of 1 to 10 ⁇ m. If the thickness of the second plating layer 150 is less than 1 ⁇ m, the ability to protect the metal layer 130 may decrease, and components such as gold (Au) included in the third plating layer 170 may reduce the metal layer 130 thickness. (130), the electrical properties may be reduced. On the other hand, when the thickness of the second plating layer 150 exceeds 10 ⁇ m, bonding strength between the metal layer 130 and the third plating layer 170 may decrease. For this reason, the thickness of the second plating layer 150 is preferably 1 to 10 ⁇ m, more preferably 5 to 8 ⁇ m.
  • the third plating layer 170 is formed on the third plating layer 150, and is electroformed on the same cathode rotating plate as the first plating layer 110, the metal layer 130, and the second plating layer 150. ) can be formed. That is, the first plating layer 110 and the metal layer 130.
  • the second plating layer 150 and the third plating layer 170 may be sequentially plated by the same cathode rotating plate.
  • the third plating layer 170 is made of gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), chromium (Cr), titanium (Ti), niobium (Nb), tungsten (W ), may be composed of any one metal selected from the group consisting of molybdenum (Mo) and aluminum (Al) or an alloy containing the same.
  • Au gold
  • Au silver
  • Au palladium
  • Pt platinum
  • Cr chromium
  • Ti titanium
  • Nb niobium
  • W tungsten
  • Mo molybdenum
  • Al aluminum
  • a wiring or component for a printed circuit board may be mounted on the upper surface of the third plating layer 170 .
  • the thickness of the third plating layer 170 is preferably provided in a range of 0.02 to 0.1 ⁇ m. If the thickness of the third plating layer 170 is less than 0.02 ⁇ m, it is difficult to implement electrical characteristics, and if the thickness of the third plating layer 170 exceeds 0.1 ⁇ m, the production cost increases and the quality of the third plating layer 170 increases. The bond may be weakened and peeling may occur. For this reason, the thickness of the third plating layer 170 is preferably 0.02 to 0.1 ⁇ m, more preferably 0.05 to 0.08 ⁇ m.
  • FIG. 3 The configuration of the multilayer metal thin film according to an embodiment of the present invention has been described through FIG. 3 above.
  • a method of manufacturing a multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention will be described through FIGS. 4 to 6.
  • Figure 4 is a flow chart for explaining a method for manufacturing a multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a diagram for explaining step S20 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is an embodiment of the present invention It is a diagram for explaining step S30 according to.
  • the multi-layer metal thin film according to an embodiment of the present invention is a multi-layer metal thin film including a cathode rotating plate and a plurality of electrolytic cells 300 for producing a specific metal thin film by electroforming independently of the cathode rotating plate.
  • the first plating layer, the metal layer, the second plating layer, and the third plating layer may be electroformed at the same time.
  • the step S10 is a step of charging the cathode rotating plate 200 with a cathode by supplying current to the cathode rotating plate 200 .
  • the cathode rotating plate 200 may receive current through a separately provided electrode unit (not shown). Through this, the cathode rotating plate 200 can be charged with a cathode.
  • the first plating layer 110 may be formed on the upper surface of the cathode rotating plate 200 through the step S20. Since the detailed description of the first plating layer 110 has been described above, it will be omitted.
  • the first plating layer 110 may be formed through electroforming of the cathode rotating plate 200 and the first anode material 410a.
  • the multilayer metal thin film manufacturing apparatus 1000 sprays a first electrolyte between the cathode rotating plate 200 and the first anode material 410a through the first electrolyte supply nozzle 430a.
  • the electrode unit may deposit a first plating layer 110 on the cathode rotating plate 200 by supplying a first current between the cathode rotating plate 200 and the first cathode material 410a.
  • the first electrolyte supply nozzle 430a continuously injects a larger amount of electrolyte than the electrolyte exposed through the gap between the cathode rotation plate 200 and the first electrolysis cell 400a to the cathode rotation plate. 200 and the first cathode material 410a may always be filled with the first electrolyte.
  • the first electrolyte solution is any one selected from nickel sulfamate (Ni(NH 2 SO 3 ) 2 ), nickel sulfate (NiSO 4 6H 2 O), and nickel chloride (NiCl 2 ), or a mixture thereof. It may be used, more preferably nickel sulfamate (Ni(NH 2 SO 3 ) 2 ) 400 to 500 g / l, nickel chloride (NiCl 2 ) 5 to 20 g / l and boric acid (H 3 BO 3 ) 30 to 50 g / l may be provided as a mixed solution.
  • the first positive electrode material 410a may be provided as a soluble nickel (Ni) metal plate.
  • the first current may be 10 to 50A per 1dm 2 .
  • the first current is less than 10A per 1dm 2 , the current supplied to the cathode rotating plate 200 is low and the first plating layer 110 cannot grow to a sufficient thickness. If it exceeds 20A, the first plating layer 110 may overgrow, and defects may be formed in the first plating layer 110 .
  • the first current may be 10 to 30A per 1dm 2 , more preferably 15 to 25A per 1dm 2 .
  • the metal layer 130 may be formed on the upper surface of the first plating layer 110 through the step S30 . Since the detailed description of the metal layer 130 has been described above, it will be omitted.
  • the metal layer 130 may be formed through electroforming of the cathode rotating plate 200 and the second anode material 410b.
  • the multilayer metal thin film manufacturing apparatus 1000 may spray the second electrolyte between the cathode rotating plate 200 and the second cathode material 410b through the second electrolyte supply nozzle 430b. Thereafter, the electrode unit supplies a second current of 35 to 50 A per 1 dm 2 between the cathode rotating plate 200 and the second cathode material 410b to deposit the metal layer 130 on the cathode rotating plate 200.
  • the second electrolyte supply nozzle 430b like the first electrolyte supply nozzle 430a, has more liquid than the electrolyte exposed through the gap between the cathode rotating plate 200 and the second electrolytic cell 400b.
  • the cathode rotating plate 200 and the second positive electrode material 410b may always be filled with the second electrolyte.
  • the second electrolyte solution may be provided as a copper precursor solution unlike the first electrolyte solution described above, and more preferably, copper (Cu) ions are added to 100 to 200 g/l of sulfuric acid (H 2 SO 4 ). 50 to 100 g/l may be provided as a mixed solution. At this time, copper (Cu) ions may be prepared by dissolving coin wire scraps in a sulfuric acid solution.
  • the second cathode material may be provided in the form of a soluble metal ball or soluble metal plate, more preferably a soluble copper ball or soluble copper plate. (Copper plate).
  • a conventional electrodeposited copper foil provides a cathode material as an insoluble material that does not dissolve in an electrolyte, and manufactures a thin film by applying an electric current while the cathode material and a cathode drum are immersed in the electrolyte.
  • an excess of oxygen (O 2 ) may be generated at the anode and a small amount of hydrogen (H 2 ) at the cathode during the electrolysis process.
  • Excessive oxygen (O 2 ) generated from the anode may be attached to the surface of the electrodeposited copper foil to cause surface defects, and may weaken electrical characteristics by oxidizing a part of the electrodeposited copper foil.
  • the present invention provides the second cathode material 410b in the form of a copper ball or a soluble copper plate soluble in the second electrolyte to maximize the surface area in contact with the electrolyte. can make it That is, the present invention can prevent oxygen (O 2 ) from being attached to the surface of the cathode material by dissolving the second cathode material 410b in the second electrolyte solution.
  • oxygen O 2
  • the user visually checks the remaining amount of the second cathode material 410b can be replaced
  • the user can appropriately control the amount and direction of the flow rate of the second electrolyte solution after visually checking the remaining amount of the second cathode material 410b.
  • the second cathode material 410b since the second cathode material 410b requires a relatively low voltage for the same ionization process compared to a conventional insoluble cathode material, the same effect can be achieved even with a small voltage. Due to these characteristics, the second cathode material 410b according to the embodiment of the present invention has the advantage of reducing power cost compared to conventional insoluble cathode materials.
  • the first plating layer 110 is deposited on the cathode rotating plate 200 through the first anode material 410a containing nickel (Ni) and ,
  • the metal layer 130 may be deposited on the first plating layer 110 through the second anode material 410b provided as a soluble copper ball or a soluble copper plate.
  • the multi-layered metal thin film 100 provides a cathode material, an electrolyte solution, and a current independently formed on the same cathode rotating plate 200 to manufacture multiple layers of metal thin films made of different materials on one cathode rotating plate. can do.
  • the second plating layer 150 may be formed on the upper surface of the metal layer 130 through the step S40 . Since the detailed description of the second plating layer 150 has been described above, it will be omitted.
  • the second plating layer 150 is electroformed ( Electroforming) may be formed. Since the third cathode material 430c, the third electrolyte solution, and the third current are identical to those of the first cathode material 410a, the first electrolyte solution, and the first current, a detailed description thereof will be omitted.
  • the number of electrolytic cells for plating the second plating layer 150 is the same as the number of electrolytic cells for plating the first plating layer 110, or electrolytic cells for plating the first plating layer 110. It can be plated by more electrolysis cells than the number. Through this, the second plating layer 150 can be plated to a thickness equal to or greater than that of the first plating layer 110 even when the same electrolyte conditions and the same amount of current are supplied as the first plating layer 110 .
  • the third plating layer 170 may be formed on the upper surface of the second plating layer 150 through the step S50 . Since the details of the third plating layer 170 have been described above, they will be omitted.
  • the third plating layer 170 like the first plating layer 110, the metal layer 130, and the second plating layer 150, the cathode rotating plate 200 and the fourth anode material It may be formed through electroforming of (430d).
  • the fourth electrolyte solution may be provided as a gold (Au) precursor solution unlike the first to third electrolyte solutions described above, more preferably, gold (Au) ions are 0.2 to 20 g / l, nickel (Ni) ion can be provided as a mixed solution mixed with 700ppm.
  • the fourth positive electrode material 410d includes a first positive electrode material 410a and a third positive electrode material 410c provided as a metal plate of soluble nickel (Ni) or a soluble copper ball ( Unlike the second cathode material 410b provided as a copper ball, it may be provided as an insoluble cathode material, and more preferably as a titanium (Ti) plate coated with insoluble iridium oxide (Insoluble Ir 2 O 3 ). It can be.
  • the present invention deposits the first plating layer 110, the metal layer 130, the second plating layer 150, and the third plating layer 170 through anode materials of different materials, so that each layer is plated with a different metal.
  • the metal thin film 100 can be manufactured.
  • step S60 electrical characteristics may be stabilized by sealing the multilayer metal thin film 100.
  • the multilayer metal thin film 100 a large number of micropores may be formed in a metal layer or a plating layer during a manufacturing process. External contaminants may penetrate the metal thin film 100 through the micropores, contaminate the metal thin film, and cause corrosion. For this reason, it is possible to stabilize the electrical properties and prevent corrosion by sealing the multilayer metal thin film 100 .
  • a nickel acetic acid precipitation method may be applied, but is not limited thereto, and a hydration sealing method using boiling water or pressurized steam, a metal salt sealing method using metal salt, and an organic sealing method in which oil or organic materials are applied or deposited thereon.
  • a hydration sealing method using boiling water or pressurized steam a metal salt sealing method using metal salt
  • an organic sealing method in which oil or organic materials are applied or deposited thereon in which oil or organic materials are applied or deposited thereon.
  • the multilayer metal thin film 100 may be peeled off from the cathode rotating plate 200 .
  • the peeled multilayer metal thin film 100 may be peeled off from the cathode rotating plate 200 and then wound around a winding roll 600 provided in the metal thin film manufacturing apparatus 1000 and stored. have.
  • a cleaning unit (not shown) may be included between the electrolytic cells 400 to remove foreign substances and residual electrolyte from the metal thin film. Through this, it is possible to remove foreign substances and residual electrolyte from the deposited surface of the metal thin film, and manage the surface evenly.
  • the manufacturing method of the multilayer metal thin film 100 according to the embodiment of the present invention has been described through FIGS. 4 to 6 above.
  • the multilayer metal thin film 100 has been described as an example of a metal thin film in which a first plating layer 110, a metal layer 130, a second plating layer 150, and a third plating layer 170 are sequentially stacked. It is not limited thereto, and it is obvious that the above or below metal layer may be included.
  • the multi-layer metal thin film 100 is a first plating layer, a metal layer, a second plating layer, and a third plating layer through one cathode rotating plate and a plurality of anode materials electroformed with the cathode rotating plate. They can be stacked in this order.
  • the multi-layer metal thin film 100 may be sequentially stacked on one cathode rotating plate 200 by supplying an anode material, an electrolyte, and current under the conditions shown in Table 1.
  • the multilayer metal thin film 100 has the first plating layer 110, the metal layer 130, and the second plating layer 150 on one cathode rotating plate 200 according to the conditions disclosed in Table 1 above. ) and the third plating layer 170 may be sequentially stacked.
  • the multilayer metal thin film 100 manufactured according to the embodiment of the present invention has a Vickers hardness of 300 to 500 HV, and secures sufficient strength.
  • PCB printed circuit board
  • the present invention can prevent oxygen gas from being generated during the formation of the metal layer by providing the second cathode material as a soluble copper (Cu) metal ball. Through this, the quality of the metal layer can be improved.
  • the present invention independently controls process conditions such as type, concentration, and current density of the electrolyte supplied to each of the electrolytic cells 400a, 400b, 400c, 400d... in the plurality of electrolytic cells 400. It is possible to diversify the electrical, physical and mechanical properties of the metal thin film by providing Through this, single- or multi-layer metal thin films can be manufactured, and electrical, physical and mechanical properties can be diversified according to each part of the metal thin film.

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Abstract

본 명세서는 제1 도금층, 상기 제1 도금층 상면에 형성된 구리를 포함하는 금속층, 상기 금속층에 상면에 형성된 제2 도금층 및 상기 제2 도금층 상면에 형성된 제3 도금층을 포함하여 상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층은 하나의 음극 회전판 위에 전해주조(electroforming)법을 이용하여 순차적으로 도금되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

다층 금속박막 및 이의 제조방법
본 발명은 하나의 음극 회전판에 독립적으로 전해주조되어 순차적으로 적층되는 다층 금속박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전자기기산업이 발전함에 따라, 각종 회로도체 및 이차전지에서 음극 집전체 등으로 사용하는 금속박막의 수요가 증가하고 있다. 그 중 동박은 가격에 비해 전기적 특성이 우수하다는 장점이 있어서 인쇄 회로 기판(PCB), 특히 스마트폰 내장형 안테나 단자(terminal) 등에 사용되는 PCB 메탈시트의 주요 소재로 각광받고 있다.
통상적으로 상기 동박은 표면에 티타늄이 코팅된 드럼(Drum)과 양극으로 작용하는 불용성 양극재를 전해액에 담구고, 상기 드럼과 양극재에 전류를 통전한 상태에서 드럼을 일 방향으로 회전하여 전해동박을 석출하는 전해주조(Electroforming) 방식으로 제조되며, 상술한 방법으로 제조된 전해동박에 니켈(Ni), 금(Au)등을 코팅하여 다층 금속박막을 제조한다.
실제로, 대한민국 등록특허 제10-1991922호에서는 동박 위에 금속 보호층 및 금(Au) 층을 스퍼터링으로 코팅하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1150400호에서는 무전해 도금법, 용융 도금 법, 전해 도금법, 스퍼터링법, 화학증착법 등으로 다층 박막을 형성하는 방법을 개시하고 있다.
하지만 상술된 문헌들에 제시된 방법으로는 동박의 두께를 낮추는데 한계가 있어, 20㎛ 이하의 금속박막을 제조하기 어렵다는 단점이 있으며, 기 제조된 동박에 도금을 수행하는 과정에서 접힘, 찢어짐 등이 발생하여 생산성이 감소할 수 있다는 단점이 있다.
또한, 상술한 방법으로는 상기 동박과 그 위에 도금되는 금속층 사이 결합력이 약하여, 이를 보완해주기 위해서는 추가 열처리를 수행해야 한다.
이러한 이유로, 동박의 두께를 자유롭게 조절 가능하며, 별도의 열처리 없이도 결합력을 확보할 수 있는 다층 금속박막 및 이의 제조방법이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 하나의 음극 회전판 위에 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순서대로 적층되는 다층 금속박막 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 제1 도금층, 상기 제1 도금층 상면에 형성된 구리를 포함하는 금속층 상기 금속층에 상면에 형성된 제2 도금층 및 상기 제2 도금층 상면에 형성된 제3 도금층을 포함하여 상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층은 하나의 음극 회전판 위에 전해주조(electroforming)법을 이용하여 순차적으로 도금되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막에 관한 것이다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 다층 금속박막은, 상기 음극 회전판 및 상기 음극 회전판과 전해주조하는 제1 내지 제4 전해셀을 포함하는 다층 금속박막 제조장치에 의해 제조될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제1 내지 제4 전해셀은 하나의 상기 음극 회전판에 소정거리 이격되어 배치되며, 상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 내지 제4 전해셀이 상기 음극 회전판과 동시에 전해주조(electroforming)될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제1 도금층 및 제2 도금층은 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제1 도금층의 두께는 0.5 내지 5㎛로 형성되며, 상기 제2 도금층의 두께는 1 내지 10㎛로 형성될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 금속층은 전해 동박(electrolytic copper foil)층으로 제공될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제3 도금층은 금(Au),은(Ag), 팔라듐(Pd) 백금(Pt) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 음극 회전판위에 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순차적으로 도금되는 다층 금속박막의 제조방법에 있어서, 상기 음극 회전판을 대전시키는 단계 상기 음극 회전판 상면에 제1 도금층을 형성하는 단계, 상기 제1 도금층 상면에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상면에 제2 도금층을 형성하는 단계, 상기 제2 도금층 상면에 제3 도금층을 형성하는 단계 및 제조된 다층 금속박막을 박리하는 단계를 포함하며, 상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 동시에 전해주조(electroforming)되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법에 관한 것이다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제3 도금층을 형성하는 단계 및 상기 다층 금속박막을 박리하는 단계 사이에 금속박막을 봉공처리하는 단계가 추가로 포함될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 다층 금속박막은, 상기 음극 회전판 및 상기 음극 회전판과 전해주조하는 제1 내지 제4 전해셀을 포함할 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제1 도금층은 상기 제1 전해셀 내부에 제1 전해액을 분사한 후 제1 전류를 통전시킴으로써 형성하며, 상기 제1 전해셀 내부에 포함된 제1 양극재는 용해성을 가진 니켈(Ni) 금속 조각(Metal plate)으로 제공될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 금속층은, 상기 제2 전해셀 내부에 제2 전해액을 분사한 후 제2 전류를 통전시킴으로써 형성하며, 상기 제2 전해셀 내부에 포함된 제2 양극재는 용해성을 가진 구리(Cu) 금속 볼(Metal ball)로 제공될 수 있다.
상기 일 실시예에 있어, 상기 제3 도금층은, 상기 제4 전해셀 내부에 제4 전해액을 분사한 후 제4 전류를 통전시킴으로써 형성하며, 상기 제4 전해셀 내부에 포함된 제4 양극재는 이리듐 산화물(Ir2O3)을 코팅한 티타늄(Ti) 플레이트로 될 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 하나의 음극 회전판 위에 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순서대로 적층하여 생산과정을 간소화 하며, 도금 과정에서 상기 동박의 접힙, 찢어짐 등을 방지하고, 별도의 열처리 없이 충분한 강도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2 양극재를 용해성을 가진 구리(Cu) 금속 볼(Metal ball)로 제공함으로써, 금속층의 형성 과정에서 산소가스가 발생하는 것을 방지하여 상기 금속층의 품질을 향상할 수 있다.
도 1은 기존의 전해동박을 사용한 인쇄회로기판(PCB) 및 통신용 안테나 단자에 사용되는 다층 금속박막을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 S20 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 S30 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명에 따른 다층 금속박막 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 특징은 전자 부품 및 이와 관련된 배선을 장착하는 인쇄회로기판(Printed circuit board;PCB) 또는 상기 인쇄회로기판에 사용하는 메탈 시트(Metal sheet)의 원자재인 다층 금속박막에 관한 것이다.
더욱 바람직하게는 구리를 포함하는 금속층 양 면에 제1 도금층 및 제2 도금층을 형성시키고, 상기 제2 도금층의 상면에 제3 도금층을 형성하는 다층 금속박막에 관한 것이다.
통상적으로, 다층 금속박막은 도 1과 같이 음극 드럼(Drume)을 통해 기 생산된 전해동박 또는 압연동박(이하 동박)을 전처리 하는 단계(P10). 전처리된 동박 양 면에 니켈, 코발트(Co), 비소(As), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 아연(Zn), 인(P) 및 망간(Mn) 등을 포함하는 도금층을 도금하는 단계(P20, P30); 도금층 위에 금(Au) 등을 포함하는 금속층을 도금하는 단계(P40)를 순차적으로 진행하여 다층 금속박막(100)을 제조할 수 있다.
하지만 상기의 방법으로는 다층 금속박막의 두께를 20㎛ 이하로 낮추기 위해서는 두께가 15㎛ 이하의 아주 얇은 동박이 요구되는데, 상기 동박을 제조하는 과정에서 불량이 발생할 확률이 높으며, 또한 제조된 동박에 금속층을 도금하는 과정에서 접힙, 찢어짐 등이 발생하여 생산성이 매우 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 상술한 방법으로는 상기 동박과 그 위에 도금되는 금속층 사이 결합력이 약하여, 이를 보완해주기 위해서는 추가 열처리를 수행해야 한다.
이를 개선하기 위해, 본 발명은 도 2와 같이 복수의 티타늄 판을 용접하여 끊김없는 판 링(Endless plate ring) 구조의 음극 회전판(200)을 구성하고, 상기 음극 회전판(200)과 독립적으로 전해주조(Electroforming) 하는 복수의 전해셀(300)을 포함하는 다층 금속박막 제조장치(1000)를 구성하였다.
실시 예에 따르면, 상기 복수의 전해셀(300)은 제1 내지 제4 전해셀로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 전해셀은 하나의 음극 회전판(200)에 소정거리 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 내지 제4 전해셀이 상기 음극 회전판과 동시에 전해주조(electroforming)될 수 있다.
상기 다층 금속박막 제조장치(1000)를 통해, 동일한 음극 회전판(200) 위에 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층을 순차적으로 도금하여 다층 금속박막(100)을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)은 음극 회전판(200)을 대전시키는 단계(S10), 상기 음극 회전판(200)과 제1 양극재(410a) 사이에 제1 전해액을 분사한 후, 제1 전류를 공급하여 상기 음극 회전판(200) 상면에 제1 도금층을 형성하는 단계(S20), 제1 도금층이 형성된 음극 회전판(200)과 제2 양극(410b)재 사이에 제2 전해액을 분사한 후, 제2 전류를 공급하여 상기 제1 도금층 상면에 금속층을 형성하는 단계(S30), 금속층이 형성된 음극 회전판(200)과 제3 양극재(410c) 사이에 제3 전해액을 분사한 후, 제3 전류를 공급하여 상기 금속층 상면에 제2 도금층을 형성하는 단계(S40), 제2 도금층이 형성된 음극 회전판(200)과 제4 양극재(410d) 사이에 제4 전해액을 분사한 후, 제4 전류를 공급하여 상기 제2 도금층 상면에 제3 도금층을 형성하는 단계(S50), 및 제조된 다층 금속박막을 박리하는 단계(S60)를 포함할 수 있다. 각 제조방법에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치(1000)는 일 방향으로 회전하는 하나의 음극 회전판(200)을 공유하면서, 상기 음극 회전판(200)과 전해주조 되는 복수의 양극재(410a, 410b, 410c, 410d...;410)가 포함될 수 있다. 이러한 특징으로, 상기 다층 금속박막 제조장치(1000)는 상기 음극 회전판(200)과 상기 복수의 양극재(410)가 각각 독립적으로 전해주조(Electroforming)하여 하나의 장치로 다층의 금속박막을 형성할 수 있다.
이 때, 각각의 양극재(410)는 전해셀(400) 내부에 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 양극재(410a)는 제1 전해셀(400a) 내부에 포함될 수 있다. 또한, 상기 제1 전해셀(400a)은 상기 음극 회전판(200)과 제1 양극재(410a) 사이에 제1 전해액을 분사하는 제1 전해액 공급노즐(430a)을 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 전해셀(400a)은 내부에 상기 제1 양극재(410a) 및 상기 제1 전해액 공급노즐(430a)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 전해셀(400a)은 상기 제1 전해액 공급노즐(430a)을 통해 상기 제1 전해셀(400a) 내부로 전해액을 공급하며, 상기 음극 회전판(200)과 제1 양극재(410a) 사이에 제1 전해액을 분사할 수 있다.
이상 제1 전해셀(400a)의 구성 및 역할에 대해 설명하였으나, 이에 한정된 것이 아니고 제2 전해셀(400b), 제3 전해셀(400c) 및 제4 전해셀(400d)에도 동등하게 적용할 수 있다. 아울러, 본 명세서에서는 상기 다층 금속박막이 제1 내지 제4 전해셀을 통해 제조되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정된 것이 아니며, 그 이상의 전해셀을 조합하여 다층의 금속박막을 제조할 수 있음은 자명하다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치(1000)는 동박을 제조하는 공정 및 제조된 동박에 도금층을 형성하는 공정을 하나의 장치를 이용하여 한 번에 수행함으로써, 생산과정을 간소화 하며, 도금 과정에서 상기 동박의 접힙, 찢어짐 등을 방지하여 생산성을 향상할 수 있다. 아울러, 기 제조된 동박을 원자재로 사용할 필요가 없어 원자재의 관리와 불량문제를 해결할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치(1000)는 구리(Cu)를 포함하는 금속층이 형성되는 양극재를 용해성을 가진 구리(Cu) 금속 볼(Metal ball)로 제공함으로써, 금속층의 형성 과정에서 산소가스가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 상기 금속층의 품질을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치(1000)는 상기 복수의 전해셀(300)에서 각각의 전해셀에 공급되는 전해액의 종류, 농도, 전류밀도 등의 공정 조건을 독립적으로 제공하여 금속박막의 전기적, 물리적 특성 및 기계적 특성을 다양화 할 수 있다. 이를 통해 단층 또는 다층의 금속박막을 제조할 수 있으며, 금속박막의 각 부위에 따른 전기적, 물리적 특성 및 기계적 특성을 다양화 할 수 있다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막 제조장치의 특징에 대해 설명하였다. 이하 도 3을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)은 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)은 하나의 음극 회전판에 의해 전해주조(Electroforming)되며, 동일한 음극 회전판 위에 상기 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)의 순서대로 도금될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 음극 회전판은 음극으로 대전된 고리(Ring) 형상의 회전판을 의미하며, 더욱 바람직하게는 복수의 티타늄 판을 일 방향으로 용접 연결하고, 상기 연결된 티타늄 판의 양 끝을 고리(Ring) 형상으로 용접한 회전판을 의미한다. 즉, 상기 음극 회전판은 복수의 티타늄 판을 용접하여 끊김없는 판 링(Endless plate ring)형태로 제공될 수 있다.
상기 제1 도금층(110)은 구리(Cu)이외의 금속으로 이루어지며, 더 바람직하게는 상기 구리(Cu)에 비해 상대적으로 가격이 저렴하면서, 인장강도와 기계적 신뢰성이 우수한 금속 도금층으로 제공될 수 있다. 이를 통해, 후술할 구리(Cu)를 포함하는 금속층(130)을 보호할 수 있다.
실시 예에 따르면 상기 제1 도금층(110)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 철(Fe) 및 철(Fe)등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이를 포함하는 합금으로 제공될 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 제1 도금층을 니켈(Ni) 도금층인 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
실시 예에 따르면 상기 제1 도금층(110)의 두께는 0.5 내지 5㎛로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제1 도금층(110)의 두께가 0.5㎛ 미만이면, 상기 제1 도금층(110)이 상기 금속층(130)을 보호하는 능력이 감소하여 금속층(130)이 손상될 수 있다. 반대로, 상기 제1 도금층(110)의 두께가 5㎛를 초과하면, 상기 제1 도금층(110)과 상기 금속층(130)간의 접착력이 저하되어 사용 과정에서 제1 도금층의 일부가 박리되는 불량이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 상기 제1 도금층(110)의 두께는 0.5 내지 5㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 3㎛일 수 있다.
상기 금속층(130)은 구리(Cu)를 포함하는 금속층이며, 더욱 바람직하게는 전해액 내 구리(Cu) 이온을 전기도금 방법으로 석출한 전해 동박(Electrolytic copper foil), 압연 동박(Rolled copper foil) 또는 전지용 동박으로 이루어질 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 금속층(130)을 전해 동박층으로 제공되는 것을 예시로 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
실시 예에 따르면, 상기 금속층(130)은 상기 제1 도금층(110)이 형성된 음극 회전판 위에 전해주조(Electroforming)되어 형성될 수 있다. 즉 상기 금속층(130)은 상기 제1 도금층(110)이 형성된 음극판과 동일한 음극판을 통해 형성될 수 있다. 이 과정에서, 상기 금속층(130)은 상기 제1 도금층(110) 위에 스퍼터 등 물리적 방법을 사용하지 않고 전해주조(Electroforming)를 통해 형성되기 때문에, 상기 제1 도금층(110) 또는 금속층(130)이 손상되는 것을 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 금속층(130)이 상기 제1 도금층(110) 상면에 전해주조(Electroforming)를 통해 직접 형성되기 때문에 결합력을 향상하기 위하여 솔더링 등의 별도의 접합 공정 또는 열처리를 수행하지 않아도 된다는 장점이 있다.
실시 예에 따르면, 상기 금속층(130)의 두께는 5 내지 30㎛로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 금속층(130)의 두께가 5㎛ 미만이면, 상기 금속층(130)의 기계적 특성이 지나치게 감소할 수 있다. 이는 상기 금속층 위에 제2 도금층(150) 또는 제3 도금층(170)을 추가적으로 도금할 때 크랙이 발생하거나 변형될 수 있다. 반면에 상기 제3 도금층(130)의 두께가 30㎛를 초과하면, 상기 다층 금속박막(100)의 두께가 지나치게 상승하여 활용성이 감소할 수 있다. 이러한 이유로 상기 상기 금속층(130)의 두께는 5 내지 30㎛로 제공될 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 15㎛ 로 제공될 수 있다.
상기 제2 도금층(150)은 상기 금속층(130)위에 형성될 수 있으며, 상기 제1 도금층(110) 및 상기 금속층(130)과 마찬가지로 동일한 음극 회전판 위에 전해주조(Electroforming)되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 도금층(110), 금속층(130) 및 제2 도금층(150)은 동일한 음극 회전판에 의해 순차적으로 도금될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도금층(150)은 상기 제1 도금층(130)과 마찬가지로 상기 구리(Cu)에 비해 인장강도와 기계적 신뢰성이 우수한 금속 도금층으로 제공될 수 있다. 이를 통해, 상기 금속층(130)을 보호할 수 있다.
실시 예에 따르면 상기 제2 도금층(150)은 상기 제1 도금층(110)과 마찬가지로 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 철(Fe)등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이를 포함하는 합금으로 제공될 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 제2 도금층을 니켈(Ni) 도금층인 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도금층(150)은 상기 금속층(130)과 후술할 제3 도금층(170) 사이에 형성되어, 상기 금속층(130)과 상기 제3 도금층(170)의 결합력을 향상시키는 역할을 수행하는 동시에, 상기 제3 도금층(170)에 포함된 금(Au) 등의 성분이 상기 금속층(130)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 이유로, 상기 제2 도금층(150)은 상기 제1 도금층(110)보다 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제2 도금층(150)의 두께는 1 내지 10㎛로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제2 도금층(150)의 두께가 1㎛ 미만이면 상기 금속층(130)을 보호하는 능력이 감소할 수 있으며, 또한 상기 제3 도금층(170)에 포함된 금(Au) 등의 성분이 상기 금속층(130)으로 침투하여 전기적 성질이 감소할 수 있다. 반면에 상기 제2 도금층(150)의 두께가 10㎛를 초과하면, 상기 금속층(130)과 상기 제3 도금층(170) 사이의 결합력이 감소할 수 있다. 이러한 이유로 상기 제2 도금층(150)의 두께는 1 내지 10㎛로 제공되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 8㎛로 제공될 수 있다.
마지막으로 상기 제3 도금층(170)은 상기 제3 도금층(150)위에 형성되며, 상기 제1 도금층(110), 금속층(130) 및 제2 도금층(150)과 마찬가지로 동일한 음극 회전판 위에 전해주조(Electroforming)되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 도금층(110), 금속층(130). 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)은 동일한 음극 회전판에 의해 순차적으로 도금될 수 있다.
실시 예에 따르면 상기 제3 도금층(170)은 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이를 포함하는 합금으로 구성될 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 금(Au)을 포함한 것으로 예를 들어 설명하나 이에 한정된 것이 아니다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도금층(170) 상면에는 인쇄회로기판(PCB)을 위한 배선 또는 부품등이 실장될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도금층(170)의 두께는 0.02 내지 0.1㎛로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제3 도금층(170)의 두께가 0.02㎛ 미만이면 전기적 특성이 구현되기 어려우며, 상기 제3 도금층(170)의 두께가 0.1㎛를 초과하면, 생산단가가 증가하고 상기 제3 도금층(170)의 결합이 약해져 박피 현상이 발생될 수 있다. 이러한 이유로 상기 제3 도금층(170)의 두께는 0.02 내지 0.1㎛ 인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.08㎛일 수 있다.
이상 도 3을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막의 구성을 설명하였다. 이하 도 4 내지 도 6을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막의 제조방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 S20 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 S30 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막은 음극 회전판 및 상기 음극 회전판과 독립적으로 전해주조(Electroforming)하여 특정 금속박막을 제조하는 전해셀(300)이 복수개 포함된 다층 금속박막 제조장치(1000)에 의해 제조될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 음극 회전판을 대전시키는 단계(S10), 상기 음극 회전판과 제1 양극재 사이에 제1 전해액을 분사한 후, 제1 전류를 공급하여 상기 음극 회전판 상면에 제1 도금층을 형성하는 단계(S20), 제1 도금층이 형성된 음극 회전판과 제2 양극재 사이에 제2 전해액을 분사한 후, 제2 전류를 공급하여 상기 제1 도금층 상면에 금속층을 형성하는 단계(S30), 금속층이 형성된 음극 회전판과 제3 양극재 사이에 제3 전해액을 분사한 후, 제3 전류를 공급하여 상기 금속층 상면에 제2 도금층을 형성하는 단계(S40), 제2 도금층이 형성된 음극 회전판과 제4 양극재 사이에 제4 전해액을 분사한 후, 제4 전류를 공급하여 상기 제2 도금층 상면에 제3 도금층을 형성하는 단계(S50), 및 제조된 다층 금속박막을 박리하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 동시에 전해주조(electroforming)될 수 있다.
상기 S10 단계는, 상기 음극 회전판(200)에 전류를 공급하여 상기 음극 회전판(200)을 음극으로 대전시키는 단계이다.
실시 예에 따르면, 상기 음극 회전판(200)은 별도로 마련된 전극부(미도시)를 통해 전류를 공급받을 수 있다. 이를 통해 상기 음극 회전판(200)은 음극으로 대전될 수 있다.
이 후, 상기 S20 단계를 통해, 상기 음극 회전판(200) 상면에 제1 도금층(110)을 형성할 수 있다. 상기 제1 도금층(110)에 대한 구체적인 내용은 앞서 설명하였으니 생략하도록 한다.
실시 예에 따르면, 상기 S20 단계에서 상기 제1 도금층(110)은 상기 음극 회전판(200)과 상기 제1 양극재(410a의 전해주조(Electroforming)를 통해 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 다층 금속박막 제조장치(1000)는 상기 제1 전해액 공급노즐(430a)을 통해 상기 음극 회전판(200)과 상기 제1 양극재(410a) 사이에 제1 전해액을 분사할 수 있다. 이 후, 상기 전극부는 상기 음극 회전판(200)과 상기 제1 양극재(410a 사이에 제1 전류를 공급하여 상기 음극 회전판(200) 위에 제1 도금층(110)을 석출할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 전해액 공급노줄(430a)은 상기 음극 회전판(200)과 상기 제1 전해셀(400a)사이 틈으로 노출되는 전해액보다 더 많은 양의 전해액을 지속적으로 분사하여 상기 음극 회전판(200)과 상기 제1 양극재(410a)가 항상 제1 전해액으로 충진시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 전해액은 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2), 황산니켈(NiSO4·6H2O), 염화니켈(NiCl2) 중 선택되는 어느 하나 또는 이의 혼합물이 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 설파민산 니켈(Ni(NH2SO3)2) 400 내지 500g/ℓ, 염화니켈(NiCl2) 5 내지 20g/ℓ 및 붕산(H3BO3) 30 내지 50g/ℓ가 혼합된 혼합용액으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 양극재(410a)는 용해성을 가진 니켈(Ni) 금속 조각(Soluble Ni metal plate)으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 전류는 1dm2 당 10 내지 50A일 수 있다. 상기 제1 전류가 1dm2 당 10A 미만으로 제공되면, 상기 음극 회전판(200)으로 공급되는 전류가 낮아 상기 제1 도금층(110)이 충분한 두께로 성장할 수 없으며, 반대로 상기 제1 전류가 1dm2 당 20A를 초과하면, 상기 제1 도금층(110)이 과성장 할 가능성이 있으며, 상기 제1 도금층(110)에 결함이 형성될 수 있다. 이러한 이유로 상기 제1 전류는 1dm2 당 10 내지 30A, 더 바람직하게는 1dm2 당 15 내지 25A로 제공될 수 있다.
이 후, 상기 S30 단계를 통해, 상기 제1 도금층(110) 상면에 금속층(130)을 형성할 수 있다. 상기 금속층(130)에 대한 구체적인 내용은 앞서 설명하였으니 생략하도록 한다.
도 6을 참조하면, 상기 S30 단계에서 상기 금속층(130)은 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 양극재(410b)의 전해주조(Electroforming)를 통해 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 다층 금속박막 제조장치(1000)는 상기 제2 전해액 공급노즐(430b)을 통해 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 양극재(410b) 사이에 제2 전해액을 분사할 수 있다. 이 후, 상기 전극부는 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 양극재(410b) 사이에 1dm2 당 35 내지 50A의 제2 전류를 공급하여 상기 음극 회전판(200) 위에 금속층(130)을 석출할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 전해액 공급노줄(430b) 또한, 상기 제1 전해액 공급노줄(430a)과 마찬가지로 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 전해셀(400b)사이 틈으로 노출되는 전해액보다 더 많은 양의 전해액을 지속적으로 분사하여 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 양극재(410b)가 항상 제2 전해액으로 충진될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 전해액은 앞서 설명한 제1 전해액과는 다르게 구리 전구체 용액으로 제공될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 황산(H2SO4) 100 내지 200g/ℓ에 구리(Cu) 이온을 50 내지 100g/ℓ가 혼합된 혼합용액으로 제공될 수 있다. 이 때 구리(Cu) 이온은 동전선 스크랩을 황산용액으로 용해하여 준비될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 양극재는 용해성 금속 볼(Soluble metal ball)또는 용해성 금속 조각(Soluble metal plate)의 형태로 제공될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 용해성 구리 볼(Copper ball) 또는 용해성 구리 조각(Copper plate)로 제공할 수 있다.
일반적으로 기존의 전해동박은 양극재를 전해액에 용해되지 않는 불용성 물질로 제공하고, 상기 양극재와 음극 드럼(Drum)을 전해액에 침지한 상태에서 전류를 가해 박막을 제조하게 된다.
하지만 상술한 방법은 전해과정 중 양극에서 과량의 산소(O2)가, 음극에서 소량의 수소(H2)가 발생할 수 있다. 상기 양극에서 발생한 과량의 산소(O2)는 전착되는 전해동박 표면에 부착되어 표면결함을 유발할 수 있으며, 전해동박의 일부를 산화시켜 전기적 특성을 약화할 수 있다.
이를 방지하기 위해 본 발명은 상기 제2 양극재(410b)를 상기 제2 전해액에 용해 가능한 구리 볼(Copper ball) 또는 용해성 구리 조각(Copper plate) 형태로 제공하여 상기 전해액과 접하는 표면적을 최대로 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 상기 제2 양극재(410b)를 상기 제2 전해액에 용해시켜 산소(O2)가 양극재 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 음극 회전판(200)과 상기 제2 양극재(410b) 사이에 전해주조가 진행될수록 상기 제2 전해액에 용해됨에 따라, 사용자는 상기 제2 양극재(410b)의 잔류량을 육안으로 확인하여 교체할 수 있다. 또한, 사용자는 상기 제2 양극재(410b)의 잔류량을 육안으로 확인한 후 상기 제2 전해액의 유속량 및 유속방향을 적절하게 제어할 수 있다. 이를 통해, 상기 제2 양극재(410b)의 교체주기를 확인하고, 공정조건을 최적화 하기 용이하는 장점이 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 양극재(410b)는 통상적인 불용성 양극재에 비해 동일한 이온화 과정에서 요구되는 전압이 상대적으로 작기 때문에, 적은 전압으로도 동일한 효과를 수행할 수 있다. 이러한 특징으로 본 발명의 실시 예에 따른 제2 양극재(410b)는통상적인 불용성 양극재에 비해 전력비를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)은 음극 회전판(200)위에 상기 니켈(Ni)을 포함하는 제1 양극재(410a)를 통해 상기 제1 도금층(110)을 석출하고, 상기 제1 도금층(110) 위에 용해성 구리 볼(Soluble copper ball) 또는 용해성 구리 조각(Soluble copper plate)으로 제공되는 제2 양극재(410b)를 통해 상기 금속층(130)을 석출할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)은 동일한 음극 회전판(200) 위에 독립적으로 구성된 양극재, 전해액 및 전류를 제공하여 하나의 음극 회전판 위에 서로 다른 재질의 금속박막을 다층으로 제조할 수 있다.
이 후, 상기 S40 단계를 통해, 상기 금속층(130) 상면에 제2 도금층(150)을 형성할 수 있다. 상기 제2 도금층(150)에 대한 구체적인 내용은 앞서 설명하였으니 생략하도록 한다.
실시 예에 따르면, 상기 S40 단계에서 상기 제2 도금층(150)은 상기 제1 도금층(110) 및 금속층(130)과 마찬가지로, 음극 회전판(200)과 상기 제3 양극재(430c)의 전해주조(Electroforming)를 통해 형성될 수 있다. 상기 제3 양극재(430c), 제3 전해액 및 제3 전류는 상기 제1 양극재(410a, 제1 전해액 및 제1 전류와 동일하니 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도금층(150)을 도금하는 전해셀은 상기 제1 도금층(110)을 도금하는 전해셀과 동일한 숫자의 전해셀 또는, 상기 제1 도금층(110)을 도금하는 전해셀 숫자보다 더 많은 전해셀에 의해 도금될 수 있다. 이를 통해, 상기 제2 도금층(150)은 상기 제1 도금층(110)과 동일한 전해액 조건 및 동일한 크기의 전류를 공급하여도 제1 도금층(110)보다 동등 또는 그 이상의 두께로 도금될 수 있다.
이 후, 상기 S50 단계를 통해, 상기 제2 도금층(150) 상면에 제3 도금층(170)을 형성할 수 있다. 상기 제3 도금층(170)에 대한 구체적인 내용은 앞서 설명하였으니 생략하도록 한다.
실시 예에 따르면, 상기 S50 단계에서 상기 제3 도금층(170)은 상기 제1 도금층(110), 금속층(130) 및 제2 도금층(150)과 마찬가지로, 음극 회전판(200)과 상기 제4 양극재(430d)의 전해주조(Electroforming)를 통해 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 전해액은 앞서 설명한 제1 내지 제3 전해액과는 다르게 금(Au) 전구체 용액으로 제공될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 금(Au) 이온이 0.2 내지 20g/ℓ, 니켈(Ni) 이온이 700ppm 혼합된 혼합용액으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 양극재(410d)는 용해성을 가진 니켈(Ni) 금속 조각(Metal plate)으로 제공되는 제1 양극재(410a) 및 제3 양극재(410c) 또는 용해성 구리 볼(Copper ball)로 제공되는 제2 양극재(410b)와는 다르게 비용해성 양극재로 제공될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 비용해성 이리듐 산화물(Insoluble Ir2O3)을 코팅한 티타늄(Ti) 플레이트로 제공될 수 있다.
이는, 상기 제 4양극재(410d)를 금(Au)을 포함하는 용해성 양극재로 사용하는 경우, 제조비가 상승하는 반면, 그 효과 차이가 크지 않기 때문이다.
즉, 본 발명은 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)을 서로 다른 재질의 양극재를 통해 석출함으로써, 각 층마다 서로 다른 금속으로 도금된 금속박막(100)을 제조할 수 있다.
이 후, 상기 S60 단계를 통해, 상기 다층 금속박막(100)을 봉공(Sealing)처리하여 전기적 특성을 안정화 시킬 수 있다.
상기 다층 금속박막(100)에는 제조 과정에서 금속층 또는 도금층에 다량의 미세공이 형성될 수 있다. 상기 미세공을 통해 외부의 오염물질들이 상기 금속박막(100)에 침투하여 상기 금속박막을 오염시킬 수 있으며, 부식을 유발할 수 있다. 이러한 이유로 상기 다층 금속박막(100)을 봉공(Sealing)처리하여 전기적 특성을 안정화 시키며 부식을 방지할 수 있다.
상기 봉공처리의 방법으로 니켈아세트산 침전법을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 비등수 또는 가압증기를 이용한 수화봉공법, 금속염을 이용한 금속염 봉공법, 오일 또는 유기물을 도포하거나 이에 침적하는 유기물 봉공법, 도장에 의한 도장봉공법 등 공개된 다른 방법으로 수행할 수 있음은 자명하다.
마지막으로, 상기 다층 금속박막(100)은 상기 음극 회전판(200)에서 박리(peeling off)될 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 박리된 다층 금속박막(100)은 상기 음극 회전판(200)에서 박리(peeling off)된 후, 상기 금속박막 제조장치(1000)에 마련된 권취 롤(600)에 감겨 보관될 수 있다.
도면에는 개시되지 않았으나, 상기 각 전해셀(400) 사이에는 상기 금속박막의 이물질 및 잔여 전해액을 제거하는 세척부(미도시)가 포함될 수 있다. 이를 통해, 상기 금속박막의 석출면에 이물질 및 잔여 전해액을 제거하고, 표면을 고르게 관리할 수 있다.
이상 도 4 내지 6을 통해 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)의 제조방법에 대해 설명하였다. 본 명세서에서 다층 금속박막(100)은 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)이 순서대로 적층된 금속박막인 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정된 것이 아니며, 이 이상 또는 이하의 금속층을 포함할 수 있음은 자명하다.
이상 설명한 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 다층 금속박막(100)은 하나의 음극 회전판과, 상기 음극 회전판과 전해주조하는 복수의 양극재를 통해 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순서대로 적층될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 다층 금속박막(100)은 표 1과 같은 조건으로 양극재, 전해액 및 전류를 공급하여 하나의 음극 회전판(200)위에 금속 박막층을 순차적으로 적층할 수 있다.
음극재 양극재 전해액 전류 두께
제1 도금층 Ti Plate - Soluble
- Ni metal plate		 Ni(NH2SO3)2: 450g/ℓ
NiCl2: 10g/ℓ
H3BO3: 35g/ℓ		 20A/dm2 3㎛
금속층 - Soluble
- Copper ball or
Copper plate		 H2SO4: 120g/ℓ
Cu ion: 80g/ℓ		 45A/dm2 12㎛
제2 도금층 - Soluble
- Ni metal plate		 Ni(NH2SO3)2: 450g/ℓ
NiCl2: 10g/ℓ
H3BO3: 35g/ℓ		 20A/dm2 7㎛
제3 도금층 - Insoluble
- Ti plate coated
by Ir2O3 		Au ion: 2g/ℓ
Ni: 700ppm		 1.5A/dm2 0.08㎛
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 다층 금속박막(100)은 상기 표 1에 개시된 조건에 따라 하나의 음극 회전판(200)위에 상기 제1 도금층(110), 금속층(130), 제2 도금층(150) 및 제3 도금층(170)을 순서대로 적층될 수 있다.
이를 통해 다층 금속박막의 생산과정을 간소화 하며, 도금 과정에서 상기 동박의 접힙, 찢어짐 등을 방지하고, 별도의 열처리 없이 충분한 강도를 확보할 수 있다.
실제로 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 상기 다층 금속박막(100)은 비커스 경도가 300 내지 500HV의 비커스 경도를 가져, 충분한 강도를 확보하는 것을 확인하였다.
이는 15㎛ 이하의 아주 얇은 동박을 제조 또는 도금하는 과정이 필수적으로 요구되며, 상기 동박과 그 위에 도금되는 금속층 사이 결합력을 보완하기 위해 열처리 등 추가적인 공정이 요구되는 기존의 인쇄회로기판(PCB)용 다층 금속박막 제조방법과 비교하여 매우 진일보 된 기술임을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2 양극재를 용해성을 가진 구리(Cu) 금속 볼(Metal ball)로 제공함으로써, 금속층의 형성 과정에서 산소가스가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 상기 금속층의 품질을 향상할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 상기 복수의 전해셀(400)에서 각각의 전해셀(400a, 400b, 400c, 400d....)에 공급되는 전해액의 종류, 농도, 전류밀도 등의 공정 조건을 독립적으로 제공하여 금속박막의 전기적, 물리적 특성 및 기계적 특성을 다양화 할 수 있다. 이를 통해 단층 또는 다층의 금속박막을 제조할 수 있으며, 금속박막의 각 부위에 따른 전기적, 물리적 특성 및 기계적 특성을 다양화 할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 도금층;
    상기 제1 도금층 상면에 형성된 구리를 포함하는 금속층;
    상기 금속층에 상면에 형성된 제2 도금층; 및
    상기 제2 도금층 상면에 형성된 제3 도금층을 포함하여
    상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층은 하나의 음극 회전판 위에 전해주조(electroforming)법을 이용하여 순차적으로 도금되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 금속박막은,
    상기 음극 회전판; 및
    상기 음극 회전판과 전해주조하는 제1 내지 제4 전해셀을 포함하는 다층 금속박막 제조장치에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 전해셀은 하나의 상기 음극 회전판에 소정거리 이격되어 배치되며,
    상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 내지 제4 전해셀이 상기 음극 회전판과 동시에 전해주조(electroforming)되는 다층 금속박막 제조장치에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도금층 및 제2 도금층은 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 철(Fe)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도금층의 두께는 0.5 내지 5㎛로 형성되며,
    상기 제2 도금층의 두께는 1 내지 10㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 전해 동박(electrolytic copper foil)층으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 도금층은 금(Au),은(Ag), 팔라듐(Pd) 백금(Pt) 및 알루미늄(Al 중 어느 하나의 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막.
  8. 음극 회전판위에 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순차적으로 도금되는 다층 금속박막의 제조방법에 있어서,
    상기 음극 회전판을 대전시키는 단계;
    상기 음극 회전판 상면에 제1 도금층을 형성하는 단계;
    상기 제1 도금층 상면에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층 상면에 제2 도금층을 형성하는 단계;
    상기 제2 도금층 상면에 제3 도금층을 형성하는 단계; 및
    제조된 다층 금속박막을 박리하는 단계;를 포함하며,
    상기 음극 회전판이 회전함에 따라, 상기 제1 도금층, 금속층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 동시에 전해주조(electroforming)되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 도금층을 형성하는 단계 및 상기 다층 금속박막을 박리하는 단계 사이에 금속박막을 봉공처리하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다층 금속박막은,
    상기 음극 회전판; 및
    상기 음극 회전판과 전해주조하는 제1 내지 제4 전해셀을 포함하는 다층 금속박막 제조장치에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 도금층은
    상기 제1 전해셀 내부에 제1 전해액을 분사한 후 제1 전류를 통전시킴으로써 형성하며,
    상기 제1 전해셀 내부에 포함된 제1 양극재는 용해성을 가진 니켈(Ni) 금속 조각(Metal plate)으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속층은,
    상기 제2 전해셀 내부에 제2 전해액을 분사한 후 제2 전류를 통전시킴으로써 형성하며,
    상기 제2 전해셀 내부에 포함된 제2 양극재는 용해성을 가진 구리(Cu) 금속 볼(Metal ball)로 제공되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 도금층은,
    상기 제4 전해셀 내부에 제4 전해액을 분사한 후 제4 전류를 통전시킴으로써 형성하며,
    상기 제4 전해셀 내부에 포함된 제4 양극재는 이리듐 산화물(Ir2O3)을 코팅한 티타늄(Ti) 플레이트로 제공되는 것을 특징으로 하는, 다층 금속박막의 제조방법.
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