무전해 도금법을 이용한 Core-Shell 구조의 금속 분말 제조 및 특성 평가

Abstract

전자기기, 정보통신기기 등의 제조 기술이 발달하면서 대용량화, 소량화, 신뢰성 향상 및 제조단가 절감을 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 그중에서 도전성 페이스트는 하이브리드(hybrid)IC, MLCC(Multi Layer Ceramic Capacity), 다층회로기판 등에 여러 전자 부품에 전극재료 또는 회로(circuit)에 사용되고 있다. 주로 사용되는 물질로는 Ag, Pt 등과 같은 귀금속이 주로 사용되고 있다. 하지만 제조 기술의 발달하면서 기판들이 다복층 구조를 하고 있어 그만큼의 사용 공간이 늘어나게 되었고 그에 따른 페이스트의 양이 증가하게 되면서 제조비용에 대한 부담이 커졌고, 생산 단가 또한 높아지는 문제가 발생하고 있다. 그렇게 때문에 귀금속만큼의 특성을 가지면서 단가를 절감할 수 있는 재료 및 기술이 주목을 받고 있다. 그중 주목 받고 있는 재료가 구리(Cu)이다. 구리는 좋은 물리･ 화학적 특성을 가졌지만 산화에 약한 단점이 있어 사용에 제한이 되어 왔고 이를 보완할 방법이 연구되고 있다. 이런 약점을 보완하기 위하여 산화에 강한 귀금속을 표면에 코팅시켜 산화를 방지하고 적은 귀금속의 양으로 귀금속의 특성을 얻어 내는 방법들이 연구되고 있다. 본 논문에서는 간단한 무전해 도금법을 이용하여 내식성이 강한 Core-Shell 구조의 분말을 합성 하였다. Core에 해당하는 물질은 구리(Cu)를 사용하였고 Shell 해당하는 물질은 주석(Sn)을 사용하였다. 주석의 경우 우수한 전도성과 내식성으로 구리에 도금시킬 경우 구리의 장점을 그대로 유지하면서 산화에 강한 분말을 제조가 가능하다. 또한 주석은 융점이(약 232℃) 낮은 특성을 가지고 있어 도전성 페이스트로 응용할 경우 쉽게 용융되어 입자간의 빈공을 채워주고 화합물을 형성하여 치밀한 구조를 만들 수 있다. 일반적으로 사용 되어오던 도전성 페이스들은 치밀한 상호 연결을 위해서 구조적으로 플래이크(판상) 형태를 선호하여 사용하였다. 입자들의 형상 제어를 통해서 최적의 접합 조건을 찾았기 때문이다. 하지만 이 방법 또한 물리적 접합이기 때문에 한계가 있고, 형태 제어를 위한 제조비용 또한 증가하게 된다. 도전성 페이스트의 중요한 요소인 전기전도도를 높이기 위해서는 입자간의 interconnection이 얼마나 치밀하게 하는가이다. 본 연구에서는 융점이 낮은 주석을 구리 입자 표면에 코팅 시키고, 그 입자를 저온 열처리를 하면 용융된 주석이 입자들 사이의 빈공간과 계면들을 채워 화학적 결합을 한다면 물리적 접합보다 더 치밀한 구조의 연결이 가능 할 것이라는 아이디에서 출발하게 되었다. 저온 치밀화를 통해서 Core-Shell구조의 입자들이 상호 연결되어 열처리 이전보다 전기전도도가 향상 될 것으로 생각된다. 이런 구조는 기존의 도전성 페이스트가 의존해 오던 압력에 의한 물리적 접합이 아닌 물리･ 화학적 결합으로 우수한 상호연결이 가능하고 우수한 전도도를 얻을 수 있고 형상의 제약을 줄일 수 있다. 또한 귀금속만을 사용했을 때에 보다 원가를 절감 할 수 있고, 적은 양의 귀금속으로 비슷한 물리･ 화학적 특성을 구현 할 수 있다. Core-Shell 구조 분말 제조 실험 변수로는 온도, 염화주석의 함유량, 주입 속도 그리고 pH로 정하였고, 각 요인들이 도금에 미치는 영향에 대하여 연구하였고 실험 결과를 바탕으로 최적도금 조건을 도출하였다. 최적 조건으로 제조된 분말을 이용하여 도전성 페이스트의 응용 가능성에 대한 실험을 통해 학술적인 내용과 실용화 가능성에 대한 실험을 실시하였다