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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김지환 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수
이종현
발행연도
2015
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

고온용 전도성 페이스트를 위한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 및 Ag dewetting 거동 분석
김지환 ,  이종현 한국표면공학회 학술발표회 초록집 2015.11 학술대회자료
고온용 도전성 페이스트를 위한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 및 Ag dewetting 거동 분석
김지환 신소재공학과 2015.01 학위논문

2014

Ag 코팅 Cu 플레이크의 제조에서 전처리 및 Ag 코팅 공정 변화의 효과
김지환 ,  이종현 한국재료학회지 2014.01 학술저널

초록· 키워드

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전자제품의 고기능화와 더불어 고생산성, 저가격화에 대한 수요를 충족시키기 위해 도전 패턴 형성 시 복잡한 고정이 요구되는 리소그래피(lithography) 대신 가격 경쟁력이 우수한 인쇄전자 기술이 더욱 각광받을 예정이다. 인쇄전자 기술에서 도전 패턴 형성 시 사용되는 도전성 페이스트는 RFID용 tag, smart label, EMI shielding 등에 적용되고 있고, touch panel sensor, flexible solar cell 전극 및 배선 소재 등으로도 연구가 진행되고 있어 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다.
현재까지 도전성 페이스트 내 금속 필러 소재로는 내산화성과 높은 도전특성을 지닌 은(Ag)이 주로 사용되어 왔다. 그러나 Ag 소재의 높은 원가로 인해 최근에는 Ag와 유사한 도전특성을 지닌 구리(Cu)를 활용한 Ag 코팅 Cu(Ag-coated Cu, Cu@Ag) 입자의 제조 및 적용 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 Ag 코팅 Cu의 경우 200℃ 이상의 온도에서 lattice mismatch, 양(+)의 mixing enthalpy 값, 적은 전기음성도 차 등으로 인해 계면이 불안정해지면서 Ag dewetting 현상이 발생하여 코어 Cu의 산화가 일어나게 된다. Cu의 산화는 전기전도도의 급격한 감소를 야기하므로 도전성 페이스트에는 치명적인 특성 감소의 원인이 된다. 따라서 이에 대한 문제를 해결하여 고온에서도 적용이 가능한 Ag 코팅 금속 필러의 개발이 요구되는 상황이다.
본 연구에서는 Cu 표면에서 발생하는 Ag dewetting 현상을 지연시키고자 Cu 플레이크를 코어 분말로 사용하고, 그 위에 무전해도금법을 이용하여 니켈(Ni) 코팅층을 형성한 다음 Ag 코팅층을 형성한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크를 제조하였다. 먼저 Ni 코팅층 형성 시 다양한 공정 조건(환원제 농도, 착화제 농도, 반응 시간, 온도, 전처리 시간, pH)을 변화시키며 균일한 Ni 코팅층을 갖는 Ni 코팅 Cu 입자를 제조할 수 있는 세 가지 도금욕을 확보하였으며, 그 과정에서 각 공정 변수의 효과에 대해 고찰하였다. 세 가지 도금욕은 산성 도금욕, 알칼리 도금욕, 하이드라진(hydrazine) 도금욕으로, 각각의 인(P) 함량은 10 wt%, 5 wt%, 0 wt%였다. 이후 무전해 도금법을 이용해 Ag를 Ni 표면위에 코팅하였다. 이때 공정변수로 환원제의 종류, 환원제의 농도, 착화제의 농도, 환원제에 의한 표면처리시간을 조절하며 균일한 Ag 코팅층을 형성하면서 입자간의 응집이 최소화되는 최적 공정 조건을 확보하였다. 확보된 Ni 도금법 및 Ag 도금법을 이용해 최종적으로 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크를 제조하였으며, Ni 코팅층 내의 P 함량에 따른 산화 거동을 TGA, XRD등의 분석하였다. 이를 통해 P 함량이 낮을수록 내산화성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 각 조건에서 단면 BSE 이미지 분석을 통해 Ag dewetting 현상을 평가한 결과, hydrazine 도금욕에서 제조한 샘플이 가장 높은 온도에서 dewetting이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 추가 XRD 분석을 통해 P 함량에 따라 Ni 코팅층의 결정성 및 결정화 속도가 다름을 알 수 있었으며, 최종적으로 EDS를 이용한 원소 맵핑(mapping) 결과를 통해 Ag dewetting 현상은 Ni 코팅층의 안정성과는 별개로 Ni 코팅층의 결정성에 크게 의존하는 것을 확인하였다.
#Ag/Ni-coated Cu #Conductive paste #Ag dewetting #Electroless plating

목차

I. 서 론 1
II. 이론적 고찰 3
2.1 인쇄 전자 기술 3
2.1.1 인쇄 전자 기술의 장점 4
2.1.2 인쇄 전자 기술의 응용 5
2.1.3 인쇄 전자 기술의 시장 6
2.2 도전성 페이스트 8
2.2.1 금속필러 (metal filler) 9
2.2.2 바인더 (binding agent) 10
2.2.3 첨가제 (additives) 12
2.3 금속 필러 입자의 제조 14
2.3.1 순수 금속 입자의 제조 14
2.3.2 금속복합체 금속 입자의 제조 15
2.3.2.1 표면의 전처리 15
2.3.2.2 침지 도금법 (immersion plating) 16
2.3.2.3 무전해 도금법 (electroless plating) 17
III. 실험 방법 19
3.1 무전해 도금법을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 19
3.1.1 산성 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 19
3.1.2 알칼리 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 19
3.1.3 Hydrazine 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 20
3.2 무전해 도금법을 이용한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 20
3.2.1 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 20
3.2.2 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 열처리 21
3.3 실험 장비 21
3.3.1 플레이크의 형상 분석 및 성분 분석 21
3.3.2 플레이크의 코팅 균일도 분석 21
3.3.3 플레이크의 라인 프로파일 분석 21
3.3.4 플레이크의 결정구조 분석 22
3.3.5 플레이크의 열분석 22
IV. 실험 결과 및 고찰 23
4.1 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 23
4.1.1 산성 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 23
4.1.2 알칼리 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 28
4.1.3 Hydrazine 도금욕을 이용한 Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 31
4.2 Ni 도금욕에 따른 Ni 코팅 Cu 플레이크의 비교 34
4.2.1 Ni 도금욕에 따라 제조된 Ni 코팅 Cu 플레이크의 응집 정도 34
4.2.2 Ni 도금욕에 따라 제조된 Ni 코팅 Cu 플레이크의 라인 프로파일 분석 36
4.2.3 Ni 도금욕에 따라 제조된 Ni 코팅 Cu 플레이크의 상 분석 36
4.2.4 Ni 도금욕에 따라 제조된 Ni 코팅 Cu 플레이크의 열분석 37
4.3 Ag/Ni 코팅 Cu 입자의 제조 39
4.3.1 Ag/Ni 코팅 Cu 입자의 제조 시 Ag 이온 환원제 종류의 영향 39
4.3.2 Ag/Ni 코팅 Cu 입자의 제조 시 Ag 이온 환원제 농도의 영향 40
4.3.3 Ag/Ni 코팅 Cu 입자의 제조에서 환원제에 의한 표면처리시간의 영향 42
4.3.4 Ag/Ni 코팅 Cu 입자의 제조 시 착화제 농도의 영향 44
4.4 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 비교 46
4.4.1 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 제조 46
4.4.2 제조 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 단면의 라인 프로파일 분석 47
4.4.3 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 상 분석 47
4.4.4 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 열분석 48
4.4.4.1 산성 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 50
4.4.4.2 알칼리 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 51
4.4.4.3 Hydrazine 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 52
4.4.5 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 단면 분석 53
4.4.5.1 산성 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 54
4.4.5.2 알칼리 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 55
4.4.5.3 Hydrazine 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 55
4.4.6 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 내 Ni 코팅층의 결정성 분석 56
4.4.7 Ni 도금욕에 따른 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크의 원소 맵핑 분석 57
4.4.7.1 산성 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 57
4.4.7.2 알칼리 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 59
4.4.7.3 Hydrazine 도금욕에서 제조한 Ag/Ni 코팅 Cu 플레이크 60
V. 결 론 62
참고문헌 64
영문초록(Abstract) 68

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