KR102665005B1 - 캐리어 물질 상에 전기 전도성 구조를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비-전도성 캐리어 물질 상에 레이저 광을 사용하는 (LDS 방법), 전기 전도성 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조의 제조 방법에 관한 것으로서, 이는 비-전도성 캐리어 물질 (이는 상기 캐리어 물질에 미세하게 분포되거나 용해된 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 적어도 하나의 안정화제를 함유함) 이 제공되고, 캐리어 물질이 영역에서 레이저 광을 사용하여 조사되어, 조사 영역에서 전기 전도성 구조가 제조되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 비-전도성 캐리어 물질 상에 레이저 빔을 사용하여 전기 전도성 금속 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조를 제조하는 방법뿐 아니라 이와 같은 방법에서 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제의 조합을 사용하는 방법에 관한 것이다.
표면의 미세-구조화 금속화를 위한 다수의 상이한 방법이 문헌에 알려져 있다. 상기 방법은, 예를 들어 사출 성형 회로 캐리어 또는 성형 인터커넥트 디바이스 (MID) 를 제조하는 경우 사용된다. 캐리어 물질 상에, 전기 전도성 금속 구조, 특히 전도성 경로 구조를 적용하는 경우, 부가 기술 및 감산 기술 사이에는 차별점이 존재한다. 부가 기술의 경우, 전도성 금속, 일반적으로 구리는 도체 경로, 솔더 패드 등과 같은 요구된 지점 상에만 적용된다. 그러나, 감산 기술의 경우, 캐리어 물질의 전체 표면이 전도성 금속으로 코팅된 후, 에치 레지스트가 적용된다. 이러한 경우, 에치 레지스트는 예를 들어 스크린 프린팅을 이용하여 이미 구조적으로 적용되어 있거나, 완전히 적용된 후, 예를 들어 레이저 빔을 사용하여 조사함으로써 구조적으로 제거된다. 에치 레지스트로 커버되지 않은, 하부의 느슨해진 전도성 금속은, 목적하는 전도성 경로 구조가 유지되도록 에칭 제거 (etched away) 된다. 알려진 부가 기술의 경우, 금속화되지 않아야 하는 모든 영역은 스크린 프린팅 또는 포토 마스킹에 의해 먼저 커버되고, 이후 접착 및 활성화 층이 커버되지 않은 영역 상에 적용된 후, 외부 인가 전류 없이 커퍼링 (coppering) 이 수행된다.
유리한 특성으로 인해 널리 사용되는 전도성 경로 구조의 제조를 위한 보다 현대적인 부가 방법은, 레이저 직접 구조화 (laser direct structuring; LDS) 이다. 방법은 레이저 조사 중, 열가소성 유전체 상에 또는 내에 금속화 핵을 방출하는 비-전도성 금속 착물 또는 금속 염의 적용 또는 도입을 포함하고, 금속 핵화를 개시하기 위해 레이저 빔을 사용하는 목적하는 구조의 후속 조사를 포함한다. 미세한, 접착 전도성 경로 구조가 후속 화학적 금속화에 따라 수득될 수 있다. 그러나, 이를 위해 선행 기술에 기재된 금속 착물은 흔히 열가소성 캐리어 물질의 제조를 위한 가공 작업, 예를 들어 가공 도구의 금속 표면 상에 침착물을 유도하는 사출 성형 압출에서 낮은 안정성을 갖는다. 주로 중금속-함유 착물의 사용은 대부분의 경우 생태학적 및 독성학적 문제를 또한 동반한다. 사용된 착물은 또한 예를 들어 플라스틱 분해와 같은 사용된 물질에서 목적하지 않은 2차 반응을 야기할 수 있거나, 이들은 강한 고유 색상을 가져, 캐리어 물질이 목적하지 않은 색상을 얻는다.
EP 0 917 597 B1 은 예를 들어 비-전도성 유기 중금속 착물, 특히 Pd-함유 중금속 착물이 비-전도성 캐리어 물질 상에 코팅으로서 적용되는 전도성 경로 구조의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 성분은 중금속 핵의 방출과 함께 UV 방사에 의해 발생되는 전도성 경로 구조의 영역에서 파괴되고, 이후 화학적으로 환원 금속화된다. 이러한 방법을 위한 캐리어 물질은 그 자체로 미세 다공성 구조를 가져야 하거나, 중금속 성분은 캐리어 물질 상에서 바인더의 도움으로 고정되어야 한다. 방법의 이점은, UV 조사의 과정에서, 융제성 (ablative) 입자가 발생하지 않고, 이로 인해 부가적인 세정 단계가 조사 후 요구되지 않는다는 점이다. 그러나, 불리한 점은, 생태학적 및 독성학적 이유로 인한 중금속의 사용뿐 아니라 중금속 착물의 유기 성분의 열적으로-제한된 안정성이다. 중금속 착물은 또한 다공성 캐리어 물질의 표면 상에 주로 매우-극성인 용매 중 용액으로서 적용되며, 이는 일반적으로 10 시간 초과의 긴 건조 과정 이후 레이저 구조화를 유발한다. 또한, Pd-함유 중금속 착물의 경우 사용된 용매, 예를 들어 디메틸포름아미드는 또한 독성학적 및 생태학적 관점으로부터 불리하다.
EP 1 191 127 B1 은 유전체가 접착제를 사용하여 전도성 물질의 활성화 층으로 커버되고, 구조화가 마스크 없이 레이저 조사에 의해 수득되는 유전체 물질의 선택적 금속화 방법을 개시한다. 이후, 이는 전해 또는 무전류 (currentlessly) 금속화된다. Pd 또는 Cu 핵으로 커버된 전도성 중합체, 금속 술파이드 또는 금속 폴리술파이드는 전도성 물질로서 사용된다. 이러한 방법의 주요 단점은 전도성 중합체와 같은 전기 전도성 물질의 비례적으로 높은 비용뿐 아니라, 중금속 화합물의 독성학적 및 생태학적 문제이다. 이는 또한 유전체에서 바람직하지 않은 분해 및 2차 반응을 야기할 수 있다. 이러한 매우 복잡한 방법은 또한 다루기 복잡한 화학물질, KMnO4, H2O2, H2SO4, H3BO3 를 사용하는 다수의 제조 단계, 예를 들어 컨디셔닝, 촉매 고정, 제거 등을 요구한다.
EP 1 274 288 B1 은 심지어 전도성 경로 구조 부근에서의 레이저 구조화 후에도, 캐리어 물질의 표면 상에서 변화되지 않은 채 유지될 수 있는, d- 및 f-블록의 중금속의 비-전도성, 열적으로 매우 안정한 착물을 핵-형성 성분으로서 사용하는 방법을 개시한다. 이들은 심지어 금속화를 위해 사용된 산 또는 알칼리 금속화 배쓰에서, 솔더 온도에 대한 노출 후에도 안정하다. 이러한 방법의 주요 단점은 가공 작업 과정 중 전이 금속 화합물로 인해 가능한 2차 반응뿐 아니라 전이 금속 화합물의 높은 비용과 이의 독성학적 및 생태학적 문제이다.
본 발명의 목적은 선행 기술에 대해 개선되고, 특히 중금속 착물의 사용을 회피하거나 적어도 감소시켜, 알려진 방법에 비해 생태학적 및 독성학적 이유에 대해 덜 문제가 되고, 가공 도구 상에 침착물을 적게 야기하거나 야기하지 않고, 비교적 간단하고 비용-효율적인, 비-전도성 캐리어 물질 상에, 전기 전도성 금속 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조를 제조하는 방법을 제공하는 것이었다.
이러한 목적은 하기를 특징으로 하는, 비-전도성 캐리어 물질 상에 레이저 빔을 사용하는 (LDS 방법), 전기 전도성 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조의 제조 방법으로서:
- 비-전도성 캐리어 물질이 제공되고, 이는 이에 미세하게 분포되거나 용해된 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 적어도 하나의 안정화제를 함유함,
- 캐리어 물질이 영역에서 레이저 빔을 사용하여 조사되어, 조사 영역에서 전기 전도성 구조를 생성함,
여기서, 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물이 하기로 이루어지는 군으로부터 선택되고:
- 일반식 Cu2(OH)PO4 의 구리 히드록시드 포스페이트,
- 일반식 Fe3(PO4)2 의 결정 무수 철(II) 오르토포스페이트 또는
- 일반식 FeaMetb(POc)d 의 결정 무수 철(II) 금속 오르토포스페이트, 철(II) 금속 포스포네이트, 철(II) 금속 피로포스페이트 또는 철(II) 금속 메타포스페이트 (식 중, a 는 1 내지 5 의 수이고, b 는 >0 내지 5 의 수이고, c 는 2.5 내지 5 의 수이고, d 는 0.5 내지 3 의 수이고, Met 은 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, 전이 금속 (d 블록), 특히 Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Ag, Au, 제 3, 제 4 및 제 5 주족의 금속 및 반금속, 특히 B, Al, Ga, In, Si, Sn, Sb, Bi 및 란타노이드로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타냄) 또는 상기 언급된 포스페이트의 조합,
적어도 하나의 안정화제가 브뢴스테드 산 및 루이스 산으로 이루어지는 군의 화합물로부터 선택되고, 여기서 브뢴스테드 산이 양성자-전이 화합물로서 정의되고, 루이스 산이 비-양성자-전이 전자-결핍 화합물로 정의되는 제조 방법에 의한 본 발명에 따라 달성된다.
레이저 조사를 사용하여 발생된 전기 전도성 구조는 원소 금속, 전기 전도성 금속 옥시드, 전기 전도성 카본, 전기 전도성 카본 화합물 또는 상기의 조합일 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 안정화제와 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물을 조합하여 사용함으로써, 레이저 노출에 의해 전기 전도성 구조를 발생시키기 위한 특히 바람직한 반응 조건이 달성된다는 것이 밝혀졌다. 또한, 안정화제는 가공 과정에서, 가공 디바이스 (압출 스크류, 사출 성형 케이스 등) 상에 금속 침착물을 야기할 수 있는 열적 및 기계적 효과로 인한 분해 생성물을 방지하거나 적어도 감소시키는 것으로 결정되었다.
용어 브뢴스테드 산은 본 발명의 맥락에서 양성자 공여자로서 작용하고, 양성자를 두번째 반응 파트너, 소위 브뢴스테드 염기에게 전달할 수 있는 화합물을 의미한다. 이러한 경우, 브뢴스테드 산은 상기 반응 파트너보다 pKs 값이 더 적은 화합물로서 정의된다. 본 발명에 따른 맥락에서, 브뢴스테드 산의 pKs 값은 물의 pKs 값 (이는 14 임) 보다 더 적다.
용어 루이스 산은 본 발명의 맥락에서 친전자성 전자 쌍 수용체로서 작용하고, 이에 따라 전자 쌍을 부분 또는 전부 받아서 두번째 반응 파트너, 소위 루이스 염기로부터의 부가물을 형성하는 화합물을 의미한다. 본 발명의 맥락에서, 루이스 산은 하기를 포함한다: i) 불완전한 전자 옥텟, 예컨대 B(CH3)3, BF3, AlCl3, FeCl2 를 갖는 화합물, ii) 화학 착물의 중앙 원자로서 금속 양이온, iii) 편극된 다중 결합을 갖는 분자, iv) 불포화 배위를 갖는 할라이드, 예를 들어 SiCl4 또는 PF5, v) 기타 전자 쌍 수용체, 예를 들어 축합된 포스페이트.
본 발명의 맥락에서 캐리어 물질은 미세하게 분포 또는 용해된 본 발명에 따른 방법의 안정화제 및 금속 포스페이트 화합물의 조합을 함유할 수 있는 임의의 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제는 본 발명의 한 구현예에서 캐리어 물질 중 균질하게 분포될 수 있다. 이는 제조 관점에서 이점을 갖는데, 이는 균질한 분포가 용융, 압출, 압출 가압 등과 같은 종래의 가공 방법의 도움으로 매우 쉽게 실행될 수 있기 때문이다. 본 발명의 하나의 추가의 구현예에서, 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제는 다른 영역에 비해 캐리어 물질의 특정한 영역에서 더욱더 농축된다. 한 구현예에서, 금속 구조가 발생되는 캐리어 물질의 표면에서의 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제는 보다 깊은 영역에 비해, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 5 ㎜, 추가로 바람직하게는 50 ㎛ 내지 3 ㎜, 특히 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1 ㎜ 의 특정한 침투 깊이까지 더욱더 매우 농축된다. 캐리어 물질의 주변-표면 영역에서의 표적화된 농축 (enrichment) 은 개선된 물질 특성뿐 아니라 개선된 전도성 경로 구조를 유도할 수 있는데, 이는 금속 포스페이트 화합물이 전기 전도성 구조를 발생시키기 위해 정확히 그 곳이도록 요구되기 때문이다. 또한, 캐리어 물질의 내부의 보다 깊은 영역에서의 전기 전도성 물질의 발생은 감소되거나 완전히 방지되고, 그 결과 보다 적은 정도로 캐리어 물질의 구조적 완전성에 불리하게 영향을 미친다.
사용된 본 발명에 따른 방법의 무기 금속 포스페이트 화합물은 전도성 경로 구조를 가공하는 경우 사용되는 솔더 온도에 대한 노출 하에서 및 가공 작업에서 안정하게 유지되도록 온도 저항성이며, 이는 본 맥락에서 이들이 증가된 온도에서 전기 전도성이 아니고 분해하지 않는다는 것을 의미한다. 이는 전도성 구조의 제조 방법 중 심지어 그 이후에도 캐리어 물질에서 및 전도성 경로 주변에서 변화되지 않고 유지된다. 이러한 화합물을 제거하기 위한 부가적인 방법 단계는 필요하지 않다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 사용된 적어도 하나의 금속 포스페이트 화합물은 일반식 FeaMetb(POc)d 의 결정 무수 철(II) 오르토포스페이트, 및/또는 일반식 FeaMetb(POc)d 의 결정 무수 철(II) 금속 오르토포스페이트, 철(II) 금속 포스포네이트, 철(II) 금속 피로포스페이트 또는 철(II) 금속 메타포스페이트이거나 이를 포함한다. 이러한 철 화합물은 알려진 LDS 방법에서 이에 사용된 금속 화합물에 대해 다수의 이점을 제공한다. 이들은 보다 경제적이고 비용-효율적으로 제조될 수 있고, 이는 본 발명에 따른 방법에 따른 전기 전도성 구조, 특히 회로 보드를 갖는 캐리어 물질의 제조 비용에 유리하게 영향을 미친다. 추가로, 이들은 NIR 범위에서 높은 수준의 흡수를 갖지만, 전자기 방사의 가시 범위에서는 단지 약한 수준의 흡수를 갖는다. 그 결과, 캐리어 물질의 색상은 현저하게 영향을 받지는 않지만, 동시에 NIR 범위에서 레이저 빔을 이용하여 효율적으로 활성화될 수 있다. NIR 범위에서의 높은 흡수 용량은 본 발명에 따른 화합물의 결정 구조에 의해 유발된다고 가정된다. 조사된 레이저 빔의 특히 높은 이용은 사용된 금속 포스페이트 화합물의 질량과 관련하여 달성된다. 이러한 특성은 캐리어 물질의 물질 특성에 연관된 불리한 영향을 가능한 낮게 유지하기 위해, 캐리어 물질에 첨가되는 이러한 (및 또한 기타) 응집물의 비율이 낮게 유지되도록 한다.
안정화제로서 본 발명에 따라 사용된 브뢴스테드 산 및/또는 루이스 산은, 가공 작업에서, 및 솔더 온도에 노출 후 안정하게 유지되고, 사용된 이러한 조건 및 다른 조건 하에서 분해되지 않도록 온도 저항성인 상기 산으로부터 편리하게 선택된다.
본 발명에 따른 안정화제로서 바람직하고 적합한 브뢴스테드 산은 산화 단계 +V, +IV, +III, +II 또는 +I 의 인을 갖는 인의 옥소산, 황산, 질산, 플루오르화수소산, 규산, 지방족 및 방향족 카르복실산 및 상기 언급된 산의 염을 포함한다. 인의 옥소산 및 이의 염은 바람직하게는 인산, 이인산, 폴리인산, 하이포이인산, 포스폰산, 디포스폰산, 하이포디포스폰산, 포스핀산 및 상기 언급된 산의 염으로부터 선택된다. 지방족 및 방향족 카르복실산 및 이의 염은 바람직하게는 아세트산, 포름산, 옥살산, 프탈산, 술폰산, 벤조산 및 상기 언급된 산의 염으로부터 선택된다. 캐리어 물질과 쉽게 혼합될 수 있고, 안정화제의 캐리어 물질로의 혼입 도중 분해되지 않고, 물질 특성에 영향을 주지 않거나 약간만 영향을 주는 산이 유리하다.
본 발명에 따른 안정화제로서 바람직하고 적합한 루이스 산은 소듐 알루미늄 술페이트 (SAS), 모노칼슘 포스페이트 1수화물 (MCPM), 디칼슘 포스페이트 2수화물 (DCPD), 소듐 알루미늄 포스페이트 (SALP), 칼슘 마그네슘 알루미늄 포스페이트, 칼슘 폴리포스페이트, 알루미늄 클로라이드, 보론 트리플루오라이드, 마그네슘 폴리포스페이트, 알루미늄 히드록시드, 붕산, 알킬 보란, 알루미늄 알킬, 철(II) 염 및 상기의 혼합물을 포함한다. 루이스 산은 브뢴스테드 산에 대해 이점을 갖고, 이들은 캐리어 물질의 융제 (ablation), 발포 또는 크랙 형성 또는 금속 포스페이트 화합물의 산화 반응을 유도할 수 있는 가공 및 구조화 방법 중 분리되지 않고 물을 방출하지 않는다.
본 발명의 한 구현예에서, 안정화제는 적어도 하나의 브뢴스테드 산 및 적어도 하나의 루이스 산의 조합을 포함한다. 이와 같은 조합은 전기 전도성 구조의 발생을 위한 유리한 조건의 이점, 및 금속 포스페이트 화합물의 증가된 안정성이 광범위하게 이용가능한 브뢴스테드 산의 일반적으로 매우 높은 안정성으로 인해 가공 단계에서 매우 쉽게 달성가능하다는 이점을 갖는다. 동시에, 적어도 하나의 루이스 산을 첨가함으로써, 레이저 구조화의 결과에 악영향을 줄 수 있는 가능하게는 방출되는 임의의 물이 수집될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 선행 기술에 따른 알려진 방법에 대해 심지어 부가적인 화학적 환원 또는 전해 금속 침착 없이도 양호한 전도성 구조가 수득가능하다는 이점을 제공한다. 전기 전도성 구조를 갖는 캐리어 물질의 제조는 유의하게 간단화될 수 있고, 보다 비용-효율적으로 수행될 수 있다. 또한, 개별 전도성 경로 구조는 복잡한 캐리어 물질에서 매우 빠르고 경제적으로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 또한 마스크, 예컨대 스크린 프린팅 마스크 또는 포토마스크가 요구되지 않고, 부가적인 금속화 단계가 요건에 따라 생략될 수 있기 때문에, 발생된 전도성 경로 구조의 매우 유연한 제조 가능성 및 변화를 제공한다. 레지스트 물질의 사용은 또한 부가적인 화학물질 및 방법 단계가 유의하게 절약될 수 있도록 생략될 수 있다. 복잡하고 관리가 어려운 에칭 및 스트립 단계는 요구되지 않는다. 본 발명에 따른 레이저 구조화의 거부율 (reject rate) 은 다른 방법에 비해 낮아, 상당한 비용이 절감될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 구현예에서, 금속은 레이저 빔을 이용하여 발생한 전기 전도성 구조 상에서 화학적 환원 또는 전해 분리된다. 구조의 전기 전도도는 추가로 증가될 수 있다. 화학적 환원 금속화는 유리하게는 금속 배쓰, 바람직하게는 구리, 니켈, 은 또는 금 배쓰, 특히 바람직하게는 구리 배쓰에서 습식-화학적으로 수행될 수 있다. 이를 위한 상응하는 기술 및 방법은 본 분야의 당업자에게 알려져 있다. 화학적 환원 금속화는 전해 금속화에 비해, 이러한 방법에서 분리된 도체 경로 영역 사이에서 전류 브릿지 역할을 하는 흔히-요구된 보조 도체가 요구되지 않고, 전해 금속화의 경우와 달리, 이후 추가 방법 단계에서 예를 들어 레이저 처리에 의해 다시 한 번 제거되지 않아도 된다는 이점을 갖는다.
캐리어 물질 상에서 발생된 전기 전도성 구조를 갖는 캐리어 물질은 예를 들어 전기 회로용 회로 보드로서 사용하기에 적합하다. 또한, 전기 전도성 구조는 전자기 방사용 안테나로서 (예를 들어 모바일 라디오 디바이스에서) 사용될 수 있는 안테나 구조로서 고안될 수 있다. 두 경우 모두에서, 발생된 전기 전도성 구조는 부가적인 화학적 환원 또는 전해 금속 침착과 함께 또는 이들 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 비-전도성 캐리어 물질은 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물을 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 45 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량% 의 양으로 함유한다. 과도하게 낮은 비율은 과도하게 낮은 밀도의 금속 포스페이트 화합물을 보장하여 불량하게 형성된 도체 경로를 발달시킬 수 있는 반면, 과도하게 높은 비율의 금속 포스페이트 화합물은 비-전도성 캐리어 물질의 물질 특성의 감손을 야기할 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 구현예에서, 비-전도성 캐리어 물질은 적어도 하나의 안정화제를 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 25 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량% 의 양으로 함유한다. 과도하게 낮은 비율은 과도하게 낮은 밀도의 안정화제를 보장하여 레이저 구조화 작업에서 도체 구조의 형성 및 가공 작업에서의 안정성에 대한 안정화제의 긍정적인 효과를 감소시킬 수 있는 반면, 과도하게 높은 비율의 안정화제는 비-전도성 캐리어 물질의 물질 특성의 감손을 야기할 수 있다.
본 발명의 추가의 구현예에서, 비-전도성 캐리어 물질은 또한 금속 포스페이트, 금속 옥시드 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 시너지스트를 함유한다. 금속 포스페이트, 금속 옥시드 또는 이의 혼합물의 금속 원자는 바람직하게는 Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Fe, Zn, Sn, Ti, Al 로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 놀랍게도, 시너지스트가 캐리어 물질의 표면 상의 금속 침착 및 금속 착물 분해 방법을 지지한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에 있어서, 적합한 시너지스트는 특히 바람직하게는 구리 포스페이트, 3구리 디포스페이트, 구리 피로포스페이트, 주석 포스페이트, 아연 포스페이트, 티타늄 옥시드, 아연 옥시드, 주석 옥시드 및 철 옥시드로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 사용된 시너지스트는 가공 작업, 및 솔더 온도에 노출 후 안정하게 유지되고, 수행될 수 있는 금속화를 위해 사용된 배쓰에서 분해되지 않도록 온도 저항성의 관점에서 편리하게 선택된다.
비-전도성 캐리어 물질은 편리하게는 적어도 하나의 시너지스트를 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량% 의 양으로 함유한다. 과도하게 낮은 비율은 과도하게 낮은 밀도의 시너지스트를 보장하여 레이저 구조화 작업에서 도체 구조의 형성에 대한 시너지스트의 긍정적인 효과를 감소시킬 수 있는 반면, 과도하게 높은 비율의 시너지스트는 비-전도성 캐리어 물질의 물질 특성의 감손을 야기할 수 있다.
당업자는 간단한 시험을 통해 본 발명의 지식 내에 주어진 캐리어 물질에 대한 금속 포스페이트 화합물, 안정화제 및 가능하게는 시너지스트의 적합한 양 및 적합한 비를 결정할 수 있고, 이들은 특히 적용될 방법 조건 및 사용될 레이저를 고려하여 목적하는 도체 경로 구조화 및 사용된 캐리어 물질에 따른다.
본 발명에 따른 비-전도성 캐리어 물질은 편리하게는 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 엘라스토머, 유리, 세라믹, 천연 또는 합성 바니시, 천연 또는 합성 수지, 실리콘 또는 이의 조합 또는 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 비-전도성 캐리어 물질은 바람직하게는 열가소성 또는 열경화성 중합체이다. 비-전도성 캐리어 물질은 폴리비닐 부티랄 (PVB), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리아미드 (PA), 폴리에스테르, 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리페닐렌 옥시드, 폴리아세탈, 폴리메타크릴레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리비닐 아세탈, 폴리스티렌, 아크릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 (ASA), 폴리카르보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리술포네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리우레아, 포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리에테르케톤, 폴리비닐 클로라이드, 폴리락티드, 폴리실록산, 페놀 수지, 에폭시드 수지, 폴리(이미드), 비스말레이미드-트리아진, 열가소성 폴리우레탄, 상기 언급된 중합체의 공중합체 및/또는 혼합물, 예를 들어 PC/ABS 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
비-전도성 캐리어 물질은 부가적인 첨가제 또는 응집물, 예를 들어 충전제, 예컨대 규산 및/또는 이의 유도체, 난연제, 유리 섬유, 방법 부형제, 색상 안료 등을 함유할 수 있고, 이러한 응집물은 가능한 한 전기 전도성 구조의 본 발명에 따른 제조 및 캐리어 물질의 물질 특성에 악영향을 미치지 않도록 선택되어야 한다.
금속 포스페이트 화합물, 안정화제 및 가능하게는 시너지스트 및 가능하게는 응집물의 중합체 캐리어 물질로의 도입은 유리하게는 소위 마스터 배치를 통해 수행될 수 있다. 본 발명의 맥락에서 마스터 배치는 최종 적용분야에서 보다 더 큰 농도의 부가 물질을 함유하는 분말 또는 과립 형태의 중합체 매트릭스이다. 마스터 배치 또는 상이한 마스터 배치는 본 발명에 따른 캐리어 물질을 제조하기 위해, 최종 생성물에서 부가 물질의 목적하는 농도에 상응하는 상기 양 또는 비로 마스터 배치에 함유된 부가 물질 없이 부가 중합체 물질과 조합된다. 마스터 배치는 페이스트, 분말 또는 액체의 형태로 상이한 물질을 첨가하는 것에 비해, 이들이 높은 가공성을 보장하고, 가공 및 투여하기 매우 용이하다는 이점을 갖는다.
비-전도성 캐리어 물질이 바니시인 경우, 단일-성분 바니시 (1K 바니시) 또는 2-성분 바니시 (2K 바니시) 가 예를 들어 본 발명에 따라 고려된다. 단일-성분 바니시 (1K 바니시) 는 수용액 중 분산액으로서 또는 유기 용매에 용해된 바인더를 함유한다. 2-성분 바니시 (2K 바니시) 의 경우, 바인더는 수지 및 경화제로 이루어진다. 이는 별도로 저장되고, 가공 직전 서로 혼합된다. 이는 화학적으로 반응하고 경화된다 (건조 없이). 일부 2K 바니시는 임의의 용매를 함유하지 않는다. 바인더는 천연 수지 및 오일 (오일 컬러), 식물 성분 (차이니즈 바니시, 저패니즈 바니시, 에그 (에그 템푸라), 아라비아 검 (워터컬러), 라임 (라임 컬러), 글루 (글루 컬러) 타르 또는 비투멘 (bitumen) 을 포함한다. 본 발명에 있어서, 적합한 바니시는 오일 바니시, 셀룰로오스 니트레이트 바니시, 알키드 수지 바니시, 예컨대 폴리비닐 아세테이트로 만들어진 분산액, 아크릴릭 수지 바니시, 예컨대 폴리아크릴레이트 바니시 및 폴리메타크릴레이트 바니시, 규소 수지 바니시, 에폭시 수지 바니시 및 폴리우레탄 바니시를 포함한다.
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 레이저 빔은 200 ㎚ 내지 12,000 ㎚ 범위의 파장을 가질 수 있다. 700 ㎚ 내지 1500 ㎚ 범위의 파장이 바람직하고, 특히 바람직하게는 850 ㎚ 내지 1200 ㎚ 범위의 파장이 바람직하다. 근적외영역 레이저, 예를 들어 NdYag 레이저, IR 다이오드 레이저, VCSEL 레이저 및 엑시머 레이저가 바람직하다. 포토리쏘그래피 (photolithography) 로부터 알려진 엑시머 레이저의 사용이 이를 위해 적합하다. 적합한 엑시머 레이저는 ArF, KrF, XeCl, XeF 및 KrCl 레이저이다. 엑시머 레이저의 사용은 구조의 매우 샤프한 컨투어 형성을 허용한다. 248 ㎚ 파장의 KrF 엑시머 레이저의 사용이 특히 캐리어 물질이 열가소성 중합체 물질인 경우 특히 유리하다. 레이저는 유의한 가열 없이 및 기껏해야 레이저의 작동 영역에서 물질의 최소 용융으로 구조화를 허용한다. 매우 높은 제한 샤프니스 (sharpness) 가 또한 달성된다.
의학 기술로부터 알려진 Nd:YAG 레이저의 사용이 이를 위해 유리하다. 1064 ㎚, 946 ㎚, 532 ㎚ 또는 473 ㎚ 파장의 Nd:YAG 레이저가 특히 적합하고, 여기서 1064 ㎚ 파장의 Nd:YAG 레이저가 특히 바람직한데, 이는 레이저 구조화가 이에 의해 신중한 방식으로 수행될 수 있고, 캐리어 물질의 적은 탄소화 또는 유사한 분해 반응이 발생하기 때문이다.
본 발명에 있어서, VCSEL 레이저 (수직 캐비티 표면 방사 레이저 (vertical cavity surface emitting laser)) 가 또한 적합하다. 이러한 경우, 이들은 반도체 레이저, 특히 칩의 하나 또는 두 개의 플랭크에서 빛이 나가는 종래의 에지-방사체 (edge-emitter) 와는 달리, 반도체 칩의 면에 수직으로 빛을 방사하는 수직 캐비티 표면 방사 레이저이다. 상기 수직 캐비티 표면 방사 레이저의 이점은 한편으로는 낮은 제조 비용 및 낮은 전력 소비이다. 다른 한편으로는, 동시의 낮은 아웃풋과의 방사 프로파일이 에지-방사체에 대해 더 양호하다. VCSEL 은 단일-모드로 이용가능하고 파장이 조정가능한 것을 특징으로 한다. 이는 적합한 파장, 예를 들어 본 발명에 따라 사용된 금속 포스페이트 화합물이 가장 높은 흡수를 갖거나, 레이저 방사선의 파괴 효과가 특히 낮게 유지되는 파장이 구체적으로 선택되는 것을 허용한다. 매우 정밀한 레이저 구조화 결과가 본 발명에 따라 달성될 수 있다.
본 발명은 또한 비-전도성 캐리어 물질 상에서 레이저 빔을 사용하여 전기 전도성 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조를 제조하기 위해, 본원에 기재되고 정의된 바와 같은, 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제뿐 아니라 가능하게는 적어도 하나의 시너지스트의 조합의 사용을 포함한다.
본 발명은 또한 표면 상에 전기 전도성 구조, 바람직하게는 전도성 경로 구조를 갖는 캐리어 물질을 포함하고, 여기서 캐리어 물질은 본원에 기재되고 정의된 것과 같은 이에 미세하게 분포되거나 용해된 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 적어도 하나의 안정화제뿐 아니라 가능하게는 적어도 하나의 시너지스트를 함유한다.
본 발명은 이제 금속 포스페이트 화합물로서 본 발명에 따라 적합한 일반식 Fe3(PO4)2 의 결정 무수 철 (II) 오르토포스페이트 및 일반식 FeaMetb(POc)d 의 결정 무수 철(II) 금속 오르토포스페이트, 철(II) 금속 포스포네이트, 철(II) 금속 피로포스페이트 또는 철 (II) 금속 메타포스페이트에 대한 예시적 구현예뿐 아니라 제조예를 기반으로 추가 설명될 것이다. 첨부된 도면은 제조예에 따라 제조된 금속 포스페이트 화합물의 X-선 회절 다이어그램을 보여준다.
도 1 은 제조예 1 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 Fe2P2O7 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 2 는 제조예 2 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 Mg1.5Fe1.5(PO4)2 및 Fe3(PO4)2 의 상 혼합물의 x-선 회절도를 보여준다.
도 3 은 제조예 3 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 Fe3(PO4)2 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 4 는 제조예 4 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 5 는 제조예 5 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.90Zn0.10(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 6 은 제조예 6 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.75Zn0.25(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 7 은 제조예 7 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.75Zn0.25(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 8 은 제조예 8 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 BaFeP2O7 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 2 는 제조예 2 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 Mg1.5Fe1.5(PO4)2 및 Fe3(PO4)2 의 상 혼합물의 x-선 회절도를 보여준다.
도 3 은 제조예 3 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 Fe3(PO4)2 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 4 는 제조예 4 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 5 는 제조예 5 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.90Zn0.10(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 6 은 제조예 6 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.75Zn0.25(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 7 은 제조예 7 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 KFe0.75Zn0.25(PO4) 의 x-선 회절도를 보여준다.
도 8 은 제조예 8 에 따라 본 발명에 따라 제조된 결정 무수 BaFeP2O7 의 x-선 회절도를 보여준다.
실시예
X-선 회절분석 (XRD)
하기 실시예에 따라 제조된 제품 중에서, x-선 회절 측정 (XRD) 은 D8 Advance A25-유형 회절계 (Bruker) 및 CuKα 방사를 사용하여 수행된다.
제품 및 이들의 결정 구조는 이전에 JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) 데이터베이스에서 ICDD (International Centre for Diffraction Data) 로부터의 상응하는 참조 회절도 (Powder Diffraction Files; PDF) 에 기초하여 식별되었다. 제조된 제품에 대해 PDF 카드를 사용할 수 없는 경우, 이소형 화합물용 PDF 카드가 사용되었다 (= 동일한 구조 유형의 화합물).
기초 분석
제조된 제품의 화학량론을 결정하고 확인하기 위해 Axios FAST 분광계 (PANalytical) 를 사용하여 x-선 형광 분석 (XRF) 에 의해 기초 분석을 수행하였다.
제조예 1 - 결정 무수 Fe
2
P
2
O
7
하기의 현탁액
i) 35.5 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 16.5 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
ii) 26.5 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 220 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 700℃ 에서 포밍 (forming) 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 4 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 거의 무색 내지 약간 분홍색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 1 에 나타낸다. 생성물은 PDF 카드 01-072-1516 을 사용하여 식별되었다.
제조예 2 - 결정 무수 Mg
1.5
Fe
1.5
(PO
4
)
2
및 Fe
3
(PO
4
)
2
의 상 혼합물
하기의 현탁액
i) 8.45 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 7.95 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 19.6 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O],
iv) 8.43 kg 마그네슘 카르보네이트 [MgCO3] 및
용매: 160 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 750℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 3 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 거의 무색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 2 에 나타낸다. 생성물은 주된 상 Mg1.5Fe1.5(PO4)2 (PDF 카드 01-071-6793) 및 부수 상 Fe3(PO4)2 (PDF 카드 00-49-1087) 의 상 혼합물로서 PDF 카드를 사용하여 확인되었다.
제조예 3 - 결정 무수 Fe
3
(PO
4
)
2
하기의 현탁액
i) 21.75 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 12.15 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 10.3 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O] 및
용매: 140 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 750℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 90 분의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 거의 무색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 3 에 나타낸다. 생성물은 그래프토나이트 구조로 결정화되고 PDF 카드 00-49-1087 을 사용하여 확인되었다. 생성물의 50 중량% 가 3 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖도록 생성물을 분쇄하였다. 분쇄 생성물의 입자 크기 분포는 도 9 에 나타난다.
제조예 4 - 결정 무수 KFe(PO
4
) 의 제조
하기의 현탁액
i) 11.80 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 10.70 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 24.8 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O]
IV) 29.8 kg 50% 잿물 (lye) [KOH]
V) 1.0 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 110 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 650℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 3 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 옅은 연녹색 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 4 에 나타낸다. 생성물은 PDF 카드 01-076-4615 을 사용하여 식별되었다.
제조예 5 - 결정 무수 KFe
0.90
Zn
0.10
(PO
4
)
하기의 현탁액
i) 10.60 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 9.65 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 22.30 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O]
IV) 2.15 kg 아연 옥시드 [ZnO]
IV) 29.8 kg 50% 잿물 [KOH]
V) 4.15 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 120 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 600℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 2 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 밝은 회색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 5 에 나타낸다. 이 제품은 새로운 구조 유형으로 PDF 카드 01-076-4615 에 따른 KFe(PO4) 구조에 가까이 연결되는 것으로 보인다.
제조예 6 - 결정 무수 KFe
0.75
Zn
0.25
(PO
4
)
하기의 현탁액
i) 8.85 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 8.05 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 18.60 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O]
IV) 5.40 kg 아연 옥시드 [ZnO]
IV) 29.8 kg 50% 포타쉬 (potash) 잿물 [KOH]
V) 9.30 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 120 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 600℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 2 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 밝은 회색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 6 에 나타낸다. 생성물은 문헌에 알려져 있지 않다. 이것은 이소형 방식으로 결정화되어 PDF 카드 01-081-1034 에 따라 KZn(PO4) 를 형성한다.
제조예 7 - 결정 무수 KFe
0.75
Mn
0.25
(PO
4
)
하기의 현탁액
i) 8.85 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 8.05 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 18.60 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O]
IV) 8.85 kg 망간 카르보네이트 수화물 [MnCO3 H2O]
IV) 29.8 kg 50% 잿물 [KOH]
V) 9.30 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 140 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 600℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 2 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 밝은 회색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 7 에 나타낸다. 생성물은 문헌에 알려져 있지 않다. 이것은 PDF 카드 01-076-4615 에 따라 KZn(PO4) 로 이소형 방식으로 결정화된다.
제조예 8 - 결정 무수 BaFeP
2
O
7
하기의 현탁액
i) 8.70 kg 철 (III) 옥시드-히드록시드 [FeO(OH) 또는 Fe2O3 1H2O],
ii) 8.20 kg 98% 포스폰산 [H3PO3],
iii) 19.05 kg 철 (III) 포스페이트 2수화물 [FePO4 2H2O]
IV) 63.09 kg 바륨 히드록시드 8수화물 [Ba(OH)2 8H2O]
V) 26.15 kg 75% 인산 [H3PO4] 및
용매: 250 kg 물
을 분무 과립화하였다. 이러한 방식으로 수득된 과립을 800℃ 에서 포밍 기체 분위기 (5 부피% N2 중의 H2) 에서 4 시간의 평균 체류 시간 동안 회전 가마에서 온도 처리하였다. 밝은 회색인 생성물이 수득된다. 생성물의 x-선 회절도 (XRD) 를 도 8 에 나타낸다. 이것은 이소형 방식으로 결정화되어 PDF 카드 01-084-1833 에 따라 BaCoP2O7 를 형성한다.
하기 실시예는 본 발명에 따른 방법을 설명한다.
실시예 1
1 kg 의 구리 히드록시드 포스페이트를 물이 있는 반응기에 100 g 티타늄 디옥시드와 두고 1 시간 동안 교반하였다. 수득된 제제를 여과하고 최대 0.5 중량% 의 물 함량까지 대략 120℃ 에서 건조하였다. 수득된 분말을 1 중량% 디소듐 디히드로겐 포스페이트, Na2H2P2O7 과 건조 혼합하였다. 5 중량% 의 혼합물을 압출기 (Coperion GmbH 사제 ZSK18-유형) 를 사용하여 Sabic 사제 PC/ABS 공중합체 (LNP™COLORCOMP™ Compound NX05467) 로 가공하였다. 이후, 플라스틱을 사출 성형기의 도움으로 대략 2 ㎜ 두께 플레이트를 형성하도록 가공하였다. 플레이트를 1064 ㎚ 의 파장의 Nd:YAG 레이저 (Trumpf) 로 조사하였고, 구조가 생성되었다. 균일한 금속 분리 (금속 핵) 가 발생하였고, 이는 전도성 경로 또는 전도성 경로의 전구체로서 적합하였다.
실시예 2
식 Fe2Mg(PO4)2 의 철(II) 마그네슘 포스페이트를 1 중량% 디소듐 디히드로겐 포스페이트, Na2H2P2O7 과 건조 혼합하였다. 5 중량% 의 혼합물을 압출기 (Coperion GmbH 사제 ZSK18-유형) 를 사용하여 폴리아미드 6.6 (BASF 사제 Ultramid™) 으로 가공하고, 과립을 제조하였다. 이후, 과립을 3 ㎝ × 4 ㎝ × 3 ㎜ 의 플레이트를 형성하도록 추가 가공하였다. 플레이트를 1064 ㎚ 의 파장의 Nd:YAG 레이저 (Trumpf) 로 조사하였고, 전기 전도성 구조가 생성되었다.
실시예 3 (비교)
3 중량% 의 구리 히드록시드 포스페이트를 압출기 (Coperion GmbH 사제 ZSK18-유형) 를 사용하여 폴리아미드 6.6 (BASF 사제 Ultramid™) 으로 가공하였다. 압출을 285℃ 에서 권장된 온도 범위의 최상단에서 수행하였다. 이러한 경우, 플라스틱의 목적하지 않은 변색이 존재하였다. 초기의 약간 녹색빛의 화합물의 색은 갈색으로 변하였다. 또한, 압출기의 샤프트 상에서의 금속성 구리의 약간의, 목적되지 않은 분리가 발견되었다.
실시예 4
4 중량% 구리 히드록시드 포스페이트 및 2 중량% 소듐 알루미늄 술페이트 (SAS) 를 압출기 (Coperion GmbH 사제 ZSK18-유형) 를 사용하여 폴리아미드 6.6 (BASF 사제 Ultramid™) 으로 가공하고, 과립을 제조하였다. 압출을 285℃ 에서 권장된 온도 범위의 최상단에서 수행하였다. 이후, 과립을 3 ㎝ × 4 ㎝ × 3 ㎜ 의 플레이트를 형성하도록 추가 가공하였다. 플라스틱에서 목적하지 않은 변색은 없었고, 압출기의 샤프트 상에서의 금속성 구리의 침착도 없었다. 플레이트를 1064 ㎚ 의 파장의 Nd:YAG 레이저 (Trumpf) 로 조사하였고, 구조가 생성되었다. 전도성 구조의 균질한 형성이 발생하였고, 이는 전도성 경로 또는 전도성 경로의 전구체로서 적합하였다.
실시예 5
40 중량% 철(II) 오르토포스페이트 Fe3(PO4)2 및 1 중량% 소듐 알루미늄 술페이트 (SAS) 를 압출기 (Coperion GmbH 사제 ZSK18-유형) 를 사용하여 LDPE (LyondellBasell 사제 Lupolen™ 1800 S) 로 가공하고, 과립을 제조하였다. 이후, 과립을 3 ㎝ × 4 ㎝ × 3 ㎜ 의 플레이트를 형성하도록 추가 가공하였다. 플라스틱에서 약간의 녹색 착색이 있었지만, 압출기의 샤프트 상에서의 침착은 없었다. 플레이트를 1064 ㎚ 의 파장의 Nd:YAG 레이저 (Trumpf) 로 조사하였고, 구조가 생성되었다. 전도성 구조의 균질한 형성이 발생하였고, 이는 전도성 경로 또는 전도성 경로의 전구체로서 적합하였다.
Claims (14)
- 하기를 특징으로 하는, 비-전도성 캐리어 물질 상에 레이저 빔을 사용하는 (LDS 방법) 전기 전도성 구조 또는 전도성 경로 구조의 제조 방법으로서:
- 비-전도성 캐리어 물질이 제공되고, 이는 이에 미세하게 분포되거나 용해된 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 적어도 하나의 안정화제를 함유함,
- 캐리어 물질이 영역에서 레이저 빔을 이용하여 조사되어, 조사 영역에서 전기 전도성 구조를 생성함,
여기서, 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물이 일반식 Cu2(OH)PO4 의 구리 히드록시드 포스페이트이고,
적어도 하나의 안정화제가 루이스 산으로부터 선택되고, 여기서 루이스 산이 비-양성자-전이 전자-결핍 화합물로 정의되는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 안정화제가 소듐 알루미늄 술페이트 (SAS), 모노칼슘 포스페이트 1수화물 (MCPM), 디칼슘 포스페이트 2수화물 (DCPD), 소듐 알루미늄 포스페이트 (SALP), 칼슘 마그네슘 알루미늄 포스페이트, 칼슘 폴리포스페이트, 마그네슘 폴리포스페이트, 알루미늄 히드록시드, 붕산, 알킬 보란, 알루미늄 알킬, 철(II) 염 및 이의 혼합물로부터 선택된, 루이스 산이거나 이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 금속이 레이저 빔을 이용하여 발생된 전기 전도성 구조 상에 화학적으로 환원되거나 전해 침착되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 45 중량% 의 양, 또는 0.1 중량% 내지 20 중량% 의 양, 또는 1 중량% 내지 10 중량% 의 양의 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 25 중량% 의 양, 또는 0.1 중량% 내지 20 중량% 의 양, 또는 1 중량% 내지 10 중량% 의 양의 적어도 하나의 안정화제를 함유하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 또한 금속 포스페이트, 금속 옥시드 또는 이의 혼합물로부터 선택되는, 또는 구리 포스페이트, 3구리 디포스페이트, 구리 피로포스페이트, 구리/철 포스페이트, 구리/철 피로포스페이트, 주석 포스페이트, 아연 포스페이트, 티타늄 옥시드, 아연 옥시드, 주석 옥시드 및 철 옥시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 시너지스트 (synergist) 를 함유하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 비-전도성 캐리어 물질 및 첨가된 물질의 질량의 총합으로 이루어진 조성물의 총 질량에 대해 0.01 중량% 내지 15 중량% 의 양, 또는 0.1 중량% 내지 10 중량% 의 양, 또는 1 중량% 내지 5 중량% 의 양의 적어도 하나의 시너지스트를 함유하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 열가소성 중합체, 열경화성 중합체, 엘라스토머, 유리, 세라믹, 천연 또는 합성 바니시, 천연 또는 합성 수지, 실리콘 또는 이의 조합 또는 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비-전도성 캐리어 물질이 폴리비닐 부티랄 (PVB), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리아미드 (PA), 폴리에스테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리페닐렌 옥시드, 폴리아세탈, 폴리메타크릴레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리비닐 아세탈, 폴리스티렌, 아크릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트 (ASA), 폴리카르보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리술포네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리우레아, 포름알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리에테르케톤, 폴리비닐 클로라이드, 폴리락티드, 폴리실록산, 페놀 수지, 에폭시드 수지, 폴리(이미드), 비스말레이미드-트리아진, 열가소성 폴리우레탄, 이의 공중합체 및 이의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 빔이 200 ㎚ 내지 12000 ㎚, 또는 700 ㎚ 내지 1500 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1200 ㎚ 범위의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
- 레이저 빔 및 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 안정화제의 조합을 사용하여 비-전도성 캐리어 물질 상에 전기 전도성 구조 또는 전도성 경로 구조를 제조하는 단계를 포함하는 LDS 방법.
- 표면 상에 전기 전도성 구조 또는 전도성 경로 구조를 갖는 캐리어 물질로서, 캐리어 물질이 이에 미세하게 분포된, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 적어도 하나의 무기 금속 포스페이트 화합물 및 적어도 하나의 안정화제를 함유하는 캐리어 물질.
- 제 12 항에 있어서, 캐리어 물질이 이에 미세하게 분포된 적어도 하나의 시너지스트를 함유하고, 상기 시너지스트는 금속 포스페이트, 금속 옥시드 또는 이의 혼합물로부터 선택되는, 또는 구리 포스페이트, 3구리 디포스페이트, 구리 피로포스페이트, 구리/철 포스페이트, 구리/철 피로포스페이트, 주석 포스페이트, 아연 포스페이트, 티타늄 옥시드, 아연 옥시드, 주석 옥시드 및 철 옥시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 캐리어 물질.
- 삭제
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