촉매 조성물 및 침착 방법 document_id A220623006441

본 발명은 기판상에 금속 또는 금속 합금의 초박층을 침착시키기 위한 수성 촉매 조성물 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수성 촉매가 고표면적 입자를 가지는, 기판상에 금속 또는 금속 합금의 초박층을 침착시키기 위한 수성 촉매 조성물 및 방법에 관한 것이다. 워커가 기판상에 하나 이상의 금속 또는 금속 합금층을 코트 또는 형성하길 바라는 많은 산업은 촉매를 사용한다. 이들 촉매는 금속 또는 금속 합금의 무전해 침착에 사용된다. 무전해 침착 또는 도금은 침착조에 첨가되는 화학적 환원제의 존재에 의거한다. 이러한 화학약품은 전자를 기판 금속에 공급하고, 조에서 전자를 양전하를 띤 금속 이온에 전달하게 되는데, 이때 조에서 이들 이온은 전해 또는 전착조에서 전류가 금속 이온을 금속으로 환원시키는 것과 동일한 방식에 의해 금속으로 환원된다. 무전해 도금은 몇가지 바람직한 결과를 양산한다. 워커는 종종 전해 도금 방법을 이용하여 크레비스(crevice) 또는 홀(hole)을 가지는 기판상에 두께가 균일한 금속층을 침착시키는데 곤란을 겪는다. 이러한 속성은 인쇄회로 또는 인쇄배선판이 고 종횡비의 관통홀(high aspect-ratio through-hole)에 균일한 금속 침착물이 도금되는 것을 요하는 전자 산업과 같은 많은 산업에서 중요하다. 무전해 도금의 다른 성질 및 응용예는 침착물이 비전도체상에 직접 제조될 수 있거나, 침착물이 종종 전해 도금보다 덜 다공성이거나, 또한 침착물이 종종 통상적이지 않은 화학적, 기계적 또는 자기적 성질(예를 들어 고 경성 및 내마모성)을 갖는 것이다. 무전해 도금의 다른 속성은 공정이 자가-촉매적(auto-catalytic)이고, 침착이 촉매 표면상에 일어난다는 것이다. 따라서, 촉매가 필요하다. 무전해 금속 침착에 사용되는 촉매는 침착될 금속 또는 금속 합금 및 제조된 제품의 용도에 따라 조성이 광범하게 달라진다. 촉매를 사용한 무전해 도금은 인쇄배선판 제조 이외에, 각종 장식품의 제조, 및 전자기 간섭(EMI) 및 무선 간섭(RFI) 차폐의 형성에서와 같이 여러 다른 전자 응용분야에 사용된다. EMI 방사선은 마이크로웨이브 장비에서 가정용 컴퓨터에 이르기까지 많은 다양한 형태의 전자 장비 작동에 의해 창출된다. 방사선은 전자 장비가 60 Hz 내지 1,000 MHz 주파수 범위의 "노이즈(noise)"를 방출하기 때문에 발생하고, 다른 장비에 의해서나, 또는 안테나로 작용하는 전력선을 통한 전도에 의해 픽업(pick up)된다. EMI 방사선은 다른 장비를 간섭할 수 있으며, 경찰 이동 무선, 통신 시스템, 과학 테스트 장비 및 심장박동 조절장치의 방해와 같은 다양한 문제를 야기하는 것으로 알려져 있다. 전자기 봉쇄를 제한하는 한가지 접근법은 방사선을 보유하도록 EMI 차폐를 이용하는 것이다. 봉쇄는 발생 에너지가 탈출하여 교란원으로 작용하지 못하도록 하는 특수 차폐 소재, 부품 및 구조를 필요로 한다. 전자기 봉쇄 효과는 차폐 소재에 의한 반사 또는 흡수의 결과로 장세기가 감소된 정도에 의해 결정된다. 차폐 효과는 비차폐 EMI 전달 대 차폐 EMI 전달비의 대수 함수로 산정되며 데시벨(db)로 표시된다. 그의 대수성 때문에, 전자기 방사선의 주어진 파장 또는 주파수에 있어서 30 db의 차폐 효과 증가는 코팅의 차폐 효과가 1,000% 증가한 것을 나타낸다. 예를 들어, 30 db의 차폐 효과를 갖는 코팅은 총 EMI 방사선의 99.9%를 제거한다. 60 db 코팅은 총 EMI 방사선의 99.9999%를 제거한다. 다수의 상이한 차폐 방법이 영리적으로 이용되고 있다. 한 방법은 전자 장비용 플라스틱 하우징(housing)상에 금속 코팅을 도포하는 것을 포함한다. 이러한 방법은 갈바니 침착, 아크-분무 또는 페인트로서 금속상의 분무에 의한 바와 같은 분무 코팅, 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering), 화학적 금속화 및 진공 금속화를 포함한다. 금속 코팅은 구리, 은, 크롬, 니켈, 금 및 아연을 포함한다. 이러한 방법은 거시 또는 미시적 크래킹, 코팅 박리, 제한된 차폐 효과, 코팅의 금속 산화, 열가소성 기판의 변형 및 값비싼 도포 장비와 같은 다수의 결함 문제를 갖는다. EMI 차폐를 형성하기 위한 보다 적절한 방법은 비전도성 하우징 소재상에 금속을 무전해 침착시키는 것이다. 플라스틱과 같은 비전도체의 무전해 침착은 침착용 부분의 표면을 제조하고 금속화를 용인하는 일련의 수성조에 일부분을 침지하는 것을 포함한다. 통상적인 예비처리 단계에 이어, 상기 부분을 콜로이드성 주석/팔라듐 촉매와 같은 귀금속을 함유하는 촉매에 침지시켜 비전도성 표면을 목적하는 도금 금속의 침착에 대해 촉매적으로 만든다. 촉매 반응후, 상기 부분을 용해된 금속을 함유하는 무전해 도금조에 침지시켜 도금 촉매와의 접촉으로 촉매화 표면상에 금속 코팅을 침착시킨다. 상기 무전해 촉매 및 방법이 EMI 차폐 문제를 해결하기 위해 사용되는 많은 선행 방법에 비해 뛰어나기는 하지만, 무전해 코팅 공정은 선택적이지 않다. 전 부분을 콜로이드성 촉매 용액에 침지시킨 후, 금속 도금액에 침지시킨다. 그 결과, 금속이 비전도성 부분의 외면에 뿐만 아니라 내면에 도금되었다. 전자 부품을 마케팅하는데 미적인 면이 중요한 경우, 전자 부품에 있어서 외부 금속 코팅된 하우징은 바람직하지 않다. 전형적으로, 산업계에서는 하우징을 페인트한다. 이는, 특히 하우징이 가장 빈번하게는 원하는 색상으로 성형되는 경우, 시간 소비적이며 비경제적인 단계이다. 따라서, 산업계에서는 비전도성 기판상에 금속을 선택적으로 침착시키는 개선된 방법을 개발하였다. U.S. 5,076,841호는 무전해 방법에 의해 비전도체상에 금속을 선택적으로 침착시키는 방법을 개시하였다. 촉매는 금속화를 원하는 비전도체 부분상에 분무 또는 페인트된다. 금속화를 원하지 않는 비전도체 부분을 촉매 적용전에 마스크한다. 그후, 촉매화 또는 프라임된(primed) 비전도체를 적합한 무전해 금속 도금조에 침지시킨다. 촉매가 적용된 비전도체의 선택 부위상에 금속 또는 금속 합금을 침착시킨다. 상기 특허 5,076,841호의 촉매는 산화은, 산화팔라듐 및 산화백금과 같은 귀금속의 함수 옥사이드이다. 구리의 함수 옥사이드가 또한 사용될 수 있다. 금속의 함수 옥사이드는 탄소; 합성 하소 실리카, 합성 침전 실리카, 화석 기원의 실리카(규조토), 천연 실리카 파편(분말 또는 미분화 모래)를 포함한 각종 형태의 실리카; 알루미나; 및 이산화티탄과 같은 안료 등의 불규칙적인 형태의 불활성 콜로이드성 담체 입자상에 침착된다. 콜로이드성 입자는 불규칙 형태이며, 모서리가 지그재그 형태를 가져 기판 표면을 관통한다. 담체 입자는 약 0.1 내지 500 미크론 범위이며, 표면적은 100 내지 900 ㎡/g이다. 촉매는 수성 기제 또는 유기 용매 기제일 수 있다. 각종 필름-형성 수지가 촉매 조성물에 포함된다. 또한, 촉매 조성물은 촉매가 적용되는 기판을 용매화하거나 컨디셔닝하여 기판에 대한 촉매의 결합 또는 부착성을 촉진하기 위한 유기 용매를 포함한다. 기판의 용매화는 촉매에 의한 기판의 침투를 허용하나, 이러한 용매화는 기판 표면의 결함을 야기할 수 있다. 용매화는 거칠은 표면을 초래하여 기판상에 침착된 금속층은 자물쇠-열쇠 결합을 형성한다. 불규칙 표면은 비균일 금속층을 초래하여 비균일 차폐를 야기할 수 있다. 부가적으로, 용매 팽창을 이용하는 것은 많은 용매가 독성의 발암물이며, 값비싼 특수 처리 과정을 필요로 하기 때문에 워커 및 환경에 위험요인이 된다. 이러한 용매의 예에는 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔, 이소프로필 알콜, 에테르, 에테르 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 알킬 에테르 아세테이트가 포함된다. 따라서, 비전도성 기판상에 금속층을 형성하기 위한 개선된 조성물 및 방법이 요망된다.