According to fast growth rate of recent IT (information technology) industry, high efficient hardware is needed for cell-phone, TV, PC, PDA, and other more various electrical and electronic components’ precision material. In order to obtain this high efficient hardware, using low power, miniaturizing technique, and strengthening communication technique in both wireless and cable area are needed. Furthermore, personal digital assistant like a cell phone is also affecting rapid development of electronic main components’ integration and small form factor to have characteristic of miniaturization, intelligence, and high performance. As a main component of electrical and electronic products, polymer, ceramic, and metal is used alone or together to form one integrated components.
Especially, in the case of fine clad, its amount used to make the components is increasing as a main material since it not only is used to make a circuit board, but also makes surrounding components. Fine clad can be manufactured with a rolling, extruding, plating, and sputtering method, however, it is mostly manufactured with Electrolytic Plated Bonding (EPB) method up until now. Other manufacturing method of fine clad is Surface Activation Bonding (SAB) method, which is currently rising as a new concept and foregoing eco-technology in Japan. This method is manufacturing fine clad by surface activation and low pressure rolling. With the SAB method, materials’ physical property does not deform much at a room temperature. (Low pressure rolling at a room temperature makes low pressure stress possible.) Furthermore, possibility of bonding variety of material and molding as a clad shape is an advantage. Also, flat bonded surface and almost no deformation of alloyed layer at the bonded interface is obtained since this method goes through pre-processing ion etching regardless of materials’ thickness or kind. Thus, SAB method can be stated as a advantageous eco-friendly method since it is possible to join material with a low pressure load at a room temperature. However, its technology is absent in Korea at this circumstances. Therefore, raising competitive power by gaining its source technology and adding creative value to it is needed. In this study, manufacture of Cu-Ni fine clad by actual SAB method is carried out. Also, analyzing the basic process variable of SAB method at bonding fine clad, which is surface activation treatment conditions and low pressure rolling conditions, is done.
Furthermore, bonding strength, change in bonded interface and microstructure of manufactured fine clad by different conditions is observed. Also, tensile test is carried out to observe the change in mechanical property. With this study, manufacturing Cu-Ni fine clad with excellent bonding strength and flat surface due to the surface activation treatment and low pressure pressing load was possible. This experiment was carried out with 50$\mum$ thick Cu and 25$\mum$ thick Ni by SAB method at a condition of room temperature and high vacuum. Also, by analyzing surface activation condition due to plasma, a fair combination of plasma power and treatment speed was obtained. With a low pressure rolling, it was possible to obtain excellent bonding strength with a very low reduction ratio of 3%. In addition, very uniform and flat interface could be seen with the optical microscope and FE-SEM; and no diffused or oxidized layer of Cu and Ni was observed by EDS, XPS and TEM analysis.
최근 IT산업의 급속한 발달에 따라 핸드폰, TV, PC, PDA 등 각종 전기.전자 정밀부품재료로 사용되는 하드웨어의 고성능화에 따른 저전력, 소형화 기술, 유 . 무선 통신기능의 강화 및 휴대폰과 같은 개인 휴대 단말기의 소형화, 지능화, 고기능화 등에 따른 전자핵심부품의 집적화, 경박 단소화가 급격히 발달하고 있다. 또한, 전자 부품의 경박 단소화에 가장 핵심부품인 회로기판(PCB : Printed Circuit Board)은 경성회로 기판에서 연성회로기판(FPCB : Flexible Printed Circuit Board)으로 대체됨에 따라 기존 회로 기판의 핵심부품 및 주변 부품에 까지 소재의 경박 단소화 및 특성 향상을 요구하게 되었다. 이러한 핵심부품으로는 고분자재료, 세라믹재료 및 금속재료가 독자적 혹은 복합적으로 사용되어 하나의 집적화된 부품으로 적용된다. 특히, 정밀층상복합소재(이하 Fine Clad)의 경우 회로기판뿐만 아니라 주변 부품의 핵심 소재로 그 사용량이 증가 추세에 있으며, 그 중에서도 Cu극박을 이용한 극박-금속 fine clad는 FPC 및 HDD용 FIOG(Flexible Input Output Gate)의 핵심 부품으로 적용될 뿐만 아니라 LI/LIP Battery IOG와 PTC등의 고정밀 전자부품의 핵심 소재로도 사용된다. 또한 Cu 극박에 내식성과 기계적 강도가 높은 Ni 박을 접합한 Cu-Ni fine clad는 전기전도도가 높고 부식에 강하여 고부가 전자부품에 필수적인 PTC 스위치 부품 소재 및 PWB(Printed wiring bonding) 제조에 응용되며, 최근에는 연료전지의 부품 소재로도 사용되는 추세 이다. Fine clad는 압연법, 압출법, 도금법, sputtering법 등으로 제조 가능하나 현재 까지는 주로 EBP(Electrolytic Plated Bonding) 공법에 의해 제조가 이루어지고 있다. EPB 공정은 전처리를 행한 Cu 박에 Ni 등과 같은 이종금속을 전해 혹은 무전해 도금법을 이용하여 제조하는 방식으로 선진국의 경우 이미 이에 대한 생산이 이루어지고 있으며 국내에서도 극히 일부의 소재에 적용되고 있는 실정이다. 하지만 이 공법들은 소성변형 및 상호확산을 위해 고온의 열이나 높은 압하율을 필요로 하거나, 전처리와 후처리 공정이 수반되며, 접합계면이 평활하지 못해 전기적 특성이나 2차 가공에 불리하고, 계면에서 취성이 강한 탄화물이나 금속간화합물을 생성하는 단점들이 있다. 또 다른 방법으로는 본 연구에서 사용되는 plasma 등에 의한 표면활성화와 저압 압연 공정에 의해 연속적으로 fine clad를 제조하는 SAB(Surface Activation Bonding) 공법으로 이미 일본에서는 새로운 개념의 친환경 선진 기술로 부상 중에 있는 공법이다.
이 SAB 공법은 실온에서 재료의 물리적 성질이 크게 변하지 않는 특징이 있다(실온에서 진행되는 low pressure rolling이 low pressue stress를 가능하게 함). 뿐만 아니라, 접합할 수 있는 종류가 다양하고 clad 형태로 성형이 가능하다는 장점을 갖는다. 게다가, 재료의 두께 및 재료에 상관없고, pre-processing ion etching을 거치기 때문에 평활한 접합계면을 가지며, 접합계면에서의 합금층의 변형도 거의 없다. 다만 접합계면에서의 산화물에 의한 접착불량을 억제하기 위하여 전처리를 통한 표면상태의 활성화 조건 및 접착성 향상을 위한 pressure rolling 조건에 대한 최적의 조건이 요구되고 있는 실정이다. 또한, 기존 접합 공법들은 필연적으로 열과 높은 접합하중이 수반되어, 이에 따른 열처리 효과에 의한 기계적 특성 저하 및 공정상의 어려움을 야기한다. SAB 공법은 이러한 어려움을 해결할 수 있는 상온접합기술 중 하나로 RF plasma나 FAB(Fast Atom Beam)을 사용하여 표면 활성화한 후 wafer를 직접 접합할 수도 있다. 이 SAB 공법은 타 공법에 비해 실온에서 저압의 압하 하중으로 연속적인 clad의 접합이 가능하다는 점에서 가장 큰 장점을 가지는 친환경적인 공법이라 할 수 있으나, 현재 국내에서는 그 기술력이 거의 전무한 실정이라 할 수 있어 원천 기술 확보 및 부가가치 창출을 위한 경쟁력 제고가 절실히 필요한 실정 이라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 기술력이 미미한 SAB 공법을 이용하여 전자.정보통신용 핵심부품소재인 Cu-Ni fine clad제조를 위한 표면활성화 처리에 의한 접합장치의 설계 및 제작과 이를 이용하여 Cu-Ni fine clad재를 제조하고 표면활성화 처리에 필요한 공정의 주요 인자 및 공정 조건을 도출하여 제반 된 원천 기술의 획득 또는 그에 준하는 기초 기술력을 얻고자 하였다.
