무전해 도금법은 외부 전원을 인가하지 않고 환원제를 이용하여 자발적으로 금속 도금층을 형성시키는 기술로, 용액내의 환원제가 산화될 때 방출되는 전자가 금속 이온에 전이하여 금속을 코팅하는 기술이다. 그 중에서도 Cu 무전해도금은 박막 형성의 용이성 및 간단한 제조 공정으로 인한 제조 원가 절감 등의 장점으로 인해 반도체 소자 배선부분에서 건식방식으로 발생되는 한계점들에 대한 해결 기술로 주목받고 있다. 또한, 이 기술은 금속 이온이 환원제에 의해 금속으로 석출되기 때문에, 피도금물이 무전해 도금액과 균일하게 접촉하고 있으면 균일한 도금 두께를 얻을 수 있는 장점이 있어서 복잡하고 다양한 형상의 제품에 적용이 가능하다. 본 연구에서는 플라스틱, PCB 등 다양한 기판에 도금 환원제, 온도 및 시간 등 도금변수를 변경하여 Cu 도금막을 형성한 후 그 특성을 평가하였다. 도금층 두께 분석을 위해 field emission scanning electron microscope (FE-SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS)를 사용하였으며, 박리성 평가를 위해 cross-cutting test를 실시하였다. 실험 결과, 두께 $1{\sim}3{\mu}m$ 급의 균일한 도금층이 형성된 것을 확인하였으며, $85^{\circ}C/85%$ 고온고습 조건에서 168시간 후 박리성 평가 결과, 결함 없는 양호한 표면을 나타내었다.
연구에서는 니켈 함량에 탄소섬유강화 에폭시 기지 복합재료의 전자파 차폐효과에 대해 고찰을 위해 탄소섬유표면에 시간의 변수에 따른 무전해 도금을 실시하였다. 탄소섬유 표면의 특성은 주사전자현미경과 X-선광전자분광법으로 측정하였고 전기적 특성은 4단자법으로 분석을 진행하였다. 복합재료의 전자파 차폐효과는 흡수와 반사 두 가지 방법으로 분석을 진행하였다. 실험 결과로부터 전자파 차폐효과는 탄소섬유 표면에 코팅된 니켈 함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 고주파 영역에서는 과량의 니켈 도금이 더 이상의 전자파 차폐효율을 증가시키지 않는 것이 확인되었다. 결론적으로 니켈 함량이 탄소섬유 복합재료의 전자파 차폐효과를 결정하는 요소가 될 수 있다고 판단되나, 특정 주파수마다 최적화된 금속도입 함량에 대한 변수가 있을 수 있다고 판단된다.
본 논문은 밀리미터파(W대역)의 이중편파 신호를 모노펄스 신호로 변환하는 도파관 타입의 급전 구조를 설계하고 제작 방안을 제시하였다. W대역과 같은 높은 주파수 대역에서는 도파관의 크기가 매우 작기 때문에 복잡한 구조의 제작이 매우 어렵다. 따라서 높은 주파수 대역의 도파관 타입 급전 구조는 제작성이 중요하기 때문에 전주도금(Electro Forming) 방식과 확산접합 방식을 본 연구에서 제안하고 검증하였다. 설계된 모노펄스 급전 구조는 90도 하이브리드에 90도 위상 천이기를 결합한 180도 하이브리드 8개와 이중편파 분리를 위한 직교모드변환기(OMT) 4개로 구성된다. 설계된 급전구조는 전주도금(Electro Forming)과 확산접합 제작 방식에 용이하도록 설계하였으며, 제작된 모노펄스 급전구조는 네트워크 분석기를 통해 검증하였다. 제안한 두 가지 제작 방안은 측정된 포트의 신호 크기와 위상을 통해 모노펄스 신호가 잘 생성되는 것을 확인하였다.
SRHS(Self-Regulating High Speed) 크롬도금욕을 사용하여 도금욕온도 10-80$^{\circ}C$, 전류밀도 0-400A/$dm^2$의 직류전해도금에서의 전류효율 및 표면광택을 조사하였으며, 동이도금욕 조건에서 펄스 주파수 10-100,000Hz의 펄스전해도금 경우와 비교검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 20$^{\circ}C$의 욕온도의 경우 5-100Hz의 주파수의 펄스전해도금에서 직류전해도금보다 40%의 높은 전류효율 값을 나타내었다. (2) 75$^{\circ}C$의 욕온도에서는 10-100,000Hz의 전주파수 범위와 25$^{\circ}C$에서는 500Hz이상의 주파수 범위에서 펄스 전해도금의 전류효율은 직류전해 도금보다 낮은 값을 보였다. (3) 직류 전해도금조건에서 광택 및 반광택 표면은 펄스 전해도금으로 무광택으로 변하며, 펄스 주파수가 10,000Hz이상되면 직류전해 도금의 동일 표면광택을 다시 나타났다.
Fe-Ni-Cu 합금 전주를 위하여 황화물 용액에의 상의 열역학적 안정도를 작성하고 전주 조건을 선정하였다. $Fe-Ni-Cu-S-H_2O$ 용액의 열역학적 상의 안정도를 전산모사하기 위한 프로그램은 C#으로 작성하였다. JANAF 자료를 근거한 적정 전주 조건은 $130mA/cm^2$, $50{\sim}55^{\circ}C$, pH 2.4 이었다. XRF을 이용한 Fe-Ni-Cu의 합금 도막의 평균 조성은 Fe-42Ni-1Cu [wt.%] 이었다, 전류밀도가 낮아질수록 Ni과 Cu량은 증가하였다. 구리 농도가 증가하면 표면조도는 60 nm로 변화하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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