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직조된 SiC 섬유에 무전해 구리도금 시 도금 조건의 영향
Effect of Plating Conditions on Electroless Copper Plating on SiC Fabric 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.50 no.4, 2017년, pp.244 - 250  

이기환 (충남대학교 신소재공학과) ,  손유한 (충남대학교 신소재공학과) ,  한태양 (충남대학교 신소재공학과) ,  이경진 (충남대학교 응용화학공학과) ,  김혜성 (부산대학교 나노메카트로닉스공학과) ,  한준현 (충남대학교 신소재공학과)

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Effects of plating conditions (dispersant concentration, plating time, and ultrasonication) on electroless Cu plating on SiC fabric woven by crossing of SiC continuous fibers vertically were studied. The ultrasonic dispersion treatment not only did not improve the dispersion of the SiC fibers, but a...

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문제 정의

  • 5로 유지하였으며 도금반응 중 도금용액의 온도는 33 o C로 설정하였다. SiC fabric의 구리도금에 미치는 무전해 도금 조건 중 무전해 도금 전 초음파 분산처리, 분산제의 농도, 도금시간, 각 공정에서의 초음파 사용의 영향에 대해 살펴보았다. 분산제로는 NaDDBS (sodium dodecylbenzenesulfonate; C 18 H 29 NaO 3 S)를 사용하여 10분간 분산처리 하였으며 분산제 농도의 영향을 알아보기 위해 농도를 4 g/L, 20 g/L로 변화시켰다.
  • 구리를 무전해 도금하기 위해서는 분산처리, 전처리(민감화, 활성화), 도금의 단계를 순차적으로 거치게 되는데 본 연구에서는 각 단계에서 초음파 조사를 이용한 교반이 SiC fabric의 분산과 도금두께에 미치는 영향에 대해 고찰하였으며 특히 초음파 조사에 의해 fabric내 섬유다발의 교차부분에 구리 도금이 가능한지 살펴보았다. 표 3은 무전해 도금 을 위한 각 공정단계 시 초음파 조사 유무의 조건을 보여주며, 그림 4는 표 3에 설명된 각 조건으로 구리 무전해 도금을 실시한 후 섬유다발의 끝(edge) 부분에서 섬유들의 분산상태와 구리의 도금상태를 보여주는 SEM사진이다.
  • 따라서 본 연구에서는 무전해도금을 이용하여 SiC 연속섬유가 서로 수직하게 교차하여 직조된 SiC fabric의 표면과 SiC 섬유들 사이에 구리를 균일하게 코팅하고자 하였으며 SiC fabric의 구리코팅에 미치는 무전해 도금조건의 영향에 대해 고찰하였다. 여러 도금조건 중에서 본 논문에서는 주로 무전해 도금 전 SiC fabric의 초음파 분산처리, 분산제의 농도, 도금시간, 여러 도금단계 중 초음파 조사 유무의 영향에 대해 살펴보았으며 주사전자현미경(SEM) 을 이용하여 도금 후 구리 코팅층 형성 양상과 SiC 섬유의 분산상태를 분석하였다.
  • 본 연구에서는 상기의 문제를 해결하기 위해 무전해 도금에 의해 fabric 내 섬유들 사이에 구리를 균일하게 코팅하고자 하였다. 먼저 무전해 도금 전 fabic의 분산처리 시 분산제의 농도와 도금시간의 영향에 대해 고찰하였으며 이를 위한 무전해 도금 조건을 표 2에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄화규소(SiC)의 특징은? 탄화규소(SiC)는 세라믹 중에서도 우수한 열전도도 (125 W/mK)와 낮은 열팽창계수 (4.5×10 –6 /K)를 가지고 있을 뿐 만 아니라 높은 열/화학저항성을 가지고 있어 높은 온도에서 작동하는 고출력/고주파 전자소자에 사용될 수 있는 아주 매력적인 소재이다. 그러므로 알루미늄 보다는 비싸지만 열전도도가 더 높고 열팽창계수가 더 낮은 구리를 금속기지로 사용하고 여기에 SiC 분말을 강화재로 첨가한 Cu-SiC복합재료를 고부가가치 부품에 사용하고자 몇몇 연구들이 진행된 바 있다[11,12].
Cu-SiC복합재료의 열전도도 감소를 해결할 수 있는 방법은? 그러나 CuSiC복합재료의 열팽창계수를 사파이어와 같은 세라믹 기판의 열팽창계수와 비슷한 값으로 크게 낮추기 위해서는 많은 양의 SiC분말이 첨가되어야 하는데 강화재인 SiC가 기지재인 구리보다 낮은 열전도도를 가지고 있다는 사실로부터 이론적으로 예상할 수 있는 바와 같이 SiC첨가량이 증가할수록 Cu-SiC복합재료의 열전도도 감소를 피할 수 없다. 그런데 만약 SiC분말 대신 종횡비가 큰 SiC섬유를 사용하여 섬유를 한 방향으로 배열시킨다면 배열된 섬유의 길이방향으로 Cu-SiC복합재료의 열팽창계수의 감소가 효과적일 것이며, 섬유의 길이가 길어질수록 그 효과는 더욱 커질 것이다. 또한 긴 SiC 연속섬유가 서로 수직하게 배열되도록 직조된 fabric 형태의 SiC를 강화재로 사용한다면 소량의 SiC를 사용하면서도 여러 방향에서의 열팽창계수를 효과 적으로 감소시킬 수 있을 것이다.
우수한 열전도도를 갖는 금속은 무엇이 있는가? 전자소자로부터 발생하는 열을 효과적으로 제거하기 위해서는 열전도도가 우수한 heat spreader, heat sink의 개발이 필수적이며 이들의 중요성에 대한 인식도 점점 높아지고 있다[1,2]. 지금까지 금속 중에서 우수한 열전도도를 가지고 있는 알루미늄 (230 W/mK) 이나 구리 (400 W/mK)가 heat spreader, heat sink로서 널리 사용되어지고 있으나 이 금속들은 열팽창 계수가 커서 (Al: 23.5×10 -6 /K, Cu: 16.
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참고문헌 (17)

  1. A.M. Bayomy, M.Z. Saghir, T. Yousefi, Electronic cooling using water flow in aluminum metal foam heat sink: Experimental and numerical approach, International Journal of Thermal Sciences 109 (2016) 182-200. 

  2. P.K. Schelling, L. Shi, K.E. Goodson, Managing heat for electronics, Mater Today 8 (2005) 30-35. 

  3. K. Mizuuchi, K. Inoue, Y. Agari, T. Nagaoka, M. Sugioka, M. Tanaka, T. Takeuchi, J. Tani, M. Kawahara, Y. Makino, M. Ito, Processing and thermal properties of Al/AlN composites in continuous solid-liquid co-existent state by spark plasma sintering, Composites Part B-Engineering 43 (2012) 1557-1563. 

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  5. K. Mizuuchi, K. Inoue, Y. Agari, T. Nagaoka, M. Sugioka, M. Tanaka, T. Takeuchi, J. Tani, M. Kawahara, Y. Makino, Processing of Al/SiC composites in continuous solid-liquid co-existent state by SPS and their thermal properties, Compos. Part B-Eng. 43 (2012) 2012-2019. 

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  12. M. Chmielewski, K. Pietrzak, A. Strojiny, K. Kaszyca, R. Zybala, P. Bazarnik, M. Lewandowska, S. Nosewicz, Microstructure and thermal properties of Cu-SiC composite materials depending on the sintering technique, Science of Sintering 49 (2017) 11-22. 

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  16. S. Faraji, A.H. Faraji, S.R. Noori, An investigation on electroless Cu-P composite coatings with micro and nano-SiC particles, Materials & Design 54 (2014) 570-575. 

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