첨가제가 전해동박에 미치는 작용

첨가제의 영향

전해동박의 성능은 전착과정의 결정입자 형태구조와 배열상황에 따라 달라지는데, 고품질의 동박을 얻으려면 전류밀도, 전해액온도, 전해액의 pH값, 전해액의 청정도, 첨가제 등 각종 기술조건을 엄격히 제어해야 한다. 특히, 첨가제는 가장 중요한 제어요인이며, 적절한 첨가제를 적당량 첨가해야 구조가 치밀하고 모면의 결정입자 크기가 균일하고 조밀하며 불순물 함량이 매우 적은 양질의 전해동박을 얻을 수 있다.

전해동박의 원리

전자 산업의 기본 원료인 전해 동박은 주로 인쇄 회로 기판(PCB)과 동박 적층판(CCL)에 사용되며 전자 신호 전송, 전력 전송 및 통신을 발휘하여 '신경망'이라고 한다. 전해 동박은 직류 전착 기술을 통해 불용성 금속(예: 납, 티타늄 이리듐 도금)은 양극이고 티타늄 롤은 음극이다. 황산구리용액을 양극과 음극으로 구성된 전해조에 흘려 직류전기로 전해하면 전해액의 구리이온이 전자를 얻어 티타늄롤 표면에 침착되어 동박을 형성한 후에 동박을 티타늄 롤러 표면에서 연속적으로 박리, 세척, 건조 및 롤링하여 롤형 동박을 얻는다.

전해동박의 발전 추세

생활수준이 향상됨에 따라 전자제품은 소형화, 경량화, 더 많은 기능의 방향으로 계속 발전하고 있으며, 전해동박의 발전은 PCB 기술의 발전과 혁신의 주도적 역할을 따라오고 있어 전해동박의 성능에 대한 요구가 높아지고 있다.  최근 몇 년 동안 고밀도 상호 연결 기술(HDI)과 같은 고급 PCB 기술의 급속한 발전으로 전해 동박의 품질과 성능에 대한 새로운 개발 아이디어가 제안되고 있다. 예를 들어, 고온 및 고연성 동박(THE), 어닐링 전해 동박(ANN), 저프로파일 동박(VLP) 등 새로운 전해 동박의 연신율, 인장 강도 및 표면 거칠기가 모두 잘 개선되고 향상되었다.

동박의 응용분야가 넗어지고 군사·항공우주 등 국방 분야에 쓰이던 특수성능 동박도 점차 민·군 겸용으로 바뀌고 있다. 최근 몇 년 동안 양면 광동박도 리튬배터리 음극 집전체에 사용되어 전해동박의 사용이 크게 확대되었다. 전자 정보 기술의 급속한 발전으로 PCB의 양이 증가하고 품질이 향상되어 CCL 전해 동박의 급속한 발전을 촉진하고 산업 체인상 IT, PCB 및 CCL 동박 분야가 형성되었다. 동박에 대한 급격한 수요증가로 가까운 장래에 더 다양한 용도와 더 나은 품질의 전해 동박이 더 많아질 것으로 예상된다.

첨가제  연구현황

구리 전착에 대한 첨가제의 영향에 대한 연구는 현재 국내외 학자들의 뜨거운 연구 주제이며, 그럼에도 불구하고 시급히 해결해야 할 많은 문제가 있다.

현재 대부분의 연구는 구리 전착에 대한 다양한 첨가제의 거시적 효과의 특성과 전착의 초기 단계에 중점을 두고 있는데, 전기결정의 영향에 대한 연구와 의미 있는 결과도 거의 찾을 수 없다.  이는 전기결정 핵심 생성 모델의 효과적인 수립이 지연되고 있는 것과 관련이 있으며, 최근 수십 년 동안 많은 연구가 진행되었지만 획기적인 모델을 도출하지 못하고 있다.

구리 전착 시 첨가제, 특히 유기첨가제는 전기화학반응 시 구리이온과 결합하여 전착물을 형성하여 전착과정에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으나, 이러한 착화효과에 대해서는 깊이있는 연구가 더딘 상황이다. 대부분의 연구가 단일 첨가제의 영향에 초점을 맞추고 있으며 두 가지 이상의 첨가제 간의 상호 작용은 아직 충분히 연구되지 않고 있다. 

동박 생산에서 기본적으로 동시에 다양한 첨가제를 첨가하는 것이 중요한데, 다양한 첨가제 간의 시너지 효과는 매우 복잡하며 전극 표면 반응이 발생하면 충돌 또는 촉진 효과가 있으며 더 많은 연구가 필요하다.

효과적인 연구 방법과 테스트 장비, 특히 첨가제 소비 분야의 테스트 방법과 장도 부족하다. 첨가제의 양이 매우 적기 때문에 전해액의 질량 분율이 소수일 수 있으며, 매우 적은 장비로 이 높은 정확도를 달성할 수 있다. 

한편, 첨가제와 전해질의 대부분의 생산 현장은 여전히 약 60°C인데, 온도는 위험 황산구리의 결정 침전을 감소시키고 결과의 정확도에 영향을 미치며, 동시에 검출에 적지 않은 어려움을 초래하게 된다. 대부분의 연구가 실험실 조건에서 수행되며 현장 생산 공정 조건, 생산 장비 및 기술 매개변수와 분명한 차이가 있다. 따라서 실험실 첨가제의 효과가 좋더라도 실제 생산에 적합하지 않을 수 있어 연구에 큰 한계로 작용하게 된다.

전해동박에 첨가제의 작용

SP는 효과적인 레벨링제로 동박의 표면 거칠기를 개선하고 동박의 박리 저항을 감소시킬 수 있으며 SP는 동박의 인장 강도 및 신장률을 향상시킬 수 있다. HEC 비이온성 계면활성제는 동박의 인장 강도와 신율을 향상시킬 수 있고, PEG는 결정립을 미세화하고 결정립이 성장하도록 할 수 있다. 또한, 불순물 금속의 전착을 억제하고 금속의 전착을 억제하며 비정상적인 결정립의 성장을 방지할 수 있다. 동시에 뾰족한 원추형 결정립의 피크 끝을 매끄럽게 하고 과도한 거칠기를 피할 수 있지만 과도한 PEG는 고온에서 동박의 인장 강도와 신장률을 감소시킨다. 젤라틴은 정제된 결정립과 평평함을 가지고 있어 동박의 거친 정도를 보장하고 상온에서 동박의 인장강도 및 신장률을 향상시킬 수 있지만 고온에서 동박의 인장강도 및 신장률을 감소시킬 수 있다.

RE 함량이 증가함에 따라 전해동박의 결정립이 유의하게 미세화되었으며, 시험범위 내에서 RE 함량이 3mg/L일 때 정제효과가 가장 좋았고, RE 함량이 9mg/L일 때 결정립이 두꺼워졌다. 전해액에 RE를 적당량 첨가하면 전해동박의 인장강도를 높일 수 있으며, RE 함량이 6mg/L일 때 동박의 인장강도와 신장률이 가장 높고 고온 및 상온 인장강도는 각각 14.3% 및 9.5% 증가하며 고온 신율은 74.4% 증가하며 상온 신율은 1.17배 증가한다. 그러나 RE 함량은 9mg/L로 동박의 인장강도가 감소하였다.

동박 결정립의 미세구조, 기계적 특성 및 내부응력에 대한 첨가제 제형의 영향에 있어서, 최적의 3가지 첨가제 제형은 첨가제의 최적 비율을 젤라틴, PEG, SP, HEC로 결정하였다. 제조된 동박의 내부 응력이 감소하고 동박 결함도 감소하며 밝은 표면 입자의 미세 구조가 조밀하고 양모 표면 입자의 분포가 비교적 균일하며 동박의 기계적 특성도 향상될 수 있으며 파일럿 라인에서 좋은 결과를 얻을 수 있다.

전착 방법 및 장비의 지속적인 개발 및 혁신이 현재 연구의 초점이 되고 있다. 또한, 실험실 연구에서 실험 매개변수는 생산 현장에 가깝게 하여 적절한 첨가제를 선택하고 첨가제의 합리적인 비율을 결정해야 한다.