상온 진공 분말 분사공정에 의한 기능성 세라믹 후막의 제조와 특성평가

Abstract

과거에서 현제에 이르기 까지 기술 발전의 동향은 전자 산업이 발전함에 따라 부품 산업도 비약적인 발전을 하였다. 이처럼 휴대폰과 같은 전자제품들은 성능 향상을 위해 우수한 특성을 갖는 부품/소재개발이 필수이며 동시에 물리적인 크기를 최소화 하면서 각 기능을 구현할수 있는 부품들이 필요하다. 따라서 부품 또한 기존 bulk형 세라믹부품에서 증착된 세라믹 박막및 후막으로 점차 변화되고 있으며 다양한 증착 방법들이 연구되고 있다. 이러한 부품들의 소형화를 이루는 소재 공정 기술로는 다양한 세라믹스 코팅기술이 있지만 기본적으로 고진공을 사용하며 코팅층의 두께 제어가 어렵거나 제한된 모재로 인해 다양한 문제점이 지적되고 있다. 하지만 최근 연구 개발된 상온 진공 분말 분사공정의 장점은 첫째 상온에서 원료의 고체 입자를 사용하여 기판에 고속 코팅이 가능하고 둘째 상온에서 치밀하고 균열이 없는 코팅층 형성이 가능 셋째 금속, 세라믹 경질 고분자등 다양한 기판등 응용분야가 매우 넓을 것이다. 또한 기능성 세라믹 원료를 소재로 하여 광촉매나 고효율 고속충방전 이차전지, 바이오코팅의 인플런트, emdded capacitor등 다양한 연구분야로 개발할수 있을것이라 예상된다. 본 연구에서는 초기분말인 Tio2는 광촉매 특성을 연구하였고 Bi2O3, ZnO2, ZnO을 혼합하여 만든 BZN은 유전체 박/후막의 특성을 연구하였다. 초기분말을 사용하여 상온 진공 분사 분사공정으로 증착시켰으며 치밀한 막으로 형성된 TiO2는 1～6㎛의 다양한 두께의 막으로 제조하여 XRD패턴분석과 막의 단면 및 표면 미세구조를 알아보았으며 광촉매 특성인 표면조도와 유기물 분해등 다양한 실험을 해보았다. 코팅층의 두께가 증가할수록 거칠기가 증가되며 증착된 막은 메틸렌 블루 용액 수용액을 통하여 증착된 막의 두께별의 분해거동이 달라지는 것을 확인 할수 있었다. 또 다른 실험으로 상온분사공정을 이용하여 emdded capacitor에 적합한 BZN막을 증착하였으며 1.2㎛～17.9㎛등 두께의 BZN 박막을 증착하였다. 증착된 박막은 PCB용 연성 기판위에 증착 가능이 가능했다. 또한 우수한 BZN 특성으로 유전상수는 1KHz에서 160이상 측정되었고 누설전류 밀도는 10-8 A/cm2 이하의 값을 보여 주었다.