전기수력학적 분사 인쇄법에 의한 직접패턴제작과 잉크의 전도도의 효과에 대한 연구

Abstract

유체로부터 원하는 위치에 원하는 속도로 원하는 만큼의 액적을 토출하여 분사시키는 기술은 직접 패터닝 분야에서 주요한 연구 주제이다. 특히 비 접촉식 방식으로 선택적 패터닝을 할 수 있는 잉크젯 인쇄법은 기존의 마스크를 반복 사용해야 하는 광학 리소그래피에 비하여 공정이 단순하고, 공해물질을 적게 배출하여 환경 친화적이며, 비용이 적게 든다는 장점이 있다. 전기수력학적 분사 인쇄법은 전기장을 사용하여 노즐에서 잉크를 토출시키는 기술이다. 전기수력학적 방식에 의한 직접 인쇄 기술은 기존의 잉크 분사 인쇄 기술에 비해 다양한 성질을 가지는 잉크의 사용이 가능하고, 노즐의 내부 직경보다 작은 액적을 토출 할 수 있는 장점을 가지고 있어 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 드롭 온 디멘드 직접 인쇄법을 구현하기 위한 조건은 크게 잉크의 물성과 인쇄장비에 의한 구동인자로 나눌 수 있다. 드롭 온 디멘드 패터닝을 구현하기 위해서는 펄스를 가지는 콘젯 방식이 가장 적합한데, 이 현상을 보일 때 잉크는 일정한 주기를 가지고 미세한 액적의 형태로 노즐로부터 토출되며, 구동인자에 의해 토출되는 주기와 액적의 부피를 조절 할 수 있다. 본 연구에서는 에틸렌 글라이콜과 폴리 에틸렌 글라이콜의 농도 별 수용액을 제작하여 용액의 점도를 변화시키고, 각각의 수용액에 염화나트륨을 사용하여 전도도의 변화를 주어 다양한 물성을 지니는 용액을 제작하였다. 그리고 각각의 용액이 나타내는 토출 현상에 대한 연구를 진행하여, 잉크가 펄스를 가지는 콘젯 방식으로 토출되는 구간을 정리하였다. 또한 카본블랙 잉크 및 은나노 잉크를 사용하여 노즐에 부가되는 전압, 노즐과 기판과의 거리, 기판이 움직이는 속도, 전압의 파장이 가지는 주기, 전압의 파장이 가지는 주기 중 실제 전압이 부가되는 시간과 같은 구동인자들이 패턴에 미치는 영향과, 드롭 온 디멘드 직접 인쇄법의 구현에 어떻게 적용되는지를 연구하였다.|Electrohydrodynamic (EHD) jet printing is a technique using electric fields to eject inks through nozzle apertures. EHD jet printing is very attractive due to its non-contacting nature and compatibility with diverse materials and substrates. In this research, we have demonstrated the drop-on-demand feature of the EHD jet printing system with various widths and dot arrays with desired diameters and spacing by controlling the operating conditions. We have fabricated micron-sized dot arrays and line patterns with carbon black ink on Si wafer substrates using EHD jet printing. The effect of operating conditions such as applied voltage, working distance and stage speed on the size and shape of the jetted patterns and jetting cycles is investigated by using optical microscope, high speed camera and atomic force microscopy (AFM). We have also fabricated aqueous solutions having various conductivity and viscosity for investigating relationship between jetting mode and properties of ink.; Electrohydrodynamic (EHD) jet printing is a technique using electric fields to eject inks through nozzle apertures. EHD jet printing is very attractive due to its non-contacting nature and compatibility with diverse materials and substrates. In this research, we have demonstrated the drop-on-demand feature of the EHD jet printing system with various widths and dot arrays with desired diameters and spacing by controlling the operating conditions. We have fabricated micron-sized dot arrays and line patterns with carbon black ink on Si wafer substrates using EHD jet printing. The effect of operating conditions such as applied voltage, working distance and stage speed on the size and shape of the jetted patterns and jetting cycles is investigated by using optical microscope, high speed camera and atomic force microscopy (AFM). We have also fabricated aqueous solutions having various conductivity and viscosity for investigating relationship between jetting mode and properties of ink.