인쇄 전자기술용 전도성 나노 잉크 합성 및 저온 소결에 관한 연구

Abstract

In recent years, printed electronics using direct printing technology has attracted much attention because they have significant advantages compared with a conventional photolithographic technique, for example, shortening of production time, low-cost, and reduction of production waste. It has been demonstrated that flexible printed circuit boards, RF-IDs, bio-sensors and flexible display panels were fabricated by this direct printing technology. As metal patterning materials in direct printing process, silver and copper nanoparticles have been intensively studied in various applications, such as bus/address electrode patterns for display panel, thin film transistor (TFT). In this study, silver and copper nano particles were prepared by thermal decomposition and electrolysis metod. In case of thermal decomposition, silver nano particles with a diameter of 4 ~ 10 nm could be obtained by change of dispersion agent. In electrolysis method, 20~ 50 nm silver nanoparticles, 15~25 nm Cu nanoparticles and 150~250 nm Cu2O nanoparticles were synthesized by controlling of reaction conditions (temperature, additive, etc.). The nanoparticles are re-dispersed in tetradecane and TGME. Using synthesized the silver and copper nano-ink, line patterns on polyimide substrates were drawn by ink-jet printing and then sintered from 100 ℃ to 290℃ for 1hr. When sinterd at 100℃, the resistivity, which is lower than 25μΩ-㎝.|최근 전자산업의 기술발전 추세는 디스플레이, PCB를 중심으로 연성화, 대면적화, 저가화에 대한 요구가 강하게 나타나고 있다. 이와 같은 경향에 부합하고 기존의 포토 리소그래피 공정에서 보여지는 고비용, 저 효율등의 문제를 해결 하기 위해, 전도성 잉크를 이용한 잉크젯 프린팅 기술 등이 차세대 기술로 인식되고 그에 대한 기술 개발이 활발히 추진되고 있다. 잉크젯 프린팅 기술은 전자산업에서 재료의 소비를 줄이고 식각, 세척과 같은 공정이 없어 미래의 친환경적인 생산기술로서도 각광을 받고 있다. 이에 따라 FPCB, RF-ID, Flexible Display Pannel 등과 같은 제품을 프린팅 기술을 이용하여 생산하기 위한 노력이 진행되고 있다. 프린팅에 이용 되는 금속 소재로서는 은 및 구리 나노 입자가 그 적용범위로 가장 많은 관심을 갖고 있으며 PDP의 버스/어드레스 전극패턴, TFT등의 제조 시에 적용된다. 따라서 본 연구에서는 은 및 구리 나노 입자를 합성하는 방법 중 먼저 Fatty Acid를 이용하여 Silver Alkanoate 복합체를 제조한 후 이 중간체를 Thermal Decomposition Method를 이용 4, 6, 8, 10, 30 nm 의 크기를 갖는 은 나노 입자를 합성하였고 합성된 나노 입자를 재분산 시켜 고농도의 전도성 은나노 잉크를 제조하였다. 또한 위의 화학적 방법의 공정상의 복잡함과 대량 생산에 어려움을 개선하기 위하여 전기 분해법을 이용하여 나노 입자 제조 연구를 실시하였다. 전기 분해법은 순수한 물에 소량의 첨가제만으로 균일하고 안정한 나노 입자를 제공할 수 있어 제조 속도가 빠르고 단가가 낮으며 대량 생산해 낼 수 있는 장점이 있었다. 또한 공정조건 변화를 통하여 입자의 크기 및 산화 제어가 가능 하였으며 이를 통하여 50 nm 이하의 은 및 구리 입자를 제조하였다. 이후 제조된 잉크의 정밀한 패턴 형성이 가능하도록 기판을 플라즈마 장비를 이용하여 표면처리(hydro-phobic treatment)하였으며 젯팅 장비를 이용하여 패터닝을 실시하였다. 차후 전자기 시장의 저가화, 대면적화, 플렉시블 기판소재 사용 등에 대응하며 특히 PCB, Solar cell 등에의 다이렉트 프린팅 활용 시 기판의 특성에 영향을 주지 않기 위해서는 낮은 온도에서의 소결 공정이 요구된다. 이를 위해 소결 공정 조건 변화 연구를 통하여 낮은 온도인100℃ 온도에서1시간 동안 소결하여 21 μΩ-㎝ 의 비저항을 얻을 수 있었으며 또한 프린팅된 패턴의 화학적 처리를 통하여 상온에서 소결 가능한 공정을 개발하였다.; In recent years, printed electronics using direct printing technology has attracted much attention because they have significant advantages compared with a conventional photolithographic technique, for example, shortening of production time, low-cost, and reduction of production waste. It has been demonstrated that flexible printed circuit boards, RF-IDs, bio-sensors and flexible display panels were fabricated by this direct printing technology. As metal patterning materials in direct printing process, silver and copper nanoparticles have been intensively studied in various applications, such as bus/address electrode patterns for display panel, thin film transistor (TFT). In this study, silver and copper nano particles were prepared by thermal decomposition and electrolysis metod. In case of thermal decomposition, silver nano particles with a diameter of 4 ~ 10 nm could be obtained by change of dispersion agent. In electrolysis method, 20~ 50 nm silver nanoparticles, 15~25 nm Cu nanoparticles and 150~250 nm Cu2O nanoparticles were synthesized by controlling of reaction conditions (temperature, additive, etc.). The nanoparticles are re-dispersed in tetradecane and TGME. Using synthesized the silver and copper nano-ink, line patterns on polyimide substrates were drawn by ink-jet printing and then sintered from 100 ℃ to 290℃ for 1hr. When sinterd at 100℃, the resistivity, which is lower than 25μΩ-㎝.