KR101401571B1 - 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법 - Google Patents

전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101401571B1
KR101401571B1 KR1020120093800A KR20120093800A KR101401571B1 KR 101401571 B1 KR101401571 B1 KR 101401571B1 KR 1020120093800 A KR1020120093800 A KR 1020120093800A KR 20120093800 A KR20120093800 A KR 20120093800A KR 101401571 B1 KR101401571 B1 KR 101401571B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ink composition
printing
film
conductive metal
conductive
Prior art date
Application number
KR1020120093800A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140028208A (ko
Inventor
오영제
왕병용
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020120093800A priority Critical patent/KR101401571B1/ko
Priority to PCT/KR2012/007289 priority patent/WO2014034996A1/ko
Publication of KR20140028208A publication Critical patent/KR20140028208A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101401571B1 publication Critical patent/KR101401571B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/006Patterns of chemical products used for a specific purpose, e.g. pesticides, perfumes, adhesive patterns; use of microencapsulated material; Printing on smoking articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00Inking and printing with a printer's forme
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/52Electrically conductive inks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007Types of components
    • H05K2201/10083Electromechanical or electro-acoustic component, e.g. microphone
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/05Patterning and lithography; Masks; Details of resist
    • H05K2203/0502Patterning and lithography
    • H05K2203/0514Photodevelopable thick film, e.g. conductive or insulating paste

Abstract

본 발명은 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 금속 잉크 조성물은 산화안정성 및 분산성이 우수하여 미세하고 균일한 전도성 패턴 또는 막을 고밀도로 형성할 수 있음과 동시에 높은 전기전도도를 구현할 수 있다. 또한, 실온에서 용액법을 이용하여 잉크 조성물을 제조하고, 인쇄공정을 이용하여 전도성 패턴 또는 막을 형성하므로 전도성 잉크 조성물의 제조공정 효율이 및 패턴 형성공정 효율이 우수하고, 전도성 막의 대면적화와 연속공정에 의한 형성이 가능하다. 또한, 형성된 전도성 패턴 또는 막은 광소성 장치를 이용한 열처리 공정에 의해서 전기적 특성이 더욱 향상된다.

Description

전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법{Conductive metal ion ink composition, method of preparing the same and prerparing method of highly conductive metal pattern or film using the same}
본 발명은 전도성 이온 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 산화안정성과 분산성이 우수한 고전도성 이온 잉크 조성물과 그 제조방법, 이를 이용하여 기판에 고전도성 패턴 또는 막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 배선이나 전극의 형성에 있어 공정비용 및 시간이 절감되는 금속입자를 이용한 직접 인쇄 방식이 많은 주목을 받고 있다. 직접 인쇄방식은 직접적으로 배선을 이루기 때문에 환경오염 및 공정비용이 기존의 증착, 식각 방식에 비하여 현저하게 낮은 장점이 있다. 인쇄 기술을 실현하기 위해서는 금속 잉크의 역할이 매우 중요하다. 사용되는 금속 미세 분말의 특성, 입자의 크기, 금속 분말의 분산 정도 등이 추후 형성되는 배선의 특성에 큰 영향을 끼치기 때문이다. 특히, 배선은 전기전도도가 가장 중요한 특성으로서, 전기적 특성이 좋은 재료로 알려진 백금, 은, 구리, 알루미늄 등의 물질에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다.
하지만, 많은 금속들 중 알루미늄과 구리를 제외하고는 귀금속으로 사용되어 비싸다는 단점을 지니고 있으며, 현재는 주로 은 나노 입자를 이용한 연구가 진행되고 있으나, 이 역시 고비용으로 인한 산업적 활용에 많은 제약이 따르며, 또한 Ag는 원자 이동(atomic migration) 또는 이온 이동(ion migration or electrochemical migration)이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다. 그리고, 알루미늄의 경우에는 현재 가장 많이 사용되는 재료로서 많은 연구가 되어 왔으나 구리에 비하면 전기전도도가 60% 정도 밖에 되지 않는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 전자기기의 고기능화에 따라 가격이 저렴하고 고품질의 특징을 가진 구리에 대해서 많은 연구가 필요하다. 하지만, 구리는 디스플레이 등의 배선에 사용하기에는 공기 중 산화되는 문제점으로 인해 전기적 특성의 저하, 그리고 고비용의 진공장비 등을 이용한 증착 및 식각 등의 비용적인 문제와 환경적인 문제, 더욱이 높은 융점을 가지고 있어 저온 소결이 어렵다는 특성 때문에 현재는 사용이 제한되고 있다.
이러한 문제는 인쇄 방식 및 금속 분말의 입자 크기를 이용하여 해결할 수 있다. 즉, 나노 크기의 입자를 이용할 경우, 입자의 비표면적이 커 열 흡수량이 증가하여 낮은 소결 온도에서도 소결이 가능하여 온도를 높게 가할 수 없는 기판 등에도 사용이 가능하다. 이뿐만 아니라 입자 크기가 작으면 밀도 높은 박막 형성이 가능하므로 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다.
다만, 나노 크기의 구리 분말의 경우에는 상술한 바와 같이, 구리는 공기 중에서 산화가 잘된다는 특성이 있어 작은 입자 크기를 지닌다면 큰 표면적으로 인해 더욱 쉽게 산화된다는 단점이 있으며, 이로 인해 순수한 구리에 비하여 비교적 높은 전기적 저항값을 지니게 되고 구리 배선은 구리 특유의 좋은 특성을 유지하기 어렵게 된다는 문제점이 있다. 또한, 잉크 제조시 금속 입자의 크기가 나노 크기로 줄어들 경우 입자들 표면에서 일어나는 강한 응집력으로 인해 잉크의 분산성을 확보하는데 많은 문제점이 있다.
금속 분말 잉크 관련 종래 기술로는 한국 공개특허 10-2011-0064153, 한국 공개특허 10-2012-0036476, 미국 공개특허 2010/038300 등에서와 같이 질산은이나 금속염 또는 황산구리와 같은 금속 화합물을 수용액 또는 유기용매 상에서 다른 첨가제와 반응시켜 미세입자를 형성시켜 금속 분말 잉크로 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법들은 제조비용이 높고, 공정이 복잡하고 앞서 설명한 바와 같이 금속 분말을 이용함으로써 잉크내의 입자들의 분산 안정성이 떨어지거나 열처리 온도가 높아 다양한 기판에 사용하기에는 많은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산화안정성 및 분산성이 우수한 전도성 금속 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 실온에서 용액법을 이용하여 산화안정성이 우수하며, 잉크 내에 입자 및 기타 불순물들이 존재하지 않아 별도의 분산 안정성을 확보할 필요가 없는 고전도성의 금속 이온 잉크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 고전도성 금속 이온 잉크를 이용하여 기판에 인쇄 후 열처리하여 우수한 전기전도성을 갖는 금속 패턴 또는 막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
전도성 금속 전구체; 금속이온 발생제 및 용매를 포함하는 전도성 금속 이온 잉크 조성물로서,
상기 금속 전구체는 하기 [화학식 1]로 표시되는 것이고,
상기 용매는 증류수, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 톨루엔, N-메틸-2-피롤리돈 및 이들의 혼합물 중에서 선택되며,
상기 금속이온 발생제는 암모니아수(NH4OH), 포름산(HCOOH), 시트르산(C6H8O7), 말산(C4H6O6), 하이드라진(N2H4H2O), 소듐보로하이드라이드(H4BNa), 쇼듐크롤라이드(NaCl), 쇼듐하이드록사이드(NaOH), 소듐포스피네이트모노하이드레이트(SPM), 암모늄크롤라이드(NH4OH), 포타슘브로마이드(KBr), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTBA) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 금속 이온 잉크 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
M(X)n
상기 [화학식 1]에서,
상기 M은 Ag, Au, Cu, Zn, Ni, Co, Pd, Pt, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi, Sm, Eu 및 Ac 중에서 선택되는 금속이고,
상기 X는 아세테이트, 나이트레이트, 나이트라이트, 클로라이드, 설페이트, 하이드록사이드 및 이들의 조합 중에서 선택되며,
상기 n은 상기 M의 원자가에 따라서 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전도성 금속 이온 잉크 조성물은 상기 금속 전구체로부터 유도된 금속 이온을 전도성 금속 이온 잉크 조성물 100 중량부 기준 15-25 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
(a) 금속 전구체 및 암모니아수를 증류수에 분산시킨 후, 교반하여 제1 혼합용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 혼합용액에 포름산 및 시트르산을 더 첨가한 후, 교반시켜 제2 혼합용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 제2 혼합용액에 2-메톡시에톡시에탄올를 혼합하는 단계;를 포함하는 전도성 금속 이온 잉크 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
상기 전도성 금속 이온 잉크 조성물을 기판에 코팅하여 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계; 및
(b) 상기 전도성 막을 광소결하는 단계;를 포함하는 전도성 패턴 또는 막의 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계는 광소성 장치(Intense Pulsed Light, IPL)를 이용하여 광소결할 수 있고,
상기 광소성 장치는 백색광 단펄스를 이용하는 것으로서, 상기 백색광 단펄스는 1-10 ms의 펄스 지속 시간, 1-50 ms의 펄스 휴지 시간, 1-100 개의 펄스 수 및 1-80 J/㎠의 펄스 에너지를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속 잉크 조성물은 산화안정성 및 분산성이 우수하여 미세하고 균일한 전도성 패턴 또는 막을 고밀도로 형성할 수 있음과 동시에 높은 전기전도도를 구현할 수 있다. 또한, 실온에서 용액법을 이용하여 잉크 조성물을 제조하고, 인쇄공정을 이용하여 전도성 패턴 또는 막을 형성하므로 전도성 잉크 조성물의 제조공정 효율이 및 패턴 형성공정 효율이 우수하고, 전도성 막의 대면적화와 연속공정에 의한 형성이 가능하다. 또한, 형성된 전도성 패턴 또는 막은 광소성 장치를 이용한 열처리 공정에 의해서 전기적 특성이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에 의해서 제조된 구리 전도성 막의 이미지로서, 도 1a는 롤러 볼펜으로 코팅 후 열처리 전의 이미지이고, 도 1b는 롤러 볼펜으로 코팅 후 열처리 한 경우의 이미지이며, 도 1c는 스핀 코팅후 본 발명에 따라 광소성장치(IPL)를 이용하여 열처리한 경우의 이미지이고, 도 1d는 잉크젯 프린팅하여 제조된 구리 전도 패턴 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에 의해서 제조된 구리 전도성 막의 XRD 그래프이다.
도 3은 비교예 1에 의해서 제조된 구리 전도성 막의 XRD 그래프이다.
도 4는 비교예 2에 의해서 제조된 구리 전도성 막의 XRD 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면은 기판에 인쇄 기술을 이용하여 배선을 형성할 수 있는 전도성 잉크 조성물에 관한 것으로서, 전도성 금속 전구체, 금속이온 발생제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 전구체는 하기 [화학식 1]로 표시되는 것으로서 Ag, Au, Cu, Zn, Ni, Co, Pd, Pt, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi, Sm, Eu, Ac 등의 금속염일 수 있다.
[화학식 1]
M(X)n
상기 [화학식 1]에서,
상기 M은 Ag, Au, Cu, Zn, Ni, Co, Pd, Pt, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi, Sm, Eu 및 Ac 중에서 선택되는 금속이고,
상기 X는 아세테이트, 나이트레이트, 나이트라이트, 클로라이드, 설페이트, 하이드록사이드 및 이들의 조합 중에서 선택되며,
상기 n은 상기 M의 원자가에 따라서 결정된다.
상기 금속 전구체를 용해시킬 용매로 증류수, 아세톤, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 톨루엔, N-메틸-2-피롤리돈 또는 이들의 혼합물을 사용한다
또한, 상기 금속이온 발생제로는 암모니아수(NH4OH), 포름산(HCOOH), 시트르산(C6H8O7), 말산(C4H6O6), 하이드라진(N2H4H2O), 소듐보로하이드라이드(H4BNa), 쇼듐크롤라이드(NaCl), 쇼듐하이드록사이드(NaOH), 소듐포스피네이트모노하이드레이트(SPM), 암모늄크롤라이드(NH4OH), 포타슘브로마이드(KBr), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTBA) 또는 이들의 혼합물을 사용한다.
본 발명의 다른 측면은 전도성 금속 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(a) 금속 전구체 및 암모니아수를 증류수에 분산시킨 후, 교반하여 제1 혼합용액을 제조하는 단계,
(b) 상기 제1 혼합용액에 포름산과 시트르산을 더 첨가한 후, 교반시켜 제2 혼합용액을 제조하는 단계,
(c) 상기 제2 혼합용액에 2-메톡시에톡시에탄올을 혼합하는 단계.
즉, 본 발명에 따른 전도성 금속 잉크 조성물은 먼저, 금속 전구체와 암모니아수를 증류수에 분산시켜 교반하여 제1 혼합용액을 제조하면서 금속이온의 발생을 확인한 후, 포름산과 시트르산을 더 추가하여 금속이온을 완전히 발생시키고, 여기에 혼합용액 내에 발생된 금속이온의 농도가 15-25 %가 되도록 2-메톡시에톡시에탄올를 추가한다.
전도성 금속 이온 잉크는 인쇄 공정에 의해서 기판에 충분히 코팅 및 패터닝이 가능한 점도와 표면장력과 용매 증발에 따른 커플링 현상이 없어야 하므로 이를 위하여 제1 혼합용액에 2-메톡시에톡시에탄올을 추가 첨가하여 최종 금속 이온 잉크 조성물을 제조한다.
이 때, 암모니아수는 증류수 100 중량부 기준 70-80 중량부이고, 포름산과 시트르산의 혼합 중량은 증류수 100 중량부 기준 60-65 중량부일 때, 금속이온이 완전히 이온화가 일어나서 잉크 내에서 안정하게 분산되고, 더 이상 혼합용액 내에서 금속 전구체가 석출되지 않아 순수한 금속 이온만이 포함된 금속 잉크 조성물의 제조가 가능하다.
또한, 상기 제조방법에서 용매에 균일한 분산을 위하여 초음파 분산을 실시하고, 파워가 300-500 W인 초음파 분산기에서 1-10분 동안 분산시킨다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 금속 잉크 조성물을 이용하여 기판에 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(a) 금속 잉크 조성물을 기판에 코팅하여 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계,
(b) 상기 전도성 막을 광소결하는 단계.
상기 기판은 인쇄공정을 통하여 용이하게 박막이나 패턴 형성이 가능하도록 금속 이온 잉크에 대해서 우수한 반응성을 갖는 기판으로서, 금속, 유리, 실리콘, 세라믹, 플라스틱, 종이, 섬유 등 다양한 재질로 이루어진 것을 사용한다.
또한, 상기 전도성 잉크 조성물의 코팅은 스핀코팅, 롤투롤 코팅, 잉크젯 프린팅 및 스프레이 코팅 중에서 선택되는 방법으로 이루어지거나, 스크린 프린팅, 플렉소 프린팅 그라비아 프린팅, 옵셋 프린팅 그라비아 옵셋 프린팅, 리버스 그라비아 옵셋 프린팅, 슬롯다이 프린팅, 롤러볼펜 프린팅 및 임프린트 중에서 선택되는 방법에 의해서 이루어질 수 있다.
상기 (a) 단계에 의해서 코팅된 전도성 매턴 또는 막은 건조과정을 거치며, 건조 후에는 열 또는 광을 이용하여 패턴의 전도도, 기판과의 접착력 등의 박막 특성을 향상시키는 과정을 거치는 데, 본 발명에서는 상기 (b) 단계에서와 같이, 광소성 장치(Intense Pulsed Light, IPL)를 이용하여 광소결하는 것을 특징으로 하고, 열에 의한 후처리 대신 광소결로 후처리함에 따라서 본 발명에 따른 전도성 패턴 또는 막의 전기적 특성이 현저히 우수해진다. 또한, 광소결을 이용하므로 기판에 영향을 미치지 않고 소결 시간을 최대 수 ms 정도의 단시간으로 줄일 수 있어서 전도성 막의 특성은 열에 의한 소결보다 더욱 우수해진다.
상기 광소성 장치는 백색광 단펄스를 이용하고, 상기 백색광 단펄스는 1-10 ms의 펄스 지속 시간, 1-50 ms의 펄스 휴지 시간, 1-100 개의 펄스 수 및 1-80 J/㎠의 펄스 에너지를 갖는 것을 특징으로 한다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
실시예 1.
(1) 실온에서 DI water 40 mL를 넣고 수산화구리(Copper(Ⅱ) hydroxide)를 20 g, 암모니아수(NH4OH) 30 g을 첨가한 후 30 분간 교반시켰다. 암모니아수가 첨가되기 전에는 구리 이온이 발생되지 않으나 암모니아수가 첨가됨에 따라 천천히 구리 이온의 색인 푸른색을 띄었다.
상기 용액에 포름산 20 g, 구연산 5 g을 천천히 첨가하여 30 분간 교반 후에는 구리 이온이 완전히 용해되어 진한 푸른색을 띄었다. 이와 같이 제조된 구리이온에 2-메톡시에톡시에탄올 5 g을 첨가하여, 약 20% 농도의 구리이온 잉크 조성물을 제조하였다.
(2) 이후 볼펜(rollerball pen)에 잉크를 주입하여 글을 쓰는 방법, 스핀코팅을 이용해 구리 전도성 막을 형성하는 방법, 또는 잉크젯 프린팅을 이용하여 패턴을 형성하였고, 이후 IPL 펄스광을 이용하여 전도성 막을 소결하였다. 이때 펄스의 펄스 지속 시간은 2 ms이며, 펄스 휴지 시간은 30 ms이며, 펄스 수는 70개이고, 펄스 에너지는 39.5 J/㎠이고, 전압은 310 V이었다.
하기 도 1은 실시예 1의 방법에 의해서 볼펜으로 문자화한 구리 전도성 막의 IPL 처리 전(a), 후(b)의 사진이며, 이의 XRD를 분석한 결과, 하기 도 2에 나타난 바와 같이 순수한 구리 전도막으로만 존재하는 것을 확인할 수 있다. 또한, (c)는 스핀 코팅한 구리 전도막 사진이며, (d)는 잉크젯 프린팅하여 제조된 구리 전도 패턴 사진이다.
비교예 1.
실온에서 DI water 40 mL를 넣고 수산화구리(Copper(Ⅱ) hydroxide)를 20 g, 암모니아수(NH4OH) 5 g을 첨가 후 30 분간 교반시켰다. 상기 암모니아수 용액의 함량을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 이온 잉크를 제조하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 전도성 막을 형성하였다.
비교예 1에 따르면 완전한 이온화가 일어나지 않아 수산화구리가 석출되는 것을 확인할 수 있다.
하기 도 3은 비교예 1의 방법에 의해 제조 된 구리 전도성 막의 XRD 그래프로 구리 패턴에 일부 산화된 Cu2O 피크가 나타난다.
비교예 2.
실온에서 DI water 40 mL를 넣고 수산화구리(Copper(Ⅱ) hydroxide)를 20 g, 암모니아수(NH4OH) 30 g을 첨가 후 30 분간 교반시켰다. 상기 용액에 포름산 10 g, 시트르산 1 g을 천천히 첨가하였다. 상기 포름산 및 구연산 용액의 함량을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 이온 잉크를 제조하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 전도성 막을 형성하였다.
비교예 2 역시 상기 비교예 1과 같이 완전한 이온화가 일어나지 않아 수산화구리가 석출되는 것을 확인할 수 있다.
하기 도 4는 비교예 2의 방법에 의해 제조된 구리 전도성 막의 XRD 그래프로 역시 소량의 Cu2O 피크가 나타난다.
비교예 3.
상기 실시예 1에서, IPL을 이용한 광소결 대신 기존의 열처리 방법을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 전도막을 형성하였다. 상기 열처리 방법은 핫플레이트 및 열처리 오븐을 이용하여 100 ℃ 이상의 온도에서 20 분간 열처리하는 방법을 이용했다.
하기 [표 1]은 상기 실시예 1 내지 실시예 4에 의해서 제조된 구리 전도성 막의 전기적인 특성(저항)을 비교하여 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
3.07O Ω 187.25O Ω 324.02O Ω 100 ℃ 150 ℃ 200 ℃
핫 플레이트 오븐 핫 플레이트 오븐 핫 플레이트 오븐
X X X X 2.7 ㏁ X
상기 [표 1]에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1에 따른 구리 이온잉크의 특성이 비교예 2 내지 4보다 월등히 우수하다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 높은 전도성의 금속 이온 잉크와 이를 이용한 고전도성 막을 상온에서 간편히 제조할 수 있어서 가공성이 우수하다. 또한, 금속 분말 입자가 존재하지 않기 때문에 잉크 내의 분산성을 고려하지 않아도 됨으로써 잉크의 보존 안정성을 크게 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 금속 이온 잉크를 이용하고, 인쇄 방식을 적용할 경우 대면적화가 용이하며, 연속공정에 의한 제조가 용이하여 배선 형성에 폭넓게 활용할 수 있다. 무선전자태그(RFID), 초소형전자기계 기술(MEMS), 디스플레이, 박막트렌지스트, PCB 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. (a) 금속 전구체 및 암모니아수를 증류수에 분산시킨 후, 교반하여 제1 혼합용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 제1 혼합용액에 포름산 및 시트르산을 더 첨가한 후, 교반시켜 제2 혼합용액을 제조하는 단계;
    (c) 상기 제2 혼합용액에 2-메톡시에톡시에탄올을 혼합하여 전도성 금속 이온 잉크 조성물을 제조하는 단계;
    (d) 상기 전도성 금속 이온 잉크 조성물을 기판에 코팅하여 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 전도성 패턴 또는 막을 광소결하는 단계;를 포함하고,
    상기 금속 전구체는 하기 [화학식 1]로 표시되는 것을 특징으로 하며,
    상기 암모니아수의 중량은 상기 증류수 100 중량부 기준 70-80 중량부이고, 상기 포름산 및 시트르산의 혼합 중량은 상기 증류수 100 중량부 기준 60-65 중량부이며,
    상기 (e) 단계는 백색광 단펄스를 이용하는 광소성 장치(Intense Pulsed Light, IPL)를 이용하여 광소결하고,
    상기 백색광 단펄스는 1-10 ms의 펄스 지속 시간, 1-50 ms의 펄스 휴지 시간, 1-100 개의 펄스 수 및 1-80 J/㎠의 펄스 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 형성방법:
    [화학식 1]
    M(X)n
    상기 [화학식 1]에서,
    상기 M은 Ag, Au, Cu, Zn, Ni, Co, Pd, Pt, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi, Sm, Eu 및 Ac 중에서 선택되는 금속이고,
    상기 X는 아세테이트, 나이트레이트, 나이트라이트, 클로라이드, 설페이트, 하이드록사이드 및 이들의 조합 중에서 선택되며,
    상기 n은 상기 M의 원자가에 따라서 결정된다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도성 금속 이온 잉크 조성물은 상기 금속 전구체로부터 유도된 금속 이온을 전도성 금속 이온 잉크 조성물 100 중량부 기준 15-25 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 형성방법.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 코팅은 스핀코팅, 롤투롤 코팅 및 스프레이 코팅 중에서 선택되는 방법;으로 이루어지거나,
    잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 플렉소 프린팅 그라비아 프린팅, 옵셋 프린팅 그라비아 옵셋 프린팅, 리버스 그라비아 옵셋 프린팅, 슬롯다이 프린팅, 롤러볼펜 프린팅 및 임프린트 중에서 선택되는 방법;에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 형성방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020120093800A 2012-08-27 2012-08-27 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법 KR101401571B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120093800A KR101401571B1 (ko) 2012-08-27 2012-08-27 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법
PCT/KR2012/007289 WO2014034996A1 (ko) 2012-08-27 2012-09-11 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120093800A KR101401571B1 (ko) 2012-08-27 2012-08-27 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140028208A KR20140028208A (ko) 2014-03-10
KR101401571B1 true KR101401571B1 (ko) 2014-06-05

Family

ID=50183786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120093800A KR101401571B1 (ko) 2012-08-27 2012-08-27 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101401571B1 (ko)
WO (1) WO2014034996A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101637884B1 (ko) * 2014-06-10 2016-07-08 한국과학기술연구원 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법
KR101785350B1 (ko) * 2014-07-18 2017-10-17 한국화학연구원 광소결을 이용한 전도성 금속박막의 제조방법
US10563080B2 (en) * 2014-08-29 2020-02-18 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Core-shell nanostructures and related inks, films and methods
KR101672734B1 (ko) * 2015-01-30 2016-11-08 한국기계연구원 롤투롤 ir-ipl 열처리 장치를 구비하는 인쇄 장치 및 방법
CN105567012B (zh) * 2016-03-14 2018-06-29 龙利得包装印刷(上海)有限公司 一种稳定光固化导电油墨的制备方法
TW201920515A (zh) * 2017-08-01 2019-06-01 加拿大國家研究委員會 銅墨水

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100080120A (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 한국생산기술연구원 인쇄회로 소결방법
KR20100088483A (ko) * 2009-01-30 2010-08-09 삼성전자주식회사 전도성 금속이온 잉크 조성물 및 이의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080073420A (ko) * 2007-02-06 2008-08-11 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101156945B1 (ko) * 2010-09-16 2012-06-20 주식회사 상보 터치패널용 투명도전막 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100080120A (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 한국생산기술연구원 인쇄회로 소결방법
KR20100088483A (ko) * 2009-01-30 2010-08-09 삼성전자주식회사 전도성 금속이온 잉크 조성물 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140028208A (ko) 2014-03-10
WO2014034996A1 (ko) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101401571B1 (ko) 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법
Choi et al. Metal− organic decomposition ink for printed electronics
US9833836B2 (en) Core-shell metallic nanoparticles, methods of production thereof, and ink compositions containing same
CN104710878A (zh) 金属纳米颗粒合成与导电墨水配方
WO2015163258A1 (ja) 強磁性金属ナノワイヤー分散液およびその製造方法
JP2009527076A (ja) 導電線パターン形成のための銀オルガノゾルインク
JP2009515023A (ja) 金属インク、並びにそれを用いた電極形成方法及び基板
JP7398718B2 (ja) 銅酸化物粒子組成物、導電性ペースト及び導電性インク
JP5306966B2 (ja) 銅微粒子分散水溶液の製造方法、及び銅微粒子分散水溶液の保管方法
EP2045028A1 (en) Metal nanoparticles, method for producing the same, aqueous dispersion, method for manufacturing printed wiring or electrode, and printed wiring board or device
TW201341087A (zh) 銀微粒子及其製造法與含有該銀微粒子之導電性糊劑、導電性膜及電子裝置
KR20150134728A (ko) 전도성 조성물
KR20090025894A (ko) 우수한 전도성과 유리 및 세라믹 기판과의 접착력 향상을위한 금속 나노입자와 나노 글래스 프릿을 포함하는 전도성잉크 조성물
JP5773148B2 (ja) 銀微粒子並びに該銀微粒子を含有する導電性ペースト、導電性膜及び電子デバイス
CN112111197A (zh) 一种包含铜颗粒和有机铜盐复合导电墨水的制备方法
KR100911439B1 (ko) 나노 은 콜로이드를 이용한 잉크젯용 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 디스플레이용 전극 형성방법
KR101679144B1 (ko) 탄소나노구조체를 포함하는 광소결에 의한 전도성 구리 패턴 형성용 조성물, 광소결에 의한 전도성 구리 패턴의 제조방법 및 이로부터 제조된 전도성 구리 패턴을 포함하는 전자소자
CN108084794B (zh) 超支化聚合物稳定的纳米银喷印导电墨水的制备方法及应用
CN103194117B (zh) 一种免烧结超细银纳米油墨的制备方法及其应用
JP5809918B2 (ja) 金属微粒子分散溶液
JP6598934B2 (ja) 光焼結型組成物及びそれを用いた導電膜の形成方法
KR101583304B1 (ko) 전도성 금속이온 잉크 조성물 및 이의 제조방법
WO2013018645A1 (ja) 銀微粒子並びに該銀微粒子を含有する導電性ペースト、導電性膜及び電子デバイス
KR20100116018A (ko) 구리 나노입자의 제조 방법
KR20170019157A (ko) 저온 소성용 구리 나노잉크 제조를 위한 구리 나노 입자 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170817

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190520

Year of fee payment: 6