KR101734765B1 - 광소결을 이용한 디지타이저 연성인쇄회로기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지타이저 연성인쇄회로기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 도전성 복합잉크를 사용하며, 인쇄 공정에 의해 생산이 가능하여 공정의 단순화 및 작업 편의성이 향상됨으로써, 공정 비용을 절감할 수 있으며, 종래 포토리소그래피 공정보다 친환경적이다.
또한, 본 발명은 전도성 복합잉크의 표면장력과 점성을 용매 및 바인더를 사용하여 효과적으로 제어할 수 있기 때문에, 다양한 인쇄 공정을 수행할 수 있으며, 특히, 그라뷰어링(Gravuring), 플렉소그라피(Flexography) 등과 같은 프린팅의 경우, 고속 롤투롤(R2R) 공정을 적용할 수 있어, 대면적의 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

Description

광소결을 이용한 디지타이저 연성인쇄회로기판 및 이의 제조방법{digitizer flexible printed circuits board using light sintering and method for manufacturing thereof}
본 발명은 광소결을 이용한 디지타이저 연성인쇄회로기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전자공학기술과 정보기술이 발전함에 따라 휴대용 전자기기의 이용이 꾸준히 증가하고 있다. 이에, 직관적 입력이 가능하고, 높은 내구성과, 멀티 터치 및 박형화가 용이한 터치스크린 패널이 입력 장치로서 널리 각광받고 있다. 터치스크린 패널은 디스플레이 장치에 설치되어 사용자가 접촉하는 화면상의 위치를 감지하고 입력된 정보를 바탕으로 한 디스플레이의 화면 제어를 포함한 전자기기의 제어를 수행하기 위한 장치로서 많은 전자기기와의 연동성이 용이하다는 장점이 있다.
터치스크린 패널은 정전용량 방식에 의한 것과 전자기 유도방식이 있다. 정전용량 방식은 교류전압을 인가한 상태에서 커패시턴스 커플링(Capacitance Coupling)을 이용하여 감지하는 방식으로써 내구성이 높고 멀티 터치가 가능할 뿐만 아니라, 간단하게 별다른 도구없이 손가락 끝으로 동작이 가능하다는 장점이 있으나, 세밀한 터치를 감지하는데 무리가 있고, 멀티터치는 가능하나 정확한 지점을 선택할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 전자기 유도방식은 터치센서와 전용펜(전자펜)에서 발생하는 전자기를 감지하는 방식으로서, 전용펜의 필압의 세기를 인식할 수 있고, 마우스처럼 오른쪽, 왼쪽 클릭 등의 작업이 가능하다는 장점이 있다. 이는 멀티터치 기능은 불가능하지만 붓 그림처럼 필압을 감안한 미세한 조작이 가능하기 때문에, 이러한 전자기 유도방식의 디지타이저가 선호되고 있다.
디지타이저 방식의 터치스크린 패널은 특수하게 제작된 패널 상에 위치하는 전용펜과 같은 포인팅 디바이스(Pointing Device)의 위치를 디지털적으로 검출하고 좌표화하여 출력하는 장치로, 종래 사용되어 오던 마우스, 키보드보다 편리하고 정밀하게 입력할 수 있다.
이러한, 전자기 유도방식의 디지타이저는 디지타이저 기판에 다수개의 코일을 장착하고, 펜의 접근에 의해 발생하는 전자기적 변화를 감지하여 펜의 위치를 파악하기 때문에 저항막 방식 등과 달리 디스플레이 모듈 전면 뿐만 아니라, 배면에도 배치될 수 있다.
상기 디지타이저를 구성하는 연성인쇄회로기판(Flexible printed circuits board; FPCB)은 일반적으로 포토리소그래피 공정으로 제조된다.
포토리소그래피 공정은 열 두 단계이상으로 이루어져 있어 공정이 복잡하고, 단가가 높으며, 장시간 수행되며, 공정 중 다수의 유독성 화학물질들이 사용되기 때문에 환경오염을 유발할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 사진전용인화지(photopaper)와 같은 플렉서블 폴리머 기판은 포토리소그래피 공정에서 사용되는 에칭용액을 견딜 수 없고, 비활성 기체의 상태를 유지하기 위하여 고가의 챔버가 요구된다는 문제점이 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1. 한국공개특허공보 특1997-0028972호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전도성 복합잉크를 직접인쇄방법;과 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상으로 광소결;하여 플렉서블 기판상에 패턴이 형성된 디지타이저 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 기판; 상기 기판의 상면 또는 배면에 형성된 전극 형태의 패턴;을 포함하고, 상기 패턴은 제1 금속입자 단독 또는 제1 금속입자;와 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속입자;를 포함하는 전도성 복합잉크를 상기 기판 상에 인쇄하고, 이를 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상으로 광소결하여 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제공한다.
상기 기판은 사진전용인화지(Photo Paper), 종이, 유리, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴 수지, 내열성 에폭시, BT 에폭시/유리 섬유, 초산비닐수지(PVAC), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 인쇄는 직접 인쇄방식으로, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 미세 접촉 프린팅 (micro-contact printing), 임프린팅 (imprinting), 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 제1 금속입자 및 제2 금속입자는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 코발트(Co), 철(Fe), 카드늄(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 전구체는 Cu(NO3)2·3H2O일 수 있다.
상기 패턴은 메쉬패턴일 수 있다.
상기 제1 금속입자의 직경은 20-50 ㎚이고, 상기 금속 마이크로입자의 직경은 1-10 ㎛이며, 상기 금속 나노와이어의 직경은 10-500 ㎚, 길이는 1-100 ㎛일 수 있다.
상기 전도성 복합잉크는 바인더 및 용매를 더 포함하고, 상기 바인더는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 아조비스, 도데실벤젠황산나트륨 및 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 금속입자는 전기선 폭발법, 플라즈마 가열법, 전기분해법 및 화학적 합성법 중에서 선택되는 1종으로 제조될 수 있다.
상기 디지타이저 연성인쇄회로기판의 면저항은 0.01-0.5 Ohm/sq일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여,
Ⅰ) 기판을 준비하는 단계;
Ⅱ) 상기 기판의 상면 또는 배면에 전도성 복합잉크로 프린팅하여 패턴을 형성하는 단계;
Ⅲ) 상기 패턴을 적외선, 핫플레이트 및 오븐 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 건조하는 단계;
Ⅳ) 상기 건조된 패턴을 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 광소결하는 단계;를 포함하는 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 사진전용인화지(Photo Paper), 종이, 유리, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴 수지, 내열성 에폭시, BT 에폭시/유리 섬유, 초산비닐수지(PVAC), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 Ⅱ) 단계에서 전도성 복합잉크는 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀 중에서 선택되는 1종 이상으로 분산하는 단계; 및 탈포하는 단계;를 통해 제조된 것일 수 있다.
상기 전도성 복합잉크는 제1 금속입자 단독 또는 제1 금속입자;와 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속입자;를 포함할 수 있다.
상기 제1 금속입자 및 제2 금속입자는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 코발트(Co), 철(Fe), 카드늄(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 제1 금속입자의 직경은 20-50 ㎚이고, 상기 금속 마이크로입자의 직경은 1-10 ㎛이고, 상기 금속 나노와이어의 직경은 10-200 ㎚, 길이는 1-10 ㎛일 수 있다.
상기 제2 금속입자가 금속 전구체이면, 상기 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 0.1 내지 0.5의 비율로 혼합될 수 있고,
상기 제2 금속입자가 금속 마이크로 입자이면, 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 0.01 내지 0.1의 비율로 혼합될 수 있으며,
상기 제2 금속입자가 금속 나노와이어이면, 상기 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 1 내지 3의 비율로 혼합될 수 있다.
상기 Ⅳ) 단계에서 광소결은 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 광원을 동시에 조사하거나, 단계별로 조사할 수 있다.
상기 광소결 조건이 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 20일 때, 상기 펄스 폭이 5-20 ms이고, 강도가 5-15 J/㎠일 수 있다.
상기 원자외선의 세기는 10-50 ㎽/㎠일 수 있고, 상기 근적외선의 세기는 10-100 ㎽/㎠일 수 있다.
상기 Ⅲ) 단계는 예열 또는 용매 건조를 위한 예비 광조사 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 디지타이저 연성인쇄회로기판(FPCB)은 도전성 복합잉크를 사용하며, 인쇄 공정에 의해 생산이 가능하여 공정의 단순화 및 작업 편의성이 향상됨으로써, 공정 비용을 절감할 수 있으며, 종래 포토리소그래피 공정보다 친환경적이다.
또한, 본 발명은 전도성 복합잉크의 표면장력과 점성을 용매 및 바인더를 사용하여 효과적으로 제어할 수 있기 때문에, 다양한 인쇄 공정을 수행할 수 있으며, 특히, 그라뷰어링(Gravuring), 플렉소그라피(Flexography) 등과 같은 프린팅의 경우, 고속 롤투롤(R2R) 공정을 적용할 수 있어, 대면적의 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 전도성 복합잉크와 이를 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 광원을 사용한 광소결 시스템을 이용하여 상온/대기 조건에서 매우 짧은 소결시간에 환원 및 소결을 할 수 있으므로, 기판의 손상도가 낮고, 패턴의 전기 전도도 및 기계적 강도가 우수하기 때문에, 플렉서블 기판 상에 형성된 패턴은 접힘 또는 수축에 의한 패턴 파괴현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조하기 위한 방법 중 고속 롤투롤(R2R)을 적용한 경우에 대한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전도성 복합잉크를 극단파 백색광으로 광소결하는 장치를 나타낸 예시도이다. 이때, (1)은 소결되기 전 전도성 복합잉크의 결정구조를 나타낸 것이고, (2)는 소결된 후, 전도성 복합잉크의 결정구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 극단파 백색광, 원자외선 및 근적외선을 동시에 조사할 수 있는 광소결 장치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제논 램프의 단펄스 백색광에 대한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조하기 위해서, 다양한 조성의 전도성 복합잉크를 인쇄하고 도포하였을 때 측정된 면저항을 나타낸 그래프이다. 이때, 그래프 좌측부터 순서대로 실시예 5, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 11, 실시예 12, 실시예 9 및 비교예 1, 2, 3이다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 가열법으로 제조된 구리나노입자를 포함하는 전도성 복합잉크(실시예 15)를 극단파 백색광으로 광소결하기 전(a)과 광소결 한 후(b)를 나타낸 SEM 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 전기선 폭발법으로 제조된 구리나노입자를 포함하는 전도성 복합잉크(실시예 16)를 극단파 백색광으로 광소결하기 전(a)과 광소결 한 후(b)를 나타낸 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 다양한 조성의 전도성 복합잉크를 기판 상에 인쇄하고 이를 다양한 조건으로 광소결하여 제조된 각각의 디지타이저 연성인쇄회로기판에 대한 면저항을 나타낸 그래프이다.
도 11은 다양한 플렉서블 기판 상에 전도성 복합잉크를 이용한 인쇄방식하고, 이를 광소결하기 전(a)과 후(b)의 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판 모습을 나타낸 사진이다.
도 12는 광소결하기 전과 후의 본 발명에 따른 전도성 복합잉크의 X선 회절 분석 결과이다.
도 13은 제1 구리입자 및 제2 구리입자 조성비에 따른 실시예 1(◆), 실시예 17(●), 실시예 18(▲) 및 실시예 19(▼)로부터 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판을 반복 외측 굽힘 시험 1000회 실시 후의 저항 상승률을 나타낸 그래프이다(단, 제2 구리입자는 구리 나노와이어).
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명에서의 디지타이저 기능은 터치스크린/디스플레이 패널의 하측에 디지타이저 연성인쇄회로기판이 구비되어 있고, 상기 디지타이저 연성인쇄회로기판은 얇은 금속배선이 형성되며, 여기에 전기를 흘리면 전자기장이 만들어진다. 디지타이저 전자펜의 단부에는 초소형 금속 코일이 내장되어 있어 사용시에 교류 자기장이 발생한다. 따라서 전자펜 끝이 터치스크린에 근접하면 전자기 유도현상이 일어나면서 터치스크린/디스플레이 패널 하측에 배치된 디지타이저 연성인쇄회로기판에 이미 형성되있는 전자기장에 변형이 발생하며 이를 일측 모서리에 배치된 센서를 통해 감지하여 실제 전자펜의 움직임을 해석하고 있다.
이러한 디지타이저 인쇄회로기판은 현재까지 약 12 단계이상으로 이루어진 포토리소그래피 공정을 통해 제조되었다.
상기 디지타이저는 대화면 태블릿, PC, TV와 같은 기술 분야뿐만 아니라, 기술개발에 의해 굽히고, 접을 수 있는 다양한 플랙서블 전자 제품(Flexible Electronics), 웨어러블 전자제품(Wearable Electronics) 및 대면적 디스플레이 등의 다양한 산업분야에 적용되고자 연성인쇄회로기판(FPCB)을 도입하고자 하였다
허나, 상기 포토리소그래피 공정은 에칭공정과 고온 소성공정을 포함하고 있기 때문에, 기판으로 사진전용인화지(Photo Paper), 종이, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI) 및 FR-4 등을 사용할 경우, 기판에 손상이 발생하고, 기판 상에 패턴 또한, 기계적 강도가 약하기 때문에, 굽힘 또는 열에 의한 수축으로 쉽게 파손된다는 문제가 존재한다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 전도성 복합잉크와 인쇄공정 및 광소결 단계를 통해 제조된 개선된 디지타이저 연성인쇄회로기판과 이의 제조방법을 완성하기에 이르렀다.
우선, 본 발명의 일 측면은 기판; 상기 기판의 상면 또는 배면에 형성된 전극 형태의 패턴;을 포함하고, 상기 패턴은 제1 금속입자 단독 또는 제1 금속입자;와 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속입자;를 포함하는 전도성 복합잉크를 상기 기판 상에 인쇄하고, 이를 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상으로 광소결하여 제조된 것을 특징으로 하는 디지타이저 연성인쇄회로기판에 관한 것이다.
상기 기판상에 형성된 패턴은 특별히 제한되지 않으나, 메쉬형태의 패턴인 것이 디지타이저의 기능을 수행하는데 가장 바람직한 형태이다.
상기 기판은 경성 또는 연성기판이 사용가능하나, 바람직하게는 사진전용인화지(Photo Paper), 종이, 유리, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴 수지, 내열성 에폭시, BT 에폭시/유리 섬유, 초산비닐수지(PVAC), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 1종일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 유연성이 우수한 디지타이저를 제조할 수 있는 연성기판을 사용할 수 있다. 일예로 폴리이미드(PI), 사진전용인화지(Photo Paper), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르이미드(PEI) 및 FR-4 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 인쇄는 직접 인쇄방식으로, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 미세 접촉 프린팅 (micro-contact printing), 임프린팅 (imprinting), 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중에서 선택되는 1종일 수 있는데, 고속 롤투롤(R2R)을 수행하기 위해서는 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing) 및 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 중에서 선택되는 1종을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 전도성 복합잉크에서 제1 금속입자 및 제2 금속입자는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 코발트(Co), 철(Fe), 카드늄(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 전도성이 가장 우수하면서, 가격이 저렴하면서, 연성기판에 패턴으로 형성되었을 때, 굽힘에 따른 저항 상승 및 전도성 저하가 가장 낮기 때문에 구리를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 제2 금속입자 중에서 금속 전구체는 구리 전구체를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 구리 전구체로는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2 , Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2ㆍ3H2O, Cu(C3H4F3O2)2 및 CuSO4ㅇ5H2O 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있는데, 이는 사용되는 용매에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 일예로 본 발명의 전도성 복합잉크에 디에틸렌 글리콜(DEG)을 용매로 하는 경우, Cu(NO3)2ㆍ3H2O를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이는 다른 전구체에 비해 현저히 면저항이 우수하기 때문으로, 금속 전구체의 면저항 비교를 도 7에서 확인할 수 있다.
상기 제1 금속입자의 직경은 20-50 ㎚일 수 있는데, 상기 제1 금속입자의 직경이 상기 범위 미만이면 분산성이 떨어지는 잉크가 제조되고, 상기 제1 금속입자가 상기 번위를 초과할 경우 광소결 과정에서 제1 금속입자와 제2 금속입자 간에 생성된 기공의 크기가 너무 커 면저항이 상승되고 전도성이 낮아져 전도성 잉크로 사용이 부적합하다.
본 발명에 사용되는 상기 제2 금속입자는 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속전구체 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
특히. 제1 금속입자와 제2 금속입자인 금속 마이크로 입자를 포함하는 전도성 복합잉크를 소결하는 경우, 크기가 큰 제2 금속입자와 나노크기의 제1 금속입자 간에 네킹(necking),이 형성되어 입자간에 생성되는 기공을 줄일 수 있으므로 면저항은 저하되고, 전도성은 향상되며, 내구성 또한 향상된다.
이러한, 상기 제2 금속입자가 금속 마이크로입자일 때, 이의 직경은 1-10 ㎛인 것이 바람직한데, 상기 금속 마이크로입자의 크기가 1 ㎛ 미만이면 전도성이 우수하지 못하고, 다른 구리입자와의 결합에 의해 발생되는 플라즈몬(Plasmonic; 빛 공명 현상) 현상이 발생하지 않아 전도성 및 소결 효율이 나빠지는 문제가 발생한다. 또한, 상기 금속 마이크로입자의 크기가 10 ㎛ 초과하게 되면 소결에 필요한 에너지가 커지므로, 생성된 패턴의 손상이 발생되어 전도성이 저하될 수 있다.
상기 제2 금속입자가 금속 나노와이어인 경우, 제1 금속입자와 나노와이어가 서로 뭉쳐져 연결고리를 형성하므로 내구성이 향상되어 저항상승률을 낮출 수 있어 바람직하다.
또한, 제2 금속입자로 상기 금속 마이크로입자와 금속 나노와이어의 혼합인 경우, 나노입자와 마이크로 입자를 사용함에 따른 기공 저하 특성과 동시에, 금속 나노와이어에 의해 각 입자간에 연결고리를 현성함으로써, 굽힘 또는 수축에 의한 패턴에 파손이 발생하여도 전도성을 유지할 수 있는 장점이 연계되므로, 유연성을 갖는 디지타이저 연성인쇄회로기판에 가장 적합하다.
상기 금속 나노와이어의 직경은 10-500 ㎚, 길이는 1-100 ㎛일 수 있는데, 직경 및 길이가 상기 번위 미만이면 전도성이 우수하지 못하며, 직경 및 길이가 상기 범위를 초과하게 되면 소결에 필요한 에너지가 커지게 되므로 기판에 손상이 발생할 수 있고, 전도성이 저하된 패턴이 생성될 수 있다.
상기 전도성 복합잉크는 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있는데, 상기 바인더는 전도성 복합잉크 제조시 잉크의 분산성 및 환원성을 향상시키기 위한 것으로, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄, 폴리에틸렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 덱스트란, 아조비스, 도데실벤젠황산나트륨 등의 고분자 바인더 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한, 바인더는 상기 전도성 복합잉크 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부 포함될 수 있는데, 상기 바인터의 함량이 1 미만이면 분산성 또는 환원성이 저하되어 인쇄공정시 불균일한 패턴이 형성되는 문제가 발생한다. 또한, 상기 바인더의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 응집체를 형성하기 때문에 상기 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전도성 복합잉크는 분산제를 더 포함하며, 상기 분산제로는 Disperbyk 180, Disperbyk 111, 스틸렌말레익언하이드라이드 코폴리머(SMA 1440flake) 등의 이온 그룹을 포함하는 코폴리머; 2-부톡시에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 시클로헥사논, 시클로헥사놀, 2-에톡시에틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 테르피네올(terpineol), 이소부틸 알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
*또한, 상기 용매를 적절히 조절하여 점도 및 표면장력을 제어할 수 있다. 상기 용매로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 글리세린, 이소프로필 알코올, 부틸알코올, 옥틸 알코올, 포름아미드, 메틸에틸케톤, 에틸알코올, 메틸알코올, 아세톤 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 금속입자는 전기선 폭발법, 플라즈마 가열법, 전기분해법 및 화학적 합성법 중에서 선택되는 1종으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 디지타이저 연성인쇄회로기판의 패턴은 극단파 백색광, 근적외선(NIR) 및 원자외선(Deep UV) 중에서 선택되는 1종 이상의 광원을 조사할 수 있는데, 이러한 국부적인 용융에 의해 제1 금속입자끼리 또는 제1 금속입자와 제2 금속입자간 및 금속입자와 기판을 광접합하여, 조직 치밀화를 용이하게 하므로 전도성 및 내구성이 우수한 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제공할 수 있다.
따라서, 단순 포토리소그래피 공정의 개선을 위해 인쇄방식을 적용하여 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판보다 본 발명의 전도성 복합잉크 및 광소결 단계를 거쳐야 기판의 손상을 최소화하면서도 우수한 전도성 및 내구성을 갖는 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제공할 수 있다.
이때, 패턴이 형성된 기판에 따라 충분한 에너지가 조사되어야만 낮은 저항을 갖는 패턴의 소결이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 광소결 조건이 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 20일 때, 상기 펄스 폭이 5-20 ms이고, 강도가 1-50 J/㎠인 것이 바람직한데, 기판의 종류에 따라 에너지 범위를 달리 할 수 있다.
기판이 PET인 경우, 에너지 범위가 5-20 J/㎠이고, PI인 경우, 에너지 범위가 5-50 J/㎠이며, 사진전용인화지인 경우, 에너지 범위가 3-15 J/㎠이며, BT인 경우 에너지 범위가 10-20 J/㎠인 것이 바람직한데, 상기 에너지 범위 조건을 벗어나는 경우, 면저항이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이는 상기 에너지 범위 미만으로 조사하면 소결이 충분히 되지 않기 때문이고, 상기 에너지 범위를 초과하게 되면 기판이 손상되기 때문에 디지타이저의 기능이 저하되어 세밀한 터치가 불가능해진다. 특히, 에너지 범위를 초과한 경우, 기판의 손상에 의해 연성기판의 특성이 유연성 및 굽힘 특성이 현저히 저하되어, 이를 제품에 적용하게 되면 쉽게 파손되고, 오류가 발생한다.
또한, 상기 원자외선의 세기는 1-5000 ㎽/㎠으로, 0 내지 300 초간 조사될 수 있으며, 상기 근적외선의 세기는 0.1-3000 W/㎠으로, 0 내지 1000초간 조사될 수 있다.
상기 적외선 조사에너지가 상기 범위 미만으로 조사되는 경우에는 기판 및 코팅층의 온도를 향상시키는데 오랜 시간이 소요되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 단시간에 기판의 온도가 너무 높아져 기판의 손상을 야기할 수 있다.
이러한, 상기 연성기판에 전도성 복합잉크로 패턴을 인쇄하고, 이를 상기 조건으로 광소결하여 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판은 0.01-0.5 Ω/sq의 현저히 낮은 면저항뿐만 아니라, 100번 이상의 굽힘에도 우수한 강도 및 낮은 저항 상승률을 갖는다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 아래 단계를 포함하는 상기 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법에 관한 것이다.
Ⅰ) 기판을 준비하는 단계,
Ⅱ) 상기 기판의 상면 또는 배면에 전도성 복합잉크을 인쇄하여 패턴을 형성하는 단계,
Ⅲ) 상기 패턴을 적외선, 핫플레이트 및 오븐 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 건조하는 단계,
Ⅳ) 상기 건조된 패턴을 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 광소결하는 단계.
상기 기판은 사진전용인화지(Photo Paper), 종이, 유리, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴 수지, 내열성 에폭시, BT 에폭시/유리 섬유, 초산비닐수지(PVAC), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 인쇄는 직접 인쇄방식으로, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 미세 접촉 프린팅 (micro-contact printing), 임프린팅 (imprinting), 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중에서 선택되는 1종일 수 있다.
상기 전도성 복합잉크는 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀 중에서 선택되는 1종 이상으로 분산하는 단계; 및 탈포하는 단계;를 통해 제조될 수 있다.
상기 제조된 전도성 복합잉크는 기판에 코팅되기 전에 70 내지 100 ℃의 물로 3 내지 5 시간동안 중탕되는 것이 바람직하다. 상기 전도성 복합잉크를 중탕시키지 않은 상태로 기판에 코팅하면 전도성 복합잉크에 포함된 금속 나노입자, 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 들의 혼합물들이 곳곳에 뭉쳐있을 수 있다.
상기 전도성 복합잉크는 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있는데, 상기 바인더는 전도성 복합잉크 제조시 잉크의 분산성 및 환원성을 향상시키기 위한 것으로, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄, 폴리에틸렌글리콜, 폴리메틸메타크릴레이트, 덱스트란, 아조비스, 도데실벤젠황산나트륨 등의 고분자 바인더 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한, 바인더는 상기 전도성 복합잉크 100 중량부를 기준으로 1 내지 50 중량부 포함될 수 있는데, 상기 바인터의 함량이 1 미만이면 분산성 또는 환원성이 저하되어 인쇄공정시 불균일한 패턴이 형성되는 문제가 발생한다. 또한, 상기 바인더의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 응집체를 형성하기 때문에 상기 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전도성 복합잉크는 분산제를 더 포함하며, 상기 분산제로는 Disperbyk 180, Disperbyk 111, 스틸렌말레익언하이드라이드 코폴리머(SMA 1440flake) 등의 이온 그룹을 포함하는 코폴리머; 2-부톡시에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 시클로헥사논, 시클로헥사놀, 2-에톡시에틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 테르피네올(terpineol), 이소부틸 알코올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
또한, 상기 용매를 적절히 조절하여 점도 및 표면장력을 제어할 수 있다. 상기 용매로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 글리세린, 이소프로필 알코올, 부틸알코올, 옥틸 알코올, 포름아미드, 메틸에틸케톤, 에틸알코올, 메틸알코올, 아세톤 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 전도성 복합잉크는 제1 금속입자 단독 또는 제1 금속입자;와 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속입자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1, 제2 금속입자는 전기선 폭발법, 플라즈마 가열법, 전기분해법 및 화학적 합성법 중에서 선택되는 1종으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전도성 복합잉크에서 제1 금속입자 및 제2 금속입자는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 코발트(Co), 철(Fe), 카드늄(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 전도성이 가장 우수하면서, 가격이 저렴하면서, 연성기판에 패턴으로 형성되었을 때, 굽힘에 따른 저항 상승 및 전도성 저하가 가장 낮기 때문에 구리를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 제2 금속입자 중에서 금속 전구체는 구리 전구체를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 구리 전구체로는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2 , Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2ㆍ3H2O, Cu(C3H4F3O2)2 및 CuSO4ㅇ5H2O 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있는데, 이는 사용되는 용매에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 일예로 본 발명의 전도성 복합잉크에 디에틸렌 글리콜(DEG)을 용매로 하는 경우, Cu(NO3)2ㆍ3H2O를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이는 다른 전구체에 비해 현저히 면저항이 우수하기 때문으로, 금속 전구체에 따른 면저항 비교를 도 7에서 확인할 수 있다.
상기 제1 금속입자의 직경은 20-50 ㎚일 수 있는데, 상기 제1 금속입자의 직경이 상기 범위 미만이면 분산성이 떨어지는 잉크가 제조되고, 상기 제1 금속입자가 상기 번위를 초과할 경우 광소결 과정에서 제1 금속입자와 제2 금속입자 간에 생성된 기공의 크기가 너무 커 면저항이 상승되고 전도성이 낮아져 전도성 잉크로 사용이 부적합하다.
본 발명에 사용되는 상기 제2 금속입자는 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속전구체 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
특히. 제1 금속입자와 제2 금속입자인 금속 마이크로 입자를 포함하는 전도성 복합잉크를 소결하는 경우, 크기가 큰 제2 금속입자와 나노크기의 제1 금속입자 간에 네킹(necking),이 형성되어 입자간에 생성되는 기공을 줄일 수 있으므로 면저항은 저하되고, 전도성은 향상되며, 내구성 또한 향상된다.
이러한, 상기 제2 금속입자가 금속 마이크로입자일 때, 이의 직경은 1-10 ㎛인 것이 바람직한데, 상기 금속 마이크로입자의 크기가 1 ㎛ 미만이면 전도성이 우수하지 못하고, 다른 구리입자와의 결합에 의해 발생되는 플라즈몬(Plasmonic; 빛 공명 현상) 현상이 발생하지 않아 전도성 및 소결 효율이 나빠지는 문제가 발생한다. 또한, 상기 금속 마이크로입자의 크기가 10 ㎛ 초과하게 되면 소결에 필요한 에너지가 커지므로, 생성된 패턴의 손상이 발생되어 전도성이 저하될 수 있다.
상기 제2 금속입자가 금속 나노와이어인 경우, 제1 금속입자와 나노와이어가 서로 뭉쳐져 연결고리를 형성하므로 내구성이 향상되어 저항상승률을 낮출 수 있어 바람직하다.
또한, 제2 금속입자로 상기 금속 마이크로입자와 금속 나노와이어의 혼합인 경우, 나노입자와 마이크로 입자를 사용함에 따른 기공 저하 특성과 동시에, 금속 나노와이어에 의해 각 입자간에 연결고리를 현성함으로써, 굽힘 또는 수축에 의한 패턴에 파손이 발생하여도 전도성을 유지할 수 있는 장점이 연계되므로, 유연성을 갖는 디지타이저 연성인쇄회로기판에 가장 적합하다.
상기 금속 나노와이어의 직경은 10-500 ㎚, 길이는 1-100 ㎛일 수 있는데, 직경 및 길이가 상기 번위 미만이면 전도성이 우수하지 못하며, 직경 및 길이가 상기 범위를 초과하게 되면 소결에 필요한 에너지가 커지게 되므로 기판에 손상이 발생할 수 있고, 전도성이 저하된 패턴이 생성될 수 있다.
또한, 상기 제2 금속입자가 금속 전구체이면, 상기 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 0.1 내지 0.5의 비율로 혼합될 수 있고,
상기 제2 금속입자가 금속 마이크로 입자이면, 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 0.01 내지 0.1의 비율로 혼합될 수 있으며,
상기 제2 금속입자가 금속 나노와이어이면, 상기 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 중량비는 1 대 1 내지 3의 비율로 혼합되는 것이 바람직한데, 제1 금속입자를 기준으로 제2 금속입자의 비율이 상기 범위 미만이면 전도성 복합잉크는 높은 비저항을 갖게되며, 인쇄 후, 표면상태가 고르지 못하며, 전도성이 저하된다. 또한, 제1 금속입자 대 제2 금속입자의 비율이 상기 범위를 초과하게 되면 소결 효율 및 내구성이 저하되어, 연성기판의 굽힘과 수축에 의해 패턴이 쉽게 파손된다.
이후, Ⅱ) 상기 기판의 상면 또는 배면에 전도성 복합잉크을 인쇄하여 패턴을 형성한다.
이때, 상기 인쇄는 직접 인쇄방식으로, 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 미세 접촉 프린팅 (micro-contact printing), 임프린팅 (imprinting), 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중에서 선택되는 1종일 수 있는데, 고속 롤투롤(R2R)을 수행하기 위해서는 그라비아 프린팅 (gravure printing), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing) 및 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 중에서 선택되는 1종을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
다음으로, Ⅲ) 상기 패턴을 적외선, 핫플레이트 및 오븐 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 건조한다.
본 과정을 통해 패턴에 포함된 용매를 제대로 건조하지 않으면, 이후 수행되는 광소결시 잉크가 액상에서 고상으로 상변화하는데 에너지를 많이 소모하므로 소결이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
이때, 연성기판 즉 폴리머 기판에 손상을 가하지 않기 위하여 60-150 ℃로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Ⅲ) 단계는 예열 또는 용매 건조를 위한 예비 광조사 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 이후, 수행되는 광소결 단계에서 기판에 도포된 전도성 잉크로 이루어진 패턴의 결정 및 배열 상태를 보다 더 치밀하게 하기 위해, 수행되는 예열 또는 예비 광조사 단계이다.
이러한 과정은 극단파 백색광 조사조건을 조절하여 수행하거나, 근적외선을 조사하여 수행될 수 있다. 상기 예열 또는 예비 광조사시, 상기 근적외선은 100 내지 5000 ㎽/㎠의 세기로 5 내지 300 초간 조사될 수 있다.
기판에 도포된 전도성 복합잉크의 건조가 제대로 이루어지지 않으면, 이후 광소결 단계에서 액상에서 고상으로 상변화하는데 에너지를 많이 소모하므로 제1 및 제2 금속입자 간의 접합이 용이하지 않을 수 있다. 또한, 이러한 접합에 의해 제1 및 제2 금속입자간의 배열 및 조직을 치밀화하여 기공의 크기를 저하시키므로 전도성과 내구성이 향상된 디지타이저 연성인쇄회로기판을 얻을 수 있어 바람직하다.
다음으로, Ⅳ) 상기 건조된 패턴을 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 광소결한다.
상기 광소결은 극단파 백색광, 근적외선 및 원자외선 중에서 선택되는 1종 이상의 광원을 동시에 조사하거나, 단계별로 조사할 수 있다.
본 발명에 의하면 약 1 내지 20 ms 정도의 매우 짧은 시간 동안 완전한 소결이 가능하다. 본 발명에 사용하는 제논 램프를 이용한 극단파 광소결 장치의 일반적인 구조를 도 4에 나타내었다.
기판 위에 도포된 전도성 복합잉크는 제논 램프로부터 발산되는 극단파 백색광에 의해 빛 에너지를 받으면서 광소결되어 전도성을 띠게 된다. 이때, 제1 금속입자와 제2 금속입자 간에 네킹이 형성되어 전도성이 향상된다. 도 4의 하단에 삽입된 이비지는 제1 금속입자와 제2 금속입자로 금속 마이크로입자가 사용된 전도성 복합잉크의 소결 전과 후를 나타낸 것으로, 제1 및 제2 금속입자 간에 네킹이 형성된 모습을 확인할 수 있다.
광소결 단계에서 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 20일 때, 상기 펄스 폭이 5-20 ms이고, 강도가 1-50 J/㎠일 수 있는데, 상기 펄스 폭이 15 ms 보다 클 경우에는 단위 시간당 입사 에너지가 줄어들어 소결의 효율이 저하될 수 있고, 펄스 수가 20 번을 초과하는 경우에는 강도가 0.01 J/㎠보다 작은 경우에도 너무 낮은 에너지로 인해 전도성 복합잉크가 제대로 소결되지 않아 균일한 패턴을 형성할 수 없고, 강도가 50 J/㎠보다 큰 경우에는 장비와 램프에 무리가 가해지기 때문에 장비와 램프의 수명이 급속하게 줄어든다.
상기 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광의 광소결 조건은 기판의 종류에 따라 조사되는 에너지 범위가 조절되어야 하며, 기판이 PET인 경우, 에너지 범위가 5-20 J/㎠이고, PI인 경우, 에너지 범위가 5-50 J/㎠이며, 사진전용인화지인 경우, 에너지 범위가 3-15 J/㎠이며, BT인 경우 에너지 범위가 10-20 J/㎠인 것이 바람직한데, 상기 에너지 범위 조건을 벗어나는 경우, 면저항이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이는 상기 에너지 범위 미만으로 조사하면 소결이 충분히 되지 않기 때문이고, 상기 에너지 범위를 초과하게 되면 기판이 손상되기 때문에 디지타이저의 기능이 저하되어 세밀한 터치가 불가능해진다. 특히, 에너지 범위를 초과한 경우, 기판의 손상에 의해 연성기판의 특성이 유연성 및 굽힘 특성이 현저히 저하되어, 이를 제품에 적용하게 되면 쉽게 파손되고, 오류가 발생한다.
또한, 상기 원자외선의 세기는 1-5000 ㎽/㎠으로, 0 내지 300 초간 조사될 수 있으며, 상기 근적외선의 세기는 0.1-3000 W/㎠으로, 0 내지 1000초간 조사될 수 있다.
상기 적외선 조사에너지가 상기 범위 미만으로 조사되는 경우에는 기판 및 코팅층의 온도를 향상시키는데 오랜 시간이 소요되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 단시간에 기판의 온도가 너무 높아져 기판의 손상을 야기할 수 있다.
특히, 근적외선(NIR), 원자외선(Deep UV) 및 극단파 백색광의 복합광원을 함께 조사하면, 국부적인 용융에 의해 제1 금속입자끼리 또는 제1 금속입자와 제2 금속입자간 및 금속입자와 기판을 광접합하여, 조직 치밀화를 용이하게 하므로 전도성 및 내구성이 우수한 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
그러나 극단파 백색광, 적외선 및 자외선 에너지가 커질수록 무조건적으로 광접합 효율이 효과적으로 일어나는 것은 아니고, 상술한 조사 조건을 벗어나는 경우에는 단기간에 기판의 온도가 너무 높아져 기판의 손상이 발생할 수 있으므로, 상술한 광조사 조건 하에서만 수행될 수 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
<실시예 1>
PVP(MW 40,000, Sigma Aldrich Co, Ltd.) 0.8 g과 에틸렌 글리콜(99%, Sigma Aldrich Co. Ltd) 9.5 g, 그리고 Disperbyk 180을 0.3 g 섞어 소니케이터를 이용하여 2시간 동안 분산시킨다. 여기에, 5.0 g의 구리 나노입자(직경 20 - 50 ㎚, Quantum Spehere Inc Co. Ltd)를 첨가한 후, 소니케이터와 교반기로 분산시키고, 혼합탈포기를 이용하여 재분산시켜 혼합용액을 제조한다. 상기 혼합용액 내에 뭉쳐있는 일부 구리 응집체를 여과기(기공 크기: 0.45 ㎛)를 이용하여 제거하고, 혼합탈포기로 재차 분산시켜 구리용액을 제조한다. 상기 구리용액 1 g에 실란 커플링제(KBE-603, Shin-Etsu silicones) 3 ㎖와 적정 점성을 갖도록 γ-부티로락톤(Wako Pure Chemical Ind., Ltd) 1 ㎖ 및 적정 표면장력을 갖도록 2-에톡시에탄올(Wako Pure Chemical Ind., Ltd) 1 ㎖을 첨가하여, 혼합탈포기 및 3-roll mill로 혼합하여 최종적으로 구리나노잉크를 완성한다. 상기 구리나노잉크를 폴리이미드 기판 위에 스크린 프린터를 이용하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄한다. 상기 패턴을 광소결하기 전에 60 ℃의 60 분 동안 오븐에서 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)이 제조된다. 이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭 10 ms, 펄스 수는 1 개이고, 펄스 에너지는 6 J/㎠이다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, PET 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선으로 100 ℃에서 30분 동안 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사함으로써, 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)이 제조된다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭 10 ms, 펄스 수는 20개이고, 펄스 에너지는 12 J/㎠이다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, 사진전용인화지(Photo Paper) 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 30 분 동안 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 5 ms, 펄스 수는 3 개, 펄스 간격은 5 ms이며 펄스 에너지는 8 J/㎠이다.
실시예 1 내지 3은 앞의 조건에서는 예열을 이용한 단계(첫 번째 펄스)와 치밀화 단계(두세 번째 펄스)의 두 단계로 나누어 조사하는 단계적 광소결 기법을 사용하였으며 경우에 따라 조건에서는 예열 없이 하나의 펄스를 조사하는 단펄스 광소결 기법을 사용할 수 있다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, 사진전용인화지(Photo Paper) 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 핫플레이트를 이용하여 100 ℃에서 40 분 동안 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 5 ms이고, 펄스 수는 5 개이며, 펄스 에너지는 10 J/㎠이다.
<실시예 5>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, 폴리이미드 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 60 분 동안 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 6>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, 폴리이미드 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 60 분 동안 건조한 후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광과 원자외선(Deep UV)을 동시에 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이고, 상기 원자외선의 세기(power)는 30 ㎽/㎠이다.
<실시예 7>
상기 실시예 1에서 제조된 구리나노잉크를 이용하여, 폴리이미드 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 핫플레이트를 이용하여 80 ℃에서 60 분 동안 건조하고, 근적외선(NIR)을 조사하여 예열한 직후, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광과 원자외선(Deep UV)을 동시에 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 10 J/㎠이고, 상기 원자외선의 세기(power)는 100 ㎽/㎠이다.
<실시예 8>
PVP 0.6 g, 2-부톡시에틸 아세테이트 2 ml을 디에틸렌 글리콜(DEG) 9 g을 소니케이터를 이용하여 30분 동안 분산시키고, 이 혼합용액에 3.0 g의 구리나노입자(20-50 ㎚, Quantum sphere Inc. Co. Ltd)를 넣고, 2 시간 동안 교반기를 이용하여 구리용액을 제조한다. 에탄올 용매 20 ㎖에 1.0 g의 구리 전구체인 질산구리(Cu(NO3)2ㆍ5H2O, 99.9%)를 용해하여 구리 전구체 용액을 준비하고, 이를 상기 구리용액에 첨가하여 소니케이터와 교반기를 이용하여 분산한 다음, 한번 더 혼합탈포기를 이용하여 분산시켜 구리입자/전구체 혼합용액을 제조한다. 상기 혼합용액 내에 존재하는 일부 구리 응집체를 여과기(기공크기:0.45 ㎛)를 통해 제거한 다음, 혼합탈포기를 이용하여 분산시켜 여과된 구리입자/전구체 혼합용액를 제조하고, 상기 여과된 구리입자/전구체 혼합용액 1 g에 72 ㎎의 실란 커플링제(KBE-603, Shin-Etsu silicones), 적정 점성을 갖도록 2 ㎖의 뷰틸 에탄올 (DEG butyl ether), 적정 표면장력을 갖도록 1 ㎖의 2-에톡시에탄올(Wako Pure Chemical Ind., Ltd)을 첨가하여 혼합탈포기 및 3-roll mill을 이용하여 분산시켜 구리나노잉크를 제조한다. 상기 구리나노잉크를 PET 기판 상에 잉크젯 프린터로 10 번 인쇄하여 1 ㎛ 두께를 갖는 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴을 형성한다. 상기 패턴을 광소결하기 전에 오븐을 이용하여 100 ℃에서 90 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사 조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 9>
구리 전구체를 질산구리(Cu(NO3)2ㆍ5H2O, 99.9%)로 하는 것과 2.5 ml 에틸렌 글리콜 부틸 에테르를 추가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크(구리 입자/구리 전구체)를 이용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 사진전용인화지(Photo Paper) 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 50 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 10 J/㎠이다.
<실시예 10>
구리 전구체를 질산구리(Cu(NO3)2ㆍ5H2O, 99.9%)로 한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크(구리 입자/구리 전구체)를 이용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 폴리이미드 상에 스크린 프린팅 (스핀 코팅) 하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 120 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 10 J/㎠이다.
<실시예 11>
0.9 g PVP(MW 55,000, Sigma Aldrich Co, Ltd.) 및 0.1 g 도덴실벤젠황산나트륨을 5 g, 그리고 테르피네올(terpineol) 2 ml를 에틸렌 글리콜(DEG)에 첨가하여 소니케이터로 30 분동안 혼합하여 혼합용액을 제조한다. 이후, 구리나노입자(20-50 ㎚, Quantum Sphere Inc Co, Ltd.) 및 구리 나노와이어(직경 150 ㎚, 길이 5 ㎛, Skyspring Nanomaterials Inc Co, Ltd.)를 비율(중량%) 97 : 3으로 혼합하여 총 10.8 g제조하고, 상기 혼합용액에 첨가한 다음, 혼합탈포기를 이용하여 분산한 후, 응집체를 여과하여 볼밀과 3 롤밀을 이용하여 재분산시켜 구리나노잉크를 제조한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 PET 기판 상에 잉크젯 프린터로 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 핫플레이트를 이용하여 100 ℃에서 60 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 12>
*구리나노입자와 구리나노와이어를 비율(중량%) 99:1로 혼합하여 구리나노잉크를 제조한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 11과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크를 사용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 FR-4 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 90 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 13>
0.8 g 아조비스 및 8 g 에틸렌 글리콜(DEG)을 뷰틸 에탄올(butyl ether) 1 ㎖에 첨가하여 소니케이터로 30 분 동안 혼합하여 혼합용액을 제조한다. 다음, 구리 나노입자(20-50 ㎚, Quantum Sphere Inc Co, Ltd.) 및 구리 마이크로 입자(2-8 ㎛, JoinM)를 비율(중량%) 50:50로 혼합하여 총 13g을 제조한 후, 상기 혼합용액에 첨가하고, 교반기와 소니케이터로 분산한 다음, 혼합탈포기로 한번 더 분산하여 구리 나노/마이크로 용액을 제조한다. 상기 구리 나노/마이크로 용액에서 응집체를 여과기를 이용하여 제거하고, 볼밀과 3 롤밀(3-roll mill)로 분산하여 구리잉크를 제조한다.
상기 구리잉크를 이용하여 FR-4 기판 상에 잉크젯 프린터로 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 핫플레이트를 이용하여 100 ℃에서 60 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 14>
상기 구리 나노입자와 상기 구리 마이크로입자를 비율(중량%) 25:75로 혼합하여 구리잉크를 제조한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 13과 모두 동일하게 제조된 구리잉크를 사용한다.
상기 구리잉크를 이용하여 FR-4 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 90 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 15>
플라즈마 가열법으로 제조된 구리나노입자를 사용한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크를 사용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 FR-4 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 30 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 16>
전기폭발법으로 제조된 구리나노입자를 사용한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크를 사용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 FR-4 기판 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 80 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 17>
구리나노입자와 구리나노와이어를 비율(중량%) 99:1로 혼합하여 구리나노잉크를 제조한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 11과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크를 사용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 폴리이미드 기판 상에 잉크젯 프린터로 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 핫플레이트를 이용하여 100 ℃에서 60 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<실시예 18>
구리나노입자와 구리나노와이어를 비율(중량%) 99:2로 혼합하여 구리나노잉크를 제조한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 17과 모두 동일하게 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
<실시예 19>
구리나노입자와 구리나노와이어를 비율(중량%) 99:3로 혼합하여 구리나노잉크를 제조한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 17과 모두 동일하게 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
<비교예 1>
구리 전구체를 황산구리(CuSO4ㆍ5H2O)로 한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 모두 동일하게 제조된 구리나노잉크(구리 입자/구리 전구체)를 이용한다.
상기 구리나노잉크를 이용하여 폴리이미드 상에 스크린 프린팅하여 디지타이저 인쇄회로기판(FPCB)의 전극형태인 메쉬패턴으로 인쇄하고, 상기 패턴을 광소결하기 전에 적외선을 이용하여 100 ℃에서 20 분 동안 건조하고, 제논 플래쉬 램프를 이용한 극단파 백색광을 조사하여 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
이때, 상기 극단파 백색광의 조사조건은 펄스의 폭은 10 ms이고, 펄스 수는 1 개이며, 펄스 에너지는 12.5 J/㎠이다.
<비교예 2>
구리나노잉크(구리 입자/구리 전구체)를 제조하기 위해, 구리 전구체를 Cu(C3H4F3O2)2로 한다는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 모두 동일하게 제조된 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
<비교예 3>
구리나노잉크(구리 입자/구리 전구체)를 제조하기 위해, 구리 전구체를 CuCl(구리(I) 클로라이드, 9.995%)로 한다는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 모두 동일하게 제조된 디지타이저 인쇄회로기판을 제조한다.
도 7은 본 발명에 따른 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조하기 위해서, 다양한 조성의 전도성 복합잉크를 인쇄하고 도포하였을 때 측정된 면저항을 나타낸 그래프이다. 이때, 그래프 좌측부터 순서대로 실시예 5, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 11, 실시예 12, 실시예 8 및 비교예 1, 2, 3이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 구리 나노입자와 구리 전구체, 구리 나노와이어 및 구리 마이크로입자 중에서 선택되는 1종이 포함된 전도성 복합잉크의 조합에 따라서, 광소결 효과가 달라질 수 있음을 확인 할 수 있다.
특히, 구리 전구체를 제2 금속입자로 하는 전도성 복합잉크의 경우, Cu(NO3)2■3H2O를 사용하는 경우가 가장 면저항이 낮게 확인되었으며, 이를 제외한 나머지 구리 전구체를 사용한 경우 저항이 현저히 상승되었음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 가열법으로 제조된 구리나노입자를 포함하는 전도성 복합잉크(실시예 15)를 극단파 백색광으로 광소결하기 전(a)과 광소결 한 후(b)를 나타낸 SEM 사진이고, 도 9는 본 발명에 따른 전기선 폭발법으로 제조된 구리나노입자를 포함하는 전도성 복합잉크(실시예 16)를 극단파 백색광으로 광소결하기 전(a)과 광소결 한 후(b)를 나타낸 SEM 사진이다.
구리 나노입자의 경우 전기선 폭발법, 플라즈마 가열법, 전기분해법, 화학적 합성법 등으로 제조될 수 있는데, 이에 따라 구리 나노입자의 표면 성질 및 소결 효과가 다르다는 것을 도 8 및 도 9를 통해 확인할 수 있다.
소결 전의 구리 나노잉크의 경우, 구리 나노입자들이 서로 떨어져 있는 반면 소결 후에는 상기 구리 나노잉크 내에 존재하는 구리 나노입자들이 서로 뭉쳐져 연결고리를 형성하고 있음을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 다양한 조성의 전도성 복합잉크를 기판 상에 인쇄하고 이를 다양한 조건으로 광소결하여 제조된 각각의 디지타이저 연성인쇄회로기판에 대한 면저항을 나타낸 그래프이다.
도 10에 나타난 바와 같이, 기판의 종류에 따라서도 광소결 효과가 달라짐을 알 수 있다.
구체적으로, 실험에 사용된 연성기판의 종류는 PET, 사진전용인화지, PI, FR-4이고, 이들은 플렉서블 저온용 폴리머 기판이다. 상기 기판에 실시예 1로부터 제조된 전도성 복합잉크를 각기 다른 건조 및 광소결 조건으로 소결한 후, 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판의 면저항을 측정하였다.
도 10의 그래프 내에 기재된 1 내지 10까지의 디지타이저 연성인쇄회로기판 시료에 대한 기판, 전도성 복합잉크, 건조 및 광소결 조건을 아래 [표 1]에 나타내었다.
시료 번호 기판 건조 조건 광소결 조건
1 사진전용인화지(Photo Paper) 60 , 핫플레이트 제논 램프
5 ms, 1 번, 8 J/
2 100 , 핫플레이트 제논 램프
5 ms, 5 번, 10 J/
3 60 , 적외선 제논 램프
10 ms, 1 번, 8 J/
4 60 , 적외선 제논 램프
10 ms, 1 번, 8 J/
원자외선
30 /
5 60 , 핫플레이트 제논 램프
20 ms, 1 번, 6 J/
6 PET 60 , 핫플레이트 제논 램프
10 ms, 1 번, 6 J/
7 100 , 적외선 제논 램프
10 ms, 20 번, 12 J/
8 100 , 적외선 제논 램프
10 ms, 1 번, 6 J/
9 100 , 적외선 제논 램프
10 ms, 1 번, 6 J/
원자외선
30 /
10 FR-4 100 , 적외선 제논 램프
10 ms, 1 번, 12.5 J/
다양한 기판에 패턴이 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판은 건조 및 광소결 조건에 따라, 면저항이 현저히 낮아 충분히 산업적으로 사용가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명과 같이 개선된 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법은 종래 사용되던 포토리소그래피와 같은 공정에 비해 훨씬 저렴하고, 간편함에도 불과하고, 현저히 우수한 전도성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 도 10에서 시료 1, 6, 10으로부터 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판의 광소결 되기 전(a)과 후(b)의 모습을 촬영한 것이다.
도 11에 나타난 바와 같이, 기판 또는 기판 상에 형성된 패턴은 균열 또는 파손없이 균일하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도 12는 광소결하기 전과 후의 본 발명에 따른 전도성 복합잉크의 X선 회절 분석 결과로, 앞서 언급한 것과 같이 제1 금속입자인 구리 나노입자와 기판 표면에 코팅된 폴리머와의 반응에 의해서 산화 구리막 환원 반응이 발생하였고, 이로 인해, 순수구리로 환원되며 소결되었음을 확인할 수 있다. 상기 결과를 통해, 제논(Xenon) 램프의 광조사 조건에 따라 더 높은 전도성을 가진 구리잉크의 소결이 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 13은 제1 구리입자 및 제2 구리입자 조성비에 따른 실시예 1(◆), 실시예 17(●), 실시예 18(▲) 및 실시예 19(▼)로부터 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판을 반복 외측 굽힘 시험 1000회 실시 후의 저항 상승률을 나타낸 그래프이다(단, 제2 구리입자는 구리 나노와이어).
본 발명의 실시예 1, 실시예 17 내지 19로부터 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판을 이용하여 반복 외측 굽힘 시험 1000회 실시하여 저항변화율을 측정하였다.
도 13에 도시한 바와 같이, 디지타이저 연성인쇄회로기판을 제조함에 있어서, 전도성 복합잉크가 구리 나노입자와 구리 나노와이어의 조합일 때, 구리 나노와이어의 함량이 높아질수록 반복 외측 굽힘 시험 후 저항 상승률이 낮아진다는 것을 확인하였다. 이는 상기 구리 나노와이어가 나노 입자 사이에서 균열이 더 이상 진행되지 못하도록 막아주는 역할을 하기 때문인 것으로 여겨진다.

Claims (7)

  1. Ⅰ) 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드(PEI), 아크릴 수지, 초산비닐수지(PVAC), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트(PAR), 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 1종의 기판을 준비하는 단계;
    Ⅱ) 상기 기판의 상면 또는 배면에 나노 크기의 제1 금속입자와, 금속 마이크로입자 및 금속 나노와이어가 혼합된 제2 금속입자를 포함하는 전도성 복합잉크를, 미세 접촉 프린팅 (micro-contact printing), 임프린팅 (imprinting), 그라비아-옵셋 프린팅(gravure-offset printing), 플렉소그래피 프린팅 (Flexography printing) 및 스핀 코팅(spin coating) 중에서 선택되는 1종의 인쇄방법으로 인쇄하여 메쉬 패턴을 형성하는 단계;
    Ⅲ) 상기 패턴을 적외선, 핫플레이트 및 오븐 중에서 선택되는 1종 이상의 방법으로 건조하는 단계; 및
    Ⅳ) 제논 플래쉬 램프, 적외선 램프, 및 자외선 램프를 배치하여, 상기 건조된 패턴에 상기 제논 플래쉬 램프에서 발생하는 극단파 백색광, 상기 적외선 램프에서 발생하는 0.1-3000 W/㎠ 세기의 근적외선 및 상기 자외선 램프에서 발생하는 1-5000 ㎽/㎠ 세기의 원자외선 중에서 선택되는 2종 이상의 광을 동시에 조사함으로써 광소결하는 단계;를 포함하되,
    상기 제1 금속입자의 직경은 20-50 ㎚이고,
    상기 금속 마이크로입자의 직경은 1-10 ㎛이고,
    상기 금속 나노와이어의 직경은 10-200 ㎚, 길이는 1-10 ㎛인 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅱ) 단계에서 전도성 복합잉크는 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀 중에서 선택되는 1종 이상으로 분산하는 단계; 및 탈포하는 단계;를 통해 제조된 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 복합잉크는 제1 금속입자;와 금속 마이크로입자, 금속 나노와이어 및 금속 전구체 중에서 선택되는 1종 이상의 제2 금속입자;를 포함하고,
    상기 제1 금속입자 및 제2 금속입자는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 코발트(Co), 철(Fe), 카드늄(Cd), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 망간(Mn), 크롬(Cr), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택되는 1종 이상인 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광소결 조건이 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 20일 때, 상기 펄스 폭이 5-20 ms이고, 강도가 1-50 J/㎠인 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅲ) 단계는 예열 또는 용매 건조를 위한 예비 광조사 단계를 더 포함하는 디지타이저 연성인쇄회로기판의 제조방법.
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