KR102266732B1 - 전도성 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 기판에 인쇄할 수 있는 전도성 잉크 조성물로서, 열에의해 제1금속이온이 제1금속으로 환원되어 기판상에 전도성 도막을 형성하는 제1금속 전구체를 포함하고, 레이저와 같은 빛에너지를 흡수하고 주변에 열로 방출하여 제1금속이온이 환원되는 온도 이상으로 주변 온도를 상승시키는 광열물질을 포함하므로, 미세패턴 형성 공정 시 단선 지점에 대해 전도성 제1금속을 포함하는 도막을 용이하게 형성할 수 있어 효율적인 수리가 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

전도성 잉크 조성물 {Conductive ink composition}
본 발명은 전도성 잉크 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 미세 패턴의 형성 공정시 발생하는 단선 등의 불량을 해결하기 위한 전도성 잉크 조성물에 관한 것이다.
액정표시소자의 박막 트랜지스터 형성 공정은 반도체 공정과 비슷한 방법을 이용하여 형성되며, 형성된 패턴은 수 ㎛(micrometer)수준의 매우 작은 크기로 이루어진다.
박막 트랜지스터 형성 공정 진행 중 미세 패턴의 형성 불량이 발생하는 현상은 완전히 예방하는 것은 매우 어렵다. 미세 패턴의 형성 불량으로는 데이터 신호 배선 간에 전도성 이물에 의해 쇼트 불량, 노광공정(stepper exposure) 중 미세 패턴 소실에 의한 패턴 단선 등이 있다. 단선 또는 쇼트 불량이 발생하면 실제 패널을 구동시켰을 때 점처럼 보이기도 하고 선으로 보이기도 하는데, 이러한 하자를 불량 화소라고 한다.
불량 화소의 발생 원인 중 가장 발생 빈도가 큰 현상은 박막 트랜지스터 배선의 단선 불량이다. 박막 트랜지스터 신호 배선은 게이트 신호 배선과 데이터 신호 배선이 각각 상하방향으로 일정한 간격을 가지며 행렬 형태로 배치되어 있는데 두 배선 중 하나의 배선이라도 단선이 발생하는 경우에는 불량화소가 나타나게 된다. 이러한 단선된 부분은 수리(Repair)공정을 통해서 해결하고 있는데, 그 대표적인 예가 레이저 화학증착법(laser chemical vapor deposition, LCVD)을 이용한 수리 방법이다.
LCVD는 레이저를 이용하여 수행되며, 광화학적반응 혹은 광열적반응으로 구분할 수 있다. 광화학적 반응은 레이저빔의 광자가 유기금속물을 분해시켜 금속박막을 증착시키는 방법이다. 양호한 유기금속물을 분해해 주는 반면에 기재의 표면을 200℃ 이상으로 가열해 주어야하는 단점이 있고, 증착막이 탄소로 오염되며, 전기적 성질이 좋지 않은 단점이 있다.
광열적작용에 의한 방법은 레이저빔이 열원으로 작용하여 기판을 가열시키고, 표면에서 가스상의 유기금속물을 열분해시켜 증착시키는 방법이다. 생성되는 금속의 순도가 95% 이상으로 매우 높고, 박막저항이 고체 금속의 3~5배 정도인 증착막을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 레이저 출력밀도가 수~수십 MW/cm2 인 고출력의 레이저가 필요하며, 분압이 0.1~100torr 전도로 고진공을 요구하여 공정을 위한 장비가 고가인 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 10-2011-0046439호
삭제
본 발명의 일 측면은, 전극의 형성 공정 진행 시 발생하는 단선을 다시 연결하기 위하여 고가의 진공장비 또는 고출력의 레이저를 사용하지 않으면서도 간편하고 경제적인 방법으로 패턴의 단선을 수리할 수 있는 전도성의 잉크 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은,
기판에 인쇄할 수 있는 전도성 잉크 조성물로서,
제1금속이온을 포함하며, 상기 제1금속이온이 제1금속으로 환원되는 제1금속 전구체 용액; 및
외부로부터 빛에너지를 흡수해 열로 방출하여 상기 제1금속이온을 환원시키는 열을 상기 제1금속이온에 제공하는 광열물질;
을 포함하는 전도성 잉크 조성물로서,
상기 제1금속이온이 환원되는 온도 이하에서 제2금속으로 환원되는 제2금속이온을 포함하는 제2금속 전구체용액을 더 포함하고,
상기 제2금속은 상기 제1금속이온이 환원되는 온도 이하에서 용융되는 것이 좋다.
또, 상기 제1금속 전구체용액은 상기 제1금속의 유기염, 무기염 또는 착화합물을 포함하고,
상기 제2금속이온은 상기 제2금속으로 환원된 후 용융되어 상기 기판상에 구비된 전극 또는 도막과 합금화되거나 금속간화합물을 형성하는 것이 좋다.
이 때, 상기 제1금속이온의 함량은 상기 전도성 잉크 조성물의 2 내지 20 wt% 인 것이 좋고,
상기 광열물질은 Au, Al, Cu, Au, Pt, W, Cr, Ti, Co, Ni, Pb, Sn, ,Ge, Pd 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 금속, 선택된 상기 금속의 산화물 또는 선택된 상기 금속의 합금을 포함하는 입자를 포함하는 것이 좋으며,
상기 광열물질의 입자의 크기는 1 ~ 1000 nm 인 것이 좋다.
또, 상기 광열물질은 상기 제1금속 전구체 용액 100중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함될 수 있고,
상기 빛에너지는 빔의 강도가 2000 내지 5000 W/cm2 인 레이저로부터 공급되는 빛에너지인 것이 좋다.
또, 상기 기판상에 상기 전도성 잉크 조성물을 고정시키는 결합제; 및
상기 결합제와 반응하여 상기 결합제를 경화시키는 경화제;
를 더 포함할 수 있으며,
상기 결합제는 에폭시 수지를 포함하는 것이 좋고,
상기 결합제는 상기 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 7 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합제와 상기 경화제의 반응을 촉진하는 경화 촉진제가 더 포함될 수 있다.
이 때, 상기 경화 촉진제는 상기 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 17 중량부로 포함되는 것이 좋고,
상기 전도성 잉크 조성물은 상기 결합제와 상기 경화제의 반응에의해 경화되어 35 내지 100 kgf 범위의 전단응력을 갖는 것이 바람직하며,
상기 전도성 잉크 조성물은 25℃ 조건에서 측정된 점도가 5 내지 1000 cPs인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은,
전술한 전도성 잉크 조성물이 기판상에 인쇄되어 구비되며,
상기 기판상에서 서로 다른 둘 이상의 지점을 전기적으로 연결하는 전도성 도막으로서,
상기 전도성 도막에서 거리가 40㎛ 떨어진 두 지점에 대하여 2-point probe방식에 의해 측정된 전기저항이 5 내지 100 Ω/40㎛ 인 것이 좋고,
상기 전도성 도막은 선폭이 0.1 내지 20㎛ 로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따른 전도성 잉크 조성물은 기판 또는 전자부품의 미세 패턴의 형성 시 발생할 수 있는 단선 영역에 인쇄되며, 광열물질을 포함하여 빛에너지를 열에너지로 전환할 수 있으므로 제1금속 전구체에 포함되는 제1금속이온을 환원시켜 전기저항이 낮은 전도성 도막을 통한 단선의 연결을 제공할 수 있다.
또한, 저출력 레이저를 사용하는 경우에도 미세한 영역에 대하여 제1금속이온의 환원반응을 진행시킬 수 있으므로 기판 손상을 최소화 하면서 경제적인 단선의 수리가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 조성물을 사용하여 연결된 전극을 주사현미경으로 촬영한 사진이고,
도 2는 도 1의 연결 지점을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 조성물을 사용하여 연결된 전극을 주사현미경으로 촬영한 사진이고,
도 4는 도 2의 연결 지점을 촬영한 사진이다.
도 5는 전도성 조성물의 전단응력의 측정 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다.
4) '포함한다(comprise, comprises, comprising), 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다.
7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다.
9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에, ~사이에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.
본 명세서에서 전단응력이란, 어떤 면을 기준으로 그 면의 양쪽 부분이 서로 반대 방향으로 어긋나게 작용하는 힘인 전단력에 저항하는 응력으로서, 예를들어 기판상에 형성된 도막을 기판면을 따라 평행하게 한쪽방향으로 미는 힘에 저항할 수 있는 힘을 의미하고, 더 나아가 기판상에서 도막이 변형되거나 분리리지 않도록 고정해주는 힘을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 측면인 전도성 잉크 조성물은 제1금속 전구체 용액, 광열물질, 결합제, 경화제, 경화촉진제 및 용제를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1금속 전구체 용액은 산화된 형태의 제1금속 양이온을 포함하는 화합물 등이 포함될 수 있고, 제1금속으로 환원가능한 제1금속 양이온을 포함하는 화합물을 포함하는 넓은 의미로 사용되며, 제1금속 전구체 용액은 제1금속 전구체를 포함하는 용액으로서, 전도성 잉크 조성물이 전기적 특성을 가지게 하고, 환원된 제1금속이 도막을 형성함으로써 원하는 지점 간에 전기적 연결이 이루어질 수 있도록 한다.
제1금속 전구체의 형태나 음이온의 종류는 제한되지 않으나, 제1금속의 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 금속 착화합물(complex compound) 또는 이들의 조합을 포함하는 화합물이 사용될 수 있다.
제1금속의 종류는 제한되지 않으나, 환원이 잘 일어나고, 전기전도성이 뛰어나며, 용융점이 적절한 금속인 것이 좋고, 바람직하게는 은(Ag)이 사용되는 것이 좋다.
제1금속 전구체 용액은 제1금속 전구체를 포함하는 용액으로서, 제1금속 전구체를 용제 등에 용해하여 잉크화한 형태를 포함할 수 있다. 제1금속 전구체 용액은 전체 전도성 잉크 조성물에서 10 내지 80 wt%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 70 wt% 포함되는 것이 좋다.
제1금속 전구체 용액은 제1금속의 산화된 형태인 제1금속양이온 (이하, 제1금속이온)을 포함하고, 제1금속 전구체 용액에 포함되는 제1금속이온의 양은 전체 전도성 잉크 조성물에서 2 내지 20 wt% 로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 15 wt% 로 포함되는 것이 좋다.
제1금속 전구체 용액에 포함된 제1금속 전구체의 제1금속이온은 예를들어 열에 의해 제1금속원자로 환원될 수 있으며, 제1금속 전구체 용액에 의해 형성된 제1금속 도막은 높은 전기전도성과 낮은 전기저항을 가지며 전극과 전극을 연결할 수 있다. 제1금속의 환원은 제1금속 전구체 용액에 포함된 제1금속이온의 환원과 동일한 의미로 사용되며, 제1금속이온의 환원은 열에너지에 의해 이루어질 수 있다.
제1금속 전구체에 포함된 제1금속이온의 환원이 일어나는 온도를 환원온도라고 할 때, 환원온도는 제1금속 전구체의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 환원을 위해 주변 또는 외부로부터 에너지를 전달받아 환원반응이 일어날 수 있다. 에너지 또는 열을 흡수하여 승온되는 온도는 에너지를 공급하는 장비 또는 주변환경에 따라 달라질 수 있다.
제1금속 전구체 용액은 제1금속 전구체를 용해시킬 수 있는 용매를 추가로 더 포함할 수 있다. 용매의 성분은 제1금속 전구체를 용해시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않으나, 제1금속이온 또는 제1금속 전구체와 반응성이 작고 휘발성이 큰 극성 용매, 예를들어 에틸아세테이트(ethyl acetate), 아세톤(acetone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세토니트릴(acetonitrile)이 사용되는 것이 바람직하다.
용매는 전도성 잉크 조성물에 포함되어 함께 혼합될 수 있는 후술할 용제와 동일한 성분으로 선택될 수 있으며, 용제의 성분에 따라 다른 조성물이 포함되는 것도 가능하고, 용제와 동일한 성분으로 구성되는 경우 전도성 잉크 조성물의 혼합시 용해가 잘 일어나는 장점이 있다.
제1금속 전구체 용액은 제1금속 전구체와 함께 다른 금속의 전구체를 포함할 수 있다. 이 때, 환원온도보다 낮은 융점을 갖는 금속인 제2금속의 전구체가 포함되는 것이 바람직하고, 제2금속으로는 예를들어 인듐(In), 비스무트(Bi) 또는 주석(Sn) 등과 같은 저융점 금속이 사용될 수 있다.
제2금속은 제1금속 전구체 용액에 제2금속이온 또는 산화된 형태의 제2금속을 포함하는 제2금속 전구체 형태로 포함되고, 제2금속 전구체는 제1금속 전구체 대비 0.1 내지 1.0 배로 포함되는 것이 좋으며, 바람직하게는 0.3 내지 0.7 배로 포함되는 것이 좋다. 광열작용에 의한 주변 온도의 증가에 따라 제2금속이온은 제2금속으로 환원될 수 있다. 환원된 제2금속은 제1금속이온이 환원되는 환원온도보다 낮은 용융점을 가지므로 액체금속상태로 상변화되어 용융된다.
이 때, 제1금속은 그 용융점이 제1금속이온이 환원되는 온도보다 높아서 용융되지 않는 것이 바람직하다.
용융된 제2금속은 기판상에 형성되는 환원된 제1금속을 포함하는 전도성 도막과 기판상에 형성된 전극의 사이에서 합금(alloy)화되거나 금속간화합물(intermetallic compound)을 형성하고, 전도성 도막과 기판전극을 강하게 결합시켜 부착력을 향상시키는 효과가 있다.
광열물질은 빛을 흡수하여 열을 발생시키는 효과인 광열효과(Photothermal effect)를 일으킬 수 있는 물질로서, 흡수한 빛에너지 즉, 전자기 에너지를 열로 전환하므로 광열치료, 태양전지, 세포 수확, 우주선의 온도 조절 등의 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 금속을 포함하는 물질 또는 나노 물질에서 주로 관찰될 수 있다.
광열물질의 소재는 제한되지 않으며, 금속물질 또는 무기금속입자일 수 있고, 금속과 무기금속입자의 조합으로 이루어질 수 있다.
구체적으로는 광열물질은 Au, Al, Cu, Au, Pt, W, Cr, Ti, Co, Ni, Pb, Sn, ,Ge, Pd, Ce 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속, 상기 금속의 산화물 또는 상기 금속의 합금을 포함하여 이루어질 수 있고, 탄소나노튜브 또는 산화그래핀일 수 있다. 광열물질은 예를들어 금 나노입자, 금 나노막대, Au/Ag 나노입자, CoCu, CoPt FePt, NiFe, NiFeCo 일 수 있고, 여기서 나노입자란, 구형, 막대형 또는 중공을 포함하는 나노쉘을 포함하는 넓은 의미로 해석된다.
광열물질의 형태는 제한되지 않으나 입자 형태인 것이 바람직하다. 광열물질 입자의 크기는 1 내지 1000 nm 범위일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 500 nm 크기일 수 있다.
광열물질의 입자 크기가 해당 범위보다 작은 경우, 금속 나노입자로의 제조가 어렵고, 조성물을 분산시키기 위한 분산제 및 침전을 방지하기 위한 침강방지제 등의 유기물의 함량이 증가하여 전기 저항이 증가하는 문제가 있다. 입자의 크기가 해당 범위보다 큰 경우, 광열효과가 감소하여 제1금속 이온의 환원이 일어나지 않거나 낮은 비율로 환원되는 문제점이 있다.
광열물질은 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 6 내지 25 중량부로 포함될 수 있다.
광열물질의 비율이 해당 범위보다 작은 경우에는 레이저에 의한 광열작용의 효과가 적어 제1금속 전구체가 충분히 열분해 되지 않아 전기 저항이 높아진다. 비율이 해당 범위보다 큰 경우에는 광열물질로 금속산화물을 사용할 경우 광열물질 의한 광열효과는 충분할 수 있으나, 금속산화물 자체의 전기저항이 매우 높아 전체적으로 형성된 전극 자체의 저항이 높아지는 문제점이 있다.
광열물질은 빛에너지를 흡수하여 열에너지를 주변으로 방출하며, 빛에너지의 공급원은 제한되지 않으나, 원하는 영역에 빛에너지를 공급하기 좋은 레이저가 사용되는 것이 바람직하다. 레이저의 빔의 강도는 2,000 내지 5,000 바람직하게는 3,000 내지 4,000 W/cm2 인 것이 좋다.
레이저 빔의 강도가 해당 범위보다 높은 경우 기판의 손상이 발생하는 문제가 있고, 해당 범위보다 낮은 경우 광열작용이 충분하지 못하여 환원온도까지 승온이 되지 않거나, 환원이 충분하지 못해 전도성 도막의 전기저항이 높아지는 문제가 있다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물은 광열물질에 의한 광열효과로 인해 고진공의 조건이 요구되는 종래의 화학적 증착 방식에 비해 상압조건하에서도 제1금속 전구체의 환원이 효율적으로 일어날 수 있으므로 유리한 효과를 얻을 수 있다.
결합제는 전도성 잉크 조성물이 처리된 기판상에 고정되어 전기적 연결이 안정적으로 유지될 수 있게 하며, 광열효과에 의하여 제1금속이온이 환원되어 얻어지는 제1금속이 기판으로부터 탈락 또는 박리되어 단선을 일으키는 현상을 예방할 수 있다.
결합제의 소재는 제한되지 않으나, 예를들어 에폭시 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 복소환계 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 등 분자당 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 물질이 사용될 수 있다. 또한, 전술한 에폭시 수지의 2종류 이상이 병용될 수 있다.
결합제는 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 7 내지 50 중량부가 포함될 수 있고, 바람직하게는 8 내지 50, 더욱 바람직하게는 8 내지 25 중량부가 포함되는 것이 좋다.
해당 범위보다 적은 양이 사용되는 경우 경화된 조성물 또는 도막과 기판 사이의 부착이 불량할 가능성이 있으며, 해당 범위를 초과하는 경우 경화된 조성물 또는 전도성 도막의 전기저항이 증가하는 문제점이 있다.
결합제는 광열효과에 의한 온도의 상승 전에는 전도성 잉크 조성물에 고정력을 충분하게 제공하지 않을 수 있으며, 광열효과 및 경화반응에 의해 경화되어 제1금속 전구체로부터 환원되어 얻어지는 제1금속을 기판에 고정하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 성질로 인하여 조성물은 경화되지 않은 유체의 형태로 기판의 단선된 부분에 인쇄 또는 도포될 수 있고, 특히 좁은 폭 및 두께로 형성되어 전기적 접속을 이룰 수 있는 효과를 갖는다.
전도성 잉크 조성물은 경화제를 추가적으로 더 포함할 수 있다.
경화제는 결합제가 금속 물질을 기판에 부착시키기 위한 경화반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 그 성분은 제한되지 않으나, 조성물에 포함되는 결합제와 반응을 일으켜 경화될 수 있는 화합물이라면 통상의 기술자가 선택할 수 있는 범위의 화합물을 포함하고, 예를들어 아민 또는 카복시산 무수물을 하나 이상 분자에 포함하는 화합물이 사용될 수 있다.
경화제는 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 25 중량부로 포함되는 것이 좋다.
또한, 경화제는 결합제의 함량 대비 0.1 내지 1.0 배의 범위로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 1.0 배의 범위인 것이 좋다.
경화제가 해당 범위보다 많이 포함되는 경우 경화속도가 빨라지거나 경화 후 전기저항이 높아질 수 있고, 경화제가 해당 범위보다 적게 포함되는 경우 결합제의 경화가 원활하게 이루어지지 않아 충분한 부착력을 제공하지 못하여 전기적 연결이 안정적으로 형성되지 않는 문제가 있다.
경화촉진제는 경화제와 결합제의 경화반응을 촉진하기 위하여 전도성 잉크 조성물에 추가적으로 포함될 수 있다. 경화제와 결합제의 반응이 빠르게 진행되는 경우, `전기저항이 증가되는 문제가 있을 수 있으며, 경화제와 결합제의 반응이 느리게 진행되는 경우, 전단응력이 충분하지 못하는 문제가 있다.
이에, 전사 공정의 속도와 소요 시간에 따라 적절한 경화속도를 얻는 것이 중요하고, 이를 조절하기 위한 수단으로 경화촉진제가 전도성 조성물에 포함될 수 있다.
경화촉진제의 성분은 제한되지 않으나, 예를 들어 2-메틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸(2-Phenyl-4-methylimidazole) 등의 이미다졸 화합물, 트리에틸아민, 벤질디메틸아민, 메틸벤질디메틸아민, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀(2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol), 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 삼차 아민 화합물 및 트리페닐포스핀, 트리메틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀(Tris(4-methoxyphenyl)phosphine), 트리(노닐 페닐)포스핀 등의 유기 포스핀 화합물이 사용될 수 있으며, 그중에서 내습성 및 경도가 우수한 유기 포스핀류를 사용하는 것이 바람직하다.
경화촉진제는 전술한 화합물 중 2종류 이상을 병용해 사용할 수 있고, 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 17 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
경화촉진제의 비율이 해당 범위보다 낮은 경우, 결합제의 경화도 부족에 따른 부착력 불량 문제가 발생할 수 있으며, 해당 범위보다 높은 경우, 경화속도가 너무 빨라져 충분한 전기전도성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
전도성 잉크 조성물은 경화되어 도막을 형성하는 경우 전단응력이 35 내지 100 kgf 일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 80 kgf 인 것이 좋다.
용제는 전술한 전도성 잉크 조성물에 포함되는 조성물을 용해 또는 균일하게 혼합하여 유체 상태로 형성하기 위하여 사용되며, 그 성분은 제한되지 않으나 전술한 조성물들에 대한 용해도가 우수하면서 반응성이 낮고, 경화조건에서 기화되기 쉬운 용매가 사용되는 것이 좋고, 예를 들어 테트라하이드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene계)계 용매, 벤젠(benzene)계 용매, 알칸(alkane)계 용매, 옥세인(oxane)계 용매, 아민(amine)계 용매, 폴리올(polyol)계 용매 또는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 폴리아민(polyamine), 에탄올 아민(ethanol amine), 다이에탄올 아민(diethylnol amine), 에탄 티올 (ethane thiol), 프로판 티올(propane thiol), 부탄 티올(butane thiol), 펜탄 티올(pentane thiol), 헥산 티올(hexane thiol), 헵탄 티올 (heptanes thiol), 옥탄 티올(octane thiol), 노난 티올 (nonane thiol)데칸 티올(decane thiol), 운데칸 티올(undecane thiol) 등의 알킬티올(Alkyl thiol) 또는 이들의 조합인 물질이 사용될 수 있다.
용제의 함량은 제한되지 않으나, 너무 낮은 경우 균일한 조성물 조성물을 얻기 어렵고, 너무 높은 경우 점도가 낮고 주요 조성물의 농도가 낮아지며 용제의 제거에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있으므로, 제1금속 전구체 100 중량부에 대하여 10 내지 80 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 20 내지 50 중량부로 포함되는 것이 좋다.
용제를 포함하는 전도성 잉크 조성물은 기판에 인쇄될 수 있도록 액상 형태이고, 잉크 조성물의 점도는 25℃ 조건에서 브룩필드점도계(BROOKFIELD VISCOMETER DV3T)로 측정하였을 때, 5 내지 1,000 cPs일 수 있고, 바람직하게는 10 내지 100 cPs인 것이 좋다. 점도가 해당 범위보다 큰 경우 인쇄가 용이하지 않고, 막힘 등의 문제가 있으며, 점도가 해당 범위보다 작은 경우 기판 상에서 잉크가 응집되지 못하고 유동하는 문제가 있다.
전도성 잉크 조성물은 제1금속 전구체 용액과 광열물질을 포함함으로써 레이저와 같은 수단으로부터 빛에너지를 공급받아 열에너지로 전환할 수 있다. 빛에너지를 흡수한 광열물질은 열을 발생시켜 주변 온도를 상승시키고 제1금속이온이 제1금속원자로 환원되므로 조성물이 낮은 전기저항과 높은 전도성을 가지게 된다.
또한, 결합제는 유체에 가까운 상의 전도성 잉크 조성물이 기판상에 부착되어 고정될 수 있게 하고, 경화제와 경화촉진제가 결합제의 경화가 잘 일어날 수 있도록 한다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물은 기판상에 원하는 형태, 크기로 도포되거나 인쇄될 수 있으며, 이후 특정 지역에 빛 또는 레이저빔을 조사함으로써 매우 작은 국소영역에 대하여도 온도를 상승시켜 금속을 형성시킬 수 있다. 이러한 특징으로 인하여 사용되는 기판의 제약이 없으며, 별도의 진공 형성 장비가 필요없어 공정이 간단해 지는 장점이 있다.
이 때, 사용되는 레이저는 저출력 조건인 경우에도 광열효과로 인하여 충분한 광열반응 및 제1금속이온의 환원반응을 일으킬 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 좁은 영역에서 미세한 크기로 형성되어 전기적 연결을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어 박막 트랜지스터, 마이크로 단위의 소자 등의 전극 형성 공정에서 발생하는 단선과 같은 불량을 수리하기 위해 사용될 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 기판상에 인쇄되며, 이 ‹š, 서로 다른 둘 이상의 지점을 전기적으로 연결하도록 인쇄되어 전도성의 도막이 기판상에 구비될 수 있다.
예를들어, 기판전극의 단선된 부분에 대하여 단선된 지점들을 서로 전기적으로 연결할 수 있도록 본 발명의 전도성 잉크 조성물이 인쇄될 수 있으며, 전체 기판이 아닌 해당 단선 부분에 한하여 레이저를 이용해 온도를 증가시킬 수 있고, 전도성의 금속이 기판상에, 예를들어 도막과 같은 형태로, 전극을 형성하여 단선된 부분을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 전도성 도막은 반응에 의해 경화된 결합제와 경화제에 의해 기판 또는 기판전극에 고정되어 안정적인 전기적 접속을 제공한다.
전도성 도막의 크기 및 두께와 형태는 제한되지 않으나 길이는 약 10 내지 100㎛ 일 수 있고, 선폭(line width)은 0.1 내지 20㎛인 선형으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 전도성 잉크 조성물을 활용하여 전극 사이의 거리가 40㎛ 이고, 3㎛ 의 선폭으로 형성된 전도성 도막이 기판상에 구비될 수 있다.
전도성 도막의 전기저항은 형성된 전도성 도막의 길이와 단면적에 따라 달라진다.
저항계를 이용하여 2-point probe 방식으로 전도성 도막에 의해 연결되는 전극과 전극 또는 두 지점 사이의 선저항을 측정하였을 때, 측정지점의 거리가 40㎛ 인 조건에서 측정되는 선저항의 값은 5 내지 100 Ω/40㎛ 범위인 것이 좋으며, 바람직하게는 20 내지 50 Ω/40㎛ 인 것이 좋다.
선저항이 해당 범위보다 큰 경우 전기적 연결이 좋지 않아 발열 또는 에너지 손실이 발생할 수 있고, 해당 범위보다 작은 경우, 제1금속의 비율이 높아 기판 부착력이 부족하거나 단면적이 넓어져 미세한 단선의 수리가 어려워지고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예
실시예 1
교반기가 구비된 히팅맨틀(Heating mantle)과 250ml의 3-Neck Round bottom Flask를 준비하고, silver oxide(Ag2O, 삼전순약) 5.0g을 3-Neck Round bottom Flask에 투입하였다. 여기에 Methanol anhydrous 60g을 투입하고, 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하면서 온도를 30℃로 유지하였다. 여기에 2-Ethylhexylacid 2.0g과 2-Ethylhexylamine 4.0g을 연속식정량이송펌프(카스사이언스(주) PP-150D)를 이용하여 0.1g/min의 속도로 서서히 투입하며 용액의 색이 검은색에서 투명해질 때까지 30℃로 유지하면서 24시간동안 교반을 진행하였다.
투명해진 용액을 진공, 85℃ 조건에서 Rotary Evaporator(진공회전농축기)를 이용하여 농축과정을 진행하며 점도를 측정하였으며, 점도가 5,000cPs가 될 때까지 농축하여 제1금속 전구체로 은(Ag)전구체를 포함하는 전구체 용액 A를 제조하였다.
은(Ag) 나노입자의 직경이 30nm인 광열물질을 17g 사용하였고, 결합제로는 Bisphenol-A type solid Epoxy Resin를 8g 사용하였으며,
경화촉진제로 2-Phenyl-4-methylimidazole를 8g 사용하였다.
여기에 용제로 부틸아세테이트(butyl acetate) 및 부틸 카비톨(butyl carbitol)을 각각 17g 및 8g이 되도록 첨가하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2
교반기가 구비된 250ml의 3-Neck Round bottom Flask를 준비하고, silver oxide(Ag2O) 5.0g과 Indium oxide(In2O3) 0.5g을 각각 3-Neck Round bottom Flask에 투입하였다. 여기에 Acetic acid 20g과 Methanol anhydrous 60g을 투입하고, 교반기를 사용하여 300rpm의 속도로 교반하였다. 여기에 2-Ethylhexylacid 2.0g과 2-Ethylhexylamine 4.0g을 서서히 투입하며 용액의 색이 투명해질 때까지 24시간동안 교반을 진행하였다. 투명해진 용액을 진공, 85℃ 조건에서 Rotary Evaporator(진공회전농축기)를 이용하여 점도가 4,500cPs가 될 때까지 농축하여 은-인듐 전구체(Ag-Indium precursor)를 포함하는 전구체 용액 B를 합성하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 3
Indium oxide((In2O3)대신에 Bismuth oxide(Bi2O3)를 투입하여 은-비스무스 전구체(Ag- Bismuth precursor)를 포함하는 전구체 용액 C를 합성하였다. 얻어진 용액의 점도는 5,600cPs였으며, 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 4 내지 6
광열물질로 각각 입경의 크기가 10nm인 은(Ag) 나노입자, 입경의 크기가 5nm인 티타늄옥사이드(TiO2), 입경의 크기가 20nm인 티타늄옥사이드(TiO2)를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 조성물을 제조하였다.
실시예 7 내지 8
광열물질로 입경의 크기가 30nm인 은(Ag) 나노입자 8g, 10nm인 은(Ag) 나노입자 8g를 사용한 점과, 입경의 크기가 5nm인 티타늄옥사이드(TiO2), 입경의 크기가 10nm인 은(Ag) 나노입자를 각각 8g 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 9 내지 10
결합제로 각각 Bisphenol-A type liquid Epoxy 및 High molecular weight solid Epoxy를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 11 내지 12
경화촉진제로 각각 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol 및 Tris(4-methoxyphenyl)phosphine을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 13 내지 15
용제로 butyl carbitol 17g를 사용하고, 결합제로 각각 Bisphenol-A type solid Epoxy Resin, Bisphenol-A type liquid Epoxy 및 High molecular weight solid Epoxy 를 25g 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 16
광열물질로 실리카 입자의 표면을 Au/Ag 로 둘러싼 나노입자 17g 을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 15의 내용을 하기 표로 정리하여 나타내었다.
구성 성분 구분 조성물 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예7 실시예8
제1금속 전구체 1A 제1금속 전구체 용액 A 100     100 100 100 100 100
1B 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액B   100        
1C 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액 C     100      
광열물질 2A 은(Ag) 입경의 크기 30nm 17 17 17     5
2B 은(Ag) 입경의 크기 10nm       17     5 5
2C 티타늄옥사이드(TiO2) 5nm 17 5
2D 티타늄옥사이드(TiO2) 20nm         17
결합제 3A isphenol-A type solid Epoxy Resin 8 8 8 8 8  8 8 8
3B Bisphenol-A type liquid Epoxy          
3C High molecular weight solid Epoxy            
경화촉진제 4A 2-Phenyl-4-methylimidazole 8 8 8 8 8 8 8 8
4B 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol            
4C Tris(4-methoxyphenyl)phosphine            
용제 5A butyl actetate 17 17 17 17 17 17 17 17
5B butyl carbitol 17 17 17 17 17 17 17 17
합계(g) 167 167 167 167 167 167 167 167
구성 성분 구분 조성물 실시예 10 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15
제1금속 전구체 1A 제1금속 전구체 용액 A 100 100 100 100 100 100
1B 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액B            
1C 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액 C            
광열물질 2A 은(Ag) 입경의 크기 30nm 17 17 17 17 17 17
2B 은(Ag) 입경의 크기 10nm            
2C 티타늄옥사이드(TiO2) 5nm            
2D 티타늄옥사이드(TiO2) 20nm            
결합제 3A isphenol-A type solid Epoxy Resin   8 8 25    
3B Bisphenol-A type liquid Epoxy         25  
3C High molecular weight solid Epoxy 8         25
경화촉진제 4A 2-Phenyl-4-methylimidazole 8     8 8 8
4B 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol   8        
4C Tris(4-methoxyphenyl)phosphine     8      
용제 5A butyl actetate 17 17 17      
5B butyl carbitol 17 17 17 17 17 17
합계(g) 167 167 167 167 167 167
비교예
비교예 1 내지 3
각각 점착제, 결합제 몇 경화촉진제를 사용하지 않고 해당 중량만큼 용제 중 부틸 아세테이트를 추가로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 조성물을 제조하였다.
비교예 4
제1금속 전구체 용액을 포함하지 않고 점착제, 결합제, 경화촉진제의 함량을 각각 17g, 25g, 8g으로 하고, 용제의 함량을 부틸 아세테이트를 67g, 부틸 카비톨을 33g 으로 첨가하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 1 내지 4의 조성 및 각 조성물의 질량을 아래 표 3에 정리하여 나타내었다.
구성 성분 구분 조성물 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
제1금속 전구체 1A 제1금속 전구체 용액 A 100 100 100
1B 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액B        
1C 제1금속 전구체 + 제2금속 전구체 용액 C        
광열물질 2A 은(Ag) 입경의 크기 30nm 17 17 17
2B 은(Ag) 입경의 크기 10nm        
2C 티타늄옥사이드(TiO2) 5nm        
2D 티타늄옥사이드(TiO2) 20nm        
결합제 3A isphenol-A type solid Epoxy Resin 8   8
3B Bisphenol-A type liquid Epoxy        
3C High molecular weight solid Epoxy     25
경화촉진제 4A 2-Phenyl-4-methylimidazole 8 8   8
4B 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol        
4C Tris(4-methoxyphenyl)phosphine        
용제 5A butyl actetate 33 25 25 67
5B butyl carbitol 17 17 17 33
합계(g) 166 167 167 150
실험예
실험예 1 내지 19 - 저항 및 전단응력의 측정
실험예 1
제조된 전도성 잉크 조성물을 ENJET(주)의 EHD-eNanojet 프린터를 이용하여 잉크의 선폭(line width)이 3㎛가 되도록 인쇄하고, 금(Au) pad가 증착된 ITO film(ITO/PET) 사이로 길이가 40um가 되도록 인쇄하였다. 인쇄 후 인쇄된 표면에 비에레이져㈜(model: ALS 532nm CW Fiber Laser 10W) 532nm 파장의 CW laser(Continuous Wave Laser)를 이용하여 빔의 강도(intensity)를 4,000mW/cm2로 10umX10um의 크기로 인가하였다.
형성된 도막의 주사현미경 사진(SEM)을 도 1 및 도 2에 나타내었다. 금(Au) pad사이를 저항계(HIOKI RM3543)를 이용하여 2-point probe방식으로 선저항(Ω)을 측정하였다. 전단응력의 측정은 도 5에 나타낸것과 같이 Au(금)가 증착된 글라스 표면(2x1cm) 표면에 본 발명의 실시예 1의 전도성 잉크 조성물을 5um가 되도록 spin coating하고, ITO glass(7.5x2.5cm)에 붙인 후 레이저 빔의 강도를 4,000mW/cm2로 10초간 인가 후 전단응력 측정 장비(DAGE-SERIES-4000HS)기의 Tip을 사용해서 Au(금)가 증착된 글라스의 긴 쪽 면을 밀어서 전단응력을 측정하였다.
실험예 2 내지 15
실시예 2 내지 15에 대하여 실험예 1과 동일한 실험을 진행하여 전기저항 및 전단응력을 측정하였다.
실험예 16 내지 19
비교예 1 내지 4에 대하여 실험예 1과 동일한 실험을 진행하여 전기저항 및 전단응력을 측정하였으며, 비교예 1에서 형성된 도막의 주사현미경 사진(SEM)을 도 3 및 도 4에 나타내었다.
실험예 1 내지 19의 결과를 아래 표 4와 같이 정리하였다.
실험예 전기저항(Ω/40μm, 2-point probe) 전단응력(kgf) 실험예 전기저항(Ω/40μm, 2-point probe) 전단응력(kgf)
실험예 1 26.3 40.1 실험예 11 38.6 65.9
실험예 2 21.3 58.1 실험예 12 34.5 60.5
실험예 3 22.8 59.5 실험예 13 45.8 80.1
실험예 4 32.8 60.7 실험예 14 46.1 79.8
실험예 5 35.7 60.9 실험예 15 48.1 88.1
실험예 6 45.7 60.9 실험예 16 560.4 40.9
실험예 7 37.5 60.9 실험예 17 24.6 5.9
실험예 8 37.9 60.9 실험예 18 25.8 11.6
실험예 9 38.9 72.8 실험예 19 절연 50.8
실험예 10 34.7 75.8
실험예 20 내지 22
실험예 1에 대하여 레이저 빔의 강도를 각각 5000, 6000, 7000 mW/cm2 으로 실시하고 기판의 손상여부를 관찰하였다.
실험예 23 내지 25
비교예 1에 대하여 레이저 빔의 강도를 각각 5000, 6000, 7000으로 실시하고 기판의 손상여부 관찰하였다.
실험예 20 내지 25의 결과를 아래 표 5와 같이 정리하였다.
실험예 전기저항(Ω/40μm, 2-point probe) 전단응력(kgf) 기판의 손상여부
(O/X)
실험예 20 24.8 39.7 X
실험예 21 23.7 38.5 O
실험예 22 23.8 37.9 O
실험예 23 420.7 38.7 X
실험예 24 390.5 39.8 O
실험예 25 290.8 35.7 O
삭제
부호없음

Claims (21)

  1. 기판에 인쇄할 수 있는 전도성 잉크 조성물로서,
    제1금속이온을 포함하며, 상기 제1금속이온이 제1금속으로 환원되는 제1금속 전구체 용액; 및
    외부로부터 빛에너지를 흡수해 열로 방출하여 상기 제1금속이온을 환원시키는 열을 상기 제1금속이온에 제공하는 광열물질; 및
    상기 기판상에 상기 전도성 잉크 조성물을 고정시키는 결합제;를 포함하고,
    상기 빛에너지는 빔의 강도가 2000 내지 5000 W/cm2 인 레이저로부터 공급되는 전도성 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속이온이 환원되는 온도 이하에서 제2금속으로 환원되는 제2금속이온을 포함하는 제2금속 전구체용액을 더 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2금속은 상기 제1금속이온이 환원되는 온도 이하에서 용융되는 전도성 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속 전구체용액은 상기 제1금속의 유기염, 무기염 또는 착화합물을 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2금속이온은 상기 제2금속으로 환원된 후 용융되어 상기 기판상에 구비된 전극 또는 도막과 합금화되는 전도성 잉크 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2금속이온은 상기 제2금속으로 환원된 후 용융되어 상기 기판상에 구비된 전극 또는 도막과 금속간화합물을 형성하는 전도성 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속이온의 함량은 상기 전도성 잉크 조성물의 2 내지 20 wt% 인 전도성 잉크 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광열물질은 Au, Al, Cu, Au, Pt, W, Cr, Ti, Co, Ni, Pb, Sn, ,Ge, Pd 및 Si 로 이루어진 군에서 선택되는 금속, 선택된 상기 금속의 산화물 또는 선택된 상기 금속의 합금을 포함하는 입자를 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광열물질의 입자의 크기는 1 ~ 1000 nm 인 전도성 잉크 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광열물질은 상기 제1금속 전구체 용액 100중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함되는 전도성 잉크 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 결합제와 반응하여 상기 결합제를 경화시키는 경화제;를 더 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 결합제는 에폭시 수지를 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 결합제는 상기 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 7 내지 50 중량부로 포함되는 전도성 잉크 조성물.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 결합제와 상기 경화제의 반응을 촉진하는 경화 촉진제를 더 포함하는 전도성 잉크 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경화 촉진제는 상기 제1금속 전구체 용액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 17 중량부로 포함되는 전도성 잉크 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 조성물은 상기 결합제와 상기 경화제의 반응에의해 경화되어 35 내지 100 kgf 범위의 전단응력을 갖는 전도성 잉크 조성물.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 조성물은 25℃ 조건에서 측정된 점도가 5 내지 1000 cPs인 전도성 잉크 조성물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 전도성 잉크 조성물이 기판상에 인쇄되어 구비되며,
    상기 기판상에서 서로 다른 둘 이상의 지점을 전기적으로 연결하는 전도성 도막.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전도성 도막에서 거리가 40㎛ 떨어진 두 지점에 대하여 2-point probe방식에 의해 측정된 전기저항이 5 내지 100 Ω/40㎛ 인 전도성 도막.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전도성 도막은 선폭이 0.1 내지 20㎛ 로 구비되는 전도성 도막.
  21. 삭제
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110046439A (ko) 2008-07-24 2011-05-04 코비오 인코포레이티드 알루미늄 잉크 및 이의 제조 방법, 알루미늄 잉크 증착 방법 및 알루미늄 잉크의 인쇄 및/또는 증착에 의해 형성된 필름
KR20140087098A (ko) * 2012-12-26 2014-07-09 주식회사 두산 저점도 금속 잉크 조성물 및 이를 이용하는 인쇄회로기판
KR20150062892A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 전도성 구조체 및 이의 제조방법
KR20150118424A (ko) * 2014-04-14 2015-10-22 주식회사 두산 저점도 금속 잉크 조성물, 이를 이용한 적층시트, 연성 금속박 적층판 및 인쇄회로기판
KR20190024693A (ko) * 2017-08-31 2019-03-08 제록스 코포레이션 전도성 은 인쇄를 위한 분자 유기 반응성 잉크

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110046439A (ko) 2008-07-24 2011-05-04 코비오 인코포레이티드 알루미늄 잉크 및 이의 제조 방법, 알루미늄 잉크 증착 방법 및 알루미늄 잉크의 인쇄 및/또는 증착에 의해 형성된 필름
KR20140087098A (ko) * 2012-12-26 2014-07-09 주식회사 두산 저점도 금속 잉크 조성물 및 이를 이용하는 인쇄회로기판
KR20150062892A (ko) * 2013-11-29 2015-06-08 주식회사 엘지화학 전도성 구조체 및 이의 제조방법
KR20150118424A (ko) * 2014-04-14 2015-10-22 주식회사 두산 저점도 금속 잉크 조성물, 이를 이용한 적층시트, 연성 금속박 적층판 및 인쇄회로기판
KR20190024693A (ko) * 2017-08-31 2019-03-08 제록스 코포레이션 전도성 은 인쇄를 위한 분자 유기 반응성 잉크

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