KR20220074369A

KR20220074369A - 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 기판

Info

Publication number: KR20220074369A
Application number: KR1020200162802A
Authority: KR
Inventors: 윤선홍
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-03
Also published as: KR102490064B1

Abstract

본 발명은 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 기판에 관한 것으로, 80℃이하의 저온에서 소결이 가능하면서 양호한 전기전도성을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 전도성 기판은 베이스 기판과, 베이스 기판 상에 상기 전도성 잉크 조성물을 인쇄한 후 80℃이하에서 소결하여 형성한 전도막을 포함한다. 상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 분말 50 내지 85 중량%, 유기 바인더 5 내지 20 중량%, 및 용매 10 내지 30 중량%을 포함한다.

Description

전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 기판{A Conductive Ink Composition and a Conductive Substrate using the same}

본 개시는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온에서 소결이 가능하면서 동시에 우수한 전기전도성을 갖는 전도성 잉크 조성물 및 상기 전도성 잉크 조성물이 인쇄된 전도성 기판에 관한 것이다.

현재 인쇄전자기술에서 사용되고 전도성 잉크는 주로 디스플레이 패널, 태양 전지판, 디지타이저(digitizer), 인쇄회로기판 등과 같은 전도성 기판의 배선 패턴 용으로 사용되고 있다.

이러한 전도성 잉크로는 은(Ag)을 포함하는 은 잉크, 은 페이스트가 주로 사용되고 있다. 은을 포함하는 전도성 잉크에는 은 이외에 금, 백금, 팔라듐 등의 금속 입자가 포함될 수 있다.

이러한 전도성 잉크는 베이스 기판에 도포하여 코팅층을 형성한 후, 120℃이상의 소결(열처리) 공정을 통해 베이스 기판에 전도막으로 형성된다. 전도막에 대한 사진식각 공정을 통해서 배선 패턴으로 형성된다.

이와 같이 기존의 전도성 잉크는 120℃이상의 소결 공정이 필요하기 때문에, 내열 온도가 낮은 베이스 기판에는 사용할 수 없는 단점이 있다. 또한 80℃이상의 온도에서 열처리 시, 기능성이 떨어지거나 잃어버리는 베이스 기판에도 사용할 수 없는 단점이 있다.

이러한 기존의 전도성 잉크를 120℃이하에서 소결 공정을 수행하여 제조한 전도막은 120℃이상에서 소결 공정을 수행한 전도막에 비해서 전기전도성이 떨어지는 문제가 발생한다. 120℃이하에서 소결된 전도막은 베이스 기판과의 접착력이 떨어져서 베이스 기판의 면 방향으로 힘을 작용할 때 전도막 성분이 묻어나오는 문제가 발생한다.

더욱이 전도성 잉크의 소결 온도가 내려갈수록 해당 소결 공정으로 제조된 전도막의 전기전도성은 더욱 떨어지고, 더 많이 전도성 성분이 묻어나오는 문제가 발생한다.

KR

10-1715756

B2

따라서, 본 개시의 제1 관점은 저온에서 소결이 가능하면서 우수한 전기전도성을 갖는 전도성 잉크 조성물을 제공하는데 있다. 또한, 본 개시의 제2 관점은 상기 전도성 잉크 조성물을 이용한 전도성 기판을 제공하는데 있다.

본 개시의 제1 관점을 달성하기 위한 저온에서 소성이 가능한 전도성 잉크 조성물은 50 내지 85 중량%의 전도성 분말; 5 내지 20 중량%의 유기 바인더; 및 10 내지 30 중량%의 용매를 포함하며, 여기서 상기 저온은 80℃이하이고, 상기 전도성 분말은 제1 전도성 분말 및 제2 전도성 분말을 포함하며, 여기서 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 제2 전도성 분말의 입자 직경보다 크다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 전도성 분말은 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 금, 이들 중 2 이상의 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 제1 전도성 분말이 포함하는 금속과 제2 전도성 분말이 포함하는 금속은 상이하다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 1 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하이며, 상기 제2 전도성 분말의 입자 직경은 500 ㎚ 초과 내지 1 ㎛ 미만이다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 조성물은 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 제2 전도성 분말을 포함한다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 유기 바인더는 아크릴 폴리올, 폴리우레탄, 페녹시, 에폭시, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 용매는 에틸 카비톨 아세테이트 및 부틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸에테르, 부틸 카비톨, 디에틸 디글라이콜, 부틸 셀로솔브, 이소프론, 또는 이들의 조합을 포함한다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 조성물의 점도는 10,000 내지 1,000,000 cPs이다.

본 개시의 제2 관점을 달성하기 위한 전도성 기판은, 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 상에 형성된 전도막을 포함하며, 상기 전도막은 전술한 본 개시의 구현 예들 중 어느 하나에 따른 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물을 상기 베이스 기판 상에 인쇄한 후 80℃이하에서 소결하여 형성되고, 여기서 상기 베이스 기판의 영률은 0.1 MPa 내지 4 GPa이다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 전도막의 비저항은 1.0x10^-4 (Ω·cm) 이하이다.

본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 베이스 기판은 300% 이하의 파단신장율을 갖는다.

본 개시의 전도성 잉크 조성물은 80℃이하의 저온에서 소결이 가능하며, 우수한 접착력 및 전기전도성을 갖는다. 일반적으로 전도성 잉크 조성물의 경우에 소결 온도가 높을수록 전도성이 높아지는 특성을 갖지만, 본 개시에 따른 전도성 잉크 조성물은 80℃이하의 저온에서 소결되면서도 소결 온도가 120℃이상인 전도성 잉크 조성물과 유사 및/또는 그 이상의 전기전도성을 나타낸다. 이로 인해 본 개시에 따른 전도성 잉크 조성물은 플렉시블 기판, 스트레처블 기판과 같은 기능성을 가지나, 고온에서의 소결 공정 수행시 이러한 기능성을 상실하는 기판에의 적용에 바람직하다.

도 1은 본 개시의 일 구현 예에 따른 저온에서 소결 가능한 전도성 잉크 조성물을 이용한 전도성 기판의 단면도이다.

본 개시의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 본 개시에 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 전도성 기판(100)은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10) 상에 형성된 전도막(20)을 포함한다. 여기서 상기 전도막은 후술하는 본 개시의 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물을 상기 베이스 기판 상에 인쇄한 후 약 80℃이하의 온도에서 소결하여 형성될 수 있다.

여기서 베이스 기판(10)으로는 플라스틱 기판, 섬유 기판, 금속 기판 또는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 플라스틱 기판의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide:PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 더욱이 베이스 기판(10)의 소재로 내열 온도가 낮은 필름 형태의 소재나, 80℃이상에서 기능성을 잃어버리는 소재도 사용이 가능하다.

상기 기능성의 관점에서, 본 개시의 일 구현 예에 따른 베이스 기판은 플렉서블(flexible) 기판 또는 스트레처블(stretchable) 기판일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 베이스 기판은 80℃초과의 온도에서 소결 시 플렉서블 및/또는 스트레처블의 기능성을 상실할 가능성이 높은 소재로 이루어진 기판일 수 있다.

상기 플렉서블 또는 스트레처블의 기능성의 관점에서, 상기 베이스 기판은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PDMS (Polydimethylsiloxane), PET (Polyehtylene-terephthalate), PES (Polyether sulfone), PEN (Polyethylene naphthalate), PI (Polyimide), PMMA (PolymethymethAcrylate), PC (Polycarbonate) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

또, 상기 플렉서블 또는 스트레처블의 기능성의 관점에서, 베이스 기판은 적어도 3개의 복수의 층으로 구성될 수 있다. 본 개시의 일 구현 예에서 상기 베이스 기판은 제1 층 내지 제3 층으로 구성되고, 여기서 제2 층은 제1 층 및 제3 층 사이에 개재되고, 상기 제1 층 및 제3 층은 PI를 포함하며, 제2 층은 PDMS를 포함할 수 있다.

본 개시의 베이스 기판의 두께는 약 50 내지 5000 ㎛일 수 있다. 플렉서블 기판 및/또는 스트레처블 기판의 관점에서, 상기 기판의 두께는 약 50 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 약 50 내지 800 ㎛일 수 있다. 기판의 두께가 약 1000 ㎛를 초과하는 경우, 기판에 변형을 가할 때 기판의 파단이 발생할 가능성이 높아지는 문제가 존재한다.

상기 베이스 기판이 플렉서블 기판인 경우, 상기 베이스 기판의 영률(Young's modulus)은 약 0.1 MPa 내지 4 GPa의 범위 내, 보다 바람직하게는 약 0.1 MPa 내지 1 GPa 범위 내일 수 있다. 상기 베이스 기판이 스트레처블 기판인 경우, 상기 베이스 기판의 영률은 약 0.1 MPa 내지 100 MPa, 바람직하게는 약 0.1 MPa 내지 50 MPa, 가장 바람직하게는 약 0.1 MPa 내지 10 MPa 범위 내일 수 있다. 상기 영률이 상한값을 초과하는 경우, 각 기판의 기능성이 제대로 유지되지 않을 가능성이 높다는 문제점이 존재한다.

또, 상기 베이스 기판이 스트레처블 기판인 경우, 상기 베이스 기판의 파단 신장율은 100% 이상, 바람직하게는 100% 초과, 보다 바람직하게는 110% 이상, 더욱 바람직하게는 130% 이상, 가장 바람직하게는 150% 이상일 수 있다. 또한, 상기 파단 신장율은 300% 이하, 바람직하게는 250% 이하일 수 있다. 상기 파단 신장율은 기판의 초기 길이를 L1, 기판의 늘어남에 의해 파단이 발생하는 길이를 L2라고 하는 경우 (L2-L1)/L1*100(%)를 의미한다. 즉, 기판의 늘어남에 의해 파단이 발생하는 길이와 기판 초기의 길이 사이의 변형률을 의미한다. 상기 스트레처블 기판의 파단 신장율이 상기 범위를 만족함에 따라, 사용자의 본 개시의 전도성 기판에 대한 핸들링이 더욱 용이해진다는 이점을 갖는다.

한편, 다시 도 1을 참조하면, 본 개시의 전도막(20)은 베이스 기판(10) 상에 형성된다. 상기 전도막은 본 개시의 전도성 잉크 조성물을 상기 베이스 기판 상에 인쇄한 후 80℃이하의 온도에서 소결 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 전도성 잉크 조성물의 인쇄 전후에 베이스 기판 상에 목적으로 하는 배선 패턴을 패터닝하는 것이 가능하며, 패터닝 방법은 본 개시의 목적을 방해하지 않는 선에서 특별히 제한되지 않으며, 공지의 방법의 적용이 가능하다.

상기 전도성 잉크 조성물은 50 내지 85 중량%의 전도성 분말; 5 내지 20 중량%의 유기 바인더; 및 10 내지 30 중량%의 용매를 포함한다.

여기서 전도성 분말의 함량이 50 중량% 미만인 경우, 상기 조성물을 이용하여 형성된 전도막, 전도성 기판의 전기 전도성이 불충분한 문제가 발생할 수 있다. 반대로 전도성 분말의 함량이 85 중량%를 초과하는 경우, 유기 바인더 및 용매 내에서 분산성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있어, 결과적으로 전도막 형성시 불충분한 접착력, 불균일한 패턴화 등의 문제가 발생할 수 있다.

상기 전도성 분말은 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 금, 이들 중 2 이상의 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 구현 예에 따르면, 상기 전도성 분말은 제1 전도성 분말 및 제2 전도성 분말을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 제2 전도성 분말의 입자 직경보다 크다.

본 개시에 있어서, 분말의 '입자 직경'은 분말의 입자들 각각의 평균 입자 직경을 의미한다. 상기 전도성 분말의 입자들의 형상은 구(sphere)의 형태에 근접한다.

본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 전도성 분말의 입자들의 종횡비는 약 1 내지 5 범위 내, 바람직하게는 약 1 내지 3 범위 내, 가장 바람직하게는 1 내지 1.5 범위 내일 수 있다. 여기서 종횡비는 입자의 최소 직경 대 최대 직경의 비율을 의미한다. 전도성 분말 내 입자들의 상기 종횡비가 5 이하인 것으로부터, 조성물 내에서 상기 전도성 분말이 균일하게 분산하는 것이 가능하며, 전도막 형성 시 우수한 전기 전도성, 기판에의 접착력, 균일한 막 두께 등의 유리한 효과를 제공하는 것이 가능하다. 특히, 인쇄 성능의 관점에서, 상기 종횡비를 만족하는 본 개시의 전도성 분말을 사용하는 것이, 인쇄 패턴의 선명도를 우수하게 하는 것이 가능하다. 상기 종횡비를 벗어나 예컨대, 나노선, 나노 와이어와 같이 현저히 종횡비가 큰 물질을 전도성 분말로 하는 경우, 인쇄 시에 인쇄라인이 깨끗하지 않은 문제가 발생할 수 있다.

본 개시에 따른 일 구현 예에 있어서, 상기 제1 전도성 분말이 포함하는 금속 및 제2 전도성 분말이 포함하는 금속은 동일할 수 있다. 본 개시에 따른 다른 일 구현 예에 있어서, 상기 제1 전도성 분말이 포함하는 금속 및 제2 전도성 분말이 포함하는 금속은 상이할 수 있다.

특정 이론에 얽매이고 싶지는 않으나, 상대적으로 입자 크기가 작은 제2 전도성 분말이 제1 전도성 분말 사이 사이에 분산되어 제1 전도성 분말 간의 공백을 메우고 전도성 분말 내 입자들을 연결하는 브릿지 역할을 하여, 전도성 분말 간의 네트워크를 견고히 함으로써, 상기 전도성 잉크 조성물이 저온에서의 소결 공정을 통해서도 우수한 소결 능력 및 우수한 전기전도성을 갖는 것을 가능하게 하는 것으로 생각된다.

본 개시에 따른 일 구현 예에 있어서, 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 1㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하이며, 상기 제2 전도성 분말의 입자 직경은 500 ㎚ 초과 내지 1 ㎛ 미만일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 1㎛ 이상 내지 6 ㎛ 이하이며, 상기 제2 전도성 분말의 입자 직경은 600 ㎚ 초과 내지 800 ㎚ 미만일 수 있다.

상기 제1 전도성 분말의 입자 직경이 10 ㎛를 초과하는 경우, 소결에 요구되는 충분한 온도가 80℃를 초과해버리는 문제점이 발생할 수 있다. 반면, 제1 전도성 분말의 입자 직경이 1 ㎛ 미만인 경우, 상기 조성물로 전도막 형성 시 충분한 전기 전도성을 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 또, 제2 전도성 분말의 입자 직경이 1 ㎛ 이상인 경우, 소결에 요구되는 충분한 온도가 80℃를 초과해버리는 문제점이 발생할 수 있다. 반면, 제2 전도성 분말의 입자 직경이 500 ㎚ 이하인 경우, 상기 조성물로 전도막 형성 시 충분한 전기 전도성을 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

본 개시에 따른 일 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 약 1 내지 10 중량부의 제2 전도성 분말을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 조성물은 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부의 제2 전도성 분말을 포함할 수 있다. 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 제2 전도성 분말의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 제2 전도성 분말의 함량이 적어 충분한 소결 온도 저감 효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 존재한다. 반면, 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 제2 전도성 분말의 함량이 10 중량부를 초과하는 경우, 전도막 형성 시 저항이 너무 높아 전기 전도성이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.

본 개시의 조성물 내 포함되는 유기 바인더 및 용매는 80℃이하의 온도에서 건조 및 소결이 가능하면서, 본 개시의 전도성 기판의 기능 및/또는 성능에 부정적인 영향을 미치는 소재가 아니라면 특별히 제한되지 않는다. 본 개시에 있어서, 상기 유기 바인더는 아크릴 폴리올, 폴리우레탄, 페녹시, 에폭시, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또, 상기 용매는 에틸 카비톨 아세테이트, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸에테르, 부틸 카비톨, 디에틸 디글라이콜, 부틸 셀로솔브, 이소프론, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 5 내지 20 중량%의 유기 바인더를 포함할 수 있다. 유기 바인더의 함량이 5 중량% 미만인 경우, 베이스 기판(10)에 대한 접착력이 떨어질 수 있다. 반대로 유기 바인더의 함량이 20 중량%를 초과하는 경우, 충분한 전기 전도성을 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

또, 본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 조성물은 10 내지 30 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 용매의 함량이 10 중량% 미만인 경우, 잉크 조성물의 점도가 너무 높아져서 잉크 조성물의 원활한 인쇄가 어려울 수 있고, 용매의 함량이 30 중량%를 초과하는 경우, 잉크 조성물의 점도가 너무 낮아져서 원하는 패턴으로의 인쇄가 어려울 수 있고 소결 시간이 길어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 개시의 전도성 잉크 조성물은 저온에서 소결이 가능하다는 특징을 갖는다. 본 개시에 있어서 용어 '저온'이란 약 80 ℃이하의 온도를 의미한다. 본 개시의 전도성 잉크 조성물은 약 80 ℃이하의 온도, 바람직하게는 약 70 ℃이하의 온도에서 소결되는 것이 가능하다. 또 본 개시의 전도성 잉크 조성물은 적어도 60℃의 온도에서 소결되어 베이스 기판에의 우수한 접착력 및 우수한 전기 전도성을 갖는 전도막을 형성하는 것이 가능하다. 또한 본 개시의 전도성 잉크 조성물은 약 5분 내지 30분, 바람직하게는 약 10분 내지 15분의 시간 동안 소결될 수 있다.

본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 조성물의 점도는 약 10,000 내지 1,000,000 cPs일 수 있다. 상기 조성물의 점도가 상기 범위를 초과하는 경우, 상기 조성물의 인쇄성에 악영향을 미치는 문제점이 존재한다. 상기 조성물의 점도는 상기 범위 내에서 조성물을 인쇄하는 방식에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

본 개시에 있어서, 인쇄 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예시적으로 다음과 같은 인쇄 방법이 적용될 수 있다: 롤 프린팅(Roll Printing), 그라비어 오프셋 프린팅(Gravure offset Printing), 그라비어 프린팅 (Gravure Printing), 리버스 오프셋 프린팅(Reverse Offset Printing), 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing), 스크린 프린팅(Screen Printing), 패드 프린팅(Pad Printing) 및 임프린팅(Imprinting)과 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅 또는 바코팅(bar coating) 등.

본 개시에 따른 전도성 잉크 조성물은 소결 공정을 거쳐 베이스 기판 상에 전도막을 형성할 수 있다. 이에, 본 개시의 전도성 잉크 조성물로부터 제조된 전도성 기판은 약 1.0x10^-4 (Ω·cm) 이하의 우수한 비저항을 달성가능하다. 본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 전도성 잉크 조성물이 약 60℃에서 소결되는 경우, 전도성 기판은 약 9.7x10^-5 Ω·cm의 비저항을 달성 가능하다. 본 개시의 다른 구현 예에 있어서, 상기 전도성 잉크 조성물이 약 80℃에서 소결되는 경우, 전도성 기판은 약 6.0x10^-5 Ω·cm, 바람직하게는 약 6.5x10^-5 Ω·cm까지의 비저항을 달성 가능하다. 이는 높은 온도에서 소결될 수록 전도성 분말 간의 치밀도가 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 면저항의 관점에서, 본 개시의 일 구현 예에 따른 전도성 기판의 면 저항은 약 0.02 Ω/□이하일 수 있다.

본 개시의 일 구현 예에 있어서, 상기 전도막의 두께는 약 5 내지 30 ㎛일 수 있으며, 베이스 기판과의 접착력은 0~1 Class일 수 있다.

이하, 본 개시의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 개시를 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

[실시예 1]

이상과 같은 본 발명에 따른 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해서, 아래의 표 1과 같은 조성을 갖는 실시 예 1에 따른 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.

구분	성분	함량(wt%)
제1 전도성 분말	은	72
제2 전도성 분말	니켈	1
유기 바인더	페녹시	7
용매	부틸 셀로솔브 아세테이트	10
용매	디에틸 디글라이콜	10

여기서 제1 전도성 분말의 평균 입자 직경은 약 5㎛였으며, 제2 전도성 분말의 평균 입자 직경은 약 700 ㎚였다.

부틸 셀로솔브 아세테이트와 디에틸 디글라이콜을 혼합한 용매를 준비하고, 페녹시 유기 바인더에 첨가한 뒤 혼합하였다. 은 분말 및 니켈 분말을 용매와 유기 바인더 혼합물에 첨가한 뒤, 이를 혼합하여 전도성 잉크 조성물을 제조하고, 3롤 밀(3-roll-mill)을 수행하여 실시 예에 따른 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.

이후, 실시 예 1에 따른 전도성 잉크 조성물을 PET 기판에 인쇄한 후 60℃에서 소결하여 전도막을 형성하였다. PET 기판에 형성된 전도막에 대해서 비저항(resistivity)을 측정하였다.

측정 결과 전도막의 비저항은 약 9.7×10^-5 (Ω·cm) 이었다. 이와 같이 실시 예 1에 전도성 잉크 조성물로 제조한 전도막이 80℃이하의 저온에서 소결되었지만 기존의 120℃이상에서 소결된 전도막에 대응되는 전기전도성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

실시 예 1에 따른 PET 기판에 형성된 전도막에 대해서 Cross-cut 시험으로 밀착성(adhesion)을 측정하였다. 측정 결과 전도막의 밀착성은 1 Class 이었다. 이와 같이 실시 예 1의 전도성 잉크 조성물로 제조한 전도막이 80℃이하의 저온에서 소결되었지만 기존의 120℃이상에서 소결된 전도막에 대응되는 밀착성을 나타내는 것을 확인할 수 있고 이를 통해 소결도 잘 이루어졌음을 알 수 있다.

[비교 예 1]

제2 전도성 분말 유무에 따른 전도성 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해서, 아래의 표 2와 같은 조성을 갖는 비교 예 1에 따른 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.

구분	성분	함량(wt%)
제1 전도성 분말	은	73
제2 전도성 분말	-	-
유기 바인더	페녹시	7
용매	부틸 셀로솔브 아세테이트	10
용매	디에틸 디글라이콜	10

부틸 셀로솔브 아세테이트와 디에틸 디글라이콜을 혼합한 용매를 준비하고, 페녹시 유기 바인더에 첨가한 뒤 혼합하였다. 은 분말을 용매와 유기 바인더 혼합물에 첨가한 뒤, 혼합하여 전도성 잉크 조성물을 제조하고, 3롤밀을 수행하여 비교 예 1에 따른 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.

이후, 비교예 1에 따른 전도성 잉크 조성물을 PET 기판에 인쇄한 후 60℃에서 소결하여 전도막을 형성하였다. PET 기판에 형성된 전도막에 대해서 비저항을 측정하였다.

측정 결과 전도막의 비저항은 약 1.3×10^-4 (Ω·cm) 이었다. 이와 같이 제2 전도성 분말을 넣지 않은 비교 예 1의 경우, 제2 전도성 분말을 첨가한 실시 예 1과 비교하여 비저항이 상당히 높은 것을 확인할 수 있다.

비교예 1에 따른 PET 기판에 형성된 전도막에 대해서 Cross-cut 시험으로 밀착성을 측정하였다. 측정 결과 전도막의 밀착성은 2 Class 이었다. 밀착성의 관점에서도 비교 예 1의 경우가, 실시 예 1의 경우보다 열악함을 확인할 수 있다.

[실시 예 2 내지 4 및 비교 예 2 내지 4]

하기 표 3에 나타난바와 같이, 실험 조건을 달리하여, 추가 실험을 진행하였다. 하기 표 3에 나타나지 않은 실험 조건은 실시 예 1의 조건과 동일하게 하여 실험을 진행하였다. 각 실시 예 및 비교 예의 비저항 및 베이스 기판에의 밀착성은 하기 표 4에 기재하였다.

구분	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4
제1 전도성 분말 함량	은, 72 wt%	은, 72 wt%	은, 75 wt%	은, 72 wt%	은, 72 wt%	은, 70 wt%
제1 전도성 분말 입자 크기(㎛)	10	5	5	15	5	5
제2 전도성 분말 함량	니켈,1 wt%	니켈, 1 wt%	알루미늄, 5 wt%	니켈, 1 wt%	니켈, 1 wt%	알루미늄, 10 wt%
제2 전도성 분말 입자 크기(㎚)	600	700	700	1,200	700	400
페녹시 (wt%)	7	7	6	7	7	6
부틸 셀로솔브 아세테이트 (wt%)	10	10	7	10	10	7
디에틸 디글라이콜 (wt%)	10	10	7	10	10	7
소결 온도(℃)	60	80	70	60	50	70

구분	실시 예 2	실시 예 3	실시 예 4	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4
비저항 (Ω·cm)	9.0x10^-5	6.5x10^-5	7.24x10^-5	1.22x10^-4	1.47x10^-4	1.15x10^-4
밀착성 (Class)	1	0	0	2	3	1

이상으로 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

10 : 베이스 기판
20 : 전도막
100 : 전도성 기판

Claims

저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물로서,
상기 조성물은 50 내지 85 중량%의 전도성 분말;
5 내지 20 중량%의 유기 바인더; 및
10 내지 30 중량%의 용매를 포함하며,
여기서 상기 저온은 80℃이하이고,
상기 전도성 분말은 제1 전도성 분말 및 제2 전도성 분말을 포함하며, 여기서 상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 제2 전도성 분말의 입자 직경보다 큰, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 분말은 은, 니켈, 구리, 알루미늄, 금, 이들 중 2 이상의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 전도성 분말이 포함하는 금속과 제2 전도성 분말이 포함하는 금속은 상이한, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전도성 분말의 입자 직경은 1 ㎛ 이상 내지 10 ㎛ 이하이며,
상기 제2 전도성 분말의 입자 직경은 500 ㎚ 초과 내지 1 ㎛ 미만인, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 제1 전도성 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 제2 전도성 분말을 포함하는, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 유기 바인더는 아크릴 폴리올, 폴리우레탄, 페녹시, 에폭시, 또는 이들의 조합을 포함하고,
상기 용매는 에틸 카비톨 아세테이트 및 부틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸에테르, 부틸 카비톨, 디에틸 디글라이콜, 부틸 셀로솔브, 이소프론, 또는 이들의 조합을 포함하는, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 조성물의 점도는 10,000 내지 1,000,000 cps인, 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물.
전도성 기판으로서,
베이스 기판; 및
상기 베이스 기판 상에 형성된 전도막을 포함하며,
상기 전도막은 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 저온에서 소결이 가능한 전도성 잉크 조성물을 상기 베이스 기판 상에 인쇄한 후 80℃이하에서 소결하여 형성되고,
상기 베이스 기판의 영률은 0.1 MPa 내지 4 GPa인, 전도성 기판.
청구항 8에 있어서,
상기 전도막의 비저항은 1x10^-4 (Ω·cm) 이하인, 전도성 기판.
청구항 8에 있어서,
상기 베이스 기판은 300% 이하의 파단신장율을 갖는, 전도성 기판.