KR100753468B1 - 배선 재료, 배선 기판 및 배선 기판의 형성방법 - Google Patents

배선 재료, 배선 기판 및 배선 기판의 형성방법 Download PDF

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Abstract

저온소성이 가능하고, 우수한 전기전도도, 전기신뢰성을 가지며, 형태안정성과 내산화성을 가지는 배선 재료, 배선 기판의 형성방법 및 배선 기판이 개시되어 있다. 배선 재료는 금속 나노 입자, 상기 금속 나노 입자보다 낮은 융점을 가지는 저융점 합금과 분산제를 포함하고, 저온소성에 의해 상기 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복될 수 있다. 이러한 배선 재료는 토출식 인쇄방식으로 기판에 미리 정해진 패턴에 따라 분사되고 소성되어 배선 기판을 형성할 수 있다.
배선 재료, 금속 나노 입자, 저융점 합금, 배선 기판

Description

배선 재료, 배선 기판 및 배선 기판의 형성방법 {WIRING MATERIAL, WIRING SUBSTRATE AND PROCESS FOR FORMING WIRING SUBSTRATE}
도 1은 금속 나노 입자와 저융점 합금의 소성 전후의 상태를 도시하는 도면
도 2는 비스무스-주석의 평형상태도
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 배선 기판 형성방법을 나타내는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11:금속 나노 입자 13:저융점 합금
15:피복층
본 발명은 배선 재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저온 소성 가능한 배선 재료 및 이를 이용한 배선 기판 및 배선 기판 형성방법에 관한 것이다.
배선 재료는 전도성이 우수한 금속입자를 물 또는 유기 용제인 분산제에 균 일하게 분산시키고, 필요에 따라 내부식제나 에폭시 등의 합성수지를 접착제로 포함하는 금속 페이스트 (paste) 또는 잉크 (ink)를 재료로 한다. 이 금속 페이스트 또는 잉크를 기판에 원하는 패턴으로 인쇄 또는 도포하고, 소성시켜 배선 기판을 형성하는 방법에 의해 형성되는 것이 일반적이다. 이러한 금속입자로 가장 일반적으로 사용되는 것이 은(Ag)이다.
최근 전자기기 및 정보 단말기기 등이 소형, 경량화 됨에 따라 기기 내부에 사용되는 전자 부품이 점차 소형화 되고 있는 추세이다. 따라서 전자부품 내 실장을 위한 기판상의 배선 패턴의 사이즈도 점차 작아지고, 배선 패턴 폭이나 배선간 스페이스도 좁아지는 추세이다. 이러한 미세 회로 배선을 형성하기 위하여 나노사이즈의 금속 입자 및 이를 포함하는 배선 재료가 주목 받고 있다.
특히 미세 회로 배선을 형성하기 위해서는 기존의 스크린 인쇄 방식 등을 이용하는 것은 한계가 있고, 잉크젯 방식과 같이 노즐 또는 니들을 이용하여 배선 재료 토출하는 방식으로 전환되고 있다. 토출 인쇄방식으로 형성되는 배선의 경우 배선 폭이나 배선간의 간격은 도포되는 배선 재료의 양에만 의존하게 되므로, 어떠한 배선 재료를 선택 할 지가 중요한 문제이다.
토출 인쇄방식의 경우 토출되는 배선 재료 내의 금속 입자의 크기는 사용되는 노즐이나 니들 크기의 1/100 내지 1/1000 정도 이어야 노즐이나 니들에서 막힘이 없이 안정적인 공정을 수행할 수 있다. 최근 회로 선 폭이 수십 ㎛ 이하의 미세 배선을 형성하기 위해서는 수십㎛의 노즐이나 니들이 요구되고 있으나, 종래와 같은 수백 nm의 금속 플레이크 (flake)를 포함하는 배선 재료를 사용하는 것은 노즐 등의 막힘, 단위 배선 내에 금속 입자가 몇 개 밖에 포함되지 못하는 문제점이 있다. 따라서 평균입경이 수십nm 내지 수백nm 내지 수십 nm의 범위 내에서 선택된 금속 나노 입자를 포함하는 배선 재료를 사용하면 노즐 등의 막힘의 문제가 해결될 수 있고, 형성된 배선의 불균일성도 대폭 감소시킬 수 있어, 미세회로 배선을 형성하는데 적합하다.
배선을 형성하는 기판도 최근에는 얇고, 구부릴 수 있으며, 전자제품의 소량, 경량화에 적합한 연성 기판, 구체적으로는 폴리머 기판의 사용이 요구되고 있다. 그러나 회로에 배선을 형성 시 금속 입자간의 전기전도도를 향상시키기 위해 소성이 필요한데, 폴리머 기판의 경우 높은 소성온도에 견딜 수 없어 그 사용의 제한을 받아 왔다.
본 발명의 목적은 미세회로 패턴을 형성할 수 있고 저온소성에 의해서도 우수한 전기전도도를 가지며 이후 공정에서도 내산화성, 형태안전성을 가지는 배선 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 위와 같은 배선 재료를 토출 인쇄방식에 의하여 분사하여 저온소성에 의해 배선 기판을 형성하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 배선 기판을 형성하는 방법에 의해 형성된 전기전도도와 전기신뢰성이 높고 납땜 (soldering) 과정에서 안정성을 가지며 내산화성이 우수한 배선 기판을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 바람직한 목적을 달성하기 위하여 배선 재료는 금속 나노 입자, 상기 금속 나노 입자보다 낮은 융점을 가지는 저융점 합금과 분산제를 포함하고, 저온소성에 의해 상기 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복될 수 있다.
본 발명에서 '금속 나노 나노 입자(11)'는 입경이 수nm 내지 수백nm인 입자를 말한다. 토출 인쇄방식, 예를 들면 잉크젯 방식의 노즐이나 니들을 통과하기에 바람직한 금속 나노 입자의 입경은 500nm이하이다.
본 발명에서 '저융점 합금(13)'은 금속 나노 입자가 용융되지 않는 저온에서 소성될 수 있는 정도의 융점을 가지는 것을 말하고, 저온소성에 의해 금속 나노 입자와 결합하여 금속 나노 입자를 피복하여 피복층(15)을 형성 할 수 있는 합금이어야 한다. 바람직하게는 주석-비스무스의 합금이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 분산제는 금속 나노 입자들을 균일하게 분산시킬 수 있으면서 토출 인쇄방식으로 기판 위에 분사 되기에 적합한 화합물을 말한다. 분산제는 물 또는 유기화합물에서 선택될 수 있으며, 피에조(Piezo) 타입 또는 써멀(Thermal) 타입의 잉크젯 인쇄방식이 따라 사용되는 분산제도 수계 또는 비수계인지 달라진다. 분산제의 작용기에 따라 금속 나노 입자와 결합될 수 있는 결합점이 다르므로 필요에 따라 적당한 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에서 '배선 재료'의 형태는 분말형 또는 페이스트(paste) 또는 잉크(ink) 형일 수 있다. 바람직하게는 금속 입자를 포함하는 잉크형 혼합물이다. 잉크 형 내의 금속 나노 입자들은 분산제에 의해 콜로이드 상태로 안정한 형태를 이루게 된다.
일 실시 예에서 배선 재료는 금속 나노 입자 10 내지 70 중량%, 저융점 합금을 첨가되는 금속 나노 입자의 중량%의 1 내지 20%로 포함하고 나머지는 분산제로 채울 수 있다. 바람직하게는 금속 나노 입자 10 내지 70 중량%, 저융점 합금 1 내지 14 중량%, 분산제 29 내지 76 중량%로 포함할 수 있다. 금속 나노 입자가 분산되어 있는 것에 저융점 합금이 첨가될 때 배선 재료의 분산 안정성이 유지되도록 주의하여야 한다. 배선 재료에 저융점 합금을 14 중량%이상 포함하는 경우 분산 안정성이 문제가 될 수 있다.
금속 나노 입자(11)는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 혼합물 중에서 적어도 하나 선택될 수 있다. 금속 나노 입자는 기판상에 배선을 형성할 때 전기전도도가 뛰어난 배선을 형성할 수 있어야 한다.
이 중 배선 재료에 사용되는 전형적인 금속은 금, 은, 백금 또는 팔라듐에서 선택된다. 이 금속은 단독 또는 소성 시 합금을 형성하는 혼합물로 사용될 수 있다. 통상적인 금속 혼합물로는 금/백금, 팔라듐/은, 백금/은, 백금/팔라듐/금 또는 백금/팔라듐/은이 있다. 종래에는 배선 재료에 포함되는 금속 나노 입자는 은(임의로는 팔라듐과의 혼합), 백금 및/또는 금 중에서 선택되는 것이 바람직하였으나, 은 나노 입자로 배선을 형성하는 경우 은 이동(migration)의 문제가 발생할 수 있어, 은 이동(migration)의 문제가 없고 경제적인 구리(Cu)가 공기와 만나서 산화되는 문제가 해결된다면 바람직하다.
토출식 인쇄방식에 사용되기 위하여 금속 나노 입자(11)는 1 내지 500nm 입경에서 선택되는 것이 바람직하다. 금속 나노 입자의 형태는 구형, 회전타원체, 분말 형태의 불규칙 형태 또는 임의의 적합한 다른 형태일 수 있다.
일 실시 예로 저융점 합금(13)은 주석과 비스무스의 합금이 바람직하다. 일반적으로 주석의 융점은 231.9℃, 비스무스의 융점은 271.44℃이지만 이들로 합금을 형성하면 합금비에 따라 융점이 140℃까지 떨어질 수 있다. 저온소성이 요구되는 공정에서 저융점을 가지면서도 금속 나노 입자간의 전기전도도를 향상시킬 수 있기 때문에 본 발명의 저융점 합금으로 바람직하다.
도 2의 비스무스-주석의 평형상태도에 따르면 상기 주석 대 비스무스의 질량비가 20:80일 때 융점이 약 200℃이고 주석의 질량비가 점점 증가할 수록 융점이 떨어져 대략 주석 대 비스무스의 질량비가 40:60일 때 140℃까지 융점이 떨어진다. 주석 대 비스무스의 질량비가 70:30일 때 다시 200℃의 융점을 가진다. 따라서 주석 대 비스무스의 질량비가 20:80 내지 70:30의 범위인 것이 140℃ 내지 200℃로 저온소성하기에 바람직하다.
저융점 합금의 크기가 나노 사이즈이더라도 이와 같이 주석 대 비스무스의 질량비에 따른 융점은 큰 차이를 보이지 않는다. 토출식 인쇄 방식에 사용되기 위하여 바람직하게는 저융점 합금의 입경은 1 내지 500nm이다.
구체적으로는 금속 입자와 배위결합이 가능한 질소, 산소, 유황 원자 중 적 어도 어느 하나를 포함하는 화합물로 이루어진 유기산 또는 그 유도체, 혹은 유기산을 첨가하여 이루어지는 유기화합물에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한 이러한 배위결합을 가지면서도 분산제의 금속 나노 입자와 배위결합하는 반대쪽의 치환 그룹을 소수성 또는 친수성으로 할 수 있다.
배선 재료의 점도는 1 내지 1000cps에서 선택될 수 있다. 토출 인쇄방식의 경우 1 내지 50cps가 바람직하고, 특히 잉크젯 방식의 경우 1 내지 20cps가 바람직하다. 그라비어 인쇄의 경우 100 내지 500cps가 바람직하다.
또한 본 발명의 바람직한 목적을 달성하기 위하여 금속 나노 입자, 상기 금속 나노 입자보다 낮은 융점을 가지는 저융점 합금과 분산제를 포함하고, 저온소성에 의해 상기 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복될 수 있는 배선 재료를 기판에 분사하는 단계; 및 상기 기판에 분사된 배선 재료를 저온소성하는 단계를 포함하는 배선 기판의 형성 방법이 제공된다.
배선 재료를 기판에 분사 또는 도포하는 방법은 스크린 인쇄, 디스펜스 인쇄, 그라비어 인쇄, 토출식 인쇄 등이 있다. 특히 미세 회로 패턴을 형성할 수 있는 방법은 토출식 인쇄방식이 바람직하며, 잉크젯 인쇄방식이 특히 바람직하다. 잉크젯 인쇄방식으로는 피에조(Piezo) 타입과 써멀(Thermal) 타입이 있다. 본 발명에서 배선 재료를 구성하는 금속 나노 입자와 저융점 합금이 수nm 내지 수백nm이고 이는 토출식 인쇄방식에 사용되는 노즐이나 니들의 크기에 따라 조절될 수 있다.
미세 회로 패턴을 형성하기 위해 배선 폭이 수십 ㎛ 이하로 설정한 경우 토출식 인쇄방식의 노즐이나 니들은 수십 ㎛ 인 것이 요구된다. 이 경우 배선 재료 내의 금속 입자들은 노즐이나 니들 크기의 1/100 내지 1/1000 정도이어야 노즐이나 니들에서 막히지 않고 안정적인 공정을 수행 할 수 있어, 나노 사이즈인 경우 이러한 요구조건을 만족시킬 수 있다.
사용되는 기판은 소성온도에 따라 사용이 제한되지만 본 발명에서는 140 내지 250?의 저온소성이 가능하므로 기판 종류의 선택폭이 넓다. 예를 들면 단층, 양면 또는 다층의 경성회로 기판, 단면 또는 양면의 연성회로기판, 경연성회로기판, 연성다층기판 또는 세라믹기판 등의 인쇄회로기판, IC-모듈, P-BGA, CSP, 강화 BGA 또는 FC-BGA 등의 반도체 실장용 경성기판, micro BGA, FBGA, TBGA 등의 반도체 실장용 연성기판, MCM-L 또는 MCM-C 등의 반도체 실장용 기판 등에 사용될 수 있다.
특히 본 발명은 종래에는 소성온도 때문에 선택의 제한을 받아왔던 연성기판, 경연성기판, 연성다층기판에 사용할 수 있다. 연성기판 중 예를 들면 폴리머 기판을 들 수 있다. 더 구체적으로는 폴리이미드 기판에 사용할 수 있다.
종래에는 금속 나노 입자를 사용하여 배선을 형성하는 경우 전기전도도를 향상 시키기 위해서는 800℃이상 열처리, 즉 소성이 필요하였으며, 또한 이러한 소성 과정이나 소성 이후에도 금속이 산화되기 쉬운 문제점이 있었다
그러나 본 발명의 소성온도는 저융점 합금이 용융될 수 있는 온도에서 결정된다. 바람직하게는 140 내지 250℃ 이고, 더 바람직하게는 140 내지 200℃이다. 이 온도에서 저융점 합금은 금속 나노 입자를 피복하여 금속 나노 입자와 저융점 합금 간에는 금속 결합이 형성되어 안정적으로 변한다. 금속 나노 입자와 주석-비 스무스 합금과 반응하는 경우 예를 들면 금속 나노 입자 중 은(Ag)은 Ag3Sn, 금은 Au3Sn, 백금은 PtSn, 아연은 ZnSn, 니켈은 Ni3Sn, 동은 Cu3Sn 등으로 금속 결합을 일으켜 안정적으로 다음 공정을 수행 할 수 있다. 또한 금속이 산화될 확률이 적어 진다.
또 본 발명의 바람직한 목적을 달성하기 위하여 금속 나노 입자, 상기 금속 나노 입자보다 낮은 융점을 가지는 저융점 합금과 분산제를 포함하고, 저온소성에 의해 상기 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복될 수 있는 배선 재료를 기판에 분사하는 단계; 및 상기 기판에 분사된 배선 재료를 저온소성하는 단계를 포함하는 배선 기판의 형성 방법에 의해 금속 나노 입자가 저융점 합금으로 피복된 배선 기판이 제공된다.
형성된 배선 기판은 배선 재료 내의 금속 나노 입자가 저융점 합금에 의해 피복되어 금속 나노 입자간의 전기전도도가 우수하고 금속 나노 입자간의 공간이 형성될 확률이 낮아 전기신뢰성도 우수하다. 구체적으로는 부피저항률이 10μΩㆍ㎝ 이하인 배선 기판을 얻을 수 있다.
또한 금속 나노 입자와 저융점 합금간에 금속 결합이 형성되어 사용된 합금은 보다 융점이 높은 배선 기판을 얻을 수 있다. 구체적으로는 융점이 250℃ 이상인 배선 기판을 얻을 수 있다.
따라서 배선 형성 후 공정 중 실장에 따른 납땜 공정이 200℃이상에서 이루어 지더라도 배선은 녹지 않아 배선의 안정성을 가지고, 전체 공정으로 보았을 때 형태안정성이 향상된다.
또한 금속 나노 입자가 저융점 합금에 의해 피복되어, 공기 중의 산소와 접촉 가능성이 낮아져 소성공정 중이나 소성 이후의 공정에서 금속이 산화되던 문제가 근본적으로 해결되었다. 종래에는 공정 수행 중에 산화문제로 사용의 제한을 받아온 금속 나노 입자도 사용이 가능하다. 특히 경제적 측면에서 유리하였으나 산화문제로 인해 사용의 제한을 받아왔던 Cu의 경우 본 발명에 의하면 금속 나노 입자로 사용이 가능하다.
종래에는 화학적 안정성을 고려하여 은이 금속 나노 입자로 가장 바람직하다고 알려졌으나, 기판상에서 공기와 수분 중에 노출되는 경우 은 이동(migration) 문제가 발생한다. 따라서 구리와 같이 이러한 이동(migration)의 문제를 발생시키지 않으나 화학적 안정성의 문제로 사용이 제한되었던 금속 나노 입자에 대해서도 사용이 가능하다.
이상 회로 배선에 대하여 서술하였지만, 본 발명의 배선 재료는 회로 배선 형성 및 형성된 배선에만 사용되는 것으로 한정되지 않고, 박막 형성방법 및 형성된 박막층에도 사용이 가능하다. 상술한 발명의 구성에서 배선을 박막으로 치환하며 된다.
이하 본 발명을 바람직한 실시 예들을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 보호범위는 하기한 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
배선 재료
분산제에 의해 안정화된 은 나노 입자를 물 또는 유기화합물에 분산시켰다. 은 나노 입자는 1 내지 500nm의 입경을 갖고 있으며 사용된 분산제는 관능기 N, O, S를 갖고 있으며 은 나노 입자와 배위 결합이 가능한 비이온, 양이온, 음이온계 계면활성제이다. 배선 재료 내의 은 나노 입자의 함량은 10 내지 70 중량%이다. 주석-비스무스 합금은 입경이 1 내지 500nm이고 은 나노 입자의 1~20%가 되도록 첨가하였다. 주석-비스무스 합금 내의 주석 대 비스무스의 질량비는 20:80 내지 70:30의 범위 내에서 선택되었다. 이때 배선 재료 내의 은 나노 입자와 주석-비스무스 합금의 분산안정성이 유지되도록 주의하여야 한다. 배선 재료의 점도는 목적에 따라 1 내지 1000cps로 조절이 가능하며, 토출 인쇄방식의 경우 1 내지 50cps가 적합하며, 그 중 잉크젯 방식의 경우 1 내지 20cps가 추천된다. 그라비어 인쇄의 경우 100 내지 500cps가 바람직하다.
배선 기판의 형성방법 및 배선 기판
피에조 타입 또는 써멀 타입의 잉크젯 인쇄의 방식에 따라 배선 재료 (바람직하게는 잉크)를 수계 배선 재료(바람직하게는 잉크) 또는 비수계 배선 재료(바람직하게는 잉크) 중에서 결정한다. 사용되는 기판은 연성회로기판(FPCB), 경연성회로기판(RF-PCB), 연성다층기판(MF-PCB)을 사용할 수 있다. 연성회로기판으로 폴리머 기판, 특히 폴리이미드 기판을 사용하였다.
잉크젯 인쇄방식으로 100㎛정도의 배선을 기판에 인쇄한 후 100 내지 250℃에서 20 내지 120분 정도 열처리 하였다. 열처리 조건은 인쇄된 배선의 전도도를 최적화 시킬 수 있는 조건에서 결정되었다. 얻어진 배선 기판의 부피저항률을 측정하였다.
주석-비스무스가 첨가되지 않은 은 나노 입자 만으로 구성된 배선 기판의 경우 납땜이 되지 않았다. 구리 나노 입자 만으로 구성된 배선 기판도 납땜이 불가능하여 도금과 같은 후 처리를 거쳐야 납땜이 가능하다.
<실시 예 1> 50nm 크기의 은 나노 입자 10g에 10nm의 주석-비스무스 합금 14g을 골고루 섞고 이에 분산제를 첨가하여 100g이 되도록 하였다. 은 나노 입자와 주석-비스무스 합금을 분산제에 골고루 분산 시켰다. 주석-비스무스 합금 내의 주석 대 비스무스의 질량비는 20:80이다. 점도가 약 12cps 인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 200℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 9 μΩ·㎝이고, 납땜 과정에서도 비교적 안정적이었다.
<실시 예 2> 50nm 크기의 은 나노 입자 50g에 10nm의 주석-비스무스 합금 14g을 골고루 섞고 분산제를 넣어 100g이 되도록 하였다. 은 나노 입자와 주석-비스무스는 분산안정성이 유지되도록 골고루 분산 시켰다. 주석-비스무스 합금 내의 주석 대 비스무스의 질량비는 40:60이다. 점도가 약 10cps 인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 150℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 5 μΩ·㎝이고, 납땜 과정에서도 비교적 안정적이었다.
<실시 예 3> 5nm 크기의 은 나노 입자 50g에 5nm의 주석-비스무스 합금 14g을 골고루 섞고 분산제를 넣어 100g이 되도록 하였다. 은 나노 입자와 주석-비스무스는 분산안정성이 유지되도록 골고루 분산 시켰다. 주석-비스무스 합금 내의 주석 대 비스무스의 질량비는 70:30이다. 점도가 약 18cps인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 200℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 6 μΩ·㎝이고, 납땜 과정에서도 안정적이었다.
<실시 예 4> 5nm 크기의 은 나노 입자 10g에 5nm의 주석-비스무스 합금 14g을 골고루 섞고 분산제를 넣어 100g이 되도록 하였다. 은 나노 입자와 주석-비스무스는 분산안정성이 유지되도록 골고루 분산 시켰다. 주석-비스무스 합금 내의 주석 대 비스무스의 질량비는 20:80이다. 점도가 약 14cps인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 200℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 8 μΩ·㎝이고, 납땜 과정에서도 안정적이었다.
<비교 예 1> 5nm 크기의 은 나노 입자 50g 을 분산제를 넣어 100g이 되도록 하고, 골고루 분산 시켰다. 18cps인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 220℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 5 μΩ·㎝이고, 납땜을 할 수 없었다.
<비교 예 2> 5nm의 구리 나노 입자 50g을 분산제를 넣어 100g이 되도록 하고, 골고루 분산 시켰다. 18cps인 분산 재료를 잉크젯 인쇄방식으로 폴리머 기판에 100㎛정도의 배선을 형성한 후 소성하였다. 소성은 350℃에서 2시간 소성하였다. 형성된 배선 기판의 저항은 10 μΩ·㎝이고, 쉽게 산화되고 납땜을 할 수 없었다.
금속 나노 입자와 저융점 합금을 포함하는 배선 재료를 이용하여 배선 기판을 형성하면 저온소성이 가능하고, 우수한 전기전도도, 전기신뢰성을 가지며, 형태안정성과 내산화성을 가지는 배선 기판을 얻을 수 있다. 또한 배선 재료에 포함되는 전도성을 가지는 입자들이 나노 사이즈를 가지므로 토출식 인쇄방식으로 인쇄되어 미세 기판을 형성할 수 있다. 또한 저융점 합금의 사용으로 저온소성이 가능하여 연성기판 예를 들면 폴리머 기판에도 사용 가능한 배선 재료를 얻을 수 있다. 특히 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복되어 금속 나노 입자가 물이나 공기에 의해 산화되는 것을 막을 수 있어 경제적이고 은 이동(migration)의 발생우려가 없는 Cu 나노 입자의 사용에 유리하다 .

Claims (19)

  1. 금속 나노 입자, 상기 금속 나노 입자보다 낮은 융점을 가지는 저융점 합금과 분산제를 포함하고, 저온소성에 의해 상기 금속 나노 입자가 상기 저융점 합금으로 피복될 수 있는 배선 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배선 재료는 금속 나노 입자 10 내지 70 중량%, 저융점 합금 1 내지 14 중량% 및 분산제 29 내지 76 중량%로 이루어진 배선 재료
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 알루미늄, 코발트, 철 및 이들 중 둘 이상의 금속으로 이루어진 혼합물 중에서 적어도 하나 선택되는 배선 재료
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자의 입경은 1 내지 500nm 에서 선택되는 배선 재료
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저융점 합금의 입경은 1 내지 500nm 에서 선택되는 배선 재료
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저융점 합금은 주석과 비스무스의 합금인 배선 재료
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저융점 합금의 융점은 140 내지 200℃인 배선 재료
  8. 제6항에 있어서,
    상기 주석과 비스무스의 합금의 주석 대 비스무스의 질량비가 20:80 내지 70:30인 배선 재료
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는 금속과 배위결합이 가능한 질소, 산소, 유황 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화합물로 이루어진 유기산 또는 그 유도체, 혹은 유기산을 첨가하여 이루어지는 유기화합물에서 선택되는 것인 배선재료
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서
    상기 배선 재료의 점도는 1 내지 50cps에서 선택되는 배선 재료
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배선 재료를 140 내지 250 ℃에서 소성하면 융점이 250℃이상인 배선 재료
  12. 제1항 또는 제2항에 기재된 배선 재료를 기판에 분사하는 단계; 및
    상기 기판에 분사된 배선 재료를 저온소성하는 단계
    를 포함하는 배선 기판의 형성방법
  13. 제12항에 있어서
    상기 배선 재료가 분사되는 기판은 연성기판, 경연성기판 또는 연성다층기판 중 어느 하나인 배선 기판의 형성방법
  14. 제12항에 있어서
    상기 배선 재료를 기판에 분사하는 방식은 분출 인쇄방식인 배선 기판의 형성방법
  15. 제12항에 있어서,
    상기 저온소성은 140 내지 250℃에서 이루어지는 배선 기판의 형성방법
  16. 제12항에 있어서,
    상기 저온소성에 의해 금속 나노 입자가 저융점 합금으로 피복되는 배선 기판의 형성방법
  17. 제12항에 기재된 배선 기판의 형성방법으로 형성되고, 상기 배선 재료 내의 금속 나노 입자가 저융점 합금으로 피복되는 배선 기판.
  18. 제17항에 있어서,
    부피저항율이 10 μΩ·㎝ 이하인 배선 기판.
  19. 제17항에 있어서,
    융점이 250℃ 이상인 배선 기판.
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