KR100893564B1 - 저점도 전구체 조성물 및 전도성 전자 형상의 증착 방법 - Google Patents

저점도 전구체 조성물 및 전도성 전자 형상의 증착 방법 Download PDF

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Abstract

전도성 형상과 같은 전기적 형상의 형성 및 증착을 위한 전구체 조성물. 상기 전구제 조성물은 점도가 낮아, 직접-기록 툴을 사용하여 증착을 가능하게 하는 데에 유리하다. 전구체 조성물은 또한 전환 온도가 낮아, 저온 기판 상에서 전기적 형성으로의 전환 및 증착을 가능하게 한다. 특히 바람직한 전구체 조성물은 고 전도성의 구리 형상의 형성을 위한 은 금속을 포함한다. 또다른 특히 바람직한 조성물은 고 전도성의 구리 형상의 형성을 위한 구리 금속을 포함한다.
전구체 조성물, 금속 전구체 조성물, 금속 전구체 화합물, 저점도, 전환 온도

Description

저점도 전구체 조성물 및 전도성 전자 형상의 증착 방법{LOW VISCOSITY PRECURSOR COMPOSITIONS AND METHODS FOR THE DEPOSITION OF CONDUCTIVE ELECTRONIC FEATURES}
본 발명은 전도성 전자 형상(electronic features)의 증착에 유용한 전구체 조성물에 관한 것이다. 상기 전구체 조성물은 유익하게 낮은 전환 온도를 가지기 때문에, 상기 전구체를 낮은 온도에서 처리하여 다양한 기판 상에 전도성 전자 형상을 형성할 수 있다. 또한, 상기 전구체 조성물은 점도가 낮아, 잉크-젯 디바이스 등의 직접 기록 툴(direct-write tools)을 사용하여 상기 조성물을 증착할 수 있다.
전자, 디스플레이 및 에너지 산업은, 유기 기판 및 무기 기판 상에 회로를 형성하기 위한 전도성 물질의 코팅 및 패턴의 형성에 의존적이다. 이러한 패턴을 생성하는 주요 방법에는, 100㎛ 보다 큰 형상용 스크린 인쇄법 및 100㎛ 보다 작은 형상용 에칭법이 있다. 미세 형상 사이즈를 얻기 위한 그 외의 제거법(subtractive methods)은 광-패턴화가 가능한 페이스트(photo-patternable pastes) 및 레이저 트리밍(laser trimming)의 사용을 포함한다.
전도체의 패턴화에 대한 한가지 고려 사항은 비용이다. 진공이 아닌 상태에서의 첨가적 방법은 진공 상태에서의 제거적 접근법에 비해 일반적으로 비용이 덜 든다. 이러한 인쇄 접근법들 중 일부는 점도가 높은 유동성 액체를 사용한다. 스크린 인쇄법은, 예를 들면, 1,000센티푸아즈의 점도를 가지는 유동성 매질을 사용한다. 또다른 극단적인 경우에서, 점도가 낮은 조성물은 잉크-젯 인쇄 등의 방법에 의해 증착될 수 있다. 그러나, 후자인 점도가 낮은 조성물 부류는, 점도가 높은 조성물만큼 현상이 잘 되지 않는다.
전도체의 잉크-젯 인쇄법이 개발되었지만, 오늘날까지 그러한 접근법은 양호한 전기적 특성을 가지는 매우 미세한 형상을 형성하는데 적합하지 않았다. 예를 들면, 잉크-젯 인쇄 가능한 전도체 조성물은 R.W.Vest(Matallo-Organic Materials for Improved Thick Film Reliability, Nov. 1, 1980, Final Report, Contract #N00163-79-C-0352, National Avionic Center)에 의해 설명되어 왔다. Vest에 의해 개시된 그러한 조성물에는 전구체 및 상기 전구체의 용매가 포함된다. 이들 조성물은 낮은 온도에서 처리되도록 디자인되지 않았기 때문에, 처리 온도는 250℃ 보다 높은, 비교적 높은 온도이다.
Kydd에 의한 미국 특허 제5,882,722호 공보 및 미국 특허 제6,036,889호 공보에는 금속 파티클, 전구체 및 비히클을 함유하며, 낮은 온도에서 유기 기판 상에 전도체를 형성할 수 있는 전도성 전구체 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 상기 포뮬레이션은 비교적 점도가 높고, 잉크-젯 인쇄 등의 대안적인 증착법에는 유용하 지 않다.
또한, 금속에 대한 전구체 및 폴리머를 함유하는 조성물을 사용하여, 저온에서 금속-함유 조성물을 생산하고자 하는 시도들도 있었다(Southward et al.의 미국 특허 제6,019,926호 공보 참조). 그러나, 증착물은 광학적 특성으로 인하여 선택되는 것으로, 전도성이 없거나, 전도성이 매우 낮았다.
둘 다 Sharma et al.에 의한 것인 미국 특허 제5,846,615호 공보 및 미국 특허 제5,894,038호 공보에는, 낮은 반응 온도를 가짐으로써 개념적으로는 낮은 온도에서의 처리로 금속을 형성할 수 있는, Au 및 Pd에 대한 전구체가 개시되어 있다. 상기 전구체를 적용하기 위해 사용할 수 있는, 잉크-젯 인쇄법 및 스크린 인쇄법 등의 다양한 방법들도 개시되어 있다. 그러나, 이들 조성물의 인쇄에 대해서는 상세하게 개시되어 있지 않다.
Wright et al.에 의한 미국 특허 제5,332,646호 공보에는, 할로겐화물의 작용성이 결여된 팔라듐 및/또는 금속-유기 팔라듐의 백금 금속 및/또는 백금 금속염을 감소시킴으로써, 콜로이드 팔라듐 및/또는 백금 금속 현탁액을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 전자 형상 증착용 포뮬레이션은 개시되어 있지 않다.
Muller에 의한 미국 특허 제5,176,744호 공보에는 구리 금속의 직접 레이저 기록을 위한 Cu-포메이트 전구체 조성물의 용도가 개시되어 있다. 상기 조성물은 건조 동안 구리 포메이트가 결정화되는 것을 방지하기 위하여 결정화 저해제를 포함한다.
Behm et al.에 의한 미국 특허 제5,997,044호 공보에는 증권 상에 단순한 회 로 디바이스가 증착되어 있는 복권 등의 증권이 개시되어 있다. 상기 회로 디바이스는 금속 파티클 뿐만 아니라 전도성 탄소 및 기타 첨가제를 함유하는 잉크로부터 형성될 수 있다. 상기 잉크는 그라비어 인쇄법 등의 방법에 의해 증착될 수 있다고 개시되어 있다.
Senzaki et al.에 의한 미국 특허 제6,238,734호 공보는 혼합 금속층 또는 금속 화합물층의 화학적 기상 증착용 조성물에 관한 것이다. 상기 방법은 직접 액체 주입법(direct liquid injection)에 의한 증착을 위해, 금속의 무용제 타입 일반 리간드 혼합물을 액체 상태로 사용한다.
전자, 디스플레이 및 그 밖의 응용에 사용하기 위한, 전도성 형상 제조용의 저점도 전구체 조성물이 요구되고 있다. 또한, 유기 기판 상에의 증착 및 이후 열처리에 대해 낮은 처리 온도를 가지는 전구체 조성물이 요구되고 있다. 또한, 그러한 조성물이 적절한 전기적 특성 및 기계적 특성을 가지는 전자 형상을 제공하면서, 100㎛ 이하의 미세 형상 사이즈로 증착될 수 있다면, 보다 유익할 것이다.
전도체 등의 전자 형상의 제조를 위한, 이상적인 저점도의 전구체 조성물 및 그와 관련된 증착 기술은 다수의 속성들을 조합할 것이다. 전도성 형상은, 바람직하게는 조밀하고 순수한 금속의 전도율에 가까운, 높은 전도율을 가질 것이다. 처리 온도는 다양한 유기 기판 상에 전도체를 형성하는데 충분히 낮을 것이다. 상기 증착 기술은 평면이 아닌(예를 들면, 평평하지 않은) 표면 상에 증착을 가능하도록 할 것이다. 상기 전도성 형상은 전자 이동(electromigration), 솔더 리칭(solder leaching) 및 산화에 대한 높은 저항성을 가질 것이다. 또한, 상기 전도체는 기판 에 대한 양호한 접착성을 가질 것이다.
또한, 릴-투-릴형(reel-to-reel) 인쇄법 등의 대용량 인쇄 기술을 사용하여 종이와 같이 저렴하며, 얇고 및/또는 유연성 기판 상에 제조한, 전자 회로 엘리먼트 및 완전한 전자 회로가 요구된다. 최근 유기 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 기술 및 유기 발광 디바이스(organic light emitting device, OLED) 기술의 개발은, 저렴한 기판 상에 직접적으로 기록될 수 있는 상보형 회로 엘리먼트에 대한 요구를 가속화시킨다. 그러한 엘리먼트들에는 전도성 상호 접속, 전극, 전도성 접속 및 비아 필(via fills)이 포함된다.
본 발명은, 예를 들면 잉크-젯 증착법 등의 직접-기록 방법에 의해, 기판 상에 증착될 수 있는 저점도의 전구체 조성물에 관한 것이다. 상기 전구체 조성물은 분해 온도가 바람직하게 낮기 때문에, 그에 의해 유기 기판을 포함하는 다양한 기판 상에 전자 형상을 형성할 수 있다. 상기 전구체 조성물은 분자형 금속 전구체, 용매, 마이크로 사이즈의 파티클, 나노파티클, 비히클, 환원제 및 그 외의 첨가제의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 상기 전구체 조성물은, 상기 전구체 조성물의 전환 온도를 낮추기 위해 채택되는, 1개 이상의 전환 반응 유도제를 포함하는 것이 유익하다. 상기 전구체 조성물은 기판 상에 증착될 수 있고, 반응하여, 양호한 전기적 특성 및 기계적 특성을 가지는 높은 전도성 전자 형상을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 전구체 조성물은 다양한 특성 및 다양한 상대적 생산비를 가 지도록 포뮬레이션화될 수 있다. 예를 들면, 잘 제어된 특성이 요구되지 않는 대용량의 적용에 있어서는, 저렴한 전구체 조성물을 종이 등의 셀룰로오스계 물질 상에 적층하여 간단한 일회용 회로를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 전구체 조성물은 양호한 전기적 특성을 가지는 복합, 고정밀 회로 디바이스를 형성하는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 조성물 및 방법을 사용하여 기판 상에 전도성 형상을 형성할 수 있고, 이때 상기 형상은 약 200㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 100㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 75㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 50㎛, 가장 바람직하게는 약 25㎛ 이하의 형상 사이즈(즉, 가장 좁은 면적의 평균 폭)를 가진다.
본 발명에 따라 형성되는 전도성 전자 형상은 양호한 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 상기 전도성 형상은, 벌크 전도체 저항율의 10배 이하, 바람직하게는 벌크 전도체 저항율의 6배 이하, 보다 바람직하게는 벌크 전도체 저항율의 4배 이하, 및 보다 더 바람직하게는 벌크 전도체 저항율의 2배 이하 등, 벌크 전도체 저항율의 20배 이하인 저항율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 상기 전자 형상을 형성하는 방법은, 비교적 낮은 처리 온도를 사용할 수 있다. 일실시예에서, 전환 온도는 약 225℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 200℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 185℃ 이하 등, 약 250℃ 이하이다. 특정 일실시예에서는, 상기 전환 온도가 약 125℃ 이하 및 약 100℃ 보다 더 낮은 것과 같이, 약 150℃ 이하일 수 있다.
정의
본 명세서에서 사용되는 용어, 저점도 전구체 조성물은, 약 1000센티푸아즈 이하의 점도를 가지는 유동성 조성물을 말한다. 일실시예에 따르면, 상기 저점도 전구체 조성물은 약 500센티푸아즈 이하, 보다 바람직하게는 약 100센티푸아즈 이하, 보다 더 바람직하게는 약 50센티푸아즈 이하의 점도를 가진다. 본 명세서에서, 점도는 약 132Hz의 전단 속도 및 적절한 증착 조건, 특히 적절한 온도하에서 측정된다. 예를 들면, 점도를 낮추기 위하여, 증착 이전에 일부 전구체 조성물을 가열할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어, 분자형 금속 전구체는, 금속 원자를 포함하는 분자 화합물을 말한다. 그 일예에는, 유기 금속 화합물(탄소-금속 결합을 가지는 분자), 금속 유기 화합물(산소, 질소 또는 황 등의 다른 타입의 원소와 금속 결합된 유기 리간드를 포함하는 분자), 및 금속 나이트레이트, 금속 할로겐화물 및 기타 금속염 등의 무기 화합물이 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물은 금속 이외의 물질상인 미립자를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서, 상기 미립자란 나노파티클 및 마이크로 사이즈의 파티클이라 언급하는 2가지 사이즈 범위에 해당할 수 있다. 나노파티클은 약 100㎚ 이하의 평균 사이즈를 가진다. 마이크로 사이즈의 파티클은 약 0.1㎛ 이하의 평균 파티클 사이즈를 가진다. 본 명세서에서는, 나노파티클 및 마이크로 사이즈의 파티클을 합쳐서 파티클 또는 파우더라 말한다.
또한, 저점도의 전구체 조성물은 분자형 금속 전구체에 대한 용매를 포함할 수 있다. 용매는 상기 분자형 금속 전구체의 적어도 일부가 용해될 수 있는 화학 물질이다. 또한, 상기 저점도의 전구체 조성물은 비히클도 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 비히클은 충분한 유동 특성을 부여하거나 분산된 파티클들을 지지함으로써, 상기 전구체 조성물의 증착을 촉진시키는 유동성 매질이다. 이하의 설명으로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 동일한 화합물이 용매 및 비히클 둘 다로서 기능하는 등, 상기 전구체 조성물 내에서 다양한 기능을 가질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단순히 첨가제라 말하는 그 밖의 화학 물질도 본 발명의 저점도의 전구체 조성물에 포함될 수 있다. 하기에서 설명하는 바와 같이, 그러한 첨가제에는, 결정화 저해제, 폴리머, 폴리머 전구체(올리고머 또는 모노머), 환원제, 바인더, 분산제, 계면 활성제, 희석제, 소포제 등이 포함되지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
전구체 조성물
상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물은 미립자를 나노파티클 및/또는 마이크로 사이즈의 파티클 형태로 선택적으로 포함할 수 있다.
나노파티클은 약 10 내지 80㎚ 등, 약 100㎚ 이하의 평균 사이즈를 가진다. 저점도의 전구체 조성물 용으로 특히 바람직한 것은, 약 25 내지 75㎚ 범위의 평균 사이즈를 가지는 나노파티클이다.
본 발명에서 사용하기 위한 특히 바람직한 나노파티클은 실질적으로 덩어리 지지 않는 것이다. 바람직한 나노파티클 조성물에는 Al2O3; CuOx; SiO 2와 TiO2; In2O3, 인듐-주석 옥사이드(ITO) 및 안티모니-주석 옥사이드(ATO) 등의 전도성 금속 옥사이드; 은; 팔라듐; 구리; 금; 백금; 및 니켈이 포함된다. 그 외의 유용한 금속 옥사이드 나노파티클에는, HS-5 또는 M5 또는 그 밖의(Cabot Corp., Boston, MA) 및 AEROSIL 200 등(Degussa AG, Dusseldorf, Germany) 발열성 실리카 또는 TS530 또는 TS720(Cabot Corp., Boston, MA) 등의 표면 개질 실리카, 및 AEROSIL 380(Degussa AG, Dusseldorf, Germany)이 포함된다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 나노파티클들은 하기에서 설명하는 금속 전구체 화합물에 함유되어 있는 것과 동일한 금속으로 이루어진다. 나노파티클은 다수의 방법 및 하나의 바람직한 방법, 즉, Figlarz et al에 의한 미국 특허 제4,539,041호 공보에 개시되어 있는 폴리올 공정(Polyol process)이라 불리는 방법(본 명세서에서 그대로 참조됨)에 의해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 전구체 조성물은 약 0.1㎛의 평균 사이즈를 가지는 마이크로 사이즈의 파티클을 포함할 수 있다. 바람직한 마이크로 사이즈 파티클의 조성물은, 나노파티클에 대하여 상기에서 설명한 조성물과 유사하다. 상기 파티클은 스프레이 열분해(spray pyrolysis)에 의해 생성되는 파티클과 같이, 구상인 것이 바람직하다. 파편 형태의 파티클은 상기 전구체 조성물의 점도를 증가시키고, 잉크-젯 디바이스와 같이 구멍의 사이즈가 제한된 툴을 사용하여 증착하는 것을 어렵게 한다. 본 명세서에서 실질적으로 구상인 파티클을 설명할 때, 파티클 의 사이즈란 상기 파티클의 직경을 말한다. 바람직한 일실시예에서, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물은 파편 형상의 파티클을 함유하지 않는다.
일반적으로, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물에 사용되는 상기 마이크로 사이즈의 파티클 중, 부피 중간 파티클 사이즈(volume median particle size)는 적어도 약 0.3㎛ 등, 적어도 약 0.1㎛이다. 또한, 상기 부피 중간 파티클 사이즈는 바람직하게는 약 20㎛ 이하이다. 대부분의 적용에서, 상기 부피 중간 파티클 사이즈는 보다 바람직하게는 약 10㎛ 이하이며, 보다 더 바람직하게는 약 5㎛ 이하이다. 상기 마이크로 사이즈의 파티클에 대해, 특히 바람직한 중간 파티클 사이즈는 약 0.3㎛ 내지 약 3㎛이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 마이크로 사이즈의 파티클 중 부피 중간 파티클 사이즈는 조성물을 사용하는 툴 내 구멍의 지름 보다 적어도 10배 작은 것이 바람직하며, 예를 들면, 구멍이 50㎛인 잉크-젯 헤드에 대해서는 약 5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
미립자를 함유하는 저점도 조성물의 증착과 일반적으로 관련된 많은 어려움이 있다. 다량의 미립자의 사이즈가 매우 작을 경우(나노파티클), 상기 조성물의 점도는 매우 높아질 수 있다. 또다른 극단적인 경우에서, 보다 큰 마이크로 사이즈의 파티클은 액체 중에서 빨리 침강되어, 현탁액의 품질 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 보다 큰 파티클들 및 파티클의 덩어리들은 시린지(syringe) 및 잉크-젯 등의 많은 직접-기록 툴의 구멍을 막는 경향이 있다. 파편들은 좁은 통로를 통해 쉽게 흐르지 못하므로, 구상의 미립자가 바람직하다. 그러나, 많은 재료들 중에서 구상인 파티클은 쉽게 구입할 수 없으며, 이러한 이유들 때문에, 많은 전자 재료를 직접-기록 툴을 이용해서 쉽게 증착하지 못했다.
본 발명의 전구체 조성물에 유용한 마이크로 사이즈의 파티클은, 침강법으로 측정하였을때 비교적 작은 사이즈의 파티클, 다공성 파티클, 또는 속이 빈 파티클에 상응하는 침강 속도를 갖는 것이 유익하다. 파티클의 사이즈를 측정하고 측량하는 데에는, 질량, 부피 및 수량에 의한 것을 포함하는 다양한 방법이 있다. 본 발명의 저점도 조성물에 대한 가장 중요한 관점 중 하나는, 파티클들이 빨리 침강하지 않는다는 것이고, 측정되고 기록된 상기 파티클 사이즈의 의미는 문맥에 따라 신중히 해석되어야 한다는 것이다. 현미경을 사용하여 관찰할 수 있는 기하학적인 사이즈의 파티클은, 상이한 밀도를 가짐으로써 현저하게 다른 침강 속도를 가질 수 있는 동일한 사이즈의 파티클을 반영하는 것은 아니다. 속이 비거나 다공성인 마이크로 사이즈의 파티클은 조밀한 파티클에 비해 보다 천천히 침강한다. 마찬가지로, 액체 또는 기체 중에서의 광산란으로부터 광학적으로 판정된 파티클의 사이즈도 상기 파티클의 기하학적인 사이즈만을 반영하는 데이터를 제공하므로, 이러한 측정값이 동일한 사이즈의 파티클이 상이한 밀도를 가질 수 있다는 것을 반영하는 것은 아니다. 파티클의 실제적인 물리적 사이즈를 제공하는 광학 기술 등의 측정법은, 주의하여 해석해야만 하는 수치들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 광산란으로부터 판정되는 파티클의 부피 중간 직경(volume median diameter)은, 상기 파티클이 속이 비었는지, 다공성인지, 다공성의 정도는 어떠한지 등의 상기 파티클의 겉보기 밀도에 대한 정보가 없이는, 질량 중간 직경(mass median diameter)과 쉽게 관련지을 수 없다. 마찬가지로, 침강 속도로부터 판정된 파티클 사이즈 데이터는 상기 파티클의 침강 양상에 대한 정보를 제공할 수는 있지만, 상기 파티클이 속이 비거나 다공성이라면, 진실한 기하학적인 파티클 사이즈에 대한 정보는 제공하지 못한다.
그러나, 광학-기초 접근법으로부터 측정된 사이즈 데이터 및 침강 속도로부터 측정된 데이터의 조합은, 파티클 침강 속도의 제어가 중요한 저점도 조성물 중에서의 파티클 행동의 측정 기준을 제공한다. 큰 기하학적인 사이즈를 가지는 조밀한 파티클의 침강 속도로부터 계산된 작은 사이즈는, 속이 비거나 다공성인 파티클임을 나타내는 것이다. 본 발명의 전구체 조성물에 사용되는 마이크로 사이즈 파티클의 평균 사이즈는, 침강법으로 측정하였을때 약 4㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 1㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.5㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.1㎛ 이하의 평균 파티클 사이즈에 상응하는 침강 속도를 가지는 조밀한 파티클과 대응되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 사이즈의 파티클들은, 침강법으로 측정한 경우에는 낮은 침강 속도를 가지면서, 기하학적 기술로 측정한 경우에는 보다 큰 사이즈를 가지는 파티클들을 포함한다. 상기 기하학적 기술 중 하나는, 기하학적인 (부피) 평균 파티클 사이즈를 산출해내는 MICROTRAC 파티클 사이즈 분석기(Honeywell Industrial Automation and Control, Fort Washington, PA)를 사용하여 광산란에 의해 파티클의 사이즈를 측정하는 것이다.
현탁액 중의 마이크로 사이즈의 파티클들은, 실질적으로 중성 부력(neutral buoyancy)을 유지하면서, 비교적 큰 물리적 사이즈를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 부력은 안정할 것이 요구되며, 보다 큰 사이즈는 액체의 특성, 예를 들면 점도 또는 광산란능 등을 유용한 범위 이내로 유지시킨다. 달리 말하면, 높이 적재되지만, 침강 속도가 낮은 마이크로 사이즈의 파티클을 제공하는 것이 종종 바람직하다. 상기 파티클의 침강 속도는 파티클의 겉보기 밀도(ρP)에서 액체의 밀도(ρL)를 뺀 값에 비례한다. 이상적으로, 상기 파티클들은 일반적으로 약 1g/㎤인 액체의 밀도(예를 들면, 물의 밀도)와 거의 같은 겉보기 밀도를 가질 것이다. 일반적인 금속이 약 6 내지 20g/㎤ 범위의 이론상 밀도를 가지기 때문에, 그러한 마이크로 사이즈 파티클의 겉보기 밀도는 상기 이론상 밀도의 일부인 것이 바람직하다. 일실시예에 따르면, 상기 마이크로 사이즈의 파티클은, 상기 파티클에 대한 이론상 밀도의 약 75% 이하, 보다 바람직하게는 상기 이론상 밀도의 약 50% 이하인 겉보기 밀도를 가진다.
본 발명에 따라 겉보기 밀도가 감소된 마이크로 사이즈의 파티클을 수득하기 위한 바람직한 방법은, 속이 빈 마이크로 구조의 파티클을 생산하는 것이다. 즉, 바람직한 파티클의 형태는, 내부 반지름과 외부 반지름을 가지는 조밀한 껍질(dense shell)로 이루어진 파티클이다. 바람직하게는, 상기 껍질은 높은 밀도를 가지고, 실질적으로 불침투성이다. 그러한 속이 빈 파티클에 대해, 중성 부력을 위한 조건을 나타내는 방정식은 하기 수학식1
Figure 112004013869397-pct00001
(여기서, r1은 내부 반지름이고, ρL은 1(물)이며, r2는 외부 반지름이고, ρP는 파티클의 이론상 밀도임)과 같이 기재할 수 있다.
예를 들면, 속이 빈 파티클이 2㎛의 외부 반지름(직경 4㎛) 및 5g/㎤의 밀도를 가질 경우, 1g/㎤의 밀도를 가지는 액체 중에서 중성적으로 부유하는 파티클의 최적의 평균 벽 두께는 약 0.15㎛일 것이다.
속이 빈 마이크로 사이즈의 파티클이 본 발명에서 바람직할 수 있지만, 바람직한 범위 이내의 겉보기 밀도를 유지한다면 그 외의 파티클 형태도 사용할 수 있을 것이다. 예를 들면, 이론상 밀도보다 낮은 겉보기 밀도를 가지는 파티클이 되기 위해, 파티클은 충분한 양의 밀폐 기공율을 가질 수 있다. 또한, 액체 매질(액체 전구체 구성 성분)의 표면 장력이, 액체가 표면 기공을 실질적으로 투과할 수 없게 한다면, 개방(표면) 기공율은 상기 겉보기 밀도를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, Kodas et al.에 의한 미국 특허 제6,103,393호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 지지 전극촉매 파티클은 높은 수준의 기공율과 표면적을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물에 특히 유용한 파티클은 액체 매질 중에서 낮은 침강 속도를 가진다. 스토크 법칙(Stokes Law)에 따른 침강 속도는, 하기 수학식2
Figure 112004013869397-pct00002
(여기서, Dst는 스토크 직경이고, η는 유체 점도이며, ρs는 파티클의 겉보기 밀도이고, ρl은 액체의 밀도이며, V는 침강 속도, g는 중력 가속도임)와 같이 정의할 수 있다.
바람직하게는, 파티클의 평균 침강 속도는, 상기 전구체 조성물이 기계적인 혼합 기술의 필요없이 유용한 품질 수명을 가지도록 충분히 낮다. 따라서, 상기 파티클은 적어도 1시간 동안 적어도 약 50중량%가 액체 중에서 부유 상태로 잔류하도록, 큰 질량 분율을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 마이크로 사이즈의 파티클은 동일한 조성물 중의 이론상으로 조밀한 파티클에 비해, 50% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하의 침강 속도를 가진다. 또한, 상기 파티클은 침강 이후에도 혼합 등에 의해 완전하게 재분산되어, 침강 이전에 측정한 바와 같은 현탁액 중에서의 동일한 파티클 사이즈 분포를 나타낼 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 파티클(나노파티클 및 마이크로 사이즈의 파티클)은 또한 좁은 파티클 사이즈 분포를 가지므로, 대부분의 파티클들은 거의 동일한 사이즈를 가지며, 구멍, 예를 들면 잉크-젯 헤드의 구멍을 막 을 수 있는 큰 파티클들은 최소한의 개수로 존재한다. 좁은 파티클 사이즈 분포는 큰 파티클들에 의해 구멍이 막히는 것을 감소시키며, 미세한 라인폭, 높은 해상력 및 높은 충전 밀도를 가지는 표면 형상을 형성할 수 있게 하므로, 직접-기록 분야에 있어 특히 유익하다. 바람직하게는, 동일한 사이즈 분류(나노 파티클 또는 마이크로 사이즈 파티클) 이내 파티클의 적어도 약 70부피%, 보다 바람직하게는 적어도 약 80부피%가 평균 파티클 사이즈의 2배 이하이다. 예를 들면, 마이크로 사이즈 파티클의 평균 파티클 사이즈가 약 2㎛인 경우, 상기 마이크로 사이즈 파티클의 적어도 약 70부피%가 4㎛ 이하인 것이 바람직하고, 상기 마이크로 사이즈 파티클의 적어도 약 80부피%가 4㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 파티클의 적어도 약 70부피%, 보다 바람직하게는 적어도 약 80부피%가 평균 파티클 사이즈의 약 1.5배 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 마이크로 사이즈 파티클의 평균 파티클 사이즈가 약 2㎛인 경우, 상기 마이크로 사이즈 파티클의 적어도 약 70부피%가 3㎛ 이하인 것이 바람직하고, 상기 마이크로 사이즈 파티클의 적어도 약 80부피%가 3㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 마이크로 사이즈의 파티클들 및 나노파티클들은, 보다 큰 파티클들에 비해 비교적 큰 표면 에너지로 인하여, 연성 덩어리를 종종 형성한다고 알려져 있다. 또한, 그러한 연성 덩어리들은, 액체 매질에의 초음파 노출, 체질(sieving), 고전단 혼합(high shear mixing), 3-롤 제분(3-roll milling) 등의 처리법들에 의해 쉽게 분산될 수 있다는 것이 알려져 있다. 본 명세서에서 설명하는 평균 파티클 사이즈 및 파티클 사이즈 분포는, 물 및 계면 활성제 등의 액체 매질 중에서 파 우더 샘플들을 혼합하고, 현탁액을 초음파 세척기 또는 혼(horn)을 통하여 초음파에 노출시킴으로써 측정한다. 상기 초음파 처리는 충분한 에너지를 공급하여, 상기 연성 덩어리들을 본래의 파티클들로 분산시킨다. 이어서, 본래의 파티클 사이즈 및 사이즈 분포는 MICROTRAC 기계 내에서 광산란법으로 측정한다. 이것은 잉크-젯 현탁액 등의 액체 비히클 내에서의 파티클의 분산을 자극하기 때문에, 파우더의 유용한 분산 특성의 양호한 측정 기준을 제공한다. 따라서, 본 명세서에서의 파티클 사이즈에 대한 언급은, 상기 파티클들의 연성 덩어리들을 가볍게 분산시킨 후의 본래의 파티클 사이즈를 말한다.
또한, 두가지 모드의 파티클 사이즈 분포를 가지는 마이크로 사이즈의 파티클 또는 나노파티클을 제공할 수도 있다. 즉, 파티클들은 두 가지의 구분되는, 상이한 평균 파티클 사이즈를 가질 수 있다. 바람직하게는, 각각 구분되는 파티클 사이즈 분포는 상기의 파티클 분포의 제한에 닿을 것이다. 두가지 모드 또는 세가지 모드의 파티클 사이즈 분포는, 본 발명에 따라 증착될 경우 파티클들의 충전 효율을 유익하게 향상시킬 수 있다. 일실시예에서, 보다 큰 모드에는 속이 비거나 다공성인 파티클들이 포함되며, 보다 작은 모드에는 조밀한 파티클들이 포함된다. 상기 두가지 모드에는 상이한 조성물의 파티클들이 포함될 수 있다. 일실시예에서 상기 두가지 모드는 약 1㎛ 및 5㎛의 평균 파티클 사이즈를 가지고, 또다른 일실시예에서는 상기 두가지 모드의 평균 파티클 사이즈가 약 0.5㎛ 및 2.5㎛이다. 또한, 상기 두가지 모드의 파티클 사이즈 분포는 나노파티클들을 사용하여 달성할 수 있으며, 일실시예에서 보다 큰 모드는 약 1 내지 10㎛의 평균 파티클 사이즈를 가 지고, 보다 작은 모드는 약 10 내지 100㎚의 평균 파티클 사이즈를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 전구체 조성물에 유용한 파티클들은 순도가 높은 것이 바람직하며, 상기 파티클들에는 약 1.0원자% 이하의 불순물, 보다 바람직하게는 약 0.1원자% 이하의 불순물, 및 보다 더 바람직하게는 약 0.01원자% 이하의 불순물이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 불순물들은 최종 생성물(즉, 전도성 형상)로 의도되지 않는 물질이며, 최종 생성물의 특성에 부정적인 영향을 끼치는 물질이다. 많은 전자적 적용을 위해 피해야 할 가장 중요한 불순물은, Na, K, Cl, S 및 F이다. 하기에서 설명하는 바와 같이, 파티클들은 1개 이상의 2차상을 가지는 혼성 파티클을 포함할 수 있다. 그러한 2차상은 불순물로 고려되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 전구체 조성물에 유용한 파티클은, 상기 파티클의 핵 주위의 표면 코팅을 포함하는, 코팅된 파티클일 수 있다. 코팅은 다양한 메커니즘에 의해 파티클의 표면 상에 생성될 수 있다. 바람직한 메커니즘은 스프레이 열분해이다. 1개 이상의 코팅 전구체를 기화시키고, 뜨거운 파티클 표면에 융합시킨 후, 열적으로 반응시킴으로써 화학적 기상 증착(CVD)에 의한 박막 코팅을 형성할 수 있다. CVD에 의해 증착되는 바람직한 코팅 재료에는 금속 옥사이드 및 원소형 금속이 포함된다. 또한, 코팅은 물리적 기상 증착(PVD)에 의해서도 형성될 수 있고, 여기서 코팅 재료는 파티클의 표면 상에 물리적으로 증착된다. PVD에 의해 증착되는 바람직한 코팅 재료에는 유기 재료 및 원소형 금속이 포함된다. 또는, 기체 전구체가 기체상에서 반응하여, 예를 들면 약 5㎚ 사이즈 미만의 작은 파티클을 형성한 후, 보다 큰 파티클 표면으로 확산시켜, 그 표면 상을 소결함으로써 코팅을 형성할 수 있다. 이러한 방법을 기체-파티클-전환법(gas-to-particle conversion, GPC)이라 한다. CVD, PVD 또는 GPC에 의해 그러한 코팅 반응들이 일어날 지 일어나지 않을 지는, 온도, 전구체 부분압, 물 부분압 및 기류내 파티클 농도 등의 반응 조건들에 달려있다. 또다른 가능한 표면 코팅법은, 파티클의 표면을 파티클 내에 본래 함유되어 있던 것과는 다른 물질로 전환시키는, 기상 반응물과의 반응에 의한 파티클의 표면 전환법이다.
또한, 납 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드 또는 바나듐 옥사이드 등의 휘발성 코팅 재료를 반응 장치 내에 도입하여, 상기 코팅 재료를 축합에 의해 파티클 상에 증착시킬 수 있다. 또한, 또다른 기술을 사용하여 파티클을 코팅시킬 수 있다. 예를 들면, 파티클 및 코팅 둘 다에 대한 가용성 전구체를 전구체 용액에 사용할 수 있다. 또다른 일실시예에서는, 콜로이드성 전구체 및 가용성 전구체를 사용하여, 혼성 파티클 상에 미립자 콜로이드 코팅을 형성할 수 있다. 다층 코팅이 바람직한 경우에는, 파티클의 표면 상에 다층 코팅을 증착시킬 수 있을 것이다.
상기 코팅은, 파티클의 핵이 실질적으로 노출되지 않도록, 상기 파티클에 대한 적합성을 유지하면서 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 예를 들면, 마이크로 사이즈 파티클 상의 코팅은 약 200㎚ 이하, 바람직하게는 약 100㎚ 이하, 보다 바람직하게는 약 50㎚ 이하의 평균 두께를 가질 수 있다. 대부분의 적용을 위해, 상기 코팅은 적어도 약 5㎚의 평균 두께를 가진다. 유용한 코팅 파티클로서 구체적인 일예는 실리카로 코팅된 은 파티클이다.
상기에서 언급한 바와 같은 코팅 방법을 사용하여 나노파티클도 코팅할 수 있다. 또한, 높은 표면 에너지에 의해 나노파티클들이 덩어리지는 것을 방지하기 위하여, 폴리머 등의 물질로 나노파티클을 코팅하는 것이 유익할 수 있다. 그것은 P.Y. Silvert et al.(Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process, Journal of Material Chemistry)에 의해 설명되어 있다. 또다른 일실시예에서는, 파티클을 본질적으로 전도성인 폴리머로 코팅하여, 조성물 중에서 덩어리지는 것을 방지할 수 있고, 조성물이 고형화된 후에는 전도성 패치를 제공할 수 있다. 또다른 일실시예에서는, 가열 동안에 상기 폴리머를 분해시키면서, 나노파티클을 함께 소결시킬 수 있다. 일실시예에서, 나노파티클은 인-시츄에서 생성되며, 폴리머로 코팅된다. 본 발명에 따른 나노파티클에 대한 바람직한 코팅 재료에는, 술폰화 퍼플루오로하이드로카본 폴리머(예를 들면, E.I. duPont deNemours, Wilmington, DE에서 구입할 수 있는 NAFION), 폴리스티렌, 폴리스티렌/메타크릴레이트, 폴리비닐 피롤리돈, 나트륨 비스(2-에틸헥실) 술포숙시네이트, 테트라-n-옥틸-암모늄 브로마이드 및 알칸 티올레이트가 포함된다.
또한, 본 발명에 유용한 파티클은 또다른 화합물로 "캡핑(capped)"된 것일 수 있다. 용어 "캡핑"은, 외부 표면 상에 반드시 코팅을 형성하지는 않으면서, 파티클의 외부 표면에 결합되어 있는 화합물을 가진다는 것을 의미한다. 본 발명에서 사용되는 파티클은 폴리머, 유기 금속 화합물, 및 금속 유기 화합물 등의 유기 화합물을 포함하는 어떤 작용기에 의해 캡핑될 수도 있다. 이들 캡핑제는, 파티클의 덩어리화 방지, 산화 방지, 표면에 대한 파티클의 결합성 향상, 및 전구체 조성물 중에서의 파티클의 유동성 향상 등의 다양한 작용성을 부여할 수 있다. 본 발 명의 파티클에 사용할 수 있는 바람직한 캡핑제에는 아민 화합물, 유기 금속 화합물, 및 금속 유기 화합물이 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 미립자는 혼성 파티클일 수 있고, 본 명세서에서 상기 파티클에는 첫번째 상 및 상기 첫번째 상과 연관된 두번째 상이 포함된다. 바람직한 혼성 미립자에는, 탄소-금속, 탄소-폴리머, 탄소-세라믹, 탄소1-탄소2, 세라믹-세라믹, 세라믹-금속, 금속1-금속2, 금속-폴리머, 세라믹-폴리머, 및 폴리머1-폴리머2가 포함된다. 또한, 금속-탄소-폴리머와 같은 특정 3-상 조합도 바람직하다. 일실시예에서, 두번째 상은 첫번째 상에 전체적으로 균일하게 분산된다. 두번째 상은 전자 화합물일 수 있으며, 또는 비-전자 화합물일 수 있다. 예를 들면, 두번째 상으로서 금속 옥사이드 등의 소결 저해제를 첫번째 상인 금속 물질, 예를 들면 은 금속에 포함시켜, 실질적으로 전도율에는 영향을 주지 않으면서 금속의 소결을 억제할 수 있다.
부가적인 예로서, 파티클은 탄소 등의 지지체 상에 분산된 금속 또는 금속 옥사이드로 이루어진 전자촉매 파티클일 수 있다. 그러한 파티클은 Kodas et al.에 의한 미국 특허 제6,103,393호 공보에 개시되어 있고, 본 명세서에서 그대로 참조된다. 그러한 파티클들은 금속-공기 배터리 및 그와 유사한 디바이스 뿐만 아니라, 메탄올 연료 전지(DMFC) 및 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC) 등의 연료 전지에도 사용할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 사이즈의 파티클은 상기 언급한 바와 같이 속이 빈 파티클일 수 있으며, 껍질은 첫번째 상 및 상기 첫번째 상에 전체적으로 분산된 두번 째 상을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 미립자는 실질적으로 구상의 형태이다. 즉, 상기 미립자는 뾰족하거나 모양이 울퉁불퉁하지 않다. 구상의 파티클은, 특히, 잉크-젯 디바이스 또는 그와 유사한 툴을 사용하여 증착하고자 하는 전구체 조성물에 유익한 유동 특성을 부여하고, 액체 현탁액에 보다 쉽게 분산될 수 있기 때문에, 특히 유익하다. 부여된 수준의 고체 적재에 대하여, 구상의 파티클을 가지는 저점도의 전구체 조성물은, 파편 등의 구상이 아닌 파티클을 가지는 조성물에 비해 낮은 점도를 가질 것이다. 또한, 구상의 파티클은 뾰족하거나 납작한 파티클보다 마찰을 덜 일으키므로, 증착 툴의 마모 및 마손되는 양을 감소시킨다.
따라서, 기공 또는 공동으로부터 유래된 낮은 침강 밀도를 가지는 마이크로 사이즈의 파티클을, 저점도의 전구체 조성물을 제공하는데 사용할 수 있다. 그러한 마이크로 사이즈의 파티클은, 예를 들면, 스프레이 열분해법으로 생산할 수 있다. 상기 마이크로 사이즈의 파티클을 생산하기 위한 스프레이 열분해법은 Kodas, et al.에 의한 미국 특허 제6,103,393호 공보에 개시되어 있고, 본 명세서에서 그대로 참조된다.
상기에서 언급한 스프레이 열분해 공정에 의해, 잘 제어된 겉보기 밀도를 가지는 속이 빈 파티클을 유익하게 형성할 수 있다. 은 등의 금속의 경우에는, 파티클 형성 후 제거될 수 있는 출발 용액에 소량의 금속 옥사이드 전구체, 또는 염을 첨가하는 것이 종종 필요하다. 상기 금속 옥사이드 또는 염은, 반응 장치 내에 존 재하는 동안 금속 파티클의 조밀화를 억제한다. 한 예로서, 알루미나, 실리카, 구리 옥사이드, 유리(예를 들면, 바륨 알루미늄 보로실리케이트, 칼슘 실리케이트 또는 납 보로실리케이트) 등의 금속 옥사이드 전구체, 및 금속 보다 현저하게 높은 융점을 가지는 그 밖의 실질적인 금속 옥사이드를 첨가함으로써, 감소된 밀도를 가지는 전도체의 다공성 및/또는 속이 빈 파티클을 형성할 수 있다. 또한, 이들 첨가제는 기판에 대한 접착성을 제공하고, 소결을 방지하며(낮은 소결 온도를 가지는 은의 경우에서), 저항률 및 기타 작용들의 온도 계수를 변경시키는 두가지 목적을 제공할 수 있다.
스프레이 열분해 공정에서 속이 빈 파티클을 제공하는 또다른 방법은, 낮은 용해도를 가지는 파티클 전구체를 사용하는 것이다. 낮은 용해도를 가지는 전구체는 작은 방울의 표면에서 응결하여 껍질을 형성한다. 용매의 잔류물이 제거됨에 따라, 보다 많은 금속 전구체가 상기 껍질 상에서 응결되어 속이 빈 파티클을 형성한다. 상기 전구체의 예에는, 유기 금속 전구체, 금속 유기 전구체 및 무기 전구체가 포함된다. 본 일실시예에 따른 바람직한 파티클 전구체는 약 20중량% 이하, 바람직하게는 약 10중량%, 보다 바람직하게는 약 5중량%의 용해도를 가지는 것이다. 무기 전구체는 금속 나이트레이트, 금속 할로겐화물, 금속 술페이트, 금속 하이드록사이드 및 금속 카보네이트로부터 선택할 수 있다.
속이 빈 파티클을 형성하기 위한 또다른 방법은, 전구체로부터 미립자 생성물로 전환되는 동안의 유효 수율이 낮은 파티클 전구체를 사용하는 것이다. 일단 작은 방울이 건조되어 파티클이 전구체로만 이루어지면, 대용량의 반응물이 비교적 일정한 파티클 지름을 가지는 생성물로 변화되기 때문에, 생성물을 형성하는 반응은 다공성이거나 속이 빈 파티클을 야기시킨다. 그 일예는, 알루미늄 나이트레이트로부터의 알루미나의 형성이다. 본 일실시예에 따른 바람직한 파티클 전구체는 약 50% 이하, 보다 바람직하게는 약 25% 이하, 보다 더 바람직하게는 약 10% 이하의 부피 수율(volumetric yield)을 가진다.
또다른 방법은, 전구체의 반응 동안 기체가 유리되고 파티클이 팽창되는 파티클 전구체를 사용하는 것이다. 본 일실시예에 따른 바람직한 파티클 전구체는, 예를 들면 NOx 또는 CO2 기체를 방출한다.
스프레이 열분해 공정에서는, 파티클 전구체로서 나이트레이트, 클로라이드, 술페이트, 하이드록사이드 또는 옥살레이트 등의 금속염을 사용할 수 있다. 바람직한 금속염에는, 금속 나이트레이트가 포함된다. 예를 들면, 본 발명에 따른 백금 금속에 대한 바람직한 전구체는 질산화 디아민 디나이트로 백금(Ⅱ)이다. 또다른 바람직한 금속은 은이며, 은 금속 파티클에 대한 바람직한 전구체는 은 나이트레이트, AgNO3, 또는 은 카복실레이트 화합물이다.
또한, 본 발명에 따른 전구체 조성물에는 분자형 금속 전구체가 단독으로, 또는 미립자와 조합되어 포함될 수 있다. 바람직한 일예에는, 은(Ag), 니켈(Ni), 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 인듐(In) 및 주석(Sn)에 대한 분자형 금속 전구체가 포함된다. 그 외의 분자형 금속 전구체에는 알루미늄(Al), 아연(Zn), 철(Fe), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 그와 유 사한 금속에 대한 전구체가 포함될 수 있다. 상기 분자형 금속 전구체들은 전구체 조성물에 용해되는 것일 수도 있고, 용해되지 않는 것일 수도 있다.
일반적으로, 금속으로의 전환시에 라디칼 메커니즘에 의하여 리간드를 제거하는 분자형 금속 전구체 화합물이 바람직하며, 특히 형성된 종이 안정한 라디칼이어서 그 전구체 조성물의 분해 온도를 낮추는 경우 바람직하다.
또한, 전구체 전환시에 깨끗하게 제거되고, 기판(또는 형성된 작용성 구조)으로부터 완전히 제거되는 리간드를 함유하는 분자형 금속 전구체가 바람직하고, 이는 그러한 분자형 금속 전구체가 탄소 오염 또는 나이트레이트 등의 음이온 종에 의한 오염의 우려가 없기 때문이다. 따라서, 전도체용으로 사용되는 금속에 대한 바람직한 전구체는, 카복실레이트, 알콕사이드 또는 금속으로 전환될 그들의 조합, 금속 옥사이드 또는 카복시산 무수물, 에테르, 에스테르 등의 작은 분자를 제거한 혼합 금속 옥사이드이다. 금속 카복실레이트, 특히 플루오로카복실레이트 등의 할로게노카복실레이트는 높은 용해도를 가지기 때문에 특히 바람직한 금속 전구체이다.
특히 바람직한 금속 전구체 화합물은 은, 니켈, 백금, 금, 팔라듐, 구리 및 루테늄을 함유하는 금속 전구체 화합물이다.
본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물에 사용할 수 있는 은 금속 전구체의 일예를 하기 표1에 나타낸다.
은 전구체 분자 화합물 및 염
일반적 분류 예 화학식
나이트레이트 은 나이트레이트 AgNO3
나이트라이트 은 나이트라이트 AgNO2
옥사이드 은 옥사이드 Ag2O, AgO
카보네이트 은 카보네이트 Ag2CO3
옥살레이트 은 옥살레이트 Ag2C2O4
(피라졸릴)보레이트 은 트리스피라졸릴보레이트 Ag[(N2C3H3)3]BH
은 트리스(디메틸피라졸릴)보레이트 Ag[((CH3)2N2C3H3)3]BH
아지드 은 아지드 AgN3
플루오로보레이트 은 테트라플루오로보레이트 AgBF4
카복실레이트 은 아세테이트 AgO2CCH3
은 프로피오네이트 AgO2CC2H5
은 부타노에이트 AgO2CC3H7
은 에틸부티레이트 AgO2CCH(C2H5)C2H5
은 피발레이트 AgO2CC(CH3)3
은 시클로헥산부티레이트 AgO2C(CH2)3C6H11
은 에틸헥사노에이트 AgO2CCH(C2H5)C4H9
은 네오데카노에이트 AgO2CC9H19
할로게노카복실레이트 은 트리플루오로아세테이트 AgO2CCF3
은 펜타플루오로프로피오네이트 AgO2CC2F5
은 헵타플루오로부티레이트 AgO2CC3F7
은 트리클로로아세테이트 AgO2CCCl3
은 6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트 AgFOD
하이드록시카복실레이트 은 락테이트 AgO2CH(OH)CH3
은 시트레이트 Ag3C6H5O7
은 글리콜레이트 AgOOCCH(OH)CH3
아미노카복실레이트 은 글리코네이트
방향족 및 나이트로 및/또는 플루오로 치환 방향족 카복실레이트 은 벤조에이트 AgO2CCH2C6H5
은 페닐아세테이트 AgOOCCH2C6H5
은 나이트로페닐아세테이트 AgOOCCH2C6H4NO2
은 디나이트로페닐아세테이트 AgOOCCH2C6H3(NO2)2
은 디플루오로페닐아세테이트 AgOOCCH2C6H3F2
은 2-플루오로-5-나이트로벤조에이트 AgOOCC6H3(NO2)F
베타 디케토네이트 은 아세틸아세토네이트 Ag[CH3COCH=C(O-)CH3]
은 헥사플루오로아세틸아세토네이트 Ag[CF3COCH=C(O-)CF3]
은 트리플루오로아세틸아세토네이트 Ag[CH3COCH=C(O-)CF3]
은 술포네이트 은 토실레이트 AgO3SC6H4CH3
은 트리플레이트 AgO3SCF3
상기에서 언급한 것에 더하여, 중성 무기 리간드 또는 유기 리간드를 함유하는 복합 은 염(complex silver salts)도 또한 전구체로서 사용할 수 있다. 이들 염은 일반적으로 나이트레이트, 할로겐화물, 퍼클로레이트, 하이드록사이드 또는 테트라플루오로보레이트의 형태이다. 일예를 하기 표2에 열거한다.
복합 은 염 전구체
분류 예(양이온)
아민 [Ag(RNH2)2]+, [Ag(R2NH)2]+, [Ag(R3N)2]+, R=지방족 또는 방향족
N-헤테로사이클 [Ag(L)x]+, (L=아지리딘, 피롤, 인돌, 피페리딘, 피리딘, 지방족 치환 및 아미노 치환 피리딘, 이미다졸, 피리미딘, 피페라진, 트리아졸 등)
아미노 알코올 [Ag(L)x]+ L=에탄올아민
아미노산 [Ag(L)x]+ L=글리신
산 아미드 [Ag(L)x]+ L=포름아미드, 아세트아미드
니트릴 [Ag(L)x]+ L=아세토니트릴

상기 분자형 금속 전구체는 수성-계 용매 또는 유기 용매에 사용할 수 있다. 유기 용매는 일반적으로 잉크-젯 증착에 사용된다. 유기 용매에 있어서의 은에 대한 바람직한 분자형 금속 전구체에는 Ag-나이트레이트, Ag-네오데카노에이트, Ag-트리플루오로아세테이트, Ag-아세테이트, Ag-락테이트, Ag-시클로헥산부티레이트, Ag-카보네이트, Ag-옥사이드, Ag-에틸헥사노에이트, Ag-아세틸아세토네이트, Ag-에틸부티레이트, Ag-펜타플루오로프로피오네이트, Ag-벤조에이트, Ag-시트레이트, Ag-헵타플루오로부티레이트, Ag-살리실레이트, Ag-데카노에이트 및 Ag-글리콜레이트가 포함된다. 상기 언급한 것 중에서, 특히 바람직한 은에 대한 분자형 금속 전구체에는, Ag-아세테이트, Ag-나이트레이트, Ag-트리플루오로아세테이트 및 Ag-네오데카노에이트가 포함된다. 상기 언급한 은 전구체 중에서 가장 바람직한 것은, Ag-트리플루오로아세테이트 및 Ag-아세테이트이다. 바람직한 전구체들은 일반적으로 높은 용해도와 높은 금속 수율을 가진다. 예를 들면, Ag-트리플루오로아세테이트는 디메틸아세트아미드(DMAc)에 약 78중량%의 용해도를 가지며, Ag-트리플루오로아세테이트는 본 발명에 따른 은 전구체로서 특히 바람직하다.
수성-계 용매에 대한 바람직한 분자형 은 전구체에는, Ag-나이트레이트, 은 플루오라이드 또는 은 할로겐 플루오라이드(AgHF2) 등의 Ag-플루오라이드, Ag-티오술페이트, Ag-트리플루오로아세테이트 및 은 염의 가용성 디아민 복합체가 포함된다.
저온, 예를 들면 약 200℃ 이하에서 분해되는 고체 형태의 은 전구체도 사용할 수 있다. 그 일예에는 Ag-옥사이드, Ag-나이트라이트, Ag-카보네이트, Ag-락테이트, Ag-술파이트 및 Ag-시트레이트가 포함된다.
상기 전구체 조성물의 스프레이 증착 등을 위해 보다 휘발성인 분자형 은 전구체가 바람직할 경우에는, 알켄 은 베타디케토네이트, R2(CH)2Ag([R'COCH=C(O- )CR"](여기서, R은 메틸 또는 에틸이고, R', R"는 CF3, C2F5 , C3F7, CH3, CmH2m+1(m은 2~4)), 또는 은 카복실레이트, 은 베타 디케토네이트 또는 은 시클로펜타디에나이트의 트리알킬포스핀 유도체 및 트리아릴포스핀 유도체로부터 전구체를 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 니켈에 대한 분자형 금속 전구체로서 바람직한 것을 하기 표3에 나타낸다. 수성-계 용매와 함께 사용하는데 특히 바람직한 니켈 전구체는 Ni-아세틸아세토네이트이다.
니켈에 대한 분자형 금속 전구체
일반적 분류 예 화학식
무기염 Ni-나이트레이트 Ni(NO3)2
Ni-술페이트 NiSO4
니켈 아민 복합체 [Ni(NH3)6]n+ (n=2,3)
N-테트라플루오로보레이트 Ni(BF4)2
금속 유기물 (알콕사이드, 베타-디케토네이트, 카복실레이트, 플루오로카복실레이트) Ni-옥살레이트 NiC2O4
Ni-이소프로폭사이드 Ni(OC3H7)2
Ni-메톡시에톡사이드 Ni(OCH2CH2OCH3)2
Ni-아세틸아세토네이트 [Ni(acac)2]3 또는 Ni(acac)2(H2O)2
Ni-헥사플루오로아세틸아세토네이트 Ni[CF3COCH=C(O-)CF3]2
Ni-포메이트 Ni(O2CH)2
Ni-아세테이트 Ni(O2CCH3)2
Ni-옥타노에이트 Ni(O2CC7H15)2
Ni-에틸헥사노에이트 Ni(O2CCH(C2H5)C4H9)2
Ni-트리플루오로아세테이트 Ni(OOCCF3)2

백금 금속에 대한 다양한 분자형 전구체를 사용할 수 있다. 바람직한 분자형 전구체에는, 암모늄 헥사클로로 백금산염((NH4)2PtCl6) 및 암모늄 테트라클로로 백금산염((NH4)2PtCl4) 등의 백금산염의 암모늄 염; 칼륨 헥사클로로 백금산염(K2PtCl6), 나트륨 테트라클로로 백금산염(Na2PtCl4 ), 칼륨 헥사브로모 백금산염(K2PtBr6), 칼륨 테트라나이트라이토 백금산염(K2Pt(NO2 )4) 등의 할로게노, 슈도할로게노 또는 나이트라이토 백금산염의 나트륨 및 칼륨염; 헥사클로로 백금산(H2PtCl6), 헥사브로모 백금산(H2PtBr6), 디하이드로겐 헥사하이드록소 백금산염(H2Pt(OH)6) 등의 하이드록소 또는 할로게노 백금산염의 디하이드로겐 염; 디아민 백금 클로라이드(Pt(NH3)2Cl2), 테트라아민 백금 클로라이드([Pt(NH 3)4]Cl2), 테트라아민 백금 하이드록사이드([Pt(NH3)4](OH)2), 테트라아민 백금 나이트라이트([Pt(NH3)4](NO2)2), 테트라아민 백금 나이트레이트(Pt(NH 3)4(NO3)2), 테트라아민 백금 비카보네이트([Pt(NH3)4](HCO3)2), 테트라아민 백금 테트라클로로백금([Pt(NH3)4]PtCl4) 등의 디아민 및 테트라아민 백금 화합물; 백금(Ⅱ) 2,4-펜타디오네이트(Pt(C5H7O2)2) 등의 백금 디케토네이트; 질산으로 산성화된 디하이드로겐 헥사하이드록소 백금산염(H2Pt(OH)6) 등의 백금 나이트레이트; Pt-술파이트 및 Pt-옥살레이트 등의 그 외 백금염; 및 [Pt(CN)6]4+ 등의 그 외 N-주개 리 간드를 포함하는 백금염이 포함된다.
유기-계 전구체 조성물에 유용한 백금 전구체에는, Pt-카복실레이트 또는 혼합 카복실레이트가 포함된다. 카복실레이트의 일예에는, Pt-포메이트, Pt-아세테이트, Pt-프로피오네이트, Pt-벤조에이트, Pt-스테아레이트, Pt-네오데카노에이트가 포함된다. 유기 비히클에 유용한 그 외의 전구체에는, Pt(디아미노프로판)(에틸헥사노에이트)를 포함하는 아미노 유기 백금 화합물이 포함된다.
백금 전구체 및 용매의 바람직한 조합에는, H2O 중의 PtCl4; H2Pt(OH) 6로부터의 Pt-나이트레이트 용액; H2O 중의 H2Pt(OH)6; H2O 중의 H 2PtCl6; 및 H2O 중의 [Pt(NH3)4](NO3)2가 포함된다.
수성-계 전구체 조성물에 특히 유용한 금 전구체에는, Au-클로라이드(AuCl3) 및 테트라염소산 금산(HAuCl4)이 포함된다.
유기-계 포뮬레이션에 유용한 금 전구체에는, Au-티올레이트, Au-아세테이트(Au(O2CCH3)3) 등의 Au-카복실레이트; 이미다졸 금 에틸헥사노에이트 등의 아미노올가노 금 카복실레이트; 금 하이드록사이드 아세테이트 이소부티레이트 등의 혼합 금 카복실레이트; Au-티오카복실레이트 및 Au-디티오카복실레이트가 포함된다.
일반적으로, 저온 전환하는 바람직한 금 분자형 금속 전구체는, 혼합 카복실레이트 또는 혼합 알콕소 금속 카복실레이트 등의 상이한 리간드 세트를 포함하는 화합물이다. 일예로서, 금 아세테이트 이소부티레이트 하이드록사이드는, 금 아세테이트보다 낮은 온도인 155℃에서 분해된다. 또다른 예로서, 금 아세테이트 네오데카노에이트 하이드록사이드는, 금 금속 보다 훨씬 낮은 온도인 125℃에서 분해된다. 또다른 일예들은, 금 아세테이트 트리플루오로아세테이트 하이드록사이드, 금 비스(트리플루오로아세테이트) 하이드록사이드 및 금 아세테이트 피발레이트 하이드록사이드로부터 선택할 수 있다.
그 외의 유용한 금 전구체에는, Au-아지드 및 Au-이소시아나이드가 포함된다. 스프레이 증착 등을 위해 보다 휘발성인 분자형 금 전구체가 바람직할 경우에는, 상기 전구체를 하기의
디알킬 및 모노알킬 금 카복실레이트(R3-nAu(O2CR')n(n=1,2), 여기서, R은 메틸, 에틸이고, R'은 CF3, C2F5, C3F7, CH 3, CmH2m+1(m=2~9)),
디알킬 및 모노알킬 금 베타 디케토네이트(R3-nAu[R'COCH=C(O-)CR"]n(n=1,2), 여기서, R은 메틸, 에틸이고, R', R"는 CF3, C2F5, C3 F7, CH3, CmH2m+1(m=2~4)),
디알킬 및 모노알킬 금 알콕사이드(R3-nAu(OR')n(n=1,2), 여기서, R은 메틸, 에틸이고, R'은 CF3, C2F5, C3F7, CH3 , CmH2m+1(m=2~4)),
SiR"3(R"은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸), 및
RAu(PR'3)(R, R'은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸)과 R3Au(PR'3)(R, R'은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸)의 포스핀 금 복합체로부터 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 유기-계 전구체 조성물 용으로서, 팔라듐에 대하여 특히 유용한 분자형 전구체에는, Pd(OOCH)(OAc), Pd(OAc)(에틸헥사노에이트), Pd(에틸헥사노에이트)2, Pd(OOCH)1.5(에틸헥사노에이트)0.5, Pd(OOCH)(에틸헥사노에이트), Pd(OOCCH(OH)CH(OH)COOH)m(에틸헥사노에이트), Pd(OPr)2, Pd(OAc)(OPr), Pd-옥살레이트, Pd(OOCCHO)m(OOCCH2OH)n=(글리옥실릭 팔라듐 글리콜레이트) 및 Pd-알콕사이드 등의 혼합 카복실레이트 뿐만 아니라, Pd-아세테이트, Pd-프로피오네이트, Pd-에틸헥사노에이트, Pd-네오데카노에이트, Pd-트리플루오로아세테이트 등의 Pd-플루오로카복실레이트를 포함하는 Pd-카복실레이트가 포함된다. 특히 바람직한 팔라듐 전구체는 Pd-트리플루오로아세테이트이다.
수성-계 전구체 조성물 용으로 유용한 팔라듐 전구체에는, 테트라아민 팔라듐 하이드록사이드([Pd(NH3)4](OH)2); Pd-나이트레이트(Pd(NO3 )2); Pd-옥살레이트(Pd (O2CCO2)2); Pd-클로라이드(PdCl2); 테트라아민 팔라듐 클로라이드([Pd(NH 3)4]Cl2), 테트라아민 팔라듐 하이드록사이드([Pd(NH3)4](OH)2), 테트라아민 팔라듐 나이트레이트([Pd(NH3)4](NO3)2), 디아민 팔라듐 나이트레이트([Pd(NH 3)2](NO3)2) 및 테트라아민 팔라듐 테트라클로로팔라데이트([Pd(NH3)4][PdCl4]) 등의 디아민 및 테트라아민 팔라듐 클로라이드, 하이드록사이드 또는 나이트레이트가 포함된다.
분자형 구리 전구체 화합물을 선택하는 경우에는, 화합물이 공정 중에 금속성 구리와 반응하여, 전도성 구리 형상의 전도율에 나쁜 영향을 주는 구리 옥사이드 또는 그 외 종을 형성하지 않는 화합물을 선택할 것이 요구된다. 일부 구리 분자형 전구체들은 상승된 온도에서 열 분해에 의해 구리를 형성한다. 또다른 분자형 구리 전구체는 구리 금속으로의 전환을 위해 환원제를 필요로 한다. 환원제는, 자신이 산화됨으로써 다른 재료를 환원시키는 물질이다. 상기 환원제는 1개 이상의 전자를 잃으므로, 산화되는 것이라 말한다. 환원제를, 전구체 조성물에 용해되는 화학 약품(예를 들면, 포름산)의 제조시에 도입하여, 기판으로의 수송 동안에, 또는 기판 상에서 구리를 환원시킬 수 있다. 일부 경우에서는, 상기 분자형 구리 전구체의 리간드가, Cu-포메이트 또는 Cu-하이포포스파이트 등에 있어서 구리 금속을 환원시키는 환원 특성을 가진다. 그러나, 잉크나 전구체 조성물 중에서 불완전하게 일어나는 금속성 구리의 형성 또는 그 외 바람직하지 않은 부가 반응은 피하여야 한다.
따라서, 상기 리간드는 적합한 구리 분자형 전구체의 선택에 있어서 중요한 요인이 될 수 있다. 상기 리간드는 전구체의 열분해 또는 환원 동안에, 구리 형상에 혼입될 수 있는 탄소 또는 그 밖의 잔여물을 바람직하게 형성하지 않고, 계에서 깨끗이 벗어날 것이 요구된다. 탄소 오염이 해로울 경우에는, 무기 리간드를 함유하는 구리 전구체가 바람직하다. 분자형 구리 전구체에 대하여 그 밖에 요구되는 특성은, 구리 금속으로의 환원을 위한 낮은 분해 온도 또는 처리 온도, 금속 수율 을 증가시키고 조밀한 형상을 달성하기 위한 선택된 용매/비히클 중에서의 높은 용해도이며, 상기 화합물은 환경 친화적인 것이어야 한다.
본 발명에 따른 바람직한 구리 금속 전구체에는 Cu-포메이트 및 Cu-네오데카노에이트가 포함된다. 수성-계 전구체 조성물에 유용한 분자형 구리 전구체에는, Cu-나이트레이트 및 그의 아민 복합체; Cu-포메이트 및 Cu-아세테이트를 포함하는 Cu-카복실레이트; 및 Cu-헥사플루오로아세틸아세토네이트 등의 Cu 베타-디케토네이트; 및 Cu-클로라이드 등의 구리염이 포함된다.
유기-계 포뮬레이션에 일반적으로 유용한 분자형 구리 전구체에는, Cu-포메이트 등의 Cu-카복실레이트 및 Cu-플루오로카복실레이트; Cu-에틸헥사노에이트; Cu-네오데카노에이트; Cu-메타크릴레이트; Cu-트리플루오로아세테이트; Cu-헥사노에이트; 및 시클로옥타디엔 Cu 헥사플루오로아세틸아세토네이트 등의 구리 베타-디케토네이트가 포함된다.
상기 언급한 것 중에서, Cu-포메이트는 물에 매우 잘 녹고, 포름산을 인-시츄에서 형성하며, 효과적인 환원제이기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 본 발명에서 유용한 구리 전구체를 구리Ⅰ 화합물 및 구리Ⅱ 화합물로 분류할 수 있다. 또한, 그것을 무기, 금속 유기, 및 유기 금속으로 분류할 수도 있다. 또한, 그것을 구리 수소화물, 구리 아미드, 구리 알켄, 구리 알릴, 구리 카보닐, 구리 메탈로센, 구리 시클로펜타디에닐, 구리 아렌, 구리 카보네이트, 구리 하이드록사이드, 구리 카복실레이트, 구리 옥사이드, 유기 구리, 구리 베타-디케토네이트, 구리 알콕사이드, 구리 베타-케토이미네이트, 구리 할로겐화물, 구리 알킬 로 분류할 수 있다. 상기 구리 화합물들은 중성 주개 리간드를 가질 수 있고, 또는 중성 리간드를 가지지 않을 수도 있다. 구리Ⅰ 화합물은 불균등화 반응(disproportionation reaction)에 특히 유용하다. 상기 불균등화 반응의 생성물은 구리 금속 및 구리Ⅱ 화합물이다. 일부 경우에서는, 중성 리간드도 생성물이다.
신규한 접근법에서는, 환원제를 사용함으로써, 상기 구리Ⅱ 생성물을 즉시 구리Ⅰ 화합물로 되돌릴 수 있다. 구리Ⅱ를 구리Ⅰ으로 환원시키는 적절한 환원제는 당업계에 알려져 있다. 구리 전구체에 대한 유용한 환원제에는, 에틸렌 디아민, 테트라메틸에틸렌디아민, 3-아미노프로판올, 모노, 디, 및 트리에탄올아민이 포함된다. 유용한 환원제들은 미국 특허 제5,378,508호 공보에 개시되어 있고, 본 명세서에서 그대로 참조된다. 결과물인 구리Ⅰ 화합물은 불균등화 반응을 통해 더 반응하여 보다 많은 구리 및 구리Ⅱ 화합물을 형성한다. 이러한 접근법은 과잉의 환원제를 사용하지만, 구리Ⅱ 화합물 없이도 구리Ⅰ 화합물을 사용하여 순수한 구리 금속을 형성할 수 있다.
또한, 구리 화합물들은 구리 파티클을 캡핑시키기 위한 캡핑제로서 사용될 수도 있다. 상기 구리 파티클은 나노파티클일 수 있다. Jacobsen에 의한 미국 특허 제6,294,401호 공보에는 캡핑 과정이 개시되어 있고, 본 명세서에서 그대로 참조된다.
상기에서 논의한 바와 같이, 2개 이상의 분자형 금속 전구체를 전구체 조성물과 조합시켜 금속 합금 및/또는 금속 화합물을 형성할 수 있다. 예를 들면, 은 을 기초로 하는 합금을 형성하기 위한 금속 전구체의 바람직한 조합에는, Ag-나이트레이트 및 Pd-나이트레이트; Ag-아세테이트 및 [Pd(NH3)4](OH)2; Ag-트리플루오로아세테이트 및 [Pd(NH3)4](OH)2; Ag-네오데카노에이트 및 Pd-네오데카노에이트가 포함된다. 분자형 금속 전구체의 특히 바람직한 조합은, Ag-트리플루오로아세테이트 및 Pd-트리플루오로아세테이트이다. 또다른 바람직한 합금은 Ag/Cu이다.
합금을 형성하기 위해서는, 2개(또는 그 이상)의 분자형 금속 전구체가 유사한 분해 온도를 가져서, 금속종 중 한가지가 형성되기 이전에 다른 종이 형성되지 않아야 한다. 바람직하게는, 분자형 금속 전구체들 간의 분해 온도 차이가 50℃ 이내, 보다 바람직하게는 25℃이내이다.
일부 응용에서는 투명 또는 반투명 전도성 형상의 사용을 요구한다. 예를 들면, 인듐 주석 옥사이드(ITO)는 디스플레이 응용 등에서의 사용을 위한 투명 전도성 형상의 형성에 유용하다. 안티모니 주석 옥사이드(ATO)는 색체 조정 옥사이드 층(color tunable oxide layer)으로서 유용하며, 전기 변색 응용(electrochromic application)에서 그 용도를 찾을 수 있다.
상기 투명 전도성 형상은 본 발명에 따라서도 제조할 수 있다. ITO에 있어서 인듐에 대하여 유용한 분자형 전구체에는, In-나이트레이트; In-클로라이드; In-아세테이트 등의 In-카복실레이트; In-프로피오네이트의 플루오로, 클로로 또는 브로모 유도체를 포함하는 In-프로피오네이트; In-아세틸아세토네이트, In-헥사플루오로아세틸아세토네이트 및 In-트리플루오로아세틸아세토네이트 등의 베타 디케 토네이트; In(pz)3BH 등의 피라졸릴 보로하이드라이드; In-알콕사이드 및 In-플루오로알콕사이드; 및 In-아미드가 포함된다. 또한, 인듐 이소프로폭사이드 에틸헥사노에이트 등의 혼합 알콕소 In-카복실레이트도 유용하다.
ITO 또는 ATO에 있어서 주석에 대하여 유용한 분자형 전구체에는, Sn-테트라클로라이드 등의 Sn-할로겐화물; Sn-디클로라이드; Sn-아세테이트 또는 Sn-에틸헥사노에이트 등의 Sn-카복실레이트; Sn(OtBu)4 등의 Sn-알콕사이드; Sn-글리콜레이트 등의 Sn-하이드록시카복실레이트; 및 Sn-헥사플루오로아세틸아세토네이트 등의 베타 디케토네이트가 포함된다.
안티모니에 대하여 유용한 분자형 전구체에는, Sb-트리플로라이드; Sb-아세테이트 또는 Sb-네오데카노에이트 등의 안티모니 카복실레이트; Sb-메톡사이드, Sb-에톡사이드, Sb-부톡사이드 등의 안티모니 알콕사이드가 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물은. 상기 언급한 분자형 금속 전구체를 용해시킬 수 있는 용매를 바람직하게 포함한다. 상기 용매는 물일 수 있고, 따라서 수성-계 전구체 조성물을 형성할 수 있다. 물은, 유기 용매에 비해 보다 환경 친화적이다. 그러나, 기판이나 수성 조성물을 개질하지 않고서는, 테트라플루오로에틸렌 플루오로카본 기판(예를 들면, TEFLON, E.I. duPont deNemours, Wilmington, Delaware) 등의 소수성 기판 상에 전구체 조성물을 증착하는데에 물을 일반적으로 사용할 수 없다.
또한, 상기 용매는 유기 용매를 단독으로, 또는 물과 혼합한 것을 포함할 수 있다. 선택된 유기 용매는, 선택된 분자형 금속 전구체를 높은 수준으로 용해시킬 수 있어야 한다. 상기 용매에 대한 상기 분자형 금속 전구체의 낮은 용해도는, 전도체의 낮은 수율, 얇은 증착 및 낮은 전도율을 야기한다. 본 발명의 전구체 조성물은, 상기 전구체에서 전도체로의 전환은 여전히 낮은 온도에서 일어나게 하면서, 상기 분자형 전구체의 높은 용해도를 유익하게 제공하는, 용매와 전구체의 조합을 활용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 용매에 대한 상기 분자형 금속 전구체의 용해도는 바람직하게는 적어도 약 20중량% 금속 전구체이고, 보다 바람직하게는 적어도 40중량% 금속 전구체이며, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 50중량% 금속 전구체이고, 가장 바람직하게는 적어도 약 60중량% 금속 전구체이다. 이와 같은 높은 수준의 금속 전구체는 금속 수율을 증가시키고, 적절한 두께를 가지는 형상의 증착을 가능하게 한다.
상기 용매는 극성일 수도 있고, 비극성일 수도 있다. 본 발명에 따른 유용한 용매에는, 아민, 아미드, 알코올, 물, 케톤, 불포화 탄화수소, 포화 탄화수소, 무기산, 유기산 및 염기가 포함된다. 바람직한 용매에는, 알코올, 아민, 아미드, 물, 케톤, 에테르, 알데하이드 및 알켄이 포함된다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 유기 용매에는, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 디에틸렌글리콜 부틸에테르(DEGBE), 에탄올아민 및 N-메틸 피롤리돈이 포함된다.
일부 경우에서, 용매는 융점이 적어도 약 30℃이며 약 100℃ 이하인 것 등, 높은 융점을 가지는 용매일 수 있다. 본 일실시예에서는, 가열된 잉크-젯 헤드를 사용하여 유동 상태인 상기 전구체 조성물을 증착시킴으로써, 상기 용매가 기판에 접촉될 때 고형화되도록 할 수 있다. 이어서, 후속 공정에서 특정 수단으로 상기 용매를 제거한 후, 물질을 최종 생성물로 전환시킴으로써 해상도를 유지시킬 수 있다. 본 일실시예에 따른 바람직한 용매는 왁스, 고분자 중량 지방산, 알코올, 아세톤, N-메틸-2-피롤리돈, 톨루엔, 테트라하이드로푸란 등이다. 또한, 전구체 조성물은 실온에서 액체일 수 있고, 이때 기판은 상기 조성물의 어는점 보다 낮은 온도에서 유지된다.
또한, 상기 용매는 저융점 용매일 수 있다. 저융점은, 상기 전구체 조성물이 건조될 때까지 상기 기판 상에서 액체 상태로 유지되어야 할 경우에 요구된다. 본 일실시예에 따른 바람직한 저융점 용매는 약 -20℃의 융점을 가지는 DMAc이다.
또한, 상기 용매는 낮은 증기압 용매일 수 있다. 보다 낮은 증기압은, 잉크-젯 헤드, 시린지 또는 그 외 툴 내에서의 증발이 막힘 등의 문제를 야기할 경우, 조성물의 작업 수명을 유익하게 연장시킨다. 본 일실시예에 따른 바람직한 용매는 터피네올(terpineol)이다. 그 외의 낮은 증기압 용매에는, 디에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, N-메틸-2-피롤리돈, 및 트리(에틸렌 글리콜) 디메틸 에테르가 포함된다.
또한, 상기 용매는 적어도 약 1kPa의 증기압을 가지는 것 등, 높은 증기압 용매일 수도 있다. 높은 증기압은 건조에 의한 상기 용매의 제거를 신속하게 한다. 높은 증기압 용매에는, 아세톤, 테트라하이드로푸란, 톨루엔, 자일렌, 에탄올, 메탄올, 2-부타논 및 물이 포함된다.
상기에서 언급한 바와 같이, 비히클은 상기 전구체 조성물의 증착을 촉진시키는 유동성 매질이다. 상기 비히클이 단지 파티클을 운반할 뿐이며, 분자형 종을 용해시키지 못하는 경우에는, 비히클이라는 용어가 종종 액체에 대해 사용된다. 그러나, 많은 전구체 조성물에서는 상기 용매가 비히클로 간주될 수도 있다. 은 등의 금속은, 예를 들면, 은에 대한 전구체와 비히클 둘 다로서 동시에 작용하는 터피네올의 은 유도체의 합성에 의해, 상기 비히클에 결합될 수 있다. 이는 금속 수율을 향상시키고, 전도성 형상의 기공율을 감소시킨다.
바람직한 비히클의 일예를 하기 표4에 열거한다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 비히클에는 알파 터피네올, 톨루엔 및 에틸렌 글리콜이 포함된다.
전구체 조성물에 유용한 유기 비히클
기본식/분류 명칭
알코올 2-옥타놀
벤질 알코올
4-하이드록시-3메톡시 벤즈알데하이드
이소데코놀
부틸카비톨
터펜 알코올 알파-터피네올
베타-터피네올
시네올
에스테르 2,2,4 트리메틸펜탄디올-1,3모노이소부티레이트
부틸 카비톨 아세테이트
부틸 옥살레이트
디부틸 프탈레이트
디부틸 벤조에이트
부틸 셀로솔브 아세테이트
에틸렌 글리콜 디아세테이트
에틸렌 글리콜 디아세테이트
N-메틸-2-피롤리돈
아미드 N,N-디메틸 포름아미드
N,N-디메틸 아세트아미드
방향족 자일렌
아로마솔
치환 방향족 나이트로벤젠
o-나이트로톨루엔
터펜 알파-피넨, 베타-피넨, 디펜텐, 디펜텐 옥사이드
에센셜 오일 로즈마리, 라벤더, 펜넬, 사사프라스, 윈터그린, 애니스유, 캠퍼, 테레빈
또한, 본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물은 1개 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 폴리머는 열가소성 폴리머일 수 있고, 또는 열경화성 폴리머일 수 있다. 열가소성 폴리머는 충분히 폴리머화된 것으로 특징지어진다. 그것은 어떤 반응에 참여하여 더 폴리머화하거나 가교 결합하여 최종 생성물을 형성할 수 없다. 일반적으로, 그러한 열가소성 폴리머는 용융-주조되거나, 사출 성형되거나, 용매에 용해된다. 그것의 일예에는, 폴리이미드 필름, ABS 플라스틱, 중간 분자량 또는 고분자량 비닐, 아크릴릭, 스티렌 폴리머 등이 포함된다.
또한, 상기 폴리머는, 충분히 폴리머화되지 않거나 충분히 경화되지 않은 것으로 특징지어지는, 열경화성 폴리머일 수 있다. 열경화성 폴리머를 이루는 구성 성분들은 충분히 폴리머화되거나, 가교 결합되거나, 조밀한 최종 생성물을 형성하기 위해, 더욱 반응을 거쳐야만 한다. 열경화성 폴리머는 용매, 열, 습기 및 빛에 대한 저항성이 있는 경향이 있다.
일반적인 열경화성 폴리머 혼합물은 초기에, 모노머, 수지 또는 저분자량 폴리머를 포함한다. 이들 구성 성분들은 충분히 폴리머화되기 위해 열, 경화제, 빛 또는 상기 세가지의 조합을 필요로 한다. 경화제는 폴리머화 반응 속도를 높이기 위해 사용된다. 일부 열경화성 폴리머 시스템은 두 부분의 에폭시로 이루어지며, 그들은 소비시에 혼합되거나, 혼합, 저장된 후 필요에 따라 사용된다.
열경화성 폴리머의 구체적인 일예에는 디에틸렌트리아민, 폴리글리콜디아닌 및 트리에틸렌테트라아민 등의 아민 또는 아미드-계 에폭시가 포함된다. 또다른 일예에는, 이미다졸, 방향족 에폭시, 브롬화 에폭시, 열경화성 PET, 비스페놀-A 등 의 페놀성 수지, 폴리마이드(polymide), 아크릴, 우레탄 및 실리콘이 포함된다. 경화제는 이소포론디아민 및 메타-페닐렌디아멘을 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머는 자외선 또는 그 밖의 광-경화성 폴리머일 수 있다. 일반적으로 이러한 카테고리의 폴리머는, 경화를 개시하기 위해 광개시제를 필요로 하는 UV 및 광-경화성 물질이다. 빛 에너지는 포뮬레이션 내의 광개시제에 의해 흡수되어 상기 광개시제를 반응성 종으로 분해하며, 그것은 폴리머화하거나 포뮬레이션 내의 그 밖의 구성 성분과 가교 결합할 수 있다. 아크릴레이트-계 접착제에 있어서, 초기 단계에서 형성되는 활성종은 자유 라디칼인 것으로 알려져 있다. 또다른 타입의 광개시제인 양이온성 염은 산을 생성하는 에폭시 작용성 수지를 폴리머화하기 위해 사용되며, 경화시키는 반응을 한다. 상기 폴리머의 일예에는, 양이온성 염을 가지는 일반적인 에폭시 수지 뿐만 아니라, 개시제를 가지는 z-시아노아크릴산 메틸에스테르 등의 시아노아크릴레이트도 포함된다.
또한, 상기 폴리머는 내재적으로 전도성인 폴리머와 같은 전도성 폴리머일 수 있다. 전도성 폴리머는, 예를 들면 Jonas et al.에 의한 미국 특허 제4,959,430호 공보에 개시되어 있고, 본 명세서에서 그대로 참조된다. 내재적으로 전도성인 폴리머의 또다른 예를 하기 표5에 열거한다.
내재적으로 전도성인 폴리머
예 분류/모노머 촉매/첨가물(dopant)
폴리아세틸렌
폴리[비스(벤질티오)아세틸렌] 폴리[비스(에틸티오)아세틸렌] 폴리[비스(메틸티오)아세틸렌] 페닐 비닐 술폭사이드 1,3,5,7-시클로옥타테트라엔 Ti 알킬리덴
폴리아닐린
완전 환원 1/2 산화 유기 술폰산: 디노닐나프탈렌디술폰산 디노닐나프탈렌술폰산 도데실벤젠술폰산 등
폴리(아닐린술폰산)
자기-도핑 상태(self-doped state)
폴리피롤
유기 술폰산
폴리티오펜
폴리(티오핀-2,5-디일) 폴리(3-알킬티오펜-2,5-디일) 알킬=부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실 폴리(스티렌술포네이트)/폴리-(2,3-디하이드로티에노-[3,4-b]-1,4-디옥신) 2,5-디브로모-3-알킬/아릴티오펜 알킬=부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 도데실 아릴=페닐 디브로모디티오펜 터피오펜 그 외 치환 티오펜
폴리(1,4-페닐렌비닐렌)(PPV)
p-자일릴렌비스(테트라하이드로티오페늄클로라이드)
폴리(1,4-페닐렌 술피드)
폴리(플루로에닐렌에티닐렌)
본 발명에 따른 저점도 전구체 조성물에는, 또다른 첨가제들이 포함될 수 있다. 이들 중 하나는, 금속종의 바람직하지 않은 산화를 방지하기 위한 환원제이다. 환원제는, 자신이 산화됨으로써 다른 재료를 환원시키는 물질이다. 상기 환원제는 1개 이상의 전자를 잃으므로, 산화되는 것이라 말한다. 예를 들면, 구리 및 니켈 금속은 강한 산화 경향을 가진다. 본 발명에 따른 니켈 또는 구리 전구체를 함유하는 조성물은, 원하는 온도에서 금속 옥사이드 보다 금속을 형성하기 위한 반응 조건을 제공하기 위하여, 첨가제로서 환원제를 바람직하게 함유해야 한다. 환원제는, 특히, 분자형 금속 전구체 조성물을 사용하는 경우, 리간드가 저절로 환원되지 않는 것일 때 적용할 수 있다. 환원제의 일예에는, 아미노 알코올이 포함된다. 또한, 전구체 전환 공정은 수소 또는 형성 기체(forming gas) 등의 환원 분위기 하에서 일어날 수 있다.
일부 경우에서는, 환원제의 첨가에 의해 실온하에서도 금속이 형성된다. 상기 환원제는, 예를 들면 특정 리간드의 경우에는, 전구체 그 자체의 일부일 수 있다. 그 일예는 Cu-포메이트로서, 전구체는 대기 중, 저온에서도 구리 금속을 형성한다. 또한, 상기 Cu-포메이트 전구체는 물에 매우 잘 용해되고, 비교적 높은 금속 수율을 야기하며, 사실상 환원되어 인-시튜에서 형성된 구리를 산화로부터 보호하는 기체상의 부산물 만을 형성한다. 따라서, 구리 포메이트는 수성-계 전구체 조성물용의 바람직한 구리 전구체이다. 환원제인 리간드를 함유하는 분자형 금속 전구체의 또다른 일예는 Ni-아세틸아세토네이트 및 Ni-포메이트이다.
또한, 상기 전구체 조성물은 결정화 저해제들을 포함할 수 있고, 바람직한 결정화 저해제는 락트산이다. 그러한 저해제들은, 전도율에 악영향을 줄 수 있는 큰 미세결정의 형성을 상기 분자형 금속 전구체로부터 직접적으로 감소시킨다. 그 외의 결정화 저해제에는, 에틸셀룰로오스, 및 스티렌 알릴 알코올(SAA) 및 폴리비닐 피롤리돈(PVP) 등의 폴리머가 포함된다. 예를 들면, 일부 은 전구체 조성물에의 소량의 락트산의 첨가는 결정화를 완벽하게 방지한다. 또다른 경우에는, 수성 Cu-포메이트 조성물 등에 있어서, 소량의 글리세롤이 결정화 저해제로서 작용할 수 있다. 결정화를 감소시키는데 유용한 또다른 화합물은 말토 덱스트린, 카복시메틸셀룰로오스 나트륨 및 TRITON X100 등의 그 외 폴리알코올이다. 일반적으로, 보다 높은 융점 및 보다 낮은 증기압을 가지는 용매가, 보다 높은 증기압을 가지면서 보다 낮은 융점을 가지는 용매보다 주어진 화합물의 결정화를 더 방지한다. 일실시예에서는, 총 조성물%로서, 약 10중량% 이하의 결정화 저해제를 첨가하고, 바람직하게는 5중량% 이하, 보다 바람직하게는 2중량% 이하를 첨가한다.
또한, 상기 저점도의 전구체 조성물은 하부 기판에 대한 전도성 형상의 접착성을 개선시키기 위해, 접착성 증진제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 폴리암 산(polyamic acid)은 폴리머 기판에 대한 조성물의 접착성을 개선시킬 수 있다. 또한, 상기 전구체 조성물은 유동 개질제(rheology modifiers)를 포함할 수 있다. 일예로서, 스티렌 알릴 알코올(SAA)을 상기 전구체 조성물에 첨가하여, 기판 상에서의 스프레딩을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 저점도의 전구체 조성물은 착화제를 포함할 수도 있다. 착화제는 금속 원자와 결합하여 용액으로부터 금속 원자를 유리시키는 분자 또는 종이다. 착화제는, 용매 중에의 상기 분자형 전구체의 용해도를 높여 금속의 수율을 보다 높이기 위해 채택된다. 바람직한 착화제, 특히 Cu-포메이트 및 Ni-포메이트와 함께 사용하는 것은 3-아미노-1-프로판올이다. 예를 들면, 구리를 형성하기 위한 바람직한 전구체 조성물은, 물 및 3-아미노-1-프로판올에 용해시킨 Cu-포메이트를 포함한다.
또한, 상기 저점도 전구체 조성물은 유동 개질제를 포함할 수 있다. 유동 개질제에는 SOLTHIX 250(Avecia Limited), SOLSPERSE 21000(Avecia Limited), 스티렌 알릴 알코올(SAA), 에틸 셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 나이트로셀룰로오스, 폴리알킬렌 카보네이트, 에틸 나이트로셀룰로오스 등이 포함될 수 있다. 이들 첨가제는, 증착 이후의 전구체 조성물의 스프레딩을 감소시킬 수 있고, 이는 하기에서 보다 상세하게 설명한다.
또한, 상기 전구체 조성물은 젖음각 개질제(wetting angle modifiers), 습윤제 등의 그 외 구성 성분을 포함할 수 있다.
상기에서 언급한 바에 따르면, 본 발명에 따른 저점도 전구체 조성물은 파티클(나노파티클 및/또는 마이크로 사이즈의 파티클), 분자형 금속 전구체 화합물, 용매, 비히클, 환원제, 결정화 저해제, 접착성 증진제, 및 그 밖의 소량의 첨가제들을 포함하여, 표면 장력 등의 특성들을 제어할 수 있다.
저점도의 전구체 조성물에 대하여, 미립자(나노파티클 및 마이크로 사이즈의 파티클)의 총 적재량은 약 5중량% 내지 약 50중량% 등, 약 75중량% 이하이다. 바람직한 양보다 과잉인 양이 적재되면, 점도가 보다 높아질 수 있고, 바람직하지 않 은 유동 특성이 야기될 수 있다. 마이크로 사이즈 파티클의 총 적재량은 약 50중량% 이하인 것이 특히 바람직하며, 나노파티클의 총 적재량은 약 75중량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 바람직한 일실시예에서, 저점도 전구체 조성물은 약 5 내지 약 50중량%의 나노파티클을 함유하며, 실질적으로 마이크로 사이즈의 파티클은 함유하지 않는다.
바람직한 저점도의 전구체 조성물은 적어도 1개의 분자형 금속 전구체를 포함하며, 상기 전구체는 선택된 수성 용매 또는 유기 용매에 매우 잘 용해되는 것이다. 바람직하게는, 상기 전구체 조성물은 약 30중량% 내지 약 60중량% 등의, 적어도 약 20중량%의 분자형 금속 전구체를 함유한다. 상기 분자형 금속 전구체는, 상기 용매에 있어서의 전구체 화합물의 용해도 한도까지 전구체 조성물에 첨가되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라, 상기 전구체 조성물은, 금속 전구체 화합물을 전도성 금속으로 전환시키는데 요구되는 전환 온도를 낮추기 위해 주의해서 선택된다. 상기 전구체는 저온에서 단독으로 또는 기타 전구체와 조합되어 전환되며, 높은 금속 수율을 제공한다. 본 명세서에서의 전환 온도란, 분자형 금속 전구체 화합물을 함유하는 금속종의 적어도 95%가 순수한 금속으로 전환되는 온도이다. 본 명세서에서의 전환 온도는 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA) 기술을 사용하여, 상기 전구체 조성물의 50mg 샘플을 공기 중에서 10℃/분의 속도로 가열하고, 중량의 손실을 측정함으로써 측정한다.
본 발명에 따른 전환 온도를 낮추기 위한 바람직한 접근법은, 상기 분자형 금속 전구체 화합물을 전환 반응 유도제와 접촉시키는 것이다. 본 명세서에서의 전환 반응 유도제는, 상기 분자형 금속 전구체 화합물이 금속으로 분해되는 온도를 효과적으로 낮추는 화합물이다. 상기 전환 반응 유도제는 최초 전구체 조성물에 첨가될 수도 있고, 또는 기판 상에서 전환되는 동안의 개별적인 단계에서 첨가될 수도 있다. 전자의 방법이 바람직하다. 바람직하게는, 건조 금속 전구체 화합물에 비하여, 상기 금속 전구체의 전환 온도를 적어도 약 25℃까지 낮출 수 있고, 보다 바람직하게는 적어도 약 50℃까지, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 100℃까지 낮출 수 있다.
상기 반응 유도제는, 상기 전구체 조성물에 사용되는 용매 또는 비히클일 수 있다. 예를 들면, 특정 알코올의 첨가로 상기 전구체 조성물의 전환 온도를 낮출 수 있다. 본 발명에 따른 전환 반응 유도제로서 사용하기에 바람직한 알코올에는, 터피네올 및 디에틸렌글리콜 부틸에테르(DEGBE)가 포함된다. 터피네올의 경우에서와 같이, 상기 알코올은 비히클일 수도 있다.
보다 일반적으로는, 각각 알데하이드 또는 케톤으로 산화될 수 있는 1차 알코올 및 2차 알코올 등의 유기 알코올이, 상기 전환 반응 유도제로 사용될 수 있다. 그 일예는, 1-부탄올, 디에틸렌글리콜, DEGBE, 옥타놀 등이다. 알코올의 선택은, 알코올의 끓는점, 점도 및 전구체 용해능 뿐만 아니라, 환원능에 의해서도 결정된다. 또한, 일부 3차 알코올도 일부 분자형 전구체의 전환 온도를 낮출 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 비히클로서도 제공되는 알파-터피네올은 일부 분자형 금속 전구체의 전환 온도를 현저하게 낮춘다. 상기 전환 반응 유도제의 끓는점은, 금속으로의 전환 동안, 유도제에 대해 금속 이온의 바람직한 비율이 제공되도록 충분히 바람직하게 높다. 또한, 최종 막 내에 탄소 잔여물을 남길 수 있는 바람직하지 않은 부가 반응없이, 상기 유도제가 증착물에서 깨끗이 벗어나도록 충분히 낮아야 한다. 유도제에 대한 금속 전구체의 바람직한 비율은 완전 환원에 대해 화학량론적이다. 그러나, 일부 경우에서는 상기 유도제의 촉매량으로 충분하다.
DMAc와 같은 일부 용매는 용매, 비히클 및 전환 반응 유도제로서 제공될 수 있다. 그것은 또한, 은에 대한 착화물로서 간주될 수도 있다. 이는, DMAc 등의 착화제와 금속 이온을 착화시킴으로써, 유기 용매에 매우 용해되지 않는 Ag-나이트레이트 등의 전구체를 용액에 도입시킬 수 있음을 의미한다. 이러한 특수한 경우에서, Ag-나이트레이트는 N-메틸피롤리돈(NMP) 또는 DMAc 등의 유기 용매에 용해되는 DMAc와 1:1 부가 생성물을 형성할 수 있다.
상기 분자형 전구체의 전환 온도를 낮추기 위한 또다른 바람직한 접근법은, 전환 반응 유도제로서 팔라듐 화합물을 사용하는 것이다. 본 일실시예에 따르면, 팔라듐 전구체 화합물을 은 전구체 등의 또다른 전구체를 함유하고 있는 전구체 조성물에 첨가한다. 다양한 Pd 화합물의 첨가는, 상기 은 전구체의 전환 온도를 적어도 25℃까지, 보다 바람직하게는 적어도 50℃까지 유익하게 낮출 수 있다. 본 발명의 본 일실시예에 따른 바람직한 팔라듐 전구체에는, Pd-아세테이트, Pd-트리플루오로아세테이트, Pd-네오데카노에이트 및 테트라아민 팔라듐 하이드록사이드가 포함된다. 은 금속 카복실레이트 화합물의 전환 온도를 낮추는 전환 반응 유도제 로서는, Pd-아세테이트 및 Pd-트리플루오로아세테이트가 특히 바람직하다. DMAc 중에 Ag-트리플루오로아세테이트를 함유하는 전구체 조성물에 소량의 Pd-아세테이트를 첨가하는 것으로 분해 온도를 80℃까지 낮출 수 있다. Pd-아세테이트 또는 Pd-트리플루오로아세테이트의 첨가량은 적어도 약 1중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 2중량%인 것이 바람직하다. 이러한 Pd 전환 반응 유도제의 상한은 용매 중에서의 그것의 용해도까지이며, 일실시예에서는 약 10중량%를 초과하지 않는다. Pd-트리플루오로아세테이트는 유기 용매 중에서 높은 용해도를 가지기 때문에 가장 바람직다. 예를 들면, 본 발명에 따른 은/팔라듐 합금에 대한 바람직한 전구체 조성물은, DMAc 및 락트산에 용해된 Ag-트리플루오로아세테이트 및 Pd-트리플루오로아세테이트이다.
균질한 Ag-Pd 합금의 완벽한 범위는, DMAc 등의 용매 중에서의 Ag-트리플루오로아세테이트/Pd-트리플루오로아세테이트 조합에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속 전구체의 분자적 혼합은, 저온에서 어떤 Ag/Pd 합금을 실질적으로 형성하기 위한 바람직한 조건을 제공한다. DMAc에 용해된 경우의 상기 은 전구체의 전환 온도는, Pd-트리플루오로아세테이트와 조합되었을때 적어도 80℃까지 바람직하게 감소될 수 있다. DMAc에 용해되어 있는 순수한 Pd-트리플루오로아세테이트는 유사한 온도에서 순수한 팔라듐으로 전환될 수 있다.
또한, 니켈 및 구리와 같은 비귀금속의 전환 온도를 낮출 수 있는 그 외의 전환 반응 유도제도 사용할 수 있고, 그 예에는 아민(암모니아, 에틸아민, 프로필아민), 아미드(DMAc, 디메틸포름아미드, 메틸포름아미드, 이미다졸, 피리딘), 아미 노알코올(에탄올 아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민) 등의 알코올, 알데하이드(포름알데하이드, 벤즈알데하이드, 아세트알데하이드); 포름산; 에틸 티오알코올 등의 티올, 트리메틸포스핀 또는 트리에틸포스핀 등의 포스핀, 및 포스파이드 등이 있다. 또다른 전환 반응 유도제를 보란-디메틸아민 또는 보란-트리메틸아민 등의 보란(boranes) 및 보로하이드라이드(borohydrides)로부터 선택할 수 있다. 바람직한 전환 반응 유도제는 알코올 및 아미드이다.
전환 온도에 영향을 주는 것으로 발견된 또다른 요인은, 전환 반응 유도제에 대한 분자형 금속 전구체의 비율이다. DMAc 중의 Ag-트리플루오로아세테이트 등의 분자형 은 전구체에 대해 다양한 양의 DEGBE의 첨가로, 예를 들면 약 70℃까지 전구체의 전환 온도를 더 낮춘다는 것을 발견하였다. DEGBE 등의 유도제를 화학양론적으로 첨가하는 것이 가장 바람직하다. 과잉의 전환 온도 유도제는, 상기 온도를 보다 더 낮추지 못하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 보다 많은 양의 용매 또는 유도제는, 상기 전구체 조성물 중의 분자형 전구체의 전체적인 농도를 낮추어, 상기 조성물의 바람직한 점도 및 표면 장력 범위 등의 특성을 악화시킬 수 있다. 전환 동안에 금속으로 환원되는 금속 이온에 대한 유도제의 비율은, 금속 이온에 대한 작용기(환원제의 유도 부분)의 몰비로 표현될 수 있다. Ag 등의 1가의 금속 이온에 대한 상기 비율은, 약 1.5 내지 약 0.5의 범위, 보다 바람직하게는 약 1.25 내지 약 0.75의 범위 등, 약 1인 것이 바람직하다. 2가 금속 이온에 대한 상기 비율은 약 3 내지 1의 범위 등, 약 2인 것이 바람직하고, 3가의 금속에 대해서는 상기 비율은 약 4.5 내지 1.5의 범위 등, 약 3인 것이 바람직하다.
상기 분자형 전구체는 가능한 한 높은 금속의 수율을 바람직하게 제공한다. 용매에 대한 분자형 전구체의 바람직한 비율은, 액체(즉, 파티클을 제외한 모든 전구체 구성 성분)의 총 중량과 비교하여 금속의 10% 질량 분율 보다 큰 값에 대응되는 것이다. 일예로서, 100g의 전구체 조성물 중에는 적어도 10g의 전도체가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은 금속이 상기 전구체 조성물의 20중량%를 초과하는 것이며, 보다 더 바람직한 것은 30중량%를 초과하는 것, 보다 더 바람직한 것은 40중량%를 초과하는 것, 가장 바람직한 것은 50중량%를 초과하는 것이다.
전환 온도를 낮추기 위한 또다른 바람직한 접근법은, 파티클, 특히 나노파티클을 사용하여 반응을 촉매하는 것이다. 반응을 촉매하는 바람직한 파우더에는, Pt 및 Pt 합금 뿐만 아니라, 순 Pd, Ag/Pd 합금 파티클 및 그 외 Pd 합금도 포함된다. 전환 온도를 낮추기 위한 또다른 접근법은, 수소 또는 형성 기체 등의 기체상의 환원제를 사용하는 것이다.
전환 온도를 낮추기 위한 또다른 바람직한 접근법은, 용매의 원조(assist)가 있거나 없는, 에스테르 제거 방법이다. 용매 원조란, 금속 알콕사이드가 에스테르의 제거에 의해 옥사이드로 전환되도록 하는 공정을 말한다. 일실시예에서는, 금속 카복실레이트 및 금속 알콕사이드가 전구체 조성물 중에서 혼합된다. 처리 온도에서 상기 두 개의 전구체가 반응하여, 유기 에스테르가 제거되어 금속 옥사이드가 형성되며, 그것은 전구체 그 자체보다 낮은 온도에서 상응하는 금속으로 분해된다. 이것은 또한 Ag 및 Au에 대해서도 유용하며, Au에 대해서는 금속 옥사이드의 형성이 없다.
전환 온도를 낮추기 위한 또다른 바람직한 접근법은, 광화학적인 환원에 의한 것이다. 예를 들면, Ag의 광화학적인 환원은, 광화학적으로 분해될 수 있는 은 결합을 함유하는 전구체의 사용에 의해 달성될 수 있다. 또다른 방법은, 광화학적인 반응을 촉매하는 표면을 준비하여, 상기 표면 상에서 은 전구체의 광화학적인 환원을 유도하는 것이다.
전환 온도를 낮추기 위한 또다른 바람직한 접근법은, 파티클과 리간드의 반응에 의해 인-시튜에서 전구체를 생성하는 것이다. 예를 들면, 은 옥사이드 파티클은 출발 물질일 수 있고, 나노파티클의 형태로 저점도의 전구체 조성물에 함유될 수 있다. 상기 은 옥사이드는 탈양성자화가 가능한 유기 화합물과 반응하여, 대응하는 은 염을 형성할 수 있다. 예를 들면, 은 옥사이드는 카복시산과 혼합되어 은 카복시산염을 형성할 수 있다. 바람직한 카복시산에는, 아세트산, 네오데칸산 및 트리플루오로아세트산이 포함된다. 그 외의 카복시산도 바람직하게 작용한다. 예를 들면, DARVAN C(Vanderbilt Chemical)의 카복시 작용성은 금속 옥사이드와 반응할 수 있다. 또한, 얇은 은 옥사이드 층으로 코팅된 작은 은 파티클들도 이들 화합물과 반응할 수 있다. 그러한 표면 개질은 저점도 포뮬레이션에의 파티클의 적재를 향상시킬 수 있기 때문에, 유동성의 관점에서도 또다른 잠재적인 이점을 동시에 수득한다. 또다른 일예는, 은 파우더로 코팅된 CuO와 카복시산의 반응이다. 이러한 과정은 구리 옥사이드, 팔라듐 옥사이드 등의 그 밖의 옥사이드들과 니켈 옥사이드 파티클들에 보다 일반적으로 적용될 수 있다. 그 외의 탈양성자화가 가 능한 화합물은, 카복시산의 할로게노-하이드록시- 및 그 외 알킬 및 아릴 유도체, 베타 디케톤, 페놀 등의 보다 산성인 알코올, 및 하이드로겐테트라플루오로보레이트이다.
따라서, 상기에서 언급하고, 하기에서 예를 들어 설명하는 바와 같이, 본 발명의 전구체 조성물은, 건조 금속 전구체 화합물의 분해 온도에 비해 현저하게 낮은 전구체 전환 온도를 가질 수 있다. 일실시예에서, 전환 온도는 약 225℃ 이하 등, 약 250℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 약 200℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 185℃ 이하이다. 특정 일실시예에서는, 전환 온도가 약 150℃ 이하, 예를 들면, 약 125℃ 이하 및 약 100℃ 보다 더 낮을 수도 있다.
기판
본 발명에 따른 상기 전구체 조성물은 증착되어 저온에서 전도성 형상으로 전환됨으로써, 비교적 융점이 낮거나 분해 온도가 낮은 다양한 기판에 용도를 부여할 수 있다. 저점도의 전구체 조성물이 전도성 형상으로 전환되는 동안, 상기 조성물이 인쇄되는 기판의 표면은, 최종 구조로의 전반적인 전환이 일어나는 정도에 현저한 영향을 끼친다.
본 발명에 따른 특히 유용한 타입의 기판에는, 폴리플루오르화된 화합물, 폴리이미드, 에폭시(유리-충전 에폭시 포함), 폴리카보네이트 및 그 외 다수의 폴리머들이 포함된다. 특히 유용한 기판에는, 목재 또는 종이 등의 셀룰로오스-계 물질, 아세테이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴로니트릴, 부타디엔(ABS), 유연성 섬유판(flexible fiber board), 폴리머성 부직포, 헝겊, 금속 호일 및 얇은 유리가 포함된다. 상기 기판, 예를 들면, 금속 호일은 유전체로 코팅될 수 있다. 본 발명은 저온 기판을 사용하지만, 세라믹 기판 등의 종래의 기판들도 본 발명에서 사용할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 전구체 조성물이 증착되어 전도성 형상으로 전환되는 기판은, 약 225℃ 이하의 연화점을 가지며, 바람직하게는 약 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 185℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 150℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 100℃ 이하의 연화점을 가진다.
미세 형상의 증착
저점도 전구체 조성물의 인쇄 및 공정상 어려운 점 중의 하나는, 상기 조성물이 표면에 흡수되고 재빨리 퍼져 증착의 폭을 증가시킬 수 있기 때문에, 그에 의해 미세 라인 인쇄의 이점이 훼손되는 것이다. 이것은 특히 잉크-젯 인쇄법을 채택하여 상호 접속 등의 미세 형상을 증착하는 경우에 그러하며, 이것이 잉크-젯 기술에서 채용할 수 있는 조성물의 점도에 엄격한 상한선을 두는 이유이다. 그럼에도 불구하고, 잉크-젯 인쇄법은 바람직하게 저렴하며, 본 발명의 전구체 조성물을 증착시키는데 사용할 수 있는 광역(large-area) 증착 기술이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 저점도의 전구체 조성물을 기판 상에 한정시켜(confined) 둠으로써, 작은 최소한의 형상 사이즈를 가지는 형상을 형성할 수 있고, 상기 최소한의 형상 사이즈란 x-y 축에 있어서의 가장 작은 면 적, 예를 들면 전도성 라인의 폭을 말한다. 상기 전구체 조성물은 100㎛ 이하, 바람직하게는 75㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 25㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 10㎛ 이하, 예를 들면 약 5㎛의 폭을 가지는 영역에 한정시켜 둘 수 있다. 본 발명은 조성물을 제공하며, 상기 저점도의 조성물의 스프레딩을 유익하게 줄이는 처리 방법을 제공한다. 예를 들면, 스티렌 알릴 알코올(SAA) 및 그 외 폴리머 등의 유동 개질제를 상기 전구체 조성물에 소량 첨가하여, 스프레딩을 줄일 수 있다. 또한, 이러한 스프레딩은 나노파티클 및 전구체의 조합을 통해서도 제어할 수 있다. 또한, 스프레딩은, 증착 동안 상기 조성물에 방사선을 조사하여, 인쇄 동안 상기 조성물이 빨리 건조되도록 함으로써 제어할 수도 있다.
또한, 스프레딩은, 낮은 분해 온도를 가지는 모노머 형태의 폴리머를 첨가함으로써 제어할 수도 있다. 상기 모노머는 증착 동안 열 또는 자외선 수단에 의해 경화되어, 네트워크 구조를 제공하여 라인의 모양을 유지시킬 수도 있다. 이어서, 상기 폴리머는 후속하는 전도체 처리 동안에 계속 남아있을 수도, 제거될 수도 있다.
바람직한 방법은, 스프레딩을 제어하며 또한 접착성을 증가시키는 젖음 향상제로 비-젖음성 기판을 패턴화하는 것이다. 예를 들면, 이것은 하이드록사이드 또는 카복시기로 상기 기판의 표면을 작용기화함으로써 달성될 수 있다.
저점도의 조성물로부터, 100㎛ 이하의 형상폭을 가지는 전도체 형상 또는 100㎛ 이하의 최소한의 형상 사이즈를 가지는 형상을 제조하는 데에는, 상기 저점 도 전구체 조성물을 한정시켜 두는 것이 요구되고, 이 경우 상기 조성물은 특별히 규정된 경계를 넘어 스프레딩되지 못한다. 표면 상에 상기 조성물을 한정시켜 두기 위해서는 다양한 방법들을 사용할 수 있고, 그 방법들에는 선택된 영역의 기판의 소수성을 증가시키거나 감소시킴으로써 표면 에너지를 패턴화하는 방법이 포함되며, 이때 상기 선택된 영역은 상기 전구체를 한정시켜 두고자 하거나, 상기 전구체를 제거하고자 하는 영역에 대응되는 영역이다. 이러한 방법들은 물리적 장벽; 정전기적 및 자기적 장벽; 표면 에너지 차; 및 조성물이 일단 표면에 닿으면 재빨리 동결시키거나 건조시키는것 등의, 스프레딩을 감소시키기 위하여 전구체의 점도를 증가시키는 등의 방법과 관련된 처리;로 분류될 수 있다.
물리적 장벽 접근법에서는, 상기 전구체 조성물의 스프레딩을 억제시키는 한정된 구조를 형성한다. 이러한 한정된 구조는, 편평하거나 굴곡된 표면 아래에 다양한 모양 및 깊이를 가지는 홈 및 캐비티일 수 있고, 이에 의해 상기 전구체 조성물의 흐름이 한정된다. 그러한 홈은 화학적인 에칭이나 광화학적인 수단에 의해 형성될 수 있다. 또한, 전구체를 한정시키는 물리적인 구조는 연화된 표면에 패턴을 새기는 것 등을 포함하는 기계적 수단에 의해, 또는 형상을 기계적으로 밀링, 그라인딩 또는 스크래칭하는 수단에 의해 형성될 수 있다. 또한, 홈을 열에 의해 형성할 수 있고, 예를 들면, 왁스 코팅 등의 저융점 코팅을 국부적으로 용융시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 유지 장벽 및 패치를 증착시켜, 특정 영역 이내로 조성물의 흐름을 한정시킬 수 있다. 예를 들면, 폴리머 기판 상에 포토레지스트 층을 스핀 코팅시킬 수 있다. 이러한 포토레지스트 층에는, 포토리소그래피를 사용 하여 홈 및 그 외의 패턴을 형성할 수 있다. 이들 패턴은, 미리 형성된 이들 패턴 상에 전구체를 증착시켜 한정시키기 위해 사용될 수 있다. 건조 후의 상기 포토리소그래피 마스크는, 증착된 금속은 제거하지 않는 적절한 용매에 의해 제거되거나, 제거되지 않을 수 있다. 또한, 유지 장벽은, 잉크-젯 인쇄 등의 직접 기록 증착법, 또는 하기에서 설명하는 그 외의 직접 기록법으로 증착할 수 있다.
예를 들면, 좁은 평행 공간을 가지는 두개의 평행 라인을 증착함으로써, 편평한 기판 상에 폴리머 홈을 잉크-젯 인쇄할 수 있다. 그리고, 두개의 폴리머 라인 사이에 전구체 조성물을 인쇄함으로써, 상기 조성물을 한정시킬 수 있다. 또다른 그룹의 물리적 장벽에는, 특정 수준의 기공율을 가지는 인쇄 라인 또는 형상이 포함되며, 그것은 모세관력에 의해 저점도의 조성물을 유지시킬 수 있다. 한정층(confinement layer)은, 본 명세서에서 설명된 기술에 의해 적용되는 파티클들을 포함할 수 있다. 상기 파티클들은, 상기 파티클들 상에 적층되는 전구체 조성물을 상기 파티클들 사이의 공간에 한정시키며, 이는 상기 전구체 조성물이 상기 파티클들에 스며들기 때문이다. 일실시예에서, 상기 파티클들은 표면 개질되어 친수성으로 되고, 상기 조성물은 친수성이면서 상기 기판은 소수성이다.
특정한 일실시예에서, 탄소 파티클들은 정전기적 레이저 인쇄법에 의해, 75㎛의 해상도를 가지는 기판 상에 적층된다. 이어서, 이러한 인쇄 패턴에 은 전구체 조성물을 적용할 수 있고, 인쇄 라인은 200℃에서의 가열 이후에 10mΩ㎝의 벌크 전도율을 가지면서, 상기 해상도를 유지한다.
표면 에너지 패턴화는, 기계적, 열적, 화학적 또는 광화학적 수단에 의해 패 턴화가 얼마나 형성되느냐로 분류될 수 있다. 기계적인 방법에서는, 연화된 표면에 패턴을 새기거나, 형상을 밀링하거나, 형상을 형성하여 상기 조성물을 한정시키는 것을 포함하는 기계적인 수단에 의해, 상기 전구체 조성물을 한정시키는 물리적 구조가 형성된다. 열적인 방법에서는, 전체 표면을 가로질러, 또는 선택된 영역에 있어서의 표면의 표면 에너지를 변화시키기 위해, 레이저 또는 열감응 인쇄 헤드 등을 사용하여 기판을 가열하는 방법이 사용된다. 화학적인 방법에서는, 일부 기타의 종과의 반응에 의해 표면의 전체 또는 상기 표면의 일부를 화학적으로 개질한다. 일실시예에서, 화학 반응은 연속파 또는 펄스 레이저에 의한 국부적인 레이저 가열에 의해 유도된다. 광화학적인 방법에서는, 표면 에너지를 변화시키는 광화학적 반응을 유도하기 위해, 종래의 광원으로부터의 빛이나 레이저로부터의 빛이 사용된다.
본 명세서에서 설명하는 전구체 조성물을 한정시키는 방법에는, 일련의 2단계 - 물리적 또는 화학적인 한정 방법일 수 있는 방법으로 한정 패턴을 형성하는 제1 단계 및 원하는 한정 영역에 전구체 조성물을 적용하는 제2 단계 - 가 포함될 수 있다.
정전기적 인쇄법을 사용하여 표면 에너지의 적어도 2단계에 해당하는 고해상도의 패턴을 인쇄할 수 있다. 일실시예에서, 정전기적 인쇄는 소수성 표면에 수행되고, 친수성 물질이 인쇄된다. 인쇄되지 않은 영역은, 소수성 물질에 해당된다. 이어서, 상기 소수성 영역에 소수성 전구체 조성물을 인쇄함으로써, 상기 조성물을 한정시킬 수 있다. 또한, 친수성인 정전기적으로 인쇄된 영역에, 친수성 조성물을 인쇄할 수 있다. 상기 소수성 및 친수성 영역의 폭은 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 75㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 50㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 약 25㎛ 이하일 수 있다.
상기 전구체 조성물을 한정시키는 것은, 포토레지스트를 적용한 후 상기 포토레지스트를 레이저 패턴화하고, 상기 포토레지스트 부분을 제거함으로써 수행될 수 있다. 상기 한정은 폴리머성 레지스트에 의해 수행될 수 있고, 그것은 폴리머를 패턴화시키는 또다른 제팅 기술 또는 그 외의 기술에 의해 적용된다. 일실시예에서, 상기 폴리머성 레지스트는 소수성이며, 상기 기판의 표면은 친수성이다. 이러한 경우에서, 사용되는 전구체 조성물은 친수성이며, 상기 폴리머성 레지스트에 의해 피복되지 않은 상기 기판의 영역에 상기 조성물이 한정된다.
레이저는, 기판의 표면 에너지를 패턴화된 방식으로 개질시키기 위해, 다양한 방법으로 사용될 수 있다. 레이져는 국부적인 가열을 통해 하이드록시기를 제거하는데에도 사용될 수 있다. 이러한 영역은 소수성 또는 친수성 전구체 조성물을 한정시키기 위해 사용될 수 있는 보다 소수성인 영역으로 전환된다. 상기 레이저는, 실란화제(silanating agent)와 표면의 화학 반응에 의해 형성된, 미리 적용된 표면 층을 선택적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다.
일실시예에서는, 표면을 레이저 처리하여, 레이저가 닿은 표면 영역의 친수성을 증가시킨다. 폴리이미드 기판은 플루오르화 폴리머 등의 소수성 물질인 얇은 층으로 코팅된다. 펄스 YAG, 엑시머 또는 그 외 UV 등의 레이저, 또는 보다 짧은 파장의 펄스 레이저를 사용하여, 소수성인 표면층을 제거함으로써 친수성인 하부층 을 노출시킬 수 있다. 레이저의 변형(예를 들면, x-y축 상의 변형)은 친수성 물질의 패턴을 형성시킨다. 상기 친수성 영역에 대해 친수성 전구체 조성물을 후속적으로 적용하여 상기 조성물을 한정시킨다. 또한, 소수성 전구체 조성물을 사용하여 상기 소수성 영역에 적용함으로써 조성물을 한정시킬 수도 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에서는, 표면을 레이저 처리하여 상기 레이저가 닿은 표면 영역의 소수성을 증가시킨다. 플루오르화된 폴리머 등의 소수성 기판을 화학적으로 개질하여, 그 표면 상에 친수성 층을 형성할 수 있다. 적합한 개질 화학 물질에는, 나트륨 나프탈레나이드(sodium naphthalenide)의 용액이 포함된다. 적합한 기판에는, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 외의 플루오르화된 폴리머가 포함된다. 상기 폴리머를 상기 용액에 노출시켜 형성한 다크 친수성(dark hydrophilic) 물질은, 레이저를 이용하여 선택된 영역 내에서 제거할 수 있다. 연속파 및 펄스 레이저도 사용할 수 있다. 상기 잔류하는 다크 물질에는, 친수성 전구체 조성물, 예를 들면 수성-계 조성물을 적용시킬 수 있다. 또는, 상기 다크 물질이 제거되어 소수성인 하부 물질이 남겨진 영역에는, 소수성 전구체 조성물, 예를 들면 비극성 용매를 기초로 한 용액을 적용할 수 있다. 세라믹 기판은 습한 공기 중에서 가열하거나, 표면을 습기에 노출시킴으로써 하이드록시화할 수 있다. 하이드록시화된 표면은 실란화되어, 소수성 분자의 단일층을 형성할 수 있다. 레이저를 이용하여 상기 소수성 표면층을 선택적으로 제거함으로써, 친수성인 하부 물질을 노출시킬 수 있다. 표면과 반응하여 알킬쇄 등의 노출된 소수성 물질을 남기는 물질을 적용하기 위해, 스탬프를 사용하여 마이크로-접촉 인쇄법으로 소수성 패턴화층을 직접적으로 형성할 수 있다. 상기 전구체 조성물은, 친수성 또는 소수성 전구체 조성물을 각각 사용하여, 친수성 영역 또는 소수성 영역에 직접적으로 적용시킬 수 있다.
소수성 영역 및 친수성 영역으로 패턴화된 영역을 가지는 표면은, 마이크로-접촉 인쇄법으로 형성할 수 있다. 이러한 접근 방법에서는, 표면의 선택된 영역에 시약을 적용하기 위하여 스탬프를 사용한다. 이러한 시약은 소수성 표면을 제공하는 자기-조립 단일층(self-assembled monolayer)을 형성할 수 있다. 상기 소수성 표면 영역 사이의 영역은 친수성 전구체 조성물을 한정시키는데 사용될 수 있다.
또한, 상기 조성물을 상기 기판 상에 한정시키기 위하여, 전구체 조성물 개질 방법을 채용할 수도 있다. 기판 개질 방법 이외의 그러한 방법들은 상기 조성물의 스프레딩을 제한한다. 바인더를 함유하는 전구체 조성물을 표면 한정용으로 사용할 수 있다. 상기 바인더는, 실온에서 고체인 것을 선택할 수 있지만, 고온에서의 잉크-젯 증착을 위해서는 액체인 것이 적합하다. 조성물은, 예를 들면, 가열된 잉크-젯 헤드를 통해 증착하기에 적합한 것이다. 또한, 전구체 조성물은 금속 파티클을 포함할 수도 있다. 표면에서 동결되는 상기 전구체 조성물은 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 75㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50㎛ 이하의 폭을 가지는 선형 형상을 제공할 수 있다. 또한, 상기 전구체 조성물은, 가열되거나 빛에 의해 조사될 경우 금속을 형성할 수 있는 분자형 전구체를 포함할 수 있다. 상기 전구체 조성물은 전도성 파티클 및 분자형 전구체와 조합시킬 수도 있다.
또한, 기계적인 점착력을 제공하고 증착 이후의 상기 조성물의 스프레딩을 억제하기 위하여, 본 발명의 전구체 조성물에 바인더를 사용할 수 있다. 바람직한 일실시예에서, 상기 바인더는 실온에서 고체이다. 잉크-젯 인쇄 동안, 상기 바인더는 가열되어 유동화된다. 상기 바인더는 폴리머일 수 있고, 일부 경우에서는 전구체일 수도 있다. 일실시예에서, 상기 바인더는 실온에서 고체이며, 50℃ 보다 높은 온도로 가열할 경우, 상기 바인더가 용융되어 흐르므로, 쉽게 이동할 수 있고 기판에 양호하게 스며들 수 있으며, 이어서 실온에서 냉각되어 상기 바인더가 다시 고체화됨으로써, 증착된 패턴의 모양을 유지시킨다. 또한, 일부 경우에서는, 상기 바인더가 반응할 수도 있다. 바람직한 바인더에는, 왁스, 스티렌 알릴 알코올, 폴리 알킬렌 카보네이트, 폴리비닐 아세탈, 셀룰로오스계 물질, 테트라데카놀, 트리메틸롤프로판 및 테트라메틸벤젠이 포함된다. 상기 바람직한 바인더는 상기 전구체 조성물에 사용되는 용매에 대한 양호한 용해도를 가지며, 용융된 형태로 처리할 수 있는 것이어야 한다. 예를 들면, 스티렌 알릴 알코올은 디메틸아세트이미드에 용해되고, 실온에서 고체이며, 80℃까지의 가열에 의해 유체와 같이 된다.
많은 경우에서 바인더는 잉크-젯 인쇄된 형상으로부터 제거되어야 하고, 또는 열처리 중에 깨끗이 분해되어, 상기 전구체 조성물을 처리한 이후에는 잔여물을 거의 또는 전혀 남기지 않아야 한다. 상기 제거 또는 분해에는, 기화, 승화, 풀어짐(unzipping), 부분적인 폴리머 사슬 파괴, 연소, 또는 기판 물질 상에 존재하거나, 상기 물질의 상부에 증착되어 있는 반응물에 의해 유도되는 그 외 화학 반응이 포함될 수 있다.
바인더로서의 전구체의 일예는, DMAc와 함께 Ag-트리플루오로아세테이트를 사용하는 것이다. 상기 DMAc는, 은 전구체 뿐만 아니라 이후에 바인더로서 작용하는 Ag-트리플루오로아세테이트와 부가 생성물을 형성할 것이다.
본 발명에 따른 저점도의 전구체 조성물을 인쇄하는 동안, 스프레딩을 제어하기 위한 그 외의 방법에는, 냉각된 기판 상에 조성물을 증착하는 단계, 상기 기판에 접촉된 상기 조성물을 작은 방울로 동결시키는 단계, 상기 조성물을 용융하지 않고 적어도 상기 용매를 제거하는 단계, 및 상기 조성물의 잔류하는 구성 성분을 전자 물질로 전환시키는 단계가 포함된다. 상기 조성물의 융점은 바람직하게 25℃ 미만이다. 바람직한 용매에는 보다 큰 분자량의 알코올이 포함된다. 상기 기판은 10℃ 미만으로 냉각시키는 것이 바람직하다.
상기 기판의 표면을 반응물로 전처리할 수 있고, 일실시예에서 상기 반응물은 금속을 함유하지 않는 것이다. 이러한 반응물은 금속-함유 전구체에 대한 환원제일 수 있다. 상기 표면은, 스크린 인쇄, 잉크-젯 인쇄, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레잉을 포함하는 방법, 또는 그 외의 방법으로, 전체적 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 두번째 단계에서는, 반응물을 함유하는 금속을 상기 표면 상에 잉크-젯 인쇄한다. 전구체를 함유하는 상기 금속은 상기 표면 상에서 공-반응물(co-reactant)과 반응하여 금속을 형성한다. 그러한 반응은 상기 표면 상으로 상기 금속의 스프레딩을 한정시키기에 충분히 빠르다. 일실시예에서, 전구체를 함유하는 금속은 은 또는 구리를 포함한다. 상기 표면 상의 상기 공-반응물은 상기 금속에 대한 환원제를 포함할 수 있다. 또는, 환원제 또는 반응 유도제를 상기 금속 전구체 조성물의 증착 이전 또는 이후에, 부분적으로 인쇄할 수 있다. 짧은 시간 단위 이내에 인쇄 단계가 둘 다 수행되며, 분해 반응을 일으키는 상기 공-반응물이 상기 전구체 조성물의 스프레딩을 막기에 충분히 빨리 일어난다는 것이 확실해짐으로써, 미세한 형상을 증착할 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 모든 금속-함유 화합물 및 환원제는 이러한 방법에 사용될 수 있다.
인쇄 동안 저점도의 전구체 조성물의 스프레딩을 제어하는 또다른 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판 상에 전구체 조성물을 증착하는 동시에, 증착된 조성물에 빛을 조사하여 상기 표면 상의 상기 조성물의 스프레딩을 억제하는 단계, 및 상기 조성물을 전도성 형상으로 전환시키는 단계를 포함한다. 상기 전구체 조성물의 스프레딩이 일어나기 이전에, 금속 전구체를 금속으로 광화학적으로 분해하기 위하여, UV 빛을 사용할 수 있다.
본 발명에 따라, 인쇄 동안 스프레딩을 제어하기 위한 또다른 방법에는, 전구체 조성물을 다공성 기판 상에 증착함으로써 상기 조성물의 스프레딩을 억제하는 단계, 및 상기 조성물을 전도성 형상으로 전환시키는 단계가 포함된다. 일실시예에서, 상기 기판의 기공은 레이저 패턴화에 의해 형성된다. 상기 기공은, 상기 기판의 바로 그 표면으로 제한될 수 있다.
본 발명에 따라 저점도의 전구체 조성물의 스프레딩을 제어하기 위한 또다른 방법에는, 기판을 패턴화하여 두 개의 기공률이 다른 영역을 형성하는 단계가 포함되며, 기공 영역은 원하는 형상의 패턴을 형성한다. 이어서, 패턴을 규정한 상기 영역 상에 상기 전구체 조성물을 잉크-젯 인쇄 등의 방법으로 증착시킴으로써, 상기 전구체 조성물을 이들 영역으로 한정시킬수 있으며, 증착된 전구체 조성물을 전 도성 형상으로 전환시킬 수 있다. 바람직한 기판은 폴리아미드, 및 에폭시 라미네이트이다. 일실시예에서, 패턴화는 레이저에 의해 행하여진다. 또다른 일실시예에서, 상기 패턴화는 포토리소그래피를 이용하여 행하여진다. 또다른 실시예에서는, 모세관력이 상기 조성물의 적어도 일부를 기공 기판으로 이끈다.
상기 전구체 조성물의 스프레딩은 다수의 요인에 의해 영향을 받는다. 표면 상에 위치한 액체 방울은 스프레딩되거나, 액체의 표면 장력, 고체의 표면 장력, 및 고체와 액체 사이의 계면 장력에 의존하지 않을 것이다. 접촉각이 90°보다 큰 경우, 상기 액체는 스며들지 않는 것으로 여겨지며, 구슬형으로 되거나, 표면으로부터 응축되는 경향이 있다. 90°미만의 접촉각에서 상기 액체는 상기 표면상에서 스프레드될 수 있다. 상기 액체가 완전하게 스며들도록 하기 위해서는, 상기 접촉각은 0이어야 한다. 스프레딩이 일어나기 위해서는, 상기 액체의 표면 장력이 그것이 위치할 고체의 표면 장력 보다 낮아야 한다.
일실시예에서는, 전구체 조성물이 패턴화되지 않은 기판 상에 잉크-젯 증착법 등에 의해 적용된다. "패턴화되지 않은"은, 상기 조성물을 한정시키고자 하는 단일의 목적을 위해, 상기 기판의 표면 에너지(장력)가 고의로 패턴화되지 않았음을 의미한다. 디바이스(devices), 상호접속, 비아(vias), 레지스트 및 그 외의 작용성 형상과 관련되어 있는 상기 기판의 표면 에너지(본 명세서에서는, 표면 장력과 동일한 의미로 쓰임)에는, 이미 편차가 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 표면 장력이 30 미만인 기판에 대해서는, 친수성 전구체 조성물을 물, 글리세롤, 글리콜, 및 표면 장력이 30dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 40dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 50dynes/㎝ 보다 큰, 보다 더 바람직하게는 60dynes/㎝ 보다 큰 기타 용매 또는 액체를 기반으로 할 수 있다. 표면 장력이 40dynes/㎝ 미만인 기판에 대해서는, 상기 용매는 40dynes/㎝ 보다 큰, 바람직하게는 50dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 60dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력을 가져야 한다. 표면 장력이 50dynes/㎝ 미만인 기판에 대해서는, 상기 전구체 조성물의 표면 장력은 50dynes/㎝ 보다 커야하며, 바람직하게는 60dynes/㎝ 보다 커야한다. 또는, 상기 조성물의 표면 장력을 상기 기판의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 큰 것으로 선택할 수 있다. 연속 잉크-젯 헤드에는 종종 40 내지 50dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 버블-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 35 내지 45dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 상기에서 언급한 방법들은, 이러한 타입의 증착 방법에 특히 바람직하다.
또다른 일실시예에서는, 높은 표면 에너지(친수성)을 제공하기 위하여 표면 개질된, 패턴화되지 않은 낮은 표면 에너지(소수성) 표면에, 전구체 조성물을 잉크-젯 증착으로 적용한다. 상기 표면 에너지는, 산화제 및 물에 노출시키는 방법, 습한 공기 중에서 가열하는 방법 등을 포함하는 당업자들에게 알려져 있는 다양한 수단으로 상기 표면을 하이드록시화시킴로써 증가시킬 수 있다. 상기 전구체 조성물의 표면 장력은 상기 기판의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20, 또는 25dynes/㎝ 낮은 것으로 선택될 수 있다. 핫 왁스와 함께 작동하는 피에조-젯(piezo-jet) 잉크-젯 헤드에는 종종 25 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. UV 경화 잉크와 함께 작동하는 피에조-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 25 내지 30dynes/㎝의 표면 장 력이 요구된다. UV 경화 잉크와 함께 작동하는 버블-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 20 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 용매를 사용하는 피에조-계 잉크-젯 헤드에는 대략 20 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 상기에서 언급한 방법들은 이러한 타입의 적용에 특히 바람직하다.
실제 적용되는 대부분의 전자 기판은, 18(폴리테트라플루오로에틸렌) 내지 45dynes/㎝ 범위 이내, 종종 20과 40dynes/㎝ 사이의, 낮은 값의 표면 장력을 가진다. 전구체 조성물을 좁은 라인 또는 그 밖의 형태에 한정시키기 위한 방법에는, 본 명세서에서 설명된 방법들을 통해, 원하는 전도성 형상의 패턴에 대응되는 친수성 패턴을 기판의 표면 상에 형성하는 것이다. 특히 바람직한 방법은 레이저를 이용하는 것이다. 예를 들면, 레이저를 사용하여 소수성 표면층을 제거함으로써 친수성인 하부층을 노출시킬 수 있다. 일실시예에서, 상기 표면 상의 친수성 물질 패턴은 주변 기판보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 큰 표면 에너지를 가진다. 일실시예에서, 상기 조성물의 표면 장력은 친수성 영역의 표면 장력보다는 작지만, 소수성 영역의 표면 장력보다는 큰 것이 선택된다. 상기 조성물의 표면 장력은 상기 친수성 영역의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 작은 것에서 선택될 수 있다. 상기 조성물의 표면 장력은 상기 소수성 영역의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 큰 것에서 선택될 수 있다. 또다른 방법에서는, 상기 조성물의 표면 에너지가 상기 소수성 및 친수성 영역 둘 다의 표면 에너지보다 크다. 상기 조성물의 표면 에너지는 상기 친수성 영역의 표면 에너지보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 큰 것에서 선택될 수 있다. 잉크의 표면 장력은 상기 친수성 영역의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 작은 것이 선택된다. 이러한 접근법은 수성-계 전구체 조성물 및 일반적으로 높은 표면 장력을 가지는 조성물에 대해 바람직하다. 연속 잉크-젯 헤드에는 종종 40 내지 50dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 버블-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 35 내지 45dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 상기에서 설명한 방법들은, 높은 표면 장력을 가지는 조성물을 다룰 수 있는 이러한 타입의 적용에 특히 바람직하다.
이러한 후자의 접근법의 일실시예에서는, 친수성 조성물을 친수성 영역에 잉크-젯 증착법으로 적용한다. 표면 장력이 30dynes/㎝ 미만인, 패턴화되지 않은 소수성 영역을 가지는 기판에 대해서는, 상기 친수성 조성물을 물, 글리세롤, 글리콜, 및 표면 장력이 30dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 40dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 45dynes/㎝ 보다 큰, 보다 바람직하게는 50dynes/㎝ 보다 큰, 보다 더 바람직하게는 60dynes/㎝ 보다 큰 기타 용매 또는 액체를 기반으로 할 수 있다. 상기 소수성 영역의 표면 장력이 40dynes/㎝ 미만인 기판에 대해서는, 상기 조성물이 40dynes/㎝ 보다 큰, 45dynes/㎝ 보다 큰, 50dynes/㎝ 보다 큰, 및 60dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력을 가져야 한다. 표면 장력이 50dynes/㎝ 미만인 기판에 대해서는, 상기 조성물의 표면 장력이 50dynes/㎝ 보다 크거나, 55dynes/㎝ 보다 크거나, 60dynes/㎝ 보다 커야한다. 표면 장력이 30dynes/㎝ 미만인 친수성 영역에 대해서는, 상기 친수성 전구체 조성물을 물, 글리세롤, 글리콜, 및 표면 장력이 30dynes/㎝ 보다 큰, 35dynes/㎝ 보다 큰, 40dynes/㎝ 보다 큰, 50dynes/㎝ 보다 큰, 60dynes/㎝ 보다 큰 기타 용매 또는 액체를 기반으로 할 수 있다. 표면 장력이 40dynes/㎝ 미만인 친수성 영역에 대해서는, 상기 조성물은 40dynes/㎝ 보다 큰, 50dynes/㎝ 보다 큰, 60dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력을 가져야 한다. 표면 장력이 50dynes/㎝ 미만인 친수성 영역에 대해서는, 상기 조성물의 표면 장력은 50dynes/㎝보다 크거나, 60dynes/㎝ 보다 커야한다. 연속 잉크-젯 헤드에는 40 내지 50dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 버블-젯 잉크-젯 헤드에는 35 내지 45dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 상기에서 설명한 방법들은 이러한 타입의 적용에 특히 바람직하다.
조성물을 좁은 형상에 한정시키기 위한 또다른 접근법에서는, 친수성 표면, 또는 표면 개질에 의해 친수성이 되는 소수성 표면을 소수성 패턴으로 패턴화한다. 일실시예에서, 상기 소수성 패턴은 주변 기판보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 작은 표면 에너지를 가진다. 이는, 레이저를 사용하여 친수성 표면층을 제거하고 소수성인 하부 영역을 노출시킴으로써 가능하다. 소수성 전구체 조성물을 상기 소수성 표면 영역에 적용하여 상기 조성물을 한정시킨다. 일실시예에서는, 상기 소수성 조성물이 주변 기판보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 작은 표면 에너지를 가진다. 일실시예에서는, 상기 소수성 조성물이 주변 기판보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 큰 표면 에너지를 가진다. 일실시예에서는, 상기 소수성 전구체 조성물이 상기 소수성 표면 패턴보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 작은 표면 에너지를 가진다. 일실시예에서는, 소수성 잉크가 상기 소수성 표면 패턴보다 5, 10, 15, 20, 25 또는 30dynes/㎝ 큰 표면 에너지를 가진다. 또다른 일실시예에서는, 상기 조성물의 표면 장력이 상기 친수성 영역보다 작으며, 상기 소수성 영역보다 크다. 상기 친수성 표면은 40dynes/㎝ 보다 크거나, 50dynes/㎝ 보다 크거나, 60dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력을 가질 수 있다. 상기 소수성 표면이 40dynes/㎝ 보다 큰 표면 에너지를 가지는 경우에는, 40dynes/㎝ 미만, 30dynes/㎝ 미만, 25dynes/㎝ 미만의 표면 장력을 가지는 잉크를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 소수성 표면이 50dynes/㎝ 보다 큰 표면 에너지를 가지는 경우에는, 50dynes/㎝ 미만, 바람직하게는 40dynes/㎝ 미만, 보다 바람직하게는 30dynes/㎝ 미만, 보다 더 바람직하게는 25dynes/㎝ 미만의 표면 장력을 가지는 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 소수성 표면이 40dynes/㎝ 보다 큰 표면 에너지를 가지는 경우에는, 40dynes/㎝ 미만, 35dynes/㎝ 미만, 30dynes/㎝ 미만, 25dynes/㎝ 미만의 표면 장력을 가지는 전구체 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.
핫 왁스와 함께 작동하는 피에조-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 25 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. UV 경화 잉크와 함께 작동하는 피에조-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 25 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. UV 경화 잉크와 함께 작동하는 버블-젯 잉크-젯 헤드에는 종종 20 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 용매를 사용하는 피에조-계 잉크-젯 헤드에는 대략 20 내지 30dynes/㎝의 표면 장력이 요구된다. 상기에서 설명한 방법들은 이러한 타입의 적용에 특히 바람직하다.
30dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력이 요구되는 잉크-젯 헤드 및 그 외의 증착 기술에 대해서는, 표면에 전구체 조성물을 한정시켜 두기 위한 특히 바람직한 방법으 로서, 표면의 친수성을 증가시켜 40dynes/㎝ 보다 크거나, 45dynes/㎝보다 크거나, 50dynes/㎝ 보다 큰 표면 장력을 제공하는 단계, 및 이어서, 주변 표면 보다 낮은 표면 장력을 가지는 소수성 표면 패턴을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 패턴의 표면 장력은 주변 표면의 표면 장력보다 5, 10, 15, 20 또는 25dynes/㎝ 클 수 있다.
보다 낮은 표면 장력에 해당하는 소수성 꼬리 및 보다 높은 표면 장력에 해당하는 친수성 말단을 가지는 분자인 계면 활성제는, 상기 조성물 및 기판을 개질하여 표면 장력 및 계면 에너지를 요구되는 수치로 달성시키기 위해 사용될 수 있다.
본 적용의 취지에 있어서, 소수성이란 물과의 상호 작용에 대해 상반된 반응성을 가지는 물질을 의미한다. 소수성 물질은 낮은 표면 장력을 가진다. 또한, 소수성 물질은 물과 수소 결합을 형성하는 작용기를 가지지 않는다.
친수성이란 물에 친화력을 가지는 물질을 의미한다. 또한, 친수성 물질은 높은 표면 장력 값을 가진다. 또한, 친수성 물질은 물과 수소 결합을 형성할 수 있다. 상이한 액체들에 대한 표면 장력을 하기 표6에 열거하고, 상이한 고체들에 대한 표면 에너지를 하기 표7에 열거한다.
다양한 액체들의 표면 장력
액체 온도 (℃) 표면 장력 (dynes/㎝)
물 20 72.75
아세트아미드 85C 39.3
아세톤 20C 23.7
아세토니트릴 20 29.3
n-부틸 알코올 20C 24.6
에틸 알코올 20 24
헥산 20 18.4
이소프로필 알코올 20 22
글리세롤 20 63.4
글리콜 20 47.7
톨루엔 20 29
다양한 고체의 표면 에너지
물질 표면 에너지 (dynes/㎝)
유리 30
PTFE 18
폴리에틸렌 31
폴리비닐클로라이드 41
폴리비닐리덴 플루오라이드 25
폴리프로필렌 29
폴리스티렌 33
폴리비닐클로라이드 39
폴리술폰 41
폴리카보네이트 42
폴리에틸렌 테레프탈레이트 43
폴리아크릴로니트릴 44
셀룰로오스 44

인쇄 및 처리 동안의 또다른 어려운 점은, 건조 중에 상기 조성물의 전구체들이 결정화하여, 전도체로의 전환시에 불량한 전도율을 제공하는 불연속적인 라인을 형성할 수 있다는 점이다. 이것은 상기에서 언급한 바와 같은 결정화 저해제를 소량 첨가함으로써 실질적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전도성 형상의 접착성을 증가시키는 조성물(본 명세서에서는, 접착성 증진제라 칭함) 및 방법을 제공한다. 다양한 기판들은 접착의 정도를 다양하게 하는 상이한 표면 특성을 가진다. 본 발명에 따르면, 상기 전구체 조성물로부터 반응 자리를 제공하도록 표면을 하이드록시화하거나 작용기화함으로써, 상기 표면을 개질시킬 수 있다. 일실시예에서는, 폴리플루오르화된 물질의 표면을, 전구체와 반응하는 동안 결합용 반응 자리를 제공하는 나트륨 나프탈레나이드 용액으로 개질시킨다. 또다른 일실시예에서는, 얇은 금속층을 상기 표면 상에 스퍼터링하여, 기판에 대한 전구체 조성물 또는 전도성 형상의 보다 나은 접착성을 제공한다. 또다른 일실시예에서는, 전도체 및 표면 둘 다와 결합하여 접착성을 제공하는 폴리암산 또는 그와 유사한 물질을 상기 조성물에 첨가한다. 폴리암산 및 그와 관련된 화합물의 바람직한 양은, 저점도 전구체 조성물의 약 1 내지 10중량%이다.
상기에서 언급한 바에 의하면, 본 발명에 따른 전구체 조성물은 나노파티클 또는 마이크로 사이즈의 파티클은 포함하지 않고, 분자형 전구체 및 비히클을 포함할 수 있다. 바람직한 일실시예에서, 상기 전구체 조성물은 전환 반응 유도제를 포함하며, 그것은 분말, 분자형 전구체 또는 또다른 무기 화합물, 또는 유기 화합물이거나, 이들 중 두가지일 수 있다. 또다른 일실시예에서, 상기 저점도의 전구체 조성물은 상기 표면 상의 상기 조성물의 젖음각을 제어함으로써 상기 조성물의 스프레딩을 감소시키기 위해, 첨가제를 포함한다. 또다른 일실시예에서는, 용매 중의 전구체의 용해도를 높이기 위해, 분자형 전구체 및 용매의 조합이 선택된다.
또다른 일실시예에서, 상기 전구체 조성물은 속이 비거나 다공성인 마이크로 사이즈의 파티클, 분자형 전구체 및 비히클을 포함한다. 상기 분자형 전구체는, 바람직하게는 금속 유기 화합물이다. 또다른 일실시예에서, 상기 전구체 조성물은 속이 비거나 다공성인 마이크로 사이즈의 파티클, 나노파티클 및 비히클을 포함한다. 또다른 일실시예에서, 상기 전구체 조성물은 속이 비거나 다공성인 마이크로 사이즈의 파티클, 분자형 전구체, 나노파티클 및 비히클을 포함한다. 상기 전구체는, 바람직하게는 금속 유기 화합물이다.
또한, 상기 전구체 조성물은 분자형 전구체, 비히클 및 나노파티클을 포함할 수 있다. 상기 나노파티클은 은, 구리, 및 그 외의 금속으로부터 선택할 수 있고, 실리카, 구리 옥사이드 및 알루미늄 옥사이드 등의 비-전도성 나노파티클일 수도 있다.
또한, 상기 전구체 조성물은, 폴리머성 기판에 대한 접착성이 요구되는 경우, 분자형 전구체, 비히클, 및 폴리머 또는 폴리머 전구체를 포함할 수 있다. 폴리머에 대한 전구체는 폴리(암)산일 수 있다. 상기 폴리머는 에폭시, 폴리이미드, 페놀 수지, 열경화성 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 등일 수 있다. 상기 저점도의 전구체 조성물은, 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 150℃ 이하에서 경화되는 것 등의 저 경화 폴리머(low curing polymer)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전구체 조성물은 탄소, 분자형 전구체 및 비히클을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 전도성 탄소, 예를 들면 흑연 탄소(graphitic carbon) 등의 미립자 탄소를 포함할 수 있다. 바람직한 조합은 은 금속에 대한 분자형 전구체와 전도성 탄소이다.
또한, 상기 전구체 조성물은 전도성 투명 파티클(예를 들면, ITO 파티클), 분자형 전구체 및 비히클을 포함할 수 있다. 상기 분자형 전구체는 ITO 전구체, 및 은 전구체 등의 금속 전구체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전구체 조성물은 전도성 폴리머, 분자형 전구체 및 비히클을 포함할 수 있다. 상기 폴리머는 전자 및 양성자 둘 다에 대해 전도성일 수 있다. 전기적 전도성 폴리머는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리페닐렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리에틸렌디옥시티오펜 및 폴리(파라페닐렌 비닐렌)에서 선택할 수 있다. 양성자성 전도성 폴리머는, 예를 들면 술폰화 폴리아닐린과 같이, 술포네이트 또는 포스페이트를 가지는 것을 포함한다.
또한, 상기 전구체 조성물은 유리 또는 금속 옥사이드, 나노파티클, 마이크로 사이즈의 파티클 및 분자형 전구체를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 실리카, 구리 옥사이드 및 알루미늄 옥사이드 등의 금속 옥사이드의 나노파티클을 포함할 수 있다. 본 일실시예에 따른 바람직한 분자형 전구체는 금속 유기물이다.
또한, 상기 전구체 조성물은 전도성 나노파티클 및 비히클을 포함할 수 있다. 유동성 조성물은 폴리머 전구체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 저점도의 전구체 조성물은 전극 촉매 또는 촉매 및 전구체를 포함할 수 있다. 상기 전구체는 촉매 작용에 의해 활성 물질로 전환될 수 있고, 또는 층과 융합될 수 있다.
분자형 전구체 및 파우더(나노파티클 및/또는 마이크로 사이즈의 파티클)를 포함하는 저점도의 전구체 조성물에 있어서, 파우더에 대한 전구체의 비율은, 상기 전구체로부터 유도되는 물질로 미립자들 간의 공간을 채우는데 요구되는 양과 대응 된다. 그러나, 전도율의 현저한 향상은 소량의 분자형 전구체로도 수득할 수 있다. 본 발명의 전구체 조성물에 파티클이 포함되는 경우에는, 전구체로부터 유도되는 최종 전도체의 적어도 약 10부피%, 보다 바람직하게는 적어도 약 25부피% 및 보다 더 바람직하게는 적어도 약 50부피%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 그 외의 특정 저점도 전구체 조성물은, 다른 적용에 있어 바람직하다. 일반적으로, 상기 저점도 조성물에 대한 포뮬레이션은 증착 메커니즘, 형상의 원하는 성능, 및 형상의 관련 비용을 고려할 것이다. 예를 들면, 1회용의, 고-용량 적용을 위해 디자인된 종이 기판 상의 단순 회로는, 저렴한 전구체 조성물을 필요로 할 것이지만, 우수한 특성을 가지는 전자 형상은 필요로 하지 않을 것이다. 한편, 전자 회로의 복구 등을 위한 고품질 제품(higher end applications)에서는, 매우 양호한 전기적 특성을 가지는 전자 형상을 필요로 할 것이며, 저점도 전구체 조성물의 상대적 비용은 일반적으로 중요한 요인이 되지는 않을 것이다.
일실시예에 따르면, 상기 전구체 조성물은 SiO2 등의 절연 파티클을 포함하는 미립자를 포함할 수 있고, 상기 미립자는, 은 옥사이드 또는 은 나이트레이트 파티클 등의 전도성 상(phase)에 대한 전구체, Ag 트리플루오로아세테이트 미세결정, 전도성 마이크로 사이즈의 파티클 및 전도성 상의 나노파티클, 및 액체상(비히클 및 비히클에 용해되어 있는 분자형 금속 전구체로 이루어짐)이다. 저점도의 조성물에 대하여, 상기 조성물의 미립자 분율은 전체 조성물 부피의 25부피% 이하이다. 전구체 파티클의 형태 및 비히클 중에 용해되어 있는 분자형 전구체의 형태 둘 다로 존재하는, 상기 조성물의 전구체 분율은 일반적으로 전체 조성물 중량의 중량%로서 표현되며, 상기 전체 조성물 중량의 약 80중량%까지 될 수 있다.
일실시예에서, 상기 저점도의 전구체 조성물은 탄소를 약 20부피%까지, 분자형 전구체를 약 10 내지 약 15중량% 포함하며, 나머지는 비히클 및 그 외 첨가제이다. 또다른 실시예에서, 상기 저점도의 전구체 조성물은 탄소를 약 15부피%까지, 금속 나노파티클을 약 5부피%까지 포함하며, 나머지는 비히클 및 그 외 첨가제이다.
또다른 일실시예에 따르면, 상기 저점도의 전구체 조성물은 금속 나노파티클을 약 75중량%까지, 예를 들면 5 내지 50중량% 포함하며, 분자형 전구체를 약 10 내지 약 50중량% 포함하고, 나머지는 비히클 및 그 외 첨가제이다.
또다른 일실시예에 따르면, 상기 저점도의 전구체 조성물은 마이크로 사이즈의 금속 파티클을 약 20부피%까지, 분자형 전구체를 약 10 내지 약 15중량% 포함하며, 나머지는 비히클 및 그 외 첨가제이다. 250℃ 이하에서 가열한 이후의 상기 전도성 형상의 전도율은, 벌크 금속 전도율의 1 내지 5배 범위 이내이다.
또다른 일실시예에 따르면, 상기 저점도의 전구체 조성물은 마이크로 사이즈의 금속 파티클을 약 20부피%까지 포함하며, 나머지는 전도성 폴리머에 대한 전구체를 함유하는 비히클이다. 200℃ 이하에서 가열한 이후의 벌크 전도율은, 금속상의 벌크 전도율의 5 내지 50배 범위 이내이다.
투명 전도성 전구체 조성물의 일실시예에서, 상기 조성물은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 15부피%, Ag 나노파티클을 5부피%, 및 Ag에 대한 분자형 전구체를 1 내지 20중량% 함유하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 외 첨가제이다.
투명 전도성 전구체 포뮬레이션의 또다른 일실시예에서, 상기 조성물은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 30부피%까지, 및 Ag에 대한 전구체를 5 내지 40중량% 함유하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 외 첨가제이다.
또다른 일실시예에서, 투명 전도성 전구체 조성물은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 15부피%까지, 은 포스페이트 유리 등의 전도성 유리 파티클을 10부피%까지, 및 Ag에 대한 전구체를 0 내지 20중량% 함유하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 외 첨가제이다.
상기 언급한 것에 더하여, 본 발명에 따른 상기 저점도의 전구체 조성물은 또한 흑연 파티클 등의 탄소 파티클을 포함할 수 있다. 상기 저점도 전구체 조성물에 있어서의 기타 구성 성분에 의존하여, 탄소 파티클은 상기 조성물 중에 약 20부피%까지 적재될 수 있다. 상기 탄소 파티클들의 평균 파티클 사이즈는 약 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 상기 탄소 파티클들은 두가지 모드 또는 세가지 모드의 파티클 사이즈 분포를 유익하게 가질 수 있다. 흑연 탄소는 약 1375μΩ-㎝의 벌크 저항율을 가지며, 비교적 저렴할 것이 요구되는 전도성 형상용의 저점도 전구체 조성물에 특히 유용하다.
전구체 조성물의 증착
본 발명의 상기 저점도 전구체 조성물은 다양한 툴을 사용하여 표면 상에 증착시킬 수 있다.
본 명세서에서 저점도 증착 툴이란, 상기 툴이 표면과 직접 접촉하지 않으면서, 표면을 향한 구멍을 통해 조성물을 뿜어냄으로써 표면 상에 액체 또는 액체 현탁액을 증착하는 디바이스를 말한다. 상기 저점도 증착 툴은 x-y 눈금 위를 바람직하게 제어할 수 있으며, 본 명세서에서는 직접-기록 증착 툴이라 한다. 본 발명에 따른 바람직한 직접-기록 증착 툴은 잉크-젯 디바이스이다. 직접-기록 증착 툴의 또다른 일예에는, 에어로졸-젯, 및 Honeoye Falls, N.Y.의 Ohmcraft, Inc.,로부터 구입할 수 있는 MICROPEN 툴 등의 자동화 시린지가 포함된다.
잉크-젯으로 사용하기 위해서는, 상기 전구체 조성물의 점도가 50센티푸아즈 이하, 예를 들면, 약 10 내지 약 40센티푸아즈의 범위 이내인 것이 바람직하다. 에어로졸-젯 분무 디바이스로 사용하기 위해서는, 상기 점도가 약 20센티푸아즈 이하인 것이 바람직하다. 자동화 시린지는 보다 높은 점도, 예를 들면 약 5000센티푸아즈 까지의 점도를 가지는 조성물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 직접-기록 증착 툴은 잉크-젯 디바이스이다. 잉크-젯 디바이스는 상기 조성물의 작은 방울을 생성하고, 그러한 작은 방울들이 표면을 향하게 하는 작동을 한다. 상기 잉크-젯 헤드의 위치는 주의깊게 조절되며, 상기 조성물의 분리된 패턴이 상기 표면에 적용될 수 있도록 고도로 자동화될 수 있다. 잉크-젯 프린터는 1000 방울/분사/초 이상의 속도로 인쇄할 수 있고, 10 ㎝/초 이상, 약 1000㎝/초까지의 속도로 양호한 해상도를 가지는 선형 형상을 인쇄할 수 있다. 상기 잉크-젯 헤드에 의해 생성되는 각 방울에는 조성물의 약 25 내지 100 pℓ가 포함되어 있으며, 그것은 상기 표면으로 운반된다. 이러한 이유들 및 그 밖의 이유로 인해, 잉크-젯 디바이스는 표면 상에 물질을 증착시키기 위한 매우 바람직한 수단이다.
일반적으로, 잉크-젯 디바이스는 약 50㎛ 내지 75㎛ 등 지름이 약 100㎛ 이하인 1개 이상의 구멍을 가지는 잉크-젯 헤드를 포함한다. 작은 방울들이 생성되어, 상기 구멍을 통해 인쇄될 표면으로 향하게 된다. 일반적으로 잉크-젯 프린터는 압전 유도 시스템을 사용하여 상기 작은 방울들을 생성하지만, 그 외의 것도 사용된다. 잉크젯 디바이스는, Kobayashi et al.에 의한 미국 특허 제4,627,875호 공보 및 Liker에 의한 미국 특허 제5,329,293호 공보에 보다 상세하게 설명되어 있고, 각각은 본 명세서에서 그대로 참조된다. 그러나, 각 디바이스들은 가용성 염료의 잉크롤 증착하는데 주로 사용된다.
또한, 산업상 잉크-젯 디바이스를 사용할 수 있도록 하기 위해서는, 표면 장력과 전구체 조성물의 점도를 동시에 조절하는 것이 중요하다. 상기 표면 장력은 약 20 내지 40dynes/㎝ 등, 약 10 내지 50dynes/㎝인 것이 바람직하며, 상기 점도는 약 50센티푸아즈 이하로 유지시킨다.
일실시예에 따라, 상기 저점도 전구체 조성물에 있어서의 파티클들 중 고체의 적재량은 상기 점도 또는 상기 조성물의 그 외 필수적인 특성에 악영향을 주지 않는 범위로, 가능한 한 많은 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 저점도 전구체 조성물은 약 75중량%까지의 파티클 적재량을 가질 수 있으며, 일실시예에서 상기 파티클 적재량은 약 5 내지 약 50중량%이다.
또한, 잉크-젯 디바이스에 사용하는 상기 전구체 조성물은 물 및 알코올을 포함할 수 있다. 또한, 현탁액 중에 파티클들을 유지시키기 위하여 계면 활성제를 사용할 수 있다. 상기 전구체 조성물이 상기 잉크-젯 헤드의 구멍에 들러붙거나 구멍을 막는 것을 방지하기 위해서는, 습윤제라고도 알려져 있는, 공용매(co-solvents)를 사용할 수 있다. 또한, 살균제를 첨가하여 박테리아의 성장을 방지할 수 있다. 그러한 잉크-젯 액체 비히클 조성물의 일예는, Martin et al.에 의한 미국 특허 제5,853,470호 공보; Sacripante et al.에 의한 미국 특허 제5,679,724호 공보; Carison et al.에 의한 미국 특허 제5,725,647호 공보; Winnik et al.에 의한 미국 특허 제4,877,451호 공보; Johnson et al.에 의한 미국 특허 제5,837,045호 공보; Bean et al.에 의한 미국 특허 제5,837,041호 공보에 개시되어 있다. 상기의 각 미국 특허 공보는 여기서 그대로 참조된다. 그러한 첨가제들은, 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 조성물의 원하는 특성을 기초로 하여 선택한다. 파티클들은, 밀, 또는 예를 들면 초음파 처리기(ultrasonic processor)를 사용하여 상기 액체 비히클과 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 저점도 전구체 조성물은 에어로졸-젯 증착법으로 증착할 수 있다. 에어로졸-젯 증착법은 100㎛ 이하, 75㎛ 이하, 및 50㎛ 이하 등의 약 200㎛ 이하의 형상폭을 가지는 전도성 형상이 형성되도록 할 수 있다. 에어로졸-젯 증착법에 있어서, 상기 전구체 조성물은 작은 방울들로 에어로졸화되고, 상기 작은 방울들은 유동 채널을 통해 유동 기체 중에서 상기 기판으로 운반된다. 일반적으로, 상기 유동 채널은 곧고 비교적 짧다.
상기 에어로졸은 다수의 분무화 기술을 사용하여 제조할 수 있다. 그 일예에는, 초음파 분무, 2-유체 스프레이 헤드, 압력 분무 노즐 등이 포함된다. 초음파 분무는 점도가 낮고 표면 장력이 낮은 조성물에 대해 바람직하다. 2-유체 및 압력 분무는 보다 점도가 높은 유체에 대해 바람직하다. 분무 동안의 전구체 구성 성분의 농도를 실질적으로 일정하게 유지시키기 위해서는, 필요에 따라 분무 동안에 상기 전구체 조성물에 용매 또는 그 외 전구체 구성 성분을 첨가할 수 있다.
상기 에어로졸 작은 방울들의 사이즈는, 상기 분무화 기술에 의존하여 다양할 수 있다. 일실시예에서, 평균적인 작은 방울의 사이즈는 약 10㎛ 이하이며, 바람직하게는 약 5㎛ 이하이다. 큰 방울들은 임팩터(impactor) 등을 사용하여, 상기 에어로졸로부터 선택적으로 제거할 수 있다.
저농도의 에어로졸은 대용량의 유동 기체를 필요로 하며, 미세 형상의 증착에 악영향을 줄 수 있다. 상기 에어로졸의 농도는 가상 임팩터 등을 사용하여 선택적으로 증가시킬 수 있다. 상기 에어로졸의 농도는 약 106 방울/㎤ 보다 높을 수 있고, 보다 바람직하게는 107 방울/㎤ 보다 높다. 상기 에어로졸의 농도는 모니터링될 수 있고, 그 정보는 일정 시간 이상 미스트의 농도를 원하는 미스트 농도의 10% 이내로 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 방울들은, 보다 큰 방울들의 관성 충돌(inertial impaction), 전하를 띤 작은 방울들의 정전기적 증착, 서브-마이크로 사이즈의 작은 방울의 확산 증착, 비평면 표면 상에의 인터셉션(interception) 및 약 10㎛를 초과하는 사이즈의 방울들의 침강에 의해 상기 기판의 표면 상에 증착된다.
에어로졸-젯 증착법을 사용하여 유체를 증착하는 툴 및 방법의 일예는, Miller et al.에 의한 미국 특허 제6,251,488호 공보, Schmitt et al.에 의한 미국 특허 제5,725,672호 공보, 및 Hochberg et al.에 의한 미국 특허 제4,019,188호 공보에 포함되어 있다. 이들 미국 특허 공보의 각각은 본 명세서에서 그대로 참조된다.
또한, 본 발명의 전구체 조성물은, 음각(intaglio), 롤 프린터, 스프레잉, 딥 코팅, 스핀 코팅을 포함하는 다양한 기술, 및 유체 분산 단위 또는 연속 분사, 또는 유체의 연속 시트를 표면으로 향하게 하는 그 밖의 기술에 의해 증착될 수 있다. 그 밖의 인쇄 방법에는 리소그라피 인쇄 및 그라비어 인쇄가 포함된다.
예를 들면, 그라비어 인쇄는 약 5000센티푸아즈까지의 점도를 가지는 전구체 조성물과 사용될 수 있다. 상기 그라비어 방법은, 약 1㎛ 내지 약 25㎛의 평균 두께를 가지는 형상을 증착할 수 있고, 그러한 형상을 약 700m/분까지 등의 빠른 속도로 증착할 수 있다. 또한, 상기 그라비어 공정은 패턴을 상기 표면 상에 직접 형성할 수 있다.
또한, 리소그래피 인쇄법을 사용할 수 있다. 리소그래피 공정에서는, 잉크가 묻혀진 인쇄 기판을 접촉시켜 고무 블랭킷에 패턴을 옮기고, 상기 고무 블랭킷을 접촉시켜 인쇄할 표면에 패턴을 옮긴다. 기판 실린더를 먼저, 기판의 친수성 비-이미지 영역으로 수성 용액을 옮기는 축임 롤러(dampening rollers)와 접촉시킨다. 이어서, 축여진 기판을 잉킹 롤러(inking roller)와 접촉시키면, 친유성 이미지 영역에만 잉크가 흡수된다.
상기에서 언급한 증착 기술을 1가지 이상 사용함으로써, 기판의 한면 또는 양면 상에 상기 전구체 조성물을 증착시킬 수 있다. 또한, 상기 공정들을 반복하여, 기판 상에 동일하거나 상이한 전구체 조성물의 복층을 증착시킬 수 있다.
상기 전구체 조성물의 증착 이전의 선택적인 제1 단계는, 상기에서 언급한 바와 같이 상기 기판의 표면을 개질하는 것이다. 표면 개질은 기판의 전체에 적용할 수 있고, 또는 포토리소그래피 등을 사용하여 패턴의 형태로 적용할 수도 있다. 표면 개질에는, 화학적 처리에 의해 상기 기판의 표면의 친수성을 증가시키거나, 감소시키는 것이 포함될 수 있다. 예를 들면, 실란화제는 접착성을 향상시키고/또는 표면 장력 및/또는 젖음각의 개질을 통해 상기 전구체 조성물의 스프레딩을 제어하기 위하여, 유리 기판의 표면상에 사용될 수 있다. 또한, 표면 개질에는 레이저를 사용하여 상기 기판을 세정하는 것이 포함될 수 있다. 또한, 상기 기판은 또다른 타입의 표면과의 접촉에 의해 기계적으로 개질될 수도 있다. 또한, 상기 기판은 코로나 처리에 의해 개질될 수도 있다. 유기-계 전구체 조성물의 증착을 위해서는, 상기 기판 표면의 활성화 에너지를 개질시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 조성물이 종이 등의 다공성 기판에 침투하는 것을 방지하기 위하여, 은 금속 전구체 조성물 등의 전구체 조성물을 증착하기 이전에, 폴리이미드 라인을 인쇄할 수 있다. 또다른 일예에서는, 프라이머 물질을 기판에 인쇄하여 상기 기판을 부분적으로 에칭 또는 화학적으로 개질함으로써, 이후 인쇄 단계에서 증착될 상기 전구체 조성물의 스프레딩을 방지할 수 있다. 또다른 일예에서는, 기판을 에칭하는 것으로 알려져 있는 화학 약품의 도트를 인쇄함으로써 비아를 에칭할 수 있다. 후속 인쇄 공정에서는, 상기 기판의 전면 또는 후면 상에 인쇄될 회로를 접속하기 위하여 상기 비아를 채울 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 상기 저점도의 전구체 조성물의 증착은, 펜/시린지, 연속 또는 드롭-온-디멘드(drop on demand) 잉크-젯, 작은 방울 증착, 스프레잉, 플랙소그래피 인쇄(flexographic printing), 리소그래피 인쇄, 그라비어 인쇄, 그 밖의 요판 인쇄 등에 의해 행해질 수 있다. 또한, 상기 전구체 조성물은 딥-코팅 또는 스핀-코팅에 의해 증착될 수도 있고, 또는 동일한 조성물이 막대형 또는 섬유형 기판 상에 펜 디스펜싱(pen dispensing)에 의해 증착될 수도 있다. 증착 이후에는 즉시, 상기 조성물이 스프레드되거나, 그 자체가 줄어들거나, 상기에서 언급한 표면 개질에 의존하여 패턴을 형성할 수 있다. 또다른 일실시예에서는, 2가지 이상의 젯 또는 그밖의 잉크원을 사용하여 상기 증착된 조성물을 처리하는 방법을 제공한다. 일실시예에서, 제1 증착 단계는 분자형 금속 전구체 화합물을 포함하는 전구체 조성물을 제공하는 반면에, 제2 증착 단계는 상기 전구체를 전환시키고/또는 상기 전환 온도를 낮추는 환원제 또는 그밖의 공-반응물을 제공한다. 상기 증착된 조성물을 처리하는 또다른 방법의 일예는, 이전 제조 방법에 의해 형성된 다공성 베드에의 침투법을 사용하는 것이다. 상기 조성물을 증착하는 또다른 방법은, 증착을 두껍게 하는 다층 증착법을 사용하는 것이다. 상기 조성물 을 증착하기 위한 방법의 또다른 일예는, 상기 조성물의 점도를 감소시키는 가열된 헤드를 사용하는 것이다.
이어서, 상기 증착된 전구체 조성물의 특성도 개질시킬 수 있다. 그러한 방법으로는, 동결법, 용융법, 및 화학 반응에 의하거나 의하지 않고, 또는 상기 전구체 조성물로부터 물질을 제거하지 않고 점도 등의 특성을 개질시키는 법이 포함될 수 있다. 예를 들면, UV-경화 폴리머를 포함하는 저점도의 전구체 조성물을 증착하고 즉시 자외선 램프에 노출시킴으로써, 폴리머화하고, 두꺼워지게 하며, 상기 조성물의 스프레딩을 감소시킬 수 있다. 이와 유사하게, 열경화성 폴리머를 증착하고 가열 램프 또는 그밖의 적외선 광원에 노출시킬 수 있다. 증착 후에는, 상기 전구체 조성물을 1개 이상의 단계로 처리하여, 금속 전구체를 전환시키고, 증착된 형상에 대해 원하는 최종 특성을 얻는다.
증착 후에는, 상기 전구체 조성물을 처리하여, 전구체 조성물을 전도성 형상으로 전환시킨다. 상기 처리에는 다단계가 포함될 수 있고, 또는 상기 전구체 조성물이 급속이 가열되어, 전도성 형상을 형성하는데 충분한 시간 동안 전환 온도에서 유지되는 경우에는, 한단계에서 처리될 수 있다.
선택적인 초기 단계에는, 가열 또는 방사선 조사에 의한 상기 조성물의 건조 또는 승화가 포함될 수 있다. 이 단계에서, 상기 조성물로부터 물질이 제거되고/또는 상기 조성물 중에서 화학 반응이 일어난다. 이러한 방식으로 증착된 조성물을 처리하는 방법의 일예는, UV, IR 레이저 또는 종래의 광원을 사용하는 것이다. 상기 전구체를 건조시키기 위한 가열 속도는 약 10℃/분 보다 빠른 것이 바람직하 고, 보다 바람직한 것은 100℃/분 보다 빠른 것, 보다 더 바람직한 것은 1000℃/분 보다 빠른 것이다. 상기 증착된 전구체 조성물의 온도는, 뜨거운 기체의 사용 또는 가열된 기판과의 접촉에 의해 상승될 수 있다. 이러한 온도의 증가는 용매 및 그 밖의 종들을 더욱 증발시킬 수 있다. 가열을 위해서는 IR 레이저 등의 레이저도 사용할 수 있다. 또한, IR 램프 또는 벨트형 로(belt furnace)도 사용할 수 있다. 또한, 증착된 형상의 냉각 속도를 조절하기 위해서도 바람직할 수 있다.
건조 후의 다음 단계는, 분자형 금속 전구체를 반응시키는 것이다. 일실시예에서는, 상기 전구체 조성물이 전도성 형상으로 전환되는 것을 돕는 다양한 기체를 사용하여 상기 전구체 조성물을 반응시킨다. 예를 들면, 수소, 질소 및 환원 기체를 사용하여 상기 반응을 도울 수 있다. 산소에 노출되는 경우 산화하는 구리, 니켈 및 그 밖의 금속들은 환원 분위기 하에 존재할 것이 요구될 수 있다. 본 발명의 전구체 조성물은, 물질을 가열하는 빛(예를 들면, 레이저)으로 처리할 경우에, 매우 짧은 반응 시간을 유익하게 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 이것은, 특정 전구체에 대해 충분히 높은 온도가 제공될 경우의 빠른 화학 반응 속도, 및 밀리세컨드 또는 그보다 낮은 단위의 시간 동안 물질을 급속히 가열하는 빛의 성능 때문이다. 파티클을 포함하는 전구체 조성물의 경우에는, 낮은 융점 또는 연화점을 가지는 상이 처리 시간이 짧다.
본 발명의 상기 전구체 조성물은 매우 짧은 시간 동안 처리될 수 있고, 여전히 유용한 물질을 제공한다. 짧은 가열 시간은 하부 기판에 대한 손상을 유익하게 방지할 수 있다. 약 10㎛ 정도의 두께를 가지는 증착물에 대한 바람직한 열처리 시간은 약 100밀리세칸드 이하이며, 보다 바람직하게는 약 10밀리세칸드 이하, 보다 더 바람직하게는 약 1밀리세칸드 이하이다. 이러한 짧은 가열 시간은 레이저(펄스파 또는 연속파), 램프, 또는 그 밖의 방사선의 사용에 의해 제공될 수도 있다. 특히 바람직한 것은, 체류 시간이 조절된 스캐닝 레이저이다. 벨트형 및 박스평 로 또는 램프로 처리하는 경우에는, 유지 시간이 바람직하게는 60초 이하, 보다 바람직하게는 30초 이하, 보다 더 바람직하게는 10초 이하이다. 이러한 가열원으로 처리하는 경우에는, 가열 시간이 1초 이하일 수 있고, 0.1 초 이하일 수 있으며, 다양한 적용에 있어서 유용한 전도성 물질을 여전히 제공한다. 바람직한 가열 시간 및 온도는 또한 전자 형상의 속성에도 의존할 것이다. 용매 또는 그 밖의 성분들이 급속히 끓어 형상에 기공 또는 기타 흠을 형성할 경우에는, 짧은 가열 시간이 유익하지 않을 수 있다.
전도체를 형성하기 위하여 상기 증착된 전구체 조성물이 사용되는 경우에는, 300℃ 이하, 보다 바람직하게는 250℃ 이하, 보다 바람직하게는 225℃ 이하, 보다 더 바람직하게는 200℃ 이하, 및 보다 더 바람직하게는 185℃ 이하의 온도에서 거의 완전히 전환될 수 있다.
이어서, 상기 전구체 조성물 중의 파티클(존재할 경우), 또는 상기 전구체로부터 유도된 물질을 선택적으로 소결하여 금속 전구체를 분해시킬 수 있다. 소결은, 가열 램프 등의 광원, 로, 및/또는 레이저를 이용하여 행할 수 있다. 일실시예에서, 레이저의 사용은 매우 짧은 소결 시간을 유익하게 제공하며, 일실시예에서의 소결 시간은 1초 이하, 보다 바람직하게는 0.1초 이하, 보다 더 바람직하게는 0.01초 이하이다. 레이저의 타입에는 펄스파 및 연속파가 포함된다. 일실시예에서는, 레이저 펄스 길이를, 소결될 물질의 두께와 동일한 가열 깊이를 제공하도록 맞춘다. 상기 전구체 조성물 중의 구성 성분들은, 레이저 빛과 접촉하기 이전에 전체적으로 또는 부분적으로 반응될 수 있다. 상기 구성 성분들은 레이저 빛에의 노출에 의해 반응된 후, 소결될 수 있다.
상기 전도성 형상은 증착 및 금속 전구체의 전환 이후에 후-처리될 수 있다. 예를 들면, 존재하는 상의 결정체는 레이저 처리 등에 의해 증가될 수 있다. 또한, 후-처리에는 세정 및/또는 전자 형상의 캡슐화, 또는 그 밖의 개질법들이 포함될 수 있다.
상기에서 언급한 논의들로부터, 2가지 이상의 후속 처리 단계(건조, 가열, 반응 및 소결)를 하나의 처리 단계로 조합할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
바람직한 공정 흐름에는, 리소그래피, 그라비어, 플렉소, 스크린 인쇄, 포토 패턴화, 박막 또는 젖음 제거 접근법 등의 종래 방법으로 구조를 형성하는 단계; 물질의 첨가가 요구되는 위치를 확인하는 단계; 저점도의 조성물을 직접 증착법으로 물질에 첨가하는 단계; 및 처리하여 최종 생성물을 형성하는 단계가 포함된다. 특정 일실시예에서는, 스크린-인쇄법으로 회로를 제조한 후, 저점도 전구체 조성물을 한정적으로 인쇄하여 복구한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 잉크-젯 인쇄 또는 시린지 디스펜싱에 의해 형상을 복구하는 방법을 제공한다. 일실시예에서, 그러한 방법에는, 복구 영역에 전구체 조성물을 잉크-젯 인쇄하는 단계, 및 상기 전구체 조성물이 순수한 전도체로 실질적으로 전환되는데 충분한 온도로 가열하는 단계가 포함된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 복구 형상은 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)이다. 또다른 일실시예에 따르면, 상기 형상은 저온 공소성 세라믹(low temperature cofire ceramic, LTCC) 층의 회로 패턴이다. 일실시예에서는 패턴을 당분간 소결하지 않지만, 또다른 일실시예에서는 상기 패턴을 미리 소결한다. 일실시예에서는 레이저를 사용하여 복구 부분을 가열할 수 있다. 복구는, 그 부분을 처리하기 이전에 행해질 수 있다. 상기 복구를 통해, 금속성 전도체 또는 그 밖의 전자 형상을 제조할 수 있다. 복구된 부분은 파티클-함유 조성물의 스크린-인쇄 또는 포토패턴화에 의해 형성될 수 있다. 일실시예에서는, 잉크-젯 증착 이후에 복구된 영역을 보다 미세화하기 위하여, 레이저 트리밍법을 사용한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복구된 형상은 약 250㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 100㎛ 이하의 최소한의 형상 길이를 바람직하게 가진다. 일실시예에 따르면, 상기 복구된 형상은 약 10㎛ 이하의 최소한의 형상 사이즈를 가진다. 이러한 수선은, 화학적 기상 증착, 증발, 스퍼터링 또는 그 밖의 박막 기술 등의 다양한 처리 방법들로부터 형상으로 제조될 수 있다.
또다른 일실시예에서는, 먼저 스크린 인쇄법으로 약 100㎛ 보다 큰 형상을 제조한다. 이어서, 저점도의 전구체 조성물을 사용하여, 직접-증착 방법으로 약 100㎛ 미만의 형상을 증착한다.
또다른 일실시예에서는, 먼저 저점도의 전구체 조성물의 접착성을 증진시키기 위하여 폴리이미드 표면을 개질한다. 상기 전구체 조성물을 증착한 후, 건조시 켜 300℃ 이하의 온도에서 전환시킨다. 증착 및 전환 이후에는, 상기 형상을 선택적으로 레이저 소결할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전도성 형상이 금속의 벌크 저항율의 10배 이하, 바람직하게는 금속의 벌크 저항율의 6배 이하, 보다 바람직하게는 금속의 벌크 저항율의 4배 이하, 및 가장 바람직하게는 금속의 벌크 저항율의 2배 이하인 저항율을 가진다.
본 발명에 따르면, 상기 저점도의 전구체 조성물은 증착되고, 건조된 후, 약 100초 이하, 보다 바람직하게는 약 10초 이하, 및 보다 더 바람직하게는 약 1초 이하의 총 반응 시간으로 반응될 수 있다.
또다른 일실시예에서, 상기 저점도의 전구체 조성물은 증착되고, 건조된 후, 반응될 수 있으며, 이때 증착, 건조 및 반응의 총 시간은 약 1초 이하, 보다 바람직하게는 약 10초 이하, 및 보다 더 바람직하게는 약 1초 이하이다.
본 발명의 인쇄된 저점도의 전구체 조성물로부터 유도되는 생산 조성물에는 다양한 물질 조합이 포함될 수 있다.
일실시예에서, 전도성 형상은 은 및 구리를 포함한다. 바람직한 일실시예에서는, 상기 형상이 구리 금속의 분리된 영역을 포함하며, 이러한 구리 금속은 파티클들, 바람직하게는 1㎛ 이하의 평균 사이즈를 가지는 파티클들로부터 유도된다. 본 일실시예에 따르면, 상기 구리 금속은 분자형 금속 전구체로부터 유도되는 은 매트릭스에 디스펜싱된다. 고 소성 조성물(high fire compositions)로부터 유도되는 경우에는, 상기 은 및 구리는 실질적으로 상호 확산되지 않는다. 일실시예에 서, 상기 형상에는 약 85부피%의 구리와, 15부피%의 은이 포함된다. 또다른 일실시예에서는 또한, 상기 전구체로부터 유도된 은에, 구리, 팔라듐, 백금, 또는 전자 이동에 대한 저항성 또는 파우더 남땜성을 제공하는 그 밖의 금속량이 포함된다.
또다른 일실시예에서, 상기 전도성 형상에는 은 및 팔라듐이 포함된다. 바람직한 일실시예에서, 상기 형상에는 솔더 리칭에 대한 저항성을 제공하는 은-팔라듐의 매트릭스에 순은이 실질적으로 디스펜싱된 영역이 포함된다. 특히 바람직한 일실시예에서, 상기 은-팔라듐은 전구체로부터 유도되며, 전체 형상에는 약 2부피% 이하의 팔라듐, 보다 바람직하게는 약 1부피% 이하의 팔라듐이 포함된다. 또다른 일실시예에서, 상기 팔라듐은 전구체로부터 유도되는 또다른 금속으로 대체되어, 구리, 백금, 또는 전자 이동 또는 솔더 리칭에 대한 저항성을 제공하는 그 밖의 금속량을 포함하는 은 매트릭스를 제공한다.
또다른 일실시예에서, 상기 형상은 전구체 및 절연상(insulating phase)으로부터 유도되는 은 또는 구리를 포함한다. 상기 절연상은 바람직하게는 유리 또는 금속 옥사이드이다. 바람직한 유리는 알루미늄 보로실리케이트, 납 보로실리케이트 등이다. 바람직한 금속 옥사이드는 실리카, 티타니아, 알루미나, 및 그 밖의 단순 및 복합 금속 옥사이드이다. 상기 절연상은 파티클 또는 전구체로부터 유도될 수 있다. 본 일실시예는 특히 낮은 옴 저항(ohm resistors)의 생산용으로 유용하다.
투명 및 전도 물질용으로 바람직한 일실시예에서는, 아연 옥사이드, 안티모니 주석 옥사이드(ATO), 인듐 주석 옥사이드(ITO) 및 이들의 혼합물이 형상에 함유 된다. 바람직한 일실시예에서, 상기 형상은 소량의 금속을 포함하여 전도율을 향상시키지만, 약 100㎚ 이하의 사이즈의 금속 영역을 제공하기 위하여 처리 조건을 선택하는 것에 의해, 전도율이 단지 약간 감소된다.
또한, 상기 전도체 조성물은 상이한 물질들의 조성물일 수 있다. 상기 조성물은, 금속-금속 옥사이드, 금속-폴리머, 금속-유리, 탄소-금속, 및 그 밖의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전도체 조성물은 또한, 솔더와 같은 조성물을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 은, 납, 주석, 인듐, 구리 및 그 밖의 원소를 포함할 수 있다.
상기에서 언급한 직접-기록 공정에 따르면, 본 발명은 최소한의 작은 형상 사이즈를 가지는 디바이스 및 부품용 형상을 형성할 수 있다. 예를 들면, 약 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 75㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 더 바람직하게는 25㎛ 이하의 최소한의 형상 사이즈(x-y축에 있어서의 가장 작은 형상 면적)를 가지는 형상을 제조하기 위해, 본 발명의 방법을 사용할 수 있다. 상기 최소한의 형상 사이즈는 약 10㎛ 이하일 수 있고, 약 5㎛ 이하일 수 있다. 이들 형상 사이즈는, 표면에 저점도 조성물의 작은 방울 또는 분리된 유닛을 제공하는 잉크-젯 인쇄법 및 그 밖의 인쇄 접근법에 의해 제공될 수 있다. 작은 형상 사이즈는, 하기에서 설명하는 바와 같이, 다양한 부품 및 디바이스에 유익하게 적용될 수 있다.
전도체 특성 및 구조
본 발명에 의해 형성되는 전도체는, 다른 저점도 전구체를 사용해서는 수득할 수 없었던 다양한 형상의 조합을 가진다. 전도성 형상은 고순도, 고 전기 전도율 및 고 전자 이동 저항을 바람직하게 가진다. 고전도율은, 은, 백금, 팔라듐, 금, 니켈 또는 구리에 대한 전구체를 포함하는 저점도의 전구체를 통해 제공될 수 있다.
본 발명은, 실질적으로 순수한 벌크 전도체 저항율의 20배 이하, 보다 바람직하게는 실질적으로 순수한 벌크 전도체 저항율의 10배 이하, 보다 더 바람직하게는 실질적으로 순수한 벌크 전도체 저항율의 6배 이하, 및 가장 바람직하게는 실질적으로 순수한 벌크 전도체 저항율의 2배 이하인 저항율을 가지는 전도체를 제조하는데 특히 유용하다.
그러나, 상기 전도성 형상의 특성은 특정한 적용에 의존하여 다양할 수 있다. 예를 들면, 낮은 저항율이 주요 요인이 아닌 일부 적용에서는, 상기 형상을 매우 낮은 온도에서 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전구체 조성물을 증착하고, 125℃ 이하의 온도에서 전환시킬 수 있으며, 이때 상기 형상의 저항율은 상기 순수한 벌크 전도체 저항율의 약 200배 이하, 보다 바람직하게는 상기 벌크 전도체 저항율의 약 100배 이하, 및 보다 더 바람직하게는 상기 벌크 전도체 저항율의 약 80배 이하이다.
가열 이후, 본 발명의 조성물은 특정 벌크 저항값을 가지는 고체를 생성할 것이다. 바탕 자료로서, 다수의 고체의 벌크 저항값을 하기 표8에 제공한다.
다양한 물질의 벌크 저항율
물질 벌크 저항율 (μΩ㎝)
은(Ag-850℃에서 소성한 박막 물질) 1.59
구리(Cu) 1.68
금(Au) 2.24
알루미늄(Al) 2.64
Ferro CN33-246 (Ag + 저융점 유리, 150℃에서 소성) 2.7-3.2
SMP Ag 파편 + 전구체 포뮬레이션, 250℃ 4.5
몰리브덴(Mo) 5.2
텅스텐(W) 5.65
아연(Zn) 5.92
니켈(Ni) 6.84
철(Fe) 9.71
팔라듐(Pd) 10.54
주석(Sn) 11
솔더(Pb-Sn; 50:50) 15
납 20.64
티타늄 나이트레이트(TiN 투명 전도체) 20
듀퐁사 폴리머 박막(duPont Polymer Thick Film)
5029(최신 Ag 충진 폴리머, 150℃) 18-50
듀퐁사 폴리머 박막(Cu 충진 폴리머) 75-300
ITO 인듐 주석 옥사이드(In2O3:Sn) 100
아연 옥사이드(ZnO 도핑-비도핑) 120-450
탄소(C-흑연) 1375
KIA SCC-10(도핑된 은 인산염 유리, 330℃ 연화점) 3000
루테늄 옥사이드 RuO2 타입 전도성 옥사이드 5000-10,000
베이어사 전도성 폴리머 Baytron-P 1,000,000
본 발명의 일실시예에 따르면, 저점도 전구체 조성물은 마이크로 사이즈의 금속 전구체를 약 20부피%까지, 분자형 금속 전구체를 약 10 내지 약 15중량% 포함하며, 나머지는 비히클 및 그밖의 첨가제들이다. 200℃ 내지 300℃에서의 가열 후, 상기 형상은 벌크 금속 전도율의 1 내지 5배 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따르면, 저점도 전구체 조성물은 마이크로 사이즈의 금속 파티클을 약 20부피%까지 포함하며, 나머지는 전도성 폴리머에 대한 전구체를 함유하는 비히클이다. 100℃ 내지 200℃에서의 가열 후, 상기 형상은 금속상 벌크 전도율의 5 내지 50배 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따르면, 투명 전도체 잉크 포뮬레이션은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 15부피%, Ag 나노파티클을 5부피%, 및 Ag에 대한 전구체를 0 내지 20중량% 포함하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 밖의 첨가제이다. 250℃ 내지 400℃에서의 소성 후, 상기 형상은 500 내지 1000μΩ㎝ 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
투명 전도체 잉크 포뮬레이션은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 30부피%까지, 및 Ag에 대한 전구체를 5 내지 40중량% 포함하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 밖의 첨가제이다. 150℃ 내지 300℃에서의 소성 후, 상기 형상은 500 내지 1000μΩ㎝ 범위의 전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따르면, 투명 전도체 잉크 포뮬레이션은 ITO, ATO, ZnO, SnO2의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 약 15부피%까지, 은 포스페이트 유리 등의 전도성 유리 파티클을 10부피%까지, 및 Ag에 대한 전구체를 0 내지 20중량% 포함하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 밖의 첨가제이다. 300℃ 내지 500℃에서의 소성 후, 상기 형상은 300 내지 800μΩ㎝ 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따르면, 저렴한 전도체 전구체 조성물은 비결정성 탄소, 탄소 흑연, 철, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 5 내지 20부피%, Ag, 탄소, 본질적으로 전도성인 폴리머, Fe, Cu, Mo, W의 그룹에서 선택된 나노파티클을 0 내지 5부피%, 및 Ag 등의 금속에 대한 전구체를 0 내지 20중량% 포함하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 밖의 첨가제이다. 250℃ 내지 400℃에서의 가열 후, 상기 형상은 100 내지 4000μΩ㎝ 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따르면, 저렴한 전도체 전구체 조성물은 비결정성 탄소, 흑연, 철, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴의 그룹에서 선택된 마이크로 사이즈의 파티클을 5 내지 20부피%, 및 본질적으로 전도성인 폴리머에 대한 전구체를 20 내지 50중량% 포함하며, 나머지는 용매, 비히클 및 그 밖의 첨가제이다. 100℃ 내지 200℃에서의 가열 후, 상기 형상은 5,000 내지 15,000μΩ㎝ 범위의 벌크 전도율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 은-팔라듐 조성물은 솔더 리칭에 대한 저항성을 제공할 수 있다. 일실시예에서, 상기 조성물은 그것의 융점에서 60/40 납-주석 솔더를 기준으로, 3딥(dips)에 대한 저항성을 제공한다,
본 발명의 조성물 및 방법은 다양한 특이한 구조를 제조하는데 유익하다.
일실시예에서, 증착된 형상의 평균 두께는 약 0.01㎛보다 두껍고, 보다 바람직하게는 약 0.05㎛ 보다 두꺼우며, 보다 더 바람직하게는 약 0.1㎛ 보다 두껍고, 보다 더 바람직하게는 약 0.5㎛ 보다 두껍다. 이러한 두께는 약 1㎛ 보다 더 두꺼울 수 있으며, 예를 들면 약 5㎛ 보다 두꺼울 수 있다. 이러한 두께는, 단층 이상의 증착에 의한 물질의 분리된 단위의 증착 또는 잉크-젯 증착에 의해 수득될 수 있다. 단층을 증착하고 건조한 후, 이러한 사이클을 반복할 수 있다.
또한, 비아를 본 발명의 저점도 전구체 조성물로 채울 수 있다. 상기 비아를 채우고, 건조하여 다량의 용매를 제거한 후, 부가적으로 채울 수 있으며, 상기 비아를 채우기 위해서는 이러한 타입을 2사이클 이상 사용할 수 있다. 이어서, 상기 비아를 처리하여 상기 물질을 그것의 최종 조성물로 전환시킬 수 있다. 전환 후에는 또한, 보다 많은 전구체 조성물을 첨가하고, 건조한 후, 상기 물질을 생성물로 전환시켜, 최종 생성물로의 전환시에 손실된 대용량의 물질을 대체시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물 및 방법을 사용하여 도트, 스퀘어, 및 그 밖의 물질의 분리된 영역을 형성할 수 있다. 상기 영역은 100㎛ 이하 등의 250㎛ 이하의 최소한의 형상 사이즈를 가질 수 있으며, 25㎛ 이하 및 보다 작은 10㎛ 등의 보다 작은 50㎛의 최소한의 형상 사이즈를 가질 수 있다. 이들 형상은, 단일의 작은 방울 의 잉크-젯 인쇄 또는 동일한 위치에의 다수의 작은 방울의 잉크-젯 인쇄에 의해, 증착된 작은 방울들 사이 또는 다수의 작은 방울들이 증착된 주기들 사이에 건조되거나, 건조되지 않고 증착될 수 있다. 일실시예에서, 상기 기판 물질 상의 상기 전구체 조성물의 표면 장력은, 인쇄 이후에 상기 조성물이 그 자체와 접하도록 상기 표면의 불량한 젖음성을 제공하기 위하여 선택된다. 이것은, 상기 작은 방울의 직경과 동일하거나 보다 작은 사이즈를 가지는 증착물을 생성하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 조성물 및 방법은 라인을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에서, 상기 라인은 100㎛ 이하 등의 250㎛ 이하의 평균폭을 유익하게 가질 수 있고, 보다 작은 50㎛의 평균폭을 가질 수 있다.
본 발명의 조성물 및 방법은, 형성될 기판에 대해 양호한 접착성을 가지는 형상을 생성한다. 예를 들면, 전도성 형상은 적어도 10뉴턴/㎝의 박리 강도로 상기 기판에 접착할 것이다. 접착성은 스카치 테이프를 사용하여 측정할 수 있으며, 여기서 스카치-테이프를 형상에 붙인 후, 흔적면 및 기판에 대해서 수직으로 떼어낸다. 여기에는 약 10N/㎝의 힘을 가한다. 합격 기준은, 상기 테입에 상기 형상으로부터의 잔여물이 거의 또는 전혀 잔류하지 않는 경우이다.
응용
본 발명의 저점도 전구체 조성물 및 방법은 다양한 적용에 유익하게 사용될 수 있다. 하기 설명은, 본 발명의 방법 및 조성물이 적용되는 디바이스 및 구성 성분의 타입에 어떤 제한도 두지 않는다.
본 발명의 상기 조성물 및 방법은 RF(radio frequency, 무선 주파수) 태그 및 스마트 카드용 투명 안테나의 제조에 사용될 수 있다. 이것은, ITO와 같은 투명 전도성 금속 옥사이드를 포함하는 조성물에 의해 가능하다. 또다른 일실시예에서, 상기 조성물은 전도율을 향상시키기 위해서 일부 금속을 포함할 수도 있다. 일실시예에서, 상기 안테나는 약 10 내지 100,000Ω/스퀘어의 표면 저항율을 가지는 물질을 포함한다. 또다른 일실시예에서, 상기 안테나는 실질적으로 순수한 은의 저항율의 3배 이하의 저항율을 가지는 전도체를 포함한다. 고전도율 트레이스는 유도 결합 안테나용으로 요구되는 반면에, 전도성 금속 옥사이드는 정전기적(용량적으로 결합된) 안테나에 사용될 수 있다.
또한, 상기 조성물은 솔더 대체물로서 적용할 수도 있다. 그러한 조성물은, 은, 납 또는 주석을 포함할 수 있다.
상기 조성물 및 방법은, 스마트 카드 및 RF 태그 내의 칩 및 그 밖의 구성 성분 간을 접속시키는데 사용될 수 있다.
일실시예에서, 인쇄될 표면은 편평하지 않으며, 비-접촉 인쇄 접근법이 사용된다. 상기 비-접촉 인쇄 접근법은, 잉크-젯 인쇄법 또는 상기 표면 상에 유체의 분리된 단위의 증착을 제공하는 또다른 기술일 수 있다. 편평하지 않은 표면의 일예에는, 자동차 앞유리, 전자 부품, 전자 패키지 및 바이저(visors)가 포함된다.
상기 조성물 및 방법은 잡지에 포함되는 게임용 등의 1회용 전자 제품을 인쇄할 수 있게 한다. 상기 조성물은 종이 및 카드보드와 같은 셀룰로오스-계 물질 상에 유익하게 증착되고 반응될 수 있다. 상기 전구체 조성물이 기판에서 흐르는 것을 방지하기 위하여, 필요에 따라 상기 셀룰로오스-계 물질을 코팅할 수 있다. 예를 들면, UV 경화 폴리머로 상기 셀룰로오스-계 물질을 코팅할 수 있다.
상기 조성물 및 방법은, 범프-하부의 금속화(under-bump metallization), 재분배 패턴 및 기초 회로 부품의 형성을 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물 및 처리는 특히, 원형 설계 또는 로우-볼륨 생산(low-volume production)을 위한 멀티칩 모듈과 같은 마이크로전자 부품을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 형상의 직접-기록 증착법이 뛰어난 잇점을 갖는 또다른 기술은, 플라즈마 디스플레이 패널 등의 평면 패널 디스플레이에 대한 기술이다. 전자 파우더의 잉크-젯 증착법은 플라즈마 디스플레이 패널 용의 전극을 형성하는데 특히 유용한 방법이다. 본 발명에 따른 상기 전자 파우더 및 증착 방법은, 버스 라인 및 격벽 뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널용의 전극을 형성하는데 유익하게 사용될 수 있다. 일반적으로, 금속 페이스트는 유리 기판 상에 인쇄되고, 대기 중 약 450℃ 내지 600℃에서 소성된다. 저점도 전구체 조성물의 직접-기록 증착법은 페이스트 기술에 보다 빠른 생산 시간, 및 원형 및 로우-볼륨 제품의 생산에의 유연성 등의 많은 장점을 제공한다. 증착된 형상은 높은 해상도 및 치수 안정성을 가질 것이며, 높은 밀도를 가질 것이다.
또다른 타입의 평면 패널 디스플레이는 전계 방출 디스플레이(field emission display, FED)이다. 본 발명의 상기 증착 방법은 그러한 디스플레이의 마이크로팁 이미터를 증착하는데 유익하게 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 잉크-젯 증착 공정 등의 직접-기록 증착 공정은, 상기 디스플레이 패널의 후부에 마이크로팁 이미터를 정확하고 균일하게 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 또다른 타입의 전자 파우더는 투명 전극 파우더, 특히, ITO라 불리는 인듐-주석 옥사이드이다. 그러한 물질은 디스플레이 적용에서, 특히 박막 전계발광(thin-film electroluminescent, TFEL) 디스플레이용의 전극으로서 사용된다. ITO 전극 패턴, 특히 인디시아(indicia)의 분리된 패턴을 형성하기 위하여, 잉크-젯 등을 포함하는 본 발명의 직접-기록 방법을 이용하여 유익하게 증착할 수 있다.
또한, 본 발명은 변압기, 전력 전환기, 및 위상 천이기(phase shifter)를 포함하는 인덕터-계 디바이스에 적용될 수 있다. 그러한 디바이스의 일예는 Haertling et al.에 의한 미국 특허 제5,312,674호 공보; Washburn et al.에 의한 미국 특허 제5,604,673호 공보; Stitzer에 의한 미국 특허 제5,828,271호 공보에 개시되어 있다. 상기에서 언급한 미국 특허 공보들은 각각 본 명세서에서 그대로 참조된다. 각 디바이스에서, 인덕터는 일반적으로 박막 페이스트 방법을 사용하여, 보통 전기 전도성 트레이스의 나선형 코일로 형성된다. 가장 유익한 특성을 제공하기 위해서는, 일반적으로 은인 금속화 층은 미세한 피치(라인 공간)를 가져야 한다. 출력 전류는, 상기 라인폭을 감소시키고, 라인들 간의 거리를 감소시킴으로써, 현저하게 증가시킬 수 있다. 본 발명의 직접-기록 공정은 저온 공소성 세라믹(low temperature cofire ceramic, LTCC) 패키지에 사용되는 디바이스를 형성 하는데 특히 유익하다.
또한, 본 발명은 셀룰러 폰에 사용되는 안테나 등의 안테나를 제조하는데 사용될 수 있다. 안테나의 설계는 적정 설계에 도달하기 위하여 일반적으로 많은 노력을 필요로 하고, 에러를 반복한다. 본 발명의 직접-기록 공정은 빠르고 효과적인 방식으로 안테나 원형을 유익하게 형성하게 함으로써, 상품 개발 시간을 감소시킨다. 마이크로스트립 안테나의 일예는, Toriyama에 의한 미국 특허 제5,121,127호 공보; Lalezari에 의한 미국 특허 제5,444,453호 공보; Hagiwara et al.에 의한 미국 특허 제5,767,810호 공보; Ko et al.에 의한 미국 특허 공보 제5,781,158호 공보에 개시되어 있다. 이들 각 미국 특허 공보는 본 명세서에서 그대로 참조된다. 본 발명의 방법들은 안테나 어셈블리의 전도체를 형성하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 전구체 조성물 및 방법은, 표면 및 그 밖의 부품에 칩을 부착시키기 위하여 전자칩 하부에 사용되는 언더필 물질을 적용하는데 사용될 수 있다. 속이 빈 파티클들이 특히 유익하며, 이는 상기 속이 빈 파티클들이 실질적으로 중성적인 부력을 가지기 때문이다. 이는 상기 파티클들이 칩과 그 아래 표면 사이의 액체 중에 침강되지 않고, 언더필 적용에 사용될 수 있게 한다. 또한, 상기 파티클들의 구상의 형태는, 그들이 작은 갭을 통해 보다 빨리 흐를 수 있도록 한다. 이에 의해, 조밀한 파티클들에서 종종 관찰되는 층의 형성이 현저히 감소된다. 또한, 매우 높은 열 전도율을 요구하지 않으므로, 이러한 적용에는 실리카가 종종 사용된다. 또다른 적용에서, 상기 물질은 전기적으로 전도성이 아닌, 열적으로 전도성이어야 한다. 따라서, 보론 나이트라이드(BN) 등의 물질을 사용할 수 있 다.
본 발명의 저점도 전구체 조성물 및 증착 방법으로 할 수 있는 부가적인 적용에는, 전기 변색 디스플레이, 전기 영동 디스플레이, 및 발광 폴리머-계 디스플레이 등의 저렴하거나 1회용인 전자 디바이스가 포함된다. 그 밖의 적용에는, 저렴하거나 1회용인 발광 다이오드, 태양 전지, 휴대용 컴퓨터, 무선 호출기, 셀폰 등의 매우 다양한 디바이스에 장착되는 회로, 및 개인용 수첩(personal organizers) 및 웹-활용 셀폰 등의 매우 다양한 인터넷 호환 디바이스에 장착되는 회로가 포함된다. 또한, 본 발명은 매우 다양한 보안 및 인증 적용도 가능하다. 예를 들면, 탁상 출판과 컬러-복사기의 출연 및 개발은, 문서 및 쿠폰의 위조 기회를 매우 증가시켰다. 본 발명은 쿠폰 회수, 목록 보안, 지폐 보안, 컴팩트 디스크 보안, 및 자동차 면허증 및 여권의 보안을 포함하는 다양한 분야에 유용성이 있다. 또한, 본 발명은 마그네틱 스트립에 대한 효과적인 대안으로서 사용될 수 있다. 현재, 마그네틱 스트립은, 제조시에 프로그램화된, 신용카드 번호 등의 식별 번호를 포함한다. 이러한 스트립은 쉽게 복사되거나 개질되기 때문에, 파손되기 쉽고 위조가 가능하다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 기판 상에 회로를 인쇄할 수 있고, 특정 소비자 정보를 암호화시켜둘 수 있다. 따라서, 보안 디바이스로서 마그네틱 스트립을 사용하는 신용 카드, ATM 카드, 및 그 밖의 추적 카드(tracking card)의 보안을 향상시키기 위하여, 본 발명을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 조성물 및 방법은 평면 패널 디스플레이에 사용될 수 있는 전도성 형상을 생성할 수 있다. 디스플레이 디바이스에서 전극으로 사용되는 전도성 물질은, 종래부터 기판 상에 에칭, 증발 및 스퍼터링하는 등의 공업적 증착 처리법에 의해 제조되어 왔다. 전자 디스플레이에서는, 디스플레이 이미지가 보여질 수 있도록 하기 위해, 투명 전극을 사용하는 것이 종종 요구된다. 진공-증착 또는 스퍼터링 처리 수단에 의해 증착된 인듐 주석 옥사이드(ITO)가 이러한 적용에 광범위하게 수용됨을 발견하였다. Yukinobu et al.에 의한 미국 특허 제5,421,926호 공보에는, ITO 잉크를 인쇄하는 공정이 개시되어 있다. 배면 전극(즉, 상기 디스플레이가 보이는 쪽 이외의 전극)에는, 종종 투명 전도체를 사용하는 것이 요구되지 않는다. 따라서, 배면 전극은 종래의 공정에 의해, 종래의 물질로 형성될 수 있다. 상기 배면 전극은 예전부터 비용이 많이 드는 스퍼터링 또는 진공 증착 방법에 의해 형성되어 왔다. 본 발명에 따른 상기 조성물은 플라스틱 등의 저온 기판 상에 금속 전극을 직접 증착 가능하게 한다. 예를 들면, 은 전구체 조성물은 잉크-젯 인쇄되고 150℃에서 가열되어, 우수한 접착성 및 1Ω/스퀘어 미만의 시트 저항값을 가지는 150㎛ × 150㎛ 스퀘어를 형성할 수 있다.
일실시예에서, 상기 전구체 조성물은 기판 상에 비-선형 엘리먼트 등의 전기 엘리먼트를 상호접속시키기 위해 사용된다. 본 명세서에서, 비-선형 엘리먼트란, 자극에 대하여 비선형 반응을 나타내는 전자 디바이스로 정의된다. 예를 들면, 다이오드는, 비선형적인 출력 전류/입력 전압 반응을 나타내는 것으로 알려져 있다. 전계발광 픽셀은 비선형적인 광-출력/인가-전압 반응을 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한, 비선형 디바이스에는 TFTs 및 OFETs 등의 트랜지스터, 전계 발광 픽셀, 플라즈마 디스플레이 픽셀, 전계 방출 디스플레이(FED) 픽셀, 유기 발광 디바이스(OLED) 픽셀 등의 방출 픽셀, 전기 변색 물질, 회전가능한 마이크로캡슐화된 마이크로스피어(rotatable microencapsulated microspheres), 액체 크리스탈, 광전자 엘리먼트를 포함하는 반사 픽셀 등의 비방출 픽셀, 및 습도 센서 등의 광범위한 센서가 포함되지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
매트릭스 어드레싱을 촉진시키는 비선형 엘리먼트는, 많은 디스플레이 시스템의 필수적인 부분이다. M×N 픽셀 디스플레이에 대해서는, M 행 전극과 N 열 전극이 서로에 대해 직각으로 패턴화된 다중 송신 어드레싱 구성을 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 구성은 단지 M+N 어드레스 라인 만을 요구한다(각 픽셀에 대하여 분리된 어드레스 라인을 요구하는 직접-어드레스 시스템용의 M×N과 대비됨). 매트릭스 어드레싱의 사용은 전력 소비 및 제조 비용을 현저히 절감시킨다. 실제 문제로서, 매트릭스 어드레싱을 사용한 실행은 관련된 디바이스 내의 비선형성의 존재에 따라 보통 정해진다. 상기 비선형성은 전극들 사이의 혼선을 제거하고, 임계화 기능을 제공한다. 디스플레이에 비선형성을 도입하는 종래의 방법은, 비선형 전류/전압 관계를 나타내는 디바이스를 가지는 백플레인을 사용하는 것이다. 그러한 디바이스의 일예에는, 박막 트랜지스터(thin-film transistors, TFT) 및 금속-인슐레이터-금속(metal-insulator-metal, MIM) 다이오드가 포함된다. 이들 디바이스가 원하는 결과를 달성하는 동안, 비교적 제조 수율이 불량할 뿐만 아니라, 생산비가 높은 박막 공정을 포함한다.
본 발명은 소스, 드레인 및 게이트를 포함하는 비선형 디바이스의 전도성 부품의 직접 인쇄를 가능하게 한다. 이들 비선형 디바이스들은, 유기 전계 효과 트 랜지스터(organic field effect transistors, OFET) 또는 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 등의 직접적으로 인쇄된 유기 물질, 직접적으로 인쇄된 무기 물질, 및 무기 게이트 유전체를 가지는 폴리머-계 전계 효과 트랜지스터 등의 하이브리드 유기/무기 디바이스를 포함할 수 있다. 이들 전도성 물질의 직접 인쇄로, 광역 평면 디스플레이를 저렴하게 제조할 수 있을 것이다.
본 발명의 조성물 및 방법은, 어드레스 라인 또는 데이터 라인을 형성하기 위하여 평면 패널 디스플레이에 사용될 수 있는 전도성 패턴을 생성할 수 있다. 상기 라인은 투명 전도성 폴리머, ITO 등의 투명 전도체, 금속 또는 그 밖의 적합한 전도체로부터 제조될 수 있다. 본 발명은 잉크-젯 디바이스 등의 증착 툴을 이용하여 어드레스 및 데이터 라인을 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명의 전구체 조성물은 플라스틱 기판 및 종이 기판 등의 광역의 유연성 기판 상에 인쇄될 수 있으며, 광역의 유연성 디스플레이용으로 특히 유용하다. 어드레스 라인은 비-전도성 폴리머 등의 적절한 인슐레이터 또는 그 밖의 적합한 인슐레이터로 부가적으로 절연시킬 수 있다. 또는, 또다른 목적을 위해, 적절한 인슐레이터를 형성하여 전도성 라인들의 열 사이, 어드레스 라인의 열과 행 사이, 어드레스 라인들의 행 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이들 라인은 상기 전구체 조성물를 잉크-젯 인쇄함으로써, 약 1㎛의 두께 및 100㎛의 라인폭으로 인쇄될 수 있다. 이들 데이터 라인은 수미터의 연속 길이를 가지는 넓은 기판 상에, 연속적으로 인쇄될 수 있다. 표면 개질은 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 조성물을 한정시키고, 라인을 10㎛ 정도로 좁게 인쇄하기 위해 채용할 수 있다. 증착된 라인은 200℃에서 가열 되어, 등가의 순수한 금속 전도율의 10% 이상의 벌크 전도율을 가지는 금속 라인을 형성할 수 있다.
평면 패널 디스플레이는 방출 픽셀 또는 반사 픽셀을 통합할 수 있다. 방출 픽셀의 몇몇 예에는, 전계 발광 픽셀, 플라즈마 디스플레이 픽셀 등의 광발광 픽셀, 전계 방출 디스플레이(FED) 픽셀, 및 유기 발광 디바이스(OLED) 픽셀이 포함된다. 반사 픽셀은 전기장을 사용하여 변화시킬 수 있는 조영제(contrast media)를 포함한다. 조영제는, 전기 변색 물질, 회전가능한 마이크로캡슐화된 마이크로스피어, 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystals, PDLCs), 고분자 안정형 액정(polymer stabilized liquid crystals), 표면 안정형 액정, 스맥틱 액정(smectic liquid crystals), 강유전성 물질, 또는 종래에 잘 알려진 그 밖의 조영제일 수 있다. 이러한 많은 조영제는 파티클계 비방출 시스템(particle-based non-emissive systems)을 사용한다. 파티클계 비방출 시스템의 일예에는, 캡슐화 전기영동 디스플레이(전기장의 영향하의 유전체 유체 내에서 파티클이 이동); 미국 특허 제5,604,027호 공보 및 미국 특허 제4,419,383호에 개시되어 있는 전기적 또는 자기적 유도 회전-볼 디스플레이(본 명세서에서 그대로 참조됨); 및 미국 특허 제4,211,668호 공보, 미국 특허 제5.057.363호 공보 및 미국 특허 제3.683.382호 공보에 개시되어 있는, 마이크로 자기 또는 정전 파티클을 기초로 한 캡슐화 디스플레이(본 명세서에서 그대로 참조됨)이 포함된다. 바람직한 파티클 비방출 시스템은, 본 명세서에서 그대로 참조되는 Jacobson et al.에 의한 미국 특허 제5,930,026호 공보에 개시되어 있는 일예인, 분리된 마이크로캡슐화 전기영동 엘 리먼트를 기초로 한다.
일실시예에서, 본 발명은 어드레서블하고(addressable), 재사용할 수 있으며, 종이와 같은 시각 디스플레이용의 전기 상호접속 및 전극과 같은 전도성 형상을 직접적으로 인쇄하는 것과 관련이 있다. 종이와 같은 시각 디스플레이의 일예에는, "지리콘"(gyricon; 트위스트 파티클) 디스플레이 및, 미립자 전기영동 디스플레이(E-ink Corporation, Cambridge, MA에서 구입가능) 등의 전자종이 형태가 포함된다. 지리콘 디스플레이는 광학상의 이방성 파티클로 이루어진 어드레서블 디스플레이이며, 상기 파티클들은 시청자에게 원하는 면을 보여주기 위하여 각 파티클이 선택적으로 회전할 수 있다. 예를 들면, 지리콘 디스플레이는 "볼(balls)"을 포함할 수 있으며, 각각의 볼은 한 쪽이 검정색이고 다른 쪽이 흰색인 두개의 구분되는 반구를 가진다. 각 반구는 별개의 전기적 특성(예를 들면, 유전체 유체에 대한 제타 전위)을 가지므로, 상기 볼은 광학적으로 이방성일 뿐만 아니라, 전기적으로도 이방성이다. 상기 볼은 유전체 유체의 존재에 있어서 전기적으로 이극성이며, 회전한다. 볼은 시트면을 보고있는 시청자에게 검정색 반구 또는 흰색 반구가 보여지도록, 전기장의 적용에 의해 각각 유체로 채워진 캐비티 내에서 선택적으로 회전할 수 있다.
또다른 일실시예에서, 본 발명은 유기 발광 디스플레이(OLEDs) 용의 전기적 상호접속 및 전극과 관련이 있다. 유기 발광 디스플레이는 투명 전도성 물질(예를 들면, ITO)로 코팅된 투명 기판, 1개 이상의 유기층, 및 일함수 특성이 낮은 금속(예를 들면, 칼슘 또는 마그네슘)을 증발 또는 스퍼터링함으로써 제조한 음극으로 이루어진 발광형 디스플레이이다. 상기 유기층 재료는 충전 주입을 제공하고, 둘 다의 전극으로부터 전자가 재결합하여 빛을 방출하는 전계 발광 유기 층(EL)으로 이동시키도록 선택된다. 상기 투명 전도성 물질과 EL 사이에는 1개 이상의 유기 전공 전송층이 있을 수 있으며, 상기 음극과 EL 사이에는 1개 이상의 전자 주입층 및 전자 수송층이 있을 수 있다. 본 발명에 따른 전도체 조성물은 저온 기판, 예를 들면 OLEDs 용으로 특히 바람직한 유연성 광역 플라스틱 기판 상에, 금속 전극의 직접 증착을 가능하게 한다. 예를 들면, 금속 전구체 조성물을 잉크-젯 인쇄하고, 150℃에서 가열하여, 우수한 접착성 및 1Ω/스퀘어 미만의 시트 저항값을 가지는 150㎛×150㎛ 스퀘어 전극을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물 및 인쇄 방법은 OLEDs 용의 행렬 어드레스 라인의 인쇄를 가능하게 한다. 이들 라인은, 잉크-젯 인쇄법을 사용하여 두께를 약 1㎛ 및 라인폭을 100㎛로 인쇄할 수 있다. 이들 데이터 라인은 수미터의 연속 길이를 가지는 넓은 기판 상에, 연속적으로 인쇄될 수 있다. 표면 개질은 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 전구체 조성물을 한정시키고, 상기 라인들을 10㎛ 정도로 좁게 인쇄하기 위해 채용할 수 있다. 상기 인쇄된 잉크 라인들은 150℃에서 가열되어, 등가의 순수한 금속 전도율의 5% 정도의 벌크 전도율을 가지는 금속 라인을 형성할 수 있다.
일실시예에서, 본 발명은 수동 매트릭스 및 능동 매트릭스를 포함하는 액정 디스플레이(LCDs)용의 전기적 상호접속 및 전극과 관련이 있다. LCDs의 특정 일예에는, 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN), 슈퍼트위스티드 네마틱(STN), 더블 슈퍼트위스티드 네마틱(DSTN), 위상지연판 슈퍼트위스티드 네마틱(retardation film supertwisted nematic, RFSTN), 강유전성액정 디스플레이(FLCD), 게스트-호스트 액정 디스플레이(GHLCD), 폴리머-분산형(PD), 폴리머 네트워크(PN)이 포함된다.
박막 트랜지스터(TFTs)는 종래에 잘 알려져 있고, 상업적 중요성이 고려된다. 비결정성 실리콘-계 박막 트랜지스터는 수동 매트릭스 액정 디스플레이에 사용된다. 박막 트랜지스터의 장점은, 그것을 제조하는데 사용되는 기술 및 재료 둘 다의 관점에서, 그것을 제조하는데 비용이 많이 들지 않는다는 것이다. 가능한 한 저렴하게 개개의 TFTs를 제조하는 것에 더하여, TFTs를 사용하는 집적회로 디바이스도 저렴하게 제조하는 것이 바람직하다. 따라서, TFTs와 집적회로를 제조하기 위한 저렴한 방법은, 본 발명에서와 같이, 인쇄된 로직을 가능하게 하는 기술이다.
많은 제품에 있어서, 무기 상호접속(inorganic interconnects)의 전도성은 높은 RC 시상수로 인하여 집적 회로의 원하는 스위칭 속도를 얻기에 적합하지 않다. 본 발명의 전구체 조성물에 의해 가능한 것으로서, 인쇄된 순수 금속은 원하는 성능을 달성한다. 본 발명에 개시되어 있는 은 전구체 조성물을 사용하여 인쇄한 금속 상호접속은, 폴리머 트랜지스터를 접속하기 위해 사용된 전류 전도성 폴리머 상호접속 물질에 비해, 1/100,000, 보다 바람직하게는 1/1,000,000 배만큼 저항(R)이 감소할 것이고, 그와 관련하여 시상수(RC)가 감소할 것이다.
활성 물질로서 유기 반도체를 가지는 전계-효과 트랜지스터(FETs)는, 계획된 유기 제어, 메모리, 또는 논리 회로에 있어서의 중요한 스위칭 컴포넌트로서, 플라스틱-계 회로라고도 한다. 그러한 플라스틱 전자제품에서 기대되는 장점은, 종래의 실리콘-계 디바이스보다 용이하게 제조할 수 있다는 것이다. 따라서, 플라스틱 전자제품은 실리콘-계 디바이스에 의해 제공되는 성능 수준 및 디바이스 밀도를 달성하는 것이 필수적이지 않을 경우에 비용상 장점을 제공한다. 예를 들면, 유기 반도체는 기상 증착된 무기물에 비해 보다 훨씬 쉽게 인쇄될 것이 기대되며, 또한 최근에 제안된 용액-증착(solution-deposited) 무기 반도체 물질에 비해 공기에 덜 민감할 것으로 기대된다. 이러한 이유들 때문에, 유기 반도체 물질 및 디바이스 영역으로 확장된 상당한 노력들이 있다.
유기 박막 트랜지스터(TFTs)는 휴대용 컴퓨터 및 무선 호출기의 디스플레이 드라이버에 사용되는 플라스틱 회로 디바이스의 핵심 부품, 및 거래 카드 및 식별 태그의 메모리 엘리먼트가 될 것으로 기대된다. 일반적인 유기 TFT 회로는, 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 게이트 유전체, 층간 유전체, 전기적 상호접속, 기판 및 반도체 물질을 포함한다. 본 발명의 전구체 조성물은, 상기 반도체 물질은 제외한 이러한 회로의 모든 부품을 증착하는데 사용될 수 있다.
유기 TFT 회로가 상업적으로 사용될 수 있기 위한 가장 중요한 요소 중 하나는, 실리콘 기술(즉, 릴-투-릴형 인쇄법에 의한 것)에 비해 모든 부품을 기판 상에 빨리, 쉽게, 저렴하게 증착할 수 있는 것이다. 본 발명의 전구체 조성물은 이러한 부품의 증착을 위해 잉크-젯 인쇄 등의 저렴한 증착 기술을 사용할 수 있다.
본 발명의 전구체 조성물은, 스마트 태그, 스마트 라벨, 및 무선 주파수 식별 태그 등의 넓은 범위의 식별 디바이스 뿐만 아니라, 전기적 커넥터의 직접 인쇄를 위해서도 특히 유용하다. 넓은 의미에서, 상기 전도성 전구체 조성물은, 반도체 무선 주파수 트랜스시버 디바이스의 전기적 접속이, 안테나 구조 및 특히 무선 주파수 식별 디바이스 조립품으로 사용되도록 할 수 있다. 무선 주파수 식별 디바이스("RFID")는, 정의에 의하면, 판독기와 태그를 포함하는 자동 식별 및 데이터 포착 시스템이다. 데이터는 전기장 또는 변조된 유도 또는 방출 전자기 캐리어에 의해 전송된다. RFID 디바이스는, 예를 들면, 스마트 카드, 스마트 라벨, 보안 뱃지, 및 가축 태그 등의 형태로 보다 일반화되고 있다.
또한, 본 발명의 전구체 조성물은, 전자 라벨의 저비용, 하이 볼륨(high volume), 고액 주문 생산을 가능하게 한다. 그러한 라벨은, 인간 또는 기계 판독가능 형태로 아이템과 관련된 정보를 수집, 처리, 전시 및/또는 전송하기 위하여 다양한 사이즈 및 모양으로 형성할 수 있다. 본 발명의 전구체 조성물은 전자 라벨 내의 논리 회로, 전자적 상호접속, 안테나 및 디스플레이 형상을 형성하는데 요구되는 전도성 형상을 인쇄하기 위해 사용될 수 있다. 상기 전자적 라벨은 미국 특허 제5,599,046호 공보에 개시되어 있는 패턴으로 나타내어진 회로 엘리먼트를 가지는 복권 구조 등의 보다 큰 인쇄된 아이템의 필수 부분일 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예에서, 본 발명에 따라 형성되는 상기 전도성 형상은 광발전 패널을 제조하기 위한 전자 회로로서 사용될 수도 있다. 최근에는, 태양 전지의 대량 생산에 종래의 스크린-인쇄법이 사용된다. 일반적으로, 태양 전지의 상부 접촉면 패턴은, 반도체 기판 또는 웨이퍼 상의 평행한 좁은 핑거 라인(finger lines), 및 상기 핑거 라인에 대하여 반드시 직각으로 증착된 넓은 콜렉터 라인(collector lines)의 세트로 이루어진다. 그러한 결정형 태양 전지의 앞쪽 접촉면 형성은 표준 스크린-인쇄 기술에 의해 수행된다. 본 발명의 전구체 조 성물에 의한 이들 접촉면의 직접 인쇄는, 생산의 단순화, 자동화 및 저비용화의 장점을 제공한다.
낮은 직렬 저항 및 낮은 금속 적용 범위(낮은 정면 음영)는, 태양 전지의 정면 금속화를 위한 기본적인 요구 사항들이다. 종래의 스크린-인쇄법을 사용하면 100 내지 150㎛의 최소 금속화 폭이 얻어진다. 이는 상기 태양 전지의 정면의 음영을 비교적 높게 한다. 상기 음영을 줄이기 위해서는, 접촉 라인들 간의 큰 거리가 2 내지 3㎜인 것이 요구된다. 한편, 이는 매우 도핑된, 전도성 발광층의 사용을 수반한다. 그러나, 무거운 발광 도핑은 짧은 파장의 빛에 대한 불량한 반응을 야기한다. 보다 좁은 전도성 라인은 본 발명의 전구체 조성물 및 인쇄 방법을 사용하여 인쇄할 수 있다. 본 발명의 전도성 전구체 조성물은 20㎛ 미만까지 보다 미세한 형상의 직접 인쇄를 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 전구체 조성물은, 200℃ 정도로 낮은 온도에서의 처리 후, 2배 정도로 낮은 벌크 저항율의 인쇄된 형상의 저항값을 가지는 순수한 금속의 인쇄를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 낮은 처리 능력 및 직접-기록 증착 능력은, 특히 유기 및 유연성 기판 상에 광역 태양 전지의 제조를 가능하게 한다. 이것은 특히, 유기 반도체 등의 유기 광기전력 물질을 기초로 한 신규의 태양 전지 기술, 및 Graetzel et al.에 의한 미국 특허 제5,463,057호 공보에 개시되어 있는 염료 감응 태양 전지 기술의 제조에 유용하다. 본 발명에 따른 전구체 조성물은 직접적으로 인쇄되고 가열되어 등가의 순수한 금속 전도율의 10% 정도의 벌크 전도율을 야기할 수 있으며, 플렉시 글래스(plexiglass; PMMA) 등의 폴리머 기판 상에서 200℃ 미만의 온도 에서 인쇄된 형상을 가열함으로써 달성할 수 있다.
본 발명의 또다른 일실시예는 인쇄 회로 기판(printed wiring board, PWBs) 및 인쇄 회로 기판(printed circuit boards, PCBs) 제조용 전자 회로의 생산을 가능하게 한다. 인쇄 회로 기판의 제조에 사용된 종래의 감산 공정에서는, 패턴막을 제조하여 회로 패턴을 형성한다. 상기 패턴막은 CAD(computer-aided design system)로부터 출력된 회로 패턴 데이터에 따라 레이저 플로터 수단에 의해 제조되며, 레지스트 잉크 또는 건조막 레지스트에 의해 구리 호일 상에 에칭된다.
그러한 종래의 공정에 있어서, 포토-레지스트 잉크를 사용하는 경우에는 먼저 패턴막을 형성하고 인쇄판을 제조하는 것이 필수적이며, 건조막 레지스트를 사용하는 경우에는 적층 단계, 노출 단계 및 현상 단계를 따르는 것이 필수적이다.
상기 방법들은 디지털화된 회로 데이터를 아날로그 화상-형성 단계로 되돌리는 방법이라 말할 수 있다. 스크린-인쇄법은 인쇄판의 인쇄 정밀도 때문에 제한된 작업 사이즈를 가진다. 건조막 공정은 사진 공정이며, 그것은 높은 정밀도를 제공하지만, 많은 단계를 필요로 하여 특히 소량의 제조시에 고비용을 야기한다.
본 발명의 전구체 조성물 및 인쇄 방법은 최근의 PWB 형성 공정의 한계를 극복하는 해답을 제공한다. 예를 들면, 본 발명의 전구체 조성물 및 인쇄 방법은 어떤 폐기물도 생성하지 않는다. 본 발명의 인쇄 방법은 단일 단계의 직접 인쇄 공정이며, 소량 생산 및 생산 실행으로의 빠른 전환을 겸할 수 있다. 예를 들면, 구리 전구체 조성물을 FR4(유리 섬유가 함침된 폴리머) 상에 직접적으로 인쇄하여 상 호접속 회로를 형성할 수 있다. 이들 형상은 인쇄된 구리 전구체를 N2 분위기에서 150℃로 가열하는 것에 의해 형성되며, 라인폭이 100㎛ 이하이고, 라인 두께가 5㎛ 이하이며, 벌크 전도율이 순수한 구리 금속 전도율의 10% 이상인 구리 라인이 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의해 수득되는 패턴화된 전극은, 터치 스크린, 무선 주파수 식별 태그, 전기 변색 유리창의 제조, 및 예를 들면, 할로겐화은 포토그래피 또는 전자포토그래피와 같은 시스템의 이미지화에 있어서, 전자기 복사를 스크리닝하거나 전하를 접지하는데 사용될 수 있다. 미국 특허 제6,124,851호 공보에 개시되어 있는 전자북 등의 고안품은, 본 발명의 조성물을 사용하여 제조할 수 있다.
다음 실시예는 본 발명에 따른 저점도 전구체 조성물의 많은 장점을 보여준다. 참고적으로, 순수 Ag-트리플루오로아세테이트는 열중량 분석에 의하여 인식된 바와 같이 약 325℃의 평균 분해 온도를 갖는다. 순수 Ag-아세테이트는 약 255℃에서 분해된다. 이들 실시예에서 사용된 바와 같이, 열중량 분석은 대기 중에서의 10℃/분의 가열 속도로 샘플(전형적으로 50밀리그램)들을 가열하고, 상기 샘플의 중량 손실을 관찰하는 것으로 구성되었다.
실시예 1 (비교 실시예)
50그램의 Ag-트리플루오로아세테이트와 50그램의 H2O를 포함하는 은 금속 전구체 조성물을 조제하였다. 계산된 전구체 조성물의 은 함유량은 24.4중량%였으며, 열중량 분석은 340℃에서 질량 손실이 78중량%에 이르렀음을 보여주었다. 이 데이터는 순수한 Ag-트리플루오로아세테이트에 합리적인 오차 한계 내에서 상기 분해 온도에 대응된다.
실시예 2 (바람직한 첨가제)
44그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 22그램의 DEGBE 및 1그램의 락트산을 포함하는 은 금속 전구체 조성물을 조제하였다. 계산된 전구체 조성물의 은 함유량은 21.5중량%였으며, 열중량 분석은 215℃에서 질량 손실이 79중량%에 이르었음을 보여주었다. 전환 반응 유도제로서의 DEGBE 의 첨가는, 실시예1 에 기술된 포뮬레이션에 비교하여 125℃만큼 전환 온도를 낮추었으며, 이것은 순수 Ag-트리플루오로아세테이트에 비교하여 약 34%의 감소된 것이다. 락트산이 결정화 저해제로 작용한다.
실시예 3 (비교 실시예)
58그램의 Ag-트리플루오로아세테이트와 42그램의 디메틸포름아미드를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 계산된 전구체 조성물의 은 함유량은 21.5중 량%였으며, 열중량 분석은 335℃에서 78.5중량%의 질량 손실과, 실시예 1에서의 포뮬레이션과 유사한 전환 온도를 보여주었다. 이 실시예는 일반적인 용매(디메틸포름아미드)가 조성물의 전환 온도에 아무런 영향을 주지 않음을 나타낸다.
실시예 4 (바람직한 용매)
64.8그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 34그램의 DMAc 및 1.1그램의 스티렌 알릴 알코올(SAA) 코폴리머 바인더를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 열중량 분석은 275℃에서 전구체의 은으로의 전환이 완료되었음을 나타내었다. DMAc의 사용은 실시예 1과 비교하여 전환 온도를 약 65℃ 감소시켰다.
실시예 5
51그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 16그램의 DMAc 및 32그램의 알파-터피네올을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 계산된 은 함량은 25중량%였다. 열중량 분석은 205℃에서 77중량%의 질량 손실을 나타내었다. 첨가제로서 알파-터피네올이 사용되지 않은 실시예 4에 기재된 조성물과 비교하여, 전환 온도가 70℃만큼 더 감소되었다.
실시예 6
33.5그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 11그램의 락트산 및 53.5그램의 DEGBE를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 계산된 은 함량은 16.3중량%였 다. 열중량 분석은 205℃ 내지 215℃에서 83중량%의 질량 손실을 나타내었다. DMAc 이외에 첨가제로서 DEGBE 를 사용하지 않은 실시예 4에 기재된 조성물과 비교하여, 분해 온도가 60℃ 내지 70℃만큼 더 낮아졌다.
실시예 7
49그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 16그램의 DMAc, 32그램의 알파-터피네올 및 1.2그램의 Pd-아세테이트를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 열중량 분석은 175℃에서 금속 유기 전구체의 완전한 전환을 나타내었다. 전환 온도는 부가적인 첨가제로서 Pd-아세테이트를 사용하지 않은 실시예 5와 비교하여 35℃ 낮아졌다.
실시예 8
46그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 49그램의 DMAc 및 23그램의 Pd-아세테이트를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 열중량 분석은 195℃에서 금속 유기 전구체의 완전한 전환을 나타내었다. 전환 온도는 부가적인 첨가제로서 Pd-아세테이트를 사용하지 않은 실시예 4와 비교하여 80℃ 낮아졌다.
실시예 9
6.8그램의 Ag-아세테이트와 93.1그램의 에탄올아민을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 열중량 분석은 190℃에서 전구체의 은으로의 전환이 완료되었 음을 보여주었다. 이러한 전환 온도는 순수 Ag-아세테이트의 전환 온도보다 65℃ 낮은 것이다.
실시예 10
8.2그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 18.7그램의 Pd-트리플루오로아세테이트, 70.2그램의 DMAc 및 2.8그램의 락트산을 포함하는 은/팔라듐 전구체 조성물을 조제하였다. Ag/Pd 의 목표 비율은 질량비로 40/60 였다. 전구체 조성물의 계산된 Ag/Pd 함량은 10중량%였다. 열중량 분석은 190℃에서 87중량%의 질량 손실을 보여주었다. Pd-트리플루오로아세테이트의 존재는 실시예 4에 기재된 조성물에 비교하여 전환 온도를 80℃ 감소시켰다.
실시예 11
5.2그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 23.4그램의 Pd-트리플루오로아세테이트, 67.9그램의 DMAc 및 3.5그램의 락트산을 포함하는 은/팔라듐 전구체 조성물을 조제하였다. Ag/Pd 의 목표 비율은 질량비로 25/75 였으며, 계산된 Ag/Pd 함량은 10중량%였다. 열중량 분석은 190℃에서 88중량%의 질량 손실을 보여주었다. Pd-트리플루오로아세테이트의 존재는 실시예 4에 기재된 조성물에 비교하여 전환 온도를 80℃ 감소시켰다.
실시예 12
Ag-네오데카노에이트, 용매 및 첨가제를 다양한 양 및 비율로 함유하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 구체적인 실시예는 표 9에 나타내었다. 일반적으로, 분해 온도에서의 차이는 Ag-트리플루오로아세테이트를 함유한 포뮬레이션에서와 같이 현저하지 않았다. 전형적으로, DMAc 또는 NMP 내에 Ag-네오데카노에이트를 함유하고, DEGBE 또는 에틸렌글리콜부틸에테르 및/또는 알파-터피네올을 첨가제로서 함께 함유하는 조성물은, 순수한 Ag-네오데카노에이트보다, 분해온도에서 40℃ 내지 55℃ 낮은 결과를 나타내었다. 자일렌은 Ag-네오데카노에이트의 분해 온도에 영향을 미치지 않았다.
Ag-네오데카노에이트를 사용한 실시예
런 용매 첨가제1 첨가제2 분해온도(℃)
Ag 네오데카노에이트 265
Ag 네오데카노에이트 자일렌 265
Ag 네오데카노에이트 7.6×10-2 몰 DMAc 7.9×10-2 몰 메톡시에탄올 1.45×10-2 몰 250
Ag 네오데카노에이트 1.52×10-2 몰 자일렌 3.58×10-2 몰 1-부탄올 2.67×10-2 몰 250
Ag 네오데카노에이트 7.6×10-2 몰 DMAc 6.43×10-2 몰 DEGBE 1.48×10-2 몰 220-230
Ag 네오데카노에이트 66×10-2 몰 DMAc 6.43×10-2 몰 DEGBE 2.95×10-2 몰 알파-터피네올 5.19×10-2 몰 210-230
Ag 네오데카노에이트 1.14×10-2 몰 DMAc 2.64×10-2 몰 DEGBE 3.1×10-2 몰 EGBE 1.69×10-2 몰 225
Ag 네오데카노에이트 1.14×10-2 몰 DMAc 5.05×10-2 몰 EGBE 2.2×10-2 몰 240
Ag 네오데카노에이트 1.14×10-2 몰 THF 6.1×10-2 몰 EGBE 2.2×10-2 몰 240
Ag 네오데카노에이트 1.55×10-5 몰 자일렌 2.92×10-2 몰 DEGBE 1.79×10-2 몰 230
Ag 네오데카노에이트 9.5×10-2 몰 NMP 6.45×10-2 몰 에탄올아민 1.8×10-2 몰 220
Ag 네오데카노에이트 1.5×10-2 몰 THFc 5.27×10-2 몰 메톡시에탄올 2.89×10-2 몰 250
실시예 13
5그램의 수소화된 금 하이드록사이드, 15ml 의 아세트산 및 3ml 의 트리플루오로아세트산을 함유하는 금 함유 전구체 조성물을 제조하였다. 혼합물을 모든 금 하이드록사이드이 용해될 때 까지 53℃로 24시간 동안 가열하였다. 용액을 마이크로필터를 통하여 여과하여, 금 전구체의 투명한 금색 용액을 수득하였다. 열중량 분석은 125℃에 전구체가 금으로 전환이 완료되었음을 보여주었다.
실시예 14
5그램의 수소화된 금 하이드록사이드과 18ml 의 트리플루오로아세트산을 함유하는 금 함유 전구체 조성물을 제조하였다. 혼합물을 53℃로 3시간 동안 가열한 후 이어서 모든 금 하이드록사이드이 용해될 때 까지 21시간 동안 상온에서 교반하였다. 용액을 마이크로필터를 통하여 여과하여, 금 전구체의 깨끗한 자주색 용액을 수득하였다. 열중량 분석은 상온에서 전구체가 금으로 전환되기 시작하였으며, 90℃의 전환 온도에서 완료되었음을 보여주었다.
실시예 15
48.1그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 48.1그램의 DMAc 및 3.8그램의 DEGBE를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 전구체 조성물을 유리 기판에서 증착시키고, 핫플레이트 상에서 200℃로 가열하였다. 결과물로 얻은 필름은 큰 결정 성장을 보여주었으며 전도성은 없었다. 이것은 Ag-트리플루오로아세테이트의 결정에 기인한 것으로 생각되었다.
실시예 16
48.1그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 48.1그램의 DMAc 및 결정화 저해제로서 3.8그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 조성물을 유리 기판에서 증착시키고, 핫플레이트 상에서 200℃로 가열하였다. 결과물로 얻은 필름은 감소된 결정 성장을 보여주었으며, 결정화 저해제로서 락트산의 효과를 나타내 주었다.
실시예 17
33.5그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 11.2그램의 DMAc, 53.6그램의 DEGBE 및 1.8그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 조성물을 폴리이미드 기판(KAPTON HN, E.I. duPont deNemours Corp., Wilmington, DE)에 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰다. 결과물로 얻은 필름은 심한 스프레딩을 나타내어, 더이상 원래의 패턴과 더 이상 유사하지 않은 영역을 형성하였다. 이 실시예는 부가적인 첨가제가 전구체 조성물의 스프레딩을 제어하는 데에 필요할 수 있음을 나타낸다.
실시예 18
372그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 26.7그램의 DMAc, 0.9그램의 락트산, 34.5그램의 DEGBE 및 스프레딩 조절을 위한 0.9 그램의 SAA 를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 조성물을 폴리이미드 기판(KAPLAN HN) 상에 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰다. 스프레딩은 관찰되지 않았다. 250℃로 오븐에서 가열한 후, 결과물로 얻은 필름은 약간의 수축을 나타내었으며, 벌크 은 저항의 5.2배의 벌크 저항을 가졌다.
실시예 19
21.6그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 35.1그램의 은 나노파티클, 21.6그램의 에틸렌 글리콜 및 21.6그램의 물을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 모든 중량 퍼센트는 최종 조성물의 중량에 대한 것이다. 조성물은 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰으며, 증착된 전구체를 200℃에서 10분동안 가열하여 전도성 트레이스를 형성하였다.
실시예 20
27.5그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 17.7그램의 은 나노파티클, 9.4그램의 DMAc, 43.9그램의 DEGBE 및 1.5그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시키고, 증착된 전구체를 220℃에서 10분동안 가열시켜, 순수 벌크 은의 저항보다 약 10배를 넘지 않는 저항을 갖는 전도성 트레이스를 형성하였다.
전구체 용해도
다양한 용매에서의 전구체 재료의 용해도를 테스트하였다. 테스트 용액은 각 용매에 전구체를 용해시켜 제조하였다. 소량의 고체 전구체를 증가적으로 가하였으며, 용액을 10 내지 30분 동안 흔들었다. 이러한 방법에 의하여 용해도가 한계에 다다랐을 때, 12시간동안 흔들어 준 후 재 측정하였다. 부가된 전구체가 용해되지 않거나 침전물에 생긱때까지 이러한 방법을 반복하였다. 용매는 물, 톨루엔, 자일렌, N-메틸피롤리디논(NMP), 알파-터피네올, N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸아세트아미드, 나이트로메탄, 디에틸렌글리콜부틸에테르(DEGBE), 트리에틸렌글리콜디에틸에테르, 메틸알코올, 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 1-부틸 알코올, 메틸 에틸 케톤, 아세톤, 디에틸에테르, 테트라하이드로푸란, 에탄올아민, 3-아미노-1-프로판올, 피리딘, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌디아민, 2-아미노-부탄올, 이소프로필아미노에탄올을 포함하여 테스트하였다.
일반적으로, 플루오르화된 금속 카복실레이트, 긴 사슬 카복실레이트 뿐만 아니라 혼합된 카복실레이트에서 관찰되었다. 용해도와 관련하여 이들 화합물에 대한 바람직한 용매는 톨루엔, 자일렌, N-메틸 피롤리디논, 테트라하이드로푸란 및 DMAc 이다. 또한, 일부 전구체는 물에서 많은 양이 성공적으로 용해될 수 있다. 특별히 바람직한 조합은 전구체 로딩이 78중량%까지 수행될 수 있는, DMAc 내의 은 트리플루오로아세테이트로 이루어진 것이다.
실시예 21
전구체의 환원제에 대한 비율
상이한 비율의 Ag-트리플루오로아세테이트와 DEGBE를 포함하여 DMAc에 기초한 은 전구체 조성물을 제조하였다. 표 10에 나타낸 바와 같이 DEGBE에 대한 Ag-트리플루오로아세테이트의 비율이 높아질수록, 은에 대한 전환 온도는 더 낮아진다는 것을 보여주었다. 1.2의 몰 비 - DEGBE 의 Ag 전구체에 대한 화학양론적 비율을 약간 넘는 - 는 210℃의 은에 대한 전환 온도를 만든다. DEGBE의 사용은 실시예 4와 비교하여 분해 온도를 약 65℃ 감소시킨다. DEGBE를 사용하지 않은 실시예 4의 데이터는 참고로 표 10에 삽입시켰다. Ag-트리플루오로아세테이트에 대한 DEGBE의 더 작은 비율은 전환 온도를 낮추는 데에 영향을 감소시킨다.
Ag-트리플루오로아세테이트에 대한 DEGBE의 비율
DEGBE (pbw) Ag-트리플루오로아세테이트 (pbw) 전환 온도 ℃
0 40 275
30 100 285
38 59 270
26.5 50 245
38 41 250
45 46 240
53.5 33.5 205 - 215
실시예 22
시간과 온도 함수로서의 전도도
37그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 34.5그램의 DEGBE, 26.7그램의 DMAc, 0.9그램의 SAA 코폴리머 및 0.9그램의 락트 산을 포함하는 전구체 조성물을 조제하여, 상기 조성물을 유리 슬라이드에 적용하여 얇은 필름을 형성하였다. 이들 슬라이드를 이후 예열된 오븐에 위치시키고 1분에서 60분까지의 다양하게 조절된 길이의 시간 동안 가열하였다. 오븐은 130℃ 내지 250℃ 범위의 온도로 가열되었다. 표 11에 나타나 있는 바와 같이, 전구체 조성물은 대류식 오븐 내에서 10분 후 200℃에서 전도성 형상을 형성하였다. 표 11에 기재된 숫자는 벌크 은의 복합적인 저항으로서 표현된 것이다("없음"으로 표기된 것은 전도성이 완전히 없음을 나타낸다). 250℃에서 가장 전도성인 형상이 형성되고, 가장 완전한 전환이 이루어져 있다.
시간과 온도 함수로서의 저항
온도 (℃) 시간 (분)
1 2 5 7 10 30 60
130 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
150 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
175 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
200 없음 없음 없음 없음 있음 있음 있음
220 없음 없음 없음 없음 없음 있음/없음 있음
250 없음 없음 850.5 161.8 119.3 5.2 5.8
전구체 조성물은 일정 시간 동안 200℃를 넘는 온도로 노출되지 않으면, 전도성이 높은 형상을 형성하지 않는다. 가장 높은 전도도는 250℃에서 10분 또는 그 이상 노출되었을 때에 달성된다. 열중량 분석은 약 220℃에서 조성물이 완전한 전환된다는 것을 보여준다. 200℃ 미만으로 가열되는 샘플은, 소정의 반응이 일어나지 전에 용매가 증발함에 따라 형성되는, 결정성 증착을 형성하는 경향이 있다. 결정의 형성은 필름으로부터 대기로의 질량 전달때문에 대류식 오븐에서는 상당한 문제가 된다. 이러한 문제는 박스형 로에서는 일어나지 않는다. 박스형 로에서 가열된 샘플은 습기를 더 오래 머물게 하는 경향이 있으며, 결정을 형성하지 않는다. 용액은 x-선 회절(XRD)분석에 나타난 바와 같이 기본적인 은을 형성하였다.
이러한 내용은, 오븐에서 가열을 통하여, 또는 시간이나 온도를 변화시킴에 의하여 다른 통상적인 방법에 의하여 유사한 전도도를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 만일 주어진 전도도를 얻기를 원한다면 해야할 일은 짧은 시간 동안 상승된 온도에서 가열하는 일이 전부이다. 만일 낮은 온도에서 가열하고 싶다면 더 낮은 온도에서 장시간 가열할 수도 있다. 결과물은 실질적으로 차이가 없어야 한다.
형상의 잉크-젯 증착
실시예 23
1.2그램의 스티렌 알릴 알코올, 49.2그램의 DMAc, 46.2그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 1.4그램의 락트 산 및 2.1그램의 Pd-트리플루오로아세테이트를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 상기 조성물은 66Hz의 전단율에서 점도가 12센티푸아즈였다. 표면 장력은 37.4dynes/cm 였다. 상기 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰고, 증착된 전구체를 250℃로 가열하여, 전도성이고 실질적으로 순수한 금속 트레이스를 형성하였다. 열중량 분석은 230℃에서 실질적으로 분해가 완결되었음을 나타내었다.
이 실시예는 잉크-젯 방식이 가능한 조성물과, Pd-트리플루오로아세테이트를 Ag-트리플루오로아세테이트의 환원제로서 사용할 수 있다는 용도를 나타낸다. 이 조성물은 KAPTON-HN, 실리콘 및 유리 기판에 우수한 접착성을 가진다.
실시예 24
1.8그램의 스티렌 알릴 알코올, 54.2그램의 N-메틸 피롤리돈, 40.5그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 2.6그램의 락트산 및 0.9그램의 Pd-트리플루오로아세테이트를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 상기 조성물은 66Hz 의 전단율에서 점도가 16센티푸아즈였다. 표면 장력은 40dynes/cm 였다. 상기 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰고, 증착된 전구체를 250℃로 가열하여, 전도성이고 실질적으로 순수한 금속 트레이스를 형성하였다. 열중량 분석은 225℃에서 실질적으로 분해가 완결되었음을 나타내었다.
이것은 잉크-젯 방식이 가능한 조성물과, Pd-트리플루오로아세테이트를 Ag-트리플루오로아세테이트의 환원제로서 사용할 수 있다는 용도에 대한 실시예이다. 이 실시예는 또한 넓은 범위의 용매를 이러한 타입의 적용에 사용할 수 있음을 나타낸다. 이 조성물은 KAPTON-HN, 실리콘 및 유리에 우수한 접착성을 가진다.
실시예 25
1.3그램의 스티렌 알릴 알코올, 46.7그램의 DMAc, 42.5그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 2.6그램의 락트산 및 6.9그램의 Pd-트리플루오로아세테이트를 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 이 조성물은 66Hz 의 전단율에서 점도가 16.9센티푸아즈였다. 표면 장력은 37.8dynes/cm 였다. 상기 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시켰고, 증착된 전구체를 250℃로 가열하여, 전도성이고 실질적으로 순수한 금속 트레이스를 형성하였다. 열중량 분석은 205℃에서 실질적으로 분해가 완료되었음을 나타내었다.
이것은 잉크-젯 방식이 가능한 조성물과, Pd-트리플루오로아세테이트를 Ag-트리플루오로아세테이트의 환원제로서 사용할 수 있다는 용도에 대한 실시예이다. 이 조성물은 KAPTON-HN, 실리콘 및 유리에 우수한 접착성을 가진다.
실시예 26
31.6그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 31.6그램의 물, 30.9그램의 에틸렌 글리콜 및 5.9그램의 은 나노파티클을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 이 조성물은 66Hz 의 전단율에서 점도가 10센티푸아즈였으며, 표면 장력은 51dynes/cm 였다. 상기 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시키고 100℃로 가열하여 트레이스를 형성하였으며, 이는 전도성이고 XRD로 측정된 바와 같이 상이 순수한 은이었다. 상기 조성물을 또한 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시키고 200℃까지 가열하여 트레이스를 형성하였으며, 이는 전도성이고 XRD로 측정된 바와 같이 상이 순수한 은이었다. 열중량 분석은 약 185℃까지는 전환이 완료되었음을 나타내었다. 이것은 잉크-젯 방식으로 증착될 수 있으며, 저온에서 가열되어 낮은 온도의 기판상에 상이 순수한 순수한 은을 형성할 수 있는 전구체 및 나노파티클 포뮬레이션의 일실시예이다.
실시예 27
33그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 31.6그램의 DMAc, 33그램의 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(DEGBE), 및 3그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 상기 조성물은 66Hz의 전단율에서 점도가 10센티푸아즈였으며, 표면 장력은 63dynes/cm 였다. 상기 조성물을 잉크-젯 디바이스를 사용하여 증착시키고 200℃로 30분 동안 가열하였다. 결과물로 얻은 형상은 XRD에 의하여 상이 순수한 은이었다. 열중량 분석은 210℃에서 10분간 가열되었을때 전환이 완료되었음을 나타낸다. 이 동일한 조성물은, 증착하고 250℃에서 10분동안 가열하였을 때 트레이스를 형성하였으며, 트레이스는 XRD에 의한 상이 순수한 은이었고, 벌크 은의 저항보다 4배를 넘지 않는 벌크 저항을 가지고 있었다. 이 조성물은 유리, KAPTON-HN, 실리콘 아나이트라이트 및 실리콘에 뛰어난 접착력을 가진다.
실시예 28
38.3그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 29.2그램의 DMAc, 29.2그램의 DEGBE, 및 3.4그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물을 조제하였다. 이 조성 물은, 증착하고 250℃로 가열하였을때 상이 순수한 은을 형성하였으며, 이것은 전도성이 높았다. 이 조성물은 유리, KAPTON-HN, 실리콘 나이트라이트 및 실리콘에 뛰어난 접착성을 갖는다.
실시예 29
16.6그램의 은 나노파티클, 41.7그램의 물 및 41.7그램의 에틸렌 글리콜을 포함하는 은 나노파티클 조성물을 조제하였다. 이 조성물을 잉크-젯을 사용하여 증착시켰으며, 종이 및 KAPTON 상에서 100℃로 가열하였을때, 전도성 트레이스를 형성하였으며 이것은 XRD에 의하여 상이 순수한 은이었다. 이것은 마일라(Mylar), 종이 및 그 이외의 기판에 저온에서 증착될 수 있는, 순수한 파티클계 조성물의 일 실시예이다.
실시예 30
46.7그램의 은 나노파티클, 17.8그램의 물, 17.8그램의 Ag-트리플루오로아세테이트 및 17.8그램의 에틸렌 글리콜을 포함하는 은 나노파티클 조성물을 조제하였다. 이 조성물을 증착 및 가열하였을 때, XRD에 의하여 상이 순수한 은을 형성하였으며 전도성이 매우 높았다.
실시예 31
35그램의 에틸 알코올 및 65그램의 은 나노파티클을 포함하는 은 나노파티클 조성물을 조제하였다. 이 조성물을 유리 슬라이드 상에서 70℃로 4시간 동안 가열하였을 때 트레이스를 형성하였으며, 이것은 전도성이고, XRD에 의하여 상이 순수한 은이었으며, 벌크 저항은 은의 저항의 100배였다. 이 조성물을, 잉크-젯 디바이스로 증착시켰을 때, 트레이스를 형성하였으며 XRD에 의하여 상이 순수한 은이었다. 이것은 대단히 낮은 온도의 은 조성물의 일 실시예를 나타낸다.
구리 전구체 조성물
실시예 32
구리 포메이트 x H2O (x ~2)을 열중량 분석으로 분석하였으며, 각 형성 가스, 공기 및 질소에서, 약 225℃까지 구리로 완전히 분해가 이루어지는 것을 보여주었다. 대기하에서의 이 실시예는 구리 옥사이드가 형성되기 이전에 구리로 완전한 분해가 일어난다는 것을 보여주었다.
실시예 33
구리 포메이트 x 6H2O 이 밝은 청색 용액을 형성하는 물에서의 용해도가 약 6중량%림을 알아내었다. 방울들을 유기 슬라이드 상에 증착하였다. 질소 흐름 가스하의 200℃ 핫플레이트 상에서 수행하니 증착물을 구리를 형성하였다. 용매가 끓으면, 용매를 일부 튀기거나 건조시키며, 이는 염의 결정화를 야기하여 분해 속도를 느리게 하며 끊어진 구리 증착물이 형성되게 한다. 이것은 첨가물이 구리의 용해도를 증가시키고 용액의 휘발을 감소히켜 좋은 필픔을 형성되게 하는데 필수적임을 나타낸다.
실시예 34
구리 포메이트용 착화제를 수성 용액에 첨가하였다. 사용된 착화제의 예로는 암모늄 하이드록사이드, 에탄올아민, 에틸렌 디아민, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-부탄올, 2-(이소프로필아미노)에탄올, 및 트리에탄올아민을 들 수 있다. 이들 착화제의 첨가는 구리 포메이트의 용해도를 증가시키고, 가시 색의 변화를 형성한다. 결과물의 용액을 가능한한 농축하여 질소 흐름 하에 핫플레이트 상에서 160℃ 내지 200℃에서 분해시켰다. 암모늄 하이드록사이드과 같은 더 높은 증기압 착화제는 끓거나 튀기기 때문에, 증기 증착의 "할로"를 일부 포함하는 끊어진 필름을 형성하는 경향이 있었다. 3-아미노-1-프로판올 및 2-아미노-1-부탄올과 같은 더 낮은 증기압 착화제는 그다지 튀기지 않았으며, 증착 구리를 증발시키지 않았다. 모든 착화제는 구리 필름을 형성시켰다. 가장 좋은 착화제는 3-아미노-1-프로판올로 나타났으며, 이는 가장 연속적인 구리 필름을 형성하였으며 또한 고 전도도를 나타내었다.
실시예 35
Duomeen OL(Akzo Nobel, Amersfoort, Netherlands) 와 구리 포메이트를 사용하여, Castro 의 미국 특허 제 5,378,508 호에서의 실시예 1을 물, 아세트산, 및 메탄올 수용액에서 반복하여, 밝은 청색의 증착물을 형성하였다. Castro 의 특허에 개시되어 있는 것과 같이 레이저를 사용하여 이 증착물을 분해하는 대신에, 재로를 질소 플로우 하에서, 200℃의 핫플레이트 상에서 분해시켰다. 결과로 얻은 증착물은 일부 구리로 분해된 표시가 나타났으나 매우 비연속적이었고 계면활성제로부터의 잔류물을 포함하였다.
실시예 36
3중량%의 Cu-포메이트 xH2O (x~2); 2중량%의 니켈 포메이트 2H2O; 9중량%의 암모늄 하이드록사이드; 및 85중량%의 탈이온수를 포함하는 조성물을 조제하였다. TGA 내 질소하에서 분해되어, XRD에 의하여 Cu-Ni 합금을 형성하였다. 이것은 착화제 및 유사한 금속 전구체의 조합이 합금을 형성하는 작용을 함을 보여준다.
실시예 37
DI H2O 하에서의 3-아미노-1-프로판올과 착화된 Ni-포메이트·2H2O, 및 Cu-포메이트·xH2O (x~2)를 사용하여 50:50 Cu:Ni 전구체 조성물을 조제하였다. 이 전구체 조성물을 350℃에서 질소 커버/플로우 가스 하에서 분해시켜 금속성으로 보이고 전도성인 증착물을 제조하였다. 증착물은 니켈 색상의 광택을 가졌으며, 매우 다공성이었다. 이 증착물은 XRD에 의하여 구리-니켈 합금임을 나타내었다. 이것은 함금 증착물이 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있음을 보여준다.
실시예 38
Cu-포메이트·xH2O (x ~2), 3-아미노-1-프로판올 및 물을 동일한 중량부로 포함하는 구리 전구체 조성물을 조제하였다. 상기 조성물을 유리 기판 상에 증착하고 급속하게 10초 미만 동안 350℃까지 가열하였고 이후 상온으로 급속하게 냉각시켰다. 주사 전자 현미경(SEM) 전자 마이크로 사진이 필름이 고밀도임을 보여주었으며, x-선 회절은 필름이 소량의 구리 옥사이드와 함께 구리를 포함하고 있음을 보여주었다. 필름은 순수 구리 금속의 벌크 저항의 40배 저항을 가졌다. 이것은 빠른 램프 속도를 가지면, 대기에서 구리 증착물이 형성될 수 있음을 보여준다.
실시예 39
상기 실시예와 동일한 전구체 조성물을 급속한 가열 및 냉각으로 300℃에서 수행하였다. 결과물 필름의 전도도는 벌크 구리 저항의 약 3×108 배로 측정되었으나 이네 반하여 XRD 결과는 실시예 33과 동일하였다. 이것은 분해 동력학(kinetics)이 대기하에 전도성 증착물을 얻는 데에 결정적임을 보여주는 것이다.
실시예 40
Cu-포메이트 13중량%; 3-아미노-1-프로판올 16중량%; 탈이온수 58중량%; 및 에탄올(95%) 20중량%를 포함하는 전구체 조성물을 조제하였다. 이 전구체 조성물 은 31 dynes/cm 의 표면 장력을 가졌으며 132 Hz의 전단율에서 5 센티푸아즈의 점도를 가졌다. 조성물을 잉크-젯 종이에 잉크-젯 프린터를 사용하여 증착시켰다. 전구체 조성물을 급속하게 대기에서 가열하고 냉각하였으며, 전도성 트레이스가 형성되었다. 이것은 개질된 전구체 조성물은 잉크-젯을 사용하여 증착되어 대기에서 전도성 트레이스를 형성할 수 있음을 보여준다.
실시예 41
Cu-포메이트·xH2O (x ~2) 30중량%, 3-아미노-1-프로판올 40중량%, 및 물 30중량%를 포함하는 전구체 조성물을 증착시키고, 유리, FR-4, 및 Kapton 상에서 질소 분위기 하에서 200℃에로 처리하였다. 결과로 얻은 필름을 면도날로 스크랩하였을때 호일과 같이 작용하며 말려 올라갔다. 필름은 고밀도였으며 평균 저항은 벌크 구리 저항의 10배 였다. 이 실시예는, 전구체 조성물을 질소와 같은 비활성 가스하에서 처리함으로써 전도성 구리 형상이 제조될 수 있다는 것을 보여준다.
실시예 42
상기 전구체 조성물을 깃펜으로 FR4 및 유리 위에 증착하였다. 200℃에서 질소 하에 라인이 처리되었을 때 전도성 트레이스가 형성될 수 있었다. 일부 얇은 영역에서는 분해가 일어나기 전에 용매 증발이 일어났다. 이러한 경우에는 구리 포메이트의 재결정이 일어났으며 필름은 비연속적이었다.
전구체 조성물의 큰 방울들이 또한 증착되고 건조되었다. 한 경우에 증착물이 90℃에서 40분 동안 건조되었으며 부분적인 건조와 약간의 결정화가 야기되었다. 그러나, 200℃에서 분해가 일어나자, 곧 졀정이 재용해되었으며, 구리로의 분해는 완료되었다. 남아있는 용매가 나타나지 않을 때까지 한 방울도 없이 건조되었을 때, 처리되기 이전에 결정들이 검은 청색에서 밝은 청녹색으로 변화되었다. 남아있는 증착물은 구리로 완전히 전환되는 데에 더 오래(수분) 걸렸으며 다공성이고, 비연속적이며, 기계적으로 약한 증착물이 되었다.
이것은 착화제 및 용매의 존재가 적합한 필름의 형성과 고밀도 필름으로의 전환을 위하여 필수적임을 보여준다. 따라서, 분해가 건조보다 더 빨리 일어나기 위해서는 분해 동력학(kinetics)은 상당히 빨라야 하며, 전구체 조성물은 처리되기 전에 건조되어서는 안된다.
실시예 43
실시예 42의 전구체 조성물을 유리, FR-4, 및 KAPTON 위에 증착시키고, 질소 분위기 하에서 180℃와 150℃에서 처리하였다. 결과물 필름은 각각 평균적으로 벌크 구리 저항의 47배, 390배 였다.
실시예 44
Cu 포메이트·xH2O (x ~2) 27중량%; 탈이온수 27중량%; 3-아미노-1-프로판올 32중량%; 및 디메틸아세트아미드 14중량%를 포함하는 전구체 조성물을 제조하였다. 방울들이 질소 플로우 하에서 200℃의 핫플레이트 상에서 분해되었다. 벌크 저항 의 측정값은 평균적으로 벌크 구리의 10배 였다. 용액을 테트라아민 팔라듐 하이드록사이드을 첨가하여 개질하였다. 팔라듐 전구체가 첨가된 용액과 첨가되지 않은 용액 양쪽의 샘플이 대기하의 200℃에서 핫 플레이트 상에서 분해되었다. 첨가되지 않은 샘플은 XRD에 의하여 구리를 형성하지 않았으며 구리 옥사이드로 나타나지 않았으나, 증착물은 잔류물로 인하여 어두운 색이었고 완전히 분해된 것으로 보이지 않았다. 테트라아민 팔라듐 하이드록사이드을 첨가한 샘플은 수 초 내에 구리로 보이는 전도성 증착물로 분해되었으며, 짧은 XRD 스캔에서 옥사이드의 존재가 나타나지 않았고, Pd 피크도 나타나지 않았다. Pd에 대한 Cu의 비율은 약 2중량% Pd 이었다. 이것은 부가적인 금속 전구체가 합금의 형성에 뿐만 아니라 분해를 위하여 촉매로도 작용할 수 있다는 것을 보여준다.
전기 촉매
하기 실시예는 PEM MEA 전극의 증착용 저 점도 조성물을 나타낸다.
실시예 45
1그램의 탄소 상의 20중량% 백금 (Pt/C) 전기촉매 - 여기서 탄소 지지체는 아세틸렌 카본(SHAWINIGAN BLACK, Chevron Chemical Company, Huston, TX 로부터 입수가능함) 임 - 를 탈이온수 2ml와 술폰화된 퍼플루오로하이드로카본 폴리머 (NAFION, E.I. duPont deNemours, Wilmington, DE 로부터 입수할 수 있음)의 5% 수용액 10ml 에 분산시켜, 건조 후 촉매 67중량%과 NAFION 33중량% 용액의 최종 조성물을 수득하였다. 조성물을 적어도 10분동안 수욕에서 초음파처리를 하였다. 이 조성물의 파티클 크기 분포는 d10이 1.9㎛, d50 이 4.7㎛, d95 이 16.0㎛ 이었다. 점도는 5 내지 50rpm에서 10센티푸아즈인 것으로 측정되었다.
실시예 46
60중량% Pt/C 전기촉매 1그램 - 여기서 탄소 지지체는 고 표면 영역의 카본(KETJENBLACK, Akzo Nobel, Amersfoort, Netherlands 로부터 입수할 수 있음)임 - 을 탈이온수 2ml 와 5중량% NAFION 용액 10ml에 분산시켜, 건조 후 60중량% 촉매와 40중량% NAFION의 최종 조성물을 수득하였다. 조성물을 적어도 10분 동안 수욕에서 초음파 처리하였다. 이 조성물의 파티클 크기 분포는 d10이 3㎛, d50이 6㎛, d95이 14㎛ 이었다.
하기 실시예는, DMFC (직접 메탄올 연료 셀) 전극의 제조에 유용한 잉크-젯 처리 가능한 조성물을 나타낸다.
실시예 47
1그램의 탄소 상의 60중량% 귀금속 (Pt, PtRu) 전기촉매 - 여기서 탄소 지지체는 케첸블랙(KETJENBLACK) - 를 6그램의 탈이온수와 나피온(NAFION)용액(5중량%) 에 분산시켜, 최종 전극 구조 내의 건조 촉매와 나피온의 최종 중량비가 85:15가 되었다. 이후 조성물을 욕(bath)을 사용하여 온화하게 초음파 처리하였다. 이 조성물의 파티클 크기 분포는 d10이 3.4㎛, d50 이 6.5㎛, d95 이 16.8㎛ 이었다. 점도는 5rpm 에서 23센티푸아즈, 50rpm에서 92센티푸아즈로 측정되었다. 상기 조성물의 표면 장력은 30mN/m 였다.
실시예 48
1그램의 다공성, 마이크론-사이즈의 순수 Pt 파티클을 스프레이 전환 방법으로 조제하여 탈이온수 10그램에 초음파 혼(horn)을 사용하여 초음파 처리로 분산시켰다. 이후 나피온 용액(52중량%)을 첨가하여 최종 전극 구조에서의 나피온에 대한 건조 촉매의 최종 중량비가 90:10이 되도록 하였다. 이 잉크의 점도는 약 7 내지 10 센티푸아즈였으며, 표면 장력은 30mN/m 였다. 이 잉크의 파티클 크기 분포는 d10이 1㎛, d50 이 3.2㎛, d95 이 10.6㎛ 였다.
실시예 49
Pt 블랙 1그램을, 초음파 혼을 사용하여 초음파 처리로 분산시켰다. 이후, 나피온(5중량%) 용액을 부가하여 최종 전극 구조에서의 건조 촉매와 나피온의 최종 중량비가 90:10이 되었다. 이 잉크의 파티클 크기 분포는 d10이 1㎛, d50 이 5㎛, d95 이 20㎛ 였다.
실시예 50
상기에서 언급한 바와 같이, 백금 전극용으로 바람직한 전구체는 염화백금산 (H2PtCl6·xH2O), 테트라아민백금(II)나이트레이트 (Pt(NH3 )4(NO3)2), 테트라아민백금(II)하이드록사이드 (Pt(NH3)4(OH)2), 테트라아민백금(II)비스(비카보네이트) (Pt(NH3)4(HCO3)2), 백금 나이트레이트 (Pt(NO 3)2), 헥사-하이드록시백금산 (H2Pt(OH)6), 백금(II) 2,4-펜탄디오네이트 (Pt(acac)2), 및 백금(II) 1,1,1,5,5,5-헥사플루오로 2,4-펜탄디오네이트 (Pt(hfac)2) 을 포함한다. 또다른 백금 전구체는 Pt-나이트레이트, Pt-아민 나이트레이트, Pt-하이드록사이드, Pt-카복실레이트, Na2PtCl4 등을 포함한다.
Pt 전구체를 물 또는 유기계 용매에 30중량% 농도가 될 때까지 용해시켰다. 적합한 용매(물 또는 유기계)의 일부를 GRAFO 1300 (Fuchs Lubricant, Harvey, IL)과 유사한 카본 디스퍼전에 천천히 가하는 한편, 전단된 것을 30중량%의 고체가 로딩된 디스퍼전이 될 때까지 혼합하였다. 이후 Pt 전구체 용액을 전단된 탄소 디스퍼전에 천천히 가하였다. 이후 결과로 얻은 조성물을 10분 동안 더 전단 혼합(shear mixed)하였다. 5중량% 고체가 로딩된 디스퍼전의 점도는 3 내지 4 센티푸아즈로 측정되었으며 표면장력은 77mN/m 였다.
실시예 51
TEFLON 코팅된 KAPTON 기판을, 하부의 TEFLON 코팅의 100㎛ 넓이 트렌치를 노출하여, 제거가능한 보호성 코팅제로 선택적으로 코팅하였다. 기판을 친수성 표면을 형성하는 식각액(TETRA-ETCH, W.L.Gore and Associates 로부터 구입 가능함)에 침지시킨 후, 물에 헹구고 접착성 보호 코팅제를 제거하였다. 이로써 식각액으로부터 100㎛ 넓이의 친수성 스트립 부분을 갖는 소수성 표면(TEFLON의 중성 표면)이 되었다. 이 기판을, 33그램의 Ag-트리플루오로아세테이트, 33그램의 H2O, 33그램의 DEGBE 및 1그램의 락트산을 포함하는 은 전구체 조성물로 드롭 코팅하였다. 조성물을 관찰하였으며 친수성 표면 스트립 부분에 한정시켰다. 한정된 조성물을 200℃로 5분 동안 가열한 후, 순수 고체 은의 벌크 저항의 약 3배의 벌크 저항을 갖는 100㎛ 넓이의 은 라인을 얻었다.
이 실시예는 기판의 표면 개질을 통하여 저 점도 전구체 조성물을 한정시키는 능력을 보여준다.
실시예 52
0.24그램의 팔라듐 트리플루오로아세테이트, 7.3그램의 은 트리플루오로아세테이트, 37.5그램의 은 플레이크, 5.13그램의 터피네올, 1.55그램의 N-메틸-피롤리돈을 결합함으로써, 전구체 조성물을 조제하였다. 이 혼합물을 185℃에서 60분 동안 가열하여 순수 은의 벌크 저항의 약 2.3 배의 저항을 얻었다.
실시예 53
37.5그램의 은 플레이크, 7.55그램의 은(I) 옥사이드, 및 5.35그램의 터피네올을 결합함으로써, 전구체 조성물을 조제하였다. 이 혼합물을 185℃에서 60분 동안 가열하여 순수 은의 벌크 저항의 약 2.4배의 저항을 얻었다.
실시예 54
35.03그램의 은 플레이크, 6.26그램의 은 나이트라이트나이트라이트1그램의 터피네올을 결합함으로써, 전구체 조성물을 조제하였다. 이 혼합물을 185℃에서 60분 동안 가열하여 순수 은의 벌크 저항의 약 2.1배의 저항을 얻었다.
실시예 55
16.5그램의 금속성 은 파우더, 3.5그램의 알파-터피네올 및 5그램의 은 카보네이트를 포함하는 전구체 조성물을 조제하였다. 이 조성물을 증착시킨 후 350℃로 가열하였다. 결과물인 전도성 트레이스는 순수한 은의 벌크 저항의 29배의 저항을 가졌다.
실시예 56
10그램의 은 옥사이드, 0.9그램의 은 나이트레이트, 20그램의 금속성 은 파우더, 2.1그램의 DMAc 및 5.0그램의 터피네올을 포함하는 전구체 조성물을 조제하였다. 조성물을 분해하고 350℃로 가열하였다. 결과물인 전도성 트레이스는 은의 벌크 저항의 약 11배의 저항을 가졌다.
인-시튜 전구체 생성의 실시예
실시예 57 (비교 실시예)
은 옥사이드(AgO) 파우더를 TGA를 사용하여 10℃/min의 일정한 가열 속도로 가열하였다. TGA는 순수 은으로의 전환이 약 460℃에서 완료됨을 보여주었다.
실시예 58
3.2그램의 은 옥사이드과 3.0그램의 네오데칸산의 혼합물을 TGA에서 분석하였다. 분석은 순수 은으로의 전환이 실질적으로 약 250℃에서 완료되었음을 나타내었다.
실시예 59
5.2그램의 알파-터피네올, 4.9그램의 은 옥사이드 및 11그램의 네오데칸산의 혼합물을 TGA에서 분석하였다. TGA는 순수 은으로의 전환이 실질적으로 약 220℃에서 완료되었음을 나타내었다.
실시예 60
은 옥사이드/카복시산 화학적 성질을 금속성 은 파우더의 첨가에 의하여 개 질하였다. 은 옥사이드 및 카복시산으로부터의 반응 생성물을 은 파티클과 함께 용접하여 고 전도성의 은 트레이스 및 형상을 제공하였다.
실시예 61
102.9그램 은 금속 파우더, 7.8그램의 은 옥사이드, 15.2그램의 은 나이트레이트, 10.1그램의 터피네올 및 1.5그램의 SOLSPERSE 21000을 포함하는 전구체 조성물을 조제하였다. 전구체 조성물을 증착하고 250℃로 가열하였다. 결과물인 전도성 형상의 저항은 순수 은의 벌크 저항의 약 6배보다 작았다. 상기 재료는 매우 고밀도였으며, 낮은 기공율(porosity)을 가졌다. 혼합물을 TGA로 분석하였으며, 약 270℃에서 은으로 전환됨을 보여주었다.
본 발명의 다양한 태양을 상세하게 나타내었으나, 이들 태양의 변형 및 개조가 당업계의 숙련된 기술자들에게 일어날 수 있다는 것은 자명하다. 그러나, 그러한 변형 및 개조가 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다는 것은 분명하게 이해되어야 할 것이다.

Claims (197)

  1. (a) 은 금속 전구체 화합물을 포함하는 전구체 조성물 - 여기서 상기 전구체 조성물은 점도가 50 센티푸아즈 이하이고, 표면 장력이 20 내지 50 dynes/cm 임 - 을 제공하는 단계;
    (b) 기판 상에 상기 전구체 조성물을 증착하는 단계; 및
    (c) 상기 전구체 조성물을 전도성 형상(feature) - 여기서, 상기 전도성 형상의 저항은 순수 벌크 은의 저항의 10배를 넘지 않음 - 으로 전환하기 위하여, 상기 전구체 조성물을 250℃ 이하의 전환 온도까지 가열하는 단계;
    를 포함하는, 기판상에 전도성 형상을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 최소 형상 사이즈가 100㎛ 보다 크지 않은
    방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 최소 형상 사이즈가 75㎛ 보다 크지 않은
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 최소 형상 사이즈가 50㎛ 보다 크지 않은
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 최소 형상 사이즈가 25㎛ 보다 크지 않은
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 적어도 0.05㎛의 두께를 갖는
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형상은 적어도 0.1㎛의 두께를 갖는
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 제1영역을 개질하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 제1영역은 상기 증착된 전구체 조성물을 한정시키는
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 제1영역을 개질하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 제1영역은 상기 기판의 제2영역 상의 표면 에너지와는 상이한 표면 에너지를 가지며, 또한 여기서 상기 제1영역은 상기 증착된 전구체 조성물을 한정시키는
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전구체 조성물은 금속성 파티클을 더 포함하는
    방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전구체 조성물은 금속성 나노파티클을 더 포함하는
    방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전구체 조성물은 팔라듐 화합물을 더 포함하는
    방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 증착 단계는, 잉크젯 디바이스, 실린지 디스펜스 디바이스, 에어로졸 젯, 음각 프린터, 롤 프린터 및 스프레이기로 이루어진 그룹에서 선택된 도구를 사용하여 상기 전구체 조성물을 증착하는 것을 포함하는
    방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 증착 단계는 잉크젯 디바이스를 사용하여 상기 전구체 조성물을 증착하는 것을 포함하는
    방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전환 온도는 225℃보다 크지 않은
    방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전환 온도는 200℃보다 크지 않은
    방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전환 온도는 150℃보다 크지 않은
    방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 상기 전구체 조성물을 레이저로 가열하는 것을 포함하는
    방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 로(furnace) 내에서 상기 전구체 조성물을 가열하는
    방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 적외선 램프를 사용하여 가열하는
    방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 형상은, 순수 벌크 금속의 저항의 6배를 넘지 않는 저항을 갖는
    방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 형상은, 순수 벌크 금속의 저항의 4배를 넘지 않는 저항을 갖는
    방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 형상은 순수 벌크 금속의 저항의 2배를 넘지 않는 저항을 갖는
    방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 폴리플루오르화 화합물, 폴리이미드, 에폭시(유리-충전 에폭시를 포함함), 폴리카보네이트, 셀룰로오즈계 재료(나무 또는 종이), 아세테이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴로니트릴, 부타디엔(ABS), 유연성 섬유 판, 부직 폴리머성 천 및 직물로 이루어진 그룹에서 선택된 것인
    방법.
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  191. 삭제
  192. 삭제
  193. 삭제
  194. 삭제
  195. 삭제
  196. 삭제
  197. 삭제
KR1020047004984A 2001-10-05 2002-10-04 저점도 전구체 조성물 및 전도성 전자 형상의 증착 방법 KR100893564B1 (ko)

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KR1020047004984A KR100893564B1 (ko) 2001-10-05 2002-10-04 저점도 전구체 조성물 및 전도성 전자 형상의 증착 방법

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EP (1) EP1448725A4 (ko)
JP (1) JP2005537386A (ko)
KR (1) KR100893564B1 (ko)
AU (1) AU2002337822A1 (ko)
CA (1) CA2461338C (ko)
WO (1) WO2003032084A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8680309B2 (en) 2009-12-07 2014-03-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal organic precursor, a method of preparing the same, and a method of forming a conductive metal film or pattern

Families Citing this family (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7963646B2 (en) 2001-11-01 2011-06-21 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Israell Company Ink-jet inks containing metal nanoparticles
US7005378B2 (en) * 2002-08-26 2006-02-28 Nanoink, Inc. Processes for fabricating conductive patterns using nanolithography as a patterning tool
KR100545288B1 (ko) * 2003-03-28 2006-01-25 주식회사 잉크테크 유기은 조성물 및 그 제조방법, 그로부터 제조되는 잉크및 그 잉크를 이용한 도전배선 형성 방법
DE10326547A1 (de) * 2003-06-12 2005-01-05 Siemens Ag Tandemsolarzelle mit einer gemeinsamen organischen Elektrode
JP2005097345A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Konica Minolta Medical & Graphic Inc インクジェットインクおよびこれを用い作製した非接触通信機能を有するｉｃ基体
US7618704B2 (en) 2003-09-29 2009-11-17 E.I. Du Pont De Nemours And Company Spin-printing of electronic and display components
KR100568419B1 (ko) * 2003-12-15 2006-04-05 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 인덕터 제조 방법
JP4711415B2 (ja) * 2004-01-29 2011-06-29 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 無電解めっき前処理剤、それを用いる無電解めっき方法、及び無電解めっき物
JP4848617B2 (ja) * 2004-02-02 2011-12-28 セイコーエプソン株式会社 回路基板の製造方法、回路基板、薄膜トランジスタ、電気光学装置、電子機器
EP1770720A4 (en) * 2004-05-28 2009-04-29 Sakata Inx Corp SOLUTION CONTAINING A NICKEL COMPOUND, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR FORMING A THIN FILM OF NICKEL METAL USING THE SAME
US20060024447A1 (en) * 2004-08-02 2006-02-02 Mccomas Edward Electroless plating with nanometer particles
US20060083694A1 (en) 2004-08-07 2006-04-20 Cabot Corporation Multi-component particles comprising inorganic nanoparticles distributed in an organic matrix and processes for making and using same
WO2006083326A2 (en) 2004-08-07 2006-08-10 Cabot Corporation Gas dispersion manufacture of nanoparticulates and nanoparticulate-containing products and processing thereof
US8143326B2 (en) 2004-09-28 2012-03-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Spin-printing of electronic and display components
KR101500929B1 (ko) * 2004-11-24 2015-03-11 엔씨씨 나노, 엘엘씨 나노 물질 합성물의 전기적, 도금적, 및 촉매적 이용
US20060130700A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Reinartz Nicole M Silver-containing inkjet ink
US8334464B2 (en) 2005-01-14 2012-12-18 Cabot Corporation Optimized multi-layer printing of electronics and displays
US7824466B2 (en) 2005-01-14 2010-11-02 Cabot Corporation Production of metal nanoparticles
TW200640596A (en) 2005-01-14 2006-12-01 Cabot Corp Production of metal nanoparticles
US8167393B2 (en) 2005-01-14 2012-05-01 Cabot Corporation Printable electronic features on non-uniform substrate and processes for making same
TWI285568B (en) * 2005-02-02 2007-08-21 Dowa Mining Co Powder of silver particles and process
JP4284283B2 (ja) * 2005-02-02 2009-06-24 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 銀の粒子粉末の製造法
JP4710342B2 (ja) * 2005-02-08 2011-06-29 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 フレキソ印刷用活性エネルギー線硬化型導電性インキおよびそれを用いた印刷物、非接触型メディア
US7704483B2 (en) 2005-04-29 2010-04-27 Cabot Corporation High surface area tetragonal zirconia and processes for synthesizing same
CN101194041B (zh) * 2005-06-17 2010-12-15 住友金属矿山株式会社 镍膜形成用涂布液与镍膜及其制造方法
WO2007002683A2 (en) * 2005-06-27 2007-01-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Electrically conductive polymer compositions
US7732330B2 (en) 2005-06-30 2010-06-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method using an ink-jet method of the same
JP2007043113A (ja) * 2005-06-30 2007-02-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置、半導体装置の作製方法
WO2007004437A1 (ja) * 2005-07-04 2007-01-11 Osaka Industrial Promotion Organization β－ケトカルボン酸銀、それを含む金属銀の形成材料、およびその用途
KR100729719B1 (ko) 2005-09-02 2007-06-18 연세대학교 산학협력단 잉크젯 프린팅용 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 금속패턴 형성방법
DE112006003567T5 (de) * 2005-12-27 2008-10-30 Bp Corporation North America Inc., Warrenville Verfahren zum Ausbilden elektrischer Kontakte auf einem Halbleiterwafer unter Verwendung einer Phasenwechsel-Druckfarbe
JP4899504B2 (ja) * 2006-02-02 2012-03-21 株式会社日立製作所 有機薄膜トランジスタの製造方法および製造装置
EP2591912A1 (en) * 2006-02-20 2013-05-15 Daicel Chemical Industries, Ltd. Multilayer assembly and composite material comprising same
JP4811066B2 (ja) * 2006-03-17 2011-11-09 株式会社村田製作所 回路形成用荷電性粉末およびその製造方法ならびに回路パターンを有するガラス基板の製造方法
AT9473U1 (de) * 2006-05-04 2007-10-15 Austria Tech & System Tech Verfahren zur herstellung wenigstens eines leitfähigen elements einer leiterplatte sowie leiterplatte und verwendung eines derartigen verfahrens
JP5127155B2 (ja) 2006-05-12 2013-01-23 株式会社日立製作所 配線および有機トランジスタとその製法
DE102006028536A1 (de) * 2006-06-21 2007-12-27 Axel Ahnert Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsteils auf einem Substrat
JP4235921B2 (ja) * 2006-09-21 2009-03-11 株式会社フューチャービジョン 液晶表示パネルの製造方法および液晶表示パネル
WO2008036752A2 (en) 2006-09-22 2008-03-27 Fry's Metals, Inc. Solvent systems for metals and inks
JP5179092B2 (ja) * 2006-10-03 2013-04-10 新光電気工業株式会社 銅膜の形成方法
DE102007037079A1 (de) 2006-10-25 2008-04-30 Bayer Materialscience Ag Silberhaltige wässrige Formulierung und ihre Verwendung zur Herstellung von elektrisch leitenden oder spiegelnden Beschichtungen
JP4375499B2 (ja) 2007-03-15 2009-12-02 Ｄｉｃ株式会社 凸版反転印刷用導電性インキ
WO2008114430A1 (ja) * 2007-03-20 2008-09-25 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics 積層型パッケージ要素、積層型パッケージ要素の端子形成方法、積層型パッケージ、及び、積層型パッケージの形成方法
US7936058B2 (en) * 2007-05-14 2011-05-03 Kabushiki Kaisha Nihon Micronics Stacked package and method for forming stacked package
ATE556572T1 (de) 2007-06-01 2012-05-15 Bae Systems Plc Direktschreib- und additive herstellungsprozesse und -vorrichtung
US8143431B2 (en) 2007-06-05 2012-03-27 Air Products And Chemicals, Inc. Low temperature thermal conductive inks
US20090023235A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-22 Mackenzie John D Method and Apparatus for Improved Printed Cathodes for Light-Emitting Devices
JP2009167522A (ja) * 2007-12-21 2009-07-30 Shinko Electric Ind Co Ltd 銅膜の形成方法
US8048488B2 (en) * 2008-01-14 2011-11-01 Xerox Corporation Methods for removing a stabilizer from a metal nanoparticle using a destabilizer
JP5108628B2 (ja) * 2008-05-23 2012-12-26 克廣 前川 高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法
KR100978671B1 (ko) * 2008-08-05 2010-08-30 삼성전기주식회사 금속입자 분산액
EP2159270A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-03 Bayer MaterialScience AG Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Strukturen
KR101096031B1 (ko) 2009-03-31 2011-12-19 한양대학교 산학협력단 자기조립단분자막 형성방법과 이를 이용한 반도체 소자의 구리배선 및 그의 형성방법
DE102009053943A1 (de) * 2009-11-19 2011-05-26 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Erzeugung silberhaltiger Strukturen, die silberhaltigen Strukturen aufweisende Erzeugnisse und ihre Verwendung
JP5468885B2 (ja) * 2009-12-01 2014-04-09 ハリマ化成株式会社 導電性アルミニウムペースト
JP2011122177A (ja) * 2009-12-08 2011-06-23 Tosoh Corp 複合体微粒子、その製造方法、並びにそれを用いた導電膜形成用組成物、及び導電膜の形成方法
EP2542634A4 (en) * 2010-03-01 2016-03-02 Sun Chemical Corp SURFACE TENSION OF INKS FOR HIGH SPEED PRINTING
US8877103B2 (en) 2010-04-13 2014-11-04 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Process for manufacture of a thermochromic contact lens material
US8697770B2 (en) 2010-04-13 2014-04-15 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Pupil-only photochromic contact lenses displaying desirable optics and comfort
JP5866749B2 (ja) * 2010-05-19 2016-02-17 東ソー株式会社 導電性インク組成物、電気的導通部位の製造方法、及びその用途
WO2012010893A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-26 Bae Systems Plc Forming direct write functional or structural elements on a surface
EP2410077A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-25 BAE Systems PLC Forming direct write functional or structural elements on a surface
JP2012126815A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Tosoh Corp 導電性インク組成物及びその製造方法
JP2012126814A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Tosoh Corp 導電性インク組成物、及び電気的導通部位の製造方法
JP2012131894A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Tosoh Corp 導電性インク組成物、及びそれを用いて製造された電気的導通部位
DE102011000562A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zur Erzeugung von lötbaren Kontaktstrukturen auf einer Substratoberfläche
KR101969427B1 (ko) * 2011-05-04 2019-08-20 리퀴드 엑스 프린티드 메탈즈, 인크. 분자 잉크로부터의 금속 합금
JP5876996B2 (ja) * 2011-06-24 2016-03-02 ハリマ化成株式会社 傾斜構造の形成方法及び分散液
FR2977178B1 (fr) * 2011-06-30 2014-05-16 Thales Sa Procede de fabrication d'un dispositif comprenant des brasures realisees a partir d'oxalate metallique
WO2013036519A1 (en) * 2011-09-06 2013-03-14 Henkel Corporation Conductive material and process
DE102012206587A1 (de) * 2012-04-20 2013-11-07 Technische Universität Berlin Lotmaterial, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung zum drucklosen Fügen metallischer Substrate
US9034075B2 (en) 2012-04-30 2015-05-19 Dow Global Technologies Llc Methods of manufacturing high aspect ratio silver nanowires
US9758688B2 (en) 2012-09-21 2017-09-12 Sumitomo Chemical Company, Limited Composition for forming conductive film
EP2733759A1 (en) * 2012-11-15 2014-05-21 Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG Multi-layer composite with metal-organic layer
US8828503B1 (en) * 2013-02-28 2014-09-09 Eastman Kodak Company Making multi-layer micro-wire structure
US10883011B2 (en) 2014-06-19 2021-01-05 Groupe Graham International Inc. Molecular inks
JP6945120B2 (ja) 2014-08-29 2021-10-06 株式会社Flosfia 金属膜形成方法
JP6920631B2 (ja) * 2014-08-29 2021-08-18 株式会社Flosfia 金属膜形成方法
DE102015013238A1 (de) 2014-10-28 2016-04-28 Dow Global Technologies Llc Verfahren mit niedriger Sauerstoffkonzentration zur Herstellung von Silber-Nanodrähten
DE102015013219A1 (de) 2014-10-28 2016-04-28 Dow Global Technologies Llc Verfahren zur Herstellung von Silber-Nanodrähten
DE102015013239A1 (de) 2014-10-28 2016-04-28 Dow Global Technologies Llc Hydrothermalverfahren zur Herstellung von Silber-Nanodrähten
DE102015013220A1 (de) 2014-10-28 2016-04-28 Dow Global Technologies Llc Verfahren zur Herstellung von Silber-Nanodrähten
JP6483462B2 (ja) * 2015-02-13 2019-03-13 株式会社ミマキエンジニアリング 印刷方法及び印刷装置
JP5983805B2 (ja) * 2015-03-06 2016-09-06 東ソー株式会社 導電性インク組成物、電気的導通部位の製造方法、及びその用途
EP3085811A1 (en) * 2015-04-20 2016-10-26 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Low temperature ag-compositions
US10081020B2 (en) 2015-06-12 2018-09-25 Dow Global Technologies Llc Hydrothermal method for manufacturing filtered silver nanowires
US10376898B2 (en) 2015-06-12 2019-08-13 Dow Global Technologies Llc Method for manufacturing high aspect ratio silver nanowires
WO2017065395A1 (ko) * 2015-10-13 2017-04-20 (주)썬텍엔지니어링 실시간 다항목 중금속 분석 장치, 실시간 다항목 중금속 분석 방법 및 상기 중금속 분석 장치의 센서 제조방법
FR3045675A1 (fr) * 2015-12-17 2017-06-23 Univ Toulouse Iii - Paul Sabatier Procede de fabrication d'une piece ou d'une microstructure supportee par insolation laser a partir d'un oxalate de metal
TW201842085A (zh) * 2017-02-08 2018-12-01 加拿大國家研究委員會 具低黏度與低加工溫度之銀分子油墨
TW201842087A (zh) * 2017-02-08 2018-12-01 加拿大國家研究委員會 具改良之熱穩定性的分子油墨
TW201842088A (zh) 2017-02-08 2018-12-01 加拿大國家研究委員會 可印刷分子油墨
US20210171786A1 (en) 2017-05-15 2021-06-10 Basf Se Process for the preparation of metallic nano-particle layers and their use for decorative or security elements
CN110832110A (zh) 2017-07-28 2020-02-21 巴斯夫欧洲公司 制备金属纳米颗粒层的方法及其在装饰或安全元件中的用途
US11680180B2 (en) * 2018-02-13 2023-06-20 Liquid X Printed Metals, Inc. E-textiles fabricated using particle-free conductive inks
US11284510B2 (en) * 2018-04-17 2022-03-22 Board Of Trustees Of Michigan State University Controlled wetting and spreading of metals on substrates using porous interlayers and related articles
US11724471B2 (en) 2019-03-28 2023-08-15 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Methods for the manufacture of photoabsorbing contact lenses and photoabsorbing contact lenses produced thereby
KR102129886B1 (ko) * 2019-03-29 2020-08-05 주식회사 픽스앤맥스 목재 pcb 기판 제작 방법 및 이를 이용하여 제작된 목재 pcb 기판
WO2020236934A1 (en) * 2019-05-20 2020-11-26 Liquid X Printed Metals, Inc. Particle-free adhesive gold inks
IT201900022953A1 (it) * 2019-12-04 2021-06-04 Cleanby S R L “uso di una miscela pulente per la detersione di ugelli di stampanti digitali ceramiche”
US20220143699A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 General Electric Company Dip-coat binder solutions comprising a dip-coat metallic precursor for use in additive manufacturing
US20220145102A1 (en) * 2020-11-09 2022-05-12 General Electric Company Dip-coat binder solutions comprising metal dip-coat powder for use in additive manufacturing
US20240008187A1 (en) * 2020-12-01 2024-01-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Conductive traces
KR20230019148A (ko) * 2020-12-15 2023-02-07 코쿠리츠켄큐카이하츠호징 붓시쯔 자이료 켄큐키코 구리 니켈 합금 전극용 도전성 잉크, 구리 니켈 합금 전극 부착 기판, 및 그것들의 제조 방법
CN114975378B (zh) * 2022-04-29 2024-02-06 西安电子科技大学 基于3d打印的柔性射频封装模块及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143356A (en) * 1999-08-06 2000-11-07 Parelec, Inc. Diffusion barrier and adhesive for PARMOD™ application to rigid printed wiring boards

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB566718A (en) * 1943-09-07 1945-01-10 Johnson Matthey Co Ltd Improvements in or relating to the silvering of non-metallic surfaces
JPS5332015A (en) * 1976-09-07 1978-03-25 Fuji Photo Film Co Ltd Thermodevelopable photosensitive material
JPS60195077A (ja) * 1984-03-16 1985-10-03 奥野製薬工業株式会社 セラミツクスの無電解めつき用触媒組成物
JPS63278983A (ja) * 1987-05-09 1988-11-16 Toyota Autom Loom Works Ltd 金属有機物インク
KR960010822B1 (ko) * 1987-12-24 1996-08-09 미쓰비시 가스 가가꾸 가부시끼가이샤 구리 필름 발포체의 제조방법
EP0508399A2 (en) * 1991-04-08 1992-10-14 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Method of producing thin film-deposited substrate
DE69506333T2 (de) * 1994-07-11 1999-07-15 Agfa Gevaert Nv Tintenstrahldruckverfahren
EP0989205A4 (en) * 1997-04-30 2003-05-28 Takamatsu Res Lab METAL PASTE AND PROCESS FOR PRODUCING A METAL LAYER
US5980998A (en) * 1997-09-16 1999-11-09 Sri International Deposition of substances on a surface
US6753108B1 (en) * 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
JP2000011875A (ja) * 1998-06-19 2000-01-14 Dainippon Toryo Co Ltd プラズマディスプレイの製造方法
AU2000225122A1 (en) * 2000-01-21 2001-07-31 Midwest Research Institute Method for forming thin-film conductors through the decomposition of metal-chelates in association with metal particles

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143356A (en) * 1999-08-06 2000-11-07 Parelec, Inc. Diffusion barrier and adhesive for PARMOD™ application to rigid printed wiring boards

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8680309B2 (en) 2009-12-07 2014-03-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal organic precursor, a method of preparing the same, and a method of forming a conductive metal film or pattern

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