KR101196796B1 - 전기 전도성 구리 패턴층의 형성방법 및 이로부터 형성된 구리 패턴층 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리 배선층, 구리 전극층 등과 같은 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 관한 것으로서, (스텝. 1) 구리계 입자와 환원제를 혼합한 다음, 여기에 용매를 첨가하여 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 준비하는 단계; (스텝. 2) 상기 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 기재에 소정 형상으로 인쇄 또는 충전하여 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 형성하는 단계; 및 (스텝. 3) 상기 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 따르면, 공기 중에도 전기전도성이 양호한 구리 패턴층이 형성되므로, 산업적으로 매우 유용하다.
Description
본 발명은 회로 기판이나 반도체 소자의 구리 배선층, 각종 디스플레이의 구리 전극층 등과 같은 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법 및 이로부터 형성된 구리 패턴층에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하여 전기전도성을 갖는 구리 패턴층을 형성하는 방법 및 이로부터 형성된 구리 패턴층에 관한 것이다.
회로 기판, 반도체 소자, 각종 디스플레이는 구리, 니켈, 은 등과 같은 금속으로 된 배선층이나 전극층 등의 패턴층을 구비한다. 특히 구리를 이용한 패턴층은 전기전도성이 좋고 가격이 저렴하여 널리 이용되고 있다.
특히 구리 입자, 산화제일구리와 같은 산화구리 입자들은 미세 패턴을 형성할 수 있도록 수 나노미터 내지 수십 마이크로미터의 작은 입경으로 제조될 수 있으므로, 전기전도성 구리 패턴층 형성에 유용하게 이용된다.
구리계 입자들을 이용하여 전기전도성 구리 패턴층을 형성하는 종래의 방법 에 따르면, 구리계 입자들을 용매에 분산시킨 구리계 입자 분산액을 기재 표면에 인쇄하거나 기재의 관통공에 충전하여 구리계 입자 패턴층을 형성한 다음, 이를 질소 가스와 같은 비활성 기체 분위기에서 고온에서 열처리하여 소성한다. 이에 따라, 구리계 입자 패턴층에 함유된 구리계 입자들 중 산화구리는 구리로 환원되면서 서로 연결되고 페이스트에 포함된 유기물들은 제거되므로, 전기전도성 구리 패턴층이 형성된다(일본 공개특허공보 2006-93003호 참조).
이러한 통상적인 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 따르면, 전기전도성이 양호한 구리 패턴층을 얻을 수 있으나, 비활성 기체 분위기에서 소성공정을 수행해야 하므로 비활성 기체를 공급하는 장치와 비활성 기체 분위기를 유지하는 공간 내에서 열처리를 수행해야 하는 등 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있다.
만일 전술한 구리계 입자 패턴층을 비활성 기체 분위기가 아닌 공기 분위기에서 열처리하여 소성하면, 열처리 과정에서 공기 중의 산소에 의해 구리의 산화반응이 진행되어 구리 패턴층의 전기전도성이 불량하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 비활성 기체를 공급하는 장치와 비활성 기체 분위기를 유지하는 공간 등을 구비할 필요 없이, 공기 중에서 구리계 입자 패턴층을 소성하여도 전기전도성이 양호한 구리 패턴층을 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법은,
(스텝. 1) 구리계 입자와 환원제를 혼합한 다음, 여기에 용매를 첨가하여 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 준비하는 단계;
(스텝. 2) 상기 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 기재에 소정 형상으로 인쇄 또는 충전하여 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 형성하는 단계; 및
(스텝. 3) 상기 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 있어서, 구리계 입자로는 구리 입자, 산화제일구리 입자, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있는데, 형성되는 구리 패턴층의 전기전도도 측면에서 구리 입자와 산화제일구리 입자의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
산화제일구리 입자로는 평균입경이 1 내지 100 nm인 다수의 산화제일구리 초미립자들이 서로 응집되어 형성된 산화제일구리 응집체 입자를 사용하는 것이 바람직하고, 이 때 산화제일구리 응집체 입자의 평균입경이 0.1 내지 10μm인 것이 바람직하다. 산화제일구리 초미립자들의 입경에 대한 표준편차는 0 내지 10%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 있어서, 환원제로는 NaBH4, 히드라진, 아스콜빈산, 글루코오스, 에틸렌 글리콜 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 있어서, 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 구성하는 용매로는 글리세롤, 테르피네올과 같은 통상적인 용매를 1종 이상 사용할 수 있는데, 글리세롤과 같은 극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 구리계 입자 분산액에 첨가된 환원제는 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성시 산화구리를 구리로 환원시킴으로서 구리를 소성 초기에 꾸준히 공급한다. 이에 따라, 소성시 공기 중의 산소에 의해 구리가 산화되는 속도보다 빠르게 구리가 소결됨으로서 공기 중에도 전기전도성이 양호한 구리 패턴층이 형성된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 비활성 기체를 공급하는 장치와 비활성 기체 분위기를 유지하는 공간 등을 구비하지 않고도 공기 중에서 전기전도성이 양호한 구리 패턴층을 형성할 수 있으므로, 생산 원가가 절감되어 산업적으로 매우 유용하다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상 에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 구리계 입자와 환원제를 혼합한 다음, 여기에 용매를 첨가하여 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 준비한다(스텝. 1).
구리계 입자로는 구리 입자나 산화제일구리 입자와 같은 산화구리입자를 들 수 있다.
구리 입자는 기계적으로 그라인딩하는 방법, 공침법, 분무법, 졸-겔법, 전기분해법 등 공지된 다양한 방법으로 준비할 수 있다. 본 발명에서, 입자는 플레이크, 파우더 등을 포함하는 의미로서, 용매에 분산되어 패턴층을 형성할 수 있는 입자라면 모두 포함되는 의미로 해석되어야 한다.
또한, 산화제일구리 입자의 제조방법 역시 다양한 방법이 제시되어 있는데, 예를 들어 일본 공개특허공보 2006-96655호 및 대한민국 공개특허공보 10-2005-84099호에는 산화제일구리 초미립자를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 구리 패턴층 형성방법에 있어서, 구리계 입자로는 구리 입자나 산화제일구리 입자와 같은 산화구리입자를 각각 단독으로 사용할 수 있으나, 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 구리 입자와 산화제일구리 입자를 혼합하여 사용하면, 구리계 입자 패턴층을 소성시 구리 입자를 중심으로 산화제일구리 입자가 환원 및 소결되어 패턴층의 패킹 밀도(packing density)가 증가되므로, 전기전도도가 증대된다.
산화제일구리 입자로는 평균입경이 1 내지 100 nm인 다수의 산화제일구리 초 미립자들이 서로 응집되어 형성된 산화제일구리 응집체 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 초미립자들이 서로 응집된 산화제일구리 응집체 입자를 사용하면, 산화제일구리 입자의 융착 온도가 낮아져서 소성시 보다 빠르게 구리 패턴층이 형성될 수 있다.
도 1은 산화제일구리 응집체 입자의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 산화제일구리 응집체 입자(10)는 다수의 산화제일구리 초미립자(1)들이 서로 응집되어 형성된다. 산화제일구리 초미립자(1)들은 평균입경이 1 내지 100 nm인 것이 바람직하다. 산화제일구리 초미립자(1)들의 평균입경이 1 nm 미만이면 입자 형성이 용이하지 않고, 그 평균입경이 100 nm를 초과하면 초미립자 특유의 물성이 저하될 우려가 있다. 더욱 바람직한 초미립자(1)들의 평균입경은 1 내지 10 nm이다. 또한, 산화제일구리 초미립자(1)들의 입경에 대한 표준편차는 0 내지 10%인 것이 바람직하다, 표준편차가 10%를 초과하면 균일한 크기와 형상의 산화제일구리 응집체 입자들을 형성하기 용이치 않다.
한편, 산화제일구리 응집체 입자(10)의 평균입경은 0.1 내지 10 m인 것이 바람직하다. 산화제일구리 응집체 입자(10)들의 평균입경이 0.1 μm 미만이면 응집체로 형성시키는 의미가 저하될 수 있고, 10 μm를 초과하면 크기가 커짐에 따라 가공성이 저하될 수 있다. 더욱 바람직한 산화제일구리 응집체 입자(10)들의 평균입경은 0.3 내지 2 μm 이다. 산화제일구리 응집체 입자(10)들의 형상에는 제한이 없으나, 입경에 대한 표준편차가 바람직하게는 0 내지 40%, 더욱 바람직하게는 0 내지 20%로 구형(球形)의 형상에 가까운 것이 더욱 좋다. 표준편차가 40%를 초과하면 크기의 불균일성으로 인하여 배선 형성 시 패터닝에 대한 물성이 저하될 수 있다. 본 명세서에서 구형(球形)은 각 단면의 종횡비(aspect ratio)가 1인 완벽한 구체 외에, 각 단면의 종횡비(aspect ratio)가 2이하인 타원형 구체도 포함하는 의미로 정의된다.
전술한 산화제일구리 응집체 입자, 바람직하게는 전술한 평균입경과 표준편차를 갖는 구형(球形)의 산화제일구리 응집체 입자는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
먼저, 하기 화학식 1로 표시되는 구리카르복실 화합물 또는 하기 화학식 2로 표시되는 카르복실기 함유 화합물과 구리염을 용매에 용해시켜 구리(Ⅱ) 전구체 용액을 준비한다.
상기 화학식 1에서, R1은 탄소수가 1 내지 18인 알킬기임.
상기 화학식 2에서, R1은 탄소수가 1 내지 18인 알킬기임.
화학식 1의 구리카르복실 화합물로는 (CH3COO)2Cu를 예시할 수 있고, 화학식 2의 카르복실기 함유 화합물로는 CH3COOH를 예시할 수 있다. 또한, 구리염으로는 구 리의 질산화물, 구리의 할로겐화물, 구리의 수산화물, 구리의 황산화물 등을 예시할 수 있으며, 이들을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 용매로는 전술한 구리카르복실 화합물 또는 카르복실기 함유 화합물과 구리염을 용해시킬 수 있는 용매로서, 약환원제 첨가시 산화제일구리 응집체 입자를 형성할 수 있는 용매라면 모두 사용이 가능한데, 예를 들어 물, C1-C6 저급 알코올, 디메틸포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 테트라히드로푸란, 아세토니트릴 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이어서, 준비한 구리(Ⅱ) 전구체 용액에 표준환원전위가 -0.2 내지 -0.05 V인 약환원제를 투입하여, 평균입경이 1 내지 100 nm이고 입경에 대한 표준편차가 0 내지 10%인 다수의 Cu2O 초미립자들이 서로 응집되어 형성되며 평균입경이 0.1 내지 10 μm이고 입경에 대한 표준편차가 0 내지 40%인 구형(球形)의 Cu2O 응집체 입자들을 형성한다. 응집체 입자 및 산화제일구리 초미립자의 크기는 용매의 종류, 계면활성제 첨가 등의 반응조건을 변화시켜 조절할 수 있다. 약환원제는 구리(Ⅱ) 전구체를 용매에 용해시키기 전에 먼저 투입할 수도 있으며, 별도의 용매에 약환원제를 용해시킨 다음 구리(Ⅱ) 전구체 용액에 투입할 수도 있다. 약환원제로는 산화제일구리 응집체 입자를 균일하게 형성하는데 유리하도록 표준환원전위가 -0.2 내지 -0.05 V인 약환원제를 사용한다. 이러한 약환원제로는 아스콜빈산(ascorbic acid), 디올 화합물, 시트르산(citric acid), 프럭토오스(fructose), 아민 화합물, 알파-히드록시 케톤(α-hydroxy ketone) 화합물, 숙신산(succinic acid), 말토오 스(maltose) 등을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
산화제일구리 응집체 입자 크기의 균일성을 향상시키기 위하여 상기 구리(Ⅱ) 전구체 용액에 계면활성제를 더 첨가할 수 있다. 계면활성제의 종류 및 사용량 등에 따라 응집체 입자의 크기가 조절되는데, 첨가된 계면활성제는 구형(球形)의 산화제일구리 응집체 입자들의 표면에 피복되는 형태로 존재하게 된다. 계면활성제로는 하나의 분자 내에 친수성기와 친유성기를 모두 갖는 양친매성 물질로서, 산화제일구리 입자 제조시 사용되는 통상적인 계면활성제를 사용할 수 있는데, 예를 들어 -OH, -COOH, -SH, -NH등의 기능기를 하나 이상 갖는 단분자 계면활성제 또는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올과 같은 고분자 계면활성제를 사용할 수 있으며, 이들을 각각 단독으로 또는 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 계면활성제로서 폴리아크릴아미드를 사용하면, 얻어지는 산화제일구리 응집체 입자의 형상과 크기가 더욱 균일해져서, 입경에 대한 표준편차가 매우 낮아진 구형(球形)의 산화제일구리 응집체 입자들을 얻을 수 있다.
전술한 산화제일구리 응집체 입자의 제조단계가 종료되면, 원심분리 등의 방법으로 용액으로부터 산화제일구리 응집체 입자들을 분리하여 구형(球形)의 산화제일구리 응집체 입자들을 얻는다.
한편, 본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 있어서, 구리계 입자 분산액에는 환원제가 첨가된다. 환원제 함유 구리계 입자 분산액의 준비에 있어서, 환원제는 구리계 입자와 먼저 혼합된 후 용매에 첨가되거나, 구리계 입자를 용매에 먼저 분산시킨 후 환원제가 첨가되는 등, 환원제의 첨가 순서를 달리해도 본 발명의 기술적 사상에 포함됨은 당연하다. 첨가된 환원제는 구리계 입자 분산액을 이용하여 형성한 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성시 산화구리를 구리로 환원시킴으로서 구리를 소성 초기에 꾸준히 공급한다. 이에 따라, 구리가 산화되는 속도보다 빠르게 구리가 소결됨으로서 공기 중에도 전기전도성이 양호한 구리 패턴층이 형성된다. 이러한 환원제의 기능이 원활히 수행될 수 있도록, 환원제의 첨가량은 환원제의 종류에 따라 변화될 수 있는데, 예를 들어 환원제 함유 구리계 입자 분산액 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 80 중량부 첨가될 수 있다. 환원제로는 예를 들어 NaBH4, 히드라진, 아스콜빈산, 글루코오스, 에틸렌 글리콜 등을 각각 단독으로 또는 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 구리계 입자를 분산시키는데 사용되는 용매로는 글리세롤, 테르피네올과 같은 통상적인 용매를 사용할 수 있는데, 글리세롤과 같은 극성 용매를 단독으로 또는 극성 용매와 다른 용매를 2종 이상 혼용하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 있어서, 환원제 함유 구리계 입자 분산액은 바인더 수지를 더 용해시킨 페이스트상의 분산액일 수 있다. 분산액에 첨가된 바인더 수지는 패턴 형성을 용이하게 하는 기능을 한다. 분산액에는 잘 알려진 바와 같이 필요에 따라 난소결 재료인 산화알루미늄, 니켈 등을 더 첨가할 수 있다.
전술한 방법으로 준비한 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 기재 표면에 소 정 형상으로 인쇄 또는 충전하여 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 형성한다(스텝. 2).
기재로는 구리 전극, 구리 배선과 같은 전기전도성 구리 패턴층이 요구되는 것이라면 모두 사용이 가능하며, 패턴층을 형성하는 방법으로는 스크린 인쇄법, 디스펜스법, 잉크젯법, 스프레이법 등, 구리계 입자의 분산액을 이용하여 목적하는 패턴을 형성할 수 있는 방법이라면 모두 사용이 가능하다.
그런 다음, 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하면(스텝. 3), 구리 입자들끼리 또는 산화제일구리 입자들이 구리로 변하면서 서로 연결되어 전기전도성 구리 패턴층이 형성된다. 이 때, 구리계 입자 패턴층에 함유된 환원제는 전술한 바와 같이 공기 중의 산소에 의해 산화되어 생성되는 산화구리를 환원시킴으로서, 높은 전기전도성, 예를 들어 면저항이 10.0 Ω/sq 이하, 더욱 바람직하게는 1.0 Ω/sq 이하, 가장 바람직하게는 70 mΩ/sq 이하인 전기전도성을 갖는 구리 패턴층을 형성시킨다. 소성 방법으로는 공지의 열처리 방법을 사용할 수 있는데, 예를 들어 200 내지 650 ℃의 온도로 열처리할 수 있다. 더욱 바람직한 열처리 온도는 250 내지 600 ℃이고, 가장 바람직한 열처리 온도는 300 내지 550 ℃이다. 열처리 시간은 10분 이내로 진행하는 것이 얻어지는 구리 패턴층의 전기전도성 측면에서 바람직하다. 한편, 소성 방법으로서 열처리 방법 대신 레이저를 조사하여 단시간 내에 강한 에너지로 구리계 입자 패턴층을 소성함으로서 구리 입자의 산화를 더욱 방지할 수도 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하 기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
산화제일구리 응집체 입자의 합성예
(CH3COO)2Cu?H2O 50 mg과 폴리아크릴아미드 200 mg 을 증류수 4.5 ml 에 녹여 제1 용액을 준비하고, 아스콜빈산 22 mg 을 증류수 0.5 ml에 녹여 제2 용액을 준비하였다. 실온, 상압 및 공기 중에서 상기 두 용액을 혼합하고 10분 간 정치하였다. 이어서, 2000 rpm에서 3분 간 원심분리한 후, 위층의 상청액을 버리고 남은 침전물을 물 20 ml에 재분산한 후 원심분리 과정을 한 번 더 반복하여 산화제일구리 입자를 얻었다.
상기 산화제일구리 입자에 대해 SEM 사진(도 2), TEM 사진(도 3), XRD 분석 그래프(도 4), HRTEM을 이용한 산화제일구리 입자의 구조 분석 사진(도 5) 및 산화제일구리 입자 끝부분의 TEM 사진(도 6), FIB로 잘라서 촬영한 산화제일구리 입자의 단면 SEM 사진(도 7)을 도면에 나타내었다.
도 4의 XRD 패턴에 대한 Scherrer equation 계산법에 의해서 얻은 결정 크기는 4.4 nm였으며, 이것은 도 6에서 TEM을 통하여 확인할 수 있는 ~5 nm 의 입자 크기와도 일치한다.
형성된 응집체들의 크기는 SEM 이미지(도 2)를 기초로 그래픽 소프트웨 어(MAC-View)를 사용하여 200개 이상의 입자에 대해 측정하였고, 얻어진 통계 분포를 통해 평균 크기가 504.7 nm, 표준편차는 91.8(18%)로 계산되었다.
전기전도성 구리 패턴층의 형성
실시예 1
전술한 방법으로 제조한 산화제일구리 응집체 입자들 4g과 아스콜빈산 2g을 혼합한 다음, 여기에 글리세롤 2ml를 첨가하고 3-roll mill에 돌려서 페이스트를 제조하였다. 이어서, 스크린 프린팅 방법을 이용하여 기재 위에 상기 페이스트를 선 형상으로 프린팅한 다음, 핫 플레이트(hot plate) 위에서 500 ℃의 온도로 1분 동안 공기 중에서 소성하였다. 도 8은 실시예 1에 따라 형성된 전기전도성 구리 패턴층을 촬영한 SEM 사진이다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예 2
직경 약 10μm의 구리 플레이크들 4g과 아스콜빈산 2g을 혼합한 다음, 여기에 글리세롤 5ml를 첨가하고 3-roll mill에 돌려서 페이스트를 제조하였다. 이어서, 300 ℃의 온도로 1분 동안 공기 중에서 소성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 구리선을 형성하였다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예 3
글리세롤 5ml 대신 테르피네올(terpineol) 5ml를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 구리선을 형성하였다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예 4
구리계 입자로서 실시예 3의 구리 플레이크 4g 대신, 직경 약 10um의 구리 플레이크들 3.5g과 전술한 합성예에 따라 제조한 산화제일구리 응집체 입자들 0.5g의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하여 구리선을 형성하였다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예 5
공기 중 소성 온도와 소성 시간을 각각 450 ℃와 90초로 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 구리선을 형성하였다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
비교예 1
직경 약 10μm의 구리 플레이크들 2g에 에틸 셀룰로오스가 2-부톡시에틸 아세테이트/테르피네올 혼합 용매(2:1)에 10%의 농도로 용해된 용액 2ml를 첨가하고, 3-roll mill에 돌려서 페이스트를 제조하였다. 이어서, 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 구리선을 형성하였다.
얻어진 구리선의 면저항 값을 측정한 결과를 표 1에 나타냈다.
표 1을 참조하면, 비교예 1의 면저항 값은 환원제 함유 페이스트를 이용하여 형성한 실시예들에 따른 구리선의 면저항 값보다 100만배 이상의 높은 수치이다.
도 1은 산화제일구리 응집체 입자의 개략적인 모식도이다.
도 2는 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자의 TEM 사진이다.
도 4는 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자의 XRD 분석 그래프이다.
도 5는 HRTEM을 이용한, 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자의 구조 분석 사진이다.
도 6은 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자 끝부분의 TEM 사진이다.
도 7은 합성예에 따라 제조된 산화제일구리 입자를 FIB로 잘라서 촬영한 산화제일구리 입자의 단면 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따라 형성된 전기전도성 구리 패턴층을 촬영한 SEM 사진이다.
Claims (18)
- (스텝. 1) 구리계 입자와 환원제를 혼합한 다음, 여기에 용매를 첨가하여 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 준비하는 단계;(스텝. 2) 상기 환원제 함유 구리계 입자 분산액을 기재에 인쇄 또는 충전하여 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 형성하는 단계; 및(스텝. 3) 상기 환원제 함유 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하는 단계를 포함하고,상기 환원제는 환원제 함유 구리계 입자 분산액 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 80 중량부이고,상기 구리계 입자가 산화제일구리 입자, 또는 구리 입자와 산화제일구리 입자의 혼합물이고,상기 구리계 입자 패턴층을 공기 중에서 소성하는 단계에서 상기 환원제가 상기 산화제일구리를 구리로 환원시킴으로써 구리를 소성 초기에 꾸준히 공급하는전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 산화제일구리 입자는 평균입경이 1 내지 100 nm인 다수의 산화제일구리 초미립자들이 서로 응집되어 형성된 산화제일구리 응집체 입자인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제3항에 있어서,상기 산화제일구리 초미립자들의 입경에 대한 표준편차가 0 내지 10%인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제3항에 있어서,상기 산화제일구리 응집체 입자의 평균입경이 0.1 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제3항에 있어서,상기 산화제일구리 응집체 입자들의 표면이 계면활성제로 피복된 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 계면활성제는 -OH, -COOH, -SH 및 -NH로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 기능기 또는 이들 중 2종 이상의 기능기를 갖는 단분자, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 계면활성제는 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 환원제는 NaBH4, 히드라진, 아스콜빈산, 글루코오스 및 에틸렌 리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 환원제 함유 구리계 입자 분산액은 바인더 수지를 더 포함하는 페이스트상의 분산액인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 용매는 극성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제12항에 있어서,상기 극성 용매는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 용매는 테르피네올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 소성은 200 내지 650 ℃에서 진행하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 전기전도성 구리 패턴층의 면저항은 10 Ω/sq이하인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제16항에 있어서,상기 전기전도성 구리 패턴층의 면저항은 70 mΩ/sq이하인 것을 특징으로 하는 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법.
- 제1항의 전기전도성 구리 패턴층의 형성방법에 따라 형성된 구리 패턴층으로서,상기 구리 패턴층은 구리계 입자의 소성 결과물인 구리가 서로 연결되어 이루어지고, 상기 구리계 입자는 산화제일구리 입자, 또는 구리 입자와 산화제일구리 입자의 혼합물이고,상기 산화제일구리 입자는 평균입경이 1 내지 100 nm인 다수의 산화제일구리 초미립자들이 서로 응집되어 형성된 산화제일구리 응집체 입자이고,상기 구리 패턴층의 면저항은 10 Ω/sq이하인 전기전도성 구리 패턴층.
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| KR100234170B1 (ko) * | 1996-12-10 | 2000-01-15 | 손욱 | 투명도전성 박막 형성용 조성물, 이를 이용한 투명도전성 박막의 제조방법 및 표면도전성 물품 |
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2009
- 2009-10-30 KR KR1020090104452A patent/KR101196796B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100234170B1 (ko) * | 1996-12-10 | 2000-01-15 | 손욱 | 투명도전성 박막 형성용 조성물, 이를 이용한 투명도전성 박막의 제조방법 및 표면도전성 물품 |
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| KR20100050408A (ko) | 2010-05-13 |
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