KR101713201B1 - 도전패턴 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 실버(Ag) 페이스트를 도포하여 도전패턴을 형성하는 단계; 상기 도전패턴을 제1온도로 제1열처리하여 부착력을 강화하는 단계; 상기 도전패턴이 형성된 기판을 이용하여 전자 부품을 제작하는 단계; 및 상기 도전 패턴을 제2온도로 제2열처리하여 부착력을 재생하는 단계;를 포함하는 도전패턴 형성방법을 개시한다.

Description

도전패턴 형성방법{METHOD FOR FORMING CONDUCTING PATTERN}
본 발명은 전자부품에 적용되는 도전패턴의 내화학성 및 부착력을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
전도성 금속 페이스트은 배선이 집적되어 다양한 소자들이 실장되거나 소자 간의 전기적 연결이 가능하도록 구성되는 전자 부품에 사용됨으로써, 반도체, 태양전지, 멀티미디어 기기, 통신기기, 각종 전자제품, 자동차 등에 널리 사용된다.
특히, 최근에는 디스플레이의 비약적인 발전과 함께 디스플레이의 기판을 단단한 유리가 아닌 유연한 고분자 필름으로 하는 플렉시블 디스플레이가 개발되고 있다. 또한, 프린터 배선판, 전자파 차폐, 멤브레인 스위치, 압전소자 등의 일렉트로닉스 분야에서도 플렉시블한 제품이 활발히 연구되고 있으며, 이러한 플렉시블 전자 디스플레이 및 일렉트로닉스 제품에 전도성 패턴은 폭넓게 적용되고 있는 실정이다.
종래의 전도성 패턴 형성방법으로는 에칭법 (etching)이 사용되고 있는데 각각 기판에 적층되어 있는 동박을 소정의 패턴에 따라 에칭 방법으로 회로 또는 패턴을 형성하여 제조된다. 에칭 공정에 의하여 패턴을 형성하는 이러한 방법을 감법(subtractive method) 이라고 칭할 수 있다.
여기서, 에칭법은 정밀한 패턴의 형성이 가능하다는 장점이 있으나, 공정이 복잡하여 생산성이 낮으며 많은 고가의 장비를 필요로 한다는 단점이 있다. 또한 필요 면적 이외의 부분에도 금속이 필요하기 때문에 재료의 낭비율이 높아 재료비용이 많이 들며, 에칭 공정에서 유해 물질이 다량 발생하므로 이에 대한 사후 환경처리비용이 추가적으로 발생한다는 단점이 있다.
최근에는 에칭공정에 의하여 패턴을 형성하는 감법(subtractive method)이 가지는 공정의 복잡성과 다량의 에칭 폐수 발생의 문제점을 피하고 경제적으로 제조하기 위하여 도전성 패턴을 기판에 직접 인쇄하여 형성하는 기술이 시도되고 있다.
그러나 인쇄방식에 의해 형성된 도전패턴은 이후 다양한 제조 공정을 거치면서 화학적 손상을 받거나 기판과의 부착력이 약해지는 문제가 있다.
본 발명은 각종 전기 부품의 전극 형성에 사용되는 도전패턴의 내화학성 및 부착력을 증가시키는 도전패턴 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 도전패턴 형성방법은, 기판상에 실버(Ag) 페이스트를 도포하여 도전패턴을 형성하는 단계; 상기 도전패턴을 제1온도로 제1열처리하여 부착력을 강화하는 단계; 상기 도전패턴이 형성된 기판을 이용하여 전자 부품을 제작하는 단계; 및 상기 도전 패턴을 제2온도로 제2열처리하여 부착력을 재생하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 치밀한 은막 조직에 의하여 도전패턴의 내화학성이 증대하고, 추가적인 열처리를 통하여 기판과 도전패턴 사이의 부착력을 재생시킬 수 있다.
따라서, 화학 코팅, 산 염기 처리, 화학 세정, 도금 등의 화학 공정이 수반되는 전자부품 제조 공정에서 인쇄물의 내열성, 내변형성과 내구성 및 고 신뢰성의 전극 형성을 확보하고, 제조공정을 단순화하고 공정비용 및 제조시간을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 특징에 따른 실버 나노 입자의 SEM 사진이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 150℃ 30분 경화후의 은막의 SEM 사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예 2의 300℃ 30분 경화후의 인쇄 패턴 사진이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2의 300℃ 30분 경화후의 은막의 SEM 사진이고,
도 5는 비교예에서 사용한 마이크로 실버 입자의 SEM 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 도전패턴 형성방법은 기판상에 실버(Ag) 페이스트를 도포하여 도전패턴을 형성하는 단계와, 상기 도전패턴을 제1온도로 제1열처리하여 부착력을 강화하는 단계와, 상기 도전패턴이 형성된 기판을 이용하여 전자 부품을 제작하는 단계, 및 상기 도전 패턴을 제2온도로 제2열처리하여 부착력을 재생하는 단계;를 포함한다.
도전패턴을 형성하는 단계는 실버(Ag) 페이스트를 이용하여 패턴을 형성한다.
실버(Ag) 페이스트는 전체 중량 100wt% 에 대하여 실버 나노 입자의 함량은 30 내지 95 wt% 이고, 바인더 및 기타 첨가물의 함량은 5 내지 70 wt%일 수 있다.
실버 나노입자의 평균입경(D50)은 1.0nm 내지 800nm일 수 있다.
바인더는 경화형 바인더로 열경화형 수지 또는 활성 에너지선 경화형 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
열경화형 수지는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 에폭시수지, 폴리에스터수지, 이소프렌 중합체, 부타디엔 중합체, 탄소-탄소 이중결합기나 글리시딜기를 중합체의 부사슬에 가지는 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어 진 군에서 선택될 수 있다.
활성 에너지선 경화형 수지는 2 관능 이상의 다관능 (메타) 아크릴레이트, 우레탄 (메타) 아크릴레이트계, 에폭시 (메타) 아크릴레이트계, 폴리에스테르 (메타) 아크릴레이트계, 폴리올 (메타) 아크릴레이트계, 에폭시계 올리고머 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
바인더가 열가소성 수지인 경우 폴리에스터, 폴리애마이드, 폴리이마이드, 플루오르카본, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아세탈, 에이비에스, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리바이닐크로라이드, 아크릭 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
종래 도전 패턴 형성방법은 기판에 전체적으로 도전층을 형성하고 패턴 마스크 등을 이용하여 건식 또는 습식 방법으로 회로 패턴을 형성하였다. 그러나, 이러한 방법은 공정이 복잡하여 생산성이 낮으며 많은 고가의 장비를 필요로 한다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 인쇄 방식을 이용하여 기판상에 패턴을 직접 형성한다. 이때, 패턴은 액정 패널에 배치되는 구동 전극 패턴 또는 터치 패널에 형성되는 센싱 전극 패턴일 수 있으며, 전극과 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하는 배선 패턴일 수도 있다.
인쇄 방식은 스프레이 분사, 롤러코팅, 패드 프린팅, 스크린인쇄, 그라비어 인쇄, 옵셋인쇄, 플렉소 인쇄(Flexo print), 디스펜싱, 로타리 스크린 인쇄법, 잉크젯 프린팅, 에어로젤 디파지트 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
이후 부착력을 강화하는 단계는, 도전 패턴을 소결하여 기판에 부착시키는 단계이다. 페이스트 상태의 도전 패턴을 약 200℃이상의 온도로 열처리하여 소결함으로써 도전패턴을 기판에 부착시킨다.
전술한 바와 같이 실버(Ag) 페이스트의 입자는 1.0nm 내지 800nm의 나노 입자이므로 소결시 매우 치밀한 조직을 갖게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 실버(Ag) 페이스트로 제조된 도전패턴은 내화학성을 갖는다.
이후, 전자 부품을 제작하는 단계는 도전패턴이 형성된 기판을 이용하여 전자 부품의 이후 공정을 완료한다.
전자 부품이란 도전성 기판을 이용하여 제작할 수 있는 모든 종류의 전자 부품을 포함한다. 전자 부품은 터치 패널, 액정 패널, 전자 기기의 전극, 및 이들의 패키징이나 어셈블리를 포함할 수 있다.
일 예로, 터치 패널 또는 액정 패널 제작시 화학 코팅, 산 염기 처리, 화학 세정, 도금, 또는 방수 처리 등의 화학 처리 공정이 여기에 해당할 수 있다.
부착력을 재생하는 단계는 전자부품 제작 공정 후 약화된 부착력을 재생하는 단계이다. 전술한 화학 처리 공정을 진행하는 단계에서 도전패턴과 기판의 부착력은 상대적으로 약해진다. 따라서, 도전패턴에 약 150℃이상의 온도로 열처리함으로써 도전패턴의 부착력을 재생할 수 있다.
이하 본 발명을 실시 예에 의하여 상세히 설명한다. 이러한 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.
[ 실시예 1]
실버 나노 입자 40 중량부, 바인더(YDPN-631) 2.5 중량부, 경화제(HMPA) 2.5 중량부와 터피놀 5중량부를 페이스트 믹서에서 2분간 완전히 혼합한 후 3-롤밀에서 7회 밀링을 수행하여 실버 페이스트를 제조하였다.
실버 나노 입자는 실버 나이트레트를 출발 물질로 하여 환원 용액 합성법으로 제조하여 평균 입경이 50nm인 실버 나노 입자를 제조하였다. (그림 1)
제조된 실버 페이스트는 탈기포 후 폴리이미드 필름에 스크린인쇄기를 이용하여 인쇄하였다. 인쇄물은 기재와 함께 150℃에서 30분간 경화하였다. 경화된 인쇄 패턴의 SEM을 측정하여 도 2에 도시하였다. 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 1에 표시하였다. 부착력은 크로스 해치 테스트(cross hatch test) 방법(ASTM D3359)으로 측정하였다.
[ 실시예 2]
경화 온도를 300℃로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전패턴을 제작하였다(도 3). 경화된 인쇄 패턴의 SEM을 측정하여 도 4에 도시하였다. 또한, 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 1에 표시하였다.
[ 비교예 1]
마이크로 실버 입자(GA-0143) 40 중량부, 바인더(YDPN-631) 2.5 중량부, 경화제(HMPA) 2.5 중량부와 터피놀 5중량부를 페이스트 믹서에서 2분간 완전히 혼합한 후 3-롤밀에서 7회 밀링을 수행하여 마이크로 실버 페이스트를 제조하였다. 마이크로 실버 입자는 평균입경(D50)이 6.89μm인 미국 메탈라 제품 GA-0143을 입수하여 사용하였다. (그림 5)
제조된 페이스트는 탈기포 후 폴리이미드 필름에 스크린인쇄기를 이용하여 인쇄하였다. 인쇄물은 기재와 함께 150℃에서 30분간 경화하였다. 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 1에 표시하였다.
[ 비교예 2]
경화 온도를 300℃로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 동일한 방법으로 도전패턴을 제작하였다. 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 1에 표시하였다.
항목 경화 온도(℃) 부착력
비교예1 150 2B
비교예2 300 3B
실시예1 150 2B
실시예2 300 5B
표1에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 경우 비교예 1과 유사한 정도의 부착력을 보이나, 실시예 2의 경우 동일한 온도로 소결한 비교예 2에 비해 기재와의 부착력이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 실버 나노 입자에 의해 은막 조직이 보다 치밀해졌기 때문으로 판단된다.
또한, 실버 나노 입자를 사용하는 경우 실시예 1에 비해 실시예 2의 은막 조직이 더 치밀해 짐을 SEM 이미지(도 4 및 도 5)를 통해 알 수 있다. 경화온도가 약 250℃ 내지 400℃인 경우에는 기재와의 높은 부착력을 부여할 수 있다.
[ 실시예 3]
실시예 1에서 제조된 도전 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에 30분간 잠겨 놓은 후 꺼내서 건조한 후 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 2에 표시하였다.
[ 실시예 4]
실시예 2에서 제조된 도전 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에 30분간 잠겨 놓은 후 꺼내서 건조한 후 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 2에 표시하였다.
[ 비교예 3]
비교예 1에서 제조된 도전 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에 30분간 잠겨 놓은 후 꺼내서 건조한 후 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 2에 표시하였다.
[ 비교예 4]
비교예 2에서 제조된 도전 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에 30분간 잠겨 놓은 후 꺼내서 건조한 후 인쇄된 패턴의 부착력을 측정하여 표 2에 표시하였다.
항목 경화 온도
(℃)		 부착력 (수용액에 30분간 방치후) 부착력 (암모니아수에 30분간 방치후) 부착력 (트라이에틸아민 용액에 30분간 방치후) 부착력 (5% 가성소다용액 에 30분간 방치후) 부착력 (5% 황산 용액에 30분간 방치후)
비교예3 150 1B 0B 0B 0B 0B
비교예4 300 2B 2B 2B 1B 1B
실시예3 150 1B 0B 0B 0B 0B
실시예4 300 5B 5B 4B 4B 4B
표2에서 보는 바와 같이, 인쇄된 전극 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에 넣고 내화학성을 측정 하였을 때 비교예 3과 비교예 4의 경우 부착력이 감소하였다.
따라서, 화학 코팅, 산 염기 처리, 화학 세정, 도금, 또는 방수 처리 등의 화학 처리를 한 후의 도전패턴은 기재와의 부착력이 감소할 것으로 예상할 수 있다.
실시예 3은 비교예2와 유사한 부착력을 갖는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 실시예 4의 경우 기재와의 부착력이 유사하게 유지되고 있음을 볼 수 있다. 이는 은막의 치밀한 조직이 화학제의 침투를 억제하는 장벽으로 작용하였다고 판단된다.
[ 실시예 5]
실시예 3의 도전 패턴을 건조하여 다시 150℃에서 30분간 경화한 후 부착력을 측정하여 표 3에 표시하였다.
[ 실시예 6]
실시예 4의 도전 패턴을 건조하여 다시 150℃에서 30분간 경화한 후 부착력을 측정하여 표 3에 표시하였다.
[ 실시예 7]
실시예 4의 도전 패턴을 건조하여 다시 300℃에서 30분간 경화한 후 부착력을 측정하여 표 3에 표시하였다.
[ 비교예 5]
비교예 3의 도전 패턴을 건조하여 다시 150℃에서 30분간 경화한 후 부착력을 측정하여 표 3에 표시하였다.
[ 비교예 6]
비교예 4의 도전 패턴을 건조하여 다시 300℃에서 30분간 경화한 후 부착력을 측정하여 표 3에 표시하였다.
항목 재경화 온도
(℃)		 부착력 (수용액에 30분간 방치후) 부착력 (암모니아수에 30분간 방치후) 부착력 (트라이에틸아민 용액에 30분간 방치후) 부착력 (5% 가성소다용액 에 30분간 방치후) 부착력 (5% 황산 용액에 30분간 방치후)
비교예5 150 1B 0B 0B 0B 0B
비교예6 300 2B 2B 2B 1B 1B
실시예5 150 1B 0B 0B 0B 0B
실시예6 150 5B 5B 5B 5B 5B
실시예7 300 5B 5B 5B 5B 5B
표 3에서 보는 바와 같이, 인쇄된 전극 패턴을 수용액, 암모니아수, 트라이에틸아민 용액, 5% 가성소다용액, 5% 황산 용액에서 빼낸 후 다시 경화 시켰을 때, 비교예5와 비교예 6은 부착력이 경화 이전과 유사한 정도의 부착력을 갖는 것을 알 수 있다.
그러나, 실시예 6와 실시예 7의 경우 최초 소결된 은막이 치밀했기 때문에 화학 손상을 덜 받아서 바인더와 기재 간의 부착력이 재생되었음을 확인할 수 있다.
실시예 6의 경우 실시예 1에 비해 낮은 온도인 150℃로 경화시켜도 부착력이 재생된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 부착력 재생 온도는 약 150℃ 이상이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150℃ 내지 400℃일 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판상에 실버(Ag) 페이스트를 도포하여 도전패턴을 형성하는 단계;
    상기 도전패턴을 제1온도로 제1열처리하여 소결하는 단계;
    상기 도전패턴이 형성된 기판을 이용하여 전자 부품을 제작하는 단계;
    상기 전자 부품을 화학 처리하는 단계; 및
    상기 도전패턴을 제2온도로 제2열처리하여 부착력을 재생하는 단계;를 포함하고,
    상기 도전패턴을 형성하는 단계는,
    상기 기판상에 상기 실버 페이스트를 선택적으로 도포하여 상기 도전패턴을 형성하고,
    상기 실버(Ag) 페이스트는 전체 중량 100wt% 에 대하여 실버 나노입자의 함량은 30 내지 95 wt% 이고, 바인더 및 기타 첨가물의 함량은 5 내지 70 wt% 인 도전패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1온도는 제2온도보다 높거나 동일한 도전패턴 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1온도와 제2온도는 150℃이상인 도전패턴 형성방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1온도와 제2온도는 300℃이상인 도전패턴 형성방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실버 나노입자의 평균입경은 1.0nm 내지 800nm인 도전패턴 형성방법.
  7. 삭제
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