KR101913184B1 - 도전 패턴 및 그 사용방법 - Google Patents

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Abstract

도전 패턴 및 이러한 도전 패턴을 사용 및 인쇄하는 방법을 개시한다. 소정의 실시예에 있어서는, 도전 패턴은 기판 상의 지지체 사이에 도전재료를 배치함으로써 제조될 수 있다. 상기 지지체는 제거되어 소망한 길이 및/또는 형상을 갖는 도전 패턴을 제공할 수 있다.

Description

도전 패턴 및 그 사용방법{CONDUCTIVE PATTERNS AND METHODS OF USING THEM}
본 발명에 개시된 기술의 실시형태는 일반적으로 도전 패턴 및 이것을 사용 및 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 소정의 실시형태는 본 발명에 개시된 바와 같은 도전 패턴을 하나 이상 포함하는 인쇄 회로판과 같은 전자 디바이스에 관한 것이다.
전자 디바이스는 다수의 접속된 전기회로를 포함한다. 디바이스의 설치 면적이 작아짐에 따라서, 장치의 전기회로는 소망한 설치 면적을 수용하기 위해서 소형화되어야만 한다. 회로 및 도체의 제조에 현재 사용되는 방법은 다수의 소형 전자 디바이스에 사용되는 소폭의 얇은 도체를 생성하기 위한 정밀도를 제공하지 못하고 있다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 회로 및 도체의 제조에서 다수의 소형 전자 디바이스에 사용되는 소폭의 얇은 도체를 생성하기 위한 정밀도를 제공하기 위한 것이다.
제 1 양상에 의하면, 적어도 하나의 도전 패턴을 포함하는 디바이스를 개시한다. 소정의 실시형태에 있어서는, 도전 패턴은 하나 이상의 도전선이 하나 이상의 다른 도전선에 전기 접속되어 있는 형태를 가져도 좋다. 소정의 실시예에서는 도전 패턴은 기판 상에 지지체를 배치하고, 상기 지지체 사이에 도전재료를 배치하고, 지지체를 제거함으로써 제조할 수 있다. 이러한 방법을 사용하여 제조된 도전 패턴은 본 발명에 있어서 일부 경우에 고 종횡비 도전 패턴이라고도 한다. 일부 실시예에 있어서 도전재료는 여기에 기재된 캐핑된(capped) 금속 입자와 같은 금속 입자이어도 좋다.
다른 양상에 의하면, 하나 이상의 고 종횡비 도전 패턴을 포함하는 기판을 제공한다. 소정의 실시예에 있어서, 기판은 인쇄 회로판의 일부이어도 좋다. 일부 실시예에 있어서, 기판은 열처리된 하나 이상의 프리프레그로 형성되어도 좋다. 소정의 실시예에 있어서는, 기판은 적층체 또는 성형품의 형태를 가져도 좋다. 일부 실시형태에 있어서, 도전 패턴은 하나 이상의 다른 도전선에 전기 접속되어도 좋은 하나 이상의 도전선을 포함할 수 있다. 도전 패턴은 기판면을 따라 수평으로, 기판면에 대해 수직으로 실질적으로는 직각으로, 또는 기판면에 대해 임의의 각도로 배치될 수 있다. 소정의 구성에 있어서, 제 1 고 종횡비 도전 패턴은 기판의 반대면 또는 그외 면 상의 고 종횡비 도전 패턴이어도 좋은 다른 도체에 전기 접속되어도 좋다.
또 다른 양상에 의하면, 적어도 하나의 고 종횡비의 도전선을 포함하는 인쇄 회로판을 제공한다. 소정의 실시예에 있어서, 인쇄 회로판은 프리프레그 중 하나에 배치된 고 종횡비 도전 패턴을 적어도 하나 포함하는 하나 이상의 프리프레그로 형성될 수 있다.
또 다른 양상에 의하면, 고 종횡비 도전 패턴을 제조하는 방법을 개시한다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 방법은 고체 지지체 사이에 도전재료를 배치하는 단계를 포함한다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 고체 지지체는 규정된 간격을 포함하여 소망한 형태, 두께 또는 폭을 가진 도전 패턴을 제공할 수 있다. 또한, 상기 방법은 고체 지지체를 제거하여 고 종횡비 도전 패턴을 제공하는 단계를 포함한다. 소정의 실시예에 있어서, 고체 지지체는 열처리, 화학적 처리, 또는 도전 패턴을 손상시키지 않고 고체 지지체를 제거할 수 있는 기타 방법에 의해 제거될 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 고체 지지체는 잉크 번짐 경향성을 억제 또는 저하시키기 위한 내습식성 코팅을 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 의하면, 적어도 하나의 고 종횡비의 도전 패턴을 포함하는 인쇄 회로판의 제조방법을 제공한다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 방법은 프리프레그 상의 고체 지지체 사이에 도전재료를 배치하는 단계 및 상기 프리프레그로부터 고체 지지체를 제거하여 고 종횡비 도전 패턴을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 적어도 하나의 고 종횡비의 도전 패턴이 배치된 프리프레그를 열처리하여 인쇄 회로판을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에 의하면, 전자 디바이스의 조립을 용이하게 하는 방법을 개시한다. 소정의 실시예에서는 상기 방법은 캐핑된 금속 입자를 포함하는 적어도 하나의 잉크를 제공하고, 상기 기판 상의 적어도 하나의 잉크의 배치에 대한 지시를 내려서 기판 상에 고 종횡비 도전 패턴을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에 의하면, 프린터를 사용한 도체 인쇄 방법을 제공한다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 방법은 기판 상에 프린터의 제 1 저장용기 내의 고체 지지체 재료를 배치하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 상에 배치된 고체 지지체 재료 사이에 프린터의 제 2 저장용기 내의 잉크를 배치하는 단계를 더 포함한다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 방법은 배치된 고체 지지체 재료를 기판으로부터 제거하는 단계도 포함할 수 있다.
이하에 다른 특징, 양상 및 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 회로 및 도체의 제조에서 다수의 소형 전자 디바이스에 사용되는 소폭의 얇은 도체를 높은 정밀도로 생성할 수 있다.
소정의 실시형태에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 소정의 실시예에 의한 기판 상에 배치된 고체 지지체의 도면이다.
도 2는 소정의 실시예에 의한 기판 상의 고체 지지체 사이에 배치된 도전재료의 도면이다.
도 3은 소정의 실시예에 의한 기판 상에 배치된 고 종횡비 도전 패턴의 도면이다.
도 4는 소정의 실시예에 의한 고 종횡비의 도전 패턴의 제조방법을 도시한다.
도 5는 소정의 실시예에 의한 고 종횡비의 도전 패턴을 포함하는 인쇄 회로판의 예이다.
상기 도면에 도시한 소정의 특징은 본 발명에 개시된 기술의 이해를 더욱 용이하게 하기 위해서 종래에 없는 방식으로 확대, 변형, 개조 또는 기타 방법으로 표시할 수 있다.
본 발명에 개시된 디바이스 및 방법의 소정의 실시형태는 기존의 방법에 의해서는 달성하지 못했던 전기적 특성을 갖는 도전 패턴을 제공한다. 고 종횡비의 도전 패턴은 선택한 두께 및 폭의 임의의 소망한 패턴으로 어떤 타입의 전기 디바이스에도 형성할 수 있다. 고 종횡비의 도전 패턴의 예를 후술한다.
압전 잉크젯 기술은 진보되어 인쇄전자에 있어서 성공의 열쇠가 되어 있다. 추가 공정으로서 잉크젯 인쇄는 매우 고가의 유체 및 재료가 낭비되지 않도록 가해지는 유체의 순서 및 양을 정밀하게 조정한다. 확장된 범위의 분사성(jettable) 나노입자 도전성 유체, 반도전성 유체 및 접착성 유체가 시판됨에 따라서 잉크젯에 대한 새로운 기회가 전자 산업에서 부각되고 있다.
압전 잉크젯 기술은 진보되어 인쇄전자에 있어서 성공의 열쇠가 되어 있다. 추가 공정으로서 잉크젯 인쇄는 매우 고가의 유체 및 재료가 낭비되지 않도록 가해지는 유체의 순서 및 양을 정밀하게 조정한다. 확장된 범위의 분사성(jettable) 나노입자 도전성 유체, 반도전성 유체 및 접착성 유체가 시판됨에 따라서 잉크젯에 대한 새로운 기회가 전자 산업에서 부각되고 있다.
잉크젯 기술에 있어서의 하나의 문제점은 세밀(폭 약 100미크론 미만)하고 두꺼운 라인(두께 약 2미크론 초과)을 인쇄하는 것이다. 일반적으로, 요구되는 선두께를 달성하기 위해서는 멀티플 패스 인쇄가 필요로 되고, 그 결과 요구되는 폭 이상으로 선이 번질 수 있다. 이 현상은 도전성 금속 잉크인 경우에 특히 심해질 수 있다. 금속 입자는 캐리어 매체보다 밀도가 더욱 높기 때문에 잉크 체적의 대부분은 인쇄면 상에서 빠르게 번지는 용제가 차지한다.
잉크 번짐을 방지하기 위한 일반적인 방법은 레올로지 조정제를 첨가하여 잉크의 밀도 및 점착성을 증가시키는 것이다. 그러나, 도전성 잉크 포뮬레이션에 레올로지 조정제(통상적으로 고비점 유기 물질 또는 폴리머)을 첨가하는 것에 인하여 인쇄 라인의 전도성이 현저하게 열화될 수 있다. 이것은 본 명세서에 있어서 그 전문이 참조로서 나타내어진 미국 특허출원 11/462,089에 기재된 것과 같은 금속 나노입자 잉크의 경우에 특히 그러하다. 나노입자의 고 도전선으로의 소결은 나노입자 간의 밀접한 접촉에 의존하므로 고비점 유기물질 및 폴리머의 첨가는 소결 프로세스를 방해하거나 완전히 차단할 수 있어 도전선의 품질을 저하시킬 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 잉크젯 인쇄에 의해서 소정 점도의 잉크로 소정 치수의 미세 패턴을 제공하여 고 종횡비 도전 패턴을 제공하는 방법을 개시한다. 용어 "고 종횡비"란 제 1 치수, 예를 들면 높이가 제 2 치수, 예를 들면 폭보다 약 5배 이상 큰 도전체를 나타낸다. 소정의 실시예에 있어서, 제 1 치수는 제 2 치수 보다 적어도 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100배 더 크다. 그러나, 여기서 사용된 방법은 높이와 폭이 실질적으로 동일한, 예를 들면 높이:폭의 비율이 1:1인 도전 패턴 또는 높이가 폭의 약 2배인, 예를 들면 높이:폭의 비율이 2:1인 도전 패턴을 인쇄하는데 사용될 수도 있다.
소정의 실시형태에 의하면, 도전재료는 2개 이상의 지지체 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면 도 1에 나타내듯이, 기판(100)의 측면도를 나타낸다. 제 1 고체 지지체(110) 및 제 2 고체 지지체(120)는 기판(100) 상에 배치되어 있다. 고체 지지체(110, 120)를 기판(100)의 중심 부근에 배치하여 나타내었지만, 고체 지지체(110, 120)는 기판(100)의 임의의 부분 또는 영역에 배치될 수 있다. 기판(100) 상의 고체 지지체(110, 120)의 배치에 이어서, 도 2에 나타낸 바와 같이 도전재료(130)를 고체 지지체(110, 120) 사이에 배치할 수 있다. 고체 지지체의 높이(h1)와 고체 지지체 간의 거리(d1)는 일반적으로 도전재료의 두께 및 폭을 각각 결정한다. 거리(d1)가 감소됨으로써 도전 패턴의 폭이 감소된다. 높이(h1)가 감소됨으로써 도전 패턴의 두께가 감소된다. 도전 패턴의 실제 두께 및 폭은 변동될 수 있고, 두께의 예로는 약 0.001mm~약 0.1mm의 범위, 폭의 예로는 0.05mm~약 0.3mm가 열거되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 그외의 두께 및 폭은 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 도전재료(130)를 일단 고체 지지체(110, 120) 사이에 배치하면 도전재료에 하나 이상의 처리 단계를 행한다. 도전재료가 후술하는 바와 같이 캐핑된 금속 입자를 함유하는 잉크인 실시예에서는, 잉크를 소결하여 배치된 재료를 응축시켜도 좋다. 기타 처리 단계로는 가열, 분쇄, 화학적 에칭, 및 플라즈마 에칭이 열거되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 고 종횡비의 도전 패턴을 제공하기 위한 추가 처리 단계는 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 각종 방법을 사용하여 기판 상에 고체 지지체를 배치할 수 있다. 기판 상에 고체 지지체 재료를 배치하는데 사용되는 구체적 방법은 고체 지지체에 사용되기 위해 선택되는 재료의 성질 및 특성에 따라서 다를 수 있다. 고체 지지체가 폴리머 재료인 실시예에 있어서는, 고체 지지체는 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 또는 그라비아 인쇄에 의해 배치된다. 고체 지지체가 종이계 재료, 무기염 또는 고무와 같은 엘라스토머인 실시예에 있어서는, 고체 지지체는 기판 전면에 걸쳐 위치된 주형 또는 틀에 배치 또는 패킹되어도 좋다. 고체 지지체에 사용되는 기타 적합한 재료로는 폴리머, 에폭시 수지, 무기/유기염이 열거되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에 있어서 고체 지지체가 내젖음성을 제공하는 경우, Dupont 제품의 Krytox 유체 또는 Cytonix Corporation 제품의 FluoroPel과 같은 불소화 폴리머로 이루어진 것일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 고체 지지체는, 예를 들면 도전재료를 배치하기 위해 사용될 수 있는 잉크젯 프린터 등의 잉크젯 프린터를 사용하여 배치할 수 있다. 예를 들면, 잉크젯 프린터는 고체 지지체 재료를 포함하는 하나와 고체 지지체 사이에 인쇄되는 잉크를 포함하는 다른 하나의 것의 2개 이상의 저장용기를 포함할 수 있다. 제 1 기판 인쇄는 고체 지지체 재료를 배치하고, 제 2 기판 인쇄는 고체 지지체 재료 사이에 도전재료를 배치할 수 있다. 인쇄 조작을 컴퓨터 제어함으로써 고체 지지체 재료와 잉크 모두의 공지된 정밀한 배치를 제공할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 고체 지지체와 잉크의 배치에 이어서 고체 지지체 재료를 제거하여 고 종횡비 도전 패턴을 제공할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서는 도 3에 나타낸 바와 같이 고체 지지체(110, 120)를 기판(100)으로부터 제거하여 고 종횡비 도전 패턴(140)을 제공할 수 있다. 고체 지지체를 제거하기 위해 사용되는 구체적 방법 또는 공정은 고체 지지체에 사용되는 재료 또는 재료의 성질에 따라 다르다. 고체 지지체가 플라스틱과 같은 폴리머인 실시예에 있어서, 폴리머는 이소프로필알콜 또는 아세톤과 같은 유기 용제 또는 포토레지스트막을 스트리핑하는 시판의 스트리퍼(stripper)를 사용하여 세정함으로써 스트리핑할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 배치된 도전재료에 실질적인 손상 없이 고체 지지체를 제거할 수 있는 CNC 머신 또는 기타 디바이스를 사용하여 고체 지지체를 그라인딩 또는 절단할 수 있다. 고체 지지체가 종이인 실시예에 있어서는, 고체 지지체를 연소시키거나 애쉬화하고, 기류를 사용하여 도전재료로부터 잔사를 제거할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 고체 지지체는 무기 재료를 사용하여 캐스팅될 수 있고, 또한 도전재료의 배치 후 무기 물질의 성질에 따라서 약산 또는 약염기로 용해제거할 수 있다. 무기 물질의 예로는 염화 나트륨, 염화 칼륨, 질산 나트륨 및 그외 수용성 염을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
소정의 실시예에 있어서, 도전재료를 단차식으로 배치한 후, 이어서 고체 지지체 재료를 더 배치하고 이어서 추가 도전재료를 배치할 수 있다. 이 공정은, 예를 들면 단일 도포에 의해 가능한 것보다 더 두께가 두꺼운 도전재료를 얻는 것이 소망되는 경우에 유용할 수 있다. 이 공정의 실례를 도 4에 개략적으로 나타낸다. 기판(400)은 도 4에 나타내고, 사용된 도전성 나노은 잉크와 함께 폴리머 고체 지지체 재료를 나타낸다. 제 1 단계에 있어서, 지지 폴리머 라인(410, 415)을 기판(400) 상에 인쇄한다. 은 잉크(425)를 고체 지지선(410, 415)의 상단에 도달할 때까지 고체 지지선(410, 415) 사이에 인쇄한다. 추가 고체 지지체 재료는 라인(410, 415) 상에 배치하여 고체 지지선(430, 435)을 제공한다. 추가 잉크(445)는 고체 지지선(430, 435)의 상부에 도달할 때까지 고체 지지선(430, 435) 사이에 배치된다. 추가 고체 지지체 재료를 배치하여 고체 지지선(450, 455)을 형성한 후 추가 잉크(465)를 배치하는 또 다른 공정을 행해도 좋다. 이러한 고체 지지체 재료를 배치한 후 잉크(465)를 배치하는 공정은 소망한 두께에 이를 때까지 계속될 수 있다. 일단 소망한 두께에 도달하면 소결을 행하여 잉크(465)를 소결 잉크(475)로 응축한다. 소결에 이어서, 기판을 예를 들면 이소프로필알콜, 아세톤 또는 그 혼합물에서 세정함으로써 고체 지지선(450, 455)을 제거하여 고 종횡비 도전 패턴(485)을 갖는 기판(400)을 얻는다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 방법에 적합하게 사용되는 잉크로는 잉크젯 인쇄 용도에 적합하게 사용되는 잉크이면 어느 잉크이어도 좋지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이러한 잉크에 사용되는 잉크 및 입자의 예는 후술한다. 다른 적합한 잉크는 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 용이하게 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 잉크는 적합한 용제계에 분산된 은 입자를 포함할 수 있다. 은 입자는 공지된 재료이고, 다른 시판의 것이어도 좋다. 일반적으로, 입자의 사이즈는 5~70nm 범위이다. 통상의 은 분말에 비하여 상기 입자의 공지된 이점은 융점보다 낮은 온도에서 고체 구조로 가열 또는 소결되는 능력이다. 은 입자는, 예를 들면 온도 200℃ 정도의 낮은 온도에서 가열될 수 있다. 가열공정은 입자에서 입자로 은이 이동하여 입자 간 연결다리를 형성하는 확산공정이다. 현재 입수가능한 은 입자의 가열에 의해 형성되는 구조체는 전도성은 있지만, 그 전도율은 벌크 은보다 훨씬 낮다. 보고된 전도율은 벌크 은이 62×104S/cm인 것에 비하여 1~2×104S/cm의 범위 내이다. 전도율이 벌크 은에 더욱 근접한 은막이 여전히 필요하다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자는 적어도 하나의 금속 또는 금속염과 캐핑제를 단상 용액 또는 다중상 용액 중에서 혼합하여 제조할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 금속 또는 금속염은, 예를 들면 금, 은, 동, 니켈, 백금, 팔라듐, 철, 및 그 합금의 전이금속 또는 전이금속염을 포함한 도전성 금속 또는 도전성 금속염에서 선택될 수 있다. 금속 또는 금속염의 구체적 형태는 선택된 용제계에 따라 다를 수 있다. 금속염은 선택된 용제계에 용제의 증발을 야기할 수 있는 과도한 가열 없이 용해되는 것이 바람직하다. 금속염의 음이온의 예로는 니트레이트, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 티오시아네이트, 클로레이트, 니트라이트, 및 아세테이트가 열거된다. 다른 음이온에 대해서는 개시된 금속염의 구체예를 참조하여 다른 음이온에 대해서 후술한다.
소정의 실시예에 있어서, 단상 용액을 사용하여 입자를 제조함으로써 폴리올 공정에서 입자를 제조하는데 통상적으로 사용되는 상간이동 시약(상간이동 시약은 소정의 실시예에서만 사용됨)을 생략할 수 있다. 단상에서 반응을 행함으로써, 입자 제조 용이성이 증가하고 입자 제조 비용이 감소한다. 또한, 단상 반응을 이용하여 입자의 대규모 공업적 합성을 달성할 수 있다. 상기 입자 및 이들 입자의 제조방법의 다른 이점은 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 용이하게 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 은염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 예를 들면, 은염을 사용할 경우, 은염은 은 클로라이드, 은 브로마이드, 은 요오다이드, 은 티오시아네이트, 은 술페이트, 은 크로메이트, 은 포스페이트, 은 옥살레이트, 은 카보네이트, 은 술파이트, 은 히드록시드, 은 니트레이트, 은 클로레이트, 은 아세테이트, 은 니트라이트, 은 아세틸아세토네이트, 은 락테이트, 은(II) 플루오라이드, 은(I) 수소플루오라이드, 은(I) 퍼망가네이트, 은 메타바나데이트, 은 트리플루오로아세테이트, 칼륨 디시아노아르겐테이트, 은 벤조에이트, 은 아르세네이트, 은 브로메이트, 은 시클로헥산부티레이트, 은 플루오로술페이트, 은 헥사플루오로안티모네이트(V), 은 헥사플루오로아르세네이트(V), 은 헥사플루오로포스페이트, 은(I) 플루오라이드, 은(I) 옥사이드, 은(I) 퍼레네이트, 은(I) 셀레나이드, 은(I) 텔루라이드, 은 요오데이트, 은 오르토포스페이트, 은 술파이드, 및 은 텅스테이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 은염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 금염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 예를 들면, 금염이 사용되는 경우에 있어서, 금염은 금(III) 클로라이드 히드레이트, 수소 테트라클로로아우레이트(III) 히드레이트, 클로로(디메틸술파이드)금(I), 금(I) 클로라이드, 금 콜로이드, 금(I) 시아나이드, 금(I) 요오다이드, 금(I) 술파이드, 금(III) 브로마이드 히드레이트, 금(III) 클로라이드, 금(III) 클로라이드 트리히드레이트, 금(III) 히드록사이드, 금(III) 옥사이드 히드레이트, 금(III) 술파이드, 칼륨 디시아노아우레이트(I), 칼륨 금(III) 클로라이드, 및 나트륨 테트라클로로아우레이트(III) 데히드레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 금염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 동염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 동염이 사용되는 경우에 있어서, 제 1 동 형태(동(I)) 또는 제 2 동 형태(동(II)) 중 어느 하나를 사용해도 좋다. 동염의 예로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 동(I) 클로라이드, 동(II) 클로라이드, 동(I) 브로마이드, 동(II) 브로마이드, 동(I) 요오다이드, 동(II) 요오다이드, 동 머큐릭 요오다이드, 동(I) 테트라요오도머큐레이트(II), 동(I) 티오시아네이트, 동(II) 술페이트, 동(II) 아세틸아세토네이트, 암모늄 테트라클로로쿠프레이트(II) 디히드레이트, 동 알루미늄 옥사이드, 동 크로마이트, 에틸렌디아민테트라아세트산 디암모늄동염 용액, 에틸렌디아민테트라아세트산 동(II) 2나트륨염, 동(I) 아세테이트, 동(I) 시아나이드, 동(I) 옥사이드, 동(I) 셀레나이드, 동(I) 술파이드, 동(I) 텔루라이드, 동(I) 티오페놀레이트, 동(II) 아세테이트, 동(II) 아세테이트 히드레이트 동(II) 아세테이트 모노히드레이트, 동(II) 카보네이트, 동(II) 히드록사이드, 동(II) 몰리브데이트, 동(II) 니오베이트, 동(II) 니트레이트, 동(II) 셀레나이드, 동(II) 셀레나이트 데히드레이트, 동(II) 술페이트, 동(II) 술파이드, 동(II) 텔루라이드, 트리스(에틸렌디아민) 동(II) 술페이트, 및 그 조합물이 열거된다. 추가의 적합한 동염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 알루미늄염을 염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제공할 수 있다. 알루미늄염을 사용하는 경우에 있어서, 알루미늄염은, 예를 들면 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 포스페이트 모노베이직, 알루미늄 술페이트, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 칼륨 술페이트, 알루미늄 실리케이트, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 아르세나이드, 알루미늄 브로마이드, 알루미늄 클로라이드, 알루미늄 클로라이드 히드레이트, 알루미늄 플루오라이드, 알루미늄 플루오라이드 히드레이트, 알루미늄 플루오라이드 트리히드레이트, 알루미늄 히드록사이드, 알루미늄 요오다이드, 알루미늄 술파이드, 알루미늄 니트레이트, 알루미늄 티오시아네이트, 알루미늄 클로레이트, 및 알루미늄 니트라이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 알루미늄염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 백금염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 백금염을 사용하는 경우에 있어서, 백금염은, 예를 들면 백금(II) 아세틸아세토네이트, 백금(IV) 클로라이드, 백금(IV) 옥사이드, 백금(II) 브로마이드, 백금(II) 클로라이드, 백금(II) 시아나이드, 백금(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 백금(II) 요오다이드, 백금(IV) 술파이드, 및 백금 니트레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 알루미늄염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 팔라듐염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 팔라듐염을 사용하는 경우에 있어서, 팔라듐염은, 예를 들면 팔라듐(II) 아세틸아세토네이트, 팔라듐(II) 트리플루오로아세테이트, 팔라듐 히드록사이드, 팔라듐(II) 아세테이트, 팔라듐(II) 브로마이드, 팔라듐(II) 클로라이드, 팔라듐(II) 시아나이드, 팔라듐(II) 헥사플우로오아세틸아세토네이트, 팔라듐(II) 요오다이드, 팔라듐(II) 니트레이트 데히드레이트, 팔라듐(II) 니트레이트 히드레이트, 팔라듐(II) 옥사이드, 팔라듐(II) 프로피오네이트, 팔라듐(II) 술페이트, 팔라듐(II) 술파이드, 및 알루미나 상의 팔라듐 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 팔라듐염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 코발트염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 코발트염을 사용하는 경우에 있어서, 코발트염은, 예를 들면 암모늄 코발트(II) 술페이트 헥사히드레이트, 코발트클로라이드, 코발트(II) 아세테이트, 코발트(II) 아세테이트 테트라히드레이트, 코발트(II) 아세틸아세토네이트, 코발트(II) 아세틸아세토네이트 히드레이트, 코발트(II) 브로마이드, 코발트(II) 클로라이드, 코발트(II) 클로라이드 헥사히드레이트, 코발트(II) 클로라이드 히드레이트, 코발트(II) 시아나이드 데히드레이트, 코발트(II) 요오다이드, 코발트(II) 티오시아네이트, 코발트(II) 니트레이트 헥사히드레이트, 및 코발트(III) 아세틸아세토네이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 코발트염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 크롬염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 크롬염을 사용하는 경우에 있어서, 크롬염은, 예를 들면 크롬(III) 아세틸아세토네이트, 크롬(II) 아세테이트, 크롬(II) 클로라이드, 크롬(II) 플루오라이드, 크롬(II) 셀레나이드, 크롬(III) 아세테이트 히드록사이드, 크롬(III) 브로마이드 헥사히드레이트, 크롬(III) 클로라이드, 크롬(III) 클로라이드 헥사히드레이트, 크롬(III) 클로라이드 히드레이트, 크롬 (III) 플루오라이드, 크롬(III) 술페이트 히드레이트, 크롬(III) 텔루라이드, 크롬 실리사이드 및 크롬 니트레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 크로늄염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 인듐염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 인듐염을 사용하는 경우에 있어서, 인듐염은, 예를 들면 인듐(III) 아세틸아세토네이트, 인듐 안티모나이드, 인듐(I) 브로마이드, 인듐(I) 클로라이드, 인듐(I) 요오다이드, 인듐(II) 클로라이드, 인듐(III) 아세테이트, 인듐(III) 아세테이트 히드레이트, 인듐(III) 브로마이드, 인듐(III) 클로라이드, 인듐(III) 클로라이드 히드레이트, 인듐(III) 클로라이드 테트라히드레이트, 인듐(III) 플루오라이드, 인듐(III) 플루오라이드 트리히드레이트, 인듐(III) 히드록사이드, 인듐(III) 요오다이드, 인듐(III) 니트레이트 히드레이트, 인듐(III) 니트레이트 히드레이트, 인듐(III) 니트레이트 펜타히드레이트, 인듐(III) 니트라이트, 인듐(III) 옥사이드, 인듐(III) 퍼클로레이트 히드레이트, 인듐(III) 셀레나이드, 인듐(III) 술페이트, 인듐(III) 술페이트 히드레이트, 및 인듐(III) 텔루라이드 중 어느 하나이어도 좋다. 추가의 적합한 인듐염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 니켈염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 니켈염을 사용하는 경우에 있어서, 니켈염은 예를 들면 니켈(II) 아세틸아세토네이트, 니켈(II) 아세테이트 테트라히드레이트, 니켈(II) 카보네이트 히드록사이드 테트라히드레이트, 니켈(II) 옥타노에이트 히드레이트, 니켈 술파이드, 니켈 카보네이트, 니켈(II) 브로마이드, 니켈(II) 브로마이드 히드레이트, 니켈(II) 브로마이드 트리히드레이트, 니켈(II) 카보네이트 베이직 히드레이트, 니켈(II) 클로라이드, 니켈(II) 클로라이드 헥사히드레이트, 니켈(II) 클로라이드 히드레이트, 니켈(II) 시클로헥산부티레이트, 니켈(II) 플루오라이드, 니켈(II) 플루오라이드 테트라히드레이트, 니켈(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 히드레이트, 니켈(II) 히드록사이드, 니켈(II) 요오다이드, 니켈(II) 몰리브데이트, 니켈(II) 니트레이트 헥사히드레이트, 니켈(II) 옥살레이트 데히드레이트, 니켈(II) 옥사이드, 니켈(II) 퍼클로레이트 헥사히드레이트, 니켈(II) 퍼옥사이드 히드레이트, 니켈(II) 포스파이드, 니켈(II) 스테아레이트, 니켈(II) 술페이트 헥사히드레이트, 및 실리카 상의 니켈 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 니켈염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 이리듐염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 이리듐염을 사용하는 경우에 있어서, 이리듐염은, 예를 들면 이리듐(III) 아세틸아세토네이트, 이리듐(III) 브로마이드 히드레이트, 이리듐(III) 클로라이드, 이리듐(III) 클로라이드 히드레이트, 이리듐(III) 클로라이드 히드로클로라이드 히드레이트, 이리듐(IV) 클로라이드 히드레이트, 이리듐(IV) 옥사이드, 이리듐(IV) 옥사이드 히드레이트 및 이리듐 니트레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 이리듐염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 로듐염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 로듐염을 사용하는 경우에 있어서, 로듐염은, 예를 들면 로듐 (III) 아세틸아세토네이트, 로듐(II) 아세테이트 다이머, 로듐(II) 아세테이트 다이머 데히드레이트, 로듐(II) 헵타플루오로부티레이트, 로듐(II) 헥사노에이트, 로듐(II) 옥타노에이트 다이머, 로듐(II) 트리플루오로아세테이트 다이머, 로듐(II) 트리메틸아세테이트 다이머, 로듐(III) 브로마이드 히드레이트, 로듐(III) 클로라이드, 로듐(III) 클로라이드 히드레이트, 로듐(III) 요오다이드 히드레이트, 로듐(III) 니트레이트 히드레이트, 로듐(III) 옥사이드, 로듐(III) 옥사이드 히드레이트, 로듐(III) 포스페이트 용액, 나트륨 헥사클로로로데이트(III) 도데카히드레이트, 로듐(III) 술페이트 용액, 로듐(IV) 옥사이드, 활성 알루미나 상의 로듐, 활성 차콜 상의 로듐, 트리스(에틸렌디아민)로듐(III) 클로라이드, 및 트리스(에틸렌디아민)-로듐(III) 니트레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 로듐염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 오스뮴염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 오스뮴염을 사용하는 경우에 있어서, 오스뮴염은, 예를 들면 오스뮴(III) 클로라이드 히드레이트, 오스뮴 테트라클로라이드, 오스뮴 테트라옥사이드, 오스뮴 트리클로라이드 및 테트라-오스뮴-니트레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 오스뮴염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 철염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 철염을 사용하는 경우에 있어서, 철염은, 예를 들면 철(III) 아세틸아세토네이트, 철(II) 아세틸아세토네이트, 철 아스코르베이트, 암모늄 철(II) 술페이트 헥사히드레이트, 철(III)시트레이트 트리베이직 모노히드레이트, 철(II) 글루코네이트 데히드레이트, 철(III) 피로포스페이트, 철(II) 프탈로시아닌, 철(III) 프탈로시아닌 클로라이드, 암모늄 철(III) 시트레이트, 암모늄 철(II) 술페이트, 암모늄 철(III) 술페이트, 암모늄 철(III) 술페이트 도데카히드레이트, 철(III) 클로라이드, 철(III) 브로마이드, 철(III) 클로라이드 헥사히드레이트, 제 2 철 시트레이트, 철(III) 플루오라이드, 철(III) 니트레이트 노나히드레이트, 철(III) 옥사이드, 철(III) 포스페이트, 철(III) 술페이트 히드레이트, 철(II) 브로마이드, 철(II) 클로라이드, 철(III) 포스페이트 히드레이트, 철(III) 포스페이트 테트라히드레이트, 철(II) 클로라이드 히드레이트, 철(II) 클로라이드 테트라히드레이트, 철(II) 에틸렌디암모늄 술페이트 테트라히드레이트, 철(II) 플루오라이드, 철(II) 글루코네이트 히드레이트, 철(II) 요오다이드, 철(II) 락테이트 히드레이트, 철(II) 옥살레이트 데히드레이트, 제 1 철 술페이트 헵타히드레이트, 철(II) 술파이드, 철(II) 아세테이트, 철(II) 플루오라이드 테트라히드레이트, 철(II) 요오다이드 테트라히드레이트, 철(II) 몰리브데이트, 철(II) 옥사이드, 철(11) 퍼클로레이트 히드레이트, 철(II) 티타네이트, 및 철(III) 페로시아나이드 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 철염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 루테늄염을 사용하여 본 발명에 개시된 잉크에 적합하게 사용되는 입자를 제조할 수 있다. 루테늄염을 사용하는 경우에 있어서, 루테늄염은 예를 들면 루테늄(III) 아세틸아세토네이트, 루테늄(IV) 옥사이드, 암모늄 헥사클로로루테네이트(IV), 루테늄(III) 클로라이드, 활성 차콜 상의 루테늄, 알루미나 상의 루테늄, 탄소 상의 루테늄, 루테늄(III) 브로마이드, 루테늄(III) 클로라이드 히드레이트, 루테늄(III) 클로라이드 트리히드레이트, 루테늄(III) 요오다이드, 루테늄(III) 니트로실 클로라이드 히드레이트, 루테늄(lll) 니트로실니트레이트 용액, 및 루테늄(IV) 옥사이드 히드레이트 중 하나 이상이어도 좋다. 추가의 적합한 루테늄염은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 잉크에 사용되는 입자를 제공하기 위해 사용되는 금속은 비착체화되어 있어도 좋고, 또는 하나 이상의 리간드로 착체화되어도 있어도 좋다. 예를 들면, 상기 금속은 EDTA, 에틸렌디아민, 옥살레이트, 2,2'-비피리딘, 시클로펜타디엔, 디에틸렌트리아민, 2,4,6,-트리메틸페닐, 1,10-페난트롤린, 트리에틸렌테트라민 또는 기타 리간드로 착체화되어도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 잉크는 용제계 중에 현탁된 2종 이상의 다른 금속 입자를 포함해도 좋다. 예를 들면, 잉크의 예로는 적당한 용제계에 각각 현탁된 캐핑된 은 입자와 캐핑된 금입자 모두를 포함할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 금속 또는 금속염은 하나 이상의 용제계에 용해되어 무색일 필요는 없지만 투명액으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 금속 또는 금속염이 용액에 투입되었을 때 전체 용액이 투명하도록 금속 또는 금속염의 적당량을 용제 또는 용제계에 첨가할 수 있다. 전체 용액은 착색 또는 무색이어도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 용제의 조합은 단상을 제공한다. 용제계를 사용했을 경우 단상을 얻기 위해서는, 각 용제의 양은 용제가 혼합되었을 때 단상이 되도록 조정될 수 있다. 하나 이상의 상이 혼합시 존재하여도 하나 이상의 용제의 상대량을 단상이 관찰될 때까지 변경, 예를 들면 증가 또는 감소시킬 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 용제의 혼화성을 증가시키기 위해서 제 3 용제를 첨가해도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 입자는 용제 또는 용제계에 용해된 금속염에 캐핑제를 첨가함으로써 제조될 수도 있다. 캐핑제는 입자를 단리하여 그 성장 사이즈를 한정하는데 효과적일 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 캐핑제는 고분자량 캐핑제이고, 예를 들면 적어도 약 100g/몰의 분자량을 갖는다. 캐핑제의 예로는 탄소수 약 12개 이상의 유기 아민이 열거되지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 소정의 실시예에 있어서, 유기 아민의 탄소수는 헥사데실아민과 같이 적어도 약 16개이다. 아민의 유기 부위는 포화 또는 불포화이어도 좋고, 또한 필요에 따라서 예를 들면 티올, 카르복실산, 폴리머 및 아미드와 같은 다른 관능성을 포함해도 좋다. 본 발명에 개시된 방법에 적합하게 사용되는 캐핑제의 다른 군의 예로는 탄소수 약 12개 이상의 티올이다. 소정의 실시예에 있어서, 티올의 탄소수는 적어도 약 6개이다. 티올의 유기 부위는 포화 또는 불포화이어도 좋고, 또한 필요에 따라서 예를 들면 피롤 등과 같은 다른 관능성을 포함해도 좋다. 적합하게 사용되는 캐핑제의 다른 군은, 예를 들면 트리아졸로피리딘, 터피리딘 등과 같은 피리딘계 캐핑제이다. 추가의 적합한 캐핑제는 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
캐핑제를 사용하는 소정의 실시예에 있어서, 캐핑제는 금속 용액에 첨가하기 전에 적합한 용제 또는 용제계에 용해시켜도 좋다. 예를 들면, 캐핑제는 용제에 용해시켜도 좋고, 그 용액을 금속 용액과 혼합할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 캐핑제는 사전에 용제에 용해시키지 않고 고체 또는 액체로서 금속 용액에 직접 첨가해도 좋다. 캐핑제는, 예를 들면 증분 단계로 첨가해도 좋고 또는 단일 단계로 첨가해도 좋다.
소정의 실시예에 있어서, 캐핑제의 금속으로의 첨가량은 얻어지는 캐핑된 입자의 소망한 특성에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 캐핑된 입자 중에 적어도 약 2중량%의 캐핑제가 제공되도록 캐핑제의 적당량을 첨가한다. 이것은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 정해질 수 있고, 소망한 입자의 특성 및/또는 소망한 잉크의 특성에 따라 캐핑제를 더 또는 덜 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 인쇄 배선판 등의 기판 상에 배치된 입자의 전도율을 증가시키기 위해서, 전도율이 최적화될 때까지 또는 소망한 범위에 들 때까지 캐핑제의 양을 조정하는 것이 바람직하다. 이것은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자의 능력 내에서 적당량의 캐핑제를 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 있어서, 캐핑제(또는 캐핑제 용액) 및 금속염 용액의 혼합시, 단상이 얻어지거나 단상을 유지한다. 다른 실시형태에 있어서, 금속염 용액은 캐핑제 또는 캐핑제 용액을 첨가하기 이전에 단상이어도 좋고, 또한 캐핑제 또는 캐핑제 용액의 첨가시 단상을 유지한다. 금속 용액과 캐핑제를 혼합하여 단상을 제공하는 다른 실시형태는 당업자에 의해 본 발명의 의익을 고려하여 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 있어서, 캐핑제와 금속 용액은 교반, 초음파처리, 애지테이션(agitation), 진동, 쉐이킹 등과 같은 종래의 기술을 이용하여 혼합할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 캐핑제는 금속 용액을 교반하면서 금속 용액에 첨가된다. 소정의 실시예에 있어서, 캐핑제와 금속 용액의 혼합물은 투명 및/또는 무색의 단상이 얻어질 때까지 교반되어도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 입자는 금속-캐핑제 용액에 환원제를 첨가하여 제조할 수도 있다. 적합한 환원제로는 선택한 조건 하에서 용액 중에 용해된 금속 이온을 금속 입자로 변환시켜 용액 중으로 석출시킬 수 있는 환원제가 열거된다. 환원제의 예로는 나트륨 보로히드라이드, 리튬알루미늄 히드라이드, 나트륨 시아노보로히드라이드, 칼륨 보로히드라이드, 나트륨 트리아세톡시보로히드라이드, 나트륨 디에틸디히드라이도알루미네이트, 나트륨 트리- 또는 테트라-부톡소히드라이도알루미네이트, 나트륨 비스(2-메톡시에톡소) 디히드라이도알루미네이트, 리튬 히드라이드, 칼슘 히드라이드, 티타늄 히드라이드, 지르코늄 히드라이드, 디이소부틸알루미늄 히드라이드(DIBAL-H), 디메틸술파이드 보란, 제 1 철 이온, 포름알데히드, 포름산, 히드라진, 수소 가스, 이소프로판올, 페닐실란, 폴리메틸히드로실록산, 칼륨 페리시아나이드, 실란, 나트륨 히드로술파이트, 나트륨 아말감, 나트륨(고체), 칼륨(고체), 나트륨 디티오나이트, 주석 이온, 실란, 술파이트 화합물, 주석 히드라이드, 트리페닐포스핀 및 아연-수은 아말감이 열거된다. 금속-캐핑제 용액에 첨가되는 환원제의 구체적인 양은 변화될 수 있지만, 통상적으로 환원제는 용해된 금속의 실질적으로 전부가 하전 상태에서 비하전 상태로 변환되도록, 예를 들면 Ag+1이 Ag0으로 변환되도록 과잉으로 첨가된다.
일부 실시예에 있어서, 환원제는 금속-캐핑제 용액에 첨가하기 이전에 용제에 용해하는 반면, 다른 실시예에 있어서는 환원제를 사전에 용해하지 않고 금속-캐핑제 용액에 첨가한다. 용제를 사용하여 환원제를 용해시키는 경우, 용제는 환원제에 의해 변하거나 변화되지 않도록 비반응성인 것이 바람직하다. 환원제와 함께 사용되는 용제의 예로는 테트라히드로푸란(THF), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 에탄올, 톨루엔, 헵탄, 옥탄, 및 탄소수 6개 이상의 용제가 열거되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 환원제를 용해하는데 적합한 용제를 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 환원제와 캐핑제-금속 용액을 충분한 시간동안 혼합 또는 교반하여 환원제와 금속을 반응시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 교반은 실온에서 행하지만, 다른 실시예에서는 교반 또는 혼합을 약 30℃~약 70℃의 승온된 온도에서 행하여 환원공정을 가속화시킬 수 있다. 승온을 이용할 경우, 온도는 용제 증발의 가능성을 저감시키기 위해서 용제 또는 용제계의 비점 이하로 유지하는 것이 바람직하지만, 일부 실시예에서는 용제의 전체 체적을 저감시키는 것이 바람직한 경우도 있다.
소정의 실시예에 의하면, 입자는 캐핑된 금속 입자를 단상 용액으로부터 단리함으로써 제조할 수도 있다. 단리는, 예를 들면 디캔팅, 원심분리, 여과, 스크리닝, 또는 캐핑된 금속 입자가 불용인 다른 액체의 첨가, 예를 들면 추출에 의해 행할 수 있다. 예를 들면, 메탄올, 아세톤, 물 또는 극성 액체와 같은 액체를 금속염, 캐핑제 및 환원제를 유기 용제 또는 유기 용제계에 첨가함으로써 얻어진 유기 용액에 첨가할 수도 있다. 소정의 실시예에 있어서, 추출액의 다중 분리 첨가물을 상기 용액에 첨가하여 캐핑된 금속 입자를 제거할 수 있다. 예를 들면, 제 1 추출액의 양을 첨가하여 금속 입자의 일부를 제거한다. 그 다음, 이 제 1 추출액의 양을 유기 용액으로부터 제거, 디캔팅 또는 분리하고, 추출액의 추가량을 유기 용액에 첨가할 수 있다. 금속 입자의 단리에 사용되는 추출액의 구체적인 양은 캐핑된 금속 입자를 제조하는데 사용되는 용제의 체적에 따라 다를 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 캐핑된 금속 입자를 추출하기 위해서 약 2~4배 이상의 용제가 사용되고, 예를 들면 금속 입자가 약 5L의 용제 중에 생성되었다면, 약 20L 이상의 추출액이 사용될 수 있다. 적당한 용제의 및 적당한 용제의 양은 본 발명의 이점을 고려하여 당업자의 능력 내에서 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 캐핑된 입자는 디캔팅, 원심분리, 여과 등과 같은 종래의 기술을 사용하여 추출액으로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 추출액을 증발시켜 캐핑된 입자를 얻을 수 있다. 캐핑된 입자를 추출액으로부터 분리하기 이전, 동안 또는 후에 세정, 사이징, 가열 또는 그외 처리를 행해도 좋다. 소정의 실시형태에 있어서, 추출액은 필요에 따라서 본 명세서에서 상세하게 설명한 바와 같은 잉크를 제공하기 위한 캐리어 유체로서 하나 이상의 용제와 함께 사용될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 캐핑된 입자를 건조하여 잔류 액체를 제거할 수 있다. 예를 들면, 캐핑된 입자를 오븐 내에서 건조하거나, 진공 건조하거나, 또는 감압 동결 건조하여 잔류 추출액 및/또는 용제를 제거할 수 있다. 건조된 캐핑된 입자는 실온에서 필요에 따라 습기 침입이 방지된 밀봉 용기 내에 보관해도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 캐핑된 입자는 캐핑제를 제거하는 처리를 행한 후 잉크에 사용될 수 있다. 캐핑제는 통상적으로 반응 후 압자의 표면 상에 잔존하지만, 캐핑제의 존재는 바람직하지 않다. 예를 들면, 가능한 최저 수준으로 유기 오염된 입자를 사용하는 것이 바람직한 경우에는 캐핑된 입자로부터 캐핑제를 제거하는 것이 유리하다. 소정의 실시형태에 있어서, 캐핑된 입자는 캐핑제의 수준이 약 2중량% 이하, 더욱 특히 약 1중량% 이하로 저감될 때까지, 예를 들면 캐핑제가 0.5중량% 또는 1.0중량% 미만으로 존재할 때까지 처리할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 입자를 사용하여 합금을 제공할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 본 발명에 개시된 캐핑된 입자를 사용하여 캐핑된 입자의 금속이 쉘로서 작용하고 다른 금속 또는 금속 합금이 코어로서 작용하는 코어쉘 구조를 제공할 수 있다. 예를 들면, 주석-동 합금은 코어로서 사용되고, 은 입자(캐핑된 또는 비캐핑된)는 쉘로서 사용되어 SCA 합급의 형태, 예를 들면 나노 SAC 합금을 제공할 수 있다. 합금을 제조하기 위해 사용되는 구체적 공정은 변화될 수 있고, 소정의 실시예에 있어서 합금은 비캐핑된 은입자의 분산액 중에 기타 금속의 이온, 예를 들면 Sn2 +, Cu2 + 등을 용해하여 제조할 수 있다. 상기 혼합물은 환원 또는 그외 단계를 행하여 선택된 특성을 갖는 합금을 제조할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서는 상기 합금을 적당한 용제계에 넣어서 인쇄 용도, 예를 들면 잉크젯 인쇄 용도로 사용하기에 적합한 잉크를 제공할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 상기 제조된 입자를 용제계에 용해하여 잉크젯 인쇄를 사용하여 기판 상에 입자를 인쇄할 수 있을 정도의 적당한 점도 및 표면장력 등의 선택된 특성을 제공할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 선택된 양의 입자를 캐리어에 분산시켜 잉크를 제공한다. 선택된 입자의 구체적인 양은 변할 수 있고, 일반적으로 입자(캡핑 또는 비캡핑)의 적당량을 사용하여 약 5중량% 입자~약 60중량% 입자, 보다 특히 약 5~30중량% 입자, 예를 들면 약 20~25중량% 입자를 포함하는 분산액을 제공한다. 캐핑된 입자를 사용하는 실시형태에 있어서, 캐핑된 입자의 사용량은 캐핑제에 의해 추가되는 추가중량에 의해서 변화될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 충분한 양의 입자를 사용하여 분산액에 소망한 점도를 부여한다. 예를 들면, 분산액의 점도는 잉크가 사용되는 방법 또는 장치에 따라 다를 수 있다. 잉크가 스핀코팅 용도로 사용되는 실시예에 있어서는, 약 0.25cPs~약 2cPs, 더욱 특히 약 0.5cPs~약 1.5cPs, 예를 들면 약 1cPs의 잉크 점도를 제공하도록 입자의 충분한 양을 선택할 수 있다. 잉크가 잉크젯 인쇄 용도로 사용되는 실시예에 있어서, 약 5cPs~약 20cPs, 더욱 특히 약 7cPs~약 15cPs, 예를 들면 약 8-10cPs 또는 8-9cPs의 잉크 점도를 제공하도록 입자의 충분한 양을 선택할 수 있다. 마찬가지로, 잉크가 스핀코팅 용도로 사용되는 경우, 약 18dynes/cm~약 32dynes/cm, 더욱 특히 약 20dynes/cm~약 28dynes/cm, 예를 들면 약 24dynes/cm의 표면장력을 제공하도록 입자의 충분한 양을 선택할 수 있다. 잉크가 잉크젯 인쇄 용도로 사용되는 실시예에서는 입자의 충분한 양은 4cPs~약 50cPs, 더욱 특히 약 8cPs~약 15cPs, 예를 들면 약 10cPs의 잉크 점도를 제공하도록 선택될 수 있다. 당업자의 능력 내에서 본 발명의 이점을 고려하여 잉크에 소망한 특성을 부여하는 적합한 용매계를 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 잉크의 캐리어는 선택된 방법, 예를 들면 스핀코팅, 잉크젯 인쇄, 페이스트 인쇄 등으로 입자를 효과적으로 분산시킬 수 있는 본 발명에 개시된 하나 이상의 용제계이어도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 캐리어는 제 1 성분과 제 2 성분을 포함하는 용제계이다. 소정의 실시예에 있어서, 제 1 성분의 유전율이 제 2 성분의 유전율보다 낮다. 일부 실시예에 있어서, 제 1 성분은 20℃에서의 유전율이 약 4 미만, 더욱 특히 약 3 미만 또는 약 2 미만인 실질적으로 비극성이다. 소정의 실시예에 있어서, 제 2 성분은 유전율이 바람직하게는 약 2 초과, 더욱 바람직하게는 약 3 또는 약 4 초과이고, 단 제 2 성분의 유전율은 통상적으로 제 1 성분의 유전율보다 크다.
소정의 실시예에 있어서, 제 1 성분은 입자의 분산을 제공하기 위해 선택될 수 있다. 제 2 성분은 분산액의 점도 및 표면장력을 조정하는 능력을 부여하기 위해 선택할 수 있다. 제 1 성분과 제 2 성분 중 하나 또는 모두에 용해되는 점도 조정제를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 사용될 수 있는 통상적인 점도 조정제는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 또는 그외 폴리올이 열거되지만, 이것에 한정되지 않는다. 가열시 글리콜은 최종 생성물의 전도성을 손상시키지 않고 쉽게 분해되어 증발되어야만 한다.
소정의 실시예에 의하면, 용제계는 탄화수소와 같이 실질적으로 비극성인 분자인 제 1 용제와 상기 제 1 용제보다 더욱 극성인 용제인 제 2 용제를 갖는 적어도 2개의 용제를 포함할 수 있다. 탄화수소 용제를 사용하는 실시예에 있어서는, 탄화수소는 포화 또는 불포화이어도 좋고, 직쇄상, 분기상, 환상 또는 그외 형태이어도 좋다. 또한, 용제는 치환 탄화수소, 예를 들면 할로카본이어도 좋고, 또는 에테르(직쇄상 또는 환상), 푸란 또는 실질적으로 비극성인 기타 치환 탄화수소이어도 좋다. 일부 실시예에 있어서, 제 1 용제의 실질적으로 비극성인 분자는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 또는 예를 들면 하나 이상의 페닐기 또는 포화 또는 불포화 환상 탄화수소를 포함해도 좋은 환상 탄화수소이어도 좋다. 본 발명에 개시된 용제계의 제 1 성분으로서 사용되는 추가 용제는 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 용제계는 제 1 성분보다 더욱 극성인 제 2 용제를 포함해도 좋다. 제 2 성분은 적어도 하나의 히드록실, 아미노, 술포, 니트릴, 카르복시 또는 그외 기를 포함하는 용제이어도 좋다. 일부 실시예에 있어서, 제 2 용제는, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 2-부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올 또는 터페니올과 같은 알콜이어도 좋다. 다른 실시예에 있어서, 제 2 용제로는 시클로헥산올과 같은 환상 알콜을 열거할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 제 2 용제는, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤 또는 메틸이소부틸케톤과 같은 케톤이어도 좋다. 또 다른 실시예에 있어서, 제 2 용제로는 필요에 따라 하나 이상의 히드록실기를 갖는 아민, 아미드기 또는 카르복실기를 열거할 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 제 2 용제는 필요에 따라 하나 이상의 히드록실기를 갖는 하나 이상의 -SH기를 열거할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 제 2 용제는 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, N,N-디메틸아세트아미드, 에틸아세테이트, N-메틸-2-피롤리돈, 피리딘, 테트라메틸 우레아, 아세트산 또는 물이어도 좋다. 본 발명에 개시된 용제계의 제 2 성분으로서 사용되는 추가 용제는 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용해하게 선택될 수 있다.
소정의 실시예에 있어서, 용제계로는 소망한 임의의 비율의 제 1 성분과 제 2 성분의 혼합물을 열거할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 제 1 성분과 제 2 성분의 사용량은 인쇄 온도에서 약 10~12cPs의 잉크 점도를 제공하도록 선택된다. 다른 실시예에 있어서, 제 1 성분과 제 2 성분의 사용량은 표면장력이 약 30~32dynes/cm인 잉크를 제공하도록 선택된다. 제 1 성분:제 2 성분의 비율의 예는 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 및 이들 비율 간의 임의의 비율이다.
소정의 실시예에 의하면, 용제계로는 3개 이상의 용제를 열거할 수 있다. 통상적으로 사용되는 용제의 구체적 비율은 소망한 잉크 특성에 따라 다르다. 소정의 구성에 있어서, 용제의 비율은 잉크젯 인쇄 용도를 이용한 배치가 가능한 잉크를 제공하도록 선택된다. 일부 실시예에 있어서, 용제의 비율은 점도가 약 10~12cPs 및/또는 표면장력이 약 30~32dynes/cm가 되도록 선택된다. 3개 이상의 용제를 포함하는 용제계에 사용되는 용제의 적당한 비율은 당업자의 능력 내에서 본 발명의 이점을 고려하여 선택될 수 있다.
소정의 실시형태에 의하면, 용제계는 고 종횡비의 도전 패턴을 제조하는데 사용되는 잉크의 점도가 인쇄 온도에서 약 10~12cPs이도록 선택할 수 있다. 점도가 약 10~12cPs인 잉크는, 예를 들면 Spectra 또는 Xaar 제품의 압전 인쇄 헤드를 사용하는 것들과 같은 잉크젯 인쇄 용도로 특히 유용하다. 일부 실시예에 있어서, 잉크는 약 10~12cPs의 점도를 제공하도록 적합한 용제계, 예를 들면 톨루엔, 터페니올 및 필요에 따라 크실렌의 혼합물에 현탁된 캐핑된 금속 입자를 포함해도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 잉크는 캐핑된 은 입자, 캐핑된 금 입자, 또는 그 혼합물을 포함해도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 용제계는 고 종횡비 도전 패턴을 제조하는데 사용되는 잉크는 인쇄 온도에서 약 30~32dynes/cm의 표면장력을 갖도록 선택할 수 있다. 표면장력이 약 30~32dynes/cm인 잉크는, 예를 들면 Spectra 또는 Xaar 제품의 압전 인쇄 헤드를 사용하는 것들과 같은 잉크젯 인쇄 용도로 특히 유용하다. 일부 실시예에 있어서, 잉크는 약 30~32dynes/cm의 표면장력을 제공하도록 적합한 용제계, 예를 들면 톨루엔, 터페니올 및 필요에 따라 크실렌의 혼합물에 현탁된 캐핑된 금속 입자를 포함해도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 잉크는 캐핑된 은 입자, 캐핑된 금 입자, 또는 그 혼합물을 포함해도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 잉크는 점도가 약 10~12cPs이고 또한 표면장력이 약 30~32dynes/cm일 수 있다. 양쪽 특성을 모두 달성하기 위해서는 용제계 중의 성분의 상대량을 조정할 수 있다. 또한, 캐핑된 금속 입자를 많게 또는 적게 사용하여 잉크의 소망한 점도 및 소망한 표면장력을 달성할 수 있다. 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 캐핑된 금속 입자의 양 및 용제계 중의 성분의 양을 조정하여 소망한 물성을 달성할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 인쇄 온도에서 미세하게 분산되고 안정한 잉크를 사용하여 고 종횡비 도전 패턴을 제조할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 안정성은 캐핑된 금속 입자가 용액 중으로 침전되는지의 여부를 결정함으로써 평가할 수 있다. 인쇄시 캐핑된 금속 입자의 기판으로의 전사를 용이하게 하기 위해서 캐핑된 금속 입자를 용제계 중에 현탁시키는 것이 바람직하다. 캐핑된 금속 입자의 실질적인 침전은 프린터로부터 기판으로의 재료 전사의 불량을 초래한다. 잉크의 안정성을 증가시키기 위해서, 하나 이상의 분산제를 잉크에 첨가해도 좋다. 분산제의 예로는 Noveox Corp. 제품의 Solsperse 17000, 20000 및 39000 또는 BYK 제품의 Disperbyk 112, 117, 1250이 열거되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
소정의 실시예에 있어서, 잉크는 사용되기 이전에 가공해도 좋다. 소정의 실시형태에 있어서, 잉크는 사용하기 이전에 염료, 그외 잉크 또는 그외 재료와 혼합되어도 좋다. 다른 실시형태에 있어서, 잉크는 사용되기 이전에 가열, 스크리닝, 또는 여과 등이 되어도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 입자는 용제계에 투입되기 이전에 가열, 스크리닝, 여과 등을 행하여 잉크를 제공할 수 있다. 본 발명에 개시된 캐핑된 입자를 채용하는 소정의 실시예에 있어서, 가열에 의해 입자가 합체되어서, 예를 들면 회로, 인쇄 배선판 등에 사용될 수 있는 고 도전선 또는 도전 패턴을 형성할 수 있다. 기판 상에 잉크를 배치하여 소망한 패턴을 생성하는 다른 실시형태는 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 본 발명에 개시된 잉크를 사용하여 제조된 제품의 용도로는 인쇄 전기회로, 무선자동식별(RFID) 안테나, 태양전지 와이어, 태양전지 상호접속, 배터리 전극, 및 반사면 및 미러가 열거되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
소정의 실시예에 의하면, 기판의 타입 및 특성은 적어도 일부에 있어서 제조되는 소망한 장치에 따라 다르다. 예를 들면, 인쇄 배선판을 제조하는 용도에 있어서는, 기판은 하나 이상의 경화 또는 미경화 프리프레그이어도 좋다. 기판은 다른 재료로 이루어져도 좋고, 통상의 규소, 및 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 및 폴리에스테르와 같은 고분자 기판이 열거되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이들 기판은 밀착성이 우수한 전자부품을 비교적 저렴하게 제조 및 제공할 수 있다. 기판은 강화용 섬유 및 위스커를 포함할 수 있고, 또한 유리, 첨가제, 발포체, 난연제, 및 기타 재료를 포함하여 기판에 소망한 특성을 부여할 수 있다.
잉크를 가열하는 실시형태에 있어서, 가열은 일반적으로 핫플레이트, 오븐(고온 컨벡션 오븐, 리플로우 오븐, IR 오븐 등), 레이저 가열, 또는 입자 분산액 또는 잉크의 온도를 승온시킬 수 있는 기타 방법 및 장치를 사용하여 행해진다. 소정의 실시예에 있어서, 잉크는 적어도 약 250℃에서 약 10~60초, 예를 들면 250℃, 30초간 가열될 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 잉크를 제 1 온도에서 선택된 시간 동안 가열한 후 제 2 온도에서 선택된 시간 동안 가열하는 순차 가열을 행해도 좋다. 예를 들면, 잉크는 약 110~130℃에서 10~30초간, 예를 들면 120℃에서 20초간 가열한 후, 250~300℃에서 10~60초간, 예를 들면 280℃에서 20초간의 제 2 가열 단계를 행해도 좋다. 가열에 이어서, 입자와 잉크에 다른 처리 단계를 행해도 좋다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 잉크는 적합한 잉크 배치장치와 함께 사용될 수 있다. 기판 상에 잉크를 배치하는데 사용되는 구체적인 방법은 중요하지 않지만, 예를 들면 잉크젯 프린터와 같은 비충격식 인쇄장치를 사용하여 기판 상에 잉크를 인쇄할 수 있다. 잉크젯 프린터를 사용하는 실시형태에 있어서, 잉크젯 프린터는 잉크를 수용하는 잉크 저장용기 또는 잉크 카트리지를 포함한다. 잉크 카트리지는 일반적으로 기판 상에 잉크를 분사하는 일련의 노즐을 포함하는 인쇄 헤드와 유체 연결되어 있다. 잉크젯 프린터는 인쇄 헤드를 소망한 위치로 이동시키는 적합한 모터를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 벨트 또는 체인은 모터를 인쇄 헤드에 접속시킬 수 있다. 잉크젯 프린터는 인쇄 과정 중에 인쇄 헤드를 안정화시키기 위해서 스태빌라이저바 또는 지지체를 포함해도 좋다. 적합하게 사용되는 잉크젯 프린터의 예로는 Spectra 또는 Xaar 제품의 압전 인쇄 헤드를 사용하거나 압전 인쇄 헤드를 사용하도록 구성된 것들을 열거할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 기타 적합한 잉크젯 프린터는 본 발명의 이점을 고려하여 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 본 발명에 개시된 방법을 이용하여 제조된 적어도 하나의 도전선 또는 도전 패턴을 포함하는 하나 이상의 장치가 제공된다. 소정의 실시예에 있어서, 상기 장치는 태양전지의 도전 그리드, 플라즈마 디스플레이, 인쇄 회로판, 태양전지 상호접속, 전기회로, 또는 고도로 정의된 도전선 또는 도전 패턴의 이익을 얻을 수 있는 기타 장치일 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 유전체 기판을 포함하고, 이 유전체 기판 상에 적어도 하나의 고 종횡비 도전 패턴이 배치되어 있는 인쇄 회로판이 개시된다. 소정의 실시예에 있어서, 인쇄 회로판은 도전체, 예를 들면 배선층을 한 면 또는 양면에 갖는 유전체 기판을 포함한다. 상기 도전체의 임의의 일부분은 고 종횡비 도전 패턴을 포함해도 좋다. 소정의 실시예에 있어서, 도전체는 소정의 패턴을 갖도록 형성될 수 있고, 상기 도전체의 일부 또는 전부는 본 발명에 개시된 방법을 사용하여 형성된다. 복수의 도전체를 채용하는 실시예에 있어서, 도전체는 서로 전기적으로 접속되어있어도 좋다. 일부 실시예에 있어서, 유전체 기판은, 예를 들면 본 발명에 개시된 유리천 및 유리 부직포의 예와 같은 유리천 또는 유리 부직포를 포함한다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 고 종횡비 도전 패턴은 하나 이상의 프리프레그 상에 배치될 수 있다. 프리프레그는 일반적으로 유리, 석영, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 나일론 또는 아크릴 섬유, 저유전성 일방향 테이프, 또는 인터본딩 섬유의 직물 섬유 또는 부직포와 같은 기판(예를 들면, 직물 섬유 또는 부직 섬유 기판)이 열거된다. 적합한 저 유전성 섬유로는 유리 섬유, 세라믹 섬유 및 아라미드 섬유와 같은 시판의 고강도 섬유를 들 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 프리프레그 섬유는 일정한 섬유배향을 가져도 좋다. 프리프레그에는 난연제와 같은 조성물이 함침되어도 좋고, 이러한 프리프레그는 열 및 압력의 적용에 의해 경화될 수 있다. 프리프레그는 고비율 도전 패턴의 배치 이전에 경화되거나 또는 고비율 도전 패턴의 배치에 이어서 배치될 수 있다. 소정의 경우에 있어서, 프리프레그를 경화시키지 않는 것이 바람직할 수도 있다. 도 5를 참조하면 프리프레그(500)는 일반적으로 기판(510)에 고 종횡비 도전 패턴(520)이 배치된 평면 기판(510)을 포함한다. 도 5에 있어서, 여기서 나타낸 바와 같이 고종횡비의 도전 패턴(520)은 선으로 나타내지만, 반원형상의 고 종횡비의 도전 패턴(530)과 같은 기타 형상 및 구성이 달성되어도 좋다. 기판(510)의 두께는 변할 수 있고, 소정의 실시예에 있어서 기판은 약 1mil~약 15mil 두께이고, 더욱 특히 약 1mil~약 10mil 두께, 예를 들면 약 2~9, 3~8, 4~7 또는 5~6mil 두께이다. 본 발명의 이점을 고려하여 당업자의 능력 내에서 프리프레그 기판의 적합한 두께를 선택할 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 도전 패턴(520, 530)은 본 발명에 개시된 방법 중 어느 하나를 사용하여 기판(510) 상에 배치할 수 있다. 소정의 실시예에 있어서, 도전 패턴은 잉크젯 인쇄 또는 기타 적합한 장치와 방법을 사용하여 배치될 수 있다.
소정의 실시예에 의하면, 본 발명에 개시된 하나 이상의 조성물을 함유하는 인쇄 회로판이 제공된다. 인쇄 회로판의 예로는 도전층, 예를 들면 배선층을 하나 이상의 면에 갖는 유전체 기판이 열거된다. 일부 실시예에 있어서, 도전층은 소정의 패턴을 갖도록 형성된다. 다중 도전층을 사용하는 실시예에 있어서는, 상기 층은 서로 전기적으로 접속되어도 좋다. 유전체 기판의 구체적 성질은 변화할 수 있고, 유전체 기판 재료의 예로는 유리, 직물 섬유 및 부직 섬유, 및 본 발명에 개시된 하나 이상의 조성물을 수용할 수 있는 기타 적합한 재료가 열거되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
여기에 기재된 기술의 이해를 더욱 용이하게 하기 위해서 몇개의 구체예를 이하에 개시한다. 이하에 개시된 모든 실시예에 있어서, 특별히 언급하지 않는한 모든 포뮬레이션은 48시간 동안 볼밀로 밀링하였으며 가시적인 침전 없이 수 주간 안정한 입자 분산액이 제공되었다.
실시예 1
질산은 108g을 에틸렌 글리콜 200mL에 질산은 농도가 3.2몰/L가 되도록 첨가하여 1회분의 은 입자를 제조했다. 단상 혼합물을 얻기 위해서 툴루엔 2750mL를 첨가한 에탄올 1500mL(에탄올:톨루엔의 1:1.83 혼합물)에 전체 200mL 용액을 첨가했다.
제 1 반응에 있어서는, 헥사데실아민 318.7g을 단상 혼합물에 첨가하고, 교반후 단상을 유지시켰다. 이 투명 용액에 N,N-디메틸포름아미드 중의 붕소화수소 나트륨 용액 250mL(N,N-디메틸포름아미드 250mL 중에 붕소화수소 나트륨 11.349g이 용해됨)를 환원제로서 적하 첨가하여 체적 약 4.7L의 어두운 황갈색 용액을 형성했다. 이반응 혼합물을 약 22℃에서 30분간 교반하고, 메탄올 20L 또는 아세톤 20L를 첨가함으로써 캐핑된 은 입자를 추출했다. 캐핑된 입자를 분별 깔대기에 의해 제거한 후 Rousselet Robatel® RC 20 원심분리기를 사용하여 500rpm에서 30분간 원심분리했다. 캐핑된 입자를 진공 건조하여 약 18% 헥사데실아민을 갖는 나노결정 캐핑된 은 입자의 자유 유동 분말을 얻었다.
제 2 반응에 있어서는, 상기 단상 혼합물에 도데실아민 24g을 첨가하여 교반한 후 단상을 유지시켰다. 이 투명 용액에 N,N-디메틸포름아미드 중의 붕소화수소 나트륨 용액 250mL(N,N-디메틸포름아미드 250mL 중에 붕소화수소 나트륨 11.349g이 용해됨)를 환원제로서 적하 첨가하여 체적 약 4.7L의 어두운 황갈색 용액을 형성했다. 이 반응 혼합물을 약 22℃에서 30분간 교반하고, 메탄올 20L 또는 아세톤 20L를 첨가함으로써 캐핑된 은 입자를 추출했다. 캐핑된 입자를 분별 깔대기에 의해 제거한 후 Rousselet Robatel® RC 20 원심분리기에서 500rpm으로 30분간 원심분리했다. 캐핑된 입자를 진공 건조하여 약 8% 도데실아민을 갖는 나노결정 캐핑된 은 입자의 자유 유동 분말을 얻었다.
각각의 캐핑된 입자 샘플을 톨루엔에 분산시키고 Hewlett-Packard® UV-가시 분광광도계(모델 No.: HP8452A) 및 경로길이 1cm의 1회용 셀을 사용하여 409~416nm에서 명백한 흡수를 관찰했다. 409~416nm 흡수에서의 흡광도는 나노결정 은의 특징이다.
실시예 2
금속 입자의 목적한 용도에 따라서 다른 로딩률을 사용할 수 있다. 하기 로딩률을 사용하여 입자를 제조했다. 괄호 안은 단상 용액으로부터 금속 입자를 추출하기 위해서 사용한 액체이다.
샘플 로딩률(%)
Ag-HDA(메탄올 ppt) 18.69
Ag-HDA(아세톤 ppt) 2.63
Ag-DDA(메탄올 ppt) 7.35
Ag-DDA(아세톤 ppt) 2.50
실시예 3
헥사데실아민의 로딩률을 변경시키면서 실시예 1에 설명한 프로토콜을 사용하여 캐핑된 입자를 제조했다. 18중량% 헥사데실아민 또는 8% 헥사데실아민을 갖는 입자를 제조했다. Sigma-Aldrich 제품의 시판 분말(사이즈 70nm) 및 공업재 공급자(미국 뉴욕주 버팔로 소재의 Nanodynamics, Inc.)로부터 입수가능한 40nm 분말(3 타입)을 2개의 입자 샘플과 함께 테스트했다.
도 5는 3개의 재료를 사용하여 제조된 3개의 다른 박막의 열중량 분석을 나타낸다. 1 타입의 재료는 18% HDA 코팅되었고, 2 타입은 8% HDA 코팅되었고, 3 타입은 2% 유기 코팅된 시판 분말이었다. 톨루엔에 선택된 재료 중 하나를 혼합 또는 분산(약 6중량% 용액)시킴으로써 3개의 다른 은 잉크를 제조했다. 상기 잉크를 동일한 조건 하에서 스핀코팅하여 유리 상에 박막을 제조했다. 그 다음, 상기 습식막을 가진 유기 기판을 200℃에서 100초간 가열했다. 가열시, HDA와 용제가 분해 증발되어 은입자의 표면이 형성되었다. 이러한 용이하고 완전하게 합체된 입자와 18% HDA 코팅된 은 입자로 이루어진 잉크가 은색의 광택이 나는 박막을 생성했다. 8% HDA만 코팅된 은 나노분말로 이루어진 잉크와 시판의 것으로 이루어진 잉크는 모두 어둡고 성긴 회색 막을 생성했다.
막의 전도율을 종래의 4점 프로브미터(Lucas Labs 모델 Pro4)에 의해 측정했다. 18% HDA 코팅된 나노분말로 이루어진 상기 막은 벌크 은의 전도율(~62×104S/cm)보다 약간 낮은 30~40×104S/cm의 범위 내의 전도율을 갖는 고 도전막을 생성했다. 또한, 상기 막은 유리 기판에 대해 우수한 밀착성을 가졌고, 또한 밀착 특성을 평가하기 위해 일반적으로 이용되는 테이프 및 스크래치 테스트(2002년 8월 10일자의 ASTM D3359-02)를 쉽게 통과했다.
실시예 4
상기 실시예 1에 따라 제조된 금속 입자를 톨루엔에 분산시켜 잉크를 제조했다. 일례에 있어서는, 20중량% 입자 및 용액 점도 약 1cPs의 용액을 제공하도록 금속 입자를 톨루엔에 분산시킬 수 있다. 이 잉크는 스핀코팅을 사용하여 기판에 도포될 수 있고, 또는 예를 들면 스핀코팅 용도로 사용될 수 있다. 이 입자는 은 또는 금 입자, 또는 기타 본 발명에 개시된 예시 금속이어도 좋다.
실시예 5
상기 실시예 1에 따라 제조된 금속 입자를 IsoPar® G 용제에 분산시켜 잉크를 제조했다. 일례에 있어서는, 20중량% 입자 및 용액 점도 약 1cPs의 용액을 제공하도록 금속 입자를 IsoPar® G 용제에 분산시킬 수 있다. 이 잉크는 스핀코팅을 사용하여 기판에 도포될 수 있고, 또는 예를 들면 스핀코팅 용도로 사용될 수 있다. 이 입자는 은 또는 금 입자, 또는 기타 본 발명에 개시된 예시 금속이어도 좋다.
실시예 6
상기 실시예 1에 따라 제조된 금속 입자를 유기 용제 혼합물에 분산시켜 잉크를 제조했다. 일례에 있어서는, 20중량% 입자 및 용액 점도 약 8~9cPs의 용액을 제공하도록 금속 입자를 톨루엔/IsoPar® L 용제/IsoPar® V 용제(1:2:8)에 분산시킬 수 있다. 이 잉크는 잉크젯 인쇄장치 및 방법을 사용하여 기판에 도포될 수 있고, 또는 예를 들면 잉크젯 용도로 사용될 수 있다. 이 입자는 은 또는 금 입자, 또는 기타 본 발명에 개시된 예시 금속이어도 좋다.
실시예 7
상기 실시예 1에 따라 제조된 금속 입자를 유기 용제 혼합물에 분산시켜 잉크를 제조했다. 일례에 있어서는, 20중량% 입자 및 용액 점도 약 8~9cPs의 용액을 제공하도록 금속 입자를 톨루엔/IsoPar® V 용제(1:2) 및 폴리이소부틸렌(PIB) 3중량%에 분산시킬 수 있다. 이 잉크는 잉크젯 인쇄장치 및 방법을 사용하여 기판에 도포될 수 있고, 또는 예를 들면 잉크젯 용도로 사용될 수 있다. 이 입자는 은 또는 금 입자, 또는 기타 본 발명에 개시된 예시 금속이어도 좋다.
실시예 8
상기 실시예 1에 따라 제조된 금속 입자를 유기 용제 혼합물에 분산시켜 잉크를 제조했다. 일례에 있어서는, 80중량% 입자를 제공하도록 금속 입자를 톨루엔/IsoPar® V 용제(1:1)에 분산시킬 수 있다. 이 잉크는 페이스트 인쇄 방법을 사용하여 기판에 도포될 수 있고, 또는 예를 들면 페이스트 인쇄 용도로 사용될 수 있다. 이 입자는 은 또는 금 입자, 또는 기타 본 발명에 개시된 예시 금속이어도 좋다.
실시예 9
톨루엔에 캐핑된 은 입자를 투입함으로써 수개의 잉크를 제조했다. 잉크에 사용된 각각의 캐핑된 은입자를 실시예 1의 프로토콜을 사용하여 제조하고, 특별히 언급하지 않는 한 메탄올로 1회 추출했다. 각종 잉크를 하기 표에 나타낸다. 잉크 B의 은 입자는 메탄올로 2회 세정하고, 잉크 C의 은 입자는 아세톤을 사용하여 추출했다. 잉크 F 및 G는 시판의 은 나노입자로 제조했다. 특히, 잉크 F 및 G는 톨루엔에 은 분말을 중량비 1:5로 분산시킴으로써 제조했다. 잉크를 제막하기 이전에 60분간 초음파로 분산시켰다. 잉크 F는 Aldrich 제품의 분말(Cat#57683-2)로 제조했고, 잉크 G는 Nanodynamics 제품의 제품명 NDSilver(Lot#31-0048)을 사용하여 제조했다.
잉크 캐핑제 캐핑제의 양(%)
잉크 A 헥사데실아민 18
잉크 B 헥사데실아민 12~14
잉크 C 헥사데실아민 2~3
잉크 D 도데실아민 8
잉크 E 옥틸아민 5~6
잉크 F(시판품 1) 없음 4
잉크 G(시판품 2) 없음 0.5
각각의 잉크를 스핀코팅 공정에 사용하여 막을 형성했다. 각각의 막을 형성하기 위해서 각각의 잉크를 핫플레이트에서 250℃에서 30초간 가열했다. 가열 후, 각각의 잉크를 Chemat Technology(캐냐다 노스리지 소재) 제품의 KW-4A 스핀코터를 사용하여 유리 기판 상에 스핀코팅했다. 코팅순서는 600rpm으로 9초간 코팅한 후 1000rpm으로 30초간 코팅하는 것을 포함한다. 각각의 막의 얻어진 특성을 이하에 나타낸다. 2002년 8월 10일자의 ASTM D3359-02에 따라 테이프 테스트에 의해 밀착성을 테스트했다. 각 막의 저항률을 4점 프로브(Lucas Labs)를 이용하여 측정했다.
잉크 막에 대한 설명 밀착성 저항률(μΩ×cm)
잉크 A 광택이 나고, 매끄러우며 균일함(도 6a) 매우 우수, 테이프 테스트 통과 3~4
잉크 B 광택이 나고, 핀홀에 의해 요철되어 있음(도 6b) 양호 3~4
잉크 C 막이 형성되지 않음 ∞
잉크 D 광택이 나고, 요철되어 있고, 다수의 핀홀이 있음(도 6c) 불량 20~30
잉크 E 막이 형성되지 않고 가열시 붕괴됨 ∞
잉크 F 막이 형성되지 않고,
회색 응집체가 존재함
∞
잉크 G 막이 형성되지 않음
실시예 10
하기 재료를 포함하는 조성물을 제조했다: 헥사데실아민이 캐핑된 나노은(실시예 1에 상술한 바와 같이 하여 제조됨) 충분량을 톨루엔 1부, 터페니올 4부 및 크실렌 4부를 포함하는 용제계에 분산시켜서 분산액 중에 헥사데실아민이 코팅된 나노은 20중량%를 제조했다.
분산액의 표면장력 및 점도를 측정했다. 표면장력을 Fisher 제품의 모세관 표면장력기를 사용하여 측정했다. 점도는 Brookfield Digital Viscometer DV-II를 사용하여 측정했다. 표면장력은 30dynes/cm이었고, 점도는 10cPs이었다.
실시예 11
하기 재료를 포함하는 조성물을 제조했다: 헥사데실아민이 캐핑된 나노은(실시예 1에 상술한 바와 같이 하여 제조됨) 충분량을 톨루엔 4부, 터페니올 1부, 크실렌 4부 및 0.1g/L 에틸렌글리콜을 포함하는 용제계에 분산시켜서 분산액 중에 헥사데실아민이 코팅된 나노은 20중량%를 제조했다.
분산액의 표면장력 및 점도를 실시예 10에 기재된 바와 같이 측정했다. 표면장력은 32dynes/cm이었고, 점도는 14cPs이었다.
실시예 12
하기 재료를 포함하는 조성물을 제조했다: 도데실아민이 캐핑된 나노은(실시예 1에 상술한 바와 같이 하여 제조됨) 충분량을 부탄올 4부 및 톨루엔 1부를 포함하는 용제계에 분산시켜서 분산액 중에 도데실아민이 코팅된 나노은 20중량%를 제조했다. 분산액의 표면장력 및 점도를 실시예 10에 기재된 바와 같이 측정했다. 표면장력은 30dynes/cm이었고, 점도는 10cPs이었다.
본 발명에 개시된 실시예의 요소를 나타낼 때 "이", "그", 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 있는 것을 의미하기 위한 것이다. 용어 "포함하는", "함유하는" 및 "갖는"은 한정이 없는 것을 의도한 것으로, 열거된 요소 이외의 다른 요소가 있을 수 있다는 것을 의미한다. 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 실시예의 각종 구성요소는 다른 실시예의 각종 구성요소로 변경 또는 대체할 수 있는 것이 인정된다.
소정의 실시예 및 실시형태를 상술하였지만, 당업자에 의해 본 발명의 이점을 고려하여 개시한 실시예 및 실시형태의 예는 추가, 대체, 변형 및 변경될 수 있는 것이 인정된다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 고 종횡비 도전 패턴을 제조하는 방법으로서,
    일정 높이를 갖는 간격이 형성된 고체 지지체를 형성하도록 상기 기판 상에 제 1 지지층을 도포하는 단계;
    상기 고체 지지체의 형성된 간격을 채우도록 제 1 도전성 잉크 재료층을 인쇄하는 단계;
    상기 고체 지지체에 의해 형성된 간격의 최대 높이를 증가시키도록 제 2 지지층을 상기 제 1 지지층에 도포하는 단계;
    상기 고체 지지체에 의해 형성된 간격의 증가된 최대 높이에 도달시키도록 제 2 도전성 잉크 재료층을 상기 제 1 도전성 잉크 재료층 상에 인쇄하는 단계;
    목표 높이에 도달할 때까지 교대로 추가의 지지층을 더 도포하고 추가의 도전성 잉크 재료층을 더 인쇄하는 단계;
    상기 기판 상에 고 종횡비 도전 패턴을 제공하도록 상기 고체 지지체를 제거하는 단계를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 잉크 재료층은 캐핑된 금속 입자를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고체 지지체를 제거하기 전에 상기 기판을 경화시키는 단계를 더 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고체 지지체를 제거한 후에 상기 기판을 경화시키는 단계를 더 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고체 지지체를 제거하는 단계는 상기 고체 지지체를 박리하는 단계를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고체 지지체를 제거하는 단계는 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 프리프레그인 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    하나 이상의 고 종횡비 도전 패턴이 배치된 상기 프리프레그를 열 처리하는 단계를 더 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 캐핑된 금속 입자는 30×104S/cm 이상의 전도율을 제공하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 캐핑된 금속 입자는 헥사데실아민을 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고체 지지체를 제거하기 전에 상기 고 종횡비 도전 패턴을 소결하는 단계를 더 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 잉크 재료층은 용제계에 분산된 캐핑된 금속 나노입자를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 캐핑된 금속 나노입자는 은, 금, 동, 니켈, 백금, 팔라듐 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 간격이 형성된 상기 고체 지지체는 지지선의 집합체를 포함하는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    높이가 폭의 5배 이상인 고 종횡비 도전 패턴이 제공되는 고 종횡비 도전 패턴의 제조 방법.
  16. 프린터를 이용하여 기판 상에 목표 두께의 고 종횡비 도전 패턴을 인쇄하는 방법으로서,
    상기 프린터의 제 1 저장용기에 고체 지지체 재료를 배치하는 단계;
    상기 프린터의 제 2 저장용기에 잉크를 배치하는 단계;
    상기 제 1 저장용기로부터 상기 고체 지지체 재료로 상기 기판 상에 지지선을 인쇄하는 단계;
    상기 제 2 저장용기로부터 상기 잉크로 상기 기판 상의 상기 지지선 사이에 도전 패턴을 인쇄하는 단계;
    상기 기판 상에서 상기 도전 패턴의 상기 목표 두께에 도달할 때까지 상기 지지선의 최대 높이와 상기 도전 패턴의 최대 높이를 연속적으로 증가시키도록 교대로 상기 기판 상에 상기 고체 지지체 재료과 상기 잉크를 인쇄하는 단계를 포함하는 도전 패턴의 인쇄 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    배치된 상기 고체 지지체 재료를 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 도전 패턴의 인쇄 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 고 종횡비 도전 패턴을 소결하는 단계를 더 포함하는 도전 패턴의 인쇄 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 잉크는 용제계에 분산된 캐핑된 금속 나노입자를 포함하는 도전 패턴의 인쇄 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 캐핑된 금속 나노입자는 은, 금, 동, 니켈, 백금, 팔라듐 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 도전 패턴의 인쇄 방법.
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