KR102084575B1 - Ink composition for flash light sintering and method for manufacturing substrate using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 소결용 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법에 관한 것으로, 낮은 광 조사 에너지에서도 원활하게 광 소결이 진행되고, 치밀도 및 전기전도도가 양호한 배선 패턴을 형성할 수 있는 잉크 조성물을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 산화은, 외곽에 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 나노산화구리입자를 나노구리입자로 환원하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 광 소결용 잉크 조성물을 플렉서블한 기판 몸체 위에 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 스크린 프린팅 단계, 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조시키는 건조 단계, 및 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 예비 배선 패턴에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 광 소결 단계를 포함하는 배선기판의 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to an ink composition for light sintering and a method for manufacturing a wiring board using the same. The present invention relates to an ink composition capable of smoothly sintering light even at low light irradiation energy and forming a wiring pattern having good density and electrical conductivity. It is to provide. The present invention provides an ink composition for light sintering comprising silver oxide, a copper oxide nanoparticle having a copper oxide film on the outside, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing the nanocopper oxide particles to nanocopper particles upon light irradiation. In another aspect, the present invention provides a screen printing step of forming a preliminary wiring pattern by screen printing the ink composition for optical sintering on a flexible substrate body, a drying step of drying the screen printed preliminary wiring pattern, and irradiating light to the dried preliminary wiring pattern. By reducing and sintering the oxidized copper of the nano-copper oxide particles included in the preliminary wiring pattern to provide a method of manufacturing a wiring board comprising an optical sintering step of forming a wiring pattern on the substrate body.
Description
본 발명은 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화은과 외곽에 구리산화막이 형성된 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ink composition and a method of manufacturing a wiring board using the same, and more particularly, to an ink composition for optical sintering comprising a silver oxide and nano copper particles having a copper oxide film formed on the outside thereof, and a method of manufacturing a wiring board using the same. will be.
현재 인쇄전자기술에서 사용되고 도전성 잉크는 주로 디스플레이 패널, 태양 전지판, 디지타이저(digitizer), 인쇄회로기판 등과 같은 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 사용되고 있다.Presently used in printed electronic technology, conductive inks are mainly used for the manufacture of wiring patterns of wiring boards such as display panels, solar panels, digitizers, printed circuit boards, and the like.
이러한 도전성 잉크로는 은(Ag)을 포함하는 은 잉크, 은 페이스트가 주로 사용되고 있다. 은을 포함하는 도전성 잉크에는 은 이외에 금, 백금, 팔라듐 등의 금속 입자가 포함될 수 있다.As such conductive ink, silver ink containing silver (Ag) and silver paste are mainly used. The conductive ink containing silver may include metal particles such as gold, platinum, and palladium in addition to silver.
하지만 은 잉크 또는 은 페이스트는 열 소결 공정을 통해 배선기판에 배선 패턴으로 형성하고 있으나, 도전성 잉크에 포함되는 은의 가격이 매우 고가이기 때문에, 도전성 잉크를 이용하여 배선 패턴을 형성하는 경우 해당 배선기판의 제조 원가를 낮추는데 한계가 있다. 또한, 열 소결 공정이 요구되어 배선기판 선정 혹은 잉크 선정에 많은 한계가 있다.However, although silver ink or silver paste is formed as a wiring pattern on the wiring board through a thermal sintering process, since the price of silver contained in the conductive ink is very expensive, when the wiring pattern is formed using the conductive ink, There is a limit to lower manufacturing costs. In addition, the heat sintering process is required, and there are many limitations in the selection of the wiring board or the ink.
또한 은 잉크 또는 은 페이스트를 이용하여 형성된 배선 패턴은 박리 및 밀착력 문제가 있고, 열 소결 후 형성된 배선 패턴의 저항 값이 높은 문제점을 안고 있다.In addition, the wiring pattern formed by using silver ink or silver paste has a problem of peeling and adhesion, and has a high resistance value of the wiring pattern formed after thermal sintering.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 도전성 잉크에 은 입자 대신 구리 입자를 포함시켜 가격이 저렴한 도전성 잉크를 이용한 배선 패턴을 구현하기 위한 기술을 개발 중에 있다.In order to solve this problem, a technique for implementing a wiring pattern using an inexpensive conductive ink by including copper particles instead of silver particles in the conductive ink is being developed.
그러나 순수나노구리입자는 은 입자에 비해서 가격이 저렴한 편이긴 하지만, 합성 수율이 낮기 때문에 가격이 비싼 편이다.Pure nanocopper particles, however, are cheaper than silver particles, but are more expensive because of lower synthetic yields.
또한 구리 입자를 포함하는 도전성 잉크로 배선 패턴을 형성할 경우, 도전성 잉크에 포함된 각 구리 입자의 표면에 쉽게 구리산화막이 형성되기 때문에 배선 패턴의 전기 저항이 매우 높아져 배선 패턴으로서의 기능을 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.In addition, when the wiring pattern is formed of the conductive ink containing copper particles, since the copper oxide film is easily formed on the surface of each copper particle included in the conductive ink, the electrical resistance of the wiring pattern becomes very high, and thus the wiring pattern cannot function. Problems may arise.
이로 인해 각 구리 입자의 표면에 구리산화막이 형성되지 않도록 하기 위해서는 불활성 기체 분위기 하에서 300℃ 이상의 높은 온도로 1 시간 내지 3시간 소성을 해야 한다. 그런데 불활성 기체 분위기 하에서 고온으로 장시간 소성을 할 경우, 오히려 은 입자를 사용하는 도전성 잉크에 비하여 생산 단가가 더 증가하는 문제가 발생할 수 있다.For this reason, in order to prevent a copper oxide film from forming on the surface of each copper particle, it is necessary to bake for 1 hour to 3 hours at a high temperature of 300 ° C. or higher under an inert gas atmosphere. However, when baking for a long time at a high temperature in an inert gas atmosphere, rather than the conductive ink using the silver particles may cause a problem that the production cost is further increased.
또한 300℃ 이상의 고온에 배선기판이 노출될 경우, 배선기판 자체가 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 특히 플렉서블 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)과 같이 얇은 연성 배선기판의 경우 고온에 취약하기 때문에, 플렉서블 인쇄회로기판의 제조용으로 구리 입자가 포함된 도전성 잉크를 사용할 수 없는 문제점을 안고 있다.In addition, when the wiring board is exposed to a high temperature of 300 ° C. or more, a problem may occur that the wiring board itself is damaged. In particular, since a thin flexible wiring board such as a flexible printed circuit board (FPCB) is vulnerable to high temperature, there is a problem in that a conductive ink containing copper particles cannot be used for manufacturing a flexible printed circuit board.
따라서 본 발명의 목적은 배선기판의 제조 공정 시간과 제조 비용을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 소결 공정으로 배선기판의 손상을 억제할 수 있는 광 소결용 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce the manufacturing process time and manufacturing cost of the wiring board, and to provide an ink composition for optical sintering which can suppress the damage of the wiring board by a sintering process through short light irradiation and a method of manufacturing the wiring board using the same There is.
본 발명의 다른 목적은 플렉서블 인쇄회로기판과 같은 얇은 연성 배선기판의 손상 없이 배선 패턴을 형성할 수 있는 광 소결용 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an ink composition for optical sintering which can form a wiring pattern without damaging a thin flexible wiring board such as a flexible printed circuit board, and a method of manufacturing a wiring board using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 배선 패턴의 치밀도와 광 소결 효율을 향상시킬 수 있는 광 소결용 잉크 조성물 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an ink composition for optical sintering which can improve the density and optical sintering efficiency of a wiring pattern, and a method of manufacturing a wiring board using the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산화은, 외곽에 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 나노산화구리입자를 나노구리입자로 환원하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a silver oxide, nano copper oxide particles having a copper oxide film on the outside, for light sintering comprising a reducing agent, a dispersant, a binder and a solvent for reducing the nano copper oxide particles to nano copper particles in light irradiation It provides an ink composition.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 상기 산화은과 상기 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 일 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, the composition ratio of the silver oxide and the nano copper oxide particles may be 0.1: 9.9 to 4: 6.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 상기 용매를 제외한 산화은과 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량% 일 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, silver oxide and nano copper oxide particles excluding the solvent may be 70 to 94% by weight.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 상기 산화은은 분말의 크기가 2㎛ 이하이고, 상기 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하 Dmax가 2㎛ 이하일 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, the silver oxide powder may have a size of 2 μm or less, and the nano copper oxide particles may have a D 50 of 900 nm or less and a Dmax of 2 μm or less.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 상기 환원제는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 포함할 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, the reducing agent may include an aldehyde compound, an acid containing ascorbic acid, a phosphorus compound, a metal reducing agent, p-benzoquinone, hydroquinone or anthraquinone.
상기 분산제는 양이온계 분산제, 음이온계 분산제 또는 양쪽이온계 분산제를 포함할 수 있다.The dispersant may include a cationic dispersant, an anionic dispersant or a zwitterionic dispersant.
상기 바인더는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘을 포함할 수 있다.The binder is PVP, PVA and PVC, cellulose resin, polyvinyl chloride resin, copolymer resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylpyrrolidone resin, acrylic resin, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resin, butyral resin, alkyd Resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones.
상기 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.The solvent is ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
본 발명은 또한, 플렉서블한 기판 몸체 위에 산화은, 외곽에 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 나노산화구리입자를 나노구리입자로 환원하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 스크린 프린팅 단계; 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조시키는 건조 단계; 및 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 상기 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 상기 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 광 소결 단계; 를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a silver oxide on the flexible substrate body, nano copper oxide having a copper oxide film on the outside, for light sintering comprising a reducing agent, a dispersant, a binder and a solvent for reducing the nano copper oxide particles to nanocopper particles upon light irradiation A screen printing step of screen printing the ink composition to form a preliminary wiring pattern; A drying step of drying the screen printed preliminary wiring pattern; And an optical sintering step of irradiating light on the dried preliminary wiring pattern to reduce and sinter the oxidized copper of the nanocopper oxide particles included in the preliminary wiring pattern to form a wiring pattern on the substrate body. It provides a method for producing a wiring board using an ink composition for optical sintering comprising a.
본 발명에 따르면, 광 소결용 잉크 조성물의 소재로 산화은과 외곽에 구리산화막이 형성된 나노구리입자(이하 '나노산화구리입자'라 함)를 사용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성함으로써, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다. 즉 은 소재에 비해서 저가인 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, a wiring pattern of a wiring board is formed by forming a wiring pattern of a wiring board using nano copper particles (hereinafter referred to as 'nanocopper oxide particles') having silver oxide and a copper oxide film formed on the outer side of the ink composition for optical sintering. The manufacturing cost can be reduced. That is, since the wiring pattern of the wiring board can be formed by using an ink composition containing silver oxide and nano copper oxide particles which are less expensive than the silver material, the manufacturing cost of the wiring board can be reduced.
또한 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 배선기판에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 광 소결 공정을 통하여 나노구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 광 소결 공정으로 배선기판의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴을 형성할 수 있다.In addition, when the ink composition containing silver oxide and nano copper oxide particles is printed on the wiring board, the copper oxide film formed on the surface of the nano copper particles may be removed through a light sintering process through short light irradiation instead of thermal sintering. Therefore, damage to the wiring board can be suppressed by reducing the process time and by the light sintering process through short light irradiation. At this time, the nano copper oxide particles are insulated before photo sintering, but are reduced to pure nanoparticles through photo sintering, thereby forming a wiring pattern of a copper material having electrical conductivity.
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체에 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 기판 몸체의 손상 없이 배선 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, the wiring pattern may be formed on the substrate body of the flexible printed circuit board used for the digitizer without damaging the substrate body by using the ink composition according to the present invention.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물의 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 반면에 본 발명과 같이 산화은을 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.Since the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle | grains independently, the density of a wiring pattern can be improved. That is, the wiring pattern is formed in a form containing a plurality of pores therein due to the gas generated during the light sintering process of the ink composition containing only copper nanoparticles as copper particles. On the other hand, when the silver oxide is included as in the present invention, since the amount of gas generated in the light sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist inside the wiring pattern, the wiring pattern with improved density can be formed. have.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 잉크 조성물에 포함된 산화은은 갈색 혹은 흑색의 색상을 갖기 때문에, 광 조사시 광흡수율이 높고 분해되어 소결이 쉽기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 낮은 광 조사 에너지에서도 원활하게 광 소결을 수행할 수 있는 이점이 있다.Since the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle | grains independently, an optical sintering efficiency can be improved. That is, since silver oxide contained in the ink composition has a brown or black color, the light absorption rate is high when the light is irradiated and decomposed to facilitate sintering, thereby improving the light sintering efficiency. This has the advantage that the light sintering can be performed smoothly even at low light irradiation energy.
또한 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 배선기판에 배선 패턴을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 고종횡비를 갖도록 배선 패턴을 형성할 수 있다. 즉 배선기판의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.In addition, when the wiring pattern is formed on the wiring board by using an ink composition including silver oxide and nano copper oxide particles, the wiring pattern may be formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. That is, since the signal transmission speed of the wiring board depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern has a high aspect ratio.
도 1은 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 포함되는 나노산화구리입자를 보여주는 SEM 및 HRTEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 4 내지 도 7은 도 3의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들로서,
도 4는 배선기판을 보여주는 단면도이고,
도 5는 배선기판 위에 광 소결용 잉크 조성물을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 6은 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 7은 광 소결을 통하여 예비 배선 패턴을 배선 패턴으로 형성하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 8은 광 소결 전의 예비 배선 패턴을 보여주는 사진이다.
도 9는 및 광 소결 후의 배선 패턴을 보여주는 사진이다.1 is a SEM and HRTEM photograph showing the nano-copper oxide particles contained in the ink composition for optical sintering according to the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the embodiment of the present invention.
4 to 7 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG.
4 is a cross-sectional view showing a wiring board;
5 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a preliminary wiring pattern by screen printing an ink composition for optical sintering on a wiring board;
6 is a cross-sectional view showing a step of drying the screen printed preliminary wiring pattern;
7 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a preliminary wiring pattern as a wiring pattern through light sintering.
8 is a photograph showing a preliminary wiring pattern before light sintering.
9 is a photograph showing a wiring pattern after light sintering.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, it should be noted that the description of other parts will be omitted in the scope that does not distract from the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors are appropriate to the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts in accordance with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은과 구리산화막이 있는 나노산화구리입자를 포함하며, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있다.The ink composition for optical sintering according to the present invention comprises nano copper oxide particles having a silver oxide and a copper oxide film, and further includes a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing copper oxidized by light irradiation to form nano copper particles. can do.
산화은은 산화은(I) 또는 산화은(Ⅱ)이다. 여기서 산화은(I)은 Ag2O로서, 암갈색 내지 흑갈색의 비중 7.22의 물질이며, 160℃ 내외에서 분해가 가능한 물질이다. 산화은(Ⅱ)은 AgO로서, 회흑색의 비중 7.483의 물질이며, 100℃ 내외에서 분해가 가능한 물질이다.Silver oxide is silver oxide (I) or silver oxide (II). Here, silver oxide (I) is Ag 2 O, which is a dark brown to dark brown material having a specific gravity of 7.22, and is decomposable at around 160 ° C. Silver oxide (II) is AgO, a material of gray black specific gravity of 7.483, which is decomposable at around 100 ° C.
이러한 산화은은, 광 소결 공정에 대한 설명에서 후술하겠지만 제논 백색광을 조사할 경우, 갈색 혹은 흑색의 색상으로 인해서 광 흡수가 용이하고, 용이하게 분해되어 소결이 쉽고, 좀 더 치밀한 배선 패턴을 만들 수 있다.Such silver oxide will be described later in the description of the light sintering process, but when irradiated with xenon white light, light is easily absorbed due to brown or black color, is easily decomposed to sinter, and a more precise wiring pattern can be made. .
나노산화구리입자는 부도체이지만 광 조사에 의해 전도기전도성을 갖는 순수 나노구리입자로 변환되어 도전체의 소스로 사용되는 소재이다. 나노산화구리입자는 코어-쉘(core-shell) 타입의 입자로서, 표면에 구리산화막이 50nm 이하의 두께로 형성된 입자일 수 있다. 이때 구리산화막이 50nm 이하의 두께를 갖는 나노산화구리입자를 사용하는 이유는, 구리산화막의 두께가 50nm를 초과하는 경우 광 조사에 의해 구리산화막 중 일부가 구리로 환원되지 않는 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하이고, Dmax가 2㎛ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다. 예컨대 도 1은 D50이 70nm인 나노산화구리입자를 보여주는 SEM 및 HRTEM 사진이다. 도 1의 (a)는 SEM 사진이고, (b)는 HRTEM 사진이다.Nano-copper oxide nanoparticles are insulators, but are converted into pure nano-copper particles having conductive conductivity by light irradiation and used as a source of a conductor. Nano copper oxide particles are core-shell (core-shell) type of particles, the copper oxide film on the surface may be particles having a thickness of 50nm or less. In this case, the reason why the copper oxide film uses nano copper oxide particles having a thickness of 50 nm or less may be a problem that some of the copper oxide film is not reduced to copper by light irradiation when the thickness of the copper oxide film exceeds 50 nm. Because. The nano copper oxide particles may have a particle size of D 50 of 900 nm or less and D max of 2 μm or less. For example, FIG. 1 is a SEM and HRTEM photograph showing nano copper oxide particles having a D 50 of 70 nm. (A) is a SEM photograph, (b) is an HRTEM photograph.
나노산화구리입자의 입도는 응용분야에 따라 선택적으로 제어할 필요가 있다. 예컨대 터치스크린용 ITO 투명전극 대체 소재인 메탈 메쉬를 제조할 경우에, 모아레, 스타버스트 등의 시인성 문제를 해결하기 위해서 1㎛ 이내의 선폭 구현이 필요한데, 이러한 경우는 입자의 사이즈를 300nm이하로 제어하는 것이 바람직하다.The particle size of the nano-copper oxide needs to be selectively controlled according to the application. For example, when manufacturing a metal mesh, which is a substitute for ITO transparent electrodes for touch screens, line widths within 1 μm are required to solve visibility problems such as moiré and starburst. In this case, the particle size is controlled to 300 nm or less. It is desirable to.
한편 75㎛이하의 선폭이 필요한 디지타이저 양면 FPCB의 경우는 굳이 300nm이하일 필요는 없을 것이며, 광 소결이 가능한 범주에서 최대 입자를 사용해도 무방하다.On the other hand, the digitizer double-sided FPCB, which requires a line width of 75 μm or less, does not necessarily need to be 300 nm or less, and the maximum particles may be used in the range where light sintering is possible.
산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 일 수 있다. 산화은과 나노산화구리입자의 조성비에 있어서, 산화은의 비율이 0.1 미만일 경우, 산화은에 의한 배선 패턴의 치밀성 향상이 거의 없으며, 원가 상승만 유발할 뿐이다. 반대로 산화은의 비율이 4를 초과할 경우, 과도한 산소의 배출로 인해서 포러스(porous)한 배선 패턴이 생성되는 문제가 있다.The composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles may be 0.1: 9.9 to 4: 6. In the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles, when the ratio of silver oxide is less than 0.1, there is little improvement in the compactness of the wiring pattern by silver oxide, and only a cost increase is caused. On the contrary, when the ratio of silver oxide exceeds 4, there is a problem in that a porous wiring pattern is generated due to excessive oxygen emission.
환원제는 광 조사를 받아 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원시킨다. 즉 환원제는 나노산화구리입자를 순수 나노구리입자로 변환시킨다. 이러한 환원제로는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 사용할 수 있다.The reducing agent is irradiated with light to reduce the copper oxide film of the nanocopper oxide particles to copper. That is, the reducing agent converts the nanocopper oxide particles into pure nanocopper particles. As such a reducing agent, an aldehyde compound, an acid containing ascorbic acid, a phosphorus compound, a metal reducing agent, p-benzoquinone, hydroquinone or anthraquinone can be used.
예컨대 환원제로 사용되는 알데하이드계 화합물로는 포름알데하이드, 아세트알데하이드 등이 사용될 수 있다.For example, formaldehyde, acetaldehyde, etc. may be used as the aldehyde-based compound used as a reducing agent.
환원제로 사용되는 산으로는 옥살산(Oxalic acid), 포름산(Formic acid), 아스코르빅산(Ascorbic acid), 술폰산(sulfonic acid), 도데실벤젠술폰산(dodecyl benzene sulfonic acid), 말레산(maleic acid), 헥사믹산(hexamic acid), 포스포릭산(phosphoric acid), O-프탈릭산(O-phthalic acid), 아크릴산(acrylic acid) 등이 사용될 수 있다.Acids used as reducing agents include oxalic acid, formic acid, ascorbic acid, sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, and maleic acid. , Hexamic acid, phosphoric acid, O-phthalic acid, acrylic acid, etc. may be used.
환원제로 사용되는 인계 화합물로는 Phosphites, hypophosphites 및 phosphorous acid 등이 사용될 수 있다. 환원제 중 인계 화합물에 대해서 좀 더 자세히 설명하자면, PO33-기를 포함하는 NH4HP(O)2OH와 같이 HP(O)2OH-기를 포함하는 hydrogenphosphonates(acid phosphites), H2P2O5 2-를 포함하는 diphosphites, (NH4)2HPO3ㅇH2O, CuHPO3ㅇH2O, SnHPO3, 및 Al2(HPO3)3ㅇ4H2O 등과 같은 HPO3 2-를 포함하는 phosphites, (RO)3P와 같은 phosphite ester, Hypophosphite(H2PO2 -), phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide, parathion, Sarin(phosphinate), Glyphosate(phosphonate), fosfomycin(phosphonate), zoledronic acid(phosphonate), 및 Glufosinate(phosphinate) 등과 같은 Organophosphorus, triphenylphosphine과 같은 organic phosphines(PR3), Triphenylphosphine oxide과 같은 Phosphine oxide(OPR3), (CH3O)2PPh과 같은 Phosphonite(P(OR)R2), Phosphonite(P(OR)2R), Phosphinate(OP(OR)R2), organic phosphonates(OP(OR)2R), Phosphate(PO4 3-), parathion, malathion, methyl parathion, chlorpyrifos, diazinon, dichlorvos, phosmet, fenitrothion, tetrachlorvinphos, azamethiphos, 및 azinphos methyl 등과 같은 organophosphate(OP(OR)3) 등 불포화기를 포함하는 인계 화합물 등이 사용될 수 있다.Phosphites, hypophosphites and phosphorous acid may be used as phosphorus compounds used as reducing agents. The phosphorus-based compound in the reducing agent is described in more detail, for example, hydrogen phosphonates (acid phosphites) containing HP (O) 2 OH - groups, such as NH 4 HP (O) 2 OH containing PO 3 3- groups, H 2 P 2 O 5 2- Diphosphites comprising, phosphites comprising HPO 3 2- , such as (NH 4 ) 2 HPO 3 OH 2 O, CuHPO 3 OH 2 O, SnHPO 3 , and Al 2 (HPO 3 ) 3 ㅇ 4H 2 O, etc. (RO) phosphite ester, Hypophosphite ( H 2 PO 2 -) , such as 3 P, phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide , parathion, Sarin (phosphinate), Glyphosate (phosphonate), fosfomycin (phosphonate), zoledronic acid (phosphonate), and Glufosinate Organophosphorus such as (phosphinate), organic phosphines (PR 3 ) such as triphenylphosphine, Phosphine oxide (OPR 3 ) such as Triphenylphosphine oxide, Phosphonite (P (OR) R 2 ) such as (CH 3 O) 2 PPh, Phosphonite (P (OR) 2 R), Phosphinate (OP (OR) R 2 ), organic phosphonates (OP (OR) 2 R), Phosphate (PO 4 3- ), parathion, malathion, methyl parathion, chlorpyrifos phosphorus compounds containing unsaturated groups such as organophosphate (OP (OR) 3 ), such as diazinon, dichlorvos, phosmet, fenitrothion, tetrachlorvinphos, azamethiphos, and azinphos methyl.
금속계 환원제로는 lithium aluminum hydride (LiAlH4), Diisobutylaluminum hydride(DIBAL-H) 및 Lindlar catalyst 등이 사용될 수 있다.As the metal-based reducing agent, lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), diisobutylaluminum hydride (DIBAL-H), and Lindlar catalyst may be used.
환원제를 광 소결용 잉크 조성물의 촉매로서 포함함에 따라, 광 조사를 통한 소결이 가능하여 배선기판의 휨(warpage) 또는 수축과 같은 손상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 에칭, 열 소결 등에 비해 공정 시간을 줄이고 공정 비용을 절감할 수 있다.By including the reducing agent as a catalyst of the ink composition for light sintering, sintering through light irradiation can be performed to suppress damages such as warpage or shrinkage of the wiring board, and can be compared with laser etching and thermal sintering. You can save time and reduce process costs.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에서 환원제는 나노산화구리입자 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부가 첨가되는 것이 바람직하다. 여기서 환원제의 첨가량이 5 중량부를 초과하면, 광 소결용 잉크 조성물에서의 분산성 저하 및 상용성 저하로 인한 균질성 저하의 문제점이 발생될 수 있다. 반대로 환원제의 첨가량이 0.1 중량부 미만이면, 단색광 조사에 의한 원활한 나노산화구리입자의 환원 및 소결이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, the reducing agent is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano copper oxide particles. When the amount of the reducing agent added is more than 5 parts by weight, a problem of lowering homogeneity may occur due to lowering dispersibility and lowering compatibility in the ink composition for optical sintering. On the contrary, when the amount of the reducing agent is less than 0.1 part by weight, a problem may occur in which the reduction and sintering of the nano-copper oxide is not performed smoothly by monochromatic light irradiation.
분산제는 광 소결용 잉크 조성물 내에서 나노산화구리입자를 균일하게 분산시켜, 광 소결에 의해 형성되는 배선 패턴 내에 기공(pore)이 발생되는 것을 억제한다. 이러한 분산제로는 양이온계 분산제, 음이온계 분산제 또는 양쪽이온계 분산제가 사용될 수 있다.The dispersant uniformly disperses the nano copper oxide particles in the ink composition for optical sintering, thereby suppressing the generation of pores in the wiring pattern formed by the optical sintering. As such dispersants, cationic dispersants, anionic dispersants or zwitterionic dispersants may be used.
예컨대 분산제로는 폴리에틸렌 이민, 폴리바이닐피롤리돈 등의 아민계 고분자 분산제, 또한 폴리아크릴산, 카복시메틸셀룰로스 등의 분자 중에 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제, 포발(폴리바이닐알코올), 스타이렌-말레산 공중합체, 올레핀-말레산 공중합체, 또는 1분자 중에 폴리에틸렌 이민 부분과 폴리에틸렌옥사이드 부분을 갖는 공중합체 등의 극성기를 갖는 고분자 분산제가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.Examples of the dispersant include amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone, and hydrocarbon-based polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol) and styrene-maleic acid. Polymeric dispersants having a polar group such as a copolymer, an olefin-maleic acid copolymer, or a copolymer having a polyethylene imine portion and a polyethylene oxide portion in one molecule may be used, but are not limited thereto.
바인더는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성할 때, 나노산화구리입자를 바인딩 하는 역할을 하는 소재로서, 배선 패턴이 우수한 인쇄성과 고종횡비를 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.The binder serves as a material that binds the nano copper oxide particles when the wiring pattern is formed using the ink composition for optical sintering, and serves to maintain the excellent printability and high aspect ratio of the wiring pattern.
이러한 바인더로는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.Such binders include PVP, PVA and PVC, cellulose resins, polyvinyl chloride resins, copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinylpyrrolidone resins, acrylic resins, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resins, butyral resins, Alkyd resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones can be used, but are not limited thereto.
예컨대 바인더로는 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀(phenol)계 수지의 혼합 수지가 사용될 수 있다. 바인더로 상기한 혼합 수지를 사용하여, 150℃ 내외의 온도에서 열경화함(3차원의 망상구조가 형성됨으로써 열적으로 매우 안정한 구조를 형성할 수 있음)으로써 광 소결용 잉크 조성물의 내열성을 향상시킬 수 있다.For example, a mixed resin of epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and phenol resin may be used as the binder. By using the above-mentioned mixed resin as a binder, heat curing at a temperature of about 150 ° C. (a three-dimensional network structure can be formed to form a thermally very stable structure) can improve the heat resistance of the ink composition for optical sintering. Can be.
또한 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 280℃ 이상의 내열성을 갖고 있어 솔더링(soldering)이 가능한데, 솔더링이 가능함에 따라 수동소자, 능동소자 및 다른 회로 배선 등과 솔더링에 의해서 전기적으로 연결이 가능하다는 장점이 있다. 잉크 조성물의 내열성이 충족되지 않을 경우, 접점 혹은 접합 부위에서의 저항 상승 및 기계적 물성 저하로 인한 불량을 야기할 수 있다. 저항이 상승하면, 신호 전달의 지연이나 전체 디바이스 상에서의 다양한 문제를 야기할 수 있다.In addition, the ink composition for optical sintering according to the present invention has a heat resistance of 280 ℃ or more can be soldered (soldering), it is possible to be electrically connected by soldering, such as passive devices, active devices and other circuit wiring by soldering possible There is this. If the heat resistance of the ink composition is not satisfied, it may cause defects due to increased resistance and lowered mechanical properties at the contact point or junction. Rising resistance can cause delays in signal transmission or various problems on the entire device.
또한 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계수지의 혼합비는 1 : 0.1~1 : 0.1~5인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the mixing ratio of the epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenol resin contained in a binder is 1: 0.1-1: 0.1-5.
나노산화구리입자 100 중량부에 대한 바인더의 첨가량은 3 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 10 중량부를 초과하면 입자 사이의 저항 성분의 과도한 증가를 유발하여 전기적으로 저항을 높이는 문제가 있고, 3 중량부에 미달하면 입자의 표면을 모두 커버하기 어렵고, 유변적으로 불안정하며, 배선기판과의 접착력이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.It is preferable that the addition amount of a binder with respect to 100 weight part of nano copper oxide particles is 3-10 weight part. If the content of the binder exceeds 10 parts by weight, there is a problem of causing an increase in the resistance component between the particles to increase the resistance, and if less than 3 parts by weight, it is difficult to cover all of the surface of the particles, it is rheologically unstable, It is not preferable because there is a problem that the adhesive strength with the wiring board is lowered.
그리고 용매로는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매 또는 테르펜계 용매 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.The solvent may be a hydrocarbon solvent, a chlorinated hydrocarbon solvent, a cyclic ether solvent, a ketone solvent, an alcohol, a polyhydric alcohol solvent, an acetate solvent, an ether solvent of a polyhydric alcohol, or a terpene solvent. It is not limited to this. For example, the solvent may be ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol). methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 용매를 제외한 고형분의 함량 중 나노산화구리입자를 포함한 금속성 입자는 70 내지 94 중량%가 바람직하다. 그 이유는 70 중량% 미만인 경우, 광 조사에 의한 Current heat이 전체 입자에 전해지기 어렵고, 그로 인해서 치밀한 배선 패턴을 제조하기가 힘들다. 반대로 94 중량%를 초과할 경우, 금속성 입자의 함량이 과도해 배선 패턴 형성을 하기에 점도가 적절하지 않으며, 입자의 함량 대비 환원제 성분의 함량이 부족해 광 소결을 하기 위해서 과도한 광 에너지가 필요하기 때문이다. 과도한 광 에너지를 배선기판에 조사할 경우, 배선기판이 손상되는 문제가 발생될 수 있다.In the ink composition for optical sintering according to the present invention, the metallic particles including the nano-copper oxide particles in the solid content excluding the solvent are preferably 70 to 94% by weight. The reason is that, if it is less than 70% by weight, the current heat by light irradiation is hardly transmitted to all the particles, thereby making it difficult to manufacture a dense wiring pattern. On the contrary, if the content exceeds 94% by weight, the content of the metallic particles is excessive and the viscosity is not appropriate to form the wiring pattern, and the content of the reducing agent is insufficient compared to the content of the particles, so that excessive light energy is required to sinter the light. to be. If excessive light energy is irradiated on the wiring board, a problem may occur that the wiring board is damaged.
한편 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 부가적으로 아민계통의 산화방지제, 요변제어제, 레벨링제 또는 접착력 강화를 위한 실란커플링제 등이 사용 환경에 따라 선택적으로 첨가될 수 있다.Meanwhile, in the ink composition for optical sintering according to the present invention, an amine-based antioxidant, a thixotropic agent, a leveling agent, or a silane coupling agent for enhancing adhesion may be selectively added depending on the use environment.
이와 같은 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA 및 PET 중에서 선택되는 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금 및 은 중에서 선택되는 금속 기판 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 및 세라믹, 유리 및 실리콘 중에서 선택되는 비금속 기판 등에 모두 사용될 수 있으며, 이들에 대한 배선 패턴의 접착력을 향상시킬 수 있고, 배선 패턴의 인쇄성을 향상시키며 고 종횡비(high aspect ratio)를 구현할 수 있다. 특히 두께가 얇고 열에 취약한 플렉서블 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물이 사용될 수 있다.Such an ink composition for optical sintering according to the present invention is a synthetic resin substrate selected from polyimide, polyurethane, PMMA and PET, a metal substrate selected from stainless steel, aluminum, gold and silver or ITO (Indium Tin Oxide) and ceramic, glass And it can be used for both a non-metal substrate selected from silicon, etc., it is possible to improve the adhesion of the wiring pattern to them, to improve the printability of the wiring pattern and to implement a high aspect ratio (high aspect ratio). In particular, the ink composition for optical sintering according to the present invention may be used for the manufacture of a wiring pattern of a flexible wiring board having a thin thickness and susceptibility to heat.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성하는 인쇄 방법으로 스크린 프린트 방법이 사용될 수 있지만, 그 외 그라비아, 옵셋, 플렉소, 에어로졸젯, 슬릿다이 코팅, 바코팅 등이 가능하다. 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 점도 또는 용매의 변경 등을 통하여 다양한 인쇄 방법에 적용하여 사용이 가능하다.
The screen printing method may be used as a printing method for forming a wiring pattern using the ink composition for optical sintering according to the present invention, but gravure, offset, flexo, aerosol jet, slit die coating, bar coating, etc. are possible. . The ink composition for optical sintering according to the present invention can be used by applying to various printing methods through a change in viscosity or solvent.
이와 같은 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치에 대해서 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.The apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 as follows. 2 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)는 배선기판 공급부(10), 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40), 광 소결부(50) 및 배선기판 회수부(60)를 포함한다. 이때 배선기판 공급부(10), 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40), 광 소결부(50) 및 배선기판 회수부(60)는 일렬로 배선기판 공급부(10)로부터 배선기판 회수부(60)로 순차적으로 설치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the
배선기판 공급부(10)는 배선기판의 제조에 사용될 기판 몸체를 공급한다. 이때 기판 몸체는 양면에 배선 패턴이 형성되어 있지 않거나, 한쪽 면에 배선 패턴이 형성되어 있을 수 있다.The wiring
이때 기판 몸체는 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 절연성과 유연성을 갖는 플라스틱 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 기판 몸체의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the substrate body may be made of a plastic material having insulation and flexibility used in manufacturing a flexible printed circuit board. For example, the substrate body may be made of polyimide, polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethyelenen napthalate (PEN), Polyethylene terephthalate (polyethyeleneterepthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA) or cellulose acetate propionate (cellulose) acetate propinonate (CAP) may be used, but is not limited thereto.
배선기판 회수부(60)는 배선기판 공급부(10)의 맞은 편에 설치되며, 배선 패턴의 제조 공정이 완료된 기판 몸체를 회수한다.The wiring
이때 배선기판이 플렉서블 인쇄회로기판인 경우, 배선기판 공급부(10)는 기판 몸체를 롤 투 롤(roll to roll) 방식으로 제공하거나, 캐리어 프레임에 부착된 단위 시트 형태로 제공할 수 있다. 롤 투 롤 방식의 경우, 기판 몸체가 감긴 배선기판 공급부(10)의 공급 롤에서 제공된 기판 몸체는 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40) 및 광 소결부(50)를 통과한 이후에 배수기판 회수부(60)의 회수 롤에 감겨 회수될 수 있다.In this case, when the wiring board is a flexible printed circuit board, the wiring
스크린 프린팅부(20)는 배선기판 공급부(10)에서 공급된 기판 몸체에 배선 패턴으로 형성될 예비 배선 패턴을 스크린 프린팅하는 부분이다. 스크린 프린팅부(20)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 배선 패턴에 대응되게 패턴 홀(23)이 형성된 스크린(21)과, 광 소결용 잉크 조성물(27)을 패턴 홀(23)에 충전시키는 스퀴즈(25)를 포함하여 구성될 수 있다. 도시하진 않았지만, 스크린 프린팅부(20)는 기판 몸체(71)를 지지하며 스크린 프린팅이 이루어지는 스테이지를 포함한다.The
스크린 프린팅부(20)에서의 스크린 프린팅은 다음과 같이 수행될 수 있다. 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(21) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다.Screen printing in the
여기서 예비 배선 패턴은 광 소결 전의 스크린 프린팅된 배선 패턴을 지칭하며, 광 소결에 의해 배선 패턴으로 형성된다.Here, the preliminary wiring pattern refers to a screen printed wiring pattern before light sintering, and is formed into a wiring pattern by light sintering.
프린팅 검사부(30)는 스크린 프린팅부(20)에 이웃하게 설치되며, 스크린 프린팅부(20)에서 배출되는 기판 몸체 위에 프린팅된 예비 배선 패턴을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체 위에 예비 배선 패턴의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다. 검사 결과 이상이 없는 경우 기판 몸체가 건조부(40)로 이송될 수 있도록 하지만, 이상이 있는 경우 경보 메시지를 출력하거나 배선기판의 제조 장치(100)의 구동을 일시적으로 정지시킬 수 있다. 경보 메시지는 경보음, 경보등 등을 통하여 작업자에게 알릴 수 있다.The
건조부(40)는 프린팅 검사부(30)에 이웃하게 설치되며, 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체에 형성된 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 건조시켜 제거할 수 있다.The drying
광 소결부(50)는 건조부(40)에 이웃하게 설치되며, 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 예비 배선 패턴에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성한다.The
이때 광 소결부(50)는 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴을 환원 및 소결하여 배선 패턴으로 형성할 수 있다. 단색의 펄스 광은 제논 플레쉬 램프로부터 발생된 백색광을 이용할 수 있으며, 다른 종류의 램프로부터 발생되는 펄스 광 또는 다른 색의 광이 사용될 수도 있다.At this time, the
본 발명에서 광 소결이라 함은 펄스화된 제논 백색광을 예비 배선 패턴에 조사함으로써 금속 입자가 네킹(necking)을 형성한 후 금속화되는 일련의 과정을 의미한다. 이러한 광 소결은 두 가지 소결 메카니즘에 의해 일어난다 하나는 금속입자가 광을 흡수하고 그 때 발생하는 줄 열(Joul heat)이 다른 입자로 전파되면서 소결이 되는 것이다. 다른 하나는 순수하게 제논 백색광이 지닌 열에 의해서 금속 입자가 녹아서 소결이 진행되는 것이다. 그러나 후자의 경우는, 금속 본래의 특성상 대부분의 광을 반사시킴으로써 소결이 용이하지 않고 기판의 손상을 유발하거나, 과도한 광 조사 에너지를 요구해 램프의 수명을 단축시켜 바람직하지 않다.In the present invention, the light sintering means a series of processes in which metal particles are metallized after forming a necking by irradiating pulsed xenon white light to a preliminary wiring pattern. This optical sintering is caused by two sintering mechanisms. One is sintering as metal particles absorb light and the Joule heat generated at that time is propagated to other particles. The other is that the metal particles are melted by the heat of pure xenon white light and sintering proceeds. However, in the latter case, due to the inherent characteristics of the metal, most of the light is reflected, which is not easy to cause sintering and damages the substrate, or requires excessive light irradiation energy to shorten the lamp life.
본 실시예에서 단색의 펄스 광으로 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 사용하는 이유는, 펄스 폭(pulse width), 펄스 갭(pulse gap), 펄스 수(pulse numbers) 및 강도(intensity)를 정밀하게 조절하기 쉽기 때문이다.The reason for using the white light generated from the xenon flash lamp as the monochromatic pulsed light in this embodiment is that the pulse width, pulse gap, pulse numbers and intensity can be precisely adjusted. It is easy to adjust.
플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.Monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards includes pulse widths of 100 to 5000 microns, pulse gaps of 0.01 ms to 1 ms, output voltages of 100 to 500 V, number of pulses 1 to 10, and intensity of 3 J / cm 2 to 60 White light of J / cm 2 can be used. For example, when the thickness of the preliminary wiring pattern is less than 9 μm, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 μm or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
여기서 백색광의 펄스 폭이 5000㎲ 보다 클 경우 단위 시간 당 입사 에너지가 줄어들어 광 소결 효율이 저하될 수 있다.In this case, when the pulse width of the white light is greater than 5000 kHz, the incident energy per unit time is reduced, thereby reducing the optical sintering efficiency.
펄스 갭이 1ms 보다 크거나 펄스 수가 10번 보다 클 경우에는 백색광의 낮은 에너지에 기인하여 광 소결용 잉크 조성물이 제대로 소결되지 못할 수 있다.When the pulse gap is greater than 1 ms or the number of pulses is greater than 10 times, the ink composition for photo sintering may not be properly sintered due to the low energy of white light.
또한 펄스 갭이 0.01ms 보다 작거나 백색광의 강도가 60 J/㎠ 초과일 경우 램프의 손상 또는 수명이 단축될 수 있으며, 플렉서블 인쇄회로기판에 손상을 줄 수 있다.In addition, when the pulse gap is less than 0.01ms or the intensity of the white light is more than 60 J / ㎠ may damage the lamp or shorten the life of the lamp, it may damage the flexible printed circuit board.
또한 백색광의 강도가 3 J/㎠ 이하일 경우 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원하기 위한 환원 반응이 약하여 배선 패턴의 전기 저항 특성이 저하될 수 있다.In addition, when the intensity of the white light is 3 J / ㎠ or less, the reduction reaction for reducing the copper oxide film of the nano-copper oxide particles to copper is weak, thereby reducing the electrical resistance characteristics of the wiring pattern.
반대로 백색광의 강도가 60 J/㎠ 이상일 경우 고에너지가 플렉서블 인쇄회로기판에 제공되어 기판 몸체의 수축, 휨 및 뒤틀림 등의 손상이 발생될 수 있고, 배선 패턴의 기판 몸체로부터의 박리 등이 발생될 수 있다.On the contrary, when the intensity of the white light is 60 J / cm 2 or more, high energy is provided to the flexible printed circuit board, which may cause damage such as shrinkage, warpage and distortion of the substrate body, and separation of the wiring pattern from the substrate body. Can be.
이와 같이 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은과 나노산화구리입자를 포함하기 때문에, 좀 더 치밀하고 전도성이 우수한 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 낮은 광 조사에너지에서도 원활하게 광 소결이 진행되기 때문에, 배선기판의 제조 원가를 낮출 수 있다.As described above, the ink composition for optical sintering according to the present invention includes silver oxide and nano copper oxide particles, thereby forming a more compact and superior wiring pattern. In addition, the ink composition for light sintering according to the present invention because the light sintering proceeds smoothly even at low light irradiation energy, it is possible to lower the manufacturing cost of the wiring board.
그리고 광 소결에 의해 배선 패턴이 형성된 배선기판은 배선기판 회수부(60)에 회수된다.The wiring board on which the wiring pattern is formed by light sintering is recovered to the wiring
이와 같은 본 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)를 통하여 기판 몸체의 상부면에 배선 패턴(이하 '상부 배선 패턴'이라 함)을 형성할 수 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 기판 몸체의 하부면에 하부 배선 패턴을 형성할 수 있는 제2 배선기판의 제조 장치에 배선기판 회수부(60)에 회수된 기판 몸체를 제공하여 기판 몸체의 하부면에도 하부 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이때 제2 배선기판의 제조 장치는 본 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 예컨대 제1 배선기판의 제조 장치와, 하부 배선 패턴을 형성하는 제2 배선기판의 제조 장치가 인라인으로 연결되어 기판 몸체의 상부 배선 패턴과 하부 배선 패턴을 형성할 수 있다.The wiring pattern (hereinafter, referred to as an “upper wiring pattern”) may be formed on the upper surface of the substrate body through the
또는 광 소결에 의해 상부면에 상부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체를 리와이딩 또는 틸트를 통해 기판 몸체의 하부면이 상부를 향하도록 한 다음, 기판 몸체의 하부면에 스크린 프린팅, 건조 및 광 소결을 통하여 하부 배선 패턴을 형성할 수도 있다. 즉 기판 몸체의 양면에 상부 배선 패턴 및 하부 배선 패턴이 형성된 양면 배선기판을 제조할 수도 있다.Alternatively, the substrate body having the upper wiring pattern formed on the upper surface by light sintering may be faced upward through rewinding or tilting, and then screen printing, drying, and optical sintering may be performed on the lower surface of the substrate body. It is also possible to form a lower wiring pattern through. That is, a double-sided wiring board having upper and lower wiring patterns formed on both sides of the substrate body may be manufactured.
예컨대 배선기판을 틸트하여 앙면 배선기판을 제조하는 양면 배선기판의 제조 장치는 상부 배선 패턴을 형성하는 배선기판 공급부, 제1 스크린 프린팅부, 제1 프린팅 검사부, 제1 건조부 및 제1 광 소결부를 포함하는 상부 배선 패턴 제조부와, 제1 광 소결부를 통과한 기판 몸체를 틸트하여 기판 몸체의 하부면이 상부를 향하도록 하는 틸팅부, 틸팅부에 연결된 제2 스크린 프린팅부, 제2 프린팅 검사부, 제2 건조부, 제2 광 소결부 및 배선기판 회수부를 포함하는 하부 배선 패턴 제조부를 포함할 수 있다.
For example, an apparatus for manufacturing a double-sided wiring board which tilts a wiring board to manufacture an upper surface wiring board includes a wiring board supply unit, a first screen printing unit, a first printing inspection unit, a first drying unit, and a first optical sintering unit for forming an upper wiring pattern. A tilting part for tilting the upper wiring pattern manufacturing part and a substrate body passing through the first optical sintering part so that the lower surface of the substrate body faces upward, a second screen printing part connected to the tilting part, a second printing inspection part, A lower wiring pattern manufacturing part including a second drying part, a second light sintering part, and a wiring board recovery part may be included.
이와 같은 본 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)를 이용한 배선기판의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 4 내지 도 7은 도 3의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.A method of manufacturing a wiring board using the
먼저 S81단계에서 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 즉 산화은, 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 이때 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 선분산기에 의하여 30분 내지 수 시간 동안 1차적으로 선분산한다. 선분산된 광 소결용 잉크 조성물을 다시 3본 밀에 의하여 2차적으로 고분산시켜 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 균일하게 혼합할 수 있다. 그리고 혼합된 광 소결용 잉크 조성물로부터 이물질 및 응집 물질을 필터링하여 최종적으로 예비 배선 패턴을 형성하기 위한 광 소결용 잉크 조성물을 제조할 수 있다.First, in step S81 to prepare an ink composition for light sintering. That is, silver oxide is mixed with nano copper oxide particles, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent to prepare an ink composition for photosintering. At this time, the materials constituting the ink composition for light sintering are first predispersed for 30 minutes to several hours by the predisperser. The materials that make up the pre-dispersed light sintering ink composition secondly again by three mills to form the light sintering ink composition can be mixed uniformly. In addition, the foreign matter and the aggregated material may be filtered from the mixed ink sintering ink composition to prepare an ink sintering composition for forming a final wiring pattern.
다음으로 S83단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징한다. 즉 S81단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온 분위기에서 수 시간 에이징을 수행한다. 에이징된 광 소결용 잉크 조성물은 스크린 프린팅부(20)에 제공된다.Next, the photo-sintered ink composition prepared in step S83 is aged at room temperature. That is, the ink composition for optical sintering prepared in step S81 is aging for several hours in an ambient temperature atmosphere. The aged light sintering ink composition is provided to the
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 배선기판 공급부(10)를 통하여 기판 몸체(71)가 스크린 프린팅부(20)로 공급된다. 이때 기판 몸체(71)는 상부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성되지 않은 반제품 상태의 배선기판이거나, 기판 몸체(71)의 하부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성된 반제품 상태의 배선기판일 수 있다.Next, as shown in FIG. 4, the
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, S85단계에서 기판 몸체(71) 위에 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴(73)을 형성한다. 즉 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5, the
예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때 예비 배선 패턴(73)의 두께가 5㎛ 이하인 경우, 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광의 펄스 제어가 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 광 소결에 의해 제조되는 배선 패턴의 형태가 변형되거나 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 반대로 예비 배선 패턴(73)의 두께가 20㎛를 초과하는 경우, 광 조사에 따른 환원 및 광 소결이 제대로 이루어지지 않아 제조된 배선 패턴의 저항이 올라가는 문제가 발생될 수 있다. 즉 예비 배선 패턴(73)을 형성하는 나노산화구리입자 중 환원되지 않는 나노산화구리입자의 비중이 두께에 비례하게 증가하기 때문이다.For example, the
다음으로 S87단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다.Next, the
이어서 도 6에 도시된 바와 같이, S89단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 건조한다. 즉 건조부(40)는 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체(71)에 형성된 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴(73)에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 6, the
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, S91단계에서 건조된 예비 배선 패턴(73)을 광 소결하여 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 배선 패턴(75)이 형성된 배선기판(70)을 제조할 수 있다. 즉 광 소결부(50)는 건조된 예비 배선 패턴(73)에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체(71) 위에 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다. 예컨대 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다.As shown in FIG. 7, the
이와 같은 본 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(100)은 기판 몸체(71)와, 기판 몸체(71)의 상부면에 형성된 배선 패턴(75)을 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 배선기판은 기판 몸체(71)의 양면에 배선 패턴이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉 배선기판 공급부(10)를 통하여 하부면에 하부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체(71)가 제공되는 경우, 기판 몸체(71)의 상부면에 상부 배선 패턴을 형성함으로써, 양면에 배선 패턴이 형성된 배선기판을 제조할 수 있다. 물론 하부 배선 패턴 또한 본 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물로 형성할 수 있다.Although the
본 실시예에 따르면, 광 소결용 잉크 조성물의 소재로 구리산화막이 있는 저가의 나노산화구리입자를 사용하여 배선기판(70)의 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 배선기판(70)의 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the present embodiment, the
또한 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 배선기판(70)에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 소결 공정을 통하여 나노산화구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 소결 공정으로 배선기판(70)의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수 나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.Also, after printing the
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체(71)에 본 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 기판 몸체(71)의 손상 없이 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.Accordingly, the
또한 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선기판(70)에 배선 패턴(75)을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 배선 패턴(75)을 고종횡비를 갖도록 형성할 수 있다. 즉 배선기판(70)의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴(75)이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.In addition, when the
또한 본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물은 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 하지만 본 발명과 같이 산화은을 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.Moreover, since the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle | grains independently, the density of a wiring pattern can be improved. That is, in the ink composition including only the nano copper oxide particles, a wiring pattern is formed in a form containing a plurality of pores therein due to the gas generated during the light sintering process. However, when silver oxide is included as in the present invention, since the amount of gas generated in the photo sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist in the wiring pattern, a wiring pattern with improved density can be formed. .
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서, 본 발명과 같이 산화은을 포함하는 잉크 조성물이 광 소결 시 광흡수율이 높기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다.
Since the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle | grains independently, an optical sintering efficiency can be improved. That is, compared to the ink composition containing only nano copper oxide particles as copper particles, since the ink composition containing silver oxide has a high light absorption rate during photo sintering as in the present invention, the light sintering efficiency can be improved.
이와 같은 본 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(100)은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 8은 광 소결 전의 예비 배선 패턴을 보여주는 사진이다. 도 9는 및 광 소결 후의 배선 패턴을 보여주는 사진이다.The
이때 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물을 이용하여 다음과 같이 배선기판을 제조하였다.At this time, a wiring board was manufactured using the ink compositions according to Examples and Comparative Examples as follows.
(V)Applied voltage
(V)
(x10-6Ω㎝)Resistivity
(x10 -6 cm)
표 1은 실시예 및 비교예에 따른 광 소결시의 광 조사 에너지 및 비저항을 나타낸다. 광 조사를 위해 사용된 광 소결 장비로는 Novacentrics사의 Pulse forge 1300을 사용하였으며, 비저항 측정은 LORESTA-GP의 4-prob를 사용하였다.Table 1 shows light irradiation energy and specific resistance during light sintering according to Examples and Comparative Examples. Novacentrics Pulse forge 1300 was used as the light sintering equipment used for light irradiation, and resistivity measurement was performed using 4-prob of LORESTA-GP.
[실시예 1]Example 1
산화은과 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 80 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 2 : 8 이다.A silver oxide and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm are prepared for an ink composition for photo sintering in which the content of the metal particles in which the nanocopper oxide particles are hybridized is 80% by weight. At this time, the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles is 2: 8.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 1과 같은 조건으로 광 소결하였다.A square pattern of 2 × 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 μm, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 1.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.The print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
그 결과 약 4.1 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.9 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 2.7×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.The result was a density of about 4.1 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.9 g / cm 3, and the specific resistance was 2.7 × 10 −6 dBm.
[실시예 2]Example 2
산화은과 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 80 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 3 : 7 이다.A silver oxide and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm are prepared for an ink composition for photo sintering in which the content of the metal particles in which the nanocopper oxide particles are hybridized is 80% by weight. At this time, the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles is 3: 7.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조한 후 표 1과 같은 조건으로 광 소결하였다.A square pattern of 2 × 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, emulsion thickness of 8 μm, strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 1.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.The density of the printed electrode was measured after drying by weighing the printed electrode and measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
그 결과 약 3.8 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 9.1 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 2.5×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.The result was a density of about 3.8 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 9.1 g / cm 3, and the specific resistance was 2.5 × 10 −6 dBm.
[비교예 1]Comparative Example 1
구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 80 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.An ink composition is prepared in which the copper oxide film has a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm, wherein the content of metal particles composed only of nano copper oxide particles is 80% by weight.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 1과 같은 조건으로 광 소결하였다. 이때 광 조사 조건은 실시예 1과 동일하다.A square pattern of 2 × 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 μm, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 1. At this time, the light irradiation conditions are the same as in Example 1.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.The print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
그 결과 약 4.2 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.2 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 4.7×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.The result was a density of about 4.2 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.2 g / cm 3, and the specific resistance was 4.7 × 10 −6 dBm.
[비교예 2]Comparative Example 2
구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 80 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.An ink composition is prepared in which the copper oxide film has a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm, wherein the content of metal particles composed only of nano copper oxide particles is 80% by weight.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 1과 같은 조건으로 광 소결하였다. 이때 광 조사 조건은 실시예 2와 동일하다.A square pattern of 2 × 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 μm, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 1. At this time, the light irradiation conditions are the same as in Example 2.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.The print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
그 결과 약 4.2 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.0 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 5.3×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다. The result was a density of about 4.2 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.0 g / cm 3, and the specific resistance was 5.3 × 10 −6 dBm.
이와 같이 실시예 1 및 2에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 사용하여 패턴을 형성한 쪽이 비교예 1 및 2의 잉크 조성물에 비해서 비저항이 낮고, 광 소결 후 밀도가 더욱 높은 것을 확인할 수 있다.As described above, it was confirmed that the pattern formed using the ink compositions for photo sintering according to Examples 1 and 2 had a lower specific resistance and higher density after photo sintering than the ink compositions of Comparative Examples 1 and 2.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 배선기판 공급부
20 : 스크린 프린팅부
21 : 스크린
23 : 패턴 홀
25 : 스퀴즈
27 : 광 소결용 잉크 조성물
30 : 프린팅 검사부
40 : 건조부
50 : 광 소결부
60 : 배선기판 회수부
70 : 배선기판
71 : 기판 몸체
73 : 예비 배선 패턴
75 : 배선 패턴
100 : 배선기판의 제조 장치10: wiring board supply unit
20: screen printing unit
21: Screen
23: pattern hole
25: squeeze
27: ink composition for light sintering
30: printing inspection unit
40: drying unit
50: light sintered part
60: wiring board recovery unit
70: wiring board
71: substrate body
73: preliminary wiring pattern
75: wiring pattern
100: apparatus for manufacturing wiring board
Claims (6)
상기 산화은과 상기 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6이고,
상기 산화은은 분말의 크기가 2㎛ 이하이고, 상기 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하 Dmax가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.Silver oxide includes nano copper oxide particles having a copper oxide film on the outside, a reducing agent, a dispersant, a binder and a solvent for reducing the nano copper oxide particles to nano copper particles upon light irradiation,
The composition ratio of the silver oxide and the nano copper oxide particles is 0.1: 9.9 to 4: 6,
The silver oxide powder has a size of 2 μm or less, and the nano copper oxide particles have a D 50 of 900 nm or less and a Dmax of 2 μm or less.
상기 용매를 제외한 산화은과 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량%인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.The method of claim 1,
Silver oxide and nano copper oxide particles other than the solvent is 70 to 94% by weight of the ink composition for light sintering.
상기 환원제는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 포함하고,
상기 분산제는 양이온계 분산제, 음이온계 분산제 또는 양쪽이온계 분산제를 포함하고,
상기 바인더는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘을 포함하고,
상기 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.The method of claim 1,
The reducing agent includes an aldehyde compound, an acid containing ascorbic acid, a phosphorus compound, a metal reducing agent, p-benzoquinone, hydroquinone or anthraquinone,
The dispersant includes a cationic dispersant, an anionic dispersant or a zwitterionic dispersant,
The binder is PVP, PVA and PVC, cellulose resin, polyvinyl chloride resin, copolymer resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylpyrrolidone resin, acrylic resin, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resin, butyral resin, alkyd Resin, epoxy resin, phenol resin, rosin ester resin, polyester resin or silicone,
The solvent is ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; Ink composition for optical sintering containing BA).
스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조시키는 건조 단계;
건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 상기 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 상기 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 광 소결 단계;를 포함하고,
상기 광 소결용 잉크 조성물에서 상기 산화은과 상기 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 이고,
상기 산화은은 분말의 크기가 2㎛ 이하이고, 상기 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하 Dmax가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.Screen printing ink sintering ink composition comprising silver oxide on the flexible substrate body, nano copper oxide particles having a copper oxide film on the outside, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing the nano copper oxide particles to nano copper particles upon light irradiation. Screen printing to form a preliminary wiring pattern;
A drying step of drying the screen printed preliminary wiring pattern;
And a light sintering step of irradiating light on the dried preliminary wiring pattern to reduce and sinter the oxidized copper of the nanocopper oxide particles included in the preliminary wiring pattern to form a wiring pattern on the substrate body.
The composition ratio of the silver oxide and the nano copper oxide particles in the ink composition for optical sintering is 0.1: 9.9 to 4: 6,
The silver oxide powder has a size of 2㎛ or less, the nano-copper oxide particles D 50 is 900nm or less Dmax is 2㎛ or less method for producing a wiring board using an ink composition for optical sintering.
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