KR20020084639A - 도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재 - Google Patents

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KR20020084639A
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Abstract

본 발명은 기판의 전극 패턴을 형성하기 위해 사용되는 도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재에 관한 것으로, 구체적으로는 우수한 전기특성 및 기재와의 접착성을 가지는 기재를 제공할 수 있는 도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재에 관한 것이다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 도전성 금속분말 100중량부 및 고분자 수지용액 10 내지 120중량부로 이루어지고, 상기 고분자수지용액은 폴리우레탄계 수지 100중량부, 폴리에스테르계 수지 20 내지 200중량부, 알콜 용제 100 내지 200중량부, 케톤류 용제 2 내지 60중량부를 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 제공한다.

Description

도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재{Conductive paste composition and base using the same}
본 발명은 기판의 전극 패턴을 형성하기 위해 사용되는 도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재에 관한 것으로, 구체적으로는 우수한 전기특성 및 기재와의 접착성을 가지는 기재를 제공할 수 있는 도전성 페이스트 조성물 및 이를 채용한 기재에 관한 것이다.
도전성 페이스트는 경화형과 건조형으로 구분되는데, 경화형은 일부지만 기판 인쇄에 시도는 되었으나 도막의 강도가 너무 크고 유연성이 떨어져 얇은 도막이 형성될 경우 갈라짐과 도선 패턴의 이탈 문제가 발생하고 그 결과 전기저항값이 불안정해진다는 문제점으로 인해 상업적으로는 그 활용성이 낮았다.
이에 반해 건조형은 실크인쇄용으로 유용하며 유연성이 특별히 요구되는 공진코일 안테나에서 우수한 특성을 나타낸다. PCB 기판의 경우도 도막의 유연성이 기판 수명을 좌우하므로 우수한 전기적 특성이 요구되는 경우에 기존 경화형 도막보다 건조형 도막이 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
통상적으로 건조형 도막에 사용되는 도전성 페이스트는 도전성 금속 분말과고분자 수지로 구성이 되는데, 이 때 수지는 도전성 페이스트의 유동성 및 건조성을 결정하며, 도전성 금속분말의 분산성을 좌우한다.
금속분말의 분산성이 나쁜 경우에는 도포되는 도전성 페이스트가 균일하게 되지 않아 도선의 신뢰성 및 특성이 저하되고, 특히 도전성 페이스트의 유동성이 적절치 않은 경우에도 도포 두께의 편차, 기계적 접착강도 감소 및 치밀하지 못한 도선 형성으로 인한 전기저항특성 감소 등 도선 패턴의 전기적 특성 및 유전체층과의 결합력의 약화로 구조적인 결함을 야기시켜 높은 신뢰성을 갖는 제품생산을 불가능하게 한다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점들을 해결하기 위하여 새로운 조성의 도전성 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 도전성 페이스트 조성물을 채용한 기재를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 도전성 금속분말 100중량부 및 고분자 수지용액 10 내지 120중량부로 이루어지고, 상기 고분자수지용액은 폴리우레탄계 수지 100중량부, 폴리에스테르계 수지 20 내지 200중량부, 알콜 용제 100 내지 200중량부, 케톤류 용제 2 내지 60중량부를 포함하는 도전성 페이스트 조성물을 제공한다.
상기 본 발명의 도전성 페이스트 조성물은 폴리우레탄계 수지 100중량부에대하여 커플링제 0.01 내지 5중량부를 더 포함할 수 있으며, 커플링제로서 특별한 제한은 없으나 예를 들어 실란커플링제를 사용하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 본 발명의 도전성 페이스트 조성물에 사용되는 도전성 금속분말은 예를 들어 은, 구리, 니켈 및 카본블랙을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 은, 구리 또는 니켈의 경우 편상 또는 무정형상을 적절하게 혼합하여 사용할 수 있으며, 편상을 사용하는 것이 도선의 치밀한 밀도 및 건조 후 전기적 특성을 증대시키기 위하여 보다 바람직하다.
또한 이들 도전성 금속분말의 입자크기는 특별한 제한은 없으나 가급적 30㎛의 크기의 입자를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 본 발명의 고분자 수지 용액은 도전성 페이스트 조성물의 유동성, 건조성 및 분산성을 양호하게 하기 위하여 사용되며, 도전성 금속분말 100중량부에 대하여 10 내지 120중량부를 사용하는 것이 바람직하며 사용량이 10중량부 미만이면 도막형성의 곤란성 및 도막의 이탈이 발생할 우려가 있다. 또한 사용량이 120중량부를 초과하면 전기저항이 높아져서 전기적 특성이 저하된다는 문제가 있다.
상기 본 발명의 고분자 수지 용액에 사용되는 폴리우레탄계 수지는 특별한 제한은 없으나 에스테르계 폴리우레탄이 바람직하며, 특히 폴리에스테르 우레탄이 보다 바람직하다. 이와 같은 폴리우레탄계 수지에 있어서, 사슬확장제로서는 특별한 제한없이 어느 종류나 사용가능하지만 메틸렌비스디이소시아네이트(MDI)와 에스테르 폴리올이 보다 바람직하다.
상기 본 발명의 고분자 수지 용액에 사용되는 폴리에스테르계 수지로서는 특별한 제한은 없으나, 방향족 관능기가 없는 주쇄 구조의 에스테르 수지가 보다 바람직하다. 이와 같은 폴리에스테르계 수지는 상기 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여 20 내지 200중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 20중량부 미만이면 점도조절이 곤란해진다는 문제가 있으며, 200중량부를 초과하면 도막접착력이 저하될 우려가 있다.
상기 본 발명의 고분자 수지 용액에 사용되는 알콜 용제는 특별한 제한은 없으나, 100℃ 이상의 비점을 갖는 벤질알콜, 에틸렌글리콜, 터핀올 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중 터핀올이 보다 바람직하다. 상기 알콜용제는 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여 100 내지 200중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 100중량부 미만이면 전극 치밀성이 저하된다는 문제점이 있으며, 200중량부를 초과하면 건조시간이 길어진다는 문제점이 있다.
상기 본 발명의 고분자 수지 용액에 사용되는 케톤류 용제는 특별한 제한은 없지만, 메틸에틸케톤, 아세톤, n-부타논, 시클로헥사논 등을 예로 들 수 있으며, 이들 중 시클로헥사논이 특히 바람직하다. 상기 케톤류 용제는 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여 2 내지 60중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 2중량부 미만이면 건조속도가 느려진다는 문제가 있으며, 60중량부를 초과하면 도막이 갈라질 우려가 있다.
상기 본 발명의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기 도전성 페이스트 조성물을 채용한 기재를 제공한다. 상기 도전성 페이스트 조성물은 통상의 도포 방법을 사용하여 기재상에 도전 패턴을 형성할 수 있으며, 그 도포 방법에 특별한 제한은 없다. 이와 같이 상기 도전성 페이스트 조성물은 RF 방식 ID 카드/항공, 선박 등의 수하물 태그/도난방지용 태그의 공진 코일 안테나, 전자파차폐용 코팅제, PCB 도선 패턴 등에 활용될 수 있다.
상기 본 발명의 도전성 페이스트 조성물을 제조하기 위한 방법은 다음과 같다.
본 발명의 도전성 페이스트 조성물의 제조방법은,
(a) 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 알콜 용제, 케톤류 용제를 용기에 넣고 교반기로 교반하면서 용해시켜 고분자 수지 용액을 얻는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 수지 용액에 도전성 금속분말을 넣고 혼합기 내에서 진공을 유지하면서 교반하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 혼합물을 분산기에 통과시켜 도전성 페이스트조성물을 얻는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서 필요에 따라서는 커플링제를 더 혼합시켜 제조할 수 있다.
상기 (b) 단계에서 사용되는 혼합기로서는 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 유성 혼합기(planetary mixer), 디졸버, 컨디셔닝 믹서 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 얻어진 본 발명의 도전성 페이스트 조성물은 분산성 및 도포성이 우수하고, 이러한 조성물이 도포된 기재는 상기 페이스트 조성물과의 접착성 및 사용성, 전극 치밀성이 양호하다. 그로 인해 도막의 건조 후 고신뢰성의 전기적 특성을 갖는 도막 형성 기재를 제공할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트 조성물을 도포할 수 있는 기재로서는 특별한 제한이 없으며, 통상적으로 회로용 기재로서 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명에서는 특히 에폭시 수지 기재가 바람직하다.
이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
＜고분자 수지 용액 조성＞
폴리에스테르 우레탄: 100중량부
폴리에스테르: 80중량부
터핀올: 100중량부
사이클로헥사논: 10중량부
실란커플링제: 0.1중량부
상기 성분을 칭량 한 후 이들을 스테인레스강 용기 내에서 유화교반기로 교반 및 용해시켜 고분자 수지 용액을 제조 한 다음, 상기 고분자 수지 용액 25중량부와 100% 판상형 은 100중량부에 해당하는 양을 칭량하여 유성혼합기 내에서 진공을 유지하며 혼합하여 상기 고분자 수지 용액과 은 분말이 고르게 혼합되도록 약 3시간 정도 교반하였다. 얻어진 혼합물을 3롤밀에 3회 이상 통과시켜 본 발명의 도전성 페이스트 조성물을 얻었다.
이와 같이 제조된 도전성 페이스트 조성물을 에폭시 기판 위에 도포하고 130℃에서 20분 동안 건조하여 도선(land)을 형성한 후 상층에 절연 코팅을 함으로써 인쇄회로기판을 제조하였다.
실시예 2
＜고분자 수지 용액 조성＞
폴리에스테르 우레탄: 100중량부
폴리에스테르: 100중량부
터핀올: 130중량부
사이클로헥사논: 20중량부
실란커플링제: 0.2중량부
＜페이스트 조성＞
상기 고분자 수지 용액: 25중량부
100% 판상형 은: 100중량부
상기 조성비율을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 도전성 페이스트 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 얻어진 스마트카드용 RF 공진코일 안테나를 얻었다.
실시예 3
＜고분자 수지 용액 조성＞
폴리에스테르 우레탄: 100중량부
폴리에스테르: 120중량부
터핀올: 150중량부
사이클로헥사논: 25중량부
실란커플링제: 0.3중량부
＜페이스트 조성＞
상기 고분자 수지 용액: 25중량부
100% 판상형 은: 100중량부
상기 조성비율을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 도전성 페이스트 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 얻어진 도난방지용 태그를 얻었다.
실시예 4
＜고분자 수지 용액 조성＞
폴리에스테르 우레탄: 100중량부
폴리에스테르: 130중량부
터핀올: 190중량부
사이클로헥사논: 15중량부
실란커플링제: 0.4중량부
＜페이스트 조성＞
상기 고분자 수지 용액: 25중량부
100% 판상형 은: 100중량부
상기 조성비율을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 도전성 페이스트 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 항공기용 수하물 태그를 얻었다.
비교예 1
＜고분자 수지 용액 조성＞
에폭시 수지: 100중량부
톨루엔: 150중량부
DMF: 20중량부
＜페이스트 조성＞
상기 고분자 수지 용액: 25중량부
100% 판상형 은: 100중량부
상기 조성비율을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 도전성 페이스트 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 인쇄회로기판을 제조하였다.
비교예 2
＜고분자 수지 용액 조성＞
아크릴 수지: 100중량부
디옥산: 100중량부
에탄올: 25중량부
＜페이스트 조성＞
상기 고분자 수지 용액: 25중량부
100% 판상형 은: 100중량부
상기 조성비율을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 도전성 페이스트 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 인쇄회로기판을 얻었다.
실험예: 특성 평가 실험
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 기재의 점도, FOG(Fineness of grid), 전극외관특성, 분산성 및 전극 치밀성 광학현미경을 사용하여 검사하였고, 기재와의 접착성은 양층간의 층분리 현상의 발생여부로 검사하였으며, 구부림 강도, 전기저항 및 PCT(Pressure Cooking Test)도 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
검사항목에 대한 규격과 평가 방법을 다음과 같이 하였다.
가. 분산성
분산성은 작업성 1, 완전 분산 시간 2, 분산 횟수 3으로 하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
나. 전극외관 특성
전극외관은 거침성 1, 갈라짐 2, 두께편차(5㎛ 이하) 3으로 하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
다. 전극치밀성
전극치밀성은 현미경 상의 셀 크기로 5㎛ 이상은 1, 3㎛ 내지 5㎛는 2, 3㎛이하 3으로 하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
라. 접착성
접착성은 도포 표면에 테이프를 붙여서 90도 각도로 세게 당겼을 때 떨어져나온 도포면의 합이 4 평방센티미터 이상을 1, 2 내지 4평방센티미터를 2, 2평방센티미터 이하를 3으로 하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
마. 구부림강도
구부림강도는 동일 크기의 도포면을 아래로 향하고 양쪽을 지지한 상태에서 중앙을 위에서 눌렀을 때 그 휨에 따른 도포면의 깨짐을 휨정도가 1% 이내에서 깨지면 1, 2 내지 3%는 2, 3 내지 5%는 3으로 하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
바. 전기저항
전기저항은 0.7mm X 1m X 70㎛를 기준으로 하여 10 ohm 이상은 1, 2 내지 10 ohm은 2, 1 ohm 이하는 3으로하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
바. PCT
PCT는 시험 후 6번 전기저항이 20 ohm 이상은 1, 5 내지 20 ohm은 2, 2 ohm 이하는 3 으로하여 그 합계를 기준으로 평가하였다.
◎ : 합계가 6
Ｏ : 합계가 5
△ : 합계가 4
X : 합계가 3 이하
(단, ◎은 매우 우수, Ｏ은 우수, △은 보통, x은 불량으로 판정한다. 여기서 제품의 가치는 Ｏ이상의 평가를 받으면 높아진다.)
검사 결과
실험 특성 분산성 도포외관특성 전극치밀성 접착성 구부림 강도 전기저항 PCT
점도 (RVT,#7, rpm 10) FOG(㎛)
실시예 1 50 <10 Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ◎ Ｏ
실시예 2 50 <10 ◎ Ｏ ◎ Ｏ Ｏ Ｏ ◎
실시예 3 50 <10 Ｏ ◎ Ｏ ◎ ◎ ◎ Ｏ
실시예 4 50 <10 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
비교예 1 50 <10 x △ x x Ｏ x x
비교예 2 50 <10 △ Ｏ x Ｏ x x △
상기 표 1의 결과에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따른 페이스트 조성물은 비교예와 비교하여, 분산성 및 도포상태가 양호하였으며, 이들 도전성 페이스트 조성물로 제조된 기재는 접착성 및 상용성, 전극 치밀성 역시 매우 우수하므로 건조 후 고신뢰성의 전기적 특성을 만족하는 도선을 형성할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 분산성 및 도포성이 양호하고, 접착성 및 전극 치밀성 등이 우수한 고신뢰성의 전기적 특성을 만족하는 도막을 형성할 수 있으므로 RF 방식 ID 카드/항공, 선박 등의 수하물 태그/도난방지용 태그의 공진 코일 안테나, 전자파차폐용 코팅제, PCB 도선 패턴 등에 활용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 도전성 금속분말 100중량부 및 고분자 수지용액 10 내지 120중량부로 이루어지고, 상기 고분자수지용액은 폴리우레탄계 수지 100중량부, 폴리에스테르계 수지 20 내지 200중량부, 알콜 용제 100 내지 200중량부, 케톤류 용제 2 내지 60중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여 커플링제 0.01 내지 5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 금속분말이 은, 구리, 니켈 및 카본블랙을 단독 또는 2종 이상 혼합한 것임을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 도전성 금속 분말이 판상형 또는 무정형상이거나, 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄계 수지가 폴리에스테르 우레탄인 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지가 폴리에스테르인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 알콜 용제가 벤질알콜, 에틸렌글리콜 또는 터핀올인 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 케톤류 용제가 메틸에틸케톤, 아세톤, n-부타논 또는 시클로헥사논인 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. (a) 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 알콜 용제, 케톤류 용제를 용기에 넣고 교반기로 교반하면서 용해시켜 고분자 수지 용액을 얻는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 고분자 수지 용액에 도전성 금속분말을 넣고 혼합기 내에서 진공을 유지하면서 교반하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 얻어진 혼합물을 분산기에 통과시키는 단계를 포함하는 도전성 페이스트 조성물의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도전성 페이스트 조성물을 기재상에 형성하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 공진 코일 안테나.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도전성 페이스트 조성물을 기재상에 형성하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로 기판.
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