KR20080005878A - 금속 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물 및 이를이용한 직접 금속 미세패턴 형성방법 - Google Patents

금속 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물 및 이를이용한 직접 금속 미세패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 직접 금속 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 고농도의 금속 나노 입자가 함유되어 있고, 분산 안정성이 우수하고 점도가 낮으며, 낮은 소결온도에서도 저항이 낮고 기판과의 밀착성이 좋은 금속 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물을 이용한 금속패턴 형성방법은 미세패턴 형성에 있어서 임프린팅 방법을 이용함으로써 직접 패턴 형성이 가능하고, 기존의 나노 임프린팅 기법과 비교하여 잔류 레진층의 제거 등의 공정이 불필요하므로, 제조공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
나노 임프린팅, 금속 미세 패턴.

Description

금속 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 직접 금속 미세패턴 형성방법{A conductive ink composition containing metallic nanoparticles and a direct metal micropattern formation using the composition}
본 발명은 전도성 잉크 조성물을 이용하여 금속배선의 미세패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 금속 나노 입자를 함유한 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 직접 금속 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
최근 각종 전자기기들의 소형화가 진행되면서, 이들 내부에 사용되는 칩도 보다 고밀도, 고집적의 형태로 제작될 것이 요구됨에 따라, 특히 배선형성을 위하여 미세한 패턴을 형성하는 기술의 개발이 주목되고 있다.
일반적으로 배선형성 기술은 도전층을 이루는 조성물의 제조단계, 응용분야에 따라 상기 도전층을 이루는 조성물의 물성을 조절하는 단계 및 최종적으로 상기 조성물을 이용하여 전극 배선 패턴을 형성하는 패터닝 단계를 포함한다.
각종 전자기기에 들어가는 기판 상에 배선 패턴 등의 도전층을 형성하는 방법으로서 일반적으로 잘 알려진 것은 금속을 도금하는 방법이다. 그 외에, 액상의 열경화성 수지 재료 중에 도전성 분말이 분산된 도전 페이스트를 도포나 인쇄하여 기판에 배선을 형성한 후, 수지를 열경화시키는 방법도 사용되고 있다. 또한, 금속의 초미립자를 유기 분산매 중에 균일하게 분산시킨 금속 초미립자 분산액을 반도체 기판 위에 도포한 후, 가열에 의하여 유기용매를 제거함과 동시에 금속 초미립자를 융착시키는 박막 형성방법 등도 알려져 있다.
이와 관련하여, 종래 기술을 살펴보면, 예를 들어, 일본 공개공보 특개평 제10-183207호는 평판 디스플레이의 전극을 형성할 수 있는 금속 초미립자 분산액으로 된 잉크젯용 잉크에 대하여 기술하고 있다. 한국 공개특허 제2000-75549호에서는 금속분말과 유기금속화합물의 혼합물을 스크린 프린팅법을 사용하고, 저온(300-500℃)에서 소성하여 도전막 및 도전 배선을 형성하는 방법을 개시한다. 미국특허 제6036889호에서는 열분해되어 금속 혹은 산화금속을 전환되는 유기금속 화합물, 금속플레이크 및 금속 콜로이드의 혼합물을 이용하여 폴리머 기판 상에, 350℃ 이하의 온도에서 비저항 3.0 μΩ㎝의 비교적 높은 전도도를 나타내는 금속 패턴을 형성한 것을 개시하고 있고, 한국 공개특허 제2002-82989호에서는 유기금속 전구체를 마이크로컨택 프린팅법을 이용하여 패턴을 형성한 것을 개시하고 있으나 기판 위에 전도성 잉크를 코팅할 경우 스탬프를 이용한 패턴화 과정에서 패턴사이에 불필요한 박막의 전도성 잉크 잔류층이 남아있게 된다.
이 중, 도금법의 경우, 금속이온으로부터의 도금막의 성장속도가 느리기 때문에, 두꺼운(약 10㎛ 이상의 두께) 도전막, 도전층 또는 층간 단락부를 형성하기 위해서는 상당히 긴 시간을 요하며, 따라서 생산성이 낮다는 문제점이 있다.
또한, 도전 페이스트나 금속 초미립자 분산액을 사용하여 도포, 인쇄 등에 의해 도전층을 형성하는 방법은, 도전층의 두께나 도전층의 형성 위치 등을 정밀 제어하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 특히, 수지와 도전성 분말로 이루어지는 도전 페이스트는 일반적으로 비교적 고점도(25℃에서 100mpa.s 정도)이기 때문에, 형성위치나 형상 등의 점에서 고정밀도의 도전층을 형성하기 어렵다. 예를 들어, 절연층의 관통 구멍의 직경이 작은 경우(직경 100㎛ 이하)에는 이러한 고점도의 페이스트를 관통 구멍 내에 확실하게 충전하는 것이 어렵기 때문에, 접속 신뢰성이 높은 다층 배선관을 얻을 수 없다. 그러나, 금속 초미립자의 분산액의 점도를 낮추기 위하여 수지 성분을 포함시키지 않을 경우, 두꺼운 도전층을 형성시키고자 할 때, 도전층에 금이 생기고, 기판에 대한 고전층의 밀착성도 낮아지게 되는 문제가 있다.
한편, 최근 기판 크기의 대형화에 따른 공정비 절감 차원에서 기존의 리쏘그라피 공정 대신 차세대 배선형성 기술이라 할 수 있는 잉크젯 프린팅, 나노임프린팅 등의 연구가 TFT-LCD 공정 적용을 목적으로 활발히 진행되고 있다. 이중, 전도성 잉크를 이용한 잉크젯 방법은 피에조 노즐의 레졸루션(resolution) 등 기술적 한계로 40-60㎛ 정도의 선폭으로 미세패턴의 한계에 도달하고 있다.
반면, 최근 개발된 새로운 기법의 미세패턴 기술 중 하나인 나노 임프린팅 기법은 도 1에 도시한 바와 같이, PDMS 등과 같은 고분자를 이용하여 원하는 패턴을 몰딩한 스탬프에 수지나 잉크를 묻혀, 대상 기판에 도장을 찍듯이 패터닝하는 공정으로 이루어진 것으로서, 기존의 포토레지스트 리쏘그라피 공정이 가지는 단 점을 해결할 수 있는 대안으로서 주목받고 있는 기술이다.
최근에는 이러한 나노 임프린팅 기법을, PDP, 유기 EL, FED, LCD 등과 같은 평판 디스플레이 분야에서 전극형성을 비롯하여 기타 소재공정에 이용하려는 움직임이 활발히 진행되고 있어, 몇년 내에 임프린팅 기법의 실용화가 기대된다. 나노 임프린팅 기법은 포토리소그래피 방법과 스크린 프린팅 방법에 비하여 미세라인 형성을 위한 마스크가 필요없고, 인쇄할 기판의 크기에 영향을 받지 않고, 인쇄시간이 짧으며, 공정이 간단하고, 폐기물 발생이 거의 없는 친환경 공정이며, 재료의 소모가 적다는 장점이 있다.
나노 임프린팅 기법의 현 위치는, 수십 ㎛ 선폭의 라인을 형성하는 기술로 이용되었던 스크린 프린팅 방법과 또한 작은 선폭을 가능하게 하는 포토리소그래피 방법과 비교할 때, 제조단가와 해상도 측면에서 이들의 중간 정도 수준이며, 나노와 마이크로 분야의 교량 역할을 할 것으로 기대됨과 동시에 부분적으로 이들 기술을 대체할 수 있을 것으로 예상된다.
그러나, 이러한 나노 임프린팅 기법은 기존의 포토레지스트 리쏘그라피에서 사용하는 고가의 장비를 이용하는 노광공정과 마스크(mask)를, 비교적 공정비가 저렴한 스탬프를 이용한 방법으로 대체한 것 이외에는, 패턴 형성을 위한 에천트 및 스트립퍼를 임프린팅 레진에 적합하게 새로이 개발하여야 하는 문제점이 있으며 임프린팅의 공정에서 패턴과 패턴 사이에 불필요한 레진의 잔류층을 제거하는 공정이 별도로 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 기존의 나노 임프린팅 기법의 문제점을 해결하기 위하여 마련된 것으로, 나노 임프린팅에 의한 패턴 형성방법에 있어서, 직접 금속 패턴 형성이 가능하도록 하여, 제조공정을 단순화하고 생산비용을 절감할 수 있도록 하는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노 임프린팅 기법에 의한 금속 배선용 패턴 형성에 사용되는 잉크로서, 기존의 임프린팅 레진을 사용하는 대신, 고농도의 금속 나노 입자가 함유되면서도, 분산 안정성이 우수한 저점도의 전도성 잉크 조성물을 사용하는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명은,
a) 스탬프에 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물을 코팅하는 단계;
b) 상기 코팅된 스탬프를 기판에 임프린팅 하는 단계;
c) 상기 기판을 건조하는 단계;
d) 상기 패터닝된 기판을 소결하는 단계; 및
e) 상기 형성된 금속 패턴을 소프트 에칭하는 단계를 포함하는 금속 미세패턴 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 사용되기 위한 전도성 잉크 조성물에 있어서,금속 나노 입자 5-60 중량%, 분자량이 50,000 이하인 계면활성제 0.1-10 중량%, 알 킬기의 탄소수가 1-6인 글리콜에테르 5-40 중량%, 점도 조절제 0.01-2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 전도성 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 잉크 조성물에 있어서, 상기 금속 나노 입자가 은, 금, 구리, 백금, 니켈 및 이들의 2종 이상의 혼합물 중 선택되는 전도성 잉크 조성물을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 잉크 조성물에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 직경이 1-100nm인 전도성 잉크 조성물을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 잉크 조성물에서 있어서, 상기 계면활성제와 글리콜에테르의 끓는점이 80-250℃ 범위인 전도성 잉크 조성물을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 미세패턴 형성방법에 있어서, 상기 상기 전도성 잉크 조성물이 금속 나노 입자 5-60 중량%, 분자량이 50,000 이하인 계면활성제 0.1-10 중량%, 알킬기의 탄소수가 1-6인 글리콜에테르 5-40 중량%, 점도 조절제 0.01-2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 방법을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 있어서, 상기 d) 단계의 소결온도가 150-300℃ 범위인 금속 미세패턴 형성방법을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 있어서, 상기 소프트 에칭을 유기산, 무기산 및 이들의 2종 이상의 혼합물 중 어느 하나로 행하는 금속 미세패턴 형성방법을 더욱 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 금속 미세패턴이 형성된 기판을 더욱 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 금속패턴 형성방법의 과정을 설명한 개략도이다. 본 발명에 의한 금속패턴 형성방법은 a) 스탬프에 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물을 코팅하는 단계; b) 상기 코팅된 스탬프를 기판에 임프린팅하는 단계; c) 상기 기판을 건조하는 단계; d) 상기 패턴 형성된 기판을 소결하는 단계; 및 e) 상기 형성된 금속 패턴을 소프트 에칭하는 단계를 포함한다.
상기 패턴형성방법의 각 단계에 있어서, 상기 a) 단계의 스탬프는 고분자 수지, 유리 또는 석영 등의 재질을 사용할 수 있고, 전도성 잉크를 코팅하는 방법은 스핀 코팅법 또는 딥(dip) 코팅을 모두 사용할 수 있다.
상기 b) 단계의 기판은 유리 또는 내열성 수지필름을 모두 사용할 수 있다.
상기 c)의 건조 단계는 임프린팅 단계에서 스탬프에 의해 패턴화된 형태가 유지되도록 하기 위하여 실시된다. 전도성 잉크의 점도에 따라 조건을 변화시키며 실시할 수 있고, 통상 80-100℃ 범위의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 d)의 소결 단계는 전도성 잉크 내의 계면활성제 등의 유기물을 제거하고, 금속 나노 입자간의 결합을 유도하기 위한 것이다. 상기 소결은 150-300℃ 범위 내에서 30분 내지 2시간 실시하는 것이 바람직하다.
상기 e)의 소프트 에칭 단계는 패턴과 패턴 사이에 잔류할 수 있는 금속 성분을 제거하기 위하여 실시된다. 소프트 에칭을 위한 에천트는 유기산 또는 무기산, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 유기산은 그 예로, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 발레르산, 이소발레 르산, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 1,2,3-벤젠트리카르복실산, 글리콜산, 락트산, 시트르산, 살리실산, 타르타르산, 글루콘산 및 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 무기산은 황산, 질산, 염산, 인산 및 이들의 혼합물을 포함한다.
상기의 에천트는 잔류층을 효과적으로 제거하고 패턴 부분에 대한 영향은 최소로 할 목적으로 패턴의 막두께를 고려하여 에칭속도를 조절하기 위해 2~10배의 농도로 희석하여 사용할 수 있으며, 에칭속도는 100~2,000A/분 범위에서 조정할 수 있다.
소프트 에칭 방법은 스프레이(spray) 방식이나 침적(Dip) 방식으로 상온에서 에칭할 수 있으며 에천트의 농도에 따라 스프레이 압력이나 침적시간을 조절함으로써 잔류층을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법에서 사용하기 위한 전도성 잉크 조성물을 제공한다. 상기 전도성 잉크 조성물은 금속 나노 입자 5-60 중량%, 계면 활성제 0.1-10 중량%, 알킬기의 탄소수가 1-6인 글리콜에테르 5-40 중량%, 점도 조절제 0.01-2 중량% 및 잔량의 물을 함유한다.
본 발명에 따른 금속 나노 입자는 비저항이 작은 금, 구리, 백금, 니켈 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 금속 나노 입자는 기상 응축법에 의한 분말상의 제조방법 또는 액상환원법에 의한 나노 콜로이드법 등에 의해 제조될 수 있고, 그 크기는 1-100 nm인 것이 바람직하고, 5-30 nm인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 조성물은, 고농도의 금속 나노 입자가 장시간 분산 안정성을 유지할 수 있도록 하기 위하여 계면활성제가 포함되는데, 상기 계면활성제는 기판의 소결공정에서 쉽게 제거되어야 하므로, 분자량 50,000 이하이고, 가능한 한, 좁은 분자량 분포를 가지며, 끓는점이 80-250℃인 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는 수용액 및 용제 등에서 사용되는 분산제로서, 구조적 특징에 따라 다음과 같은 것들이 사용될 수 있다.
비이온 계면활성제의 구체적인 예로는, 알킬 및 알킬아릴폴리옥시에틸렌에테르, 폴리옥시에틸렌 아세틸레닐 디올 에테르 및 폴리옥시프로필렌을 친유기로 하는 블록폴리머와 같은 에테르형 글리세린에스테르 에테르 카본산염 및 아실화펩티드와 같은 카르복시산염; 알킬설폰산염, 알킬벤젠 및 알킬아미노산염, 알킬나프탈렌 설폰산염, 및 설포호박산염과 같은 설폰산염; 황산화유, 알킬황산염, 알킬에테르황산염, 알킬아릴에테르황산염 및 알킬아미드황산염과 같은 황산에스테르염; 및 알킬인산염, 알킬에테르인산염 및 알킬아릴에테르인산염과 같은 인산에스테르염이 있다.
양이온계 계면활성제의 구체적인 예로는, 제1급 아민염, 제2급 아민염, 제3급 아민염 및 제4급 암모늄염과 같은 지방족 아민염 및 그 4급 암모늄염; 방향족 4급 암모늄염; 및 복소환 4급 암모늄염이 있다.
양쪽성 이온계 계면활성제의 구체적인 예로는, 베타민계, 설포베타민계, 이미다졸린계, 글리신계 및 아미노프로피온계가 있다.
고분자계 계면활성제의 구체적인 예로는, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산-말레인산 공중합체 및 폴리 12-히드록시스테아린산이 있다.
본 발명에 따른 알킬기의 탄소수가 1-6 인 글리콜에테르의 대표적인 예로서는, 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 트리에틸렌글리콜(TEG), 프로필렌글리콜(PG), 디프로필렌글리콜(DPG), 부틸렌글리콜(BG), 헥실렌글리콜(HG), 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MG), 디에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MDG), 트리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르(MTG), 폴리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르(MPG), 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(EDG), 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(BDG), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(BTG), 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(MFG), 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(MFDG) 등이 있다.
이러한 글리콜에테르는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
글리콜에테르는 잉크 조성물의 점도를 낮추어 주고, 금속 나노 입자의 분산성을 향상시켜 주는 역할을 수행한다. 또한, 양친매성이므로 수용액이나 유기용제와의 혼합 안전성이 우수하다.
상기 글리콜에테르의 끓는점은 80-250℃ 범위인 것이 바람직하다. 끓는점이 80℃ 보다 낮을 경우 전도성 잉크를 스탬프에 코팅하거나 임프린팅한 후에 증기압에 의한 휘발로 인하여 점도 변화를 초래하여, 패터닝 특성에 영향을 줄 수 있으며, 250℃ 보다 높을 경우 패터닝된 기판의 소결공정 후 잔류하게 되어 전기전도도 특성에 영향을 주거나, 완전히 제거하기 위해 많은 시간의 소결공정이 필요하게 되어 생산성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 점도조절제는 패턴 형태나 크기에 맞게 전도성 잉크의 점도를 조절할 목적으로 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는 글리콜 지방산 에스테르, 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르 등과 같은 글리콜 에스테르류, 셀룰로오스 검, 크산탄 검 등과 같은 검(Gum)류, 카나바 왁스 등과 같은 왁스류, 부틸 글루코시드, 데실 글루코시드 등과 같은 알킬 폴리글루코시드류, 폴리아크릴레이트 등과 같은 고분자류 등이 있다.
또한, 상기 전도성 잉크 조성물의 점도는 1-1000 cps인 것이 바람직하고, 5-50 cps인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위의 선택은 스탬프에 전도성 잉크를 코팅함에 있어서 스탬프의 미세패턴 내부로의 충진을 보다 원활하게 하는 측면에서 의의가 있다.
본 발명에 의한 나노 입자가 함유된 전도성 잉크 조성물은 분산 안정성이 우수하면서도 점도가 낮으므로, 임프린팅에 의한 패턴 형성시, 낮은 소결온도에서도 저항이 낮고 기판과의 밀착성이 좋은 금속 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 금속 패턴 형성방법은 상기 전도성 잉크 조성물을 사용하여 임프린팅함으로써, 패턴과 패턴 사이의 불필요한 레진 잔류층을 제거하는 공정 등을 요하지 않으므로, 금속 패턴의 직접 형성이 가능하여, TFT-LCD 등의 디스플레이 제조공정의 단순화 및 생산비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것이고, 이에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[전도성 잉크 조성물의 제조]
실시예 1
고속교반기가 설치되어 있는 혼합조에 계면활성제(ENAZOL-ODE4, 동남합성 제품) 7.5g과 점도조절제(Simulsol SL4, SEPPIC 제품) 0.2g을 디부틸렌글리콜 60% 수용액 100g에 첨가하여 녹인 후, 은나노 입자(입자크기 30-50 nm, N&A materials 제품) 60g을 서서히 투입하면서 상온에서 1-2 시간 동안 3,000-5,000 rpm의 속도로 교반하여 점도가 45 cps인 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2
고속교반기가 설치되어 있는 혼합조에 고분자 계면활성제(폴리비닐피롤리돈(M.W = 9,700, ISP사 제품) 5g과 점도조절제(Simulsol SL4, SEPPIC 제품) 0.5g을 디부틸렌글리콜 50% 수용액 100g에 첨가하여 녹인 후, 은나노 입자(입자크기 30-50 nm, N&A materials 제품) 60g을 서서히 투입하면서 상온에서 1-2 시간 동안 3,000-5,000 rpm의 속도로 교반하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 : 액상환원법에 의한 전도성 잉크의 제조
고속교반기가 설치되어 있는 혼합조에 n-메틸 피롤리돈 154g을 넣고 여기에 질산은(AgNO3, Junsei제품) 236g을 넣어 상온에서 1 시간 동안 가열 교반을 통하여 용해시킨다. 여기에 폴리피롤리돈(M.W = 9,700, ISP사 제품)을 20g을 넣은 후 상온에서 30분간 교반을 실시한다. 여기에 환원제로 mono-ethanol amine을 90g을 넣고 상온에서 1시간 교반을 시킨 후 냉각시켜 액상환원법에 의한 전도성 잉크를 제조하 였다.
[임프린팅에 의한 패턴형성]
상기 제조한 전도성 잉크 조성물을 콘택트 얼라이너(Contact aligner)(EV420)을 이용하여 유리기판(5x5x0.7cm) 위에 임프린팅한 후, 90℃에서 10분간 가열하여 건조하고, 250℃에서 2시간 동안 소결시킨 후 냉각하였다. 에천트(MA-SO1S, 동우화인켐 제품)를 이용하여 5초간 패턴을 소프트 에칭시켜 패턴사이의 이물질을 제거한 후, 물로 세척하고 건조하여 금속 패턴을 얻을 수 있었다
상기 제조된 패턴의 프로파일은 주사전자현미경(SEM: 히다찌사, 모델명 S-4700)를 이용하여 관찰되었으며 패턴의 막두께 및 비저항은 4-포인트 프로브(four point probe: 미쓰비시 화학, 모델명 Roresta-EP)를 사용하여 측정하고, 접착력은 스카치 테스트(scratch test)로 측정하였다.
그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
실시예 1 실시예 2 비교예
입자크기(nm) 30-50 30-50 30-50
점도(cps) 45 50 40
표면장력(mN/m) 30.5 32.2 45.5
패턴 선폭(㎛) 5.0 6.2 50-200
막두께(㎛) 0.4 0.3 0.8-1.2
비저항(μΩ㎝) 2.5 3.0 단락
접착력(mN) 95 90 80
소프트 에칭 ? X ?
상기 표 1은 실시예 1과 2의 금속 나노입자를 이용한 잉크 조성물과 비교예의 액상환원법을 이용한 잉크 조성물을 사용하여 나노임프린팅을 통해 미세패턴을 형성한 결과를 나타낸 것이다.
상기 결과에 의하면, 금속 나노입자를 이용한 잉크 조성물을 사용한 경우에는 나노 입자 함량 및 계면활성제, 점도 조절제, 글리콜 에테르의 조성 변화를 통하여 표면장력을 조절함으로써 기판과의 밀착성 및 균일한 패턴을 얻을 수 있으나, 액상환원법에 의해 제조된 금속 나노입자를 이용할 경우 균일한 나노입자를 얻기 위해 합성단계에서 첨가되는 물질 및 부반응물로 인하여, 제조된 잉크 조성물의 표면장력 등의 잉크 물성 제어가 어려워, 기판 위에 패터닝된 후 잉크가 응집되어 패턴이 단락되는 현상을 나타낸다.
또한 소프트 에칭을 하지 않을 경우 실시예 2와 같이 비패턴 부분에 잔사가 남게 된다.
도 1은 기존의 나노 임프린팅 공정의 개략도이다.
도 2은 본 발명에 의한 전도성 잉크 조성물을 이용하여 금속 미세패턴을 형성하는 임프린팅 공정의 개략도이다.
도 3는 본 발명의 실시예 1에 의하여 형성된 미세패턴의 SEM을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의하여 형성된 미세패턴의 SEM을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 의하여 형성된 미세패턴의 SEM을 나타낸 도면이다.

Claims (9)

  1. a) 스탬프에 나노 입자를 함유하는 전도성 잉크 조성물을 코팅하는 단계;
    b) 상기 코팅된 스탬프를 기판에 임프린팅 하는 단계;
    c) 상기 기판을 건조하는 단계;
    d) 상기 패터닝된 기판을 소결하는 단계; 및
    e) 상기 형성된 금속 패턴을 소프트 에칭하는 단계를 포함하는 금속 미세패턴 형성방법.
  2. 제1항 기재의 방법에 사용되기 위한 전도성 잉크 조성물에 있어서,
    금속 나노 입자 5-60 중량%, 분자량이 50,000 이하인 계면활성제 0.1-10 중량%, 알킬기의 탄소수가 1-6인 글리콜에테르 5-40 중량%, 점도 조절제 0.01-2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 전도성 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 나노 입자가 은, 금, 구리, 백금, 니켈 및 이들의 2종 이상의 혼합물 중 선택되는 것을 특징으로 하는 전도성 잉크 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 직경이 1-100nm인 것을 특징으로 하는 전도성 잉크 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 상기 계면활성제와 글리콜에테르의 끓는점이 80-250℃ 범위인 것을 특징으로 하는 전도성 잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크 조성물이 금속 나노 입자 5-60 중량%, 분자량이 50,000 이하인 계면활성제 0.1-10 중량%, 알킬기의 탄소수가 1-6인 글리콜에테르 5-40 중량%, 점도 조절제 0.01-2 중량% 및 잔량의 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 d) 단계의 소결온도가 150-300℃ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소프트 에칭을 유기산, 무기산 및 이들의 2종 이상의 혼합물 중 어느 하나로 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의하여 금속 미세패턴이 형성된 기판.
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