KR20100009877A - 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드잉크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 유기/나노-은 졸 용액은 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물과 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 제조되고, 본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법은 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물, 나노 은 입자, 및 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 유기/나노-은 졸 용액을 제조하는 단계, 그리고 상기 유기/나노 은 졸 용액에 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지와 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 배합하여 유-무기 하이브리드 잉크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이에 의하여 유기/나노-은 졸 용액을 사용하여 제조한 유-무기 하이브리드 잉크는 기존 에칭공정에 의한 동박막을 대체하여 공정 단순화에 따른 공정비용을 절감하고, 친환경적이며 저렴한 전자부품의 생산을 가능하게 하는 효과가 있다.

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Description

유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법{ORGANIC-INOGANIC HYBRID INK AND ORGANIC NANO-SILVER SOL SOLUTION AND MANUFACTURING METHODS THEREOF}

본 발명은 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 마이크로미터(㎛) 크기 수준의 은분말(이하, '마이크로 은분말'이라 함)이 혼입된 잉크 조성물에 혼합이 용이하도록 고안된 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

기존 전자 부품용 패턴은 주로 성막 후 리소그라피-에칭 공정으로 제조되는 동 박막 패턴이 주로 사용되고 있다. 이 동 박막 패턴은 전도물성이 우수하고, 유연하며, 패터닝의 정밀도가 높아 소형박막 및 유연성이 필요한 회로패턴에 많이 사용되고 있다. 그러나, 공정이 복잡하고, 공정비용이 높으며, 환경유해물질 발생이 많고, 특히 동박 합지 필름을 사용할 수 없는 경우나 종이와 같이 에칭공정이 불가능한 소재에 패터닝을 하는 데는 한계가 있는 실정이다. 이에 따라 최근 직접 인쇄법에 의한 인쇄형 회로 패터닝 공정에 관한 연구가 활발히 되고 있으며, 일부 상업 화가 진행되고 있다.

인쇄형 패터닝은 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄와 같은 직접 접촉 인쇄법을 이용한 후막형성기법이나 잉크젯과 같은 인쇄기술을 이용하여 필요한 전기적 물성을 가진 잉크를 기재에 직접적으로 다양한 패턴에 따라 인쇄하여 패턴을 형성하는 기법이다.

패턴 인쇄를 위해서 기존에는 마이크로 은분말이 배합된 잉크 조성물이 주로 사용되었으며, 이는 비교적 가격이 저렴하며, 직접인쇄에 적합한 레올로지 물성을 가지고 있고, 바인더 수지 함유량이 높아 기재에 대한 부착물성과 내긁힘성 등이 우수하여 전자부품에 매우 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 이 마이크로 은분말 잉크는 500℃ 이상의 고온소성 공정이 가능한 경우를 제외하면 대체로 저항치가 매우 높아 에칭형 동막을 대체하기에는 어려움이 있었다.

최근 이러한 높은 저항물성을 해결하기 위해 바인더 수지 함량이 매우 낮고, 저온 건조시에도 소결 거동을 나타낼 수 있는 나노미터 크기 은 입자(이하, '나노 은'이라 함)로 이루어진 졸 형태나 또는 용해된 유기 은 화합물 형태의 용액형 잉크의 개발이 다각도로 이루어지고 있으며, 실질적으로 에칭형 동막 수준의 저항 물성을 구현하고 있는 상황이다.

그러나, 이러한 나노 은 졸 또는 유기 은 용액 형태의 잉크는 가격이 200만원/kg 이상으로 매우 높으며, 대체적으로 점도가 낮아 스크린 직접인쇄에 필요한 충분한 레올로지 물성을 만족하지 못해 잉크젯 등의 저점도 잉크를 사용하는 경우로 사용이 한정되며, 고형분이 20 내지 30 중량% 대로 매우 낮아 건조 성막 시 부 피감소가 매우 커 충분한 도막 두께를 구현하지 못해 실제 비저항은 낮으나 도막이 매우 얇아 충분한 표면저항은 나타내지 못하며, 통신부품인 경우 전파흡수에 필요한 충분한 스킨뎁스를 만족하지 못하는 단점이 있다. 또한 바인더 수지 함량이 매우 낮아 부착물성이 불량하여 특수 표면처리된 필름을 사용해야하는 단점도 있는 실정이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존 마이크로 은분말 잉크와 나노 은 잉크의 장점을 모두 가지며, 낮은 저항치와 우수한 부착력, 직접인쇄에 적합한 레올로지 물성을 가지고 있으며, 높은 고형분으로 인한 성막 두께 조절이 용이한 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 기존 에칭형 동막을 대체 가능한 인쇄형 패터닝 공정을 위한 유-무기 하이브리드 잉크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 유기/나노-은 졸 용액은 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물과 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 제조된다.

상기 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물은 벤조산염, 니트로벤조산염, 테레프탈산염으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 방향족 아민 계 용제는 아닐린 또는 벤질아민일 수 있다.

한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 유-무기 하이브리드 잉크는, 상기 유기/나노-은 졸 용액과, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지와, 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 포함한다.

한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 유-무기 하이브리드 잉크의 제조방법은, a) 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물, 나노 은 입자 및 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 유기/나노-은 졸 용액을 제조하는 단계, 그리고 b) 상기 a) 단계의 유기/나노 은 졸 용액에 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지와 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 배합하여 유-무기 하이브리드 잉크를 제조하는 단계를 포함한다.

상기 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물은 벤조산염, 니트로벤조산염, 테레프탈산염으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.

상기 방향족 아민 계 용제는 아닐린 또는 벤질아민일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법에 의하면 유기/나노-은 졸 용액을 사용한 유-무기 하이브리드 잉크 조성물은 기존 에칭공정에 의한 동박막을 대체하여 공정 단순화에 따른 공정비용을 절감하고, 친환경적이며, 저렴한 전자부품의 생산을 가능하게 하는 효과가 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하에 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 유기/나노-은 졸 용액과 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 잉크 및 그 제조방법은 기존 마이크로 은분말 잉크에 혼합이 가능한 유기/나노 은 졸 용액을 제조하고 이를 이용한 유-무기 하이브리드 잉크를 제조하였다. 보다 구체적으로 본 발명은 a) 유기/나노 은 졸 용액을 제조하는 단계, 그리고 b) 기존 마이크로 은분말 잉크에 유기/나노 은 졸 용액을 첨가 혼합하여 유-무기 하이브리드 잉크를 제조하는 단계로 구성된다.

먼저, 본 발명의 한 실시예에 따른 유기/나노 은 졸 용액 및 그 제조과정을 설명한다.

상기 유기/나노 은 졸 용액은 유기 은 화합물과 나노 은 입자 및 유기 용제로 구성되어 있으며, 본 발명에서는 유기 은 화합물이 방향족 카르복실레이트 계 화합물임을 특징으로 하며, 유기 용제로서 방향족 아민 계 용제를 동시에 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 방향족 카르복실레이트 계 화합물은 벤조산염, 니트로벤조산염, 테레프탈산염 등이 가능하며, 바람직하게는 벤조산염 화합물이 사용된다. 상기 방향족 아민 계 용제로서는 아닐린, 벤질아민 등이 가능하며, 바람직하게는 벤질아민이 사용된다.

여기서, 본 발명에서 방향족 카르복실레이트 계 화합물과 방향족 아민 계 용제를 사용하는 것은 유기/나노/마이크로 은 하이브리드 잉크를 제조하기 위한 것으로서, 일반적으로 마이크로 잉크를 구성하고 있는 다량의 유성 바인더 수지(binder resin)들은 가장 일반적인 기재인 PET와 PI 필름에 우수한 접착 물성을 가진 아크릴계, 폴리에스터계, 폴리우레탄 계 유성 수지들이 주로 사용되며 이러한 유성 바인더 수지와의 상용성은 비방향족 유기물과 용제에 비해 방향족 유기물과 용제를 사용 시 확보될 수 있는 것이 그 이유이다. 실질적으로 비방향족 유기화합물-은-아민 착물의 많은 수가 상기의 유성 바인더 수지와 혼용성이 낮아 쉽게 백탁, 엉김, 씨드(seed) 형성 등이 발생됨에 따라 마이크로 은 입자의 분산도를 낮추게 되어 잉크의 물성을 현저히 감소시키게 되는 반면에, 방향족 유기화합물-은-아민 착물은 유성 수지와의 상용성이 우수하여 마이크로 입자 분산성을 유지함과 동시에 입자 사이의 바인더에 유기-은-아민 착물이 균일하게 분포할 수 있어 건조시 저항물성을 향상시킬 수 있으므로 유기/나노/마이크로 은 하이브리드 잉크의 제조를 위해서는 방향족 카르복실레이트 계 화합물과 방향족 아민 계 용제의 사용이 반드시 필요하 다.

또한, 상기 유기/나노 은 졸 용액은 나노 은 입자를 포함하고 있으며, 이는 유기 은 화합물 제조 시 일부 나노 은 입자로 환원이 진행됨에 따라 발생된 것으로 건조 시 저온 용융이 가능하며, 유기 은 화합물의 분해 환원을 촉진할 금속 결정의 핵 역할을 할 가능성이 있으며, 유기/나노 은 졸 용액 단독 도포시 기재에 대한 접착물성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 나노 은 입자의 함량은 사용하는 방향족 카르복실레이트 계 화합물과 방향족 아민 계 용제의 종류와 배합비에 따라 조절가능하다.

다음으로, 본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 잉크를 설명한다.

상기 유-무기 하이브리드 잉크는 상기에서 제조된 유기/나노 은 졸 용액을 이용하여 제조하는 것으로, 상기 유기/나노 은 졸 용액에 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지(binder resin)와 기존의 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 배합하여 제조할 수 있다.

여기서, 상기 유성 마이크로 은 잉크 조성물은 마이크로 은(micro silver)분말과 바인더 수지(binder resin)의 혼합물로서, 마이크로 은분말은 구상, 편상 등의 형태도 사용가능하며, 바인더 수지는 유성수지로서 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지 등이 가능하며 바람직하게는 PET에 접착물성이 가장 우수한 폴리에스터 수지가 적합하다.

이와 같이 본 발명에 의해 제조되는 상기 유-무기 하이브리드 잉크는 점도조 절용 희석용제 대신 상기에서 제조된 유기/나노 은 졸 용액을 첨가함으로써 제조 시 점도 감소와 은 함량 증가의 상반된 조건을 동시에 만족하게 한다. 이는 기존의 마이크로 은 잉크의 제조에 있어서 점도 상승과 레올로지 물성 악화 문제 발생에 기인한 마이크로 은분말 함량 증가 한계를 극복할 수 있는 새로운 방법을 제시하고 있으며, 일정한 점도를 유지한 상태에서 잉크 고형분 함량을 상승시킬 수 있으므로 보다 두꺼운 도막 형성을 가능하게 하며 표면 저항치를 낮출 수 있으며, 수지 대비 은 함량비를 높여 비저항치 하락에도 기여할 수 있다.

그리고, 본 발명에 의해 제조되는 유-무기 하이브리드 잉크는 마이크로 은 입자 사이에 존재하는 유기 은 화합물과 나노 은 입자들이 열 건조 시 발생되는 분해 환원 및 용융과 융착 현상에 따라 생성된 마이크로 은 입자간 접합 현상에 기인하여 건조 도막의 저항치 하락이 가능한 것으로 추측된다.

상기와 같은 이유로 도 2의 도막단면 사진에서와 같이 도 1의 유기/나노-은 용액을 포함하지 않는 잉크의 도막단면에 비해 공극이 소폭 감소하여 전반적으로 치밀한 경향을 보인다.

본 발명은 아래의 실시예에 의해 보다 상세히 설명되지만, 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.

[실시예]

1000 ml 유리용기에 벤조산나트륨(Junsei) 145 g을 이온교환수 500 ml에 녹인 후, 40 중량% 질산은 수용액 420 g을 교반 하에 서서히 첨가하여 벤조산 은염 침전물을 얻었다. 이 침전물을 여과 수세 건조하여 백색의 벤조산 은염 분말을 얻 었다. 이 벤조산 은염 분말 50 g을 벤질아민 50 g에 교반 하에 서서히 첨가하여 용해시켜 연노랑 투명 유기 은 용액을 얻었고, 이 유기 은 용액을 3일간 교반 방치하여 나노 은 입자가 생성된 유기/나노 은 졸 용액을 얻었다. 생성된 유기/나노 은 졸 용액을 스핀(spin) 코팅한 후 180℃에서 30분간 건조하고, 건조된 도막의 비저항을 측정하였고, 그 결과 2 × 10^-5 Ωcm을 나타내었다.

이후, 폴리에스터 수지(SK, ES-120) 30 중량%를 함유한 유성 바인더 수지 용액 100g에 편상 은분말(창성, FAG-30) 잉크 150 g을 첨가 혼합하여 교반 후 3롤밀로 3회 분쇄 혼합하여 잉크를 제조하였다. 이 잉크 250 g에 대해 상기 유기/나노 은 졸 용액 65 g을 투입 후 교반 혼합하여 32.5 g의 복합잉크를 얻었다.

이 잉크를 스크린 (250메쉬) 인쇄하여 150℃에서 30분간 건조하여 그 도막 특성을 측정하여 표 1에 기재하였으며, 도막 단면 사진은 SEM으로 측정하였으며, 단면 촬영용 시편은 3도 인쇄하였다.

[비교예 1]

벤조산나트륨 대신 옥살산을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다.

[비교예 2]

벤질아민 대신 모노에탄올 아민을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일 한 방법으로 실시하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다.

[비교예 3]

유기/나노-은 용액을 첨가하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다.

구분	유기/나노-은 용액 성상	유-무기 하이브리드 잉크 성상	인쇄도막의 표면저항	인쇄도막의 두께	기재 부착력 (PET)
실시예	노랑 또는 투명 액상	양호	20 mΩ/sq	7 ㎛	우수
비교예1	옥살산 은염이 녹지 않아 침전물 발생	-	-	-	-
비교예2	노랑 또는 투명 액상	마이크로 은 입자의 응집 발생으로 인한 거칠고 탁한 잉크 표면	180 mΩ/sq	7 ㎛	양호
비교예3	-	양호	60 mΩ/sq	7 ㎛	우수

이와 같이, 본 발명에 따른 유-무기 하이브리드 잉크는 기존 마이크로 은 잉크의 레올로지 특성과 기재 부착성 및 가격적인 장점, 그리고 두꺼운 인쇄도막 형성 특성을 보유하면서도 상대적으로 인쇄도막의 표면 저항치가 낮은 특징을 가지고 있다.

이상에서 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래의 비교예 3을 따라 제조한 잉크로 인쇄한 건조도막의 단면을 측정한 SEM 사진, 그리고

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 유-무기 하이브리드 잉크로 인쇄한 건조도막의 단면을 측정한 SEM 사진을 각각 나타낸 것이다.

Claims (8)

1. 유기/나노-은 졸 용액에 있어서,

   방향족 카르복실레이트 계 유기화합물과 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 제조되는 유기/나노-은 졸 용액.
2. 제1항에서,

   상기 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물은,

   벤조산염, 니트로벤조산염, 테레프탈산염으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 유기/나노-은 졸 용액.
3. 제1항에서,

   상기 방향족 아민 계 용제는,

   아닐린 또는 벤질아민인 유기/나노-은 졸 용액.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 유기/나노-은 졸 용액을 포함하는 유-무기 하이브리드 잉크.
5. 제4항에서,

   상기 유-무기 하이브리드 잉크는,

   아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지와 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 포함하는 유-무기 하이브리드 잉크.
6. a) 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물, 나노 은 입자 및 방향족 아민 계 용제를 반응시켜 유기/나노-은 졸 용액을 제조하는 단계, 그리고

   b) 상기 a) 단계의 유기/나노 은 졸 용액에 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 바인더 수지와 마이크로 은분말을 첨가 혼합한 유성 마이크로 은 잉크 조성물을 배합하여 유-무기 하이브리드 잉크를 제조하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 유-무기 하이브리드 잉크의 제조방법.
7. 제6항에서,

   상기 방향족 카르복실레이트 계 유기화합물은,

   벤조산염, 니트로벤조산염, 테레프탈산염으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 유-무기 하이브리드 잉크의 제조방법.
8. 제6항에서,

   상기 방향족 아민 계 용제는,

   아닐린 또는 벤질아민인 유-무기 하이브리드 잉크의 제조방법.

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