KR20100082558A - 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공하며, 상기 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물은 Ag 함유 화합물; 분산안정제; 및 용매를 포함한다.
본 발명의 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물은 장시간 보관하여도 응집이 발생하지 않으므로, 잉크 조성물의 수명이 단축되는 문제가 발생하지 않으며, 이 잉크 조성물을 이용하여 인쇄회로기판 제조시, 노즐 막힘 등의 문제가 없으므로, 용이하게 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
발광장치, 스프레이코팅,Ag,반사막,반사효율
Description
본 발명은 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법에 관한 것이다.
핸드폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등 각종 전자기기에 들어가는 연성인쇄회로기판(flexible printed circuit board)과 일반적인 산업용, 사무용 또는 가정용 전자기기에 사용되는 인쇄회로기판(printed circuit board)은 리소그래피 방법 또는 증착 공정 등으로 제조되었었다. 그러나 이러한 공정들은 공정이 복잡하고 고가의 장비를 사용해야하는 문제가 있었다. 또한, 전자기기 등이 점점 얇아지고 작아지는 추세에 따라, 인쇄회로기판 또한 점점 고밀도, 고집적의 형태가 요구되고 있어, 인쇄회로기판의 배선폭 및 배선간의 피치가 좁아지는 미쇄화가 요구되고 있는 실정이다. 이에 최근에는 잉크젯 공법과 같은 인쇄공정으로, 인쇄회로기판을 제조할 수 있는 도전성 금속 잉크에 대한 연구가 진행되고 있다.
이러한 도전성 금속 잉크로는 Ag 나노 잉크가 주로 사용되고 있다. 이 Ag 나노 잉크는 다음과 같은 공정으로 제조된다. 먼저, 입자의 원자 단위에서 화학적 환원법을 이용하여 나노크기의 Ag 입자를 제조하고, 이를 분리 및 건조한 후, 분산제와 함께 용매에 재분산시킨다. 또한, 이 분산액에 점도, 표면장력, 젖음성 등 원활한 잉크토출을 고려하여 각종 첨가제를 첨가하여 Ag 나노 잉크를 제조한다.
제조된 Ag 나노 잉크를 이용하여 미세 배선을 형성하는 방법은, 일반적으로 잉크젯 방법을 이용하여, 잉크를 인쇄 기판에 토출하고, 열처리과정을 거쳐 미세 배선을 형성한다. 그러나 종래 Ag 나노 잉크는 잉크 용액 내에서 Ag 나노 입자가 성장하거나, 응집되어 잉크 수명을 단축시키거나, 이를 토출시 인쇄헤드의 노즐이 막히는 등의 문제점이 발생된다. 또한, 이러한 문제점을 해결하고자, Ag 나노 잉크를 여과를 실시하여, 토출을 실시하고 있으나, 여과 과정에서 응집된 Ag 나노 입자는 제거되는 것이므로 재료 손실이 발생하며, 또한 여과 이후, 잉크액에 포함된 Ag 나노 입자의 함량을 조절할 수 없는 문제점을 발생시킨다.
본 발명의 일 구현예는 장기간 보관하여도 응집 등의 문제점이 없는 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 도전성 잉크 조성물을 이용한 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, Ag 함유 화합물; 분산안정제; 및 용매를 포함하는 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 도전성 잉크 조성물을 기판에 도포하고; 상기 도전성 잉크 조성물이 코팅된 기판에 전자빔을 조사하고; 전자빔이 조사된 기판을 열처리하는 공정을 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법을 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물은 장시간 보관하여도 응집이 발생하지 않으므로, 잉크 조성물의 수명이 단축되는 문제가 발생하지 않으며, 이 잉크 조성물을 이용하여 인쇄회로기판 제조시, 노즐 막힘 등의 문제가 없으므로, 용이하게 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 제1 구현예에 따른 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물은 Ag 함유 화합물, 분산안정제 및 용매를 포함한다.
상기 Ag 함유 화합물은 AgCl, AgNO3, AgClO4, Ag2SO4, AgBF4, CH3COOAg 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함할 수 있다. 상기 Ag 함유 화합물은 상기 조성물에서 용해되어 Ag+ 이온 상태로 분산되어 존재하며, 기판에 도포된 후, 전자선 조사에 의해 Ag로 환원된다. 상기 Ag 함유 화합물은 전체 조성물 중량에 대하여 10 내지 35 중량%의 함량으로 존재할 수 있고, 19 내지 25 중량%로 존재할 수도 있다. 상기 Ag 함유 화합물의 함량이 상기 범위일 때, 전자선 조사에 의해 물을 분해시켜 OH 라디칼을 생성시켜야, Ag로 환원되어 입자화할 수 있는 환경을 제공할 수 있어 적절하다.
상기 분산안정제는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아마이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 분산안정 제는 Ag 함유 화합물이 응집되지 않고, 균일하게 분산된 상태를 유지하게 도와주는 역할을 한다. 또한, 상기 분산안정제는 전자선 조사시에도 환원되어 형성된 Ag가 응집되거나, 입자 성장을 억제해주는 역할을 한다.
상기 분산안정제는 전체 조성물 중량에 대하여 2 내지 10 중량%의 함량으로 존재할 수 있고, 4 내지 7 중량%로 존재할 수도 있다. 분산안정제의 함량이 상기 범위인 경우, 충분한 입체적 안정성을 부여하면서, 잉크 토출시 문제되지 않고, 환원시 환원 속도에 악영향을 미치지 않아 균일한 입자를 제조할 수 있는 적절한 점도를 유지할 수 있다.
상기 용매로는 물, 에탄올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 용매는 전자선 조사시 분해되어 OH 라디칼을 형성하며, 이 OH 라디칼이 분산안정제의 라디칼을 생성시켜, Ag 함유 화합물이 Ag로 환원되도록 한다. 또한, 상기 용매로 물과 이소프로필 알코올을 함께 사용하는 것이, OH 라디칼 생성과 함께, 이 OH 라디칼에 의한 Ag의 재산화를 억제할 수 있어 좋다. 만약 본 발명의 제1 구현예에 따른 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물에 환원제가 포함되면, OH 라디칼을 생성할 수 없어 바람직하지 않다.
상기 용매는 전체 조성물 중량에 대하여 50 내지 80 중량%의 함량으로 존재할 수 있고, 65 내지 75 중량%로 존재할 수도 있다. 상기 용매의 함량이 상기 범위에 포함되는 경우, 용질을 잘 용해시킬 수 있고, 기판상에 환원되는 입자 수가 적절하여 적당한 두께의 배선 형성을 가능하게 하므로, 얇은 배선 형성에 의한 배 선 저항치 상승 문제가 없다.
상기 도전성 잉크 조성물은 Ag를 금속 상태(즉 Ag0)로 포함하는 것이 아니고, Ag를 함유하는 화합물(Ag+) 형태로 포함하는 것이므로, Ag를 금속 상태로 포함하는 경우, 장기간 보관시 입자간 응집이 발생하고, 입자 크기 성장에 의한 문제점이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 도전성 잉크 조성물은 제조 후, 장기간 보관한 뒤에도, 인쇄회로기판에서 미세 배선을 형성하는데 유용하게 사용할 수 있으며, 미세 배선 형성시 사용되는 장비, 특히 노즐 막힘 등의 문제점을 발생시키지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따른 도전성 잉크 조성물은 인쇄회로기판을 형성하는데 유용하게 사용될 수 있다.
이에 따른, 본 발명의 다른 구현예는 상기 도전성 잉크 조성물을 이용한 인쇄회로기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 일 구현예에 따른 도전성 잉크 조성물을 기판에 도포한다.
상기 도전성 잉크 조성물은 앞서 설명한 조성을 가지며, 이 조성의 혼합 순서는 중요하지 않다. 그러나 용매에 분산안정제를 첨가하여 분산안정액을 제조한 후, 이 분산안정액에 Ag 함유 화합물을 첨가하는 공정으로 제조된 도전성 잉크 조성물을 보다 적절하게 사용할 수 있다.
상기 도포 방법은 잉크젯 방법, 스크린 방법 등과 같은 인쇄 회로 기판에 사용되는 도포 방법은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 중 잉크젯 방법을 적절하게 사용할 수 있다.
상기 기판은 인쇄회로기판을 제조하는데 사용되는 기판은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 예로는 수지 필름, 특히 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리이미드로 제조된 기판, 또는 유리 기판을 사용할 수 있다.
이어서, 잉크 조성물이 도포된 인쇄 기판에 전자빔을 조사한다. 이 전자빔은 0.5 내지 0.7 MeV의 전자빔 에너지를 갖는 것을 적절하게 사용할 수 있고, 30 내지 50 kGy의 조사선량을 갖는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 전자빔 에너지 및 조사선량이 상기 범위인 경우, 적절한 속도로 환원 반응을 야기할 수 있어, 균일한 입자를 제조할 수 있다.
전자빔 조사에 따라, 용매가 분해되어, 전자와 OH 라디칼이 형성된다. 이 OH 라디칼은 하기 식 1 및 2에 나타낸 것과 같이, 분산안정제 폴리비닐알콜(H)을 폴리비닐알콜·로 생성시키고, 잉크 조성물에서 Ag+ 이온 형태로 존재하는 Ag 함유 화합물의 Ag+ 이온을 Ag0로 환원시켜 결과적으로 Å 크기의 이온 반경을 갖던 Ag+ 이온이 Ag0 나노 입자로 생성된다.
하기 식 1 및 2에서 분산안정제로 폴리비닐알콜을 예로 들어 기재하였으나, 분산안정제로 폴리비닐알콜을 한정하는 것은 아니다.
[식 1]
폴리비닐알콜(H) + OH· → 폴리비닐알콜· + H2O
[식 2]
Ag+ + e-/폴리비닐알콜· → Ag0
전자빔 조사가 실시된 인쇄 기판을 열처리를 실시하여, 인쇄회로기판을 제조한다. 상기 열처리에 따라 유기물에 의한 잔탄이 제거되고, Ag로 형성된 미세 배선이 인쇄 기판에 형성된다.
상기 열처리는 190 내지 250℃에서 실시할 수 있다. 열처리 공정을 이 온도범위에서 실시하는 경우 막의 치밀도를 향상시키고, 배선의 저항치를 상승시킬 수 있는 유기물을 분해시켜, 배선내에 포함되지 않도록 할 수 있다. 열처리 공정은 20 내지 40분 동안 실시할 수 있으며, 이 시간 범위 내에서 보다 치밀한 막을 얻을 수 있다.
상기 인쇄회로기판의 제조 공정은 Ag 함유 화합물을 이용하여, 인쇄 기판 상에서 Ag 나노 입자를 직접 생성시켜 미세 배선을 형성하는 것이므로, Ag 나노입자를 포함하는 도전성 잉크의 보관시 발생되는 입자간 응집 및 입자 성장에 따라 도포 공정에서 사용하는 장비, 특히 잉크젯에서 사용하는 잉크젯 헤드의 노즐 막힘 및 잉크 수명 단축 문제를 해결할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
증류수 100 중량부에 폴리비닐알콜 11 중량부를 첨가하여 분산안정액을 제조하였다. 상기 분산안정액에 이소프로필알콜 11 중량부를 첨가한 후, AgNO3 40 중량부를 혼합하여 도전성 잉크 조성물을 제조하였다. 이 도전성 잉크 조성물에서 AgNO3에서 Ag는 Ag+ 이온 상태로 분산되어 존재하였다.
상기 잉크 조성물을 잉크젯 장치로 토출하여, 유리 기판에 도포하였다. 이어서, 잉크 조성물이 도포된 기판에 전자빔 에너지(0.7MeV), 조사선량 50kGy의 전자빔을 조사하였다. 이 전자빔 조사에 따라, Ag+가 Ag0로 환원되어, 기판 상에 Ag 나노 입자가 생성되었다.
전자빔 조사가 끝난 후, 상기 기판을 전기로에서 200℃의 온도로 열처리하여, 미세 배선이 형성된 인쇄회로기판을 제조하였다.
(비교예 1)
증류수 100 중량부에 폴리비닐알콜 11 중량부를 첨가하여 분산안정액을 제조하였다. 상기 분산안정액에 이소프로필알콜 11 중량부를 첨가한 후, 평균 5.9 nm 크기의 Ag 금속 나노 입자 40 중량부를 혼합하여 도전성 잉크 조성물을 제조하였다.
상기 잉크 조성물을 잉크젯 장치로 토출하여, 유리 기판에 도포하였다. 상기 기판을 전기로에서 200℃의 온도로 열처리하여, 미세 배선이 형성된 인쇄회로기판을 제조하였다.
상기 실시에 1 및 비교예 1에 따라 제조된 미세 배선을 도 1 및 도 2에 각각 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 선폭 40㎛의 미세 배선이 깨끗하게 형성된 것을 알 수 있다. 그에 반하여, 도 2에 나타낸 것과 같이, 비교예 1에 따라 제조된 미세 배선은 선폭이 45㎛으로 실시예 1에 비하여 두껍게 형성됨을 알 수 있다. 이 결과에 따라, 실시예 1에서 제조된 도전성 잉크 조성물이 극미세 배선을 필요로하는 분야에 적절하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 미세 배선을 나타내는 전자현미경사진.
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 미세 배선을 나타내는 전자현미경 사진.
Claims (11)
- Ag 함유 화합물;분산안정제; 및용매를 포함하는 인쇄회로기판용 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 Ag 함유 화합물은 AgCl, AgNO3, AgClO4, Ag2SO4, AgBF4, CH3COOAg 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서상기 분산안정제는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 용매는 물, 에탄올, 이소프로필 알코올, 에틸렌 글리콜, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 Ag 함유 화합물의 함량은 10 내지 35 중량%인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 분산 안정제의 함량은 2 내지 10 중량%인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 용매의 함량은 50 내지 80 중량%인 도전성 잉크 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 도전성 잉크 조성물을 기판에 도포하고;상기 도전성 잉크 조성물이 도포된 기판에 전자빔을 조사하고;전자빔이 조사된 기판을 열처리하는공정을 포함하는 인쇄회로기판의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 전자빔은 0.5 내지 0.7 MeV의 전자빔 에너지를 갖는 것인 인쇄회로기판의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 전자빔은 30 내지 50 kGy의 조사선량을 갖는 것인 인쇄회로기판의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 열처리 공정은 190 내지 250℃에서 실시하는 것인 제조 방법.
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