KR20120098391A - 도전성 금속 페이스트 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
도전성 금속 페이스트 조성물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 100nm 미만의 입자 크기를 가지며, 표면이 캐핑 물질로 코팅된 제1금속 입자와 100nm 이상의 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 입자; 바인더; 및 용매를 포함하는 도전성 금속 페이스트 조성물과 이의 제조방법 및 이를 이용한 전자 소자의 전극 및 도전 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 입자 크기가 상이한 2종 이상의 도전성 금속 입자를 포함하는 페이스트 조성물은 저온 혹은 짧은 시간의 중, 고온 소결시 기존 금속 페이스트 대비 우수한 전도도를 확보할 수 있다. 따라서, 이러한 분산 나노 입자와 큰 전도성 금속 입자의 결합으로 도전성 페이스트 물질의 대량 제조가 가능하고, 다양한 온도에서의 소결 특성을 향상시키는 효과를 가진다. 또한, 상기 도전성 금속 페이스트 조성물을 다양한 전자 소자에 이용할 수 있고, 이때 형성된 전극 및 도전 회로의 패턴은 단락, 단선, 크랙 등의 불량발생을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 입자 크기가 상이한 2종 이상의 도전성 금속 입자를 포함하는 페이스트 조성물은 저온 혹은 짧은 시간의 중, 고온 소결시 기존 금속 페이스트 대비 우수한 전도도를 확보할 수 있다. 따라서, 이러한 분산 나노 입자와 큰 전도성 금속 입자의 결합으로 도전성 페이스트 물질의 대량 제조가 가능하고, 다양한 온도에서의 소결 특성을 향상시키는 효과를 가진다. 또한, 상기 도전성 금속 페이스트 조성물을 다양한 전자 소자에 이용할 수 있고, 이때 형성된 전극 및 도전 회로의 패턴은 단락, 단선, 크랙 등의 불량발생을 최소화시킬 수 있다.
Description
본 발명은 도전성 금속 페이스트 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다양한 전자 소자의 전극 및 도전 회로에 관한 것으로서, 상세하게는 전도도가 우수하고, 저온 소결이 가능한 도전성 금속 페이스트 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 다양한 전자 소자의 전극 및 도전 회로에 관한 것이다.
절연 기판 및 저온 소결이 필요한 공정에서 도전성 페이스트를 사용하며, 이때 주로 사용하는 것이 은 또는 금을 이용한 페이스트 조성이다. 그러나, 상기 은 또는 금은 고가이므로, 이를 대체할 저비용의 페이스트가 필요하다. 특히 저온 소결부터 고온 소결까지 넒은 범위의 온도에서 사용될 수 있는 도전성 페이스트 조성이 필요하다.
최근에는 상대적으로 저가의 구리 페이스트(Cu paste)를 이용하여 다양한 전기, 전자 소재에 사용하려는 시도가 이루어지고 있다.
종래 도전성 구리 페이스트 제조를 위해서, 다음 도 1과 같이 마이크로 스케일의 금속 입자와 sub micro 수준 혹은 그보다 작거나 판상의 입자를 섞는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법으로 제조한 구리 페이스트는 입자 간의 균일한 배합과 우수한 분산성을 유지하기 위해 고비용의 후처리 공정이 필요하고 저온 소결로는 우수한 전도성을 확보하기 어려운 점이 있다.
또한, 다음 도 2와 같이 나노 사이즈의 금속 입자를 분산성 수지에 배합하여 페이스트를 만드는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이 방법은 입자의 사이즈가 작아짐으로 표면적이 증가된다. 따라서, 분산성을 유지하기 위한 유기 분산제 함량이 증가되어, 동일 금속 함량의 페이스트 대비하여 점성이 크게 증가하는 단점이 있으며, 소결 시 부피 수축이 커지는 단점이 있다.
한편, 도전성 금속 페이스트를 고온 공정이 불가능한 고분자, 유리, 비정질 실리콘 등을 포함하는 기판에 인쇄하여 전극을 형성하기 위해서는 페이스트 조성물이 저온, 바람직하게는 200℃ 이하의 온도에서 소성이 가능하여야 한다. 그러나, 현재 사용 중인 도전성 금속 페이스트 조성물들의 경우 300℃ 이상의 소성 온도를 가지므로, 상기와 같은 기술 분야에는 적용되기 어렵다.
따라서, 저온 소결을 해결하기 위해서는 나노 현상(녹는점 내림)을 필요로 하게 되며, 이를 만족할 수 있는 도전성 금속 페이스트 조성이 요구된다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 저온 소결이 가능하고, 분산성이 우수하며, 고밀도 도전 회로를 형성할 수 있는 도전성 금속 페이스트 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 도전성 금속 페이스트 조성물의 제조방법을 제공하는 데도 있다.
또한, 본 발명의 추가의 다른 목적은 상기 도전성 금속 페이스트 조성물을 이용한 다양한 전자 소자의 전극 및 도전 회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 실시예에 따른 도전성 금속 페이스트 조성물은 100nm 미만의 입자 크기를 가지며, 표면에 캐핑 물질이 코팅된 제1금속 입자와 100nm 이상의 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 입자; 바인더; 및 용매를 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1금속 입자의 표면에 코팅되는 캐핑 물질은 분자 내에 -N-, 및 -O- 원소를 포함하는 것일 수 있다.
상기 캐핑 물질은 지방산, 및 지방족 아민인 것이 바람직하다.
상기 캐핑 물질은 전체 페이스트 조성물 중 0.01~25중량%로 포함될 수 있다.
상기 도전성 금속은 구리, 은, 금, 니켈, 백금, 팔라듐 및 이들의 염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 제1금속 입자:제2금속 입자는 1:1~1:30의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 셀룰로오즈계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 비닐계 수지, 이미드계 수지, 아마이드계 수지, 및 부티랄 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 용제; 파라닐 오일, 테트라데칸, 테트랄린, 및 미네랄 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 비극성 용제; 및 프로필알코올, 이소프로필 알코올, 터피네올, 부틸카비톨, 및 네오데카네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 극성 용제; 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 도전성 금속 페이스트 조성물은 제1금속 입자와 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 50~95중량%, 바인더 0.01~10중량%, 및 잔량의 용매로 포함될 수 있다.
상기 도전성 금속 페이스트 조성물은 200℃ 이하에서 소결 가능한 특징을 가진다.
또한, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 실시예에 따른 도전성 금속 페이스트의 제조방법은 표면에 캐핑 물질이 코팅된 제1금속 입자를 제조하는 단계, 상기 제1금속 입자, 바인더를 제2금속 입자 분산액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1금속 입자는 제1금속을 함유한 금속 전구체를 형성하는 단계, 상기 금속 전구체를 고온 분위기에서 환원시키는 단계, 및 상기 금속 전구체의 표면을 캐핑 물질(capping material)로 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1금속 입자:제2금속 입자는 1:1~1:30의 중량비로 혼합될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 도전성 금속 페이스트 조성물을 이용한 다양한 전자 소자의 전극 및 도전 회로 형성을 위해 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 입자 크기가 상이한 2종 이상의 도전성 금속 입자를 포함하는 페이스트 조성물은 저온 혹은 짧은 시간의 중, 고온 소결시 기존 금속 페이스트 대비 우수한 전도도를 확보할 수 있다. 따라서, 이러한 분산 나노 입자와 큰 전도성 금속 입자의 결합으로 도전성 페이스트 물질의 대량 제조가 가능하고, 다양한 온도에서의 소결 특성을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 상기 도전성 금속 페이스트 조성물을 다양한 전자 소자에 이용할 수 있고, 이때 형성된 전극 및 도전 회로의 패턴은 단락, 단선, 크랙 등의 불량발생을 최소화시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 페이스트 조성물에서의 혼합 페이스트 입자의 형태이고,
도 2는 나노 입자만으로 구성된 종래 전도성 페이스트 입자의 형태이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 페이스트 입자 형태를 나타낸 것이며,
도 4~5는 본 발명의 실시예 5~6에 따라 제조된 전극 패턴의 모양을 나타낸 것이다.
도 2는 나노 입자만으로 구성된 종래 전도성 페이스트 입자의 형태이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 페이스트 입자 형태를 나타낸 것이며,
도 4~5는 본 발명의 실시예 5~6에 따라 제조된 전극 패턴의 모양을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 우수한 분산성과 저온 소결성을 갖거나 또는 중, 고온에서 짧은 시간에 소결되어 우수한 전도성을 확보할 수 있는 도전성 금속 페이스트 조성물을 제공한다.
상기와 같은 효과를 가지기 위한 본 발명의 도전성 금속 페이스트 조성물은 금속 입자, 바인더 및 용매를 포함하며, 특별히 상기 금속 입자는 입자 크기가 상이한 2종 이상을 포함한다. 구체적으로는, 100nm 미만의 입자 크기를 가지며, 그 표면이 캐핑 물질로 코팅된 제1금속 입자와 100nm 이상의 제2금속 입자를 포함한다.
상기 제1금속 입자는 그 입자 크기가 100nm 미만, 바람직하기로는 10nm 이하인 것으로서, 상기 제1금속 입자는 입자 크기가 작기 때문에 소결 온도를 낮추는 역할을 한다. 따라서, 금속 페이스트가 저온 소결 혹은 짧은 시간 중, 고온 소결이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1금속 입자는 그 외곽에 캐핑 물질로 둘러싸인 구조를 가진다. 상기 캐핑 물질은 금속 페이스트의 분산성을 향상시키기 위한 것으로서, 구체적으로는 분자 내에 -N-, 및 -O- 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1금속 입자의 표면에 코팅되는 캐핑 물질은 지방산, 및 지방족 아민인 것이 바람직하다.
상기 지방산은 라우린산, 올레산, 데칸산, 및 팔미트산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 지방족 아민은 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 올레일아민, 2-에틸헥실아민 및 헥사데실아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 캐핑 물질은 전체 페이스트 조성물 중 0.01~25중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 0.01중량% 미만인 경우 페이스트의 분산성이 나빠지는 문제가 있고, 25중량%를 초과하는 경우 페이스트의 인쇄성이 나빠지고, 도전성 물질의 함량이 낮아져 바람직하지 못하다.
여기서, 상기 캐핑 물질로는 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 캐핑 물질로는 다양한 종류의 지방산이 사용될 수 있다. 이와 같은 캐핑 물질로 캐핑된 구리 나노 입자들은 본 출원인이 먼저 출원한 다양한 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 일 예로서, 국내특허출원 제2005-72478호에 의하면, 환원제 역할을 하는 구리 화합물을 이용하여 알카노익 에시드, 즉 라우린산, 올레산, 데칸산, 팔미트산과 같은 지방산으로 캐핑시킨 금속 나노입자를 얻을 수 있다. 다른 예로서, 국내특허출원 제2005-66936호에 의하면, 금속 알카노에이트를 열처리함으로써 금속 나노입자 주위에 지방산을 캐핑시킬 수 있다. 또 다른 예로서, 국내특허출원 제2006-64481호에 의하면, 금속 전구체를 지방산에 해리시킨 다음, 주석, 마그네슘, 철과 같은 금속의 금속염을 금속 촉매로 사용하여 지방산으로 캐핑시킨 금속 나노입자를 얻을 수 있다. 또 다른 예로서, 국내 특허출원 제2006-98315호에 의하면, 구리 전구체 물질을 지방산에 넣고 해리시킨 후 가열시키거나, 환원제를 더 투입하여 지방산으로 캐핑된 구리 나노입자를 얻을 수 있다. 또 다른 예로서, 지방 아민으로 캐핑된 금속 나노입자를 사용할 수도 있다. 이 경우, 국내특허출원 제2006-127697호와 같이 2가지 분산제, 즉 지방산과 지방 아민을 동시에 가진 입자를 사용할 수도 있다. 상기 방법들은 예시에 불과한 것이므로 이에 한정되지 아니하며, 지방산으로 캐핑된 금속 나노입자를 준비하기 위하여 다양한 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 제1금속 입자가 캐핑 물질로 둘러싸인 구조를 가짐으로써, 상기 제1금속 입자는 이미 그 분산성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.
그러나, 도전성 금속 페이스트 조성에서 상기 제1금속 입자와 같이 입자 크기가 나노미터 수준으로 작은 입자를 사용하는 경우 저온에서 소결할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 도전성 금속 입자의 직경을 감소시킬수록, 상기 도전성 금속 페이스트의 도포 특성 및 상기 도전성 금속 페이스트를 사용하여 형성된 도전성 패턴의 전기적 특성이 향상될 수 있다. 이는 상기 도전성 금속 입자들의 직경이 감소될수록, 열반응성이 향상되어, 소결성이 향상되기 때문일 수 있다.
도전성 금속 입자의 크기가 작을수록 상기와 같은 특징을 가지는 반면, 소결 과정에서 부피 수축이 너무 많은 단점이 있다. 따라서, 과도한 부피 수축으로 인해 건조 및 소결 과정에서 배선이나 패턴, 회로 등이 단절되거나, 단락되거나, 또는 크랙이 발생되는 문제가 많다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 나노미터 금속 입자의 부피 수축 문제를 보완하기 위하여, 100nm 이상의 입자 크기를 가지는 도전성 금속을 추가함으로써 소성시 부피 수축 문제를 최소화시킬 수 있도록 한다.
본 발명에서, 상기 제1금속 입자:제2금속 입자의 혼합 비율은 1:1~1:30의 중량비인 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우 소결에 따른 부피 수축이 과도하거나, 저온 소결성이 나빠지는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 제1금속 입자와 제2금속 입자는 도전성 금속이 바람직하며, 구체적으로는 구리, 은, 금, 니켈, 백금, 팔라듐 및 이들의 염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 이 중에서 구리가 가격 면에서 바람직하다 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에서 캐핑 물질의 코팅을 통하여 분산성을 확보한 입자 크기 100nm 미만으로 작은 제1금속 입자와 100nm 이상의 제1금속 입자 대비 입자 크기가 큰 제2금속 입자를 혼합함으로써 우수한 분산성 확보 및 저온 혹은 단시간의 소결에서도 우수한 전도성을 확보하는 페이스트 조성을 제공할 수 있다.
또한, 비표면적이 제1금속 입자 대비 상대적으로 낮은 제2금속 입자와 저온 소결 혹은 짧은 시간 고온 소결에 유리한 제1금속 입자의 우수한 성분 조합으로 인하여 우수한 전도성을 확보할 수 있다. 또한 분산성이 확보된 제1금속 입자의 경우 자체 분산성도 우수하지만, 다음 도 3에서와 같이 상기 제1금속 입자가 제2금속 입자들 사이의 표면에 분산되어 제2금속 입자들 간의 뭉침 현상을 제거하고 분산성이 우수한 금속 페이스트를 제조할 수 있다.
이러한 분산성이 확보된 제1금속 입자의 첨가로 인하여 종래의 복잡한 고비용의 분산 후공정 없이 단순 혼합만으로도 분산성을 확보할 수 있을 정도로 뛰어난 저점도의 분산성을 확보할 수 있고, 페이스트 조성에 첨가되는 바인더의 양을 최소화시키는 효과를 가진다.
이러한, 본 발명에 따른 도전성 금속 페이스트의 점도는 10,000~1,000,000 cps인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 도전성 금속 페이스트 조성물에 사용되는 바인더는 셀룰로오즈계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 비닐계 수지, 이미드계 수지, 아마이드계 수지, 및 부티랄 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 도전성 금속 페이스트 조성물에 사용되는 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 용제; 파라닐 오일, 테트라데칸, 테트랄린, 및 미네랄 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 비극성 용제; 및 프로필알코올, 이소프로필 알코올, 터피네올, 부틸카비톨, 및 네오데카네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 극성 용제; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 도전성 금속 페이스트 조성물은 상기 제1금속 입자와 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 50~95중량%, 바인더 0.01~10중량%, 및 잔량의 용매로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도전성 금속 페이스트 조성물은 200℃ 이하의 낮은 온도에서 소결 가능하다. 또한, 200℃를 초과하는 온도에서는 짧은 시간 동안 소결이 가능하다.
이하에서 본 발명에 따른 도전성 금속 페이스트의 제조방법을 상세히 설명한다. 표면에 캐핑 물질이 코팅된 제1금속 입자를 제조하는 단계, 상기 제1금속 입자, 바인더를 제2금속 입자 분산액에 첨가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1금속 입자는 제1금속을 함유한 금속 전구체를 형성하는 단계, 상기 금속 전구체를 고온 분위기에서 환원시키는 단계, 및 상기 금속 전구체의 표면을 캐핑 물질(capping material)로 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로는, 소정의 반응기에 제1금속을 포함하는 화합물, 제1 환원제, 그리고 용제를 공급하여 혼합액을 형성한다. 상기 혼합액 형성 단계는 대략 30~250℃의 온도 조건 내에서 수행될 수 있다. 그 다음, 상기 혼합액에 캐핑 물질을 첨가하여 상기 제1금속 입자의 표면에 캐핑 물질로 감싼 다음 도 3과 같은 구조를 가지는 제1금속입자를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 혼합액에 제2 환원제를 첨가하면 상대적으로 고온에서 반응시킬 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 환원제로는 아스코르브산, 페놀산, 말레산, 아세트산, 구연산, 포름산 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 100nm 이하의 입자 크기를 갖는 대체로 구 형상의 제1금속입자가 포함된 반응 조성물을 얻을 수 있다. 상기 반응 조성물을 냉각, 세척, 및 원심분리 등의 후처리 공정을 통하여 제1금속입자를 최종 얻을 수 있다.
두 번째 단계는 상기 제조된 제1금속 입자와 바인더를 제2금속 입자 분산액에 첨가하여 도전성 금속 페이스트 조성물을 제조할 수 있다. 상기 제2금속 입자 분산액은 제2금속 입자를 용매에 분산시킨 것이다.
상기 제1금속 입자:제2금속 입자는 1:1~1:30의 중량비로 혼합시키는 것이 바람직하며, 상기 제1금속 입자와 제2금속 입자를 포함하는 전체 도전성 금속은 전체 페이스트 조성 중 50~95중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더 수지는 전체 페이스트 조성 중 0.01~10중량%로 포함되며, 여러 가지 첨가제를 첨가할 수 있으며, 그 함량은 통상의 도전성 금속 페이스트 조성에 포함되는 수준이며 특별히 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 상기 도전성 금속 페이스트 조성물은 200℃ 이하의 저온 소결이 가능하기 때문에 통상의 고온 공정 적용이 곤란한 비정질 실리콘, 고분자, 또는 유리를 포함하는 기판에 스크린 인쇄 방식으로 전극을 형성하거나, 또는 태양전지의 전극, 인쇄 회로 기판의 배선 및 화상 표시 소자의 전극과 같은 다양한 전자 소자에 사용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예에 따라 기술하여 이해를 돕고자 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
실시예1
올레산(25중량%)으로 캐핑된 5nm 크기의 제1구리 입자 30g를 준비하고, 이를 평균 입경 0.3㎛의 제2구리 입자 100g를 습식 용매(terpineol)에 분산시킨 제2구리 입자 도전성 분산액에 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다. 상기 도전성 구리 입자는 전체 페이스트 조성 중 85 중량%로 조절하였다.
또한, 에틸셀룰로오스, 또는 접착성 강화용 첨가제를 전체 페이스트 조성 중 10중량%로 첨가하여, 최종 도전성 구리 금속 페이스트를 얻었다.
실시예2
도데실아민(10중량%)으로 캐핑된 10nm 크기의 제1구리 입자 20g 를 준비하고, 이를 평균 입경 3㎛인 제2구리 입자 100g 를 습식 용매(터피네올과 DHT의 혼합액)에 분산시킨 제2구리 입자 도전성 분산액에 혼합하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 도전성 구리 금속 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예
3~4
상기 실시예 1~2 에 의해 제조된 구리 나노 페이스트를 투명 전도성 산화물이 증착된 태양 전지 제조용 기판에 스크린 프린팅 방법으로 인쇄하였다. 그 다음, 200℃의 온도에서 60분간 환원 소성하여, 90~100㎛의 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성시켰다.
형성된 전극 패턴은 0.5~20mΩ?㎠의 접촉 저항, 및 3~30 uΩ?㎝의 비저항 값을 나타내었다. 또한, 상기 전극 패턴은 어떠한 패턴의 단절이나 단락없이 깨끗하게 형성된 것을 확인하였다.
실시예
5~6
실시예 1~2에 의해 제조된 구리 나노 페이스트를 폴리이미드 기판에 스크린 프린팅 방법으로 인쇄하였다. 180℃에서 대략 30분 동안 환원 소성하여, 80㎛의 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성시켰다.
형성된 전극 패턴은 5~50uΩ?㎝의 비저항 값을 나타내었다. 또한, 상기 전극 패턴은 다음 도 5~6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 어떠한 패턴의 단절이나 단락없이 깨끗하게 형성된 것을 확인하였다.
상기와 같은 결과들로부터, 본 발명에서 입자 크기가 상이한 2종의 도전성 금속 입자를 포함하여 제조된 페이스트를 사용하는 경우, 200℃ 이하의 저온에서 소결 가능한 것으로 확인되었다. 이는 나노 미터 크기의 금속 입자의 단점을 비교적 입자 크기가 큰 금속 입자가 효과적으로 보완하여, 100nm 이하의 금속 입자의 부피 수축 문제를 해결하여 우수한 패턴 형성 효과뿐만 아니라, 페이스트의 분산성을 해치지 않고도 우수한 소결 특성 및 전도도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
Claims (13)
100nm 미만의 입자 크기를 가지며, 표면이 캐핑 물질로 코팅된 제1금속 입자와 100nm 이상의 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 입자;
바인더; 및
용매를 포함하는 도전성 금속 페이스트 조성물.
바인더; 및
용매를 포함하는 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 제1금속 입자:제2금속 입자는 1:1~1:30의 중량비로 포함되는 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 제1금속 입자의 표면에 코팅되는 캐핑 물질은 분자 내에 -N-, 및 -O- 원소를 포함하는 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 3항에 있어서, 상기 캐핑 물질은 전체 페이스트 조성물 중 0.01~25중량%로 포함되는 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 도전성 금속은 구리, 은, 금, 니켈, 백금, 팔라듐 및 이들의 염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 바인더는 셀룰로오즈계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 비닐계 수지, 이미드계 수지, 아마이드계 수지, 및 부티랄 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 유기 용제; 파라닐 오일, 테트라데칸, 테트랄린, 및 미네랄 오일로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 비극성 용제; 및 프로필알코올, 이소프로필 알코올, 터피네올, 부틸카비톨, 및 네오데카네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 극성 용제; 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 도전성 금속 페이스트 조성물은 제1금속 입자와 제2금속 입자를 포함하는 도전성 금속 50~95중량%, 바인더 0.01~10중량%, 및 잔량의 용매로 포함되는 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 도전성 금속 페이스트 조성물은 200℃ 이하에서 소결 가능한 것인 도전성 금속 페이스트 조성물.
캐핑 물질이 코팅된 제1금속 입자를 제조하는 단계,
상기 제1금속 입자, 바인더를 제2금속 입자 분산액에 첨가하는 단계를 포함하는 도전성 금속 페이스트의 제조 방법.
상기 제1금속 입자, 바인더를 제2금속 입자 분산액에 첨가하는 단계를 포함하는 도전성 금속 페이스트의 제조 방법.
제 10항에 있어서, 상기 제1금속 입자는 제1금속을 함유한 금속 전구체를 형성하는 단계, 상기 금속 전구체를 고온 분위기에서 환원시키는 단계, 및 상기 금속 전구체의 표면을 캐핑 물질로 감싸는 단계를 포함하는 것인 도전성 금속 페이스트의 제조 방법.
제 10항에 있어서, 상기 제1금속 입자:제2금속 입자는 1:1~1:30의 중량비로 혼합시키는 것인 도전성 금속 페이스트 조성물의 제조방법.
제 1항에 따른 도전성 금속 페이스트 조성물을 이용한 전자 소자의 전극 및 도전 회로.
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