KR20120099162A - 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 이를 이용한 전도성 배선 또는 전극 및 이들이 형성된 전자소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄공정으로 배선 또는 전극을 형성한 뒤에, 후소결 공정을 거치지 않고 사용하거나, 낮은 온도에서 소결하여도 전기전도도와 기계적 특성이 뛰어난 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 이를 이용한 전도성 배선 또는 전극, 및 이러한 배선이나 전극이 형성된 전자소자에 관한 것것으로, 전도성 배선 또는 전극을 형성하기 위하여 사용되는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물에 있어서, 상기 조성물이 전도성 필러(filler)를 포함하고, 상기 전도성 필러가 51~100중량% 범위의 판상형 나노 플레이트(nano-plate)와 그 외의 전도성 입자로 구성되며, 상기 판상형 나노 플레이트는 평면 형상이 각 변의 길이가 수백 nm 이하인 다각형이고 두께가 100nm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물은, 평면 형상이 다각형인 평판형 나노 플레이트를 전도성 필러로 포함함으로써, 친환경적인 인쇄 공정으로 다양한 전자소자에 배선 또는 전극을 형성한 뒤에 상온 및 낮은 소결 온도에서 소결하여도 전기전도도와 기계적 특성이 뛰어난 배선 또는 전극을 형성할 수 있다.
특히, 본 발명에 의해 형성된 전도성 배선 또는 전극은 상온 및 저온 소결 시에도 전기기전도도와 기계적 특성이 뛰어나기 때문에, 연성기판에 적용할 수 있으며 연성회로기판 제작에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

Description

전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 이를 이용한 전도성 배선 또는 전극 및 이들이 형성된 전자소자{COMPOSITION FOR CONDUCTIVE PASTES OR INKS, CONDUCTIVE PATTERNS OR ELECTRODES USING THE SAME, AND ELECTRONIC DEVICES HAVING THE PATTERNS OR ELECTRODES}

본 발명은 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 이를 이용한 전도성 배선 또는 전극 및 이들이 형성된 전자소자에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 인쇄공정으로 배선 또는 전극을 형성한 뒤에, 후소결 공정을 거치지 않고 사용하거나, 낮은 온도에서 소결하여도 전기전도도와 기계적 특성이 뛰어난 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 이를 이용한 전도성 배선 또는 전극, 및 이러한 배선이나 전극이 형성된 전자소자에 관한 것이다.

태양전지, 디스플레이, 반도체 등의 전자소자를 제작하기 위해서는 전자장치에는 전도성 배선 또는 전극이 반드시 필요하다.

종래, 고성능 전도성 배선 또는 전극을 형성하기 위해서는 화학증착이나 스퍼터링 등으로 막을 형성하고, 그 중 불필요한 부분은 포토 리소그래피의 방법으로 제거하여 필요한 배선 또는 전극만을 남기는 방법을 주로 사용하였다.

이러한 박막공정 기반의 포토 리소그래피를 이용한 방법은 막 형성과 에칭을 반복하기 때문에 폐기물이 많아서 원료의 사용효율이 나쁘고, 제조시간이 길며, 설비비용이 비싼 단점이 있다. 또한, 포토리소그래피 방법은 화학물질을 많이 사용하는 공정이기 때문에 환경오염이 발생할 가능성이 높으며, 내화학성이 약한 고분자 기판을 사용하기 어려워 유연기판 기반의 전자소자 제작에 한계가 있다.

이에 따라서 최근에는 원료의 손실이 적고 배선형성공정을 단순화할 수 있는 새로운 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 연구가 진행 중인 대표적인 기술로는 접촉식 배선형성 기술인 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 오프셋(off-set) 인쇄 등의 방법과, 비접촉식 배선형성기술인 잉크젯 인쇄, 전기유체역학분사인쇄 등의 방법이 있다. 이들 방법은 모두 전도성 잉크 또는 전도성 페이스트를 배선 또는 전극의 모양으로 형성한 뒤에 소결과정을 거치는 특징이 있다.

전도성 잉크 또는 전도성 페이스트는 전도성 필러(filler)를 포함하며, 전도성 필러는 인쇄 및 소결과정을 거쳐 기판 위에서 전도성 배선이나 전극을 형성한다. 따라서 전도성 필러의 특성에 따라서 소결 온도 등의 공정조건 및 전도성 배선 또는 전극의 전기적, 기계적 특성 등이 결정된다.

이러한 인쇄기술의 궁극적 목표는 실리콘 기판, 유리 기판 등의 무연기판에의 인쇄뿐만 아니라 저가의 고분자 필름에 롤투롤(Roll-to-Roll) 대량 생산이 가능한 소자를 구현하는 것이다. 따라서 이들 고분자 기판이 견딜 수 있는 저온에서 소결공정이 진행되어야 하고, 이때 원하는 소자의 전기적 특성을 구현할 수 있어야 한다. 저온 공정에서 다른 중요한 사항은 기판과의 부착력과 반복적인 굽힘에 견딜 수 있는 기계적 특성이다. 이러한 특성은 소자의 안정적인 구동 및 수명에 영향을 미치는 중요한 요소이다.

종래에는 저온에서 전기전도도를 확보하기 위해서 나노 크기의 구형 입자형태의 전도성 필러를 포함하는 전도성 페이스트 또는 잉크를 주로 이용하였다. 구형 나노 입자를 전도성 필러로서 이용하면 비표면적이 커서 표면에너지가 높기 때문에 입자 간 소결성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

그러나 구형 나노 입자를 전도성 필러로 사용하는 경우, 입자 간 접촉 면적에 한계가 있고, 결정립계면의 수가 너무 많아서 전기전도도를 낮추는 문제가 있다. 또한 구형 나노 입자가 가질 수 있는 최대의 충진밀도는 이론적으로 약 74% 정도이므로, 이를 전도성 필러로 하여 형성된 전도성 배선 또는 전극은 내부에 다량의 기공을 함유하게 되어 전기전도도가 저하된다. 또한 기판과의 접촉 면적이 작아 요구하는 접착강도(adhesion strength)를 가지기 어렵다. 더 나아가, 유연성 기판이 굽혀졌다 펴지는 동작을 반복하는 동안에, 배선 또는 전극 내부에 포함된 기공이 크랙으로 발전할 가능성이 높기 때문에 소자의 내구성 및 안정성을 저하시키는 문제가 있다.

따라서 저온 소결 시에도 전기전도도와 접착강도 및 기계적 특성이 뛰어난 전도성 배선 또는 전극을 형성할 수 있는 전도성 페이스트 또는 잉크의 개발이 절실하다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 인쇄 공정을 통해 배선 또는 전극을 형성하면서도 소결공정을 거치지 않고 사용하거나, 낮은 소결온도에서도 전기전도도와 기계적 특성이 뛰어난 배선 또는 전극을 형성할 수 있는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물, 전도성 배선 또는 전극 및 이러한 배선이나 전극이 형성된 전자소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물은, 전도성 필러(filler)를 포함하고, 상기 전도성 필러가 51~100중량% 범위의 판상형 나노 플레이트(nano-plate)와 그 외의 전도성 입자로 구성되며, 상기 판상형 나노 플레이트는 평면 형상이 각 변의 길이가 수백 nm 이하인 다각형이고 두께가 100nm 이하인 것을 특징으로 한다.

전도성 페이스트 또는 잉크는 인쇄 공정을 이용한 접촉식 또는 비접촉식 배선 형성기술에 사용하는 것으로서, 소결 과정을 거쳐 기판 위에서 전도성 배선이나 전극을 형성하는 전도성 물질인 전도성 필러(filler)를 포함한다.

본 발명은 두께와 변의 길이가 나노 사이즈인 판상형 나노 플레이트를 전도성 필러로서 사용하여, 종래에 구형 나노 입자를 전도성 필러로 사용하는 것과 차별점을 두었다. 이러한 판상형 나노 플레이트를 사용하는 경우, 구형 나노 입자를 사용하는 경우와 비교하여 비표면적의 감소를 최소화할 수 있고, 결정립계의 감소를 유도할 수 있으며, 또한 전도성 필러의 배열성 및 충진성이 향상되어 기공의 발생을 최소화할 수 있어 보다 치밀한 미세조직을 가질 수 있다. 따라서 상온 및 낮은 온도에서 소결하여도 우수한 전기전도도를 발현할 수 있으며, 기판과의 접촉 면적이 증가되기 때문에 기판과 전도성 배선 또는 전극간의 접착강도를 개선할 수 있다. 또한 전도성 배선 또는 전극 내에 기공이 함유되는 것을 최소화하여, 반복적인 굽힘 응력이 인가되어도 패턴의 특성이 유지되는 기계적 특성을 확보할 수 있다.

상기의 장점을 갖는 전도성 배선 및 전극의 전기전도도를 더욱 향상시키기 위해, 전도성 페이스트 및 잉크용 조성물의 전도성 필러로 포함된 전도성 입자에 구형 나노입자를 사용할 수 있다. 구형 나노입자는 비표면적이 매우 크기 때문에 형성된 전도성 배선 및 전극의 소결 시에, 더욱 낮은 온도에서도 입자간 소결이 이루어질 수 있다. 이로써 판상형 나노 플레이트의 충진성과 구형 나노입자의 소결성을 동시에 확보할 수 있다.

이때, 충진성과 소결성을 높이기 위하여 구형 나노 입자의 평균 지름이 상기 판상형 나노 플레이트의 두께와 유사하거나 그 보다 작은 것이 바람직하므로, 구형 나노 입자의 지름이 5~100nm 범위인 것이 좋다.

그리고 구형 나노입자가 판상형 나노 플레이트에 40중량% 이하의 비율로 혼합되는 것이 좋으며, 특히 판상형 나노플레이트와 구형 나노입자의 중량비율이 7:3인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 전도성 배선 또는 전극은, 기판 위에 인쇄 공정으로 형성된 전도성 배선 또는 전극으로서, 상기 전도성 페이스트 또는 잉크를 사용하는 것이 특징이다.

이때, 인쇄 공정은 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 오프셋(off-set) 인쇄를 포함하는 접촉식 인쇄 공정, 또는 잉크젯 인쇄와 전기유체역학 분사인쇄를 포함하는 비접촉식 인쇄 공정 중에 하나를 사용할 수 있다.

그리고 본 발명에 의한 전자소자는, 상기 전도성 배선 또는 전극이 형성된 것을 특징으로 하며, 태양전지, 디스플레이, 반도체, 인쇄회로기판 및 무선인식태그 등을 포함한다. 특히, 기판 재질로서는 실리콘, 유리, 에폭시, 세라믹 등의 강성 기판과 폴리 이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 종이와 같은 연성 기판을 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물은, 평면 형상이 다각형인 평판형 나노 플레이트를 전도성 필러로 포함함으로써, 친환경적인 인쇄 공정으로 다양한 전자소자에 배선 또는 전극을 형성한 뒤에 상온 및 낮은 소결온도에서 소결하여도 전기전도도와 기계적 특성이 뛰어난 배선 또는 전극을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 전도성 배선 또는 전극이 형성된 전자소자는 개선된 전기적, 기계적 특성을 통해 전자소자의 특성은 물론 내구성과 신뢰성도 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 의해 형성된 전도성 배선 또는 전극은 상온 및 저온 소결 시에도 전기기전도도와 기계적 특성이 뛰어나기 때문에, 연성기판에 적용할 수 있으며 연성회로기판 제작에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트의 원자힘 현미경 사진 및 두께 분석 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트의 크기 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트와 구형 은 나노 입자의 X-선 회절분석 그래프이다.
도 4는 판상형 은 나노 플레이트와 구형 은 나노 입자를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선의 표면 전자현미경 사진이다.
도 5는 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선을 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 후에 관찰한 표면 전자현미경 사진과 단면 전자현미경 사진이다.
도 6은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선의 소결온도에 따른 비저항을 나타내는 그래프이다.
도 7은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성하고 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 배선의 접착강도를 보여주는 그래프이다.
도 8은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성하고 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 배선의 반복적인 굽힘 회수에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트의 혼합비율에 따른 전도성 배선의 표면 및 단면 전자현미경 사진과 단면의 기공 비율을 나타내는 그림이다.
도 10은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트의 혼합비율과 소결 온도에 따른 전도성 배선의 비저항 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예 따른 실험데이터를 이용하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

전도성 페이스트 또는 잉크 조성물을 이용해서, 전도성 배선 또는 전극을 형성하기 위하여, 먼저 용매열 합성법(Solvothermal method)를 이용하여 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 합성하였다.

본 실시예에서 사용된 은 나노 플레이트는 수열 및 용매열 합성법과 같은 용액 기반의 합성 방법을 이용하여 표면에너지의 이방성을 표면 안정제(capping agent)를 통해 제어함으로써 제조하였다. 그러나 본 발명에서 사용되는 나노플레이트는 특정 제조방법에 한정되지 않으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트의 원자힘 현미경 사진 및 두께 분석 결과 그래프이다. 이에 따르면 본 실시예에서 사용된 판상형 나노 플레이트는 삼각형의 평면 형상을 갖는다. 그리고 각 변의 길이가 약 300nm이며, 두께가 약 30nm이다.

그리고 도 2는 본 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트의 크기 분포를 나타낸 그래프이다. 본 실시예에서 사용된 삼각형의 평면 형상을 갖는 은 나노 플레이트는 한 변의 길이가 100 ~ 400nm 범위이고, 길이방향의 평균적인 길이는 약 235nm이며, 두께는 50nm 이하이다.

그리고 구형상의 은 나노 입자는 지름이 20 ~ 80nm 범위이며, 본 발명에서는 그 제조방법에 특별히 한정되지 않고 구형 나노 입자를 제조할 수 있는 모든 방법으로 제조된 입자를 사용할 수 있다.

도 3은 본 실시예에서 사용된 판상형 은 나노 플레이트와 구형 은 나노 입자의 X??선 회절분석 그래프이다. 이에 따르면, 판상형 은 나노 플레이트와 구형 은 나노 플레이트 모두에서 은을 제외한 다른 물질에 대한 회절 패턴은 관찰되지 않았다. 또한 판상형 은 나노 플레이트는 (111)면과 (222)면의 피크가 특히 강하게 나타났으며, 이는 판상형 나노 플레이트가 상대적으로 표면에너지가 낮은 (111)면으로 성장한 것을 의미한다.

다음으로 이상에서 설명한 것과 같은 구형 나노입자 및 판상형 나노 플레이트를 각각 에탄올에 분산시켜 전도성 필러를 포함하는 잉크용 조성물을 제조하였고, 이 잉크용 조성물로 전도성 잉크를 제조하였다. 그리고 제조된 전도성 잉크를 이용해서 실온에서 잉크젯 인쇄 방법으로 전도성 배선을 형성하였고, 배선이 형성된 기판을 대기분위기에서 200℃로 한 시간 동안 소결하였다.

도 4는 판상형 은 나노 플레이트와 구형 은 나노 입자를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선의 표면 전자현미경 사진이다.

(A)는 전도성 필러로 판상형의 은 나노 플레이트를 100중량% 포함한 전도성 잉크를 이용하여 형성된 배선의 표면 전자현미경 사진이고, (B)는 구형의 은 나노 입자를 전도성 필러로서 100중량% 포함한 전도성 잉크를 이용하여 형성된 배선의 표면 전자현미경 사진이다.

(A)에서 삼각형 형태의 나노 플레이트가 평행하게 배열되어 치밀한 미세조직을 갖는 것을 확인할 수 있으며, (B)에서는 나노 플레이트를 이용하여 형성된 배선의 미세조직과 비교하여 다량의 기공이 관찰된다.

도 5는 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선을 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 후에 관찰한 표면 전자현미경 사진과 단면 전자현미경 사진이다.

(A)와 (B)는 구형 은 나노 입자를 100중량% 사용한 전도성 잉크를 이용하여 형성된 전도성 배선의 표면과 단면 사진이며, (C)와 (D)는 판상형 은 나노 플레이트를 100중량% 사용한 전도성 잉크를 이용하여 형성된 전도성 배선의 표면과 단면 사진이다. 구형의 은 나노 입자만을 이용한 경우, 입자간 소결은 충분히 잘 이루어졌으나, 표면 및 내부에 많은 기공이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 반면에 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하였을 때에는 기공이 크게 감소한 것을 관찰할 수 있으며, 삼각형 형상의 나노 플레이트가 소결되어 연결된 것을 확인할 수 있다.

상기한 것과 같이 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 각각 전도성 필러로 100중량% 이용하여 형성된 전도성 배선의 전기적 특성과 기계적 특성을 비교하였다.

도 6은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성된 전도성 배선의 소결온도에 따른 비저항을 나타내는 그래프이다.

상온, 200℃ 및 300℃의 모든 온도에서, 판상형 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용한 경우가 구형 나노입자를 사용한 경우보다 낮은 비저항 값을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 이는 충진성의 향상에 따른 미세조직 개선의 결과라고 판단된다.

도 7은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성하고 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 배선의 접착강도를 보여주는 그래프이다. 접착강도는 전도성 배선에 일정 하중의 스크래치 블래이드(scratch blade)를 이용하여 힘을 가한 후 저항의 변화를 관찰하여 확인하였다.

구형의 은 나노 입자를 전도성 필러로 100중량% 사용한 경우, 2 gf의 작은 하중이 인가되어도 저항이 급격하게 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 판상형의 은 나노 플레이트를 이용한 경우에는 24 gf의 하중으로 배선에 스크래치를 내도 낮은 저항을 유지하였다. 이러한 결과를 통해 기판과의 접착성 및 배선의 기계적 강도를 확인할 수 있으며, 판상형 은 나노 플레이트를 사용한 경우가 구형 은 나노 입자를 사용한 경우보다 기판과의 접착력 및 기계적 강도가 높은 것을 알 수 있다.

도 8은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트를 전도성 필러로 이용하여 형성하고 대기분위기에서 200℃로 1시간 동안 소결한 배선의 반복적인 굽힘 회수에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 굽힘 실험은 은 배선이 형성된 고분자 기판을 패턴이 5mm의 간격으로 마주보도록 구부린 후, 기판의 끝을 앞과 뒤로 25mm범위에서 분당 170 사이클로 반복하여 이동시킴으로써 구부리고 펴는 동작을 재현하면서 저항의 변화를 관찰한 것이다.

(A)는 구형 나노 입자를 100중량% 이용한 전도성 배선을 이용한 결과이며, 708 사이클에서 저항이 10,000배 이상 급격하게 증가하였다. (B)는 판상형 나노 플레이트를 100중량% 이용하여 테스트 한 결과이며, 800,000 사이클을 반복하여도 급격한 저항의 증가가 관찰되지 않았다. 이를 통하여 판상형 나노 플레이트를 전도성 필러로 포함한 전도성 페이스트 및 잉크를 이용하여 형성된 전도성 배선이 밴딩(bending)에 대하여 우수한 기계적 특성을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 이는 충진성의 향상에 따른 치밀한 미세조직에 기인한 것이라고 사료된다.

상기와 같은 분석 결과를 종합하면, 판상형 나노 플레이트를 이용하였을 경우, 충진성의 향상을 통해 더욱 치밀화된 미세조직을 얻을 수 있으며, 향상된 미세조직으로 인하여 전기적 특성과 기계적 특성이 우수한 전도성 배선 또는 전극을 형성할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 기판에의 접착력이 뛰어나기 때문에 연성기판에 적용하기에 적합한 것을 알 수 있다.

그리고 구형 나노 입자와 판상형 나노 플레이트를 혼합한 전도성 필러를 이용하여 형성된 전도성 배선의 특성을 확인하기 위하여, 구형 나노 입자와 판상형 나노 플레이트의 혼합 비율을 조절하여 전도성 잉크를 제조하고 배선을 형성하였다.

도 9는 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트의 혼합비율에 따른 전도성 배선의 표면 및 단면 전자현미경 사진과 단면의 기공 비율을 나타내는 그림이다. (A), (B), (C), (D)는 각각 구형 나노입자를 100, 70, 30, 0 중량%로 판상형 나노 플레이트에 혼합한 조성물을 이용하여 제조된 전도성 잉크를 잉크젯 인쇄하여 형성한 전도성 배선을 200℃에서 1시간 동안 소결한 후의 표면 미세조직 사진이고, (A-1), (B-1), (C-1), (D-1)은 단면 미세조직 사진이며, (A-2), (B-2), (C-2), (D-2)는 (A-1) 내지 (D-1)를 흑백 처리하여 단면의 기공 비율(porosity)을 확인한 그림이다.

표면 및 단면 미세조직 사진을 통해서 판상형 나노 플레이트의 분율이 높을 수록 조직이 치밀한 것을 볼 수 있으며, 이는 단면의 기공률 분석 결과에서 수치적으로 확인할 수 있다.

한편, 미세조직 사진에서 판상형의 나노 플레이트는 그 형상이 상당부분 남아있는 반면에, 구형 나노 입자는 그 형상을 알아보기 어려운 점에서, 입자간의 소결은 구형 나노 입자가 뛰어난 것으로 볼 수 있다.

도 10은 구형 은 나노 입자와 판상형 은 나노 플레이트의 혼합비율과 소결 온도에 따른 전도성 배선의 비저항 변화를 나타내는 그래프이다. 그래프에 표시된 중량%는 판상형 은 나노 플레이트의 중량%를 나타낸다.

소결공정을 거치기 전 25℃의 실온에서는 판상형 은 나노 플레이트만을 전도성 필러로 사용한 전도성 배선의 비저항이 가장 낮게 나타났으며, 판상형 은 나노 플레이트의 양이 감소할수록 비저항이 높아지는 것으로 나타났다. 소결 전에는 전도성 배선의 비저항이 충진성에만 의존하게 되어, 판상형 나노 플레이트의 분율이 높을수록 비저항이 낮은 것으로 판단된다.

200℃에서 한 시간 동안 소결한 경우는, 판상형 은 나노 플레이트를 70중량% 포함하는 전도성 필러를 사용한 전도성 배선의 비저항이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 100중량%의 나노 플레이트를 포함하는 전도성 배선이 그 다음으로 낮은 비저항을 나타낸다. 이는 소결공정을 거친 뒤에는 충진성과 더불어 입자간 소결성이 배선의 전기적 특성에 영향을 미치기 때문인 것으로 판단되며, 200℃에서 한 시간 동안 소결한 경우 상대적으로 비표면적이 큰 구형 나노입자는 충분한 소결이 이루어지나 판상형 나노 플레이트는 충분한 소결이 이루어지지 못하기 때문에, 구형 나노입자가 30중량% 혼합된 경우에 전체적인 소결성이 향상되어 비저항이 낮아진 것으로 여겨진다.

반면에 구형 나노 입자의 분율이 50% 이상인 경우에는 구형 나노입자가 첨가되지 않은 배선에 비해 높은 비저항을 나타내었으며, 구형 나노 입자로만 이루어진 전도성 배선은 가장 높은 비저항을 나타내었다. 이는 구형 나노 입자의 분율이 높아짐에 따라서 충진율이 떨어지기 때문인 것으로 판단되며, 결국 전도성 배선의 전기적 특성은 소결성에 의한 영향보다 충진성에 의한 영향이 더 큰 것을 확인 할 수 있다.

300℃에서 한 시간 동안 소결한 경우는, 200℃와 비교하여 전체적으로 비저항이 감소하는 것을 확인하였다. 특히 판상형 나노 플레이트만을 전도성 필러로 사용한 전도성 배선이 구형 나노입자를 30중량% 첨가한 전도성 배선과 유사한 비저항을 나타내었으며, 이는 300℃의 온도에서는 판상형 나노 플레이트도 충분히 소결되기 때문인 것으로 판단된다.

상기와 같은 실시예를 통하여 인쇄 공정을 통해 형성된 나노 입자 기반의 전도성 배선 및 전극의 문제점을 해결하기 위한 방법을 구체적으로 제시하였으며, 우수한 전기적, 기계적 특성을 갖는 전도성 배선을 실제로 제작하여 제시된 방법의 가능성을 뒷받침하였다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

1. 전도성 배선 또는 전극을 형성하기 위하여 사용되는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물에 있어서,
   상기 조성물이 전도성 필러(filler)를 포함하고,
   상기 전도성 필러가 전도성 나노 플레이트(nano-plate)를 포함하여 구성되며,
   상기 전도성 나노 플레이트는 평면형상이 다각형인 판형상이며, 다각형의 각 변의 길이가 수백 nm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전도성 필러가 상기 전도성 나노 플레이트를 51~100중량% 포함하고 나머지가 전도성 입자인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전도성 나노 플레이트의 평면 형상이 삼각형인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 전도성 나노 플레이트의 두께가 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전도성 입자가 구형 나노 입자인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 구형 나노 입자의 지름이 5~100nm 범위인 것을 특징으로 하는 전도성 페이스트 또는 잉크용 조성물.
7. 기판 위에 인쇄 공정으로 형성되는 전도성 배선 또는 전극으로서,
   상기 인쇄에 사용되는 전도성 페이스트 또는 잉크가 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 조성물을 이용하는 것을 특징으로 하는 전도성 배선 또는 전극.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 인쇄에 사용되는 전도성 페이스트 또는 잉크를 300℃ 이하에서 소결하는 것을 특징으로 하는 전도성 배선 또는 전극.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 인쇄 공정이 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 및 오프셋(off-set) 인쇄를 포함하는 접촉식 인쇄 공정인 것을 특징으로 하는 전도성 배선 또는 전극.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 인쇄 공정이 잉크젯 인쇄와 전기유체역학 분사인쇄를 포함하는 비접촉식 인쇄 공정인 것을 특징으로 하는 전도성 배선 또는 전극.
11. 청구항 7에 기재된 전도성 배선 또는 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자소자.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자소자가 태양전지, 디스플레이, 반도체, 인쇄회로기판 및 무선인식 태그 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 전자소자.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 재질이 폴리이미드와 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 연성 기판인 것을 특징으로 하는 전자소자.

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