WO2015072636A1

WO2015072636A1 - 단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조와 다이폴 태그 안테나로의 응용

Info

Publication number: WO2015072636A1
Application number: PCT/KR2014/004687
Authority: WO
Inventors: 장정식; 신근영
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-05-21
Also published as: KR101555753B1; US20160160359A1; US9945038B2; KR20150056963A

Abstract

본 발명은 단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조와 다이폴 태그 안테나에의 응용에 관한 것으로, 비활성 기체 분위기 하 염산에 의해 구리 분말 표면을 식각하고, 인산 수용액을 첨가하여 상기 식각된 구리 분말 표면에 구리 인산염을 형성한 후, 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트를 도입하여 상기 구리 인산염이 형성된 구리 분말 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성하며, 원심분리기와 마노유발기을 이용하여 고점도의 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조하는 방법을 제공하며, 스크린 프린팅을 이용하여 유연성 필름 위에 구리 페이스트 박막을 제조시 고효율의 다이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 제시한다.

Description

단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조와 다이폴 태그 안테나로의 응용

본 발명은 전기 전도성을 갖는 구리 페이스트 (copper paste) 제조 방법과 다이폴 태그 안테나로의 응용에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구리 분말에 염산 (hydrochloric acid) 수용액을 도입하여 구리 표면을 식각 (etching)하고, 인산 (phosphoric acid) 수용액, 비닐 이미다졸-실란 공중합체 (Vinyl imidazole-silane copolymer)와 폴리스타이렌술포네이트 (poly(4-styrenesulfonate) 를 도입하여 구리 분말 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성한 뒤, 원심분리법 (centrifuge method)을 이용하여 다이폴 태그 안테나 (dipole tag antenna)용 구리 페이스트를 제조하는 방법을 제공한다.

현재 전자 재료로서 실리콘과 같은 바인더 수지 내에 전도성 물질을 혼입 분산시켜 일정한 점도 (viscosity)를 갖는 전도성 페이스트의 형태를 주로 사용하고 있다. 이러한 전도성 페이스트의 형태는 최종적으로 산화방지 (antioxidation)를 위해 아크릴 (acryl), 에폭시 (epoxy), 에스테르 (ester) 등의 열 경화성 수지 (thermoset resin) 를 이용하여 경화시켜 사용된다.

이러한 전도성 페이스트에 첨가되어 전도성을 부여하기 위한 전도성 필러 (filler)로써는 카본블랙 (carbon black), 흑연 (graphite)과 같은 탄소계 화합물, 은, 니켈 등과 같은 각종 금속분말, 각종 비도전성 분체나 단섬유 등의 표면을 은과 같은 금속으로 처리한 것 등이 있다. 특히, 은 분말을 사용한 은 페이스트는 표면 저항 (surface resistance) 값이 10^-4 Ω/□(square) 으로 매우 우수한 전도성을 갖고 있어 다양한 분야의 전자 재료로서 널리 사용되어 왔다.

하지만, 상기와 같은 은 분말을 이용한 페이스트는 다른 금속 재료들에 비해 가격이 매우 고가 (700 달러/kg) 라는 단점이 있기에, 이를 대체할 수 있는 재료로서 비교적 값이 싼 구리 페이스트가 출현하게 되었다. 구리 페이스트는 은 페이스트에 비해 가격면에서 월등히 유리하고 (7 달러/kg) 전도성 면에서도 큰 차이가 없어 가격 대비 전도도 성능이 높다는 장점을 갖기에 경제성의 면에서 전자 재료로서 그 활용도가 급속히 증가하고 있는 추세이다

그러나, 상기와 같은 구리 페이스트의 큰 단점으로는 바로 은이나 다른 금속들에 비해 쉽게 산화가 된다는 것이다. 즉, 구리 페이스트를 전자 재료에 적용 후 오랜 시간이 지나게 되면 공기중의 산소 또는 바인더 수지 중에 포함된 산소가 구리 분말과 화합하여 구리 입자의 표면을 산화시키게 되어 전도성이 급격히 저하되게 되어 전자재료로서의 기능을 상실하게 되는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 부식 방지제를 첨가하여 구리 표면에 부식 방지 코팅층을 형성하였다. 대표적인 부식 방지제로 다양한 이미다졸 화합물이 제안되었다. 2-알킬이미다졸(2-alkylimidazole), 2-아릴이미다졸(2-arylimidazole), 2-알킬벤즈이미다졸(alkylbenzimidazole),2-아르알킬벤즈이미다졸(2-aralkylbenzimidazole) 및 2-아르알킬이미다졸(2-aralkylimidazole) 등과 같은 이미다졸 화합물을 함유하는 표면 처리제가 사용되어 구리 표면의 산화를 효과적으로 방지할 수 있었지만, 150℃ 이상의 열 처리 공정시 심각한 열이력이 발생하게 된다. 그 결과, 표면의 산화막 형성이 촉진되어 전도성이 급격히 저하되게 된다.(출원번호 10-2011-7002997)

또한, 상기와 같은 구리 페이스트의 경우 양호한 전도성을 나타내기 위해서는 바인더 수지 내에 구리 분말이 균일하게 분포되어야 하는데, 기존의 일반적인 구리 페이스트 조성물에 의하게 되면 배합시 수지 내에서 구리 분말의 분산 상태가 좋지 않아 전자재료 적용 후 구리 분말이 제대로 분포되지 않은 부위를 통해 부식이 발생하는 문제가 있다. (출원번호 10-2006-0137527)

한편, 구리 페이스트를 전자 재료에 응용하기 위해서는 필연적으로 선택적인 패턴 형성 과정이 필요하고, 종래에는 주로 반도체 공정기술인 포토리소그라피 (photolithography) 기술을 바탕으로 이루어지고 있지만, 이러한 기술은 대면적 패터닝, 공정 단가 및 시간 등에서 상당한 제약을 받고 있다. 따라서 간단하고 저비용이며 친환경적인 공정 기술로써, 스크린 프린팅을 이용하여 구리 기반 패터닝 공정 방법을 대체할 수 있다 (참조: Current Applied Physics, 2012, vol. 12, pp 473-478). 특히, 적은 양의 전도성 잉크 (conducting ink)를 사용하여 원하고자 하는 형태로 대면적 패터닝할 뿐만 아니라, 단시간에 패터닝 할 수 있다는 점에 있어서 광학적 패터닝과 차별되는 친환경적, 경제적인 공정기술이다. 무엇보다도, 전도성 잉크가 스크린 프린팅의 개구부가 형성된 미세 메쉬 (mesh)를 통해 유연한 기판 (substrate) 위에 효율적으로 도포될 수 있다는 면에서 다양한 플렉서블 전기장치 (flexible electronic device) 에 응용되고 있다.

따라서, 오랜 기간 부식이 방지되고, 전기전도도 및 내열성 특성이 우수하며 구리 분말의 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조하는 방법이 절실히 요구된다. 무엇보다도, 이미다졸 화합물에 실란 처리 (silane treatment)을 이용하여 구리 표면에 부식 방지층의 접착성을 향상시키고, 구리 페이스트 전극의 유연성이 유지되며, 균일한 저항 특성을 갖기 위해 고점도의 고분자 기반 상용화제 혹은 바인더를 첨가하여 추가적인 열 경화 공정이 필요없이 바인더를 제조하는 방법이 강력히 요구된다. 또한, 상기 제조된 구리 페이스트를 스크린 프린팅용 전도성 잉크로 사용하여 유연성 필름 위에 전극 물질을 간단하고 빠르게 도포 후, 원하는 모양과 크기를 갖는 구리 페이스트 전극을 제조하여 다양한 전기/전자 소자에 적용이 가능할 수 있다.

본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 문제점들을 일거에 해결하고자 구리 분말에 염산 수용액을 첨가하고, 인산 수용액, 비닐 이미다졸-실란 공중합체를 도입하여 상기 구리 분말 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성한 후, 바인더 (binder) 및 상용화제(compatibilizer)인 폴리스타이렌술포네이트를 도입하고, 원심분리법을 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 상기 구리 페이스트가 스크린 프린팅을 이용하여 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 박막을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이제껏 알려진 방법과는 전혀 다른 방법, 즉 수지 및 경화제를 이용하여 금속 페이스트 조성물을 제조하지 않았으며, 구리 분말에 인산 수용액, 비닐 이미다졸-실란 공중합체 및 폴리스타이렌술포네이트를 첨가하는 일련의 부식 방지 공정을 통해 전기 전도도 및 내열성이 우수하고, 균일한 저항 특성을 갖는 구리 페이스트 제조가 가능함을 확인하고, 제조된 구리 페이스트를 스크린 프린팅 잉크로 적용하여 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조가 가능함을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 구리 분말에 염산 수용액, 인산 수용액, 비닐 이미다졸-실란 공중합체, 폴리스타이렌술포네이트를 도입하고, 원심분리법을 이용하여 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트를 제조하는 것을 내용으로 한다.

본 발명에 따른 단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조 방법은,

(A) 비활성 기체 주입 하 구리 분말에 염산 수용액을 도입하여 구리 분말 표면을 식각하는 단계;

(B) 상기 표면이 식각된 구리 분말에 인산 수용액을 도입하여 구리 인산염을 형성하는 단계;

(C) 상기 구리 인산염이 형성된 구리 분말에 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가하여 부식 방지용 코팅층을 형성하는 단계; 및,

(D) 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 분말에 원심분리기와 마노유발기를 이용하는 것을 특징으로 하는 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조하는 단계로 구성되어 있다.

본 명세서에서 특별히 명시되지 않는 한, 시간, 온도, 함량, 크기 등의 수치 범위는 본 발명의 제조 방법을 최적화할 수 있는 범위를 의미한다.

본 발명에 따른 단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조 방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 단일 공정 하 구리 분말에 부식 방지제를 첨가하고 원심분리법을 이용하여 내열성 및 전기전도도가 우수한 구리 페이스트를 손쉽게 제조할 수 있고, 스크린 프린팅을 통해 원하는 모양, 크기와 균일한 두께를 갖는 구리 페이스트 박막을 손쉽게 형성하는 기술을 제공하였고, 상대적으로 가격 경쟁력이 우수한 구리 분말을 활용함으로써, 저가로 대량 생산하는데 유리함을 제공하였다. 또한, 상기 기술에 의해 제조된 구리 페이스트 박막은 균일한 전기전도도 특성을 갖을 수 있었고, 외부 힘에 의한 접힘 (bending) 시, 높은 유연성 특성을 유지할 수 있었을 뿐만 아니라, 고효율 다이폴 태그 안테나 특성을 보였으며, 제조된 구리 페이스트 박막 기반 다이폴 태그 안테나는 사물을 인식하는 공항 금속 탐지기 및 인간 신체 센서 네트워크 등의 신호 수신장치에의 응용 및 구현이 가능할 것으로 여겨진다.

도 1a는 본 발명의 실시예 1, 8, 15에서 제조된 구리 페이스트 제조 방법을 나타내는 그림이며;

도 1b는 도 1a의 A 부분을 확대하여 도시한 구성도이며;

도 2는 본 발명의 실시예 24에서 제조된 구리 페이스트 박막의 집속이온빔 후 주사전자현미경 사진이며;

도 3은 본 발명의 실시예 24에서 제조된 구리 페이스트 박막의 엑스레이 광전 분석을 나타내는 그래프이며;

도 4a는 본 발명의 실시예 24, 26, 29, 30, 31에서 필름 두께에 따른 구리 페이스트 박막의 저항 특성을 나타내는 그래프이며;

도 4b는 도 4a와 관련된 시편을 나타낸 사진이며;

도 4c는 본 발명의 실시예 24, 26, 29, 30, 31에서 접힘 반경 및 횟수에 따른 구리 페이스트 박막의 저항 특성을 나타내는 그래프이며;

도 4d는 도 4c와 관련된 시편을 나타낸 사진이며;

도 5는 본 발명의 실시예 32에서 제조된 구리 페이스트 박막 기반 다이폴 태그 안테나의 성능을 나타내는 그래프이다.

단계 (A)에서 사용된 구리 분말의 경우, 판상의 플레이크 (flake), 구형 (spherical), 비드 (bead), 덴드라이트 (dendrite) 형태가 바람직하며, 크기는 1 ~ 10 ㎛ 인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 상기 범위보다 많거나 적을 수 있다.

반응기의 구성은 비활성 기체 분위기가 유지되면서 용액 상에 분산된 화학물질을 투입할 수 있는 투입부로 될 수 있으나, 그 모양과 크기가 한정된 것이 아니라, 용도에 맞게 구성을 새로이 할 수 있다. 비활성 기체 분위기 하에서 상기 용액 상에 분산된 화학물질은 주사기 (syringe)에 의해 투입부를 통해 반응기 내부로 유입될 수 있다.

반응기 내부에서 일어나는 모든 반응은 상온에서 진행하는 것이 바람직하며, 교반 속도는 300 ~ 1000 rpm인 것이 바람직하다. 교반 속도가 300 rpm 이하이면 원할한 반응이 일어날 수 없고, 1000 rpm 이상이면 수용액 상에 기포가 발생하여 비활성 기체 분위기 하에서 반응을 성공적으로 진행할 수 없다.

반응기 내부에 위치시키는 구리 분말의 최대 부피는 반응기 부피의 절반인 것이 바람직하다. 상기 구리 분말의 부피가 반응기 부피 절반 이상일 경우, 과도한 구리 분말의 양으로 인해 표면의 부식 방지 처리가 원할하게 일어나기 어렵다.

비활성 기체로 질소, 아르곤, 헬륨 가스 등이 적당하나, 가스의 종류에 상관없이 비활성 기체로 사용될 수 있는 가스는 모두 사용할 수 있으므로, 그 범위가 한정되는 것은 아니다.

효과적인 구리 분말의 표면 식각 처리를 위해 염산을 사용하였으며, 상기 염산은 수용액 상에서 0.5 ~ 1 몰농도 (M)인 것이 바람직하며, 반응 시간의 경우 최소 1분 이상인 것이 바람직하다. 첨가되는 염산 수용액의 부피는 구리 1 g 에 대하여 1 ~ 2 밀리리터 (mL)인 것이 바람직하다.

단계 (B)에서 인산 처리를 통한 구리 인산염 수용액을 형성하기 위해서 첨가된 인산은 극성 용매인 수용액 상에서 1 ~ 2 M 인 것이 바람직하며, 반응 시간의 경우 최소 1분 이상인 것이 바람직하다. 첨가되는 인산 수용액의 부피는 구리 1 g 에 대하여 3 ~ 5 mL 인 것이 바람직하다.

단계 (C)에서 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트 수용액은 라디칼 중합에 의해 제조하며, 사용된 개시제 (initiator)로는 2,2-아조비스이소부티로니트릴 (azobisisobutyronitrile)을 비롯한 일반적인 용액 중합에 사용되는 개시제들이 가능하다.

비닐 이미다졸-실란 공중합체 제조를 위한 실란 단량체로는 비닐 트리메톡시 실란, 비닐 트리에톡시 실란, 비닐 트리아세톡시 실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 알릴 트리메톡시실란, 메타아크릴옥시 프로필 트리메톡시실란 등의 비닐기를 가지는 실란을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

비닐 이미다졸-실란 공중합체 제조를 위한 라디칼 공중합시 실란 단량체의 첨가량은 비닐 이미다졸과 실란 단량체 총 부피 100 에 대하여 5 ~ 20 부피비인 것이 바람직하며, 개시제의 농도는 비닐 이미다졸과 실란 단량체 중량부 100 에 대하여 0.05 ~ 0.5 중량부인 것이 바람직하다.

공중합 시간은 12 ~ 24 시간인 것이 바람직하다. 공중합 시간이 12 시간 미만이면, 단량체들이 충분히 공중합체로 형성되지 않을 수 있으며, 12 시간 이상이면, 공정 시간이 길어져서 공정상의 시간 및 비용에서 바람직하지 않다.

공중합에 필요한 반응 온도는 용액 중합에 사용되는 개시제가 라디칼을 형성하여 단량체들이 중합을 일으킬 수 있는 50 ~ 70 ℃ 가 바람직하다.

첨가되는 비닐 이미다졸-실란 공중합체의 부피는 구리 분말 1 g 에 대하여 0.5 ~ 1 mL 인 것이 바람직하다.

폴리스타이렌술포네이트 수용액 중합시 스타이렌술포네이트 단량체와 개시제의 비는, 단량체 100 몰에 대하여 0.1 ~ 0.2 몰 비인 것이 바람직하며, 중합에 필요한 반응 온도는 용액 중합에 사용되는 개시제가 라디칼을 형성하여 스타이렌술포네이트 단량체가 중합을 일으킬 수 있는 40 ~ 50 ℃ 가 바람직하다. 중합 시간은 스타이렌술포네이트 단량체가 고분자로 완전히 중합되는데 소요되는 통상의 중합 반응 시간이 바람직하며, 보통 6 ~ 24 시간이 바람직하다.

첨가되는 폴리스타이렌술포네이트 수용액의 부피는 구리 분말 1 g 에 대하여 0.5 ~ 1 mL 인 것이 바람직하며, 부식 방지용 코팅층 형성을 위한 교반 시간은 1 ~ 3 시간인 것이 바람직하다.

단계 (D)에서 원심분리기에 있어서, 구리 페이스트의 침전속도는 5,000 에서 10,000 rpm 인 것이 바람직하며, 침전시간은 5 에서 30 분인 것이 바람직하다.

효과적인 구리 페이스트 제조를 위해서 1차적으로 수득된 구리 페이스트는 에탄올에 재분산 후, 2 차례에 걸쳐 원심분리법 공정을 진행하는 것이 바람직하다.

상기 원심분리법 공정에 의해 수득된 구리 페이스트는 마노유발기를 이용하여 분산성을 향상시킬 수 있다.

상기 구리 페이스트는 스크린 프린팅을 이용하여 다이폴 태그 안테나를 제조한다.

사용되는 스크린 프린터로는 썬메카닉스 (Sunmechanix, SM-S550) 에서 사용되는 전자소자 인쇄 패턴용 프린터가 바람직하나, 일정 패턴을 이루는 개구부가 형성된 마스크의 미세 메쉬와 소수성 잉크를 도포하기 위한 스퀴지(squeeze) 및 상기 마스크 하부에 멤브레인을 지지하는 스테이지 모듈에 의해 제어되어 구리 페이스트 잉크를 정확히 프린팅 할 수 있는 프린터는 모두 사용할 수 있으므로, 그 범위가 한정되는 것은 아니다.

사용되는 지지체로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 프린팅 장비에 적용가능한 것이면 사용될 수 있다. 그 중에서도 유연성이 좋고 투명도 (transparency)가 뛰어난 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneteleptalate), 폴리이미드 (polyimide) 필름 등의 고분자 필름이 바람직하다.

프린팅된 구리 페이스트 박막은 마스크 작업을 통해 원하는 형태와 크기를 자유롭게 조절 가능하고, 상기 프린팅된 구리 페이스트 박막의 두께는 미세 메쉬의 간격에 의해 조절될 수 있으며, 1 cm 간격 안에 270 ~ 300 개의 미세메쉬가 포함된 마스크를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 스크린 프린터의 인쇄 속도가 4,500 ~ 6,000 rpm 인 것이 바람직하다.

상기 제조된 구리 페이스트 박막은 미세 메쉬에 의해 수십에서 수백 mm 의 사각형 혹은 링 형태 (ring pattern) 가 바람직하지만, 그 모양이나 길이 및 형태가 한정된 것은 아니다.

상기 제조된 구리 페이스트 박막 기반의 다이폴 태그 안테나 성능을 측정하기 위해 박막의 양 말단부에 전도체 금속을 이용하여 박막과 연결하고 전류가 흐를 수 있는 다이폴 태그 안테나 전극을 구성한다. 금속케이블과 구리 페이스트 박막의 연결을 위해 사용되는 것으로는 구리 테이프 (copper tape), 실버 페이스트 (silver paste)와 상기 제조된 구리 페이스트가 바람직하다.

상기 구리 페이스트 박막 기반 다이폴 태그 안테나 성능을 측정하기 위해 안테나 분석기 (E5071B ENA RF network analyzer, Agilent technologies) 포트의 케이블을 연결하여 회로를 구성하고, 안테나 분석기를 통해 다이폴 안테나의 동작 주파수 (bandwidth), 정재파비 (voltage stading wave ratio) (VSWR), 반사계수 (return loss), 전력 전송효율 (transmitted power efficiency) 및 인식 거리 (recognition distance) 를 계산한다.

상기 구리 페이스트 박막 기반 다이폴 태그 안테나와 안테나 분석기 포트 사이에 출력단과 입력단을 연결할때, 서로 다른 두 연결단의 임피던스 차에 의한 반사를 줄여 전력 전송을 최대화하기 위한 임피던스 매칭은 50 Ω으로 맞추는 것이 바람직하다. 이는 발진 가능성이 훨씬 줄고 또한 고주파까지 임피던스를 유지하기가 상대적으로 유리할 수 있다.

다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 박막의 두께는 최대 30 ㎛인 것이 바람직하다.

이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

구리 분말 10 g 과 교반기 (stirrer) 를 100 mL 유리 반응기 내에 위치시키고, 비활성 기체인 질소 가스를 반응기 내에 투입한 후, 1 M 염산 수용액 15 mL 를 syringe 에 의해 천천히 주입함에 따라, 구리 분말의 표면이 식각되는 것을 확인할 수 있었다. 이 때 교반 속도는 500 rpm 으로 유지시켜준다. 그 후 1.5 M 인산 수용액 40 mL 을 마찬가지로 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.(도 1a 및 도 1b)

실시예 2

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 1 M 염산 수용액 10 mL 를 syringe 에 의해 천천히 주입한 후, 1.5 M 인산 수용액 40 mL 을 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 염산 수용액의 부피가 10 mL 이하일 경우, 구리 표면의 식각이 제대로 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다.

실시예 3

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 1.5 M 인산 수용액 20 mL 을 마찬가지로 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 염산 수용액의 부피가 20 mL 이상일 경우, 구리 표면의 지나친 식각으로 서로 엉김 현상이 발생함을 확인할 수 있었다.

실시예 4

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 인산 수용액 주입에 따른 구리 분말의 식각 공정 후, 1 M 인산 수용액 40 mL 을 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 인산 수용액의 농도가 1 M 이하일 경우, 구리 인산염 수용액이 형성될 수 없음을 확인할 수 없었다.

실시예 5

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 인산 수용액 주입에 따른 구리 분말의 식각 공정 후, 2 M 인산 수용액 40 mL 을 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 인산 수용액의 농도가 2 M 이상일 경우, 과량의 구리 인산염으로 인해 더 쉽게 산화될 수 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 6

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 인산 수용액 주입에 따른 구리 분말의 식각 공정 후, 1.5 M 인산 수용액 30 mL 을 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 인산 수용액의 부피가 30 mL 이하일 경우, 구리 인산염 수용액이 형성될 수 없음을 확인할 수 없었다.

실시예 7

실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여, 인산 수용액 주입에 따른 구리 분말의 식각 공정 후, 1.5 M 인산 수용액 50 mL 을 syringe 를 이용하여 천천히 주입함에 따라 용액의 색깔이 약간 푸른색으로 바뀌게 되면서 구리 인산염 수용액이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 주입된 인산 수용액의 부피가 50 mL 이상일 경우, 과량의 구리 인산염으로 인해 더 쉽게 산화될 수 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 8

2-프로판올 100 ml를 항온조를 사용하고 비활성 기체인 질소 가스 주입 하 60 ℃로 유지하면서 비닐 이미다졸 단량체 9 mL 와 비닐 트리메톡시 실란 단량체 1 mL 을 넣고 교반시키면서 2-프로판올에 완전히 용해되도록 한다. 개시제로 2,2-아조비스이소부티로니트릴을 10 mg 넣어서 12 시간 동안 용액중합을 하여 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 제조한다. 얻어진 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 점도계(Rheometer)로 측정한 결과, 점도가 14 kPa s 로 측정되었다.

상기 제조된 구리 인산염 수용액에 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체 7 mL 을 syringe 에 의해 첨가하여 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성한다.(도 1a 및 도 1b)

실시예 9

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 비닐 트리메톡시 실란 단량체 0.5 mL 을 넣고, 개시제에 의해 라디칼 중합을 통해 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 제조하였으며, 점도계(Rheometer)로 측정한 결과, 점도가 16 kPa s 로 측정되었다. 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 비닐 트리메톡시 실란 단량체의 부피가 0.5 mL 이하일 경우, 저농도의 실란으로 인해 구리 표면에 생성된 부식 방지용 코팅층이 접착성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.

실시예 10

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 비닐 트리메톡시 실란 단량체 2 mL 을 넣고, 개시제에 의해 라디칼 중합을 통해 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 제조하였으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 18 kPa s 로 측정되었다. 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 비닐 트리메톡시 실란 단량체의 부피가 2 mL 이상일 경우, 고농도의 실란으로 인해 구리 표면에 생성된 부식 방지용 코팅층의 두께가 두꺼워져 전기전도도를 떨어트릴 수 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 11

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 개시제 5 mg 을 넣고, 라디칼 중합을 통해 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 제조하였으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 16 kPa s 로 측정되었다. 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 개시제의 부가량이 5 mg 이하일 경우, 모든 단량체가 중합에 이르지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

실시예 12

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 개시제 50 mg 을 넣고, 라디칼 중합을 통해 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 제조하였으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 10 kPa s 로 측정되었다. 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 개시제의 부가량이 50 mg 이상일 경우, 분자량이 적은 올리고머가 제조될 수 있다.

실시예 13

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체 5 mL 를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 상기 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체의 부가량이 5 mL 이하일 경우, 구리 표면에 부식 방지용 코팅층이 형성될 수 없음을 확인하였다.

실시예 14

실시예 8과 마찬가지의 방법을 이용하여, 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체 10 mL 를 구리 인산 수용액에 도입함으로써 구리 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성할 수 있었다. 상기 제조된 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체의 부가량이 10 mL 이상일 경우, 부식 방지용 코팅층 형성하는데 있어 효율성이 떨어지면서 제조 공정상의 비용의 문제가 발생할 수 있다.

실시예 15

수용액 32 ml를 항온조를 사용하여 45 ℃로 유지하면서 스타이렌술포네이트 단량체 16 g을 넣고 교반시키면서 수용액에 완전히 용해되도록 한다. 스타이렌술포네이트 단량체의 개시제로 2,2-아조비스이소부티로니트릴을 15 mg 넣어서 12 시간 동안 용액중합을 하여 수용액 상에서 음의 전하를 갖는 폴리스타이렌술포네이트를 제조하였다. 얻어진 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 점도계로 측정한 결과, 점도가 54 kPa s 로 측정되었다.

상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액 7 mL 을 syringe 에 의해 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 7,000 rpm, 20 분 조건의 원심분리기를 통해 수득물을 회수하고, 에탄올에 재분산하여 2회 반복 원심분리기를 통해 구리 페이스트를 얻을 수 있었다. 상기 얻어진 구리 페이스트는 마노 유발기를 이용하여 구리 분말의 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었다. 얻어진 구리 페이스트를 점도계로 측정한 결과, 점도가 28 kPa s 로 측정되었다.(도 1a 및 도 1b)

실시예 16

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 개시제 12 mg 넣어서 라디칼 중합에 의해 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 제조하였으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 48 kPa s 로 측정되었다.

상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하며, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 25 kPa s 로 측정되었다.

개시제의 부가량이 12 mg 이하일 경우, 모든 단량체가 중합에 이르지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

실시예 17

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 개시제 24 mg 넣어서 라디칼 중합에 의해 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 제조하였으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 50 kPa s 로 측정되었다.

상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하며, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 23 kPa s 로 측정되었다.

개시제의 부가량이 24 mg 이상일 경우, 분자량이 적은 올리고머가 제조될 수 있다.

실시예 18

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액 5 mL 을 syringe 에 의해 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 15 kPa s 로 측정되었다. 폴리스타이렌술포네이트 수용액의 부가량이 5 mL 이하일 경우, 원심분리기 후 제조된 구리 페이스트의 낮은 점도로 인해 스크린 프린팅 잉크로 사용할 수 없음을 확인할 수 있었다.

실시예 19

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액 10 mL 을 syringe 에 의해 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 40 kPa s 로 측정되었다. 폴리스타이렌술포네이트 수용액의 부가량이 10 mL 이상일 경우, 원심분리기 후 제조된 구리 페이스트의 고점도로 인해 스크린 프린팅 잉크로 사용할 수 없음을 확인할 수 있었고, 구리 페이스트의 전도도 역시 낮아지게 됨을 확인할 수 있었다.

실시예 20

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 1시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 50 kPa s 로 측정되었다. 교반 시간이 1 이하일 경우, 구리 페이스트의 분산성이 매우 낮아지게 됨을 확인할 수 있었다.

실시예 21

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 3시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조할 수 있었고, 점도계로 측정한 결과, 점도가 47 kPa s 로 측정되었다. 교반 시간이 3 이상일 경우, 오랜 교반 시간으로 인해 구리 표면이 산화되는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 22

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 교반을 진행하고, 5,000 rpm, 30 분 조건의 원심분리기를 통해 수득물을 회수하고, 에탄올에 재분산하여 2회 반복 원심분리기를 통해 구리 페이스트를 얻을 수 있었으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 35 kPa s 로 측정되었다. 원심분리기의 침전속도가 5,000 rpm 이하일 경우, 수득률이 매우 낮아졌다.

실시예 23

실시예 15과 마찬가지의 방법을 이용하여, 상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 인산염 수용액에 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 교반을 진행하고, 10,000 rpm, 5 분 조건의 원심분리기를 통해 수득물을 회수하고, 에탄올에 재분산하여 2회 반복 원심분리기를 통해 구리 페이스트를 얻을 수 있었으며, 점도계로 측정한 결과, 점도가 55 kPa s 로 측정되었다. 원심분리기의 침전속도가 10,000 rpm 이상일 경우, 수득률이 매우 낮아졌다.

실시예 24

상기 구리 페이스트 잉크를 1 cm 간격 안에 270 개의 미세메쉬가 포함된 마스크를 이용하여 내경과 외경의 지름이 각각 10 mm 및 13 mm 인 링 형태를 디자인하여, 유연한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 5,000 rpm 인쇄 속도로 1 회 프린팅하여 구리 페이스트 박막을 제조하였다.

집속이온빔 (focused ion beam) 후 주사전자현미경 (scanning electron microscope) 으로 분석한 결과, 구리 분말 사이 사이에 50 ~ 70 nm 두께의 구리 인산염, 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체 기반 부식 방지용 코팅층 및 폴리스타이렌술포네이트가 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. (도2)

또한, 엑스레이 광전 분석장비 (X-ray Photoelectron Spectroscopy)(XPS) 의 깊이 분포 (depth profile) 을 통해 약 15 ~ 20 nm 두께의 구리 인삼염과 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체 기반 부식용 방지 코팅층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. (도3)

상기 구리 페이스트 박막의 특성을 분석해 보았다. 버니어 캘리퍼 (Vernier Caliper) 으로 두께를 분석한 결과, 약 36 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 72 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 1 cm 간격 안에 270 개 이하의 미세메쉬가 포함된 마스크를 사용할 경우, 제조되는 구리 페이스트 박막의 두께가 두꺼워져 유연한 필름 위에서 외부 힘에 의해 쉽게 박리(delamination) 될 수 있음을 확인할 수 있었다. (도 4a 내지 도 4d)

상기 제조된 구리 페이스트 박막의 내열성 테스트를 진행해 보았다. 핫 바 (hot bar) 및 핫 프레스 (hot press) 를 이용하여 180 ℃ 에서 1분간 열처리 후 표면 저항을 측정한 결과, 80 mΩ/□ 의 값으로 우수한 내열성 특성을 지님을 확인할 수 있었다.

실시예 25

실시예 24와 마찬가지의 방법을 이용하여 유연한 폴리이미드 필름 위에 1 회 프린팅하여 구리 페이스트 박막을 제조하였다. 제조된 박막의 두께를 측정한 결과 약 65 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 25 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

실시예 26

실시예 24와 마찬가지의 방법을 이용하여 1 cm 간격 안에 300 개의 미세메쉬가 포함된 마스크를 이용하여 구리 페이스트 박막을 제조하였다. 제조된 박막의 두께를 측정한 결과 약 10 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 310 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 1 cm 간격 안에 300 개 이상의 미세메쉬가 포함된 마스크를 사용할 경우, 제조 공정상에 가격이 비싸게 됨을 확인하였다. (도 4a 내지 도 4d)

실시예 27

실시예 24와 마찬가지의 방법을 이용하여 유연한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 4,500 rpm 인쇄 속도로 1 회 프린팅하여 구리 페이스트 박막을 제조하였으며, 두께를 측정한 결과 약 40 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 60 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 인쇄 속도가 4,500 rpm 이하일 경우, 제조된 구리 페이스트 박막의 해상도가 떨어짐을 확인할 수 있었다.

실시예 28

실시예 24와 마찬가지의 방법을 이용하여 유연한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 6,000 rpm 인쇄 속도로 1 회 프린팅하여 구리 페이스트 박막을 제조하였으며, 두께를 측정한 결과 약 30 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 81 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 인쇄 속도가 6,000 rpm 이상일 경우, 구리 페이스트 잉크가 메쉬를 통해 유연한 필름 위에 제대로 증착되기 어려움을 확인할 수 있었다.

실시예 29

실시예 24 에서 제조된 구리 페이스트 박막의 접힘에 따른 표면 저항 특성을 관찰해 보았다. 구리 페이스트 박막에 압축 응력(compressive strain) 을 가했을 경우, 굽힘 반경이 최소 5 mm 일 때, 구리 페이스트 박막 양 끝단 간의 선저항 값이 15 Ω 임을 확인할 수 있었으며, 굽힘 반경이 10 mm 일 때, 구조적인 패킹으로 인해 선저항이 최소 5 Ω 값을 나타내었고, 계속해서 굽힘 반경이 증가할수록 선저항 역시 미세하게 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. (도 4a 내지 도 4d)

실시예 30

실시예 24 에서 제조된 구리 페이스트 박막의 접힘에 따른 표면 저항 특성을 관찰해 보았다. 구리 페이스트 박막에 인장 응력(tensile strain) 을 가했을 경우, 굽힘 반경이 최소 5 mm 일 때, 구리 페이스트 박막 양 끝단 간의 선저항 값이 20 Ω 임을 확인할 수 있었으며, 계속해서 굽힘 반경이 증가할수록 선저항은 감소하여 최대 굽힘 반경 22.5 mm 일 때, 선저항 값이 약 4.5 Ω 임을 확인할 수 있었다. (도 4a 내지 도 4d)

실시예 31

실시예 24 에서 제조된 구리 페이스트 박막의 접힘에 따른 표면 저항 특성을 관찰해 보았다. 구리 페이스트 박막에 압축 응력을 총 500 회 반복적으로 실시한 결과, 접힘 후 플랫한 상태에서의 표면 저항 값이 48 Ω/□ 의 값으로 우수한 기계적 물성을 지님을 확인할 수 있었다. (도 4a 내지 도 4d)

실시예 32

실시예 24 에서 제조된 링 형태의 구리 페이스트 박막의 다이폴 태그 안테나 특성을 분석해 보았다. 상기 구리 페이스트 박막 기반 다이폴 태그 안테나 전극의 양 말단부에 실버 페이스트 및 구리 페이스트를 이용하여 안테나 네트워크 분석기 포트의 0.5 mm 금속케이블과 연결을 진행한다. 임피던스 매칭을 위한 0.5 mm 금속 케이블의 저항은 50 Ω 의 값을 갖는다. 네트워크 분석기를 통해 입ㅇ출력단의 임피던스 값을 측정하여 다이폴 태그 안테나의 성능을 측정한다. 그 결과, 중심 주파수 913.5 MHz, 대역폭 188.4 MHz, 정재파비 1.19, 반사손실 21.2, 전력전송효율 99.2 % 및 인식 거리 3.4 m 의 고효율의 다이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다. (도5)

실시예 33

실시예 1, 8, 15, 24, 32 와 마찬가지의 방법을 이용하여, 구형 구리 분말을 염산 수용액을 통해 식각 처리하고, 인산 수용액을 첨가하여 구리 인산염 수용액을 제조하고, 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 도입하여 부식 방지용 코팅층을 형성하며, 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 제조된 구리 페이스트의 점도를 측정한 결과 24 kPa s 로 측정되었다.

상기 제조된 구리 페이스트를 스크린 프린팅을 이용하여 구리 페이스트 박막을 제조한 결과, 약 33 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 80 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 핫 바 및 핫 프레스를 이용하여 180 ℃ 에서 1분간 열처리 후 표면 저항을 측정한 결과, 85 mΩ/□ 의 값으로 우수한 내열성 특성을 지님을 확인할 수 있었다.

다이폴 태그 안테나 분석을 실시한 결과, 중심 주파수 910.8 MHz, 대역폭 180.5 MHz, 정재파비 1.25, 반사손실 19.1, 전력전송효율 98.8 % 및 인식 거리 3.1 m 의 고효율의 다이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다.

실시예 34

실시예 1, 8, 15, 24, 32 와 마찬가지의 방법을 이용하여, 비드 구리 분말을 염산 수용액을 통해 식각 처리하고, 인산 수용액을 첨가하여 구리 인산염 수용액을 제조하고, 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 도입하여 부식 방지용 코팅층을 형성하며, 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 제조된 구리 페이스트의 점도를 측정한 결과 17 kPa s 로 측정되었다.

상기 제조된 구리 페이스트를 스크린 프린팅을 이용하여 구리 페이스트 박막을 제조한 결과, 약 31 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 110 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 핫 바 및 핫 프레스를 이용하여 180 ℃ 에서 1분간 열처리 후 표면 저항을 측정한 결과, 137 mΩ/□ 의 값으로 우수한 내열성 특성을 지님을 확인할 수 있었다.

다이폴 태그 안테나 분석을 실시한 결과, 중심 주파수 908.3 MHz, 대역폭 80.4 MHz, 정재파비 1.32, 반사손실 17.2, 전력전송효율 98.1 % 및 인식 거리 2.9 m 의 고효율의 다이이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다.

실시예 35

실시예 1, 8, 15, 24, 32 와 마찬가지의 방법을 이용하여, 덴드라이트 구리 분말을 염산 수용액을 통해 식각 처리하고, 인산 수용액을 첨가하여 구리 인산염 수용액을 제조하고, 비닐 이미다졸-비닐 트리메톡시 실란 공중합체를 도입하여 부식 방지용 코팅층을 형성하며, 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가한 후, 2시간 동안 교반을 진행하고, 원심분리기 및 마노 유발기를 이용하여 제조된 구리 페이스트의 점도를 측정한 결과 28 kPa s 로 측정되었다.

상기 제조된 구리 페이스트를 스크린 프린팅을 이용하여 구리 페이스트 박막을 제조한 결과, 약 33 ㎛ 의 값을 나타내었고, 표면 저항을 측정한 결과, 91 mΩ/□ 의 값으로 균일한 표면 저항 특성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 핫 바 및 핫 프레스를 이용하여 180 ℃ 에서 1분간 열처리 후 표면 저항을 측정한 결과, 94 mΩ/□ 의 값으로 우수한 내열성 특성을 지님을 확인할 수 있었다.

다이폴 태그 안테나 분석을 실시한 결과, 중심 주파수 910.3 MHz, 대역폭 140.2 MHz, 정재파비 1.27, 반사손실 18.5, 전력전송효율 98.6 % 및 인식 거리 3.2 m 의 고효율의 다이이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 단일 공정의 부식 방지된 구리 페이스트 제조와 다이폴 태그 안테나에의 응용에 관한 것으로, 비활성 기체 분위기 하 염산에 의해 구리 분말 표면을 식각하고, 인산 수용액을 첨가하여 상기 식각된 구리 분말 표면에 구리 인산염을 형성한 후, 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트를 도입하여 상기 구리 인산염이 형성된 구리 분말 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성하며, 원심분리기와 마노유발기을 이용하여 고점도의 분산성이 우수한 구리 페이스트를 제조하는 방법을 제공하며, 스크린 프린팅을 이용하여 유연성 필름 위에 구리 페이스트 박막을 제조시 고효율의 다이폴 태그 안테나 특성을 갖음을 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리 분말에 일련의 부식 방지 공정을 통해 열 경화 공정 없이 내열성 및 전기전도도가 우수한 구리 페이스트를 단일 공정 하에 손쉽게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명에서 제조될 수 있는 구리 페이스트 박막은 크기와 형태에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 상대적으로 가격 경쟁력이 우수한 구리 분말을 활용함으로써, 저가로 대량 생산하는데 유리함을 제공하였다. 전기적 응용 측면에서 본다면, 상기 제조된 구리 페이스트 박막은 균일한 전기전도도 특성을 갖으며, 외부 힘에 의한 접힘시, 높은 유연성 특성을 유지할 수 있어 고효율 다이폴 태그 안테나 특성을 갖는 구리 페이스트 제조가 가능하다.

Claims

비활성 기체 주입 하에서 구리 분말에 염산 수용액을 도입하여 구리 분말 표면을 식각하는 단계;

상기 표면이 식각된 구리 분말에 인산 수용액을 도입하여 구리 인산염을 형성하는 단계; 및

상기 구리 인산염이 형성된 구리 분말에 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 첨가하여 부식 방지용 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,

상기 부식 방지용 코팅층이 형성된 구리 분말에 원심분리기와 마노유발기를 이용하는 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 구리 분말은 플레이크, 구형, 비드 및 덴드라이트 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 구리 분말의 부피는 반응기 부피의 절반 이하인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 염산 수용액의 부피는 상기 구리 분말 1 g 에 대하여 1 내지 2 밀리리터인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 인산 수용액의 농도는 1 내지 2 몰농도인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 인산 수용액의 부피는 상기 구리 분말 1 g 에 대하여 3 내지 5 밀리리터인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체 공중합시 실란 단량체의 부피는 비닐 이미다졸 및 실란 단량체 총 부피 100에 대하여 5 내지 20 부피비인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체 공중합시 개시제의 농도는 비닐 이미다졸과 실란 단량체 중량부 100에 대하여 0.05 내지 0.5 중량부인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체 공중합시 공중합 시간은 12 내지 24시간인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체 공중합시 반응 온도는 50 내지 70도인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체의 부피는 상기 구리 분말 1 g 에 대하여 0.5 내지 1 밀리리터인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리스타이렌술포네이트 수용액 중합시 라디칼 중합시 개시제의 비는 스타이렌술포네이트 단량체 100몰에 대하여 0.1 내지 0.2 몰 비인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리스타이렌술포네이트 수용액 중합시 반응 온도는 40 내지 50 도인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리스타이렌술포네이트 수용액 중합시 반응 시간은 6 내지 24 시간인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 첨가된 상기 폴리스타이렌술포네이트 수용액의 부피는 상기 구리 분말 1 g 에 대하여 0.5 내지 1 밀리리터 인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 부식 방지용 코팅층 형성을 위한 교반 시간은 1 내지 3 시간인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 원심분리기에 의한 원심분리시 구리 페이스트의 침전속도는 5,000 내지 10,000 rpm인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 원심분리기에 의한 원심분리시 구리 페이스트의 침전시간은 5 내지 30 분인 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 원심분리기에 의한 원심분리시 에탄올에 재분산하는 것을 특징으로 하는, 다이폴 태그 안테나용 구리 페이스트 제조방법.
제1항 내지 제 19항 중의 어느 하나의 제조방법에 의하여 구현된 구리 페이스트.
구리 페이스트를 포함하는 다이폴 태그 안테나의 제조방법으로서,

상기 구리 페이스트를 구현하기 위하여 제1항 내지 제 19항 중의 어느 하나의 제조방법을 포함하는, 구리 페이스트를 포함한 다이폴 태그 안테나 제조방법.
제21항에 있어서, 상기 다이폴 태그 안테나 제조시 사용된 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리이미드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 구리 페이스트를 포함한 다이폴 태그 안테나 제조방법.
제21항에 있어서, 상기 다이폴 태그 안테나 제조시 스크린 프린팅의 마스크가 1 센티미터 간격 안에 270 내지 300개의 미세메쉬가 포함된 것을 특징으로 하는, 구리 페이스트를 포함한 다이폴 태그 안테나 제조방법.
제21항에 있어서, 상기 다이폴 태그 안테나 제조시 스크린 프린팅의 인쇄 속도가 4,500 내지 6,000 rpm인 것을 특징으로 하는, 구리 페이스트를 포함한 다이폴 태그 안테나 제조방법.
제21항에 있어서, 상기 다이폴 태그 안테나 제조시 상기 구리 페이스트 박막의 두께는 최대 30 마이크로미터인 것을 특징으로 하는, 구리 페이스트를 포함한 다이폴 태그 안테나 제조방법.