WO2015152625A1 - 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법 Download PDF

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조진우
신권우
서용곤
김연원
장상현
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Definitions

  • the present invention relates to an ink composition, a wiring board using the same, and a manufacturing method of the wiring board using the same. More particularly, an ink composition for optical sintering comprising a nano copper particle having a copper oxide film, a wiring board using the same, and a manufacturing method thereof It is about.
  • conductive ink is mainly used for manufacturing wiring patterns of wiring boards such as display panels, solar panels, digitizers, printed circuit boards, and the like.
  • silver ink containing silver (Ag) and silver paste are mainly used.
  • the conductive ink containing silver may include metal particles such as gold, platinum, and palladium in addition to silver.
  • the wiring pattern formed using silver ink or silver paste has a problem of peeling and adhesion, and has a high resistance value of the wiring pattern formed after thermal sintering.
  • the wiring pattern is formed of the conductive ink containing copper particles, since the copper oxide film is easily formed on the surface of each copper particle included in the conductive ink, the electrical resistance of the wiring pattern is very high, and thus the wiring pattern cannot function as the wiring pattern. Problems may arise.
  • an object of the present invention is to reduce the manufacturing process time and manufacturing cost of the wiring board, the ink composition for optical sintering, wiring board using the same and a method for manufacturing the same that can suppress the damage to the wiring board by the sintering process through a short light irradiation. To provide.
  • Another object of the present invention is to provide an ink composition for optical sintering, a wiring board using the same, and a manufacturing method thereof, which can form a wiring pattern without damaging a thin flexible wiring board such as a flexible printed circuit board.
  • Still another object of the present invention is to provide an ink composition for optical sintering, a wiring board using the same, and a manufacturing method thereof, which can improve the density and optical sintering efficiency of the wiring pattern.
  • the present invention is a copper oxide nano-copper oxide film;
  • the nano copper oxide particles may be formed with a copper oxide film having a thickness of 500 nm or less on the surface of the nano copper particles, and have a particle size of less than 1 ⁇ m.
  • the dispersant may include an amine polymer dispersant, a hydrocarbon-based polymer dispersant having a carboxylic acid group, or a polymer dispersant having a polar group.
  • the binder is PVP, PVA and PVC, cellulose resin, polyvinyl chloride resin, copolymer resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylpyrrolidone resin, acrylic resin, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resin, butyral resin, alkyd Resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones.
  • the solvent is ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
  • EG ethylene glycol
  • DEG diethylene glycol
  • DBE dibasic ester
  • CA carbitol acetate
  • DPM or DPGME dipropylene glycol methyl ether
  • BCA butyl carbitol acetate
  • BC butyl carbitol
  • texanol texanol
  • terpineol or butyl acrylate BA
  • the ink composition for optical sintering according to the present invention may further include silver oxide.
  • composition ratio of the silver oxide and the nano copper oxide particles may be 0.1: 9.9 to 4: 6.
  • Silver oxide and nano copper oxide particles other than the solvent may be 70 to 94% by weight.
  • the silver oxide powder may have a size of 2 ⁇ m or less, and the nano copper oxide particles may have a D 50 of 900 nm or less, and a Dmax of 2 ⁇ m or less.
  • the ink composition for optical sintering according to the present invention may further include pure copper particles having an antioxidant film formed on the outside thereof.
  • composition ratio of the pure copper particles and the nano-copper oxide particles may be 9: 1 to 1: 9.
  • the pure copper particles may be spherical particles having a D 50 of 2 ⁇ m or less, or plate particles of 4 ⁇ m or less, and the nano copper oxide particles may be core-shell type particles having a copper oxide film of 50 nm or less.
  • the pure copper particles and the nano copper oxide particles except for the solvent may be 70 to 94% by weight.
  • the present invention also provides an ink composition for light sintering comprising a nano copper oxide particle having a copper oxide film on a flexible substrate body, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing copper oxidized by light irradiation to form nano copper particles.
  • Screen printing to form a preliminary wiring pattern by screen printing A drying step of drying the screen printed preliminary wiring pattern;
  • the copper oxide nano-copper oxide film with a copper oxide, a reducing agent, a dispersant, a binder and a solvent for reducing the copper oxidized by light irradiation to form nano-copper particles Mixing to prepare an ink composition for optical sintering; And aging the prepared optical sintering ink composition at room temperature.
  • the preliminary wiring pattern may be formed by screen printing on the substrate body with a line width of 50 to 100 ⁇ m and a thickness of 5 to 10 ⁇ m.
  • the solvent included in the preliminary wiring pattern may be removed by providing hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern.
  • the preliminary wiring pattern may be reduced and sintered by irradiating monochromatic pulsed light.
  • the monochromatic pulsed light may be white light having a pulse width of 100 kHz to 1000 kHz, a pulse gap of 0.01 ms to 1 ms, an output voltage of 100 to 400 V, the number of pulses 1 to 10, and an intensity of 5 J / cm 2 to 20 J / cm 2.
  • the monochromatic pulsed light may use white light generated from a xenon flash lamp.
  • the pulse number of the monochromatic pulsed light when the thickness of the preliminary wiring pattern is less than 9 ⁇ m, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 ⁇ m or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
  • the ink composition for optical sintering may further include silver oxide.
  • the ink composition for optical sintering may further include pure copper particles having an antioxidant film formed on the outside.
  • the step of preparing the ink composition for optical sintering by mixing the pure copper particles, nano-copper oxide nanoparticles, reducing agent, dispersant, binder and solvent which are performed before the screen printing step; And aging the prepared optical sintering ink composition at room temperature.
  • the preliminary wiring pattern may be formed by screen printing on the substrate body with a line width of 30 to 300 ⁇ m and a thickness of 5 to 20 ⁇ m.
  • the solvent included in the preliminary wiring pattern may be removed by providing hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern.
  • the preliminary wiring pattern is reduced and sintered by irradiating monochromatic pulsed light, wherein the monochromatic pulsed light has a pulse width of 100 kV to 5000 kV, an output voltage of 100 to 500 V, and a pulse number of 1 to 10 times. It may be white light having an intensity of 3 J / cm 2 to 60 J / cm 2.
  • the pulse number of the monochromatic pulsed light when the thickness of the preliminary wiring pattern is less than 9 ⁇ m, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 ⁇ m or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
  • the invention also provides a substrate body; And it provides a wiring board comprising a wiring pattern formed by applying the above-described light sintering ink composition to the substrate body and then photo sintered.
  • a wiring pattern of a wiring board using a low-cost nano copper particles (hereinafter referred to as 'nanocopper oxide particles') having a copper oxide film as a conductive ink material, it is possible to reduce the manufacturing cost of the wiring board Can be. That is, since the wiring pattern of the wiring board can be formed by using a conductive ink containing nano copper oxide particles which are inexpensive as compared to pure nanocopper particles, the manufacturing cost of the wiring board can be reduced.
  • the copper oxide film formed on the surface of the nanocopper particles can be removed through the sintering process through the short light irradiation instead of thermal sintering when the conductive ink containing the nanocopper oxide particles is printed on the wiring board and then sintered.
  • the nano copper oxide particles are insulated before photo sintering, but are reduced to pure nano copper particles through photo sintering, thereby forming a wiring pattern of a copper material having electrical conductivity.
  • the wiring pattern may be formed on the substrate body of the flexible printed circuit board used for the digitizer without damaging the substrate body by using the conductive ink according to the present invention.
  • the wiring pattern when the wiring pattern is formed on the wiring board by using the conductive ink including the copper oxide nanoparticles, the wiring pattern may be formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. That is, since the signal transmission speed of the wiring board depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern has a high aspect ratio.
  • the ink composition according to the present invention can form the wiring pattern of the wiring board using an ink composition containing pure copper particles and nano-copper oxide nanoparticles, which is inexpensive compared to the silver material, the manufacturing cost of the wiring board is reduced. can do.
  • the density of a wiring pattern can be improved. That is, the wiring pattern is formed in the form of a plurality of pores therein due to the gas generated during the light sintering process of the ink composition containing only nano copper oxide particles as copper particles.
  • the pure copper particles are included as in the present invention, since the amount of gas generated in the light sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist in the wiring pattern, a wiring pattern with improved density is formed. can do.
  • the ink composition according to the present invention contains pure copper particles, it is possible to improve the light sintering efficiency as compared with using nanocopper oxide particles alone. That is, since the ink composition containing pure copper particles and nano copper oxide particles as described above in the present invention has a high light absorption rate when optical sintering, as compared with ink compositions containing only nano copper oxide particles as copper particles, the light sintering efficiency can be improved. have. This has the advantage that the light sintering can be performed smoothly even at low light irradiation energy.
  • the wiring pattern when the wiring pattern is formed on the wiring board by using an ink composition including pure copper particles and nano copper oxide particles, the wiring pattern may be formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. That is, since the signal transmission speed of the wiring board depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern has a high aspect ratio.
  • the ink composition according to the present invention can form the wiring pattern of the wiring board using a conductive ink containing silver oxide and nano copper oxide particles which is less expensive than the silver material, it is possible to reduce the manufacturing cost of the wiring board .
  • the copper oxide film formed on the surface of the nano copper particles may be removed through a light sintering process through short light irradiation instead of thermal sintering. Therefore, damage to the wiring board can be suppressed by reducing the process time and by the light sintering process through short light irradiation.
  • the nano-copper oxide particles are insulated before light sintering, but are reduced to pure nanoparticles through light sintering, thereby forming a wiring pattern of a copper material having electrical conductivity.
  • the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle
  • the silver oxide is included as in the present invention, since the amount of gas generated in the light sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist inside the wiring pattern, the wiring pattern with improved density can be formed. have.
  • the ink composition for optical sintering which concerns on this invention contains silver oxide, compared with using nano copper oxide particle
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the first embodiment of the present invention.
  • 3 to 6 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG.
  • 3 is a cross-sectional view showing a wiring board
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a preliminary wiring pattern by screen printing an ink composition for optical sintering on a wiring board;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of drying the screen printed preliminary wiring pattern
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a preliminary wiring pattern as a wiring pattern through light sintering.
  • FIG. 7 is a photograph showing a preliminary wiring pattern before photosintering and a wiring pattern after photosintering.
  • FIG. 11 is a photograph showing a photo sintered wiring pattern of 20 J / cm 2 during light sintering.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a SEM photograph showing pure copper particles included in the ink composition for optical sintering according to the third embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for photosintering according to the third embodiment of the present invention.
  • 16 is a photograph showing a preliminary wiring pattern before light sintering.
  • 17 is a photograph showing a wiring pattern after light sintering.
  • 19 is a graph showing light absorption spectra at the time of light sintering of ink compositions according to Examples and Comparative Examples.
  • the ink composition for optical sintering according to the first embodiment includes nano copper oxide particles having a copper oxide film, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing copper oxidized by light irradiation to form nano copper particles.
  • Nano-copper oxide nanoparticles are insulators, but are converted into pure nanocopper particles having conductive conductivity by light irradiation and used as a source of a conductor.
  • Nano copper oxide particles are core-shell (core-shell) type of particles, the copper oxide film is formed on the surface of the nano-copper particles to a thickness of 500nm or less, the particle size may be less than 1 ⁇ m.
  • the reason why the copper oxide film uses nanocopper oxide particles having a thickness of 500 nm or less may be a problem that some of the copper oxide film is not reduced to copper by light irradiation when the thickness of the copper oxide film exceeds 500 nm. Because.
  • the reducing agent is irradiated with light to reduce the copper oxide film of the nanocopper oxide particles to copper.
  • the reducing agent converts the nanocopper oxide particles into pure nanocopper particles.
  • an amine polymer dispersant, a hydrocarbon-based polymer dispersant having a carboxylic acid group, or a polymer dispersant having a polar group can be used.
  • reducing agents include aldehyde compounds such as formaldehyde and acetaldehyde, oxalic acid, formic acid, ascorbic acid, sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid ), Acids such as maleic acid, hexamic acid, phosphoric acid, O-phthalic acid, acrylic acid, Phosphites, hypophosphites and phosphorous Phosphorus-based compounds such as acid, metal-based reducing agents such as diisobutylaluminum hydride (DIBAL-H) and Lindlar catalyst may be used.
  • aldehyde compounds such as formaldehyde and acetaldehyde, oxalic acid, formic acid, ascorbic acid, sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid
  • Acids such as maleic acid, hexamic acid, phosphoric acid, O-phthalic acid, acrylic acid, Phosphites
  • the phosphorus-based compound in the reducing agent is described in more detail, for example, hydrogen phosphonates (acid phosphites) containing HP (O) 2 OH - groups, such as NH 4 HP (O) 2 OH containing PO 3 3- groups, H 2 P 2 O 5 2- Diphosphites comprising, phosphites comprising HPO 3 2- , such as (NH 4 ) 2 HPO 3 OH 2 O, CuHPO 3 OH 2 O, SnHPO 3 , and Al 2 (HPO 3 ) 3 ⁇ 4H 2 O, etc.
  • HP (O) 2 OH - groups such as NH 4 HP (O) 2 OH containing PO 3 3- groups
  • Diphosphites comprising, phosphites comprising HPO 3 2- , such as (NH 4 ) 2 HPO 3 OH 2 O, CuHPO 3 OH 2 O, SnHPO 3 , and Al 2 (HPO 3 ) 3 ⁇ 4H 2 O,
  • (RO) phosphite ester Hypophosphite ( H 2 PO 2 -) , such as 3 P, phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide , parathion, Sarin (phosphinate), Glyphosate (phosphonate), fosfomycin (phosphonate), zoledronic acid (phosphonate), and Glufosinate Organophosphorus such as (phosphinate), organic phosphines (PR 3 ) such as triphenylphosphine, Phosphine oxide (OPR 3 ) such as triphenylphosphine oxide, Phosphonite (P (OR) R 2 ) such as (CH 3 O) 2 PPh, Phosphonite (P (OR) 2 R), Phosphinate (OP (OR) R 2 ), organic phosphonates (OP (OR) 2 R), Phosphate (PO 4 3- ), parathion, malathion, methyl parathion
  • reducing agent as a catalyst of the ink composition for optical sintering
  • sintering through light irradiation can be performed to prevent damages such as warpage or shrinkage of the wiring board, and can be compared with laser etching and thermal sintering. You can save time and reduce process costs.
  • the reducing agent is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of nano copper oxide.
  • the amount of the reducing agent added is more than 5 parts by weight, problems of homogeneity may be reduced due to a decrease in dispersibility and a decrease in compatibility in the ink composition for optical sintering.
  • the amount of the reducing agent is less than 0.1 part by weight, there may be a problem that the reduction and sintering of the nano-copper oxide is not performed smoothly by monochromatic light irradiation.
  • the dispersant uniformly disperses the copper oxide nanoparticles in the ink composition for optical sintering, thereby suppressing the generation of pores in the wiring pattern formed by the optical sintering.
  • Such dispersants include amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone, and hydrocarbon-based polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol), and styrene-maleic acid.
  • Polymeric dispersants having a polar group such as a copolymer, an olefin-maleic acid copolymer, or a copolymer having a polyethylene imine moiety and a polyethylene oxide moiety in one molecule may be used, but are not limited thereto.
  • the binder serves as a material that binds the nano copper oxide particles when the wiring pattern is formed using the ink composition for optical sintering, and serves to maintain the excellent printability and high aspect ratio of the wiring pattern.
  • Such binders include PVP, PVA and PVC, cellulose resins, polyvinyl chloride resins, copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinylpyrrolidone resins, acrylic resins, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resins, butyral resins, Alkyd resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones may be used, but are not limited thereto.
  • thermosetting at a temperature of about 150 ° C. (a three-dimensional network structure can be formed to form a thermally stable structure) can improve the heat resistance of the ink composition for optical sintering. Can be.
  • the nano copper oxide ink composition according to the first embodiment is capable of soldering (soldering) because it has a heat resistance of 280 °C or more, and can be electrically connected by soldering with passive devices, active devices, and other circuit wiring as soldering is possible.
  • soldering soldering
  • the heat resistance of the ink composition is not satisfied, it may cause a defect due to the increase in resistance and the deterioration of mechanical properties at the contact point or the bonding site. Rising resistance can cause delays in signal transmission or various problems on the entire device.
  • the mixing ratio of the epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenol resin contained in a binder is 1: 0.1-1: 0.1-5.
  • the addition amount of a binder with respect to 100 weight part of nano copper oxides is 3-10 weight part. If the content of the binder exceeds 10 parts by weight, there is a problem of causing an increase in the resistance component between the particles to increase the resistance, and if less than 3 parts by weight, it is difficult to cover all of the surface of the particles, rheologically unstable, It is not preferable because there is a problem that the adhesive strength with the wiring board is lowered.
  • the solvent may be a hydrocarbon solvent, a chlorinated hydrocarbon solvent, a cyclic ether solvent, a ketone solvent, an alcohol, a polyhydric alcohol solvent, an acetate solvent, an ether solvent of a polyhydric alcohol, or a terpene solvent. It is not limited to this.
  • the solvent may be ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol). methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
  • the ink composition for optical sintering according to the first embodiment is a synthetic resin substrate selected from polyimide, polyurethane, PMMA and PET, a metal substrate selected from stainless steel, aluminum, gold and silver or (Indium Tin Oxide) and ceramic, It can be used for both non-metal substrates selected from glass and silicon, can improve the adhesion of the wiring pattern to them, can improve the printability of the wiring pattern and implement a high aspect ratio.
  • the ink composition for optical sintering according to the first embodiment may be used for the manufacture of a wiring pattern of a flexible wiring board which is thin and susceptible to heat.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the first embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 for manufacturing a wiring board may include a wiring board supply unit 10, a screen printing unit 20, a printing inspection unit 30, a drying unit 40, and an optical sintering unit. 50 and the wiring board recovery part 60 are included.
  • the wiring board supply unit 10, the screen printing unit 20, the printing inspection unit 30, the drying unit 40, the optical sintering unit 50, and the wiring board recovery unit 60 are arranged in a line with the wiring board supply unit 10. From the wiring board recovery unit 60 may be sequentially installed.
  • the wiring board supply unit 10 supplies a substrate body to be used for manufacturing the wiring board.
  • a wiring pattern may not be formed on both surfaces of the substrate body or a wiring pattern may be formed on one surface of the substrate body.
  • the substrate body may be made of a plastic material having insulation and flexibility used in manufacturing a flexible printed circuit board.
  • the material of the substrate body may be polyimide, polyethersulphone (PES), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethyelenen napthalate (PEN), Polyethylene terephthalate (polyethyeleneterepthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polyallylate, polycarbonate (PC), cellulose triacetate (CTA) or cellulose acetate propionate (cellulose) acetate propinonate (CAP) may be used, but is not limited thereto.
  • the wiring board recovery part 60 is installed on the opposite side of the wiring board supply part 10 and recovers the board body on which the manufacturing process of the wiring pattern is completed.
  • the wiring board supply unit 10 may provide the board body in a roll to roll manner or in the form of a unit sheet attached to the carrier frame.
  • the substrate body provided from the supply roll of the wiring board supply unit 10 in which the substrate body is wound has a screen printing unit 20, a printing inspection unit 30, a drying unit 40, and an optical sintering unit 50. After passing through, it can be recovered by winding the recovery roll of the drain board recovery part 60.
  • the screen printing unit 20 is a screen printing unit for preliminary wiring patterns to be formed as wiring patterns on the substrate body supplied from the wiring board supply unit 10. As shown in FIG. 4, the screen printing unit 20 fills the pattern hole 23 with the screen 21 on which the pattern holes 23 are formed so as to correspond to the wiring pattern, and the ink composition 27 for optical sintering. It may be configured to include a squeeze 25. Although not shown, the screen printing unit 20 includes a stage for supporting the substrate body 71 and performing screen printing.
  • Screen printing in the screen printing unit 20 may be performed as follows.
  • the ink composition 27 for optical sintering supplied onto the screen 21 is pushed with a squeeze 25 to form a pattern.
  • the ink composition 27 for light sintering is filled into the hole 23.
  • the preliminary wiring pattern 73 may be formed on the substrate body 21.
  • the preliminary wiring pattern 73 may be formed by screen printing on the substrate body 71 with a line width of 50 to 100 ⁇ m and a thickness of 5 to 10 ⁇ m.
  • the preliminary wiring pattern refers to a screen printed wiring pattern before light sintering, and is formed into a wiring pattern by light sintering.
  • the printing inspection unit 30 is installed adjacent to the screen printing unit 20 and inspects a preliminary wiring pattern printed on the substrate body discharged from the screen printing unit 20. That is, the printing inspecting unit 30 checks whether the printed state of the preliminary wiring pattern is printed on the substrate body using a camera. If there is no abnormality as a result of the inspection, the substrate body may be transferred to the drying unit 40, but if there is an abnormality, an alarm message may be output or the driving of the manufacturing apparatus 100 of the wiring board may be temporarily stopped. The alarm message can be notified to the worker through alarm sound, alarm light, and the like.
  • the drying unit 40 is installed adjacent to the printing inspection unit 30, and removes the solvent included in the preliminary wiring pattern formed on the substrate body on which the printing inspection process is completed.
  • the drying unit 40 may provide hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern to dry and remove a solvent included in the preliminary wiring pattern.
  • the optical sintering unit 50 is installed adjacent to the drying unit 40, and irradiates light on the dried preliminary wiring pattern to reduce and sinter the oxidized copper of the nanocopper oxide particles included in the preliminary wiring pattern on the substrate body. A wiring pattern is formed.
  • the light sintering unit 50 may be formed as a wiring pattern by reducing and sintering the preliminary wiring pattern by irradiating monochromatic pulsed light onto the preliminary wiring pattern.
  • Monochromatic pulsed light may use white light generated from a xenon flash lamp, and pulsed light or other colored light generated from other types of lamps may be used.
  • the reason for using the white light generated from the xenon flash lamp as the monochromatic pulsed light in the first embodiment is that the pulse width, pulse gap, pulse numbers and intensity are precisely determined. Because it is easy to adjust it.
  • Monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards includes pulse widths of 100 Hz to 1000 Hz, pulse gaps of 0.01 ms to 1 ms, output voltages of 100 to 400 V, number of pulses 1 to 10, and intensity of 5 J / cm 2 to 20 White light of J / cm 2 can be used.
  • the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 ⁇ m or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
  • the pulse width of the white light is greater than 1000 kHz, the incident energy per unit time decreases, thereby reducing the optical sintering efficiency.
  • the ink for optical sintering may not be properly sintered due to the low energy of white light.
  • the pulse gap when the pulse gap is less than 0.01ms or the intensity of the white light is more than 20J / cm2 may damage the lamp or shorten the life of the lamp, it may damage the flexible printed circuit board.
  • the intensity of the white light is 5 J / cm2 or less, the reduction reaction for reducing the copper oxide film of the copper oxide nanoparticles to copper is weak, the electrical resistance characteristics of the wiring pattern may be lowered.
  • the intensity of the white light is about 20J / cm 2 or more
  • high energy may be provided to the flexible printed circuit board to cause damage such as shrinkage, warpage and distortion of the substrate body, and separation of the wiring pattern from the substrate body may occur.
  • damage such as shrinkage, warpage and distortion of the substrate body, and separation of the wiring pattern from the substrate body may occur.
  • the wiring board on which the wiring pattern is formed by light sintering is recovered to the wiring board collecting part 60.
  • a wiring pattern (hereinafter, referred to as an “upper wiring pattern”) may be formed on the upper surface of the substrate body through the apparatus 100 for manufacturing a wiring board according to the first embodiment, but is not limited thereto.
  • the lower wiring pattern may also be formed on the lower surface of the substrate body by providing the recovered substrate body to the wiring board recovery unit 60 in the manufacturing apparatus of the second wiring substrate capable of forming the lower wiring pattern on the lower surface of the substrate body.
  • the manufacturing apparatus of the second wiring board may have the same structure as the apparatus 100 for manufacturing the wiring board according to the first embodiment.
  • the manufacturing apparatus of the first wiring board and the manufacturing apparatus of the second wiring board forming the lower wiring pattern may be connected inline to form the upper wiring pattern and the lower wiring pattern of the substrate body.
  • the substrate body having the upper wiring pattern formed on the upper surface by light sintering may be reoriented or tilted so that the lower surface of the substrate body faces upward, and then screen printing, drying, and optical sintering may be performed on the lower surface of the substrate body. It is also possible to form a lower wiring pattern through. That is, a double-sided wiring board having upper and lower wiring patterns formed on both sides of the substrate body may be manufactured.
  • an apparatus for manufacturing a double-sided wiring board which tilts a wiring board to manufacture an upper surface wiring board may include a wiring board supply unit, a first screen printing unit, a first printing inspection unit, a first drying unit, and a first optical sintering unit forming an upper wiring pattern.
  • a lower wiring pattern manufacturing part including a second drying part, a second light sintering part, and a wiring board recovery part may be included.
  • FIGS. 1 to 6 are views showing each step according to the manufacturing method of FIG.
  • step S81 to prepare an ink composition for light sintering. That is, nano copper oxide particles, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent are mixed to prepare an ink composition for photo sintering.
  • the materials constituting the ink composition for light sintering are first predispersed for 30 minutes to several hours by the predisperser.
  • the materials dispersed in the pre-dispersed light sintering ink composition secondly again by three mills to form the light sintering ink composition can be uniformly mixed.
  • the foreign matter and the aggregated substance may be filtered from the mixed ink sintering ink composition to prepare an ink sintering composition for forming a preliminary wiring pattern.
  • the photo-sintered ink composition prepared in step S83 is aged at room temperature. That is, the ink composition for photo sintering prepared in step S81 is aging for several hours in a room temperature atmosphere. The aged light sintering ink composition is provided to the screen printing unit 20.
  • the substrate body 71 is supplied to the screen printing unit 20 through the wiring board supply unit 10.
  • the substrate body 71 may be a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is not formed on a surface facing the top, or a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is formed on a surface facing the bottom of the substrate body 71. .
  • the preliminary wiring pattern 73 is formed by screen printing the ink composition 27 for photo sintering on the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 is transferred onto the stage, while the screen 21 is mounted on the substrate body 71, the ink composition 27 for optical sintering supplied to the screen 21 is pushed by the squeeze 25. The ink composition 27 for light sintering is filled into the pattern hole 23. By separating the screen 21 from the substrate body 71, the preliminary wiring pattern 73 may be formed on the substrate body 71.
  • the preliminary wiring pattern 73 may be formed by screen printing on the substrate body 71 with a line width of 50 to 100 ⁇ m and a thickness of 5 to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 is 5 ⁇ m or less, there is a problem in that pulse control of white light generated from the xenon flash lamp is difficult, and thus, the shape of the wiring pattern manufactured by optical sintering is deformed or damaged. Can be generated.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 exceeds 10 ⁇ m, reduction and light sintering due to light irradiation may not be performed properly, resulting in an increase in resistance of the manufactured wiring pattern. That is, the specific gravity of the non-reduced nano copper oxide particles forming the preliminary wiring pattern 73 increases in proportion to the thickness.
  • step S87 the preliminary wiring pattern 73 screen printed in step S87 is inspected. That is, the printing inspecting unit 30 checks whether the printed state of the preliminary wiring pattern 73 on the substrate body 71 is properly printed using a camera.
  • the drying unit 40 dries and removes the solvent included in the preliminary wiring pattern 73 formed on the substrate body 71 on which the printing test process is completed.
  • the drying unit 40 may provide hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern 73 to dry and remove the solvent included in the preliminary wiring pattern 73.
  • the preliminary wiring pattern 73 dried in step S91 is optically sintered to form the wiring pattern 75, whereby the wiring substrate 70 having the wiring pattern 75 according to the first embodiment is formed.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate.
  • monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards has a pulse width of 100 kHz to 1000 kHz, a pulse gap of 0.01 ms to 1 ms, an output voltage of 100 to 400 V, the number of pulses 1 to 10 times, and an intensity of 5 J / cm 2 to White light of 20 J / cm 2 can be used.
  • the wiring board 70 manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment has disclosed an example including a substrate body 71 and a wiring pattern 75 formed on the upper surface of the substrate body 71, It is not limited.
  • the wiring board may have a structure in which wiring patterns are formed on both surfaces of the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 having the lower wiring pattern is formed on the lower surface through the wiring board supply unit 10, the upper wiring pattern is formed on the upper surface of the substrate body 71 to form a wiring pattern on both surfaces thereof. Substrates can be prepared.
  • the lower wiring pattern may also be formed of the ink composition for optical sintering according to the first embodiment.
  • the wiring pattern 75 of the wiring board 70 is formed by using inexpensive nano copper oxide particles having a copper oxide film as a conductive ink material, thereby reducing the manufacturing cost of the wiring board 70. can do. That is, since the wiring pattern 75 of the wiring board 70 can be formed using the ink composition 27 for optical sintering containing nano copper oxide particles which is inexpensive as compared to pure nanocopper particles, the wiring board 70 Can reduce the manufacturing cost.
  • the copper formed on the surface of the nano-copper particles through the sintering process through a short light irradiation instead of thermal sintering when the ink composition 27 for optical sintering containing the nano-copper oxide particles printed on the wiring board 70 Since the oxide film can be removed, the process time can be shortened, and damage to the wiring board 70 can be suppressed by the sintering process through short light irradiation. At this time, the nano copper oxide particles are insulated before photo sintering, but are reduced to pure nano copper particles through photo sintering, thereby forming a wiring pattern 75 of a copper material having electrical conductivity.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate body 71 of the flexible printed circuit board used for the digitizer without damaging the substrate body 71 by using the ink composition for optical sintering according to the first embodiment.
  • the wiring pattern 75 is formed on the wiring board 70 by using the ink composition for optical sintering including nano copper particles having a copper oxide film, the wiring pattern 75 is formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. can do. That is, since the signal transmission speed of the wiring board 70 depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern 75 has a high aspect ratio.
  • the wiring board 70 manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 to 10.
  • 7 is a photograph showing the preliminary wiring pattern 73 before photosintering and the wiring pattern 75 after photosintering.
  • 8 to 10 are photographs showing a light sintered wiring pattern.
  • 8 and 9 are SEM photographs showing the light sintered wiring pattern.
  • 10 is a SEM photograph showing a cross section of a light sintered wiring pattern.
  • the ink composition for optical sintering according to Example 1 used to manufacture the wiring board according to the first embodiment was prepared as follows. 120 g of nano copper oxide having a particle size of 100 nm with copper oxide of about 5 nm, 0.3 g of dispersant, 15 g of polyvinylpyrrolidone, and 1 g of ascorbic acid were added to 60 g of ethylene glycol, and mixed, and the prepared mixture was mixed in a predisperser for 1 hour Pre-dispersion, and high dispersion in three mills to prepare an ink composition for light sintering.
  • the preprinted pattern 73 was formed by screen printing the ink composition for optical sintering according to Example 1 on a substrate body 71 made of poloimide and then drying at 90 ° C. for 30 minutes.
  • the preliminary wiring pattern 73 was irradiated with white light generated from the xenon flash lamp to form the wiring pattern 75.
  • the resistivity change of the printed wiring pattern 75 was measured while changing the irradiation energy to 5 to 15 J / cm 2 with a pulse duration of 600 ⁇ s as white light.
  • Specific resistance measurement results according to light irradiation energy of the wiring pattern 75 formed by using the ink composition for photosintering of Example 1 are shown in Table 1 below.
  • the upper portion shows a dried preliminary wiring pattern 73 and the lower portion shows a light sintered wiring pattern 75.
  • the thickness of the wiring pattern 75 was 9 micrometers
  • the specific resistance of the preliminary wiring pattern 73 before optical sintering showed the insulation specification, but the specific resistance of the wiring pattern 75 after optical sintering was 4-6 micrometers cm. That is, since the preliminary wiring pattern 73 before photosintering contains insulating nano copper oxide particle
  • the wiring pattern shows the wiring pattern of the pure copper material.
  • the wiring pattern can be confirmed that the welding between the particles (welding) occurred.
  • Table 1 shows the output voltage, pulse width, light irradiation energy and specific resistance at the time of light sintering.
  • Novacentrics Pulse forge 3300 was used as the optical sintering equipment used for the optical sintering unit 50 for light irradiation, and the resistivity of the wiring pattern was measured by using 4-probe of LORESTA-GP.
  • the thickness of a wiring pattern is 9 micrometers.
  • the electrode resistivity before the photo sintering of the preliminary wiring pattern manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment was insulation, but the resistivity of the wiring pattern after the photo sintering was 4 to 6 ⁇ cm. That is, it can be confirmed that the wiring pattern manufactured by photo sintering has good electrical conductivity.
  • FIG. 11 is a photograph showing a wiring pattern 75 damaged by the light sintering with light irradiation energy of 20 J / cm 2 during light sintering.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment includes nano copper oxide particles having a silver oxide and a copper oxide film, and a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent for reducing copper oxidized by light irradiation to form nano copper particles. It may further include.
  • Silver oxide is silver oxide (I) or silver oxide (II).
  • silver oxide (I) is Ag 2 O, which is a dark brown to dark brown material having a specific gravity of 7.22, which is decomposable at around 160 ° C.
  • Silver oxide (II) is AgO, a material having a specific gravity of 7.483 of gray black, and a material capable of decomposition at around 100 ° C.
  • Such silver oxide will be described later in the description of the light sintering process, but when irradiated with xenon white light, light is easily absorbed due to the brown or black color, is easily decomposed to sinter, and a more precise wiring pattern can be made. .
  • Nano-copper oxide nanoparticles are insulators, but are converted into pure nanocopper particles having conductive conductivity by light irradiation and used as a source of a conductor.
  • Nano copper oxide particles are core-shell (core-shell) type of particles, the copper oxide film on the surface may be particles having a thickness of 50nm or less.
  • the reason why the copper oxide film uses nanocopper oxide particles having a thickness of 50 nm or less may be a problem that some of the copper oxide film is not reduced to copper by light irradiation when the thickness of the copper oxide film exceeds 50 nm. Because. Nano copper oxide particles may have a particle size of D 50 is 900 nm or less and D max is 2 ⁇ m or less.
  • the particle size of the nano copper oxide particles needs to be selectively controlled according to the application. For example, when manufacturing a metal mesh, which is a substitute for ITO transparent electrodes for touch screens, a line width of less than 1 ⁇ m is required to solve visibility problems such as moiré and starburst. In this case, the particle size is controlled to 300 nm or less. It is desirable to.
  • the digitizer double-sided FPCB which requires a line width of 75 ⁇ m or less, does not necessarily need to be 300 nm or less, and the maximum particles may be used in the range where light sintering is possible.
  • the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles may be 0.1: 9.9 to 4: 6.
  • the ratio of silver oxide when the ratio of silver oxide is less than 0.1, there is little improvement in the compactness of the wiring pattern by silver oxide, and only a cost increase is caused. On the contrary, when the ratio of silver oxide exceeds 4, there is a problem in that a porous wiring pattern is generated due to excessive oxygen emission.
  • the reducing agent is irradiated with light to reduce the copper oxide film of the nanocopper oxide particles to copper.
  • the reducing agent converts the nanocopper oxide particles into pure nanocopper particles.
  • an aldehyde compound, an acid containing ascorbic acid, a phosphorus compound, a metal reducing agent, p-benzoquinone, hydroquinone or anthraquinone can be used.
  • formaldehyde, acetaldehyde, etc. may be used as the aldehyde-based compound used as a reducing agent.
  • Acids used as reducing agents include oxalic acid, formic acid, ascorbic acid, sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, and maleic acid. , Hexamic acid, phosphoric acid, O-phthalic acid, acrylic acid, and the like may be used.
  • Phosphites, hypophosphites and phosphorous acid may be used as phosphorus compounds used as reducing agents.
  • the phosphorus-based compound in the reducing agent is described in more detail, for example, hydrogen phosphonates (acid phosphites) containing HP (O) 2 OH - groups, such as NH 4 HP (O) 2 OH containing PO 3 3- groups, H 2 P 2 O 5 2- Diphosphites comprising, phosphites comprising HPO 3 2- , such as (NH 4 ) 2 HPO 3 OH 2 O, CuHPO 3 OH 2 O, SnHPO 3 , and Al 2 (HPO 3 ) 3 ⁇ 4H 2 O, etc.
  • (RO) phosphite ester Hypophosphite ( H 2 PO 2 -) , such as 3 P, phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide , parathion, Sarin (phosphinate), Glyphosate (phosphonate), fosfomycin (phosphonate), zoledronic acid (phosphonate), and Glufosinate Organophosphorus such as (phosphinate), organic phosphines (PR 3 ) such as triphenylphosphine, Phosphine oxide (OPR 3 ) such as triphenylphosphine oxide, Phosphonite (P (OR) R 2 ) such as (CH 3 O) 2 PPh, Phosphonite (P (OR) 2 R), Phosphinate (OP (OR) R 2 ), organic phosphonates (OP (OR) 2 R), Phosphate (PO 4 3- ), parathion, malathion, methyl parathion
  • lithium aluminum hydride LiAlH 4
  • DIBAL-H diisobutylaluminum hydride
  • Lindlar catalyst may be used as the metal-based reducing agent.
  • reducing agent as a catalyst of the ink composition for light sintering
  • sintering through light irradiation can be performed to suppress damages such as warpage or shrinkage of the wiring board, as well as process compared to laser etching and thermal sintering. You can save time and reduce process costs.
  • the reducing agent is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano copper oxide particles.
  • the amount of the reducing agent added is more than 5 parts by weight, problems of homogeneity may be reduced due to a decrease in dispersibility and a decrease in compatibility in the ink composition for optical sintering.
  • the amount of the reducing agent is less than 0.1 part by weight, there may be a problem that the reduction and sintering of the nano-copper oxide is not performed smoothly by monochromatic light irradiation.
  • the dispersant uniformly disperses the copper oxide nanoparticles in the ink composition for optical sintering, thereby suppressing the generation of pores in the wiring pattern formed by the optical sintering.
  • dispersants cationic dispersants, anionic dispersants or zwitterionic dispersants may be used.
  • dispersant examples include amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone, and hydrocarbon polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol) and styrene-maleic acid.
  • amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone
  • hydrocarbon polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol) and styrene-maleic acid.
  • Polymeric dispersants having a polar group such as a copolymer, an olefin-maleic acid copolymer, or a copolymer having a polyethylene imine moiety and a polyethylene oxide moiety in one molecule may be used, but are not limited thereto.
  • the binder serves as a material that binds the nano copper oxide particles when the wiring pattern is formed using the ink composition for optical sintering, and serves to maintain the excellent printability and high aspect ratio of the wiring pattern.
  • Such binders include PVP, PVA and PVC, cellulose resins, polyvinyl chloride resins, copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinylpyrrolidone resins, acrylic resins, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resins, butyral resins, Alkyd resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones may be used, but are not limited thereto.
  • thermosetting at a temperature of about 150 ° C. (a three-dimensional network structure can be formed to form a thermally stable structure) can improve the heat resistance of the ink composition for optical sintering. Can be.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment has a heat resistance of 280 °C or more can be soldered (soldering), it can be electrically connected by soldering the passive element, active element and other circuit wiring, etc.
  • a heat resistance of 280 °C or more can be soldered (soldering), it can be electrically connected by soldering the passive element, active element and other circuit wiring, etc.
  • the heat resistance of the ink composition is not satisfied, it may cause a defect due to the increase in resistance and the deterioration of mechanical properties at the contact point or the bonding site. Rising resistance can cause delays in signal transmission or various problems on the entire device.
  • the mixing ratio of the epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenol resin contained in a binder is 1: 0.1-1: 0.1-5.
  • the addition amount of a binder with respect to 100 weight part of nano copper oxide particles is 3-10 weight part. If the content of the binder exceeds 10 parts by weight, there is a problem of causing an increase in the resistance component between the particles to increase the resistance, and if less than 3 parts by weight, it is difficult to cover all of the surface of the particles, rheologically unstable, It is not preferable because there is a problem that the adhesive strength with the wiring board is lowered.
  • the solvent may be a hydrocarbon solvent, a chlorinated hydrocarbon solvent, a cyclic ether solvent, a ketone solvent, an alcohol, a polyhydric alcohol solvent, an acetate solvent, an ether solvent of a polyhydric alcohol, or a terpene solvent. It is not limited to this.
  • the solvent may be ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol). methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
  • the metallic particles including the nano-copper oxide particles in the solid content excluding the solvent are preferably 70 to 94% by weight.
  • the reason is that, when less than 70% by weight, current heat due to light irradiation is difficult to be transmitted to all the particles, thereby making it difficult to manufacture a dense wiring pattern.
  • the content exceeds 94% by weight the content of the metallic particles is excessive and the viscosity is not appropriate to form the wiring pattern, and the amount of the reducing agent relative to the content of the particles is insufficient, so that excessive light energy is required to sinter the light. to be.
  • excessive light energy is irradiated on the wiring board, a problem may occur that the wiring board is damaged.
  • an amine-based antioxidant, a thixotropic agent, a leveling agent, or a silane coupling agent for enhancing adhesion may be selectively added according to the use environment.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment is a synthetic resin substrate selected from polyimide, polyurethane, PMMA, and PET, a metal substrate selected from stainless steel, aluminum, gold, and silver, or indium tin oxide (ITO) and ceramics. It can be used for both non-metal substrates selected from glass, silicon, etc., can improve the adhesion of the wiring pattern to them, can improve the printability of the wiring pattern and implement a high aspect ratio.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment may be used for the manufacture of a wiring pattern of a flexible wiring board having a thin thickness and susceptibility to heat.
  • the screen printing method may be used as a printing method for forming a wiring pattern using the ink composition for optical sintering according to the second embodiment, but other gravure, offset, flexo, aerosol jet, slit die coating, bar coating, etc. It is possible.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment can be applied to various printing methods through a change in viscosity or solvent.
  • the apparatus 100 for manufacturing a wiring board using the ink composition for photosintering according to the second embodiment is the same as that of FIG. 1, in that an ink composition for photosintering is used instead of the ink composition for photosintering as the ink composition. There is a difference.
  • the reason for using the white light generated from the xenon flash lamp as the monochromatic pulsed light in the second embodiment is that the pulse width, pulse gap, pulse numbers and intensity can be precisely adjusted. Because it is easy to adjust it.
  • Monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards includes pulse widths of 100 ⁇ s to 5000 ⁇ s, pulse gaps of 0.01 ms to 1 ms, output voltages of 100 to 500 V, number of pulses 1 to 10, and intensity of 3 J / cm 2 to 60 White light of J / cm 2 can be used.
  • the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 ⁇ m or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
  • the pulse width of the white light is greater than 5000 kHz, the incident energy per unit time is reduced, thereby reducing the optical sintering efficiency.
  • the ink composition for photo sintering may not be properly sintered due to the low energy of white light.
  • the pulse gap when the pulse gap is less than 0.01ms or the intensity of the white light is more than 60 J / cm2 may damage the lamp or shorten the life of the lamp, it may damage the flexible printed circuit board.
  • the reduction reaction for reducing the copper oxide film of the nano-copper oxide particles to copper is weak, thereby reducing the electrical resistance characteristics of the wiring pattern.
  • the intensity of the white light is more than 60 J / cm 2
  • high energy is provided to the flexible printed circuit board, which may cause damage such as shrinkage, warpage and distortion of the substrate body, and separation of the wiring pattern from the substrate body. Can be.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment includes silver oxide and nano copper oxide particles, thereby forming a more compact and superior wiring pattern.
  • the ink composition for light sintering according to the second embodiment can reduce the manufacturing cost of the wiring board.
  • FIGS. 1, 3 to 7, and 12. 12 is a flowchart of a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the second embodiment of the present invention.
  • step S181 to prepare an ink composition for light sintering silver oxide is mixed with nano copper oxide particles, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent to prepare an ink composition for photosintering.
  • the materials constituting the ink composition for light sintering are first predispersed for 30 minutes to several hours by the predisperser.
  • the materials dispersed in the pre-dispersed light sintering ink composition secondly again by three mills to form the light sintering ink composition can be uniformly mixed.
  • the foreign matter and the aggregated substance may be filtered from the mixed ink sintering ink composition to prepare an ink sintering composition for forming a preliminary wiring pattern.
  • the photo-sintered ink composition prepared in step S183 is aged at room temperature. That is, the ink composition for photo sintering prepared in step S81 is aging for several hours in a room temperature atmosphere.
  • the aged light sintering ink composition is provided to the screen printing unit 20.
  • the substrate body 71 is supplied to the screen printing unit 20 through the wiring board supply unit 10.
  • the substrate body 71 may be a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is not formed on a surface facing the top, or a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is formed on a surface facing the bottom of the substrate body 71. .
  • the preliminary wiring pattern 73 is formed by screen printing the ink composition 27 for photo sintering on the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 is transferred onto the stage, while the screen 21 is mounted on the substrate body 71, the ink composition 27 for optical sintering supplied to the screen 21 is pushed by the squeeze 25. The ink composition 27 for light sintering is filled into the pattern hole 23. By separating the screen 21 from the substrate body 71, the preliminary wiring pattern 73 may be formed on the substrate body 71.
  • the preliminary wiring pattern 73 may be formed by screen printing on the substrate body 71 with a line width of 30 to 300 ⁇ m and a thickness of 5 to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 is 5 ⁇ m or less, there is a problem in that pulse control of white light generated from the xenon flash lamp is difficult, and thus, the shape of the wiring pattern manufactured by optical sintering is deformed or damaged. Can be generated.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 exceeds 20 ⁇ m, the reduction and light sintering due to light irradiation may not be performed properly, resulting in an increase in resistance of the manufactured wiring pattern. That is, the specific gravity of the non-reduced nano copper oxide particles forming the preliminary wiring pattern 73 increases in proportion to the thickness.
  • the preliminary wiring pattern 73 printed on the screen in step S187 is inspected. That is, the printing inspecting unit 30 checks whether the printed state of the preliminary wiring pattern 73 on the substrate body 71 is properly printed using a camera.
  • the preliminary wiring pattern 73 screen-printed in step S189 is dried. That is, the drying unit 40 dries and removes the solvent included in the preliminary wiring pattern 73 formed on the substrate body 71 on which the printing test process is completed.
  • the drying unit 40 may provide hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern 73 to dry and remove the solvent included in the preliminary wiring pattern 73.
  • the preliminary wiring pattern 73 dried in step S191 is optically sintered to form the wiring pattern 75, whereby the wiring substrate 70 having the wiring pattern 75 according to the second embodiment is formed.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate.
  • monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards has a pulse width of 100 mV to 5000 mV, a pulse gap of 0.01 ms to 1 ms, an output voltage of 100 V to 500 V, the number of pulses 1 to 10 times, and an intensity of 3 J / cm 2 to White light of 60 J / cm 2 can be used.
  • the wiring board 70 manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment has disclosed an example including the substrate body 71 and the wiring pattern 75 formed on the upper surface of the substrate body 71, It is not limited.
  • the wiring board may have a structure in which wiring patterns are formed on both surfaces of the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 having the lower wiring pattern is formed on the lower surface through the wiring board supply unit 10, the upper wiring pattern is formed on the upper surface of the substrate body 71 to form a wiring pattern on both surfaces thereof. Substrates can be prepared.
  • the lower wiring pattern may also be formed of the ink composition for optical sintering according to the second embodiment.
  • the wiring substrate 70 is manufactured by forming the wiring pattern 75 of the wiring board 70 using low-cost nano copper oxide particles having a copper oxide film as a material of the ink composition for optical sintering. You can save money.
  • the ink composition 27 for photo sintering containing silver oxide and nano copper oxide particles is printed on the wiring board 70
  • the surface of the nano copper oxide particles is sintered by short light irradiation instead of thermal sintering. Since the copper oxide film formed in the film can be removed, the process time can be shortened, and damage to the wiring substrate 70 can be suppressed by the sintering process through short light irradiation. At this time, the nano copper oxide particles are insulated before photo sintering, but are reduced to pure nano copper particles through photo sintering, thereby forming a wiring pattern 75 of a copper material having electrical conductivity.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate body 71 of the flexible printed circuit board used for the digitizer without damaging the substrate body 71 by using the ink composition for optical sintering according to the second embodiment.
  • the wiring pattern 75 is formed on the wiring board 70 by using the ink composition for optical sintering including nano copper particles having a copper oxide film, the wiring pattern 75 is formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. can do. That is, since the signal transmission speed of the wiring board 70 depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern 75 has a high aspect ratio.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment contains silver oxide, the density of the wiring pattern can be improved as compared with using the nanocopper oxide particles alone. That is, in the ink composition including only the nano copper oxide particles, a wiring pattern is formed in a form containing a plurality of pores therein due to the gas generated during the light sintering process.
  • the silver oxide is included as in the second embodiment, since the amount of gas generated in the light sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist in the wiring pattern, a wiring pattern with improved density can be formed. Can be.
  • the ink composition for optical sintering according to the second embodiment contains silver oxide, it is possible to improve the optical sintering efficiency as compared with using nanocopper oxide particles alone. That is, since the ink composition containing silver oxide has a high light absorption rate at the time of photo sintering as compared with the ink composition containing only nano copper oxide particles as copper particles, the light sintering efficiency can be improved.
  • a wiring board was manufactured using the ink compositions according to Examples and Comparative Examples as follows.
  • Table 2 shows light irradiation energy and specific resistance during light sintering according to Examples and Comparative Examples.
  • Novacentrics Pulse forge 1300 was used as the light sintering equipment for light irradiation, and resistivity measurement was performed using 4-prob of LORESTA-GP.
  • a silver oxide and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm are prepared for an ink composition for photo sintering in which the content of the metal particles in which the nanocopper oxide particles are hybridized is 80% by weight. At this time, the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles is 2: 8.
  • a square pattern of 2 ⁇ 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 2.
  • the print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 4.1 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.9 g / cm 3, and the specific resistance was 2.7 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • a silver oxide and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm are prepared for an ink composition for photo sintering in which the content of the metal particles in which the nanocopper oxide particles are hybridized is 80% by weight. At this time, the composition ratio of silver oxide and nano copper oxide particles is 3: 7.
  • a square pattern of 2 ⁇ 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, emulsion thickness of 8 ⁇ m, strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 2.
  • the density of the printed electrode was measured after drying by weighing the printed electrode and measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 3.8 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 9.1 g / cm 3, and the specific resistance was 2.5 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • An ink composition is prepared in which the copper oxide film has a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm, wherein the content of metal particles composed only of nano copper oxide particles is 80% by weight.
  • a square pattern of 2 ⁇ 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 2. At this time, the light irradiation conditions are the same as in Example 1.
  • the print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 4.2 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.2 g / cm 3, and the specific resistance was 4.7 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • An ink composition is prepared in which the copper oxide film has a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm, wherein the content of metal particles composed only of nano copper oxide particles is 80% by weight.
  • a square pattern of 2 ⁇ 2 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 2. At this time, the light irradiation conditions are the same as in Example 2.
  • the print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 4.2 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.0 g / cm 3, and the specific resistance was 5.3 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • the pattern formed using the ink compositions for optical sintering according to Examples 1 and 2 has a lower specific resistance than the ink compositions of Comparative Examples 1 and 2 and has a higher density after optical sintering.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment includes pure copper particles and nano copper oxide particles having a copper oxide film, and a reducing agent, a dispersant, a binder, and a copper oxide to reduce the oxidized copper to form nano copper particles by light irradiation. It may further include a solvent.
  • the pure copper particles may have a size (D 50 ) of 2 ⁇ m or less of spherical particles or 4 ⁇ m or less of plate-shaped particles.
  • D 50 size of 2 ⁇ m or less of spherical particles or 4 ⁇ m or less of plate-shaped particles.
  • plate-shaped particles it may have a flaky or polygonal plate shape.
  • FIG. 13 is an SEM photograph showing pure copper particles having a D 50 of 880 nm.
  • Pure copper particles have an antioxidant film formed on the outside to prevent oxidation.
  • As the antioxidant film fatty acids such as steric acid may be used. Pure copper particles may be formed on the outside of the antioxidant film of several nm. The antioxidant film may be removed in the course of photo sintering.
  • Nano-copper oxide nanoparticles are insulators, but are converted into pure nano-copper particles having conductive conductivity by light irradiation (sintering) and used as a source of a conductor.
  • Nano copper oxide particles are core-shell (core-shell) type of particles, the copper oxide film on the surface may be particles having a thickness of 50nm or less.
  • the reason why the copper oxide film uses nanocopper oxide particles having a thickness of 50 nm or less may be a problem that some of the copper oxide film is not reduced to copper by light irradiation when the thickness of the copper oxide film exceeds 50 nm. Because.
  • the nano copper oxide particles may have a particle size of D 50 of 900 nm or less and D max of 2 ⁇ m or less.
  • FIG. 14 is an SEM and HRTEM photograph showing nano copper oxide particles having a D 50 of 70 nm.
  • A) is a SEM photograph
  • (b) is an HRTEM photograph.
  • the particle size of pure copper particles and nano copper oxide particles needs to be selectively controlled according to the application.
  • a line width of less than 1 ⁇ m is required to solve visibility problems such as moiré and starburst.
  • the particle size is controlled to 300 nm or less. It is desirable to.
  • the digitizer double-sided FPCB which requires a line width of 75 ⁇ m or less, does not necessarily need to be 300 nm or less, and the maximum particles may be used in the range where light sintering is possible.
  • the composition ratio of the pure copper particles and the nano-copper oxide particles may be 9: 1 to 1: 9.
  • the density of the wiring pattern can be improved, but This is because a large amount of light reflection by the copper particles may decrease the light sintering efficiency, and may cause damage to the wiring board when irradiated with excessive light energy.
  • the pure copper particles are less than 10% by weight, the densities of the wiring patterns cannot be improved.
  • the reducing agent is irradiated with light to reduce the copper oxide film of the nanocopper oxide particles to copper.
  • the reducing agent converts the nanocopper oxide particles into pure nanocopper particles.
  • an aldehyde compound, an acid containing ascorbic acid, a phosphorus compound, a metal reducing agent, p-benzoquinone, hydroquinone or anthraquinone can be used.
  • formaldehyde, acetaldehyde, etc. may be used as the aldehyde-based compound used as a reducing agent.
  • Acids used as reducing agents include oxalic acid, formic acid, ascorbic acid, sulfonic acid, dodecyl benzene sulfonic acid, and maleic acid. , Hexamic acid, phosphoric acid, O-phthalic acid, acrylic acid, and the like may be used.
  • Phosphites, hypophosphites and phosphorous acid may be used as phosphorus compounds used as reducing agents.
  • the phosphorus-based compound in the reducing agent is described in more detail, for example, hydrogen phosphonates (acid phosphites) containing HP (O) 2 OH - groups, such as NH 4 HP (O) 2 OH containing PO 3 3- groups, H 2 P 2 O 5 2- Diphosphites comprising, phosphites comprising HPO 3 2- , such as (NH 4 ) 2 HPO 3 OH 2 O, CuHPO 3 OH 2 O, SnHPO 3 , and Al 2 (HPO 3 ) 3 ⁇ 4H 2 O, etc.
  • (RO) phosphite ester Hypophosphite ( H 2 PO 2 -) , such as 3 P, phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide , parathion, Sarin (phosphinate), Glyphosate (phosphonate), fosfomycin (phosphonate), zoledronic acid (phosphonate), and Glufosinate Organophosphorus such as (phosphinate), organic phosphines (PR 3 ) such as triphenylphosphine, Phosphine oxide (OPR 3 ) such as triphenylphosphine oxide, Phosphonite (P (OR) R 2 ) such as (CH 3 O) 2 PPh, Phosphonite (P (OR) 2 R), Phosphinate (OP (OR) R 2 ), organic phosphonates (OP (OR) 2 R), Phosphate (PO 4 3- ), parathion, malathion, methyl parathion
  • lithium aluminum hydride LiAlH 4
  • DIBAL-H diisobutylaluminum hydride
  • Lindlar catalyst may be used as the metal-based reducing agent.
  • reducing agent as a catalyst of the ink composition for light sintering
  • sintering through light irradiation can be performed to suppress damages such as warpage or shrinkage of the wiring board, as well as process compared to laser etching and thermal sintering. You can save time and reduce process costs.
  • the reducing agent is preferably added in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of pure copper particles and nano copper oxide particles.
  • the amount of the reducing agent added is more than 5 parts by weight, problems of homogeneity may be reduced due to a decrease in dispersibility and a decrease in compatibility in the ink composition for optical sintering.
  • the amount of the reducing agent is less than 0.1 part by weight, there may be a problem that the reduction and sintering of the nano-copper oxide is not performed smoothly by monochromatic light irradiation.
  • the dispersant uniformly disperses the pure copper particles and the nano copper oxide particles in the ink composition for optical sintering, thereby suppressing the generation of pores in the wiring pattern formed by the optical sintering.
  • dispersants cationic dispersants, anionic dispersants or zwitterionic dispersants may be used.
  • dispersant examples include amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone, and hydrocarbon polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol) and styrene-maleic acid.
  • amine polymer dispersants such as polyethylene imine and polyvinylpyrrolidone
  • hydrocarbon polymer dispersants having a carboxylic acid group in molecules such as polyacrylic acid and carboxymethyl cellulose, foam (polyvinyl alcohol) and styrene-maleic acid.
  • Polymeric dispersants having a polar group such as a copolymer, an olefin-maleic acid copolymer, or a copolymer having a polyethylene imine moiety and a polyethylene oxide moiety in one molecule may be used, but are not limited thereto.
  • the binder serves as a material that binds the nano copper oxide particles when the wiring pattern is formed using the ink composition for optical sintering, and serves to maintain the excellent printability and high aspect ratio of the wiring pattern.
  • Such binders include PVP, PVA and PVC, cellulose resins, polyvinyl chloride resins, copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinylpyrrolidone resins, acrylic resins, vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer resins, butyral resins, Alkyd resins, epoxy resins, phenol resins, rosin ester resins, polyester resins or silicones may be used, but are not limited thereto.
  • thermosetting at a temperature of about 150 ° C. (a three-dimensional network structure can be formed to form a thermally stable structure) can improve the heat resistance of the ink composition for optical sintering. Can be.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment has a heat resistance of 280 ° C. or higher, so that soldering is possible, and as soldering is possible, electrical connection is possible by soldering with passive devices, active devices, and other circuit wirings.
  • a heat resistance of 280 ° C. or higher so that soldering is possible, and as soldering is possible, electrical connection is possible by soldering with passive devices, active devices, and other circuit wirings.
  • the heat resistance of the ink composition is not satisfied, it may cause a defect due to the increase in resistance and the deterioration of mechanical properties at the contact point or the bonding site. Rising resistance can cause delays in signal transmission or various problems on the entire device.
  • the mixing ratio of the epoxy acrylate, polyvinyl acetal, and a phenol resin contained in a binder is 1: 0.1-1: 0.1-5.
  • the amount of the binder added to 100 parts by weight of pure copper particles and nanocopper oxide particles is preferably 3 to 10 parts by weight. If the content of the binder exceeds 10 parts by weight, there is a problem of causing an increase in the resistance component between the particles to increase the resistance, and if less than 3 parts by weight, it is difficult to cover all of the surface of the particles, rheologically unstable, It is not preferable because there is a problem that the adhesive strength with the wiring board is lowered.
  • the solvent may be a hydrocarbon solvent, a chlorinated hydrocarbon solvent, a cyclic ether solvent, a ketone solvent, an alcohol, a polyhydric alcohol solvent, an acetate solvent, an ether solvent of a polyhydric alcohol, or a terpene solvent. It is not limited to this.
  • the solvent may be ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), dibasic ester (DBE), carbitol acetate (CA), dipropylene glycol methyl ether (Dipropylene glycol). methyl ether; DPM or DPGME), butyl carbitol acetate (BCA), butyl carbitol (BC), texanol, terpineol or butyl acrylate; BA).
  • the pure copper particles and the nano copper oxide particles excluding the solvent are preferably 70 to 94% by weight.
  • the content exceeds 94% by weight, the particles (pure copper particles and nano-copper oxide particles) are excessively insufficient in viscosity to form a wiring pattern. This is because excessive light energy is required in order to. When excessive light energy is irradiated on the wiring board, a problem may occur that the wiring board is damaged.
  • an amine-based antioxidant, thixotropy, leveling agent, or silane coupling agent for enhancing adhesion may be selectively added depending on the use environment.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment is a synthetic resin substrate selected from polyimide, polyurethane, PMMA, and PET, a metal substrate selected from stainless steel, aluminum, gold, and silver, or indium tin oxide (ITO) and ceramics. It can be used for both non-metal substrates selected from glass, silicon, etc., can improve the adhesion of the wiring pattern to them, can improve the printability of the wiring pattern and implement a high aspect ratio.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment may be used for the manufacture of a wiring pattern of a flexible wiring board having a thin thickness and susceptibility to heat.
  • the screen printing method may be used as a printing method for forming a wiring pattern using the ink composition for optical sintering according to the third embodiment
  • other gravure, offset, flexo, aerosol jet, slit die coating, bar coating, etc. may be used. It is possible.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment can be used by applying to various printing methods through a change in viscosity or solvent.
  • the apparatus for manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the third embodiment is the same as that of FIG. 1, and there is a difference in that an ink composition for photosintering is used instead of the ink composition for optical sintering as the ink composition. .
  • the reason for using the white light generated from the xenon flash lamp as the monochromatic pulsed light in the third embodiment is that the pulse width, pulse gap, pulse numbers and intensity can be precisely adjusted. Because it is easy to adjust it.
  • Monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards includes pulse widths of 100 ⁇ s to 5000 ⁇ s, pulse gaps of 0.01 ms to 1 ms, output voltages of 100 to 500 V, number of pulses 1 to 10, and intensity of 3 J / cm 2 to 60 White light of J / cm 2 can be used.
  • the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 1, and when the thickness is 9 ⁇ m or more, the pulse number of the monochromatic pulsed light may be 2 or more.
  • the pulse width of the white light is greater than 5000 kHz, the incident energy per unit time is reduced, thereby reducing the optical sintering efficiency.
  • the ink for optical sintering may not be properly sintered due to the low energy of white light.
  • the pulse gap when the pulse gap is less than 0.01ms or the intensity of the white light is more than 60 J / cm2 may damage the lamp or shorten the life of the lamp, it may damage the flexible printed circuit board.
  • the reduction reaction for reducing the copper oxide film of the nano-copper oxide particles to copper is weak, thereby reducing the electrical resistance characteristics of the wiring pattern.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment includes pure copper particles and nano copper oxide particles, thereby forming a more precise and superior wiring pattern.
  • the ink composition for light sintering according to the third embodiment can reduce the manufacturing cost of the wiring board.
  • FIG. 15 is a flowchart of a method of manufacturing a wiring board using the ink composition for optical sintering according to the third embodiment of the present invention.
  • step S281 to prepare an ink composition for light sintering. That is, pure copper particles, nano copper oxide particles, a reducing agent, a dispersant, a binder, and a solvent are mixed to prepare an ink composition for optical sintering.
  • the materials constituting the ink composition for light sintering are first predispersed for 30 minutes to several hours by the predisperser.
  • the materials dispersed in the pre-dispersed light sintering ink composition secondly again by three mills to form the light sintering ink composition can be uniformly mixed.
  • the foreign matter and the aggregated substance may be filtered from the mixed ink sintering ink composition to prepare an ink sintering composition for forming a preliminary wiring pattern.
  • the photo-sintered ink composition prepared in step S283 is aged at room temperature. That is, the sintering ink composition prepared in step S281 is aging for several hours in a room temperature atmosphere.
  • the aged light sintering ink composition is provided to the screen printing unit 20.
  • the substrate body 71 is supplied to the screen printing unit 20 through the wiring board supply unit 10.
  • the substrate body 71 may be a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is not formed on a surface facing the top, or a semi-finished wiring board in which a wiring pattern is formed on a surface facing the bottom of the substrate body 71. .
  • the preliminary wiring pattern 73 is formed by screen printing the ink composition 27 for photo sintering on the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 is transferred onto the stage, while the screen 21 is mounted on the substrate body 71, the ink composition 27 for optical sintering supplied to the screen 21 is pushed by the squeeze 25. The ink composition 27 for light sintering is filled into the pattern hole 23. By separating the screen 21 from the substrate body 71, the preliminary wiring pattern 73 may be formed on the substrate body 71.
  • the preliminary wiring pattern 73 may be formed by screen printing on the substrate body 71 with a line width of 30 to 300 ⁇ m and a thickness of 5 to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 is 5 ⁇ m or less, there is a problem in that pulse control of white light generated from the xenon flash lamp is difficult, and thus, the shape of the wiring pattern manufactured by optical sintering is deformed or damaged. Can be generated.
  • the thickness of the preliminary wiring pattern 73 exceeds 20 ⁇ m, the reduction and light sintering due to light irradiation may not be performed properly, resulting in an increase in resistance of the manufactured wiring pattern. That is, the specific gravity of the non-reduced nano copper oxide particles forming the preliminary wiring pattern 73 increases in proportion to the thickness.
  • step S287 the preliminary wiring pattern 73 screen-printed in step S287 is inspected. That is, the printing inspecting unit 30 checks whether the printed state of the preliminary wiring pattern 73 on the substrate body 71 is properly printed using a camera.
  • the drying unit 40 dries and removes the solvent included in the preliminary wiring pattern 73 formed on the substrate body 71 on which the printing test process is completed.
  • the drying unit 40 may provide hot air or infrared rays of 60 to 100 ° C. to the preliminary wiring pattern 73 to dry and remove the solvent included in the preliminary wiring pattern 73.
  • the preliminary wiring pattern 73 dried in step S291 is optically sintered to form the wiring pattern 75, thereby forming the wiring board 70 having the wiring pattern 75 according to the third embodiment.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate.
  • monochromatic pulsed light used in the manufacture of flexible printed circuit boards has a pulse width of 100 mV to 5000 mV, a pulse gap of 0.01 ms to 1 ms, an output voltage of 100 V to 500 V, the number of pulses 1 to 10 times, and an intensity of 3 J / cm 2 to White light of 60 J / cm 2 can be used.
  • the wiring board 70 manufactured by the manufacturing method according to the third embodiment has disclosed an example including the substrate body 71 and the wiring pattern 75 formed on the upper surface of the substrate body 71, It is not limited.
  • the wiring board may have a structure in which wiring patterns are formed on both surfaces of the substrate body 71. That is, when the substrate body 71 having the lower wiring pattern is formed on the lower surface through the wiring board supply unit 10, the upper wiring pattern is formed on the upper surface of the substrate body 71 to form a wiring pattern on both surfaces thereof. Substrates can be prepared.
  • the lower wiring pattern may also be formed of the ink composition for photo sintering according to the third embodiment.
  • the wiring pattern 75 of the wiring board 70 is formed by using inexpensive nano copper oxide particles having a copper oxide film as a material of the ink composition, thereby reducing the manufacturing cost of the wiring board 70. can do.
  • the sintering process is performed through a short light irradiation instead of thermal sintering. Since the copper oxide film formed on the surface can be removed, the process time can be shortened, and damage to the wiring substrate 70 can be suppressed by the sintering process through short light irradiation. At this time, the nano copper oxide particles are insulated before photo sintering, but are reduced to pure nano copper particles through photo sintering, thereby forming a wiring pattern 75 of a copper material having electrical conductivity.
  • the wiring pattern 75 may be formed on the substrate body 71 of the flexible printed circuit board used for the digitizer without damaging the substrate body 71 using the ink composition for optical sintering according to the third embodiment.
  • the wiring pattern 75 is formed on the wiring board 70 by using the ink composition for optical sintering including nano copper particles having a copper oxide film, the wiring pattern 75 is formed to have a high aspect ratio by a screen printing method. can do. That is, since the signal transmission speed of the wiring board 70 depends on the resistance, it can be formed by the screen printing method so that the wiring pattern 75 has a high aspect ratio.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment includes pure copper particles, the density of the wiring pattern can be improved as compared with using nanocopper oxide particles alone. That is, in the ink composition including only the nano copper oxide particles, a wiring pattern is formed in a form containing a plurality of pores therein due to the gas generated during the light sintering process.
  • the pure copper particles are included as in the third embodiment, since the amount of gas generated in the light sintering process can be reduced to reduce the amount of pores that may exist in the wiring pattern, the wiring pattern with improved density is improved. Can be formed.
  • the ink composition for optical sintering according to the third embodiment includes pure copper particles, the optical sintering efficiency can be improved as compared with using nanocopper oxide particles alone. That is, since the ink composition containing pure copper particles has a high light absorption rate at the time of photo sintering, as compared with the ink composition containing only nano copper oxide particles as copper particles, the optical sintering efficiency can be improved.
  • the wiring board 100 manufactured by the manufacturing method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 to 19 as follows.
  • 16 is a photograph showing a preliminary wiring pattern before light sintering.
  • 17 is a photograph showing a wiring pattern after light sintering.
  • 18 is photographs showing a pattern formed by screen sintering an ink composition according to Examples and Comparative Examples after screen printing.
  • Fig. 19 is a graph showing the light absorption spectrum at the time of light sintering of the ink composition according to the Example and Comparative Example.
  • Table 3 shows light irradiation energy and specific resistance during light sintering according to Examples and Comparative Examples.
  • Novacentrics Pulse forge 1300 was used as the light sintering equipment for light irradiation, and resistivity measurement was performed using 4-prob of LORESTA-GP.
  • a pure copper particle having a flake form of D 50 of 2.5 ⁇ m and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a nano copper oxide particle having a D 50 of 100 nm mixed therein was prepared an ink composition for photo sintering containing 84% by weight of a metal particle. do. At this time, the composition ratio of pure copper particles and nano copper oxide particles is 7: 3 :.
  • a square pattern of 3 ⁇ 3 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 3.
  • the print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 3.8 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.7 g / cm 3, and the specific resistance was 2.5 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • a pure copper particle having a flake form of D 50 of 2.5 ⁇ m and a copper oxide film having a thickness of about 30 nm and a nano copper oxide particle having a D 50 of 100 nm mixed therein was prepared an ink composition for photo sintering containing 84% by weight of a metal particle. do.
  • the composition ratio of pure copper particles and nano copper oxide particles is 3: 7.
  • a square pattern of 3 ⁇ 3 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a shoulder angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 3.
  • the density of the printed electrode was measured after drying by weighing the printed electrode and measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 3.9 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 8.4 g / cm 3, and the specific resistance was 3.5 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • An ink composition is prepared in which the copper oxide film has a thickness of about 30 nm and a D 50 of 100 nm, wherein the content of metal particles composed only of nano copper oxide particles is 84% by weight.
  • a square pattern of 3 ⁇ 3 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 3.
  • the print electrode was weighed and the density of the printed electrode after drying was measured by measuring the thickness of the electrode using a confocal microscope.
  • the result was a density of about 3.6 g / cm 3. After light sintering, the density increased to 7.2 g / cm 3, and the specific resistance was 6.9 ⁇ 10 ⁇ 6 dBm.
  • An ink composition having a content of 84% by weight of metal particles composed only of pure copper particles having a flake form D 50 of 2.5 ⁇ m is prepared.
  • a square pattern of 3 ⁇ 3 cm 2 was printed through a screen print (Sus 400 mesh, an emulsion thickness of 8 ⁇ m, a strap angle of 45 degrees), dried at 100 ° C. for 30 minutes, and optically sintered under the conditions shown in Table 3.
  • Example 1 and 2 the pattern formed using the ink composition for photo-sintering like Example 1 and 2 is lower in specific resistance compared with the ink composition of the comparative example 1, and the density after photosintering is higher.
  • the light absorption rate of the patterns formed on the substrate body of the samples of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was measured using a UV-vis meter.
  • 11 is a photograph showing a sample
  • (a) is a sample photograph of Comparative Example 2
  • (b) is a sample photograph of Comparative Example 1
  • (c) is a sample photograph of Example 1.
  • JASCO's V-670 was used as a UV-vis meter. The measurement area was 800 nm to 200 nm, the measurement speed was 400 nm / min, and the bandwidth was 1 nm.
  • FIG. 12 (a) is a graph showing the light absorption spectrum of Comparative Example 2, (b) is Comparative Example 1, (c) is Example 1.
  • an ink composition for optical sintering containing both pure copper particles and nano copper oxide particles has a high light absorption rate, compared to an ink composition including only one of pure copper particles and nano copper oxide particles.
  • the ink composition for photo sintering of Example 1 exhibits a high light absorption in the visible light region as compared with the ink composition containing only nano copper oxide particles.
  • the ink composition for optical sintering according to Example 1 is excellent in light absorption, and therefore, the optical sintering efficiency can be improved. This has the advantage that the light sintering can be performed smoothly even at low light irradiation energy.

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Abstract

본 발명은 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 플렉서블 인쇄회로기판과 같은 얇은 연성 배선기판의 손상 없이 배선 패턴을 형성하기 위한 것이다. 본 발명은 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 광 소결용 잉크 조성물을 플렉서블한 기판 몸체 위에 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 단계, 예비 배선 패턴을 건조시키는 단계, 및 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 예비 배선 패턴에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 배선기판의 제조 방법과, 그 제조 방법으로 제조된 배선기판을 제공한다.

Description

광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법
본 발명은 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그를 이용한 배선기판의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 인쇄전자기술에서 사용되고 도전성 잉크는 주로 디스플레이 패널, 태양 전지판, 디지타이저(digitizer), 인쇄회로기판 등과 같은 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 사용되고 있다.
이러한 도전성 잉크로는 은(Ag)을 포함하는 은 잉크, 은 페이스트가 주로 사용되고 있다. 은을 포함하는 도전성 잉크에는 은 이외에 금, 백금, 팔라듐 등의 금속 입자가 포함될 수 있다.
하지만 은 잉크 또는 은 페이스트는 열 소결 공정을 통해 배선기판에 배선 패턴으로 형성하고 있으나, 도전성 잉크에 포함되는 은의 가격이 매우 고가이기 때문에, 도전성 잉크를 이용하여 배선 패턴을 형성하는 경우 해당 배선기판의 제조 원가를 낮추는데 한계가 있다. 또한, 열 소결 공정이 요구되어 배선기판 선정 혹은 잉크 선정에 많은 한계가 있다.
또한 은 잉크 또는 은 페이스트를 이용하여 형성된 배선 패턴은 박리 및 밀착력 문제가 있고, 열 소결 후 형성된 배선 패턴의 저항 값이 높은 문제점을 안고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국등록특허 제10-1276237호(2013.06.12.)
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 도전성 잉크에 은 입자 대신 구리 입자를 포함시켜 가격이 저렴한 도전성 잉크를 이용한 배선 패턴을 구현하기 위한 기술을 개발 중에 있다.
그러나 순수나노구리입자는 은 입자에 비해서 가격이 저렴한 편이긴 하지만, 합성 수율이 낮기 때문에 가격이 비싼 편이다.
또한 구리 입자를 포함하는 도전성 잉크로 배선 패턴을 형성할 경우, 도전성 잉크에 포함된 각 구리 입자의 표면에 쉽게 구리산화막이 형성되기 때문에 배선 패턴의 전기 저항이 매우 높아져 배선 패턴으로서의 기능을 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
이로 인해 각 구리 입자의 표면에 구리산화막이 형성되지 않도록 하기 위해서는 불활성 기체 분위기 하에서 300℃ 이상의 높은 온도로 1 시간 내지 3시간 소성을 해야 한다. 그런데 불활성 기체 분위기 하에서 고온으로 장시간 소성을 할 경우, 오히려 은 입자를 사용하는 도전성 잉크에 비하여 생산 단가가 더 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
또한 300℃ 이상의 고온에 배선기판이 노출될 경우, 배선기판 자체가 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 특히 플렉서블 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)과 같이 얇은 연성 배선기판의 경우 고온에 취약하기 때문에, 플렉서블 인쇄회로기판의 제조용으로 구리 입자가 포함된 도전성 잉크를 사용할 수 없는 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 배선기판의 제조 공정 시간과 제조 비용을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 소결 공정으로 배선기판의 손상을 억제할 수 있는 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 플렉서블 인쇄회로기판과 같은 얇은 연성 배선기판의 손상 없이 배선 패턴을 형성할 수 있는 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배선 패턴의 치밀도와 광 소결 효율을 향상시킬 수 있는 광 소결용 잉크 조성물, 그를 이용한 배선기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구리산화막이 있는 나노산화구리입자; 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 포함하는 환원제; 분산제; 바인더; 및 용매;를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 제공한다.
상기 나노산화구리입자는 나노구리입자의 표면에 구리산화막이 500nm 이하의 두께로 형성되고, 입자 크기가 1㎛ 미만일 수 있다.
상기 분산제는 아민계 고분자 분산제, 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제 또는 극성기를 갖는 고분자 분산제를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 더 포함할 수 있다.
상기 산화은과 상기 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 일 수 있다.
상기 용매를 제외한 산화은과 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량% 일 수 있다.
상기 산화은은 분말의 크기가 2㎛ 이하이고, 상기 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하 Dmax가 2㎛ 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 외곽에 산화방지막이 형성된 순수구리입자를 더 포함할 수 있다.
상기 순수구리입자와 상기 나노산화구리입자의 조성비는 9 : 1 내지 1 : 9 일 수 있다.
상기 순수구리입자는 D50이 2㎛ 이하의 구형 입자 또는 4㎛ 이하의 판상 입자이고, 상기 나노산화구리입자는 50nm 이하의 구리산화막이 형성된 코어-쉘 타입의 입자일 수 있다.
상기 용매를 제외한 상기 순수구리입자 및 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량% 일 수 있다.
본 발명은 또한, 플렉서블한 기판 몸체 위에 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 스크린 프린팅 단계; 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조시키는 건조 단계; 및 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 상기 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 상기 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 광 소결 단계;를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조 방법은, 상기 스크린 프린팅 단계 이전에 수행되는, 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조하는 단계; 및 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 스크린 프린팅 단계에서, 상기 예비 배선 패턴은 선폭 50 내지 100㎛, 두께 5 내지 10㎛로 상기 기판 몸체 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다.
상기 건조 단계에서, 상기 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 제거할 수 있다.
상기 광 소결 단계에서, 상기 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 환원 및 소결할 수 있다.
상기 단색의 펄스 광은 펄스 폭 100㎲ 내지 1000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 400V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 5 J/㎠ 내지 20 J/㎠인 백색광일 수 있다.
상기 단색의 펄스 광은 제논 플레쉬 램프로부터 발생된 백색광을 이용할 수 있다.
상기 광 소결 단계에서, 상기 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 광 소결용 잉크 조성물은 외곽에 산화방지막이 형성된 순수구리입자를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 스크린 프린팅 단계 이전에 수행되는, 순수구리입자, 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조하는 단계; 및 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 스크린 프린팅 단계에서, 상기 예비 배선 패턴은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 상기 기판 몸체 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다.
상기 건조 단계에서, 상기 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 제거할 수 있다.
상기 광 소결 단계에서, 상기 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 환원 및 소결하되, 상기 단색의 펄스 광은 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광일 수 있다.
상기 광 소결 단계에서, 상기 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.
본 발명은 또한, 기판 몸체; 및 상기 기판 몸체에 전술된 광 소결용 잉크 조성물을 도포한 후 광 소결하여 형성한 배선 패턴을 포함하는 배선기판을 제공한다.
본 발명에 따르면, 도전성 잉크의 소재로 구리산화막이 있는 저가의 나노구리입자(이하 '나노산화구리입자'라 함)를 사용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성함으로써, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다. 즉 순수 나노구리입자에 비해서 저가인 나노산화구리입자를 포함하는 도전성 잉크를 이용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 나노산화구리입자를 포함하는 도전성 잉크를 배선기판에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 소결 공정을 통하여 나노구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광조사를 통한 소결 공정으로 배선기판의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수 나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴을 형성할 수 있다.
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체에 본 발명에 따른 도전성 잉크를 이용하여 기판 몸체의 손상 없이 배선 패턴을 형성할 수 있다.
또한 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 도전성 잉크를 이용하여 배선기판에 배선 패턴을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 배선 패턴을 고종횡비를 갖도록 형성할 수 있다. 즉 배선기판의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.
한편으로 본 발명에 따른 잉크 조성물은 은 소재에 비해서 저가인 순수구리입자와 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 순수구리입자를 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물의 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 반면에 본 발명과 같이 순수구리입자를 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 순수구리입자를 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서, 본 발명과 같이 순수구리입자와 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물이 광 소결 시 광흡수율이 높기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 낮은 광 조사 에너지에서도 원활하게 광 소결을 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한 순수구리입자와 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 배선기판에 배선 패턴을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 고종횡비를 갖도록 배선 패턴을 형성할 수 있다. 즉 배선기판의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.
한편으로 본 발명에 따른 잉크 조성물은 은 소재에 비해서 저가인 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 도전성 잉크을 이용하여 배선기판의 배선 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 배선기판의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 잉크 조성물을 배선기판에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 광 소결 공정을 통하여 나노구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 광 소결 공정으로 배선기판의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물의 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 반면에 본 발명과 같이 산화은을 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 잉크 조성물에 포함된 산화은은 갈색 혹은 흑색의 색상을 갖기 때문에, 광 조사시 광흡수율이 높고 분해되어 소결이 쉽기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 낮은 광 조사 에너지에서도 원활하게 광 소결을 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들로서,
도 3은 배선기판을 보여주는 단면도이고,
도 4는 배선기판 위에 광 소결용 잉크 조성물을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 5는 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조하는 단계를 보여주는 단면도이고,
도 6은 광 소결을 통하여 예비 배선 패턴을 배선 패턴으로 형성하는 단계를 보여주는 단면도이다.
도 7은 광 소결 전의 예비 배선 패턴 및 광 소결 후의 배선 패턴을 보여주는 사진이다.
도 8 내지 도 10은 광 소결된 배선 패턴을 보여주는 사진들이다.
도 11은 광 소결 시 20J/cm2의 광 소결된 배선 패턴을 보여주는 사진이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 포함되는 순수구리입자를 보여주는 SEM 사진이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 포함되는 나노산화구리입자를 보여주는 SEM 및 HRTEM 사진이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 16은 광 소결 전의 예비 배선 패턴을 보여주는 사진이다.
도 17은 및 광 소결 후의 배선 패턴을 보여주는 사진이다.
도 18은 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물을 스크린 프린팅 후 광 소결하여 형성한 패턴을 보여주는 사진들이다.
도 19는 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물의 광 소결 시의 광흡수 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함한다.
나노산화구리입자는 부도체이지만 광 조사에 의해 전도기전도성을 갖는 순수 나노구리입자로 변환되어 도전체의 소스로 사용되는 소재이다. 나노산화구리입자는 코어-쉘(core-shell) 타입의 입자로서, 나노구리입자의 표면에 구리산화막이 500nm 이하의 두께로 형성되고, 입자 크기가 1㎛ 미만일 수 있다. 이때 구리산화막이 500nm 이하의 두께를 갖는 나노산화구리입자를 사용하는 이유는, 구리산화막의 두께가 500nm를 초과하는 경우 광 조사에 의해 구리산화막 중 일부가 구리로 환원되지 않는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
환원제는 광 조사를 받아 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원시킨다. 즉 환원제는 나노산화구리입자를 순수 나노구리입자로 변환시킨다. 이러한 환원제로는 아민계 고분자 분산제, 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제 또는 극성기를 갖는 고분자 분산제를 사용할 수 있다.
예컨대 환원제로는 포름알데하이드, 아세트알데하이드 등의 알데하이드계 화합물, 옥살산(Oxalic acid), 포름산(Formic acid), 아스코르빅산(Ascorbic acid), 술폰산(sulfonic acid), 도데실벤젠술폰산(dodecyl benzene sulfonic acid), 말레산(maleic acid), 헥사믹산(hexamic acid), 포스포릭산(phosphoric acid), O-프탈릭산(O-phthalic acid), 아크릴산(acrylic acid) 등의 산, Phosphites, hypophosphites 및 phosphorous acid 등의 인계 화합물, Diisobutylaluminum hydride(DIBAL-H) 및 Lindlar catalyst 등의 금속계 환원제가 사용될 수 있다.
환원제 중 인계 화합물에 대해서 좀 더 자세히 설명하자면, PO33-기를 포함하는 NH4HP(O)2OH와 같이 HP(O)2OH-기를 포함하는 hydrogenphosphonates(acid phosphites), H2P2O5 2-를 포함하는 diphosphites, (NH4)2HPO3ㅇH2O, CuHPO3ㅇH2O, SnHPO3, 및 Al2(HPO3)3ㅇ4H2O 등과 같은 HPO3 2-를 포함하는 phosphites, (RO)3P와 같은 phosphite ester, Hypophosphite(H2PO2 -), phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide, parathion, Sarin(phosphinate), Glyphosate(phosphonate), fosfomycin(phosphonate), zoledronic acid(phosphonate), 및 Glufosinate(phosphinate) 등과 같은 Organophosphorus, triphenylphosphine과 같은 organic phosphines(PR3), Triphenylphosphine oxide과 같은 Phosphine oxide(OPR3), (CH3O)2PPh과 같은 Phosphonite(P(OR)R2), Phosphonite(P(OR)2R), Phosphinate(OP(OR)R2), organic phosphonates(OP(OR)2R), Phosphate(PO4 3-), parathion, malathion, methyl parathion, chlorpyrifos, diazinon, dichlorvos, phosmet, fenitrothion, tetrachlorvinphos, azamethiphos, 및 azinphos methyl 등과 같은 organophosphate(OP(OR)3) 등 불포화기를 포함하는 인계 화합물 등이 사용될 수 있다.
환원제를 광 소결용 잉크 조성물의 촉매로서 포함함에 따라, 광조사를 통한 소결이 가능하여 배선기판의 휨(warpage) 또는 수축과 같은 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 에칭, 열 소결 등에 비해 공정 시간을 줄이고 공정 비용을 절감할 수 있다.
제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에서 환원제는 나노산화구리 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부가 첨가되는 것이 바람직하다. 여기서 환원제의 첨가량이 5 중량부를 초과하면, 광 소결용 잉크 조성물에서의 분산성 저하 및 상용성 저하로 인한 균질성 저하의 문제점이 발생될 수 있다. 반대로 환원제의 첨가량이 0.1 중량부 미만이면, 단색광 조사에 의한 원활한 나노산화구리입자의 환원 및 소결이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
분산제는 광 소결용 잉크 조성물 내에서 나노산화구리입자를 균일하게 분산시켜, 광 소결에 의해 형성되는 배선 패턴 내에 기공(pore)이 발생되는 것을 억제한다.
이러한 분산제로는 폴리에틸렌 이민, 폴리바이닐피롤리돈 등의 아민계 고분자 분산제, 또한 폴리아크릴산, 카복시메틸셀룰로스 등의 분자 중에 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제, 포발(폴리바이닐알코올), 스타이렌-말레산 공중합체, 올레핀-말레산 공중합체, 또는 1분자 중에 폴리에틸렌 이민 부분과 폴리에틸렌옥사이드 부분을 갖는 공중합체 등의 극성기를 갖는 고분자 분산제가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
바인더는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성할 때, 나노산화구리입자를 바인딩하는 역할을 하는 소재로서, 배선 패턴이 우수한 인쇄성과 고종횡비를 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
이러한 바인더로는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 바인더로는 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀(phenol)계 수지의 혼합 수지가 사용될 수 있다. 바인더로 상기한 혼합 수지를 사용하여, 150℃ 내외의 온도에서 열경화함(3차원의 망상구조가 형성됨으로써 열적으로 매우 안정한 구조를 형성할 수 있음)으로써 광 소결용 잉크 조성물의 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 나노산화구리잉크 조성물은 280℃ 이상의 내열성을 갖고 있어 솔더링(soldering)이 가능한데, 솔더링이 가능함에 따라 수동소자, 능동소자 및 다른 회로 배선 등과 솔더링에 의해서 전기적으로 연결이 가능하다는 장점이 있다. 잉크 조성물의 내열성이 충족되지 않을 경우, 접점 혹은 접합 부위에서의 저항 상승 및 기계적 물성 저하로 인한 불량을 야기할 수 있다. 저항이 상승하면, 신호 전달의 지연이나 전체 디바이스 상에서의 다양한 문제를 야기할 수 있다.
또한 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계수지의 혼합비는 1: 0.1~1: 0.1~5인 것이 바람직하다.
나노산화구리 100 중량부에 대한 바인더의 첨가량은 3 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 10 중량부를 초과하면 입자 사이의 저항 성분의 과도한 증가를 유발하여 전기적으로 저항을 높이는 문제가 있고, 3 중량부에 미달하면 입자의 표면을 모두 커버하기 어렵고, 유변적으로 불안정하며, 배선기판과의 접착력이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
그리고 용매로는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매 또는 테르펜계 용매 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA 및 PET 중에서 선택되는 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금 및 은 중에서 선택되는 금속 기판 또는 (Indium Tin Oxide) 및 세라믹, 유리 및 실리콘 중에서 선택되는 비금속 기판 등에 모두 사용될 수 있으며, 이들에 대한 배선 패턴의 접착력을 향상시킬 수 있고, 배선 패턴의 인쇄성을 향상시키며 고 종횡비(high aspect ratio)를 구현할 수 있다. 특히 두께가 얇고 열에 취약한 플렉서블 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물이 사용될 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치에 대해서 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)는 배선기판 공급부(10), 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40), 광 소결부(50) 및 배선기판 회수부(60)를 포함한다. 이때 배선기판 공급부(10), 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40), 광 소결부(50) 및 배선기판 회수부(60)는 일렬로 배선기판 공급부(10)로부터 배선기판 회수부(60)로 순차적으로 설치될 수 있다.
배선기판 공급부(10)는 배선기판의 제조에 사용될 기판 몸체를 공급한다. 이때 기판 몸체는 양면에 배선 패턴이 형성되어 있지 않거나, 한면에 배선 패턴이 형성되어 있을 수 있다.
이때 기판 몸체는 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 절연성과 유연성을 갖는 플라스틱 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 기판 몸체의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP)가 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
배선기판 회수부(60)는 배선기판 공급부(10)의 맞은 편에 설치되며, 배선 패턴의 제조 공정이 완료된 기판 몸체를 회수한다.
이때 배선기판이 플렉서블 인쇄회로기판인 경우, 배선기판 공급부(10)는 기판 몸체를 롤 투 롤(roll to roll) 방식으로 제공하거나, 캐리어 프레임에 부착된 단위 시트 형태로 제공할 수 있다. 롤 투 롤 방식의 경우, 기판 몸체가 감긴 배선기판 공급부(10)의 공급 롤에서 제공된 기판 몸체는 스크린 프린팅부(20), 프린팅 검사부(30), 건조부(40) 및 광 소결부(50)를 통과한 이후에 배수기판 회수부(60)의 회수 롤에 감겨 회수될 수 있다.
스크린 프린팅부(20)는 배선기판 공급부(10)에서 공급된 기판 몸체에 배선 패턴으로 형성될 예비 배선 패턴을 스크린 프린팅하는 부분이다. 스크린 프린팅부(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배선 패턴에 대응되게 패턴 홀(23)이 형성된 스크린(21)과, 광 소결용 잉크 조성물(27)을 패턴 홀(23)에 충전시키는 스퀴즈(25)를 포함하여 구성될 수 있다. 도시하진 않았지만, 스크린 프린팅부(20)는 기판 몸체(71)를 지지하며 스크린 프린팅이 이루어지는 스테이지를 포함한다.
스크린 프린팅부(20)에서의 스크린 프린팅은 다음과 같이 수행될 수 있다. 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(21) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 50 내지 100㎛, 두께 5 내지 10㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다.
여기서 예비 배선 패턴은 광 소결 전의 스크린 프린팅된 배선 패턴을 지칭하며, 광 소결에 의해 배선 패턴으로 형성된다.
프린팅 검사부(30)는 스크린 프린팅부(20)에 이웃하게 설치되며, 스크린 프린팅부(20)에서 배출되는 기판 몸체 위에 프린팅된 예비 배선 패턴을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체 위에 예비 배선 패턴의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다. 검사 결과 이상이 없는 경우 기판 몸체가 건조부(40)로 이송될 수 있도록 하지만, 이상이 있는 경우 경보 메시지를 출력하거나 배선기판의 제조 장치(100)의 구동을 일시적으로 정지시킬 수 있다. 경보 메시지는 경보음, 경보등 등을 통하여 작업자에게 알릴 수 있다.
건조부(40)는 프린팅 검사부(30)에 이웃하게 설치되며, 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체에 형성된 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 건조시켜 제거할 수 있다.
광 소결부(50)는 건조부(40)에 이웃하게 설치되며, 건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 예비 배선 패턴에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성한다.
이때 광 소결부(50)는 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴을 환원 및 소결하여 배선 패턴으로 형성할 수 있다. 단색의 펄스 광은 제논 플레쉬 램프로부터 발생된 백색광을 이용할 수 있으며, 다른 종류의 램프로부터 발생되는 펄스 광 또는 다른 색의 광이 사용될 수도 있다.
제1 실시예에서 단색의 펄스 광으로 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 사용하는 이유는, 펄스 폭(pulse width), 펄스 갭(pulse gap), 펄스 수(pulse numbers) 및 강도(intensity)를 정밀하게 조절하기 쉽기 때문이다.
플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 1000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 400V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 5 J/㎠ 내지 20 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.
여기서 백색광의 펄스 폭이 1000㎲ 보다 클 경우 단위 시간 당 입사 에너지가 줄어들어 광 소결 효율이 저하될 수 있다.
펄스 갭이 1ms 보다 크게, 또는 펄스 수가 10번 보다 클 경우에는 백색광의 낮은 에너지에 기인하여 광 소결용 잉크가 제대로 소결되지 못할 수 있다.
또한 펄스 갭이 0.01ms 보다 작거나 백색광의 강도가 20J/㎠ 초과일 경우 램프의 손상 또는 수명이 단축될 수 있으며, 플렉서블 인쇄회로기판에 손상을 줄 수 있다.
또한 백색광의 강도가 5 J/㎠ 이하일 경우 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원하기 위한 환원 반응이 약하여 배선 패턴의 전기 저항 특성이 저하될 수 있다.
반대로 백색광의 강도가 약 20J/㎠ 이상일 경우 고에너지가 플렉서블 인쇄회로기판에 제공되어 기판 몸체의 수축, 휨 및 뒤틀림 등의 손상이 발생될 수 있고, 배선 패턴의 기판 몸체로부터의 박리 등이 발생될 수 있다.
그리고 광 소결에 의해 배선 패턴이 형성된 배선기판은 배선기판 회수부(60)에 회수된다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)를 통하여 기판 몸체의 상부면에 배선 패턴(이하 '상부 배선 패턴'이라 함)을 형성할 수 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 기판 몸체의 하부면에 하부 배선 패턴을 형성할 수 있는 제2 배선기판의 제조 장치에 배선기판 회수부(60)에 회수된 기판 몸체를 제공하여 기판 몸체의 하부면에도 하부 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이때 제2 배선기판의 제조 장치는 제1 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 예컨대 제1 배선기판의 제조 장치와, 하부 배선 패턴을 형성하는 제2 배선기판의 제조 장치가 인라인으로 연결되어 기판 몸체의 상부 배선 패턴과 하부 배선 패턴을 형성할 수 있다.
또는 광 소결에 의해 상부면에 상부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체를 리와이딩 또는 틸트를 통해 기판 몸체의 하부면이 상부를 향하도록 한 다음, 기판 몸체의 하부면에 스크린 프린팅, 건조 및 광 소결을 통하여 하부 배선 패턴을 형성할 수도 있다. 즉 기판 몸체의 양면에 상부 배선 패턴 및 하부 배선 패턴이 형성된 양면 배선기판을 제조할 수도 있다.
예컨대 배선기판을 틸트하여 앙면 배선기판을 제조하는 양면 배선기판의 제조 장치는 상부 배선 패턴을 형성하는 배선기판 공급부, 제1 스크린 프린팅부, 제1 프린팅 검사부, 제1 건조부 및 제1 광 소결부를 포함하는 상부 배선 패턴 제조부와, 제1 광 소결부를 통과한 기판 몸체를 틸트하여 기판 몸체의 하부면이 상부를 향하도록 하는 틸팅부, 틸팅부에 연결된 제2 스크린 프린팅부, 제2 프린팅 검사부, 제2 건조부, 제2 광 소결부 및 배선기판 회수부를 포함하는 하부 배선 패턴 제조부를 포함할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 배선기판의 제조 장치(100)를 이용한 배선기판의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 3 내지 도 6은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
먼저 S81단계에서 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 즉 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 이때 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 선분산기에 의하여 30분 내지 수 시간 동안 1차적으로 선분산한다. 선분산된 광 소결용 잉크 조성물을 다시 3본 밀에 의하여 2차적으로 고분산시켜 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 균일하게 혼합할 수 있다. 그리고 혼합된 광 소결용 잉크 조성물로부터 이물질 및 응집 물질을 필터링하여 최종적으로 예비 배선 패턴을 형성하기 위한 광 소결용 잉크 조성물을 제조할 수 있다.
다음으로 S83단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징한다. 즉 S81단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온 분위기에서 수 시간 에이징을 수행한다. 에이징된 광 소결용 잉크 조성물은 스크린 프린팅부(20)에 제공된다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 배선기판 공급부(10)를 통하여 기판 몸체(71)가 스크린 프린팅부(20)로 공급된다. 이때 기판 몸체(71)는 상부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성되지 않은 반제품 상태의 배선기판이거나, 기판 몸체(71)의 하부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성된 반제품 상태의 배선기판일 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S85단계에서 기판 몸체(71) 위에 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴(73)을 형성한다. 즉 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다.
예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 50 내지 100㎛, 두께 5 내지 10㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때 예비 배선 패턴(73)의 두께가 5㎛ 이하인 경우, 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광의 펄스 제어가 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 광 소결에 의해 제조되는 배선 패턴의 형태가 변형되거나 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 반대로 예비 배선 패턴(73)의 두께가 10㎛를 초과하는 경우, 광 조사에 따른 환원 및 광 소결이 제대로 이루어지지 않아 제조된 배선 패턴의 저항이 올라가는 문제가 발생될 수 있다. 즉 예비 배선 패턴(73)을 형성하는 나노산화구리입자 중 환원되지 않는 나노산화구리입자의 비중이 두께에 비례하게 증가하기 때문이다.
다음으로 S87단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, S89단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 건조한다. 즉 건조부(40)는 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체(71)에 형성된 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴(73)에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거할 수 있다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, S91단계에서 건조된 예비 배선 패턴(73)을 광 소결하여 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 배선 패턴(75)이 형성된 배선기판(70)을 제조할 수 있다. 즉 광 소결부(50)는 건조된 예비 배선 패턴(73)에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체(71) 위에 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다. 예컨대 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 1000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 400V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 5 J/㎠ 내지 20 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(70)은 기판 몸체(71)와, 기판 몸체(71)의 상부면에 형성된 배선 패턴(75)을 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 배선기판은 기판 몸체(71)의 양면에 배선 패턴이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉 배선기판 공급부(10)를 통하여 하부면에 하부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체(71)가 제공되는 경우, 기판 몸체(71)의 상부면에 상부 배선 패턴을 형성함으로써, 양면에 배선 패턴이 형성된 배선기판을 제조할 수 있다. 물론 하부 배선 패턴 또한 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물로 형성할 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 도전성 잉크의 소재로 구리산화막이 있는 저가의 나노산화구리입자를 사용하여 배선기판(70)의 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 배선기판(70)의 제조 비용을 절감할 수 있다. 즉 순수 나노구리입자에 비해서 저가인 나노산화구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물(27)를 이용하여 배선기판(70)의 배선 패턴(75)을 형성할 수 있기 때문에, 배선기판(70)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 나노산화구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 배선기판(70)에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 소결 공정을 통하여 나노구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광조사를 통한 소결 공정으로 배선기판(70)의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수 나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체(71)에 제1 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 기판 몸체(71)의 손상 없이 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
또한 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선기판(70)에 배선 패턴(75)을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 배선 패턴(75)을 고종횡비를 갖도록 형성할 수 있다. 즉 배선기판(70)의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴(75)이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(70)은 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 광 소결 전의 예비 배선 패턴(73) 및 광 소결 후의 배선 패턴(75)을 보여주는 사진이다. 그리고 도 8 내지 도 10은 광 소결된 배선 패턴을 보여주는 사진들이다. 도 8 및 도 9는 광 소결된 배선 패턴을 보여주는 SEM 사진이다. 도 10은 광 소결된 배선 패턴의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
이때 제1 실시예에 따른 배선기판의 제조에 사용된 실시예 1에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 다음과 같이 제조하였다. 5nm 내외의 구리산화막이 있는 입자 크기가 100nm인 나노산화구리 120g, 분산제 0.3g, 폴리비닐피로리돈 15g, 아스코르브산 1g을 에틸렌글리콜 60g에 첨가한 후 혼합하고, 제조된 혼합물을 선분산기에서 1시간 동안 선분산하고, 3본 밀에서 고분산시켜 광 소결용 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 1에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 폴로이미드 소재의 기판 몸체(71)에 스크린 프린팅한 후 90℃에서 30분간 건조시켜 예비 배선 패턴(73)을 형성하였다.
그 후 예비 배선 패턴(73)에 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 조사하여 배선 패턴(75)을 형성하였다. 이때 백색광으로는 600㎲의 펄스 폭(pulse duration)을 갖고, 5 내지 15 J/cm2 까지 광 조사 에너지를 변화시키면서 인쇄된 배선 패턴(75)의 비저항 변화를 측정하였다. 실시예 1의 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 형성한 배선 패턴(75)의 광 조사 에너지에 따른 비저항 측정 결과는 아래의 표 1과 같다.
먼저 도 7을 참조하면, 위쪽은 건조된 예비 배선 패턴(73)을 보여주고 있고, 아래쪽은 광 소결된 배선 패턴(75)을 보여준다. 배선 패턴(75)의 두께는 9㎛ 이며, 광 소결 전의 예비 배선 패턴(73)의 비저항은 절연의 특정이 보이지만, 광 소결 이후의 배선 패턴(75)의 비저항은 4 내지 6μΩ㎝이었다. 즉 광 소결 전의 예비 배선 패턴(73)에는 절연성의 나노산화구리입자를 포함하고 있기 때문에, 비저항이 무한대로 측정되는 것이다. 하지만 광 소결에 의해 절연성의 나노산화구리입자는 순수 나노구리입자로 환원되어 소결되기 때문에, 광 소결된 배선 패턴(75)은 비저항이 4 내지 6μΩ㎝으로 양호한 전기전도성을 갖게 되는 것이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 배선 패턴은 순수 구리 소재의 배선 패턴을 보여준다. 특히 도 10의 단면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 배선 패턴은 입자 간 웰딩(welding)이 발생했음을 확인할 수 있다.
표 1
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표 1은, 광 소결시의 출력 전압, 펄스 폭, 광 조사 에너지 및 비저항을 보여준다. 여기서 광 조사를 위한 광 소결부(50)에 사용되는 광 소결 장비로는 Novacentrics社의 Pulse forge 3300을 사용하였으며, 배선 패턴의 비저항 측정은 LORESTA-GP의 4-probe를 사용하였다. 배선 패턴의 두께는 9㎛이다.
표 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 예비 배선 패턴의 광 소결 전의 전극 비저항은 절연이지만, 광 소결 이후의 배선 패턴의 비저항은 4 내지 6μΩ㎝이었다. 즉 광 소결에 의해 제조된 배선 패턴은 양호한 전기전도성을 갖고 있음을 확인할 수 있다.
하지만 광 소결 시 20J/cm2의 광 조사 에너지를 예비 배선 패턴에 조사하는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 광 소결에 의해 형성된 배선 패턴(75)에 손상이 발생되었음을 알 수 있다. 여기서 도 11은 광 소결 시 20J/cm2의 광 조사 에너지로 광 소결로 손상된 배선 패턴(75)을 보여주는 사진이다.
도 11을 참조하면, 광 조사 에너지가 20J/cm2을 초과할 경우, 대부분의 배선 패턴(75)은 연소되어 소진(burn-out) 되거나, 기판 수축 등의 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 즉 배선 패턴(75)의 중심 부분(77)이 소진되어 기판 몸체(71)에서 탈락한 것을 확인할 수 있다.
제2 실시예
제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은과 구리산화막이 있는 나노산화구리입자를 포함하며, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있다.
산화은은 산화은(I) 또는 산화은(Ⅱ)이다. 여기서 산화은(I)은 Ag2O로서, 암갈색 내지 흑갈색의 비중 7.22의 물질이며, 160℃ 내외에서 분해가 가능한 물질이다. 산화은(Ⅱ)은 AgO로서, 회흑색의 비중 7.483의 물질이며, 100℃ 내외에서 분해가 가능한 물질이다.
이러한 산화은은, 광 소결 공정에 대한 설명에서 후술하겠지만 제논 백색광을 조사할 경우, 갈색 혹은 흑색의 색상으로 인해서 광 흡수가 용이하고, 용이하게 분해되어 소결이 쉽고, 좀 더 치밀한 배선 패턴을 만들 수 있다.
나노산화구리입자는 부도체이지만 광 조사에 의해 전도기전도성을 갖는 순수 나노구리입자로 변환되어 도전체의 소스로 사용되는 소재이다. 나노산화구리입자는 코어-쉘(core-shell) 타입의 입자로서, 표면에 구리산화막이 50nm 이하의 두께로 형성된 입자일 수 있다. 이때 구리산화막이 50nm 이하의 두께를 갖는 나노산화구리입자를 사용하는 이유는, 구리산화막의 두께가 50nm를 초과하는 경우 광 조사에 의해 구리산화막 중 일부가 구리로 환원되지 않는 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하이고, Dmax가 2㎛ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.
나노산화구리입자의 입도는 응용분야에 따라 선택적으로 제어할 필요가 있다. 예컨대 터치스크린용 ITO 투명전극 대체 소재인 메탈 메쉬를 제조할 경우에, 모아레, 스타버스트 등의 시인성 문제를 해결하기 위해서 1㎛ 이내의 선폭 구현이 필요한데, 이러한 경우는 입자의 사이즈를 300nm이하로 제어하는 것이 바람직하다.
한편 75㎛이하의 선폭이 필요한 디지타이저 양면 FPCB의 경우는 굳이 300nm이하일 필요는 없을 것이며, 광 소결이 가능한 범주에서 최대 입자를 사용해도 무방하다.
산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 일 수 있다. 산화은과 나노산화구리입자의 조성비에 있어서, 산화은의 비율이 0.1 미만일 경우, 산화은에 의한 배선 패턴의 치밀성 향상이 거의 없으며, 원가 상승만 유발할 뿐이다. 반대로 산화은의 비율이 4를 초과할 경우, 과도한 산소의 배출로 인해서 포러스(porous)한 배선 패턴이 생성되는 문제가 있다.
환원제는 광 조사를 받아 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원시킨다. 즉 환원제는 나노산화구리입자를 순수 나노구리입자로 변환시킨다. 이러한 환원제로는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 사용할 수 있다.
예컨대 환원제로 사용되는 알데하이드계 화합물로는 포름알데하이드, 아세트알데하이드 등이 사용될 수 있다.
환원제로 사용되는 산으로는 옥살산(Oxalic acid), 포름산(Formic acid), 아스코르빅산(Ascorbic acid), 술폰산(sulfonic acid), 도데실벤젠술폰산(dodecyl benzene sulfonic acid), 말레산(maleic acid), 헥사믹산(hexamic acid), 포스포릭산(phosphoric acid), O-프탈릭산(O-phthalic acid), 아크릴산(acrylic acid) 등이 사용될 수 있다.
환원제로 사용되는 인계 화합물로는 Phosphites, hypophosphites 및 phosphorous acid 등이 사용될 수 있다. 환원제 중 인계 화합물에 대해서 좀 더 자세히 설명하자면, PO33-기를 포함하는 NH4HP(O)2OH와 같이 HP(O)2OH-기를 포함하는 hydrogenphosphonates(acid phosphites), H2P2O5 2-를 포함하는 diphosphites, (NH4)2HPO3ㅇH2O, CuHPO3ㅇH2O, SnHPO3, 및 Al2(HPO3)3ㅇ4H2O 등과 같은 HPO3 2-를 포함하는 phosphites, (RO)3P와 같은 phosphite ester, Hypophosphite(H2PO2 -), phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide, parathion, Sarin(phosphinate), Glyphosate(phosphonate), fosfomycin(phosphonate), zoledronic acid(phosphonate), 및 Glufosinate(phosphinate) 등과 같은 Organophosphorus, triphenylphosphine과 같은 organic phosphines(PR3), Triphenylphosphine oxide과 같은 Phosphine oxide(OPR3), (CH3O)2PPh과 같은 Phosphonite(P(OR)R2), Phosphonite(P(OR)2R), Phosphinate(OP(OR)R2), organic phosphonates(OP(OR)2R), Phosphate(PO4 3-), parathion, malathion, methyl parathion, chlorpyrifos, diazinon, dichlorvos, phosmet, fenitrothion, tetrachlorvinphos, azamethiphos, 및 azinphos methyl 등과 같은 organophosphate(OP(OR)3) 등 불포화기를 포함하는 인계 화합물 등이 사용될 수 있다.
금속계 환원제로는 lithium aluminum hydride (LiAlH4), Diisobutylaluminum hydride(DIBAL-H) 및 Lindlar catalyst 등이 사용될 수 있다.
환원제를 광 소결용 잉크 조성물의 촉매로서 포함함에 따라, 광 조사를 통한 소결이 가능하여 배선기판의 휨(warpage) 또는 수축과 같은 손상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 에칭, 열 소결 등에 비해 공정 시간을 줄이고 공정 비용을 절감할 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에서 환원제는 나노산화구리입자 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부가 첨가되는 것이 바람직하다. 여기서 환원제의 첨가량이 5 중량부를 초과하면, 광 소결용 잉크 조성물에서의 분산성 저하 및 상용성 저하로 인한 균질성 저하의 문제점이 발생될 수 있다. 반대로 환원제의 첨가량이 0.1 중량부 미만이면, 단색광 조사에 의한 원활한 나노산화구리입자의 환원 및 소결이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
분산제는 광 소결용 잉크 조성물 내에서 나노산화구리입자를 균일하게 분산시켜, 광 소결에 의해 형성되는 배선 패턴 내에 기공(pore)이 발생되는 것을 억제한다. 이러한 분산제로는 양이온계 분산제, 음이온계 분산제 또는 양쪽이온계 분산제가 사용될 수 있다.
예컨대 분산제로는 폴리에틸렌 이민, 폴리바이닐피롤리돈 등의 아민계 고분자 분산제, 또한 폴리아크릴산, 카복시메틸셀룰로스 등의 분자 중에 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제, 포발(폴리바이닐알코올), 스타이렌-말레산 공중합체, 올레핀-말레산 공중합체, 또는 1분자 중에 폴리에틸렌 이민 부분과 폴리에틸렌옥사이드 부분을 갖는 공중합체 등의 극성기를 갖는 고분자 분산제가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
바인더는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성할 때, 나노산화구리입자를 바인딩 하는 역할을 하는 소재로서, 배선 패턴이 우수한 인쇄성과 고종횡비를 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
이러한 바인더로는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 바인더로는 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀(phenol)계 수지의 혼합 수지가 사용될 수 있다. 바인더로 상기한 혼합 수지를 사용하여, 150℃ 내외의 온도에서 열경화함(3차원의 망상구조가 형성됨으로써 열적으로 매우 안정한 구조를 형성할 수 있음)으로써 광 소결용 잉크 조성물의 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 280℃ 이상의 내열성을 갖고 있어 솔더링(soldering)이 가능한데, 솔더링이 가능함에 따라 수동소자, 능동소자 및 다른 회로 배선 등과 솔더링에 의해서 전기적으로 연결이 가능하다는 장점이 있다. 잉크 조성물의 내열성이 충족되지 않을 경우, 접점 혹은 접합 부위에서의 저항 상승 및 기계적 물성 저하로 인한 불량을 야기할 수 있다. 저항이 상승하면, 신호 전달의 지연이나 전체 디바이스 상에서의 다양한 문제를 야기할 수 있다.
또한 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계수지의 혼합비는 1 : 0.1~1 : 0.1~5인 것이 바람직하다.
나노산화구리입자 100 중량부에 대한 바인더의 첨가량은 3 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 10 중량부를 초과하면 입자 사이의 저항 성분의 과도한 증가를 유발하여 전기적으로 저항을 높이는 문제가 있고, 3 중량부에 미달하면 입자의 표면을 모두 커버하기 어렵고, 유변적으로 불안정하며, 배선기판과의 접착력이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
그리고 용매로는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매 또는 테르펜계 용매 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 용매를 제외한 고형분의 함량 중 나노산화구리입자를 포함한 금속성 입자는 70 내지 94 중량%가 바람직하다. 그 이유는 70 중량% 미만인 경우, 광 조사에 의한 Current heat이 전체 입자에 전해지기 어렵고, 그로 인해서 치밀한 배선 패턴을 제조하기가 힘들다. 반대로 94 중량%를 초과할 경우, 금속성 입자의 함량이 과도해 배선 패턴 형성을 하기에 점도가 적절하지 않으며, 입자의 함량 대비 환원제 성분의 함량이 부족해 광 소결을 하기 위해서 과도한 광 에너지가 필요하기 때문이다. 과도한 광 에너지를 배선기판에 조사할 경우, 배선기판이 손상되는 문제가 발생될 수 있다.
한편 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 부가적으로 아민계통의 산화방지제, 요변제어제, 레벨링제 또는 접착력 강화를 위한 실란커플링제 등이 사용 환경에 따라 선택적으로 첨가될 수 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA 및 PET 중에서 선택되는 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금 및 은 중에서 선택되는 금속 기판 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 및 세라믹, 유리 및 실리콘 중에서 선택되는 비금속 기판 등에 모두 사용될 수 있으며, 이들에 대한 배선 패턴의 접착력을 향상시킬 수 있고, 배선 패턴의 인쇄성을 향상시키며 고 종횡비(high aspect ratio)를 구현할 수 있다. 특히 두께가 얇고 열에 취약한 플렉서블 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물이 사용될 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성하는 인쇄 방법으로 스크린 프린트 방법이 사용될 수 있지만, 그 외 그라비아, 옵셋, 플렉소, 에어로졸젯, 슬릿다이 코팅, 바코팅 등이 가능하다. 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 점도 또는 용매의 변경 등을 통하여 다양한 인쇄 방법에 적용하여 사용이 가능하다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치(100)는 도 1과 동일하며, 잉크 조성물로 광 소결용 잉크 조성물 대신에 광 소결용 잉크 조성물이 사용된다는 점에서 차이가 있다.
제2 실시예에서 단색의 펄스 광으로 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 사용하는 이유는, 펄스 폭(pulse width), 펄스 갭(pulse gap), 펄스 수(pulse numbers) 및 강도(intensity)를 정밀하게 조절하기 쉽기 때문이다.
플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.
여기서 백색광의 펄스 폭이 5000㎲ 보다 클 경우 단위 시간 당 입사 에너지가 줄어들어 광 소결 효율이 저하될 수 있다.
펄스 갭이 1ms 보다 크거나 펄스 수가 10번 보다 클 경우에는 백색광의 낮은 에너지에 기인하여 광 소결용 잉크 조성물이 제대로 소결되지 못할 수 있다.
또한 펄스 갭이 0.01ms 보다 작거나 백색광의 강도가 60 J/㎠ 초과일 경우 램프의 손상 또는 수명이 단축될 수 있으며, 플렉서블 인쇄회로기판에 손상을 줄 수 있다.
또한 백색광의 강도가 3 J/㎠ 이하일 경우 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원하기 위한 환원 반응이 약하여 배선 패턴의 전기 저항 특성이 저하될 수 있다.
반대로 백색광의 강도가 60 J/㎠ 이상일 경우 고에너지가 플렉서블 인쇄회로기판에 제공되어 기판 몸체의 수축, 휨 및 뒤틀림 등의 손상이 발생될 수 있고, 배선 패턴의 기판 몸체로부터의 박리 등이 발생될 수 있다.
이와 같이 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은과 나노산화구리입자를 포함하기 때문에, 좀 더 치밀하고 전도성이 우수한 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또한 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 낮은 광 조사에너지에서도 원활하게 광 소결이 진행되기 때문에, 배선기판의 제조 원가를 낮출 수 있다.
이와 같은 배선기판의 제조 장치를 이용한 배선기판의 제조 방법에 대해서 도 1, 도 3 내지 도 7, 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
먼저 S181단계에서 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 즉 산화은, 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 이때 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 선분산기에 의하여 30분 내지 수 시간 동안 1차적으로 선분산한다. 선분산된 광 소결용 잉크 조성물을 다시 3본 밀에 의하여 2차적으로 고분산시켜 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 균일하게 혼합할 수 있다. 그리고 혼합된 광 소결용 잉크 조성물로부터 이물질 및 응집 물질을 필터링하여 최종적으로 예비 배선 패턴을 형성하기 위한 광 소결용 잉크 조성물을 제조할 수 있다.
다음으로 S183단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징한다. 즉 S81단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온 분위기에서 수 시간 에이징을 수행한다. 에이징된 광 소결용 잉크 조성물은 스크린 프린팅부(20)에 제공된다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 배선기판 공급부(10)를 통하여 기판 몸체(71)가 스크린 프린팅부(20)로 공급된다. 이때 기판 몸체(71)는 상부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성되지 않은 반제품 상태의 배선기판이거나, 기판 몸체(71)의 하부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성된 반제품 상태의 배선기판일 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S185단계에서 기판 몸체(71) 위에 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴(73)을 형성한다. 즉 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다.
예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때 예비 배선 패턴(73)의 두께가 5㎛ 이하인 경우, 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광의 펄스 제어가 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 광 소결에 의해 제조되는 배선 패턴의 형태가 변형되거나 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 반대로 예비 배선 패턴(73)의 두께가 20㎛를 초과하는 경우, 광 조사에 따른 환원 및 광 소결이 제대로 이루어지지 않아 제조된 배선 패턴의 저항이 올라가는 문제가 발생될 수 있다. 즉 예비 배선 패턴(73)을 형성하는 나노산화구리입자 중 환원되지 않는 나노산화구리입자의 비중이 두께에 비례하게 증가하기 때문이다.
다음으로 S187단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, S189단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 건조한다. 즉 건조부(40)는 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체(71)에 형성된 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴(73)에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거할 수 있다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, S191단계에서 건조된 예비 배선 패턴(73)을 광 소결하여 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 제2 실시예에 따른 배선 패턴(75)이 형성된 배선기판(70)을 제조할 수 있다. 즉 광 소결부(50)는 건조된 예비 배선 패턴(73)에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체(71) 위에 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다. 예컨대 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(70)은 기판 몸체(71)와, 기판 몸체(71)의 상부면에 형성된 배선 패턴(75)을 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 배선기판은 기판 몸체(71)의 양면에 배선 패턴이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉 배선기판 공급부(10)를 통하여 하부면에 하부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체(71)가 제공되는 경우, 기판 몸체(71)의 상부면에 상부 배선 패턴을 형성함으로써, 양면에 배선 패턴이 형성된 배선기판을 제조할 수 있다. 물론 하부 배선 패턴 또한 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물로 형성할 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 광 소결용 잉크 조성물의 소재로 구리산화막이 있는 저가의 나노산화구리입자를 사용하여 배선기판(70)의 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 배선기판(70)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 산화은과 나노산화구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 배선기판(70)에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 소결 공정을 통하여 나노산화구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 소결 공정으로 배선기판(70)의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수 나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체(71)에 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 기판 몸체(71)의 손상 없이 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
또한 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선기판(70)에 배선 패턴(75)을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 배선 패턴(75)을 고종횡비를 갖도록 형성할 수 있다. 즉 배선기판(70)의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴(75)이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.
또한 제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물은 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 하지만 제2 실시예와 같이 산화은을 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서, 제2 실시예와 같이 산화은을 포함하는 잉크 조성물이 광 소결 시 광흡수율이 높기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판의 특성을 알아보기 위해서, 아래와 같이 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물을 이용하여 다음과 같이 배선기판을 제조하였다.
표 2
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표 2는 실시예 및 비교예에 따른 광 소결시의 광 조사 에너지 및 비저항을 나타낸다. 광 조사를 위해 사용된 광 소결 장비로는 Novacentrics사의 Pulse forge 1300을 사용하였으며, 비저항 측정은 LORESTA-GP의 4-prob를 사용하였다.
[실시예 1]
산화은과 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 80 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 2 : 8 이다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 2와 같은 조건으로 광 소결하였다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 4.1 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.9 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 2.7×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[실시예 2]
산화은과 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 80 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 산화은과 나노산화구리입자의 조성비는 3 : 7 이다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조한 후 표 2와 같은 조건으로 광 소결하였다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 3.8 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 9.1 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 2.5×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[비교예 1]
구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 80 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 2와 같은 조건으로 광 소결하였다. 이때 광 조사 조건은 실시예 1과 동일하다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 4.2 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.2 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 4.7×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[비교예 2]
구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 80 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 2×2㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 2와 같은 조건으로 광 소결하였다. 이때 광 조사 조건은 실시예 2와 동일하다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 4.2 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.0 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 5.3×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
이와 같이 실시예 1 및 2에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 사용하여 패턴을 형성한 쪽이 비교예 1 및 2의 잉크 조성물에 비해서 비저항이 낮고, 광 소결 후 밀도가 더욱 높은 것을 확인할 수 있다.
제3 실시예
제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 순수구리입자와 구리산화막이 있는 나노산화구리입자를 포함하며, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 더 포함할 수 있다.
순수구리입자의 크기(D50)는 2㎛ 이하의 구형 입자 또는 4㎛ 이하의 판상 입자일 수 있다. 판상 입자인 경우 플레이크(flak) 또는 다각판 형태를 가질 수 있다. 예컨대 도 13은 D50이 880nm인 순수구리입자를 보여주는 SEM 사진이다.
순수구리입자는 산화를 방지하기 위해서 외곽에 산화방지막이 형성되어 있다. 산화방지막으로는 스테릭 산(steric acid)와 같은 지방산(fatty acid)가 사용될 수 있다. 순수구리입자는 외곽에 수 nm의 산화방지막이 형성될 수 있다. 산화방지막은 광 소결하는 과정에서 제거될 수 있다.
나노산화구리입자는 부도체이지만 광 조사(소결)에 의해 전도기전도성을 갖는 순수 나노구리입자로 변환되어 도전체의 소스로 사용되는 소재이다. 나노산화구리입자는 코어-쉘(core-shell) 타입의 입자로서, 표면에 구리산화막이 50nm 이하의 두께로 형성된 입자일 수 있다. 이때 구리산화막이 50nm 이하의 두께를 갖는 나노산화구리입자를 사용하는 이유는, 구리산화막의 두께가 50nm를 초과하는 경우 광 조사에 의해 구리산화막 중 일부가 구리로 환원되지 않는 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하이고, Dmax가 2㎛ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다. 예컨대 도 14는 D50이 70nm인 나노산화구리입자를 보여주는 SEM 및 HRTEM 사진이다. 도 14의 (a)는 SEM 사진이고, (b)는 HRTEM 사진이다.
순수구리입자 및 나노산화구리입자의 입도는 응용분야에 따라 선택적으로 제어할 필요가 있다. 예컨대 터치스크린용 ITO 투명전극 대체 소재인 메탈 메쉬를 제조할 경우에, 모아레, 스타버스트 등의 시인성 문제를 해결하기 위해서 1㎛ 이내의 선폭 구현이 필요한데, 이러한 경우는 입자의 사이즈를 300nm이하로 제어하는 것이 바람직하다.
한편 75㎛이하의 선폭이 필요한 디지타이저 양면 FPCB의 경우는 굳이 300nm이하일 필요는 없을 것이며, 광 소결이 가능한 범주에서 최대 입자를 사용해도 무방하다.
순수구리입자와 나노산화구리입자의 조성비는 9 : 1 내지 1 : 9일 수 있다. 순수구리입자와 나노산화구리입자의 조성비에 있어서, 순수구리입자가 90 중량%을 초과한 광 소결용 잉크 조성물로 배선 패턴을 형성할 때, 배선 패턴의 치밀도는 향상시킬 수 있지만 광 소결 시 순수구리입자에 의한 광 반사가 많아 광 소결 효율이 떨어질 수 있고, 과도한 광 에너지를 조사할 경우 배선기판이 손상되는 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 순수구리입자가 10 중량% 미만인 경우, 배선 패턴의 치밀도 향상을 기대할 수 없다.
환원제는 광 조사를 받아 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원시킨다. 즉 환원제는 나노산화구리입자를 순수 나노구리입자로 변환시킨다. 이러한 환원제로는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 사용할 수 있다.
예컨대 환원제로 사용되는 알데하이드계 화합물로는 포름알데하이드, 아세트알데하이드 등이 사용될 수 있다.
환원제로 사용되는 산으로는 옥살산(Oxalic acid), 포름산(Formic acid), 아스코르빅산(Ascorbic acid), 술폰산(sulfonic acid), 도데실벤젠술폰산(dodecyl benzene sulfonic acid), 말레산(maleic acid), 헥사믹산(hexamic acid), 포스포릭산(phosphoric acid), O-프탈릭산(O-phthalic acid), 아크릴산(acrylic acid) 등이 사용될 수 있다.
환원제로 사용되는 인계 화합물로는 Phosphites, hypophosphites 및 phosphorous acid 등이 사용될 수 있다. 환원제 중 인계 화합물에 대해서 좀 더 자세히 설명하자면, PO33-기를 포함하는 NH4HP(O)2OH와 같이 HP(O)2OH-기를 포함하는 hydrogenphosphonates(acid phosphites), H2P2O5 2-를 포함하는 diphosphites, (NH4)2HPO3ㅇH2O, CuHPO3ㅇH2O, SnHPO3, 및 Al2(HPO3)3ㅇ4H2O 등과 같은 HPO3 2-를 포함하는 phosphites, (RO)3P와 같은 phosphite ester, Hypophosphite(H2PO2 -), phosphatidylcholine, triphenylphosphate, cyclophosphamide, parathion, Sarin(phosphinate), Glyphosate(phosphonate), fosfomycin(phosphonate), zoledronic acid(phosphonate), 및 Glufosinate(phosphinate) 등과 같은 Organophosphorus, triphenylphosphine과 같은 organic phosphines(PR3), Triphenylphosphine oxide과 같은 Phosphine oxide(OPR3), (CH3O)2PPh과 같은 Phosphonite(P(OR)R2), Phosphonite(P(OR)2R), Phosphinate(OP(OR)R2), organic phosphonates(OP(OR)2R), Phosphate(PO4 3-), parathion, malathion, methyl parathion, chlorpyrifos, diazinon, dichlorvos, phosmet, fenitrothion, tetrachlorvinphos, azamethiphos, 및 azinphos methyl 등과 같은 organophosphate(OP(OR)3) 등 불포화기를 포함하는 인계 화합물 등이 사용될 수 있다.
금속계 환원제로는 lithium aluminum hydride (LiAlH4), Diisobutylaluminum hydride(DIBAL-H) 및 Lindlar catalyst 등이 사용될 수 있다.
환원제를 광 소결용 잉크 조성물의 촉매로서 포함함에 따라, 광 조사를 통한 소결이 가능하여 배선기판의 휨(warpage) 또는 수축과 같은 손상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 에칭, 열 소결 등에 비해 공정 시간을 줄이고 공정 비용을 절감할 수 있다.
제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에서 환원제는 순수구리입자 및 나노산화구리입자 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부가 첨가되는 것이 바람직하다. 여기서 환원제의 첨가량이 5 중량부를 초과하면, 광 소결용 잉크 조성물에서의 분산성 저하 및 상용성 저하로 인한 균질성 저하의 문제점이 발생될 수 있다. 반대로 환원제의 첨가량이 0.1 중량부 미만이면, 단색광 조사에 의한 원활한 나노산화구리입자의 환원 및 소결이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다.
분산제는 광 소결용 잉크 조성물 내에서 순수구리입자 및 나노산화구리입자를 균일하게 분산시켜, 광 소결에 의해 형성되는 배선 패턴 내에 기공(pore)이 발생되는 것을 억제한다. 이러한 분산제로는 양이온계 분산제, 음이온계 분산제 또는 양쪽이온계 분산제가 사용될 수 있다.
예컨대 분산제로는 폴리에틸렌 이민, 폴리바이닐피롤리돈 등의 아민계 고분자 분산제, 또한 폴리아크릴산, 카복시메틸셀룰로스 등의 분자 중에 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제, 포발(폴리바이닐알코올), 스타이렌-말레산 공중합체, 올레핀-말레산 공중합체, 또는 1분자 중에 폴리에틸렌 이민 부분과 폴리에틸렌옥사이드 부분을 갖는 공중합체 등의 극성기를 갖는 고분자 분산제가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
바인더는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성할 때, 나노산화구리입자를 바인딩 하는 역할을 하는 소재로서, 배선 패턴이 우수한 인쇄성과 고종횡비를 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다.
이러한 바인더로는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 바인더로는 에폭시 아크릴레이트(Epoxy acrylate), 폴리비닐 아세탈(Polyvinyl acetal) 및 페놀(phenol)계 수지의 혼합 수지가 사용될 수 있다. 바인더로 상기한 혼합 수지를 사용하여, 150℃ 내외의 온도에서 열경화함(3차원의 망상구조가 형성됨으로써 열적으로 매우 안정한 구조를 형성할 수 있음)으로써 광 소결용 잉크 조성물의 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 280℃ 이상의 내열성을 갖고 있어 솔더링(soldering)이 가능한데, 솔더링이 가능함에 따라 수동소자, 능동소자 및 다른 회로 배선 등과 솔더링에 의해서 전기적으로 연결이 가능하다는 장점이 있다. 잉크 조성물의 내열성이 충족되지 않을 경우, 접점 혹은 접합 부위에서의 저항 상승 및 기계적 물성 저하로 인한 불량을 야기할 수 있다. 저항이 상승하면, 신호 전달의 지연이나 전체 디바이스 상에서의 다양한 문제를 야기할 수 있다.
또한 바인더에 포함되는 에폭시 아크릴레이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계수지의 혼합비는 1 : 0.1~1 : 0.1~5인 것이 바람직하다.
순수구리입자 및 나노산화구리입자 100 중량부에 대한 바인더의 첨가량은 3 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 10 중량부를 초과하면 입자 사이의 저항 성분의 과도한 증가를 유발하여 전기적으로 저항을 높이는 문제가 있고, 3 중량부에 미달하면 입자의 표면을 모두 커버하기 어렵고, 유변적으로 불안정하며, 배선기판과의 접착력이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
그리고 용매로는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매 또는 테르펜계 용매 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 용매를 제외한 순수구리입자 및 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량%가 바람직하다. 그 이유는 70 중량% 미만인 경우, 광 조사에 의한 Current heat이 전체 입자에 전해지기 어렵고, 그로 인해서 치밀한 배선 패턴을 제조하기가 힘들다. 반대로 94 중량%를 초과할 경우, 입자(순수구리입자 및 나노산화구리입자)의 함량이 과도해 배선 패턴 형성을 하기에 점도가 적절하지 않으며, 입자의 함량 대비 환원제 성분의 함량이 부족해 광 소결을 하기 위해서 과도한 광 에너지가 필요하기 때문이다. 과도한 광 에너지를 배선기판에 조사할 경우, 배선기판이 손상되는 문제가 발생될 수 있다.
한편 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물에 있어서, 부가적으로 아민계통의 산화방지제, 요변제어제, 레벨링제 또는 접착력 강화를 위한 실란커플링제 등이 사용 환경에 따라 선택적으로 첨가될 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA 및 PET 중에서 선택되는 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금 및 은 중에서 선택되는 금속 기판 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 및 세라믹, 유리 및 실리콘 중에서 선택되는 비금속 기판 등에 모두 사용될 수 있으며, 이들에 대한 배선 패턴의 접착력을 향상시킬 수 있고, 배선 패턴의 인쇄성을 향상시키며 고 종횡비(high aspect ratio)를 구현할 수 있다. 특히 두께가 얇고 열에 취약한 플렉서블 배선기판의 배선 패턴의 제조용으로 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물이 사용될 수 있다.
제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선 패턴을 형성하는 인쇄 방법으로 스크린 프린트 방법이 사용될 수 있지만, 그 외 그라비아, 옵셋, 플렉소, 에어로졸젯, 슬릿다이 코팅, 바코팅 등이 가능하다. 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 점도 또는 용매의 변경 등을 통하여 다양한 인쇄 방법에 적용하여 사용이 가능하다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 장치는 도 1과 동일하며, 잉크 조성물로 광 소결용 잉크 조성물 대신에 광 소결용 잉크 조성물이 사용된다는 점에서 차이가 있다.
제3 실시예에서 단색의 펄스 광으로 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 사용하는 이유는, 펄스 폭(pulse width), 펄스 갭(pulse gap), 펄스 수(pulse numbers) 및 강도(intensity)를 정밀하게 조절하기 쉽기 때문이다.
플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다. 예컨대 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상일 수 있다.
여기서 백색광의 펄스 폭이 5000㎲ 보다 클 경우 단위 시간 당 입사 에너지가 줄어들어 광 소결 효율이 저하될 수 있다.
펄스 갭이 1ms 보다 크거나 펄스 수가 10번 보다 클 경우에는 백색광의 낮은 에너지에 기인하여 광 소결용 잉크가 제대로 소결되지 못할 수 있다.
또한 펄스 갭이 0.01ms 보다 작거나 백색광의 강도가 60 J/㎠ 초과일 경우 램프의 손상 또는 수명이 단축될 수 있으며, 플렉서블 인쇄회로기판에 손상을 줄 수 있다.
또한 백색광의 강도가 3 J/㎠ 이하일 경우 나노산화구리입자의 구리산화막을 구리로 환원하기 위한 환원 반응이 약하여 배선 패턴의 전기 저항 특성이 저하될 수 있다.
반대로 백색광의 강도가 60 J/㎠ 초과하는 경우 고에너지가 플렉서블 인쇄회로기판에 제공되어 기판 몸체의 수축, 휨 및 뒤틀림 등의 손상이 발생될 수 있고, 배선 패턴의 기판 몸체로부터의 박리 등이 발생될 수 있다.
이와 같이 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 순수구리입자와 나노산화구리입자를 포함하기 때문에, 좀 더 치밀하고 전도성이 우수한 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또한 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 낮은 광 조사에너지에서도 원활하게 광 소결이 진행되기 때문에, 배선기판의 제조 원가를 낮출 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 배선기판의 제조 방법에 대해서 도 1, 도 3 내지 도 7, 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
먼저 S281단계에서 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 즉 순수구리입자, 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조한다. 이때 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 선분산기에 의하여 30분 내지 수 시간 동안 1차적으로 선분산한다. 선분산된 광 소결용 잉크 조성물을 다시 3본 밀에 의하여 2차적으로 고분산시켜 광 소결용 잉크 조성물을 이루는 재료들은 균일하게 혼합할 수 있다. 그리고 혼합된 광 소결용 잉크 조성물로부터 이물질 및 응집 물질을 필터링하여 최종적으로 예비 배선 패턴을 형성하기 위한 광 소결용 잉크 조성물을 제조할 수 있다.
다음으로 S283단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징한다. 즉 S281단계에서 제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온 분위기에서 수 시간 에이징을 수행한다. 에이징된 광 소결용 잉크 조성물은 스크린 프린팅부(20)에 제공된다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, 배선기판 공급부(10)를 통하여 기판 몸체(71)가 스크린 프린팅부(20)로 공급된다. 이때 기판 몸체(71)는 상부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성되지 않은 반제품 상태의 배선기판이거나, 기판 몸체(71)의 하부를 바라보는 면에 배선 패턴이 형성된 반제품 상태의 배선기판일 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S285단계에서 기판 몸체(71) 위에 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴(73)을 형성한다. 즉 기판 몸체(71)가 스테이지 위로 이송되면, 기판 몸체(71) 위에 스크린(21)을 탑재시킨 상태에서, 스크린(21) 위로 공급되는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 스퀴즈(25)로 밀어서 패턴 홀(23) 안으로 광 소결용 잉크 조성물(27)을 충전시킨다. 그리고 기판 몸체(71)에서 스크린(21)을 분리시킴으로써, 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)을 형성할 수 있다.
예컨대 예비 배선 패턴(73)은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 기판 몸체(71) 위에 스크린 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때 예비 배선 패턴(73)의 두께가 5㎛ 이하인 경우, 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광의 펄스 제어가 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 광 소결에 의해 제조되는 배선 패턴의 형태가 변형되거나 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 반대로 예비 배선 패턴(73)의 두께가 20㎛를 초과하는 경우, 광 조사에 따른 환원 및 광 소결이 제대로 이루어지지 않아 제조된 배선 패턴의 저항이 올라가는 문제가 발생될 수 있다. 즉 예비 배선 패턴(73)을 형성하는 나노산화구리입자 중 환원되지 않는 나노산화구리입자의 비중이 두께에 비례하게 증가하기 때문이다.
다음으로 S287단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 검사한다. 즉 프린팅 검사부(30)는 기판 몸체(71) 위에 예비 배선 패턴(73)의 프린팅된 상태를 카메라를 이용하여 제대로 프린팅되었는 지의 여부를 검사한다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, S289단계에서 스크린 프린팅된 예비 배선 패턴(73)을 건조한다. 즉 건조부(40)는 프린팅 검사 공정이 완료된 기판 몸체(71)에 형성된 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거한다. 예컨대 건조부(40)는 예비 배선 패턴(73)에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 용매를 건조하여 제거할 수 있다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, S291단계에서 건조된 예비 배선 패턴(73)을 광 소결하여 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 제3 실시예에 따른 배선 패턴(75)이 형성된 배선기판(70)을 제조할 수 있다. 즉 광 소결부(50)는 건조된 예비 배선 패턴(73)에 단색의 펄스 광을 조사하여 예비 배선 패턴(73)에 포함된 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 기판 몸체(71) 위에 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다. 예컨대 플렉서블 인쇄회로기판의 제조에 사용되는 단색의 펄스 광으로는 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광을 사용할 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(70)은 기판 몸체(71)와, 기판 몸체(71)의 상부면에 형성된 배선 패턴(75)을 포함하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 배선기판은 기판 몸체(71)의 양면에 배선 패턴이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉 배선기판 공급부(10)를 통하여 하부면에 하부 배선 패턴이 형성된 기판 몸체(71)가 제공되는 경우, 기판 몸체(71)의 상부면에 상부 배선 패턴을 형성함으로써, 양면에 배선 패턴이 형성된 배선기판을 제조할 수 있다. 물론 하부 배선 패턴 또한 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물로 형성할 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 잉크 조성물의 소재로 구리산화막이 있는 저가의 나노산화구리입자를 사용하여 배선기판(70)의 배선 패턴(75)을 형성함으로써, 배선기판(70)의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 순수구리입자와 나노산화구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물(27)을 배선기판(70)에 프린팅한 후 소결할 때 열 소결이 아닌 짧은 광 조사를 통한 소결 공정을 통하여 나노산화구리입자의 표면에 형성된 구리산화막을 제거할 수 있기 때문에, 공정 시간을 줄이고, 짧은 광 조사를 통한 소결 공정으로 배선기판(70)의 손상을 억제할 수 있다. 이때 나노산화구리입자는 광 소결 전에 절연 상태이지만, 광 소결을 통하여 순수 나노구리입자로 환원되기 때문에, 전기전도성을 갖는 구리 소재의 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
이로 인해 디지타이저에 이용되는 플렉서블 인쇄회로기판의 기판 몸체(71)에 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 기판 몸체(71)의 손상 없이 배선 패턴(75)을 형성할 수 있다.
또한 구리산화막이 있는 나노구리입자를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용하여 배선기판(70)에 배선 패턴(75)을 형성할 때, 스크린 프린팅 방법으로 배선 패턴(75)을 고종횡비를 갖도록 형성할 수 있다. 즉 배선기판(70)의 신호 전달 속도는 저항에 좌우되기 때문에, 배선 패턴(75)이 고종횡비를 갖도록 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다.
또한 제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 순수구리입자를 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 배선 패턴의 치밀도를 향상시킬 수 있다. 즉 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물은 광 소결 과정에서 발생되는 가스로 인해서 내부에 다수의 기공을 내포하는 형태로 배선 패턴이 형성된다. 하지만 제3 실시예와 같이 순수구리입자를 포함시킬 경우, 광 소결 과정에서 발생되는 가스의 양을 줄여 배선 패턴의 내부에 존재할 수 있는 기공의 양을 줄일 수 있기 때문에, 치밀도가 향상된 배선 패턴을 형성할 수 있다.
제3 실시예에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 순수구리입자를 포함하기 때문에, 나노산화구리입자를 단독으로 사용하는 것에 비해서, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 구리입자로 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서, 제3 실시예와 같이 순수구리입자를 포함하는 잉크 조성물이 광 소결 시 광흡수율이 높기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 제3 실시예에 따른 제조 방법으로 제조된 배선기판(100)은 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 16은 광 소결 전의 예비 배선 패턴을 보여주는 사진이다. 도 17은 광 소결 후의 배선 패턴을 보여주는 사진이다. 도 18은 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물을 스크린 프린팅 후 광 소결하여 형성한 패턴을 보여주는 사진들이다. 그리고 도 19는 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물의 광 소결 시의 광흡수 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
이때 실시예 및 비교예에 따른 잉크 조성물을 이용하여 다음과 같이 배선기판을 제조하였다.
표 3
Figure PCTKR2015003226-appb-T000003
표 3은 실시예 및 비교예에 따른 광 소결시의 광 조사 에너지 및 비저항을 나타낸다. 광 조사를 위해 사용된 광 소결 장비로는 Novacentrics사의 Pulse forge 1300을 사용하였으며, 비저항 측정은 LORESTA-GP의 4-prob를 사용하였다.
[실시예 1]
플레이크 형태의 D50이 2.5㎛인 순수구리입자와 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 84 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 순수구리입자와 나노산화구리입자의 조성비는 7 : 3 이다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 3×3㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 3과 같은 조건으로 광 소결하였다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 3.8 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.7 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 2.5×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[실시예 2]
플레이크 형태의 D50이 2.5㎛인 순수구리입자와 구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자가 혼성 복합화된 금속 입자의 함량이 84 중량%인 광 소결용 잉크 조성물을 준비한다. 이때 순수구리입자와 나노산화구리입자의 조성비는 3 : 7 이다. 스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 3×3㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조한 후 표 3과 같은 조건으로 광 소결하였다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 3.9 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 8.4 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 3.5×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[비교예 1]
구리산화막의 두께가 약 30nm이고 D50이 100nm인 나노산화구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 84 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 3×3㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 3과 같은 조건으로 광 소결하였다.
그리고 인쇄 전극의 무게를 재고, 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용해 전극의 두께를 측정함으로써 건조 후 인쇄 전극의 밀도를 측정하였다.
그 결과 약 3.6 g/㎤의 밀도를 나타내었다. 광 소결 후에는 밀도가 7.2 g/㎤로 증가하였으며, 비저항은 6.9×10-6Ω㎝의 값을 나타내었다.
[비교예 2]
플레이크 형태의 D50이 2.5㎛인 순수구리입자로만 구성된 금속입자의 함량이 84 중량%인 잉크 조성물을 준비한다.
스크린 프린트(Sus 400 mesh, 유제 두께 8㎛, 견장각 45도)를 통해 3×3㎠의 정사각형 패턴을 인쇄하고 100℃에서 30분간 건조 후 표 3과 같은 조건으로 광 소결하였다.
이와 같이 실시예 1 및 2와 같이 광 소결용 잉크 조성물을 사용하여 패턴을 형성한 쪽이 비교예 1의 잉크 조성물에 비해서 비저항이 낮고, 광 소결 후 밀도가 더욱 높은 것을 확인할 수 있다.
한편 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 샘플의 기판 몸체에 형성된 패턴을 UV-vis 측정기를 이용하여 광 흡수율을 측정하였다. 도 11은 샘플을 보여주는 사진으로, (a)는 비교예 2의 샘플 사진이고, (b)는 비교예 1의 샘플 사진이고, (c)는 실시예 1의 샘플 사진이다. UV-vis 측정기로는 JASCO사의 V-670을 사용하였고, 측정 영역은 800㎚ 내지 200㎚, 측정속도는 400㎚/min, 대역폭(Band width)은 1㎚이다.
광 흡수율의 측정 결과는 도 19와 같다. 도 12에서 (a)가 비교예 2, (b)가 비교예 1, (c)가 실시예 1의 광흡수 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 19를 참조하면, 순수구리입자 및 나노산화구리입자 중에 하나만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서, 순수구리입자와 나노산화구리입자를 함께 포함하는 광 소결용 잉크 조성물이 광흡수율이 높은 것을 확인할 수 있다. 즉 실시예 1의 광 소결용 잉크 조성물이 나노산화구리입자만을 포함하는 잉크 조성물에 비해서 가시광선 영역에서 광흡수율이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 실시예 1에 따른 광 소결용 잉크 조성물은 광흡수율이 우수하기 때문에, 광 소결 효율을 향상시킬 수 있다. 이로 인해 낮은 광 조사 에너지에서도 원활하게 광 소결을 수행할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (31)

  1. 구리산화막이 있는 나노산화구리입자;
    광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 포함하는 환원제;
    분산제;
    바인더; 및
    용매;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노산화구리입자는 나노구리입자의 표면에 구리산화막이 500nm 이하의 두께로 형성되고, 입자 크기가 1㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분산제는 아민계 고분자 분산제, 카복실산기를 갖는 탄화수소계 고분자 분산제 또는 극성기를 갖는 고분자 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바인더는 PVP, PVA 및 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지 또는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용매는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol; EG), 디에틸렌 글리콜(Diethylene glycol; DEG), 디베이식 에스테르(Dibasic ester; DBE), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate; CA), 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Dipropylene glycol methyl ether; DPM 또는 DPGME), 부틸카비톨 아세테이트(Butyl carbitol acetate; BCA), 부틸카비톨(Butyl carbitol; BC), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol) 또는 부틸아크릴레이트(butyl acrylate; BA)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    산화은을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산화은과 상기 나노산화구리입자의 조성비는 0.1 : 9.9 내지 4 : 6 인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 용매를 제외한 산화은과 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량%인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 산화은은 분말의 크기가 2㎛ 이하이고, 상기 나노산화구리입자는 D50이 900nm 이하 Dmax가 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    외곽에 산화방지막이 형성된 순수구리입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 순수구리입자와 상기 나노산화구리입자의 조성비는 9 : 1 내지 1 : 9인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 순수구리입자는 D50이 2㎛ 이하의 구형 입자 또는 4㎛ 이하의 판상 입자이고, 상기 나노산화구리입자는 50nm 이하의 구리산화막이 형성된 코어-쉘 타입의 입자인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  13. 제10항에 있어서, 상기 용매를 제외한 상기 순수구리입자 및 나노산화구리입자는 70 내지 94 중량%인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물.
  14. 플렉서블한 기판 몸체 위에 구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 포함하는 광 소결용 잉크 조성물을 스크린 프린팅하여 예비 배선 패턴을 형성하는 스크린 프린팅 단계;
    스크린 프린팅된 예비 배선 패턴을 건조시키는 건조 단계;
    건조된 예비 배선 패턴에 광을 조사하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 상기 나노산화구리입자의 산화된 구리를 환원시키고 소결하여 상기 기판 몸체 위에 배선 패턴을 형성하는 광 소결 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스크린 프린팅 단계 이전에 수행되는,
    구리산화막이 있는 나노산화구리입자, 광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조하는 단계;
    제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 스크린 프린팅 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴은 선폭 50 내지 100㎛, 두께 5 내지 10㎛로 상기 기판 몸체 위에 스크린 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 건조 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 광 소결 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 환원 및 소결하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단색의 펄스 광은 펄스 폭 100㎲ 내지 1000㎲, 펄스 갭 0.01ms 내지 1ms, 출력 전압 100 내지 400V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 5 J/㎠ 내지 20 J/㎠인 백색광인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단색의 펄스 광은 제논 플레쉬 램프로부터 발생된 백색광을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 광 소결 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 광 소결용 잉크 조성물은 외곽에 산화방지막이 형성된 순수구리입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 스크린 프린팅 단계 이전에 수행되는,
    순수구리입자, 나노산화구리입자, 환원제, 분산제, 바인더 및 용매를 혼합하여 광 소결용 잉크 조성물을 제조하는 단계;
    제조된 광 소결용 잉크 조성물을 상온에서 에이징하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 스크린 프린팅 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴은 선폭 30 내지 300㎛, 두께 5 내지 20㎛로 상기 기판 몸체 위에 스크린 프린팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 건조 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴에 60 내지 100℃의 열풍 또는 적외선을 제공하여 상기 예비 배선 패턴에 포함된 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 광 소결 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴에 단색의 펄스 광을 조사하여 환원 및 소결하되,
    상기 단색의 펄스 광은 펄스 폭 100㎲ 내지 5000㎲, 출력 전압 100 내지 500V, 펄스 수 1 내지 10번, 강도 3 J/㎠ 내지 60 J/㎠인 백색광인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 광 소결 단계에서,
    상기 예비 배선 패턴의 두께가 9㎛ 미만인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 1이고, 두께가 9㎛ 이상인 경우 상기 단색의 펄스 광의 펄스 수는 2 이상인 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판의 제조 방법.
  29. 기판 몸체;
    상기 기판 몸체에 광 소결용 잉크 조성물을 도포한 후 광 소결하여 형성한 배선 패턴;을 포함하며,
    상기 광 소결용 잉크 조성물은
    구리산화막이 있는 나노산화구리입자;
    광 조사에 의해 산화된 구리를 환원시켜 나노구리입자로 형성하는 알데하이드계 화합물, 아스코르브산을 포함하는 산, 인계 화합물, 금속계 환원제, p-벤조퀴논, 하이드로퀴논 또는 안트라퀴논을 포함하는 환원제;
    분산제;
    바인더; 및
    용매;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 광 소결용 잉크 조성물은 산화은을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 광 소결용 잉크 조성물은 외곽에 산화방지막이 형성된 순수구리입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소결용 잉크 조성물을 이용한 배선기판.
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