기존의 미세 패턴 형성 기술인 노광(lithography)공정은 식각(etching)공정에 의한 산(acid) 사용에 따른 환경적 측면의 단점과 함께 재료의 낭비로 인해 경제적 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 또한 마스크의 크기에 따라 기판의 크기가 제한되기 때문에 최근 수년간 이러한 노광 공정의 단점을 극복하고자 공정의 간편화, 효율화, 친환경화를 위해 디스플레이, RFID 등에 ...
기존의 미세 패턴 형성 기술인 노광(lithography)공정은 식각(etching)공정에 의한 산(acid) 사용에 따른 환경적 측면의 단점과 함께 재료의 낭비로 인해 경제적 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 또한 마스크의 크기에 따라 기판의 크기가 제한되기 때문에 최근 수년간 이러한 노광 공정의 단점을 극복하고자 공정의 간편화, 효율화, 친환경화를 위해 디스플레이, RFID 등에 잉크젯 공정을 적용시키려는 노력이 진행되어 왔다.
특히, 잉크젯 공정의 기본이 되는 전도성 나노 잉크를 제조하여, 패턴을 형성하고자 하는 기판 위에 비접촉 방식으로 분사하여 소자를 제작하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 전도성 나노 잉크 중 대표적으로 쓰이는 것이 바 로 Ag 나노 잉크다. Ag 나노 잉크를 제조하기 위한 공정은 대표적으로 poly-ol process법, thermal decomposition법, photoreduction법 등이 있다. 기존의 방법은 AgNO₃와 같은 금속염을 사용하여, 반응 후 불순물이 남고, 이를 제거 하고 전도성 잉크로 사용하기 위해 세척 후 여과한 뒤, 입자를 재분산해야 하는 공정상의 복잡함이 존재하고 대량 생산에 어려움이 있다.
본 연구에서는 이러한 기존의 공정법의 단점을 극복하기 위하여 전기분해법을 이용하였다. 전기분해법은 순수한 물에 소량의 첨가제만으로 균일하고 안정한 잉크젯 잉크용 Ag 입자를 제공할 수 있고, 입자 합성 후 여과 및 세척과 같은 여타의 부가공정이 필요치 않으므로 미세도선 및 도전막 등의 전도성 및 특성향상을 기대할 수 있으며, 간단한 방법으로 제조 속도가 빠르고 대량 생산해 낼 수 있는 장점이 있다.
잉크젯용 전도성 잉크의 요건으로는 점도, 입자의 안정성, 분산성, 입자 크기 의 균일화, 잉크 내 금속 함유량이 있으며, 이를 바탕으로 최적의 제조 공정 조건을 연구하였다.
잉크의 특성을 분석하기 위하여 DLS, TEM, UV-visible등의 장비를 사용하여 성분 분석 및 입자의 크기와 모양을 분석하였으며, 제조된 잉크의 정밀한 패턴 형성이 가능하도록 기판을 플라즈마 장비를 이용하여 표면처리(hydro-phobic treatment)하였다. 표면 처리된 기판 위에 drop-on-demand방식의 압전(piezoelectric)헤드가 장착된 젯팅 장비를 이용하여 패터닝을 실시하였다. 패터닝을 마친 뒤, 건조 및 소자 열처리(소결) 각각의 단계를 거친 후, SEM, 4-point probe, 광학 현미경 등의 장비를 사용하여 제작된 패턴의 특성을 분석하였다.
본 연구를 통하여 얻어진 결과를 기초 데이터로 사용을 하며, 좀 더 다양한 공정 조건별로 추가적인 실험을 행한다면, 제조가 간단하며 불순물이 없고, 대량생산이 가능한 잉크젯용 Ag 나노 잉크를 상용화하여 다양한 소자 제작에 응용할 수 있을 것이다.
기존의 미세 패턴 형성 기술인 노광(lithography)공정은 식각(etching)공정에 의한 산(acid) 사용에 따른 환경적 측면의 단점과 함께 재료의 낭비로 인해 경제적 측면에서 큰 단점을 가지고 있다. 또한 마스크의 크기에 따라 기판의 크기가 제한되기 때문에 최근 수년간 이러한 노광 공정의 단점을 극복하고자 공정의 간편화, 효율화, 친환경화를 위해 디스플레이, RFID 등에 잉크젯 공정을 적용시키려는 노력이 진행되어 왔다.
특히, 잉크젯 공정의 기본이 되는 전도성 나노 잉크를 제조하여, 패턴을 형성하고자 하는 기판 위에 비접촉 방식으로 분사하여 소자를 제작하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 전도성 나노 잉크 중 대표적으로 쓰이는 것이 바 로 Ag 나노 잉크다. Ag 나노 잉크를 제조하기 위한 공정은 대표적으로 poly-ol process법, thermal decomposition법, photoreduction법 등이 있다. 기존의 방법은 AgNO₃와 같은 금속염을 사용하여, 반응 후 불순물이 남고, 이를 제거 하고 전도성 잉크로 사용하기 위해 세척 후 여과한 뒤, 입자를 재분산해야 하는 공정상의 복잡함이 존재하고 대량 생산에 어려움이 있다.
본 연구에서는 이러한 기존의 공정법의 단점을 극복하기 위하여 전기분해법을 이용하였다. 전기분해법은 순수한 물에 소량의 첨가제만으로 균일하고 안정한 잉크젯 잉크용 Ag 입자를 제공할 수 있고, 입자 합성 후 여과 및 세척과 같은 여타의 부가공정이 필요치 않으므로 미세도선 및 도전막 등의 전도성 및 특성향상을 기대할 수 있으며, 간단한 방법으로 제조 속도가 빠르고 대량 생산해 낼 수 있는 장점이 있다.
잉크젯용 전도성 잉크의 요건으로는 점도, 입자의 안정성, 분산성, 입자 크기 의 균일화, 잉크 내 금속 함유량이 있으며, 이를 바탕으로 최적의 제조 공정 조건을 연구하였다.
잉크의 특성을 분석하기 위하여 DLS, TEM, UV-visible등의 장비를 사용하여 성분 분석 및 입자의 크기와 모양을 분석하였으며, 제조된 잉크의 정밀한 패턴 형성이 가능하도록 기판을 플라즈마 장비를 이용하여 표면처리(hydro-phobic treatment)하였다. 표면 처리된 기판 위에 drop-on-demand방식의 압전(piezoelectric)헤드가 장착된 젯팅 장비를 이용하여 패터닝을 실시하였다. 패터닝을 마친 뒤, 건조 및 소자 열처리(소결) 각각의 단계를 거친 후, SEM, 4-point probe, 광학 현미경 등의 장비를 사용하여 제작된 패턴의 특성을 분석하였다.
본 연구를 통하여 얻어진 결과를 기초 데이터로 사용을 하며, 좀 더 다양한 공정 조건별로 추가적인 실험을 행한다면, 제조가 간단하며 불순물이 없고, 대량생산이 가능한 잉크젯용 Ag 나노 잉크를 상용화하여 다양한 소자 제작에 응용할 수 있을 것이다.
Traditional lithography process, which is the technology for the fabrication of micro pattern, has some issues. The first is that traditional electronics has the environmental problem by toxic acid used for the etching process. Second, traditional electronics has the economical problem owing to the ...
Traditional lithography process, which is the technology for the fabrication of micro pattern, has some issues. The first is that traditional electronics has the environmental problem by toxic acid used for the etching process. Second, traditional electronics has the economical problem owing to the waste of materials by limitation of substrate size on mask size excluding mass production scale. Therefore, printed electronics instead of traditional electronics is rising for process for simplification, economical efficiency and eco-friendly process compared with traditional lithography process in the field of display and RFID.
In particular, the study of inkjet printable electronics started with the fabrication of conductive nanoink and lead todevelop theprocess on the substrate by using the non-contact element depositing method for the device manufacturing.
Ag is a best conductor for metal deposition by inkjet printing. And the typical preparation methods of Ag nano particles for conductive ink are polyol process methods, thermal decomposition method, photo reduction method and etc. However, due to the usage of metal chloride such as AgNO₃ in the whole method, the process can be more complex. For example, after reaction, impurities can be remain so that removal process and particle distribution process will be added for formation of conductive inks. Therefore these complex processes can lead to the problem of mass production.
In this study,the Modified Electrolysis Method was developed for the overcome of the shortcomings in traditional methods. The Modified Electrolysis Method offers uniformity and stability of Ag ink for inkjetting only with pure water and a small quantity additive. Also,this method does not acquire additional processes such as filtering and washing after synthesis, which is expected to improve conductivity and mechanical properties of the micro wires or conductive films. Therefore the Modified Electrolysis Method is very simple and rapid technology and makes the mass production easily.
The object of this study is to develop excellent conductive ink, which should be consist of particles with viscosity, dispersion stability, narrow size distribution, and nano particle content, and to optimize the fabrication process.
For the precious micro patterning with Ag nano ink, surface of substrate keep hydro-phobic state treated by RF plasma. After surface treatment, patterning was conducted on the substrate using inkjetting equipment with a piezoelectric head of drop-on-demand type. And then subsequent process such as drying, finally sintering were conducted. The structure of patterns were previously confirmed using SEM, 4-point probe, optical microscope. Finally, the chemical composition, size distribution, morphology features of the Ag powder samples were analyzed using dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), UV-visible. A more detailed study of fabrication of Ag nano ink using the Modified Electrolysis Method, which offers easier process and no impurities, enable the commercialization and mass production of Ag ink for manufacturing various devices.
Traditional lithography process, which is the technology for the fabrication of micro pattern, has some issues. The first is that traditional electronics has the environmental problem by toxic acid used for the etching process. Second, traditional electronics has the economical problem owing to the waste of materials by limitation of substrate size on mask size excluding mass production scale. Therefore, printed electronics instead of traditional electronics is rising for process for simplification, economical efficiency and eco-friendly process compared with traditional lithography process in the field of display and RFID.
In particular, the study of inkjet printable electronics started with the fabrication of conductive nanoink and lead todevelop theprocess on the substrate by using the non-contact element depositing method for the device manufacturing.
Ag is a best conductor for metal deposition by inkjet printing. And the typical preparation methods of Ag nano particles for conductive ink are polyol process methods, thermal decomposition method, photo reduction method and etc. However, due to the usage of metal chloride such as AgNO₃ in the whole method, the process can be more complex. For example, after reaction, impurities can be remain so that removal process and particle distribution process will be added for formation of conductive inks. Therefore these complex processes can lead to the problem of mass production.
In this study,the Modified Electrolysis Method was developed for the overcome of the shortcomings in traditional methods. The Modified Electrolysis Method offers uniformity and stability of Ag ink for inkjetting only with pure water and a small quantity additive. Also,this method does not acquire additional processes such as filtering and washing after synthesis, which is expected to improve conductivity and mechanical properties of the micro wires or conductive films. Therefore the Modified Electrolysis Method is very simple and rapid technology and makes the mass production easily.
The object of this study is to develop excellent conductive ink, which should be consist of particles with viscosity, dispersion stability, narrow size distribution, and nano particle content, and to optimize the fabrication process.
For the precious micro patterning with Ag nano ink, surface of substrate keep hydro-phobic state treated by RF plasma. After surface treatment, patterning was conducted on the substrate using inkjetting equipment with a piezoelectric head of drop-on-demand type. And then subsequent process such as drying, finally sintering were conducted. The structure of patterns were previously confirmed using SEM, 4-point probe, optical microscope. Finally, the chemical composition, size distribution, morphology features of the Ag powder samples were analyzed using dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), UV-visible. A more detailed study of fabrication of Ag nano ink using the Modified Electrolysis Method, which offers easier process and no impurities, enable the commercialization and mass production of Ag ink for manufacturing various devices.
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