스마트폰과 태블릿 PC 시장이 급속도로 성장하면서 기기에 적용되는 터치스크린에 대한 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 터치스크린 패널에 쓰이는 ITO glass는 높은 광 투과율과 전도성을 보이는 소재로써 이러한 특성을 유지하면서 각종 전자기기에 적용하기 위해서는 미세한 ...
스마트폰과 태블릿 PC 시장이 급속도로 성장하면서 기기에 적용되는 터치스크린에 대한 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 터치스크린 패널에 쓰이는 ITO glass는 높은 광 투과율과 전도성을 보이는 소재로써 이러한 특성을 유지하면서 각종 전자기기에 적용하기 위해서는 미세한 금속 배선을 형성하는 기술이 필요하다. 미세한 금속 배선을 형성하는 공정 중 Inkjet공정과 Lithography 공정은 높은 비용과 복잡한 공정으로 인해 비경제적이며, 기존의 금속 배선 공정에 쓰인 금속 소재로는 주로 금 또는 은과 같은 귀금속을 이용하였으나 이는 높은 가격으로 인해 대량생산을 필요로 하는 금속 배선의 재료로는 적합하지 않은 단점이 있어 이를 대체할 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 레이저에 의한 구리나노잉크의 소결과 패터닝 동시 공정을 소개하고자 하는데, 이는 레이저에 의해 조사된 영역만 소결되어 전도성 패턴을 형성하고 여타 부분은 나노잉크 제조에 사용된 용매에 의해 다시 녹여낼 수 있는 점에 바탕을 두고 있다. 상업적 구리 나노잉크를 스핀코팅에 의해 ITO glass 기판에 증착한 후 355 nm 파장의 집속된 UV 레이저와 스캐너를 이용하여 패턴을 형성하였으며, 레이저의 파워와 스캔속도의 변화에 따른 미세구조와 전도도 특성을 분석하였다. 고정된 레이저 파워 조건에서 스캔속도가 높아질수록 선폭이 줄어들었으나 패턴의 중간 부분이 ablation 현상으로 인해 전도도가 떨어지는 것으로 확인되었으며, 일정한 스캔속도 조건에서 또한 파워가 낮아질수록 선폭은 줄어들었으나 가운데 부분의 ablation으로 인해 전도도가 떨어지는 현상이 관찰되었다. 결론적으로 높은 전도도의 미세 구리 패턴을 형성하기 위해서는 낮은 스캔속도와 높은 파워의 조건이 필요함을 확인하였으며, 레이저 소결공정 시 받는 에너지 밀도를 감소시키기 위해 Beam expander를 이용하여 스캐너로 입사하는 레이저 빔의 크기를 확장하였을 때의 변화를 관찰하였다. 고정된 레이저 파워 와 스캔속도 조건에서 Beam expander의 배율이 늘어남에 따라 선폭은 감소하였으나 가운데 ablation 현상이 발생함에 따라 스캐너에 입사되는 빔의 크기를 변화시켜, 집속되는 빔의 크기를 변수로 설정 한 실험을 통해 3mm 입사 빔 크기에서 가운데 ablation 현상 없이 3.6W, 스캔속도 1.5mm/s의 레이저 조건에서 15.6μm의 선폭을 가지는 구리나노입자의 패터닝이 가능함을 확인 하였으며, 해당 조건에서 다양한 Application에 응용하기 위한 격자무늬와 회로무늬의 패터닝을 실시하였다. Flexible한 전극 소자의 응용을 위해 Polyimide기판에서의 전극 패터닝 후 LED를 연결하여, 여러 형태로 구부린 후에도 밝기가 일정한 것을 확인 하였다.
스마트폰과 태블릿 PC 시장이 급속도로 성장하면서 기기에 적용되는 터치스크린에 대한 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다. 터치스크린 패널에 쓰이는 ITO glass는 높은 광 투과율과 전도성을 보이는 소재로써 이러한 특성을 유지하면서 각종 전자기기에 적용하기 위해서는 미세한 금속 배선을 형성하는 기술이 필요하다. 미세한 금속 배선을 형성하는 공정 중 Inkjet공정과 Lithography 공정은 높은 비용과 복잡한 공정으로 인해 비경제적이며, 기존의 금속 배선 공정에 쓰인 금속 소재로는 주로 금 또는 은과 같은 귀금속을 이용하였으나 이는 높은 가격으로 인해 대량생산을 필요로 하는 금속 배선의 재료로는 적합하지 않은 단점이 있어 이를 대체할 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 레이저에 의한 구리나노잉크의 소결과 패터닝 동시 공정을 소개하고자 하는데, 이는 레이저에 의해 조사된 영역만 소결되어 전도성 패턴을 형성하고 여타 부분은 나노잉크 제조에 사용된 용매에 의해 다시 녹여낼 수 있는 점에 바탕을 두고 있다. 상업적 구리 나노잉크를 스핀코팅에 의해 ITO glass 기판에 증착한 후 355 nm 파장의 집속된 UV 레이저와 스캐너를 이용하여 패턴을 형성하였으며, 레이저의 파워와 스캔속도의 변화에 따른 미세구조와 전도도 특성을 분석하였다. 고정된 레이저 파워 조건에서 스캔속도가 높아질수록 선폭이 줄어들었으나 패턴의 중간 부분이 ablation 현상으로 인해 전도도가 떨어지는 것으로 확인되었으며, 일정한 스캔속도 조건에서 또한 파워가 낮아질수록 선폭은 줄어들었으나 가운데 부분의 ablation으로 인해 전도도가 떨어지는 현상이 관찰되었다. 결론적으로 높은 전도도의 미세 구리 패턴을 형성하기 위해서는 낮은 스캔속도와 높은 파워의 조건이 필요함을 확인하였으며, 레이저 소결공정 시 받는 에너지 밀도를 감소시키기 위해 Beam expander를 이용하여 스캐너로 입사하는 레이저 빔의 크기를 확장하였을 때의 변화를 관찰하였다. 고정된 레이저 파워 와 스캔속도 조건에서 Beam expander의 배율이 늘어남에 따라 선폭은 감소하였으나 가운데 ablation 현상이 발생함에 따라 스캐너에 입사되는 빔의 크기를 변화시켜, 집속되는 빔의 크기를 변수로 설정 한 실험을 통해 3mm 입사 빔 크기에서 가운데 ablation 현상 없이 3.6W, 스캔속도 1.5mm/s의 레이저 조건에서 15.6μm의 선폭을 가지는 구리나노입자의 패터닝이 가능함을 확인 하였으며, 해당 조건에서 다양한 Application에 응용하기 위한 격자무늬와 회로무늬의 패터닝을 실시하였다. Flexible한 전극 소자의 응용을 위해 Polyimide기판에서의 전극 패터닝 후 LED를 연결하여, 여러 형태로 구부린 후에도 밝기가 일정한 것을 확인 하였다.
A Cu nano-ink was synthesized by using copper formate as a precursor and its potential for laser patterning was investigated. A Cu ink film was spin-coated onto a substrate and this film, after being dried at 70 ℃, was selectively sintered using a nanosecond-pulsed ultraviolet laser beam. The unexpo...
A Cu nano-ink was synthesized by using copper formate as a precursor and its potential for laser patterning was investigated. A Cu ink film was spin-coated onto a substrate and this film, after being dried at 70 ℃, was selectively sintered using a nanosecond-pulsed ultraviolet laser beam. The unexposed leftover of the film could be removed by rinsing the whole film in isopropyl alcohol, the dispersing agent of the synthesized ink. This revealed a conductive Cu pattern. A minimum resistivity of 8.46 x 10-5 Ω·cm was obtained for the Cu lines with 10 - 20 m widths. To demonstrate the feasibility of this method for metallization, a complex Cu electric circuit has been fabricated on an indium tin oxide-coated glass substrate. The fabricated pattern was in good agreement with the used circuit image. This selective-sintering method provides a simple, cost-effective alternative to conventional photolithography for the production of electrode or metallization patterns.
A Cu nano-ink was synthesized by using copper formate as a precursor and its potential for laser patterning was investigated. A Cu ink film was spin-coated onto a substrate and this film, after being dried at 70 ℃, was selectively sintered using a nanosecond-pulsed ultraviolet laser beam. The unexposed leftover of the film could be removed by rinsing the whole film in isopropyl alcohol, the dispersing agent of the synthesized ink. This revealed a conductive Cu pattern. A minimum resistivity of 8.46 x 10-5 Ω·cm was obtained for the Cu lines with 10 - 20 m widths. To demonstrate the feasibility of this method for metallization, a complex Cu electric circuit has been fabricated on an indium tin oxide-coated glass substrate. The fabricated pattern was in good agreement with the used circuit image. This selective-sintering method provides a simple, cost-effective alternative to conventional photolithography for the production of electrode or metallization patterns.
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