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가설 설정
- 5(b)에서는 폴리이미드 위에 수계 잉크 토출 시 39 pm 의 액적이 직경 100m 의 점 이 되어 Fig. 5(a) 의 비수계 잉크에비하여 퍼짐성이 작아 미세배선 형성에 유리하다.
제안 방법
- 9 에 나타내었다. 300 |un 의 폭을 500 DPI 의 해상도로로 1회 인쇄한 후 250 30 분간 소성하였다. Fig.
- 헤드 구동파형은 헤드 구동부에서 생성되며, LED 스트로보 (strobe)와 트리거(trigger) 신호로 연동시킨다. CCD (Charge-Coupled Device) 카메라를 통해 촬영된 액적이미지를 자체 개발한 비전 측정 소프트웨어를 이용하여 다양한 항목을 측정하였다.
- 그리고 실온에서 산화된 은이 200 C이상으로 가열하면 자연 환원되어금속 광택을 다시 찾는 특징이 있다. 소성 거동실험은 실제 기판에의 적용성을 고려하여 온도를 150 G 200 G 250까지 실시하였다. 은 잉크의경우 154 P 에서 Capping 하는 유기물의 탈착 공정이 시작되어 전기 전도도를 띄기 시작하였다.
- 인쇄방향으로 100 DPI 를 단면방향으로 500 DPI 로 배선을 형성하여 인쇄된 결과를 보여주고 있다. 액적 크기가 100 gm, 500 DPI 의 액적간 거리가 50 gm, 단면방향으로 총 4개의 액적을형성 하였으므로 250 pm 폭을 가지는 배선이 됨 을확인하였다. 실험결과는 인쇄방향으로 배선 형성을하는 동시에 단면방향으로 해상도를 제어 하면 자유롭게 원하는 크기의 배선을 형성 할 수 있음을알 수 있다.
- 금속잉크를 수-수십 pl. 의 미세 액적 형태로토출하여 미세 전도성 배선을 구현하였다. 인쇄결과 노즐에서 토출된 액적은 기판에 도달하여 일정크기로 퍼져 점을 형성하고, 액적의 크기, 잉크의특성, 인쇄 해상도에 의하여 선폭이 크게 영향을받는다는 사실을 확인하였다.
- 의 액적에서는 20 m/sec 이상의 조건에서 튀는 현상이발견되었다. 이를 방지하기 위하여 실제 인쇄 시에는 구동파형 조절을 통해 5 - 10 m/s 이내에서 위성액적(satellite)이 발생하지 않는 조건에서 토출이 가능하도록 시험을 진행하였다.
- 인쇄된 배선의 치수는 공구현미경(Optiphot 150 by Nikon Co.) 을 이용하여 측정하였고, 배선의 형상은 3D 광학분석기 (WykoNTllOOby VeecoCo.)를 이용하여 분석하였다. 제작된 배선의 전도도 측정은디지털 멀티미터(34401A by Agilent Co.
- 6 배 수준으로 실제 기판에서 신호전송용 배선으로 적용 가능하다. 인쇄회로 기판제작에서 잉크젯 기술의 대면적 인쇄 적용가능성을 실험하기 위해 폴리이미드 상에 금속 나노잉크를 토출하여 실 기판회로를 형성하였다.
-
3.실기판 인쇄
인쇄회로에 있어서 잉크젯 기술의 대면적 인쇄 적용가능성을 실험하기 위해 폴리이미드 상에금속 나노잉크를 토출하여 실 기판회로를 형성하여 보았다
. Fig.
대상 데이터
- 실험에 사용된 잉크젯헤드는 128 개 노즐로 구성되어 있으며, 노즐 간 간격은 508 gm, 노즐직경은 35 gm 이다. 토출액적 크기는 약 30 pl.
- 첨가물로는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)이 미량 함유되어 있다. 액적이 탄착되는 기판은 듀폰의 폴리이미드 필름 (trade name of Kapton HN grade)- 사용하였으며, 인쇄 전미리 표면세정제(95% ethanol and 5% methanol mixture)# 사용하여 세정을 한 후 인쇄를 진행하였다.
- 4 에 나타내었고, 주요사양을 Table 1 에 정리하였다. 인쇄 및 헤드 구동부로 구성된 iTi 사의 프린팅 시스템, 이송기능의 XY 스테이지와 액적측정을 위한 부가장치로 구성되어 있다. 헤드 토출시스템은 DoD(Drop on Demand)방식으로 인쇄 가능한 이미지파일을 제공하며, 헤드의 토출 주파수와 동기하여 XY 방향으로 이동하면서 인쇄를 실시한다.
- 전도성 잉크에 포함된 은(Ag) 나노 입자의 크기는 약 30-50 nm 이며, 미국 Cabot사 AG-IJ-G- 100-S1 잉크를 사용하였다. 잉크의 용제는 입자를분산시키는 Capping molecule의 종류에 의해 결정된다.
성능/효과
- (I)에서 는 DPI 가 450 일 때 점과 점 사이가 56 pm 이기 때문에 중첩되어매끈한 선을 형성함을 알 수 있다. 따라서, 인쇄배선으로 사용하기 위한 최적해상도는 450 DPI 이상이 되어야 됨을 확인할 수 있다. 그러나, 중첩이과다할 경우 선폭이 증가하고 금속입자의 과대 적층에 의한 배선 높이 및 기능성의 문제가 있을 수있으므로 여러 상황들을 종합적으로 고려하여 인쇄 해상도를 결정해야 한다.
- 되지 않아 선을 형성하지 못한다. 반면 단면방향으로 500 DPI 로 점과 점 사이는 50 μm 로단일 점들간의 충분한 중첩이 발생하는 것을 확인하였다. 인쇄방향으로 100 DPI 를 단면방향으로 500 DPI 로 배선을 형성하여 인쇄된 결과를 보여주고 있다.
- 비수계 잉크도 불소계 계면활성제나 플라즈마처리(plasma treatment)를 통하여 표면 개질을 할 경우 인쇄된 액적의 반경이 100 pm 로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 인쇄된 점의 폭은 100 gm 이었으며, 높이는 평균 0.
- 9(a)는 3D 광학분석기로 측정한 배선의 3차원 형상이다. 선들의 중첩에 의해배선 폭의 크기가 증가하였으며, 가운데의 띠는 움푹 패인 형상임을 확인할 수 있었다. 이는 인쇄된액체의 잉크.
- 액적 크기가 100 gm, 500 DPI 의 액적간 거리가 50 gm, 단면방향으로 총 4개의 액적을형성 하였으므로 250 pm 폭을 가지는 배선이 됨 을확인하였다. 실험결과는 인쇄방향으로 배선 형성을하는 동시에 단면방향으로 해상도를 제어 하면 자유롭게 원하는 크기의 배선을 형성 할 수 있음을알 수 있다.
- 인쇄가 완료된 배선을 열처리하여 전기전도도를 갖는 실 기판회로를 완성하였다. 이러한대면적 인쇄회로배선을 실제로 구현함으로써 잉크젯 기술을 이용한 인쇄배선이 산업용 전자기기에적용 가능함을 확인할 수 있었다.
- PCB배선둥에는 전기 전도도를 위하여 10 pm 이상의 배선높이가 필요하다. 이를 위하여는 잉크 내 금속함량을 높이거나 반복인쇄방법이 있는데, 현재 사용하는 잉크는 금속함량은 2.56 vol%로 직경 100 pm 의 인쇄 점에서 평균 높이 0.3 pm 이었으나, 금속함량을 11.4 vol%인 잉크를 사용할 때는 동일 직경에서 평균 높이가 3 pm 로 증가함을 확인하였다.
- 8(b)에서는 4 개선의 중첩으로 정의된 면은 폭이 250 pm 로 예상(단일선 폭 100 nm 과 3개의 선간거리 50 μm)되며, 실제 측정된 폭은 260 jim 로서거의 유사하다. 이상의 결과로부터 단일 점(선)의폭과 DPJ 로부터 구해지는 점(선)간 거리로부터 인쇄이미지의 치수를 예측할 수 있으며, 나아가 배선이미지를 설계할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 산업용 잉크젯의 경우기능성 입자를 인쇄하고, 기능성 입자의 양에 따라 인쇄된 이미지의 기능성이 결정되기 때문에 인쇄 이미지의 정확한 설계 및 구현이 매우 중요하다.
- 의 미세 액적 형태로토출하여 미세 전도성 배선을 구현하였다. 인쇄결과 노즐에서 토출된 액적은 기판에 도달하여 일정크기로 퍼져 점을 형성하고, 액적의 크기, 잉크의특성, 인쇄 해상도에 의하여 선폭이 크게 영향을받는다는 사실을 확인하였다. 인쇄된 금속인쇄 배선의 전도도는 온도에 따라 측정하였으며, 250 "C, 20 분 소성 후 측정된 배선의 전기전도도는 4.
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