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초록
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잉크젯으로 인쇄된 실버 도선의 레이저 소결에 관한 연구를 수행하였다. 요구적출(DOD) 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 서로 다른 두께의 유리와 PET 기판에 실버 나노 잉크를 이용한 미세 도선을 인쇄하였으며, 인쇄된 실버 도선에 집광된 레이저 빔을 조사하여 소결하였다. 레이저 강도와 조사 시간을 달리하여 소결된 실버 도선의 비저항을 측정하였으며, 오븐을 이용한 소결 처리 결과와 비교하였다. 단순화된 이론식으로부터 레이저 강도, 조사 시간, 표면 반사율 및 기판의 물성에 따른 온도 증가를 추산하였으며, 추산된 온도 증가와 레이저 소결에 의한 전기전도도 향상의 관계에 대하여 논의하였다.

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In this study, the laser sintering of inkjet-printed silver lines was evaluated. Silver-nanoparticle ink and a drop-ondemand (DOD) inkjet printer were used for printing on glass and polyethylene terephthalate (PET) substrates with various thicknesses. To sinter the printed silver nanoparticles, the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이렇게 소결된 실버 도선의 전기 전도도를 측정함으로써 소결의 진행을 정량적으로 평가하였으며, 이로부터 기판 변화에 따른 차이를 분석하고 오븐을 이용한 소결 처리 결과와도 비교하였다. 단순화된 이론식으로부터 레이저 강도, 조사 시간, 표면 반사율 및 기판의 물성에 따른 온도 증가를 추산하였으며, 추산된 온도 증가와 레이저 소결에 의한 전기 전도도 향상의 관계에 대하여 논의하였다.
  • 본 연구는 기판의 물성에 따른 실버 나노 잉크의 레이저 소결 현상에 대한 기본적인 이해에 초점을 맞추었으며, 과도 가열 현상으로 해석한 온도의 중요성을 강조하였다. 향후, 소결 과정에서 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이나, 광 반사율의 변화, 얇은 기판에서의 다차원 과도 해석, 잉크의 종류 및 패턴의 형상에 대한 영향, 고온에서의 복사 열손실 등을 고려함으로써 소결 온도를 보다 정밀하게 해석하기 위한 연구가 요구된다.
  • 본 연구에서는 인쇄된 실버 도선의 레이저 소결과정에서 기판의 재질과 두께의 변화가 소결 후 전도성에 미치는 영향에 대해 알아 보았다. 요구적출(DOD) 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 서로 다른 두께의 유리와 PET 기판에 실버 나노 잉크를 이용한 미세 도선을 인쇄한 후, 인쇄된 실버 도선에 집광된 레이저 빔을 조사하여 소결하였다.
  • 본 연구에서는 잉크젯 기법으로 인쇄된 실버 나노 입자 도선을 레이저로 가열하였을 때 레이저빔의 강도와 조사 시간 및 기판의 종류가 도선의 소결에 따른 비저항 변화에 미치는 영향을 분석하기 위한 일련의 실험을 수행하였으며, 이로부터 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • 은 열 침투 깊이를 나타낸다. 기판의 물성은 표 1 에 구체적인 수치가 나타나있으며, 광 반사율 RL 은 단순한 해석을 위하여 소결 과정 동안 0.4 로 일정하다고 가정하였다. (20)
  • 이때, 실험 최대 강도인 434 W/cm2 까지 패턴의 변형이나 신뢰성 문제는 발생하지 않았으며, 실험 장비의 한계로 인하여 레이저 강도를 더 증가시키지 못하였다. 본 연구에서는 오븐 소결 시간을 30 분으로 한정하였으며, 소결 시간을 더욱 증가시키면 비저항이 감소할 수 있으므로 단순히 Fig. 3 과 4 의 최소비저항을 비교하는 것은 큰 의미가 없을 것이다. 그러나 레이저를 이용한 급속한 소결이 나노 입자층의 잔존 유기물의 제거에 더 효율적이라는 해석 결과(17)를 고려할 때, 소결 방식에 따른 최소 비저항의 차이는 주목할 만 하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잉크젯 프린터는 어떤 방식으로 작동하는가? 잉크젯으로 인쇄된 실버 도선의 레이저 소결에 관한 연구를 수행하였다. 요구적출(DOD) 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 서로 다른 두께의 유리와 PET 기판에 실버 나노 잉크를 이용한 미세 도선을 인쇄하였으며, 인쇄된 실버 도선에 집광된 레이저 빔을 조사하여 소결하였다. 레이저 강도와 조사 시간을 달리하여 소결된 실버 도선의 비저항을 측정하였으며, 오븐을 이용한 소결 처리 결과와 비교하였다.
산업용 잉크젯 인쇄공정은 어떤 기술인가? 산업용 잉크젯 인쇄공정은 미세패턴 제작에 주로 사용되는 기존의 리소그라피 공정과 달리 마스크 없이 비 접촉식으로 패턴을 직접 형성할 수 있는 기술로서, 공정의 간소화와 독성 폐기물의 최소화, 설계/제조 시간의 단축, 저 비용 등의 이점이 있다. 다양한 기능성 물질을 사용한 잉크 개발이 이루어짐에 따라 재료 사용의 효율성이 높은 잉크젯 인쇄 기법을 전극 인쇄와 유기 발광 디스플레이, LCD 컬러필터, 전자소자 제작 등의 분야에 적용하기 위한 시도와 연구가 활발히 진행되고 있다.
소결 공정으로 가장 널리 사용되는 방법은? 특히 금속 나노 입자 잉크를 이용하여 도선이나 회로를 형성하는 경우에는 전기 전도도의 향상을 위하여 금속 입자의 소결 공정이 반드시 필요하다. 가장 널리 사용되는 소결 방법은 오븐이나 핫 플레이트를 이용하여 기판 전체를 가열하는 방법으로서, 기판을 소결에 필요한 온도로 가열하여 잔류 솔벤트를 제거하고 입자들을 서로 응착시킨다.(1~3) 그러나, 이러한 전체 가열 방식의 소결방법은 몇 가지 단점이 있다.
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참고문헌 (20)

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  5. Kim, Y. S., Lee, T. J., Yoo, W. H., Chang, B. G., Park, S. Y. and Oh, Y. S., 2007, “A Study of Post Electrode Formation by Microwave Sintering in LTCC Substrate,” J. of the Microelectronics & Packaging Society, Vol. 14, pp. 43-48. 

  6. Allen, M. L., Aronniemi, M., Mattila, T., Alastalo, A., Ojanpera, K., Suhonen, M. and Seppa, H., 2008, “Electrical Sintering of Nanoparticle Structures,” Nanotechnology, Vol. 19, pp. 175201-1-175201-4. 

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  12. Bieri, N. R., Chung, J., Poulikakos, D. and Grigopoulos, C. P., 2004, “Manufacturing of Nanoscale Thickness Gold Lines by Laser Curing of a Discretely Deposited Nanoparticle Suspension,” Superlattices and Microstructures, Vol. 35, pp. 437-444. 

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  16. Yin, W., Lee, D. H., Choi, J. S., Park, C. H. and Cho, S. M., 2008, “Screen Printing of Silver Nanoparticle Suspension for Metal Interconnects,” Korean J. Chem. Eng. Vol. 25, pp. 1358-1361. 

  17. Yoon, Y. H., Yi, S.-M., Yim, J.-R., Lee, J.-H., Rozgonyi, G. and Joo, Y.-C., 2010, “Microstructure and Electrical Properties of High Power Laser Thermal Annealing on Inkjet-Printed Ag Films,” Microelectronic Eng., Vol. 87, pp. 2230-2233. 

  18. Khan, A., Rasmussen, N., Marinov, V. and Swenson, O. F., 2008, “Laser Sintering of Direct Write Silver Nano-Ink Conductors for Microelectronic Applications” Proc. SPIE, Vol. 6879, pp. 687910-687911. 

  19. Incropera, F. P. and De Witt, D. P., 2002, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 5th ed., Ch. 5, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken 

  20. Kim, T. Y., Hwang, J. Y. and Moon, S. J., 2010, “Laser Curing of the Silver/Copper Nanoparticle Ink via Optical Property Measurement and Calculation,” Japanese J. Appl. Phys., Vol. 49, pp. 05EA09-1-05EA09-6. 

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