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제안 방법
- 8vol% 알루미나 함량을 가지고 있는 잉크를 이용하여 막을 프린팅한 뒤 이들 막의 microstructure에 대해서 Focused Ion Beam Field Emission SEM (FIB FESEM) 을 이용하여 분석하였다. Fig.
- 7. Inkjet-printed 알루미나의 후막의 Resin 함침후 FESEM 이미지 분석.
- 6. Inkjet-printed 알루미나의 후막의 planar & cross-sectoral B FESEM images & Image analyzer 분석을 통한 2D areal packing density 분석.
- 구상의 세라믹 파우더를 이용하여 잉크를 제조하고 잉크 내 solid content 함량의 따른 유변학적인 분석을 통하여 잉크젯용세라믹 잉크에 적합한 잉크system을 구축하였다. 무소결세라믹 후 막 형성을 위해 최적의 잉크 액적 토출을 위한 잉크젯 공정 조건을 확립하였다.
- 우선 이러한 라인 형상의 표면조도를 살펴보게 되면 양쪽의 토끼귀의 폭이 약 8()um 정도가 됨을 알 수가 있다. 따라서 다음에 그려지는 라인을 이러한 토끼귀의 폭에 근사한 값으로 off set 시켜서 그린다면 첫 번째 라인에 비어져 있는 중앙 부분을 두 번째 라인의 토끼귀가 들어와서 채워줄 수 있으리라 생각하여 실험을 진행하였다. Fig.
- 무소결세라믹 후 막 형성을 위해 최적의 잉크 액적 토출을 위한 잉크젯 공정 조건을 확립하였다. 잉크액 적의 간격 및 토출빈도를 통한 균일한 알루미나 후막 형성에 성공하였고 이들 막의 두께, 면적 및 질량 측정하여 그 결과 값으로부터 packing density를 측정한 결과 약 70%의 충전율을 갖는 것으로 나타났다.
- 비록 2D areal packing density와 Volume pack ing density를 직접적으로 연관시켜 생각할 수는 없지만 이들 계산을 통해 막내의 알루미나 파우더들이 얼마큼 치밀하게 적층이 되어 있는지를 대략적으로 가늠해 보고 이러한 계산값을 volume packing density와 비교하여보았다. Fig.
- 4에 나타내 었다. 알루미나 파우더의 잉크 내 함량에 따라 막을 우선적으로 측정하여 최적의 잉크 내 알루미나 함량을 결정하였다. 6 vol%보다 낮은 알루미나 함량의 잉크에서는 막은 잘 프린팅 되나 이들 막의 충전율은~50% 정도의 낮은 값을 나타내었다.
- 앞에서 언급한 잉크를 제조하여 잉크액적을 Cu 기판에 잉크젯으로 토출시킨 후 증발 뒤 알루미나 분말의 적층 양상을 FE-SEM 과 Profilometer를 이용하여 확인하였다. 잉크 액적이 고 체 표면에 토출되어 증발시 액적의 가장자리 와 중간 부분의 온도구배로 인해 가장자리로부터 증발이 우선적으로 일어나게 된다 이로 인해 질량 손실이 액적의 가장자리 부분에 생겨나게 되는데 이를 보충해주기 위해서 중앙 부분으로부터 액적 가장자리로 유체의 흐름이 생겨나게 되고 이 때문에 액적 내 입자들이 액적의 바깥 부분부터 적층이 되어 커피링 효과(coffee ring effect)# 만들게 된다.
- 위에서 언급한 방식으로 알루미나의 후막을 Cu 기판 위에 12x12mm2 사이즈로 print한 뒤 이들 막의 미세구조와 충전율(packing density)을 측정하였다. 프린팅된 막의 무게는 Satorius LA230S (0.
- 이렇게 분석된 FIB FESEM 단면이미지에 대해 Image analyzer를 이용하여 2D area packing density를 계산해보았다. 비록 2D areal packing density와 Volume pack ing density를 직접적으로 연관시켜 생각할 수는 없지만 이들 계산을 통해 막내의 알루미나 파우더들이 얼마큼 치밀하게 적층이 되어 있는지를 대략적으로 가늠해 보고 이러한 계산값을 volume packing density와 비교하여보았다.
- 이렇게 제조된 resin이 함침된 inkjet-printed 알루미나 후 막의 유전 특성을 평가하기 위하여 막 위에 Ag 상온 paste 전극을 입히고 280C에서 5시간 열처리한 뒤 이들 샘플에 대한유전특성을 즉정하였다. 이러한 유전물성즉정에는 Impedance analyzer (Model 4294A, 50Hz~110 MHz, Agilent technologies)# 이용하여 정전용량 (capac itance) 및 유전손실(tan5) 값을 측정하고 이로부터 유전율(帛 및 품질계수9=団沪|)를 산출하였다 본 실험에서 capacitance 측정에 의한 Inkjet-printed 알루마나 막의 유전율 값은 5.
- 선택하고 이에 대해서 잉크를 제조하였다. 이렇게 제조된 유기잉크의 무차원 오네 소수지 지수를 계산하여 ink-jetting에 대한 적합성을 고찰하였다. Table 1에서 보는 봐와 같이 DMF 단일용 매 잉크는 오네 소지수의 역수가 10 이상의 값을 나타냄을 알 수 있었다.
- 이렇게 준비된 막질에 동일한 잉크젯 프린팅 공정을 사용하여 Cyanate ester resin을 inkjet-printed 알루미 나후막 내에 함침시킴으로써 알루미나 후막내부에 침투해 적층되어 있는 알루미나 파우더들을 함께 결합시켜주는 binder로서의 역할을 하게끔 함과 동시에 자칫 세라믹 막으로만 되어 있을 경우의 막질의 stiffness로 인해 layer의 compliancy?} 떨어지게 되는 현상을 이러한poly- mer resin을 함침시켜 plasticity를 줌으로써 막게하였다. 분사된 resin은 막내의 void를 통한capillary force에 의해 막내에 균일하게 퍼져나가면서 void를 채우게 된다.
- 이를 위해 잉크젯 공정파라미터들과 이들 파라미터들에 의해 조절되는 잉크액적의 증발 속도 그리고 라인 형성시 나타나게 되는 여러 가지 현상들에 대해서 고찰하였다.
- 잉크액 적의 간격 및 토출빈도를 통한 균일한 알루미나 후막 형성에 성공하였고 이들 막의 두께, 면적 및 질량 측정하여 그 결과 값으로부터 packing density를 측정한 결과 약 70%의 충전율을 갖는 것으로 나타났다. 저 손실 유전 기판의 특성을 관찰하기 위하여 Cyanate ester 잉크를 막내에 함침 및 경화시킨 후 품질계수를 측정하였다. 잉크젯 공정에 의해 제작된 알루마나 막의 품질계수는 300~450로 측정되었으며 5.
- 평균 입도 200nm을 가지는 multi-modal 입도 분포를 가지는 구형 알루미나 파우더를 유기용매에 분산을 시켜 잉크를 제조하였다 이때 적합한 분산을 유지할 수 있는 용매를 선택하기 위해서 여러 가지 Solvent들의 유변학적 고찰을 시행하여 Dimethylformamide(DMF) solvent 를 선택하고 이에 대해서 잉크를 제조하였다. 이렇게 제조된 유기잉크의 무차원 오네 소수지 지수를 계산하여 ink-jetting에 대한 적합성을 고찰하였다.
- 프린팅된 막의 무게는 Satorius LA230S (0.1 mg readable)로 측정하였고 막의 두께는 SEM을 사*하여 시편당 30 point에 대한 두께를 측정하고 이들의 평균값으로 프린팅된 후 막의 부피를 측정하였다. 충전율에 대한 측정식은 다음과 같다
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