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문제 정의
- 그래서 이러한 문제를 해결하기 위해 이번 연구에서는 그라비어 오프셋 방식을 이용하여 고온에서 경화 되면서 고정세, 고전도성을 띠는 우수한 페이스트(paste)를 개발하는 것을 본 연구의 목표로 하였다.
제안 방법
- Ag 페이스트를 제조하기 위해 전도성 필러인 Ag 파우더 3종류와 아크릴 수지, 용제를 교반 탈포기(PDM-300, (주)대화테크)를 사용하여 혼합하였다. 그 혼합비는 Table 3과 같다.
- 제조한 Ag 페이스트로 형성한 전도성 패턴의 퍼짐성은 Videomicroscope(Alphasystec, Korea)를 이용하여 10 배율로 반사 촬영을 하였으며, 전도성 패턴의 패킹성은 50 배율로 투과 촬영을 하여 관찰하였다. 또한 형성한 전도성 패턴의 막의 균일성은 SEM으로 막의 단면을 측정하였다. 이때 사용한 장비는 Hitachi S-2400(Japan)이며, 가속 전압은 10 kV, 측정 배율을 3,000배로 하였다.
- 본 연구에서 고온 그라비어 오프셋 방식의 인쇄법을 이용하여 전도성 패턴 물성에 대해 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 1510(Germany)을 사용하여 측정하였다. 분산이 되지 않았을 때 스크래퍼에 의해 긁힘이 나타나는데, 이를 Videomicroscope(Alphasystec, Korea)를 이용하여 50 배율로 측정하였다.
- 인쇄 적성을 맞추기 위한 희석제로써 Terpineol을 사용하였다. 일반 그라비어 잉크에서는 저비점 용제를 사용하지만, 본 연구에서 제조한 고온 그라비어용 오프셋 Ag 페이스트는 필러의 함량이 많고, 페이스트 제조 및 도막의 건조성을 고려하여 중비점 용제를 선택하였다. Terpineol의 화학 구조 및 물성은 Figure 4와 같다.
- 제조한 Ag 페이스트로 형성한 전도성 패턴의 전기 전도성 측정은 전도성 패턴의 표면을 표면 저항 측정기(CMT-series, Korea)를 이용하여 4-point probe 방식에 의해 면 저항을 측정하고, 상기 라와 같은 방법으로 SEM 촬영을 하여 두께를 측정한 뒤, 이를 비저항으로 환산하였다.
- 제조한 Ag 페이스트로 형성한 전도성 패턴의 퍼짐성은 Videomicroscope(Alphasystec, Korea)를 이용하여 10 배율로 반사 촬영을 하였으며, 전도성 패턴의 패킹성은 50 배율로 투과 촬영을 하여 관찰하였다. 또한 형성한 전도성 패턴의 막의 균일성은 SEM으로 막의 단면을 측정하였다.
- 제조한 Ag 페이스트의 분산성은 KS M 5463에 따라서 홈의 깊이가 0～25㎛까지 측정할 수 있는 입도계와 스크래퍼로 되어 있는 grindometer cat-NO.1510(Germany)을 사용하여 측정하였다. 분산이 되지 않았을 때 스크래퍼에 의해 긁힘이 나타나는데, 이를 Videomicroscope(Alphasystec, Korea)를 이용하여 50 배율로 측정하였다.
대상 데이터
- Ag 전극 패턴을 접착시켜주는 무기 바인더로서는 비스무스계의 glass frit을 사용하였고, 그것의 물성은 유리 전이 온도(Tg)가 421℃, 유리 연화점(Ts)이 468℃, 입자의 평균 사이즈(D50)가 1.14㎛이다. Glass frit 파우더의 SEM 사진을 Figure 2에 나타냈다.
- 본 연구에서 사용한 그라비어 오프셋 인쇄기와 그라비어 롤의 패턴 형상을 Figure 6∼7에 나타내었다. 그라비어 오프셋 인쇄기(SFA(주))는 반자동 system으로 사용하였으며 그라비어 롤은 100um, 선간 190um, 홈 깊이 35um을 사용하였으며, 블랑켓은 Taein Chemical社의 TI-7300ES 제품을 사용하였다. 인쇄 조건은 오프 속도 100mm/s, 셋 속도 150mm/s, 독터링 압력 300bar로 인쇄하였다.
- 본 연구에서 도막의 유연성 및 접착성의 피막 물성을 갖으며, 인쇄 적성을 좌우하는 주 레진으로 아크릴 수지인 HS-3rd(한석소재)를 사용하였다. HS-3rd는 중량 평균 분자량 20,000～30,000이고, TGA 그래프는 Figure 3에 나타냈다.
- 인쇄 적성을 맞추기 위한 희석제로써 Terpineol을 사용하였다. 일반 그라비어 잉크에서는 저비점 용제를 사용하지만, 본 연구에서 제조한 고온 그라비어용 오프셋 Ag 페이스트는 필러의 함량이 많고, 페이스트 제조 및 도막의 건조성을 고려하여 중비점 용제를 선택하였다.
- 전도성을 나타내는 Ag 파우더 입자 크기가 다른 종류를 사용하였으며, 구형의 Ag 분말 08S(Mitsui 금속), 05S(Mitsui 금속), LNS-11001(LS-Nikko) 3종류의 필러를 사용하였다. 본 연구에 사용한 각 Ag 파우더의 특성을 Table 1에 나타내었고, Ag 파우더의 형상을 SEM으로 촬영하여 Figure 1에 나타냈다.
- 그라비어인쇄를 사용하여 전도성 패턴을 형성시킬 때는 Ag 페이스트의 레올로지 특성을 고려해야 한다. 제조한 Ag 페이스트의 레올로지 측정에는 HAAKE사의 Rheoscope 1(Germany)을 사용하였으며, 시료대는 직경이 35mm의 평행판이고, 시료 간격은 0.8 mm로 설정하였으며, 이 때 측정 온도는 23℃로 하였다.
- 페이스트 (1)∼(3)은 서로 크기가 다른 구형의 Ag 파우더를 사용하여 제조하였다.
성능/효과
- 1) Ag 페이스트의 분산성을 검토한 결과, Ag 크기가 작을수록 분산성이 우수함을 알 수 있었다.
- Ag 형상 및 크기에 따른 3종류의 Ag 페이스트 분산성 결과를 Table 4에 나타내었다. 10회 연화도를 측정하여 평균값을 낸 값이며, 페이스트의 긁힌 위치의 수치가 작을수록 분산이 잘된 페이스트라고 할 수 있다.
- 2) 오프 공정에서 그라비어 홈에 채워진 페이스트가 독터에 의해 외력을 받게 되고 이때 페이스트의 탄성이 줄어들게 되면 유동성이 높은 상태가 되어 그라비어 홈에서 블랭킷으로의 잉크 전이가 잘 이루어지게 된다. 따라서 세 개의 페이스트의 amplitude 그래프를 확인한 결과 점성이 계속 유지되는데 비해서 탄성 그래프는 13rpm에서 급격히 하강하는 것을 확인 할 수 있으며, 특히 페이스트 1이 가장 빠르게 하강하는 G’을 보여주기 때문에 블랭킷에 잉크 전이가 잘 이루어지게 됨을 알 수 있었다.
- 3) Ag 입자 크기에 따른 인쇄 패턴의 형상을 검토한 결과, Ag 입자가 가장 작은 페이스트 1이 블랭킷에 잔류가 적고 더 샤프한 패턴으로 인쇄가 가능함을 알 수 있었다.
- 전도성 패턴(conductive pattern)은 어떠한 도포 방식에 의해 임의의 도막 패턴이 형성되어지고, 그 도막 패턴에 전기가 흐르는 것을 말한다.3) 전도성 패턴의 형성 방법으로 기존에는 주로 스크린 인쇄법을 사용하였으나, 스크린 인쇄법은 마스크의 한계에 의해 고정세 패턴 형성이 어렵고, 속도가 느려 대량 생산에 불리한 점이 있다.
- 4) 입자가 작을수록 소성시에 패킹성이 우수하게 되므로 전도성이 우수한 도막을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
- 따라서 세 개의 페이스트의 amplitude 그래프를 확인한 결과 점성이 계속 유지되는데 비해서 탄성 그래프는 13rpm에서 급격히 하강하는 것을 확인 할 수 있으며, 특히 페이스트 1이 가장 빠르게 하강하는 G’을 보여주기 때문에 블랭킷에 잉크 전이가 잘 이루어지게 됨을 알 수 있었다.
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