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문제 정의
- 본 실험에서 polymer gravure printing용 열경화형 Ag paste의 물성과 레올로지 특성을 연구 및 검토해 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- Table 1과 같이 필러의 종류를 달리하여 제조된 Ag paste의 분산 특성 및 응집 구조를 평가하기 위해 paste의 레올로지를 측정하였고, 그 결과를 Figure 4∼5에 나타내었다.
- 제조된 UV 경화형 Ag paste의 바인더 수지에 대한 Ag powder의 분산성을 KS M2141(도료의 연화도 시험 방법)에 준하여 grindometer(BYK Gardner, Germany)를 사용하여 측정하였고, 광학 현미경(Olympus BX60, Japan)을 통해 그 결과를 관찰하였다. 그리고 Ag 분말의 표면 처리에 따른 paste의 레올로지 특성을 측정하기 위해 레오메타 HAAKE RheoScope 1(HAAKE, Germany)을 이용하여 정상 전단 점도와 동적 점탄성을 측정하였다. 센서는 직경이 35mm 평행판이고, 시료 간격은 0.
- Figure 1에 본 실험에서 사용한 Ag powder와 carbon의 형상을 나타내었다. 그리고 분말 상태인 Ag 필러에 유동성 및 PET 필름인 피인쇄체와의 접착력을 부여하기 위해 폴리에폭시 수지를 바인더로 사용하였다. 또한 인쇄 적성을 맞추기 위해서 polymer roll의 팽윤을 최소화하기 위해서 흡배출 특성이 우수한 용제인 BCA, ECA, Terpineol을 사용하였다.
- 본 연구에서 제조한 paste (1)∼(4)의 viscosity는 실험 계획에 따라 측정하였다.
- 본 실험에서는 Table 1과 같은 조합비로 그라비어인쇄용 Ag paste (1)∼(4)를 제조하였다. 수지 고형분의 양을 일정하게 하고 Ag powder와 carbon의 조합을 달리하며, 각 paste의 점도를 일정하게 하기 위해 용제의 비율도 다르게 함으로써 Ag paste의 레올로지 특성을 다르게 하였고, 그 제조 순서는 Figure 2와 같다. 먼저 폴리에폭시 수지와 소량의 용제를 pre-mixing하고 그 용액에 Ag 필러를 넣어 교반시킨 다음 3-rollmill(EXAKT 80S)을 이용하여 Ag 필러를 분산시킨다.
- 전도성 carbon의 첨가 유무와 다른 표면 코팅된 Ag powder를 사용함으로써 paste의 분산 특성 및 레올로지 특성 그리고 전기 전도성과 물성을 검토하였다.
대상 데이터
- 그리고 분말 상태인 Ag 필러에 유동성 및 PET 필름인 피인쇄체와의 접착력을 부여하기 위해 폴리에폭시 수지를 바인더로 사용하였다. 또한 인쇄 적성을 맞추기 위해서 polymer roll의 팽윤을 최소화하기 위해서 흡배출 특성이 우수한 용제인 BCA, ECA, Terpineol을 사용하였다.
- 본 실험에서는 Table 1과 같은 조합비로 그라비어인쇄용 Ag paste (1)∼(4)를 제조하였다.
이론/모형
- 열경화된 Ag 도막의 전기 전도성을 측정하기 위해 Ag paste를 스핀 코팅(1000rpm, 10s/3000rpm, 20s)한 뒤, 열조사하여 샘플을 제작(1×4cm)하였고, 3541 resistance HiTester(HIOKI, Japan)를 이용하여 4-point probe 방식에 의해 도막의 비저항을 계산하였다.
- 제조된 UV 경화형 Ag paste의 바인더 수지에 대한 Ag powder의 분산성을 KS M2141(도료의 연화도 시험 방법)에 준하여 grindometer(BYK Gardner, Germany)를 사용하여 측정하였고, 광학 현미경(Olympus BX60, Japan)을 통해 그 결과를 관찰하였다. 그리고 Ag 분말의 표면 처리에 따른 paste의 레올로지 특성을 측정하기 위해 레오메타 HAAKE RheoScope 1(HAAKE, Germany)을 이용하여 정상 전단 점도와 동적 점탄성을 측정하였다.
성능/효과
- 1. Ag paste의 점도 및 점탄성을 측정한 결과 Ag paste에 carbon을 첨가해 Ti치가 증가하며 탄성 또한 증가해 샤프한 패턴을 형성할 수 있었다.
- 1) 이 중 도전성 paste는 Au, Ag, Cu, Pt, carbon black 등의 도전성 필러를 유기 바인더 중에 분산한 것으로, 인쇄 후의 경화막이 도전성을 나타내는 재료를 말하는데, 이 중에서도 Ag paste는 도전성이 양호하고, 화학적으로도 안정하여 신뢰성이 높은 전자 공업에서 가장 많이 사용되고 있다.2) Ag paste는 사용하는 경화 조건에 따라 고온 소성형과 저온 경화형(폴리머형)으로 구분되며, 고온 소성형은 500～1200℃의 고온 분위기에서 경화되어 하이브리드 IC, 반도체 IC의 실장이나, 각종 콘덴서, 전극 등의 후막 재료로 사용되어지고, 높은 전도성은 얻어지지만, 고온 경화라는 점에서 사용하는 기재의 범위에 제한이 있다. 반면, 저온 경화형은 200℃이하의 온도에서 경화되어 IC 카드, RFID, EL 패널 등 유기 프린트 기판에서의 인쇄 플렉시블 회로 재료로 사용되어지고, 낮은 경화 온도에 의한 에너지 절약과 함께 사용할 수 있는 기재의 범위가 자유로운 이점을 가지고 있다.
- 2. UV 경화형 Ag paste의 전기 전도성을 검토한 결과, Ag 분말의 표면 특성 및 입자 크기가 전기 전도성에 영향을 주는 것을 알았고, 도막의 경화가 진행됨에 따라 Ag 분말 사이의 접촉 시 그 사이에 나노 입자 크기의 carbon이 첨가되었을 시 경화 및 전도성에 좋지 않은 영향을 주었다.
- 3. Ag paste의 연필 경도를 test한 결과 carbon이 들어가지 않은 paste (3), (4)가 paste (1), (2)의 경우보다 높은 경도를 보여주는 것으로 보아 carbon이 경화 밀도나 paste 내부와 paste와 피인쇄체의 부착력을 악화시킴을 알 수 있었다.
- 터치 패널 전극 패턴을 형성한 후, cross-cutting한 결과를 Figure 5에 나타내었다. 구형 타입의 Ag powder를 사용하여 제조한 paste (1), (2), (3), (4) 모두 우수한 결과를 보였다. 하지만 cutting한 부위가 조금씩 다른 것으로 보아 일반적으로 피인쇄체와 인쇄도막의 접착력은 바인더 수지에 의해 크게 좌우되지만, Ag powder의 특성에 따라서도 영향이 나타남을 알 수 있었다.
- 형성된 도막에 연필 경도 test 결과 형성된 전도성 패턴은 H 혹은 3H의 경도를 가지고 있음을 확인하였다. 연필 경도 test의 결과는 Table 5에 나타내었다.
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