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문제 정의
- 본 연구에서는 분산제의 종류에 따라서 UV 경화형 Ag paste를 4가지로 제조하고 점도, TI, G', G'', tanδ(G''/G')을 측정하여 분산성, UV 경화시의 경화 특성, 전도성, 접착력 등을 테스트하여 인쇄 적성을 평가하였다. 또한 그 인쇄 적성 평가를 바탕으로 미세패턴이 구현이 가능한지의 여부를 예측하는 것을 목표로 하였다.
- 본 연구에서는 분산제를 다르게 하여 미세 패턴에 적합한 UV 경화형 Ag paste의 물성을 알아보았다. 분산성, 레올로지 특성, 전도성, 경화특성, 접착성에 대하여 실험한 뒤 아래와 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 스크린 인쇄가 끝난 후, 건조하지 않는 것과 건조하는 것으로 나눴다. 130℃에서 2분 건조한 후, 300mJ 단면과 양면, 500mJ 단면과 양면, 700mJ 단면과 양면으로 각각 경화하였다. 그 결과 건조한 것과 건조하지 않은 것의 전도성에는 큰 차이가 없었지만 단면과 양면의 노광을 비교한 결과 양면 노광한 것이 전도성이 좋았다.
- Ag paste의 레올로지 특성은 HAAKE RheoScope 1(HAAKE, Germany)을 이용하여 측정하였다. 측정 센서는 직경이 35mm의 평행판이고, 평행판과 시료를 올리는 판과의 간격은 0.
- Viscosity는 전단 속도를 0.1 ∼100s-1으로 변화시켜 측정하였고, Amplitude는 전단 응력을 0.1∼1000Pa으로 변화시켜 paste의 저장 탄성율(G'), 손실 탄성율(G"), tanδ(G''/G')을 측정하였다.
- 민 인쇄된 부분을 4-point probe를 이용하여 면저항을 구한 다음 도막 두께를 측정하여 비저항으로 환산하여 나타내었다. 각각의 paste를 비교하였을 때, paste 4가 비교적 우수한 전도성을 나타내었고, paste 4의 비저항 값을 Table 4에 나타내었다.
- 민 인쇄된 부분을 4-point probe를 이용하여 면저항을 구한 다음 표면 조도계(SJ-400, Mitutoyo)로 도막 두께를 측정하여 비저항으로 환산하였다.
- 벨트형 노광기((주)영암산업)를 사용하여 Ag paste의 UV 경화시 경화 특성을 측정하였다. 이때 130℃에서 2분 동안 pre-heating한 것과 하지 않은 것을 구분한 뒤, 광량을 300mJ, 500mJ, 700mJ으로 하여 인쇄된 부분의 양면 및 단면을 노광하였다.
- 본 연구에서는 분산제의 종류에 따라서 UV 경화형 Ag paste를 4가지로 제조하고 점도, TI, G', G'', tanδ(G''/G')을 측정하여 분산성, UV 경화시의 경화 특성, 전도성, 접착력 등을 테스트하여 인쇄 적성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 분산제의 종류에 따른 UV 경화형 paste를 제조하였다. Figure 3에 각각의 paste에 대한 레올로지 곡선을 나타내었다.
- 본 연구에서는 분산제를 다르게 하여 미세 패턴에 적합한 UV 경화형 Ag paste의 물성을 알아보았다. 분산성, 레올로지 특성, 전도성, 경화특성, 접착성에 대하여 실험한 뒤 아래와 같은 결론을 얻었다.
- Paste는 아래의 Table 1과 같은 조합비로 만들어졌다. 분산제의 특성이 paste에 끼치는 영향을 알아보기 위해 Ag, 올리고머, 모노머, 용제, 광개시제의 비율을 고정하였다.
- 이와 같이 모든 재료들을 넣고 pre-mixing하고 교반 탈포기((주)대화테크)에 넣어 1분 30초 교반, 30초 탈포한 후, 6.5inch 3-roll mill((주)경용기계)을 이용하여 필러 입자를 분산시켜 주었다.
대상 데이터
- 희석제로는 접착력이 우수하고 체적 수축률도 적은 1관능 THFA 모노머를 사용하였고, 소량의 ECA가 첨가되었다. 광중합 개시제로는 ITX, I-369, I-907을 사용하였으며, ECA에 용해시켜 사용하였다. 분산제는 BYK-180, BYK-2150, BYK-2050, FP-3060 등 총 4종류를 사용하였다.
- 바인더 수지는 UV 경화형 수지를 사용하였으며, 접착력 및 내약품성이 우수한 우레탄아크릴레이트계를 사용하였다. 희석제로는 접착력이 우수하고 체적 수축률도 적은 1관능 THFA 모노머를 사용하였고, 소량의 ECA가 첨가되었다.
- 본 연구에서는 전도성 필러로써 Flake type의 Ag powder((주)희성금속)를 사용하였으며, 평균 입경은 5.5∼9.5㎛이었다.
- 스크린 인쇄기로는 MINO Group사의 반자동 인쇄기를 사용하였다. Table 2와 Table 3에 인쇄판과 인쇄 조건을 나타내었다.
- Ag paste의 레올로지 특성은 HAAKE RheoScope 1(HAAKE, Germany)을 이용하여 측정하였다. 측정 센서는 직경이 35mm의 평행판이고, 평행판과 시료를 올리는 판과의 간격은 0.8㎜로 설정하였으며, 측정 온도는 23℃로 하였다. Viscosity는 전단 속도를 0.
- 바인더 수지는 UV 경화형 수지를 사용하였으며, 접착력 및 내약품성이 우수한 우레탄아크릴레이트계를 사용하였다. 희석제로는 접착력이 우수하고 체적 수축률도 적은 1관능 THFA 모노머를 사용하였고, 소량의 ECA가 첨가되었다. 광중합 개시제로는 ITX, I-369, I-907을 사용하였으며, ECA에 용해시켜 사용하였다.
이론/모형
- 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 Ag paste의 분산 특성은 KS M 5463(도료의 연화도 시험 방법)에 의거하여, 홈의 깊이가 0～25㎛까지 측정할 수 있는 입도계와 스크래퍼로 되어 있는 grindometer(BYK Gardner, Germany)를 사용하여 측정하였다. Paste가 잘 분산되지 않을 경우, 응집 입자에 의해 긁힘(scratch)이 나타나는데, 긁힘이 나타나는 위치를 비디오 마이크로 스코프(Alphasystec, Korea)를 사용하여 촬영함으로써 분산 정도를 판단하였다.
- 형성된 전도성 패턴의 접착성은 KS M ISO 2409 도료의 밀착성 시험 방법에 의거하여 형성된 전극 패턴을 십자가 모양으로 cross-cutting한 후, 셀로판테이프로 부착한 뒤 형성된 전극 패턴의 셀이 떨어지는 개수로써 양호한지 판단하였다.
성능/효과
- Grindometer는 측정하는 사람에 따라, 이 장비의 마모됨에 따라 긁힘 값이 달라지기 때문에 분산성을 정확하게 측정할 수 없었고, Grindometer에만 의존하여 분산성을 판단하는 방법은 옳지 않다는 것을 알 수 있었다. 따라서 레올로지 특성과 전도성에 의하여 분산이 잘 되었는지 예측하는 것이 더욱더 올바른 방법이 될 것이다.
- 이 그래프는 전단 속도에 따른 paste의 점도 변화를 나타낸 그래프이며, 모두 shear-thinning 거동하였다. 각각의 그래프를 비교해 보았을 때 분산제에 따라서 점도, TI 값이 차이가 나는 것을 알 수 있었다(paste 1, paste 2, paste 3, paste 4의 점도는 50rpm에서 6,511cps, 10,730cps, 50,410cps, 4,775cps이다.). 또 viscosity-shear rate 곡선의 0.
- 130℃에서 2분 건조한 후, 300mJ 단면과 양면, 500mJ 단면과 양면, 700mJ 단면과 양면으로 각각 경화하였다. 그 결과 건조한 것과 건조하지 않은 것의 전도성에는 큰 차이가 없었지만 단면과 양면의 노광을 비교한 결과 양면 노광한 것이 전도성이 좋았다. 이것은 패턴 내부로 UV가 침투되지 않았다는 것을 의미한다.
- Figure 5와 같이 y축의 1을 기준으로 했을 때, 그보다 위에 곡선이 그려져 있는 paste 1은 앞서 말했듯이 판을 통과하기는 쉬우나 인쇄된 패턴이 퍼질 수 있다. 그리고 paste 2, 3과 paste 4를 비교해 보았을 때, paste 4는 탄성적 요소가 강하다는 것을 알 수 있었다. 즉, 판을 통과하기는 어려우나 인쇄된 패턴이 잘 퍼지지 않는다고 예상할 수 있었다.
- 따라서 grindometer는 측정하는 사람에 따라, grindometer가 마모됨에 따라 긁힘 값이 달라지기 때문에 분산성을 정확하게 측정할 수 없음을 확인하였다.
- 따라서 grindometer는 측정하는 사람에 따라, grindometer가 마모됨에 따라 긁힘 값이 달라지기 때문에 분산성을 정확하게 측정할 수 없음을 확인하였다. 또한 grindometer에만 의존하여 분산성을 판단하는 방법은 옳지 않다는 것을 알 수 있었다.
- 이것은 pre-heating 공정을 생략하고 UV 단독으로 경화가 가능하다는 것을 의미한다. 양면 노광과 단면 노광을 비교했을 때에는 500mJ과 700mJ에서 양면 노광한 것이 전도성이 우수하였고, 모든 인쇄 조건에서 paste 4의 전도성이 우수하였다.
- Grindometer로 스크린 인쇄용 UV 경화형 Ag paste의 분산 특성을 검토한 결과, paste 1: 12∼14, paste 2: 12∼14, paste 3: 11∼13, paste 4: 11∼13으로 분산제에 따른 분산성에 큰 차이가 없었다. 하지만 TI 그래프와 전도성 등을 비교해 보았을 때, TI 값이 작고 전도성이 높은 paste가 분산이 더 잘 됨을 알 수 있었다. 따라서 grindometer는 측정하는 사람에 따라, grindometer가 마모됨에 따라 긁힘 값이 달라지기 때문에 분산성을 정확하게 측정할 수 없음을 확인하였다.
후속연구
- Grindometer는 측정하는 사람에 따라, 이 장비의 마모됨에 따라 긁힘 값이 달라지기 때문에 분산성을 정확하게 측정할 수 없었고, Grindometer에만 의존하여 분산성을 판단하는 방법은 옳지 않다는 것을 알 수 있었다. 따라서 레올로지 특성과 전도성에 의하여 분산이 잘 되었는지 예측하는 것이 더욱더 올바른 방법이 될 것이다.
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