[논문]스크린 인쇄법의 공정 조건이 전극 패턴 균일성에 미치는 영향

이나영; 김동철; 여동훈; 이주성; 윤상옥; 신효순; 이준형

doi:10.4313/jkem.2020.33.5.355

스크린 인쇄법의 공정 조건이 전극 패턴 균일성에 미치는 영향
Effects of Process Conditions on Electrode Patterning by Screen Printing Method 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.33 no.5, 2020년, pp.355 - 359

이나영 (한국세라믹기술원 전자재료본부) , 김동철 (한국세라믹기술원 전자재료본부) , 여동훈 (한국세라믹기술원 전자재료본부) , 이주성 ((주)보부하이테크) , 윤상옥 (강릉원주대학교 세라믹신소재공학과) , 신효순 (한국세라믹기술원 전자재료본부) , 이준형 (경북대학교 신소재공학부 전자재료공학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, image analysis and surface roughness measurements using an optical microscope are presented as a method to quantitatively evaluate the results of screen printing. Using this method, the squeegee speed, which is the printing process condition, and the printability of the electrode according to the screen mesh were evaluated. Increasing the squeegee speed in the printing process acts as a process element that increases the line width precision of the printed electrode and lowers the surface roughness of the printed surface. Furthermore, the edge roughness, which indicates the clarity of printing, was not significantly affected by the speed of the squeegee during printing. The print thickness increases in proportion to the squeegee speed, but is largely dependent on the screen thickness.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Evaluation indicator of screen printing process.
표 Table 1. Screen mask dimension.
그림 Fig. 2. Line width error with the variation of squeegee speed.
그림 Fig. 3. Edge roughness with the variation of squeegee speed.
그림 Fig. 4. Surface roughness with the variation of squeegee speed.
그림 Fig. 5. Printed thickness with the variation of squeegee speed.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 미세 전극에 인쇄성을 평가하기 위해 스크린 인쇄 공정의 조건 변화에 따른 다양한 평가 방법을 적용하고 이 결과를 기초로 최적의 인쇄 조건을 설정하는 과정을 제시하고자 하였다. 인쇄 공정 조건의 변수로는 스퀴지 속도 및 스크린 마스크의 mesh 변화 등을 선정하였다.
본 연구에서는 스크린 프린팅 공정에서 스퀴지 속도 및 스크린 mesh가 전극의 인쇄성에 미치는 영향을 정량적으로 비교하고자 하였다. 스크린 프린팅 공정에서 스퀴지 속도 증가는 인쇄된 전극의 선 폭 정밀도를 증가시키고 인쇄된 면의 surface roughness를 낮추는 공정요소로 작용한다.
인쇄된 전극을 평가하기 위하여 광학 현미경을 사용하여 관찰한 이미지를 image analyzer 프로그램으로 선 폭 및 가장자리 거칠기를 정량화하고 표면 거칠기 장비를 이용하여 전극의 두께 및 전극의 두께 편차를 확인하였다. 이를 통해 스크린 인쇄 공정의 각 변수가 전극 인쇄성에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

제안 방법

세라믹 원료를 에탄올 톨루엔 혼합 용액에 넣어 분산제(BYK-111, BYK Chemie GmbH, Germany)를 소량 첨가하여 20시간 동안 분산하였다. 1차 볼 밀링 후 PVB (polyvinyl butyral, BM-SZ, Sekisui, Japan)와 DBP (dibutyl phthalate, Daejung Chemicals and Metals Co. Ltd, Korea)가 용해된 용액을 추가 첨가하여 20시간 동안 2차 볼 밀링 하여 바인더와 가소제가 혼합된 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리는 탈포기(new technology engineering Co.
인쇄된 전극은 광학 현미경(Sometech, Korea)을 통해 인쇄 상태를 확인하고, image analyzer (Clemex Vision, Canada) 프로그램으로 전극의 선폭과 가장 자리의 거칠기를 정략적인 수치로 확인하였다. 또한 전극 두께의 균일성을 확인하기 위해 표면 거칠기 측정기(Dektak150, Veeco, America)를 사용하였다. 인쇄 수준에 대한 정량적 지표는 그림 1과 같이 정의하였다.
등이 첨가된 조성을 사용하였다. 세라믹 원료를 에탄올 톨루엔 혼합 용액에 넣어 분산제(BYK-111, BYK Chemie GmbH, Germany)를 소량 첨가하여 20시간 동안 분산하였다. 1차 볼 밀링 후 PVB (polyvinyl butyral, BM-SZ, Sekisui, Japan)와 DBP (dibutyl phthalate, Daejung Chemicals and Metals Co.
15 MPa로 고정하여 진행하였다. 스퀴지 속도는 25 mm/s, 30 mm/s, 35 mm/s, 40 mm/s로 변화하면서 인쇄 속도에 따른 인쇄성을 평가하였다. 스크린 인쇄 공정 후 전극의 무너짐 방지를 위해서 사용된 텅스텐 페이스트에 솔벤트의 휘발 온도와 PET 필름의 내열도를 고려하여 온도별 선행실험을 통하여 최적의 건조 온도와 시간을 결정하였고 건조 조건은 80℃로 유지되는 오븐에 바로 투입 하는 방법으로 15분 동안 유지하였다 [7].
스퀴지 속도는 25 mm/s, 30 mm/s, 35 mm/s, 40 mm/s로 변화하면서 인쇄 속도에 따른 인쇄성을 평가하였다. 스크린 인쇄 공정 후 전극의 무너짐 방지를 위해서 사용된 텅스텐 페이스트에 솔벤트의 휘발 온도와 PET 필름의 내열도를 고려하여 온도별 선행실험을 통하여 최적의 건조 온도와 시간을 결정하였고 건조 조건은 80℃로 유지되는 오븐에 바로 투입 하는 방법으로 15분 동안 유지하였다 [7].
인쇄 공정은 예비 실험을 통하여 스퀴지 각도 60°, 클리어런스 1 mm, 인쇄 압력 0.15 MPa로 고정하여 진행하였다.
인쇄된 전극은 광학 현미경(Sometech, Korea)을 통해 인쇄 상태를 확인하고, image analyzer (Clemex Vision, Canada) 프로그램으로 전극의 선폭과 가장 자리의 거칠기를 정략적인 수치로 확인하였다. 또한 전극 두께의 균일성을 확인하기 위해 표면 거칠기 측정기(Dektak150, Veeco, America)를 사용하였다.
인쇄 공정 조건의 변수로는 스퀴지 속도 및 스크린 마스크의 mesh 변화 등을 선정하였다. 인쇄된 전극을 평가하기 위하여 광학 현미경을 사용하여 관찰한 이미지를 image analyzer 프로그램으로 선 폭 및 가장자리 거칠기를 정량화하고 표면 거칠기 장비를 이용하여 전극의 두께 및 전극의 두께 편차를 확인하였다. 이를 통해 스크린 인쇄 공정의 각 변수가 전극 인쇄성에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 세라믹 시트는 HTCC (high temperature Co-fired ceramic) 제품에 적용될 수 있는 것으로 Al₂O₃ 을 주성분으로 하고 SiO₂, MgO, CaCO₃, Y₂O₃ 등이 첨가된 조성을 사용하였다. 세라믹 원료를 에탄올 톨루엔 혼합 용액에 넣어 분산제(BYK-111, BYK Chemie GmbH, Germany)를 소량 첨가하여 20시간 동안 분산하였다.
스크린(Sejinsmark, Korea)은 용이한 판분리를 위해 flexible한 standard stainless steel 타입을 사용 하였다. 스크린 마스크의 opening에 tungsten paste를 원활하고 균일하게 밀어내기 위해 9 mm 두께에 폴리우레탄 소재의 스퀴지(Sejinsmark, Korea)를 사용하였다.
스크린(Sejinsmark, Korea)은 용이한 판분리를 위해 flexible한 standard stainless steel 타입을 사용 하였다. 스크린 마스크의 opening에 tungsten paste를 원활하고 균일하게 밀어내기 위해 9 mm 두께에 폴리우레탄 소재의 스퀴지(Sejinsmark, Korea)를 사용하였다.
본 연구에서는 미세 전극에 인쇄성을 평가하기 위해 스크린 인쇄 공정의 조건 변화에 따른 다양한 평가 방법을 적용하고 이 결과를 기초로 최적의 인쇄 조건을 설정하는 과정을 제시하고자 하였다. 인쇄 공정 조건의 변수로는 스퀴지 속도 및 스크린 마스크의 mesh 변화 등을 선정하였다. 인쇄된 전극을 평가하기 위하여 광학 현미경을 사용하여 관찰한 이미지를 image analyzer 프로그램으로 선 폭 및 가장자리 거칠기를 정량화하고 표면 거칠기 장비를 이용하여 전극의 두께 및 전극의 두께 편차를 확인하였다.

데이터처리

인쇄 수준에 대한 정량적 지표는 그림 1과 같이 정의하였다. 그림에서 line width는 인쇄된 전극의 폭을 동일 간격으로 24회 측정하고 그 값을 산술평균 하였다. 그리고 이 값으로부터 line width error를 계산하였는데 이것은 인쇄된 line width에서 스크린의 설계 line width를뺀 값이다.

성능/효과

04 ㎛로 큰 차이가 없으나 약간 증가하는 경향을 보였다. 또한, 스크린 mesh 별 edge roughness도 거의 동일한 수준으로 나타났다. 이는 스퀴지 속도 및 스크린 마스크가 전극의 가장자리 거칠기에 미치는 영향이 미미하다는 것을 보여 주는 것이다.
그림 3은 스퀴지 속도 변화에 따라 인쇄한 전극의 edge roughness를 측정한 결과이다. 스퀴지 속도가 증가함에 따라 edge roughness는 400, 500 mesh 각각에 대하여 1.03 ㎛에서 1.04 ㎛로 큰 차이가 없으나 약간 증가하는 경향을 보였다. 또한, 스크린 mesh 별 edge roughness도 거의 동일한 수준으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세 전극의 형성에서 전극 형성의 균일성이 충분히 확보되지 않을 경우 발생할 수 있는 문제점은?	또한, 최근 미세 전극의 형성 기술 개발이 중요시되면서 스크린 프린팅을 통해 얻어진 전극의 수준을 평가하는 것이 중요한 과제가 되었다 [3,9]. 전극 형성의 균일성이 충분히 확보되지 않을 경우 미세한 전극의 형성은 불가능하며 전극이 저항체로 사용될 경우 저항체 전역에 누설 전류의 증가, 특성 불균형 증가 및 소비전력의 증대에 따른 다양한 문제들이 발생된다 [10,11]. 그러나 인쇄된 전극의 수준을 평가하기 위한 평가 방법에 대한 연구 결과는 아직 미비한 실정이다 [9].
	인쇄 공정 조건의 변수는 어떤 것이 있는가?	본 연구에서는 미세 전극에 인쇄성을 평가하기 위해 스크린 인쇄 공정의 조건 변화에 따른 다양한 평가 방법을 적용하고 이 결과를 기초로 최적의 인쇄 조건을 설정하는 과정을 제시하고자 하였다. 인쇄 공정 조건의 변수로는 스퀴지 속도 및 스크린 마스크의 mesh 변화 등을 선정하였다. 인쇄된 전극을 평가하기 위하여 광학 현미경을 사용하여 관찰한 이미지를 image analyzer 프로그램으로 선 폭 및 가장자리 거칠기를 정량화하고 표면 거칠기 장비를 이용하여 전극의 두께 및 전극의 두께 편차를 확인하였다.
	세라믹 전자부품 및 모듈에서 전자 회로나 디바이스를 비교적 간단하고 효율적으로 생산할 수 있는 회로 형성 기법으로 각광받고 있는 것은?	이러한 고집적화의 추세에 따라 후막공정에서도 세라믹 시트 두께 및 전극선 폭의 미세화에 대한 중요성이 증가되고 있다 [4,5]. 세라믹 전자부품 및 모듈에서는 전자 회로나 디바이스를 비교적 간단하고 효율적으로 생산할 수 있는 스크린 프린팅이 회로 형성 기법의 하나로 각광받고 있다 [5-8]. 또한, 최근 미세 전극의 형성 기술 개발이 중요시되면서 스크린 프린팅을 통해 얻어진 전극의 수준을 평가하는 것이 중요한 과제가 되었다 [3,9].

참고문헌 (15)

B. K. Koo, J. Korean Ceram. Soc., 51, 344 (2014). [DOI: https://doi.org/10.4191/kcers.2014.51.4.344]

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W. S. Seo, B. W. Min, J. H. Kim, N. K Lee, and J. B. Kim, J. Microelectron. Packag. Soc., 17, 47 (2010).
W. S. Seo, B. W. Min, K. Park, H. J. Lee, and J. B. Kim, J. Korean Soc. Manuf. Technol. Eng., 21, 26 (2012). [DOI: https://doi.org/10.7735/ksmte.2012.21.1.026]
S. B. Sohn, H. S. Kim, S. M. Song, Y. T. Kim, and K. H. Hur, J. Korean Ceram. Soc., 46, 146 (2009). [DOI: https://doi.org/10.4191/KCERS.2009.46.2.146]

원문보기 상세보기
T. X. Liang, W. Z. Sun, L. D. Wang, Y. H. Wang, and H. D. Li, IEEE Trans. Compon., Packag., Manuf. Technol., Part B, 19, 423 (1996). [DOI: https://doi.org/10.1109/96.496047]
D. Crescini, D. Marioli, and A. Taroni, Sens. Actuators, A, 55, 79 (1996). [DOI: https://doi.org/10.1016/S0924-4247(97)80060-X]

상세보기
X. Zhou, M. Sazegar, F. Stemme, J. Hausselt, R. Jakoby, and J. R. Binder, J. Eur. Ceram. Soc., 32, 4311 (2012). [DOI: https:// doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.06.021]

상세보기
J. Pan, G. L. Tonkay, and A. Quintero, J. Electron. Manuf., 9, 203 (1999). [DOI: https://doi.org/10.1142/S096031319900012X]

상세보기
G. C. Dubey, Microelectron. Reliab., 14, 427 (1975). [DOI: https://doi.org/10.1016/0026-2714(75)90151-1]

상세보기
M. L ahti, A. Vimpari, a nd K. Kautio, J. Eur. Ceram. Soc., 27, 2953 (2007). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2006.11.046]

상세보기
S. M Shapee, R. Alias, I. Azmi, Z. Ambak, Z. M. Yusoff, and M. R. Saad, Key Eng. Mater., 421, 485 (2009). [DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.421-422.485]

상세보기
P. Izak, J. Mastalska-Poplawska, J. Lis, and A. Stempkowska, Proc. 2nd International Conference on Rheology and Modeling of Materials (IC-RMM2) (Lillafured, Hungary, 2015) p. 012001. [DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/790/1/012011]
J. W. Phair and A. F. J Kaiser, Annu. Trans. Nord. Rheol. Soc., 17 (2009).
H. W. Lin, C. P Chang, W. H Hwu, and M. D. Ger, J. Mater. Process. Technol., 197, 284 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.06.067]

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J. Evans and J. Beddow, IEEE Trans. Compon., Hybrids, Manuf. Technol., 10, 224 (1987). [DOI: https://doi.org/10.1109/TCHMT.1987.1134725]

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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