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KR20150045605A - 구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법 - Google Patents

구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법 Download PDF

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KR20150045605A
KR20150045605A KR20130125051A KR20130125051A KR20150045605A KR 20150045605 A KR20150045605 A KR 20150045605A KR 20130125051 A KR20130125051 A KR 20130125051A KR 20130125051 A KR20130125051 A KR 20130125051A KR 20150045605 A KR20150045605 A KR 20150045605A
Authority
KR
South Korea
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copper
conductive pattern
resin
solvent
ink composition
Prior art date
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Ceased
Application number
KR20130125051A
Other languages
English (en)
Inventor
조진우
김윤진
김학성
Original Assignee
전자부품연구원
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원, 한양대학교 산학협력단 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR20130125051A priority Critical patent/KR20150045605A/ko
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    • C09D11/00—Inks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

구리 잉크 조성물은 구리 산화막을 갖는 구리 입자들 또는 구리 전구체들; 및 광에 의하여 상기 구리 산화막을 구리로 환원시키는 촉매로서 작용하는 질소이중결합을 포함하는 아조(azo) 화합물을 포함한다.

Description

구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법{COMPOSITION FOR COPPER INK AND METHOD FOR FORMING CONDUCTIVE PATTERN USING THE SAME}
본 발명은 구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
현재 인쇄전자기술에서 사용되고 도전성 잉크는 주로 은을 포함하는 은 잉크 또는 은 페이스트이고, 이외에도 도전성 잉크에는 금, 백금, 팔라듐 등의 금속 입자가 포함될 수 있다.
이와 같은 도전성 잉크는 주로 디스플레이 패널, 태양 전지판, 인쇄회로기판의 도전 패턴으로 사용되고 있지만 도전성 잉크에 포함되는 은의 가격이 매우 비싸 도전성 잉크를 이용한 도전 패턴을 구현하기 쉽지 않은 제약을 갖는다.
최근에는 도전성 잉크에 은(silver) 입자 대신 구리 입자를 포함시켜 가격이 저렴한 도전성 잉크를 이용한 도전 패턴을 구현하기 위한 기술이 개발되고 있다.
그러나, 구리 입자를 포함하는 도전성 잉크로 도전 패턴을 구현할 경우, 도전성 잉크에 포함된 각 구리 입자의 표면에 쉽게 구리 산화막이 형성되기 때문에 도전 패턴의 전기 저항이 매우 높아지는 문제점을 갖는다.
각 구리 입자의 표면에 구리 산화막이 형성되지 않도록 하기 위해서는 불활성 기체 분위기 하에서 500℃ 이상의 높은 온도로 1 시간 내지 3시간 소성을 해야 하는데, 이와 같이 불활성 기체 분위기 하에서 고온으로 장시간 소성을 할 경우 오히려 은 입자를 사용하는 도전성 잉크에 비하여 생산 단가가 더 증가하는 문제점을 갖는다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0125145호 (2011.11.18) 수계 구리 나노 잉크 조성물
본 발명은 상온에서 구리 입자의 표면에 단순히 광을 제공함으로써 구리 입자의 표면에 형성된 구리 산화막을 구리로 환원시키기에 적합한 광 촉매를 포함하는 구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법을 제공한다.
일실시예로서, 구리 잉크 조성물은 구리 산화막을 갖는 구리 입자들 또는 구리 전구체들; 및 광에 의하여 상기 구리 산화막을 구리로 환원시키는 촉매로서 작용하는 질소이중결합을 포함하는 아조(azo) 화합물을 포함한다.
구리 잉크 조성물은 상기 구리 입자들에 혼합된 바인더; 및 상기 바인더를 용해시키는 용매를 더 포함한다.
구리 잉크 조성물의 상기 바인더는 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지 및 폴리에스테르 수지, 실리콘, PVP, PVA 중 적어도 하나를 포함한다.
구리 잉크 조성물의 상기 용매는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매, 테르펜계 용매 중 적어도 하나를 포함한다.
구리 잉크 조성물의 상기 구리 입자 또는 상기 구리 전구체의 사이즈는 나노 단위 또는 마이크로 단위이다.
구리 잉크 조성물의 상기 구리 전구체는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2, Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2­3H20 또는 CuSO4-5H2O 중 어느 하나를 포함한다.
구리 잉크 조성물의 상기 아조 화합물은 Azobis(isobutyronitrile)(AIBN)을 포함한다.
일실시예로서, 구리 잉크 조성물을 이용한 도전 패턴의 형성 방법은 구리 산화막을 갖는 구리 입자들 또는 구리 전구체들 및 광에 의하여 상기 구리 산화막을 구리로 환원시키는 촉매로서 작용하는 질소이중결합을 포함하는 아조(azo) 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물을 제조하는 단계; 상기 구리 잉크 조성물을 기판에 인쇄하여 예비 도전 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 예비 도전 패턴에 상기 광을 제공하여 상기 구리 입자 또는 상기 구리 전구체의 표면에 형성된 상기 구리 산화막을 상기 구리로 환원하여 소결하여 도전 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 도전 패턴를 형성하는 단계는 예열 및 상기 용매 건조를 위한 예비 광조사 단계; 및 상기 구리 산화막을 상기 구리로 환원하여 소결하기 위한 메인 광조사 단계를 포함한다.
상기 광은 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 포함하며, 상기 광의 펄스 폭은 0.01ms 내지 100ms이고, 상기 광의 펄스 갭은 0.1ms 내지 100ms이고, 상기 광의 펄스 수는 1번 내지 1,000번이고, 상기 광의 강도는 1J/㎠ 내지 100J/㎠이다.
본 발명에 따른 구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법은 구리 잉크 조성물에 질소이중결합을 갖는 아조 화합물을 포함시켜 구리입자들 또는 구리전구체에 포함된 구리 산화막의 환원 반응을 향상시키면서 구리 잉크 조성물에 포함되는 바인더를 폭넓게 선택할 수 있도록 하며 구리 잉크 조성물을 이용하여 저온에서 패턴을 형성할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예 따른 구리 잉크 조성물을 이용한 도전 패턴의 형성 과정을 도시한 순서도이다.
도 2는 표 1의 1번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이다.
도 3은 표 2의 2번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이다.
도 4는 표 1의 3번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이다.
도 5는 표 1의 4번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일실시예에서, 구리 잉크 조성물은 구리 산화막이 형성된 구리 입자 또는 구리 전구체 및 구리 산화막이 광에 의하여 쉽게 구리로 환원될 수 있도록 하는 광환원 촉매제 역할을 하는 질소이중결합 구조를 갖는 아조 화합물(azo composition)을 포함한다.
아조 화합물의 예로서는 Azobis(isobutyronitrile)(AIBN)를 들 수 있으며, 아조 화합물은 AIBN 이외에 다양한 화합물을 사용하여도 무방하다.
예를 들어, 아조 화합물은 아조벤젠, 아조메테인, 벤젠아조메테인, 4-페닐아조페놀, Tartrazine, Amaranth, 아미노아조벤젠, 아조디카복시미드, 아조디카본아미드, DAB(4-dimethylaminoazobenzene, butter yellow), 3-메톡시-4-아미노아조벤젠, 폰소(ponceau)MX, 4-아미노아조벤젠 등을 포함할 수 있다.
구리 잉크 조성물이, 예를 들어, AIBN과 같은 아조 화합물을 포함할 경우, 아조 화합물이 구리 입자 및 구리 전구체에 형성된 구리 산화막의 환원 및 광소결의 개시제로서 역할하기 때문에 구리 잉크 조성물에 포함되는 바인더(binder)의 종류 제약에서 벗어날 수 있다.
구리 잉크 조성물에 아조 화합물을 포함시켜 구리 잉크 조성물에 포함되는 바인더의 종류 제약에서 벗어날 경우, 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA, PET 등과 같은 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금, 은 등을 소재로 하는 금속 기판 및 ITO(Indum Tin Oxide), 세라믹, 유리, 실리콘 등과 같은 비금속 기판 등에 대한 도전 패턴의 접착력을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 구리 잉크 조성물을 이용하여 형성된 도전 패턴의 인쇄성 및 도전성 패턴의 고 종횡비(high aspect ratio)를 구현할 수 있다.
또한, 구리 잉크 조성물이 AIBN과 같은 아조 화합물을 포함할 경우, 광 소결 시 동일한 광량에서 높은 광소결 특성을 갖기 때문에 기판에 구리 잉크 조성물을 통해 도전 패턴을 형성한 후 상대적으로 적은 에너지에 의하여 광소결이 수행될 수 있어 기판의 휨(warpage) 또는 수축을 방지할 수 있다.
또한, 구리 잉크 조성물이 AIBN과 같은 아조 화합물을 포함할 경우, 보다 저렴한 가격으로 도전 패턴을 형성 및 도전 패턴의 전기적 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 아조 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물은 도전체 역할을 하는 구리 입자(copper particle) 또는 구리 전구체(copper precursor), 바인더 및 용매를 포함한다.
구리 잉크 조성물에서 도전체 역할을 하는 구리 입자 또는 구리 전구체의 사이즈는 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 구리 입자 또는 구리 전구체는 약 10nm 내지 약 500nm의 사이즈로 형성될 수 있으며, 바람직하게 구리 입자 또는 구리 전구체의 사이즈는 약 40nm 내지 약 150nm이다.
구리 잉크 조성물에 포함되는 구리 전구체는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2, Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2­3H20 또는 CuSO4-5H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
아조 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물에 포함되는 바인더는 구리 잉크 조성물을 이용하여 도전 패턴을 형성할 때 구리 입자 및 구리 전구체의 흩어짐을 방지 및 도전 패턴이 우수한 인쇄성 및 고 종횡비를 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다.
구리 잉크 조성물에 아조 화합물이 포함되지 않을 경우, 구리 잉크 조성물에 포함될 수 있는 바인더로서는 PVP 또는 PVA 등이다. 이와 다르게, 구리 잉크 조성물에 아조 화합물이 포함될 경우, 구리 잉크 조성물에는 PVP 또는 PVA 뿐만 아니라 매우 다양한 바인더들이 폭넓게 사용될 수 있다.
구리 잉크 조성물에 아조 화합물이 포함될 경우, 구리 잉크 조성물에 포함될 수 있는 바인더로서는 PVP 및 PVA 뿐만 아니라 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지 및 폴리에스테르 수지 및 실리콘 등 다양한 바인더를 사용할 수 있다.
한편, 구리 잉크 조성물에 포함되는 용매의 예로서는 상기 용매는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매, 테르펜계 용매등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 용매는 BCA(부틸카비톨 초산염), BC(부틸카비톨), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol), BA(부틸아크릴레이트, butyl acrylate), EA(athylacetate,에틸아세테이트), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 글리세롤, 크레졸, MEK, 아세톤 등 일 수 있다.
이하, 구리 잉크 조성물을 이용하여 도전 패턴을 형성하는 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 아조 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물을 이용하여 도전 패턴을 형성하는 과정을 도시한 순서도이다.
먼저, 도전 패턴을 기판 상에 형성하기 위해서는 먼저 구리 잉크 조성물이 제작된다.(단계 S10)
구리 잉크 조성물을 형성하기 위해서는 도전체로서 역할하는 구리 입자(copper particle), 구리 전구체(copper precursor), 아조 화합물, 바인더 및 용매 등이 상호 혼합된다.
구리 잉크 조성물을 이루는 구리 입자 또는 구리 전구체의 사이즈는 약 10nm 내지 약 500nm일 수 있고, 바람직하게, 구리 입자 또는 구리 전구체의 사이즈는 약 40nm 내지 약 150nm일 수 있다.
구리 전구체로서 사용될 수 있는 물질의 예로서는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2, Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2­3H20 또는 CuSO4-5H2O 등을 들 수 있다.
구리 잉크 조성물을 이루는 바인더는 PVP 및 PVA 뿐만 아니라 PVC, 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지 및 폴리에스테르 수지 등이 포함될 수 있다.
구리 잉크 조성물을 이루는 용매는 상기 용매는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매, 테르펜계 용매등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 용매는 BCA(부틸카비톨 초산염), BC(부틸카비톨), 텍산올(texanol), 테르피테올(terpineol), BA(부틸아크릴레이트, butyl acrylate), EA(athylacetate,에틸아세테이트), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 글리세롤, 크레졸, MEK, 아세톤 등 일 수 있다.
구리 잉크 조성물을 이루는 구리 입자 또는 구리 전구체, 아조 화합물, 바인더 및 용매는 각각 최적화된 양으로 1차적으로 혼합된다.
이어서, 구리 잉크 조성물을 이루는 재료들은 선분산기에 의하여 30분 내지 1시간 동안 2차적으로 선분산되고, 선분산된 구리 잉크 조성물은 다시 3본 밀에 의하여 3차적으로 고분산 되어 구리 잉크 조성물을 이루는 재료들은 완전히 혼합되는데, 혼합된 구리 잉크 조성물로부터 이물질이 필터링되어 최종적으로 도전 패턴을 형성하기 위한 구리 잉크 조성물이 형성된다.
구리 잉크 조성물이 형성되면, 기판에 구리 잉크 조성물을 이용하여 예비 도전 패턴(preliminary conductive pattern)을 형성하는 단계가 수행된다. (단계 S20)
예비 도전 패턴이 형성되는 기판의 예로서는 폴리이미드, 폴리우레탄, PMMA, PET 등과 같은 합성수지 기판, 스테인레스, 알루미늄, 금, 은 등을 소재로 하는 금속 기판 및 ITO(Indum Tin Oxide) 및 세라믹, 유리, 실리콘 등과 같은 비금속 기판을 들 수 있다.
구리 잉크 조성물은, 예를 들어, 잉크젯 인쇄, 플렉소/그라뷰어링 인쇄, 오프셋 인쇄, 디스펜싱 인쇄 및 스크린 인쇄 등에 의하여 상기 합성수지 기판, 상기 금속 기판 및 상기 비금속 기판 등에 코팅 또는 도포되고, 이로 인해 상기 합성수지 기판, 금속 기판 및 비금속 기판 상에는 예비 도전 패턴이 형성된다.
예비 도전 패턴은, 예를 들어, 기판 상에 약 4㎛의 두께로 형성되며 폭 1cm 길이 2cm로 형성될 수 있으며, 예비 도전 패턴의 두께, 폭 및 길이는 변경될 수 있다.
한편, 예비 도전 패턴은 광 소결되기 이전에는 풍부한 유동성을 갖기 때문에 기판에 예비 도전 패턴이 형성된 후 예비 도전 패턴은, 예를 들어, 약 80℃의 온도에서 약 30분간 건조되어 예비 도전 패턴에 포함된 용매의 일부를 건조시킨다.
기판에 구리 잉크 조성물을 이용하여 예비 도전 패턴이 형성된 후, 예비 도전 패턴에 광을 제공하여 예비 도전 패턴을 광 소결하여 기판 상에 도전 패턴을 형성하는 단계가 수행된다.(단계 S30)
예비 도전 패턴을 광 소결하여 도전 패턴을 기판 상에 형성하기 위해서, 기판에 형성된 예비 도전 패턴에는 광이 제공된다.
본 발명의 일실시예에서, 예비 도전 패턴에 제공되는 광은 제논 플래쉬 램프(xenon flash lamp)로부터 발생된 백색광을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 예비 도전 패턴에 제공되는 백색광을 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 사용하는 이유는 백색광의 펄스 폭(pulse width), 펄스 갭(pulse gap), 펄스 수(pulse numbers) 및 강도(intensity)를 정밀하게 조절하기 쉽기 때문이다.
비록 본 발명의 일실시예에서는 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 예비 도전 패턴에 제공하는 것이 설명되고 있지만, 이와 다르게 예비 도전 패턴에는 다양한 종류의 램프로부터 발생된 백색광이 제공되어도 무방하다.
제논 플래쉬 램프로부터 발생되어 예비 도전 패턴에 제공되는 백색광의 펄스 폭은 약 0.01ms 내지 약 100ms일 수 있고, 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 펄스 갭은 약 0.1ms 내지 약 100ms, 펄스 수는 1 내지 약 1,000번, 백색광의 강도는 약 1 J/㎠ 내지 약 25 J/㎠일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 백색광의 펄스 폭이 100ms 보다 클 경우 단위 시간당 입사 에너지가 줄어들어 광소결 효율이 저하될 수 있다.
또한, 펄스 갭이 100ms 보다 크게 펄스 수가 1,000번 보다 클 경우에는 백색광의 낮은 에너지에 기인하여 구리 나노 잉크가 제대로 소결되지 못할 수 있다. 또한, 펄스 갭이 0.1ms 보다 작거나 백색광의 강도가 100J/㎠ 초과일 경우 램프의 손상 또는 수명이 단축될 수 있다.
특히, 백색광의 강도가 약 1 J/㎠ 이하일 경우 구리 입자 및 구리 전구체의 표면에 형성된 구리 산화막을 구리로 환원하기 위한 환원 반응이 약하여 도전 패턴의 전기 저항 특성이 저하될 수 있다. 반대로 백색광의 강도가 약 25 J/㎠ 이상일 경우 고에너지가 기판에 제공되어 기판의 수축, 휨 및 뒤틀림이 발생될 수 있고 예비 도전 패턴 및 기판의 박리 등이 발생될 수 있다. 그러나, 백색광에 의한 기계적 강도가 우수한 기판의 경우 백색광의 강도는 25 J/㎠ 보다 큰 약 100 J/㎠까지 제공될 수 있다.
예비 도전 패턴에 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 제공하여 도전 패턴을 형성하는 단계는 예비 도전 패턴에 앞서 기재된 백색광의 펄스폭 범위, 펄스 갭 범위, 펄스 수 범위 및 강도 범위 내에서 백색광을 기판에 한번 제공하여 예비 도전 패턴을 한번에 광 소결할 수 있다.
이와 다르게, 예비 도전 패턴에 백색광을 여러 번 제공하여 광 소결을 형성할 수 있는데, 바람직하게 예비 도전 패턴에는 백색광이 두번 제공되어 예비 도전 패턴에 포함된 구리 입자 및 구리 전구체의 광 소결을 수행할 수 있다.
구체적으로 예비 도전 패턴의 예열, 조직 치밀화 및 용매 건조를 위해 1차적으로 백색광을 예비 광조사한 후, 구리 입자 또는 구리 전구체의 소결을 위해 2차적으로 백색광을 조사할 수 있다.
스텝 예열 광소결 면저항
(Ω/sq)		 선저항
(Ω)		 비저항
(10-6Ω㎝)
조건 에너지
(J/㎠)		 펄스 수
(번)		 시간
(ms)		 에너지
(J/㎠)		 펄스 수
(번)		 시간
(ms)
1 2.5 1 20 15 1 20 0.04 0.08 16
2 2.5 1 20 15 1 15 0.02 01004 8
3 2.5 1 20 15 1 10 0.01 0.002 4
4 2.5 1 20 15 1 5 2.35 4.7 940
표 1을 참조하면, 예비 도전 패턴의 예열, 조직 치밀화 및 용매 건조를 위해서는 1차적으로 제논 플래시 램프로부터 발생된 백색광을 약 2.5 J/㎠의 강도로 약 20ms동안 예비 도전 패턴에 한번 조사한다.
이어서, 구리 입자 또는 구리 전구체의 광소결을 위해 2차적으로 제공되는 백색광은 약 15J/㎠의 에너지로 약 5ms 내지 약 20ms 동안 예비 도전 패턴에 제공함으로써 구리 입자 또는 구리 전구체를 소결하면서 구리 입자 또는 구리 전구체의 표면에 형성된 구리 산화막을 구리로 환원시킨다.
이와 같이 두번으로 나누어 예비 도전 패턴에 백색광을 제공하여 형성된 도전 패턴은 약 4×10-6Ω㎝의 비저항을 갖는데, 이는 구리의 비저항인 1.68×10-6Ω㎝ 대비 약 2배 정도 높은 수준으로 아조 화합물을 포함한 구리 잉크 조성물의 경우 전기 저항 특성이 우수하다.
도 2는 표 1의 1번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이고, 도 3은 표 2의 2번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이며, 도 4는 표 1의 3번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이며, 도 5는 표 1의 4번 조건에 의하여 형성된 도전 패턴의 SEM 사진이다.
도 2 내지 도 5에 의하면, 예열을 2.5 J/㎠의 에너지 강도로 20ms 동안 수행하고 광 소결을 15J/㎠의 에너지 강도로 10ms 동안 수행함으로써 도전 패턴의 표면은 순수 구리막과 유사한 표면 형태를 갖고 우수한 비저항을 갖는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 예비 도전 패턴에 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광을 제공하여 기판 상에 도전 패턴을 형성한 후, 열풍기에 의하여 기판 상에 형성된 도전 패턴에는 약 70℃ 내지 약 100℃의 건조 열풍을 제공하여 기판 상에 형성된 도전 패턴의 내부에 남아 있는 용매를 건조시켜 제거한다.
이와 다르게, 열풍기에 의한 건조 열풍을 사용하여 용매를 제거하지 않고 제논 플래쉬 램프로부터 발생된 백색광의 제공 횟수 또는 강도를 2단계 또는 3단계 이상으로 조절하여 용매를 제거하여도 무방하다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 구리 잉크 조성물에 질소이중결합을 갖는 아조 화합물을 포함시켜 구리입자들 또는 구리전구체에 포함된 구리 산화막의 환원 반응을 향상시키면서 구리 잉크 조성물에 포함되는 바인더를 폭넓게 선택할 수 있도록 하며 구리 잉크 조성물을 이용하여 저온에서 패턴을 형성할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (8)

  1. 구리 산화막을 갖는 구리 입자들 또는 구리 전구체들; 및
    광에 의하여 상기 구리 산화막을 구리로 환원시키는 촉매로서 작용하는 질소이중결합을 포함하는 아조(azo) 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구리 입자들에 혼합된 바인더; 및
    상기 바인더를 용해시키는 용매를 더 포함하는 구리 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바인더는 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지 및 폴리에스테르 수지, 실리콘, PVP, PVA 중 적어도 하나를 포함하는 구리 잉크 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 용매는 탄화수소계 용매, 염소화탄화수소계 용매, 고리형 에테르계 용매, 케톤계 용매, 알코올, 다가알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 다가알코올의 에테르계 용매, 테르펜계 용매 중 적어도 하나를 포함하는 구리 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구리 전구체는 CuCl, CuCl2, Cu(acac)2, Cu(hfac)2, Cu(tfac)2, Cu(dpm)2, Cu(ppm)2, Cu(fod)2, Cu(acim)2, Cu(nona-F)2, Cu(acen)2, Cu(NO3)2­3H20 및 CuSO4-5H2O 중 어느 하나를 포함하는 구리 잉크 조성물
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아조 화합물은 Azobis(isobutyronitrile)(AIBN), 아조벤젠, 아조메테인, 벤젠아조메테인, 4-페닐아조페놀, Tartrazine, Amaranth, 아미노아조벤젠, 아조디카복시미드, 아조디카본아미드, DAB(4-dimethylaminoazobenzene), 3-메톡시-4-아미노아조벤젠, 폰소(ponceau)MX 및 4-아미노아조벤젠 중 어느 하나를 포함하는 구리 잉크 조성물.
  7. 구리 산화막을 갖는 구리 입자들 또는 구리 전구체들 및 광에 의하여 상기 구리 산화막을 구리로 환원시키는 촉매로서 작용하는 질소이중결합을 포함하는 아조(azo) 화합물을 포함하는 구리 잉크 조성물을 제조하는 단계;
    상기 구리 잉크 조성물을 기판에 인쇄하여 예비 도전 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 예비 도전 패턴에 상기 광을 제공하여 상기 구리 입자 또는 상기 구리 전구체에 형성된 상기 구리 산화막을 상기 구리로 환원 및 소결하여 도전 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 구리 잉크 조성물를 이용한 도전 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전 패턴을 형성하는 단계는
    예열 및 상기 용매 건조를 위한 예비 광조사 단계; 및
    상기 구리 산화막을 상기 구리로 환원하여 소결하기 위한 메인 광조사 단계를 포함하는 구리 잉크 조성물을 이용한 도전 패턴 형성 방법.
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