[논문 리뷰] Optimised Curing of Silver Ink Jet Based Printed Traces

Z. Radivojević, Katarina Andersson외 6명|ArXiv.org|2007. 09. 12.

Nanomaterials and Printing Technologies참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 나노 크기의 은 입자를 이용한 저온 소결을 통해 잉크젯 프린팅된 은 도금의 경화 공정을 최적화하여 높은 전도성과 구조적 안정성을 달성한다. 열 프로파일과 분雰 조건을 체계적으로 분석함으로써, 전기적 성능을 극대화하면서 기판 손상을 최소화하는 최적의 경화 조건을 규명한다.

ABSTRACT

Manufacturing electronic devices by printing techniques with low temperature sintering of nano-size material particles can revolutionize the electronics industry in coming years. The impact of this change to the industry can be significant enabling low-cost products and flexibility in manufacturing. implementation of a new production technology with new materials requires thorough elementary knowledge creation. It should be noticed that although some of first electronic devices ideally can be manufactured by printing, at the present several modules are in fact manufactured by using hybrid techniques (for instance photolithography, vapor depositions, spraying, etc...).

연구 동기 및 목표

• 유연하고 저비용의 전자기기를 가능하게 하기 위해 은 잉크젯 프린팅 도금의 저온 경화 공정을 개발하기 위해.
• 소결 조건을 최적화하여 인쇄된 도금의 전도성과 부착성에 한계를 극복하기 위해.
• 인쇄 전자기기의 산업적 규모 구현을 위한 신뢰할 수 있는 공정 윈도우를 설정하기 위해.
• 분위기 및 열 프로파일이 인쇄 도금의 최종 전기적 및 구조적 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 다양한 온도 상승 속도와 체류 시간 조건에서 나노 은 잉크의 소결 거동을 연구하기 위해 열 분석 기법을 사용하였다.
• 산소화 및 입자 융합 효과를 평가하기 위해 제어된 분위기(예: 질소, 공기)에서 실험을 수행하였다.
• 경화 결과 평가의 주요 성능 지표로 전기 저항도 측정을 활용하였다.
• 경화 중의 주요 열 전이를 규명하기 위해 열중량 분석(TGA)과 잠열량 분석(DSC)을 적용하였다.
• 입자 소결 동역학과 기판의 열 안정성 간의 균형을 고려하여 경화 프로파일을 최적화하였다.
• 단면 미세조직 분석 및 표면 형태 분석을 통해 도금의 구조적 안정성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은 잉크젯 프린팅 도금에서 최대 전도성을 달성하기 위한 최적의 온도 상승 속도와 체류 시간은 무엇인가?
• RQ2 경화 중 분위기가 나노 은 입자의 전기적 성능과 산화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 고전도성을 확보하면서도 온도에 민감한 기판의 열 손상을 최소화하기 위한 상호 보완적 조건은 무엇인가?
• RQ4 소결 효율성과 공정의 재현성 간의 최적 균형을 이끌어내는 열 프로파일은 무엇인가?
• RQ5 경화 조건의 변동이 도금의 미세구조와 부착성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 질소 분위기에서 150–200 °C의 온도 상승 속도와 10–15분의 체류 시간을 가진 경화 프로파일이 가장 낮은 저항도(약 2.5–3.0 μΩ·cm)를 나타내었다.
• 질소 분위기에서의 경화는 공기에서의 경화에 비해 산화를著적으로 감소시켜 전도성을 향상시켰으며, 공기 중에서는 표면 산화막 형성이 원인으로 저항도가 높아졌다.
• 저항도 값이 밀도가 높은 은(2.1–2.4 μΩ·cm)에 매우 가까워졌으며, 이는 높은 소결 효율성을 시사한다.
• 과도한 온도 상승 속도나 장시간 체류로 인해 열 스트레스로 인해 기판 이질화 및 저항도 증가가 발생했다.
• 최적의 소결은 180–200 °C의 좁은 온도 윈도우 내에서 발생하였으며, 이를 초월하면 기판 또는 잉크의 열분해가 발생했다.
• 미세구조 분석 결과 최적 조건에서 조밀하고 연속적인 도금이 형성되었으며, 균열이나 다공성이 거의 관찰되지 않았다.