Gravure printing of silver conductive patterns

Abstract

인쇄 전자 기술이란 전자적 특성을 띠는 물질을 잉크화 하여 기존의 인쇄 방식을 통해 패터닝 함으로써 전자 디바이스를 생산하는 방식으로써, 최근 기존의 전자 디바이스 제작 공정을 대체할 기술로 각광 받고 있다. 기존의 전자 디바이스 공정인 실리콘 기반 공정은 패터닝 시 포토리스그래피 기술과 식각 공정을 거치므로 공정이 복잡하고 값비싼 재료의 낭비가 심하다는 단점을 가지고 있다. 하지만 인쇄 전자 기술에서는 전자 잉크를 직접 패터닝 함으로써 재료의 손실이 적고 공정 과정이 간단하여 제작 단가를 낮추고 생산 속도를 높일 수 있다는 장점을 가지고 있다. 현재 인쇄 전자 기술은 박막 트랜지스터, 태양 전지, 유기 발광 다이오드 및 각종 디스플레이 등에 적용되기 위하여 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 인쇄된 패턴이 전자적 기능을 구현하기 위해서는 기존 미디어 인쇄에서 보다 더 높은 정밀도가 필요하게 된다. 따라서 현재 인쇄 품질을 높이기 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 인쇄 품질은 다양한 인쇄 방식, 인쇄 공정 조건, 패턴의 설계, 잉크나 기판의 물성치 등 다양한 요인에 의하여 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 전도성 실버 패턴의 인쇄에서 여러가지 공정 파라미터들이 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 2장에서는 그라비아 인쇄 공정을 사용하여 미세 선폭을 가진 전도성 라인 패턴을 인쇄하였으며, 여러 가지 공정 변수들이 인쇄 품질에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 롤투롤 인쇄기를 모사하기 위한 플레이트투롤 인쇄기를 설계 및 제작하였으며, 포토리소그래피 공정을 활용하여 5？25 μm 의 선폭과 0？90° 각도를 가진 그라비아 플레이트를 제작하여 실험에 사용하였다. 또한 인쇄성의 정량적 평가를 위하여 가인쇄성(printability)를 정의하였으며, 이를 통해 인쇄된 결과물의 품질을 정량화 하여 평가하였다. 인쇄압, 인쇄 구동 속도 등이 인쇄 품질에 영향을 크게 미쳤으며, 파라미터 연구를 통한 최적 인쇄 조건을 제시하였다. 3장에서는 기판 표면의 마이크로/나노 구조체가 인쇄 성능에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. MEMS 제작 기술을 사용하여 10 μm 크기의 정육면체가 표면에 무수히 배열되어있는 PDMS 기판을 만들었으며, 그 위에 30？250 μm 선폭의 라인 패턴을 스크린 인쇄 기법을 통하여 패터닝 하였다. 아무 구조가 없는 평평한 기판 비하여 마이크로 구조체가 형성된 표면에서 인쇄가 더 잘되는 것을 확인하였다. 이는 표면의 마이크로 구조체가 잉크와의 실제 접촉면을 늘림으로써 인쇄성의 향상되는 결과를 가져왔다고 보여진다. 하지만 마이크로 구조체의 크기 (10 μm)가 실제 인쇄한 라인 패턴에 비하여 충분히 작지 못해 선폭이 가늘어 질수록 효과가 약해지는 모습을 보였다. 따라서 더 작은 구조물을 만들기 위하여 양극산화알루미늄(AAO) 표면의 구조를 이용하여 200 nm 크기의 나노 구조체를 표면에 형성하였다. 나노 구조체가 형성된 표면 위에 그라비아 인쇄 방식을 사용하여 5-25 μm 선폭의 라인 패턴의 인쇄하였으며, 평평한 표면에서보다 월등히 향상된 인쇄 품질을 보여주었다. 특히 10 μm 선폭의 라인 패턴은 평평한 표면에는 전혀 인쇄가 안된 반면, 나노 표면 구조가 형성된 기판 위에서는 월등히 인쇄성이 향상되는 결과를 보여주었다.