엔피케이-전자잉크의 종류 및 장단점

전자잉크의 종류 및 장단점   한편, 종래의 도전성잉크 제조방법은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있는데, 하나는 은염 형태의 유기은 잉크이고, 하나는 분쇄된 은 분말에 여러 가지 첨가제를 넣어 만든 형태의 은 페이스트 잉크이다.   상기 유기은 잉크 장단점 의 유기은 용액은 안정성이 높고 자체 점도가 낮아 잉크점도 조절 등에 장점이 있으나, 은의 농도를 높이는데 한계가 있어 50wt% 이상의 안정된 용액의 제조가 힘들어 두꺼운 피막 형성이 요구되는 분야, 예를 들면 평면 디스플레이 분야 등에는 적용이 어려운 문제점이 있는 것으로 알려져 있고, 은 페이스트 잉크의  장단점 경우에는 두꺼운 피막 형성이 가능한 장점이 있으나, 점도가 매우 높아 스크린 인쇄 등 일부 인쇄 방법에만 적용할 수 있는 단점과 분말과 분말 사이의 거리가 멀어 전도성이 감소되는 단점이 있어서 이에 대한 개선요구가 절실한 실정이다.   @@@ 기존 두 방식의 단점을 극복한 엔피케이 나노전자잉크 발명 이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 카르복실산에 아민계 용액 및 은염을 반응할 경우 그 사이에 아마이드화 반응 및 분산제생성으로 전도성이 우수한 고농도의 나노 은 현탁액을 제조할수 있고, 여기에서 얻어진 나노 은 현탁액에 인쇄특성을 개선하는 용제 및 첨가제 등을 투입하면 새롭고 우수함 품질의 도전성 피막 형성용 페이스트 잉크를 제조할 수 있다는 것에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한것이다.   ( 엔피케이 특허를 보자 ) (73) 특허권자 주식회사 엔피케이 (54) 나노은 현탁액 및 이를 이용한 전자회로 인쇄용 잉크의 제조방법 (57) 요 약 본 발명은 은에 비해 낮은 온도에서 우수품질의 도전성 피막 형성이 가능하여 전기/전자 회로구성을 위한 도전성 피막회로는 물론 전자파 차폐를 위한 박막 및 도전성 페이스트 등으로 활용할 수 있는 새로운 방법의나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것이다. 즉, 카르복실산에 아민계 용액 및 은염을 반응할 경우 그 사이에 아마이드화 반응 및 분산제생성으로 전도성이우수한 고농도의 나노 은 현탁액을 제조할 수 있고, 여기에서 얻어진 나노 은 현탁액에 인쇄특성을 개선하는 용제 및 첨가제 등을 투입하면 새롭고 우수함 품질의 도전성 피막 형성용 페이스트 잉크를 제조할 수 있도록 한 것 이다. (발명의 목적) 본 발명은 전도성이 우수한 나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 은에 비해 낮은 온도에서 우수품질의 도전성 피막 형성이 가능하여 전기/전자 회로구성을 위한 도전성 피막회로는 물론 전자파 차폐를 위한 박막 및 도전성 페이스트 등으로 활용할 수 있는 새로운 방법의 나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것이다.   발명의 효과 이상과 같이 살펴본 본 발명은 폐기물이 적고 간단한 공정을 통해  도전성 피막형성이 가능한 나노은 현탁액 잉크의 대량 제조방법을 제시하였으며,  이를 통해 적은 비용으로 대량생산 및 이에 따른 제반 원가절감 효과등을기대할 수 있는 획기적인 발명이다. (특허청이 획기적인 발명이란다).. 획기적이라..   엔피케이 전자잉크의 우수성     성능비교      방 법 구리에칭 은 페이스트 인쇄  NPK 은나노 인쇄 두께 (㎛)  10.0 5.7 1.5 표면저항 (mΩ /ㅁ) 1.7  130  21.9  고유저항 (μΩ㎝) 1.7 74.1 3.3 고유저항 (MHz) 906 898 902 안테나 효율 (%) 82 44 74 유효거리 비율 (%) 100 73 95   ☞ These values may be changed by the antenna design and/or thickness   1. 공정공시 : 전도성 나노실버 잉크 개발 완료     | |                                                                                          | | 2. 공정공시 정보의 주요내용                                                              | |  1) 개발기간: 2005년 2월 ~ 2006년 6월                                                    | |            | |  2) 제품명: 전도성 나노실버 잉크 (Conductive Nanosilver Ink)                             ||                                                                                         | |  4) 제품특징                                                                             | |   가. 잉크의 은함량을 높여 전도성을 대폭 향상시켰음.                                     | |   나. 소성온도는 100도이하로 특히100도에서 순간 소성되어 완전한 은으로 건조.         |   다. 소성온도가 낮아 저가의 다양한 피인쇄체에 적용 가능하고 건조 시간이 빨라 제품       | |      적용시 생산성을 높일 수 있어 대량생산에 유리함.                                     | |   라. 타사 제품에 비해 소성 온도, 소성 시간, 전도성 면에서 우수한 제품임                 |   5) 기대효과                                                                             | |   가. PDP 전극, FPCB 회로, RFID 안테나, EMI 차폐, Solar Cell, Flexible Display 등에 적용 가능하며, 수입되고 있는 Silver Paste를 대체 가능할 것으로 기대됨.   ( 엔피케이 전자인쇄 겨냥 평택 제 2공장 준공 ) 엔피케이(대표 최상건)는  경기도 평택에 세워진 제2 공장 준공식을 갖고 본격적인 가동에 나선다고 9일 밝혔다. 지난해 120℃ 정도의 저온에서 소성 가능한 나노잉크를 선보이며 전자인쇄 시장에 출사표를 던진 엔피케이는 향후 평택공장을 통해 각종 전자잉크와 나노 항균제·안료, 전자태그(RFID) 안테나 등을 생산할 계획이다 이 회사는 기존 300도 이상의 고온에서 소성을 해 온 나노실버잉크 공정을 100도 이하로 낮춰 수초 내 순간 소성을 시키는 기술력을 확보했다. 이 회사는 현재 고객이 요구하는 각각의 애플리케이션에 맞춰 인쇄 장비를 기계연구원과 협력해 개발 중이다. 회사 관계자는 "우선 실크스크린 방식으로 인쇄할 예정이며 대량 생산이 가능한 그라비아 방식도 검토 중"이라며 "계산기나 키보드용 인쇄나 PDP전극용 제품을 우선 상용화할 계획"이라고 말했다. 업계 전문가들은 전자잉크의 적용 시장이 RFID?연성동박적층필름(FCCL)?FPCB?디스플레이(OLED/PDP/LCD) 소재?광전지?각종 센서 등 다양하고 커, 시장 규모를 따지기 어려울 정도라며 부품 소재 사업에 또 하나의 획을 긋는 산업으로 성장할 것으로 전망하고 있다.   (엔피케이 나노 전자잉크 특허원문 발췌)   (19) 대한민국특허청(KR)(12) 등록특허공보(B1)(45) 공고일자 2008년12월23일(11) 등록번호 10-0874904 (24) 등록일자 2008년12월12일(51) Int. Cl.B82B 3/00 (2006.01)21) 출원번호 10-2006-0079702(22) 출원일자 2006년08월23일심사청구일자 2006년08월23일(65) 공개번호 10-2008-0017895(43) 공개일자 2008년02월27일(56) 선행기술조사문헌JP05311103 AJP2000309734 AKR1020060028350 AKR1020060048501 A (73) 특허권자 주식회사 엔피케이 경기도 성남시 중원구 상대원동 333-7 금강펜테 리움IT타워 A-708호 (72) 발명자 김동표 경기 안산시 단원구 고잔동 주공그린빌 908동1403호 최윤혁 경기 용인시 수지구 성복동 LG빌리지 6차 608동1504호 (54) 나노은 현탁액 및 이를 이용한 전자회로 인쇄용 잉크의 제조방법 (57) 요 약 본 발명은 은에 비해 낮은 온도에서 우수품질의 도전성 피막 형성이 가능하여 전기/전자 회로구성을 위 한 도전성 피막회로는 물론 전자파 차폐를 위한 박막 및 도전성 페이스트 등으로 활용할 수 있는 새로운 방법의나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것이다. 즉, 카르복실산에 아민계 용액 및 은염을 반응할 경우 그 사이에 아마이드화 반응 및 분산제생성으로 전도성이우수한 고농도의 나노 은 현탁액을 제조할 수 있고, 여기에서 얻어진 나노 은 현탁액에 인쇄특성을 개선하는 용제 및 첨가제 등을 투입하면 새롭고 우수함 품질의 도전성 피막 형성용 페이스트 잉크를 제조할 수 있도록 한 것 이다. - 1 - 특허청구의 범위 청구항 1 카르복실산과 아민과 은염을 혼합시켜 제조하되, 상기 카르복실산과 아민과 은염을 혼합 시킬 때, 카르복실산과 은염을 혼합해 카르복실은 화합물을 생성한 다음 그 생성된 카르복실은 화합물에 아민을 후속 투입하는 방법으로 혼합하여 제조함을 특징으로 한 나노은 현탁액제조방법. 발명의 상세한 설명 발명의 목적 발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술 본 발명은 전도성이 우수한 나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 은에 비해 낮은 온도에서 우수품질의 도전성 피막 형성이 가능하여 전기/전자 회로구성을 위한 도전성 피막회로는 물론 전자파 차폐를 위한 박막 및 도전성 페이스트 등으로 활용할 수 있는 새로운 방법의 나노은 현탁액 잉크제조방법에 관한 것이다. 기존의 도전성 피막 회로를 형성하는 방법으로는 에칭법, 진공증착법 등이 널리 사용되고 있으나, 에칭법의 경우 넓은 면적에 금속 도전막을 만들고 필요한 부분만 남기고 나머지 부분은 화학적으로 제거를 하므로 금속 재료의 손실이 많고 에칭액 등 환경에 영향을 주는 부산물을 생성하는 문제점이 있고, 진공증착법의 경우에는 도금 공정 도중 환경에 심각한 영향을 주는 폐기물이 다량 발생되는 문제가 있어 왔다. 한편, 종래의 도전성잉크 제조방법은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있는데, 그 하나는 은염 형태의 유기은 잉크이고, 다른 하나는 분쇄된 은 분말에 여러 가지 첨가제를 넣어 만든 형태의 은 페이스트 잉크이다. - 3 - 등록특허 10-0874904 그런데 상기 유기은 잉크의 유기은 용액은 안정성이 높고 자체 점도가 낮아 잉크점도 조절 등에 장점이 있으나,은의 농도를 높이는데 한계가 있어 50wt% 이상의 안정된 용액의 제조가 힘들어 두꺼운 피막 형성이 요구되는 분야, 예를 들면 평면 디스플레이 분야 등에는 적용이 어려운 문제점이 있는 것으로 알려져 있고, 그 중 은 페이스트 잉크의 경우에는 두꺼운 피막 형성이 가능한 장점이 있으나, 점도가 매우 높아 스크린 인쇄 등 일부 인쇄 방법에만 적용할 수 있는 단점과 분말과 분말 사이의 거리가 멀어 전도성이 감소되는 단점이 있어서 이에 대한 개선요구가 절실한 실정이다. 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 카르복실산에 아민계 용액 및 은염을 반응할 경우 그 사이에 아마이드화 반응 및 분산제생성으로 전도성이 우수한 고농도의 나노 은 현탁액을 제조할수 있고, 여기에서 얻어진 나노 은 현탁액에 인쇄특성을 개선하는 용제 및 첨가제 등을 투입하면 새롭고 우수함 품질의 도전성 피막 형성용 페이스트 잉크를 제조할 수 있다는 것에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한것이다. 발명의 구성 및 작용 위 기술적 과제를 달성하기 위해 본원에서는 아래의 실시예를 통해 보다 구체적으로 살펴보면 하기와 같다. 즉, 본 발명의 핵심요지 중 그 하나는 카르복실산과 아민과 은염을 혼합 및 교반시켜, 이 과정에서 생성되는 분산제(아마이드계 화합물)로 높은 농도의 도전성 나노 은 현탁액을 제조할 수 있도록 한 것과; 상기 제조된 나노은 현탁액에 액상수지를 첨가하여 다양한 전도성 회로 박막 등에서 필요로 하는 회로 박막 인쇄용 잉크를 제조할 수 있도록 한 것; 에 그 특징요지를 가진다. 그리고 상기 카르복실산과 아민과 은염을 반응(혼합 및 보관)시킬 때 상기 카르복실산에 아민을 먼저 반응시켜 그 사이의 아마이드화 반응으로 분산제(아마이드계 화합물)가 생성되도록 한 다음 그 분산제에 은염을 반응하여 고농도의 나노은 현탁액을 제조할 수도 있지만, 상기 카르복실산에 은염을 먼저 반응시켜 카르복실은 화합물이 생성되도록 한 다음 여기에 아민을 반응시켜 그 사이의 아마이드화 반응으로 인한 분산제(아마이드계 화합물) 생성으로 고농도의 나노은 현탁액을 제조하여도 전도성이 우수한 고품질의 나노은 현탁액을 얻을 수 있음은 물론이다. 이 방법에 대하여 좀 더 구체적이고 상세하게 살펴보면 다음과 같이 설명될 수 있다. 우선, 카르복실산을 포함하는 유기산 용액에 아민을 천천히 첨가하면서 교반시키면, 이 반응에 의해 상기 카르복실산과 아민 사이에서 아마이드계 화합물이 생성되는데, 이때 생성된 아마이드계 화합물에 은염용액을 추가로 더 첨가 하면 상기 아마이드계 화합물이 분산제 역할을 하면서 전도성이 우수한 고농도 나노 입자 현탁액을 생성할 수 있다. 등록특허 10-0874904 염의 은의 상대 이온을 제거할 수 있어 현탁액의 농도를 높일 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 아마이드화 반응을 활용한 본 발명의 현탁액 제조방법은 기존의 유기은 용액을 사용하는 경우에 비하여 나노은 현탁액의 농도를 쉽게 높일 수 있고, 이에 따라 도전성 페이스트 제조 등에 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에서는 위의 나노은 현탁액을 사용하여 전도성 회로박막 인쇄에 적합한 나노 현탁액 잉크를 제조할수 있는 기술적 요소를 함께 제공한다. 즉, 앞서 제시된 나노은 현탁액은 그 자체로 잉크 특성을 가지고 있으나, 인쇄 방법에 따라 점성, 접착성, 윤활성 등의 개선이 필요한 경우가 있음에 따라 상기 제조된 나노은 현탁액에 액상수지를 첨가하여 현탁액이 가지는전단박화 현상을 완화함과 동시에 접착성 및 윤활성을 개선하여 다양한 전도성 회로 박막 등에서 필요로 하는회로 박막 인쇄용 잉크를 제조할 수 있는 방안과, 이 액상수지의 첨가시 나노은 현탁액 전체용량 대비 5 wt% ~ 20 wt% 로 첨가하여 전기 전도도의 감소률을 최소화할 수 있는 바람직한 첨가량을 확립하였다. 이하, 다양한 경우의 각 실시예를 통해 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. <실시예 1> 실시예 1은 카르복실산 중 포믹산 50g에 아민 중 헥실아민 33g을 천천히 적하한 후 30분간 교반하고, 여기서 얻어진 화합물을 질산은 수용액과 30분간 교반 시킨 다음 감압/증류하여 은 함량이 75 %인 고농도 나노은 현탁액을 얻었다. 이 나노은 현탁액 잉크의 입자를 아래 그림 1과 같이 전자투과현미경(TEM) 사진을 촬영한 결과 1차 입자 크기가 약 20~40nm 정도로 형성되었음을 확인할 수 있었다. - 5 - 등록특허 10-0874904 실시예2는 위 실시예 1에서의 포믹산을 대체하여 카르복실산의 다른 종류 중 하나인 피발릭산을 사용한 후 같은 조건으로 실험 하였을 때 은 함량이 20 %인 연분홍색의 유기은 용액을 얻을 수 있었다. 이 용액을 유리 표면에 코팅하고 180 ℃에서 1분간 가열하여 은 박막을 얻었다. 이때 은 박막의 비저항은 2 x 10-5Ω Cm이었다. <실시예 3> 실시예 3은 위 실시예 1에서의 포믹산을 대체하여 카르복실산의 또 다른 종류 중 하나인 라울릭산을 사용하여 같은 조건으로 실험 하였을 때 은 함량이 18 %인 투명 유기은 용액을 얻었다. 이 용액을 유리 표면에 코팅하고 200℃에서 10분간 가열하여 은 박막을 얻었다. 이때 은 박막의 비저항은 8 x 10-5Ω Cm이었다. <실시예 4> 실시예 4는 위 실시예 1에서의 헥실아민을 옥틸아민으로 대체하여, 같은 조건으로 실험 하였을 때 은 함량이 76%인 고농도의 나노 은 현탁액을 얻을 수 있었고, 이 나노 은 현탁액 잉크를 PET필름에 코팅하고 120℃에서 3분간 가열하여 은 박막을 얻었으며, 이때 은 박막의비저항은 9 x 10-6ΩCm이었다. <실시예 5> 실시예 5는 위 실시예 1에서의 헥실아민을 펜틸아민으로 대체한 후 같은 조건으로 실험 하였을 때 은 함량이 74%인 고농도의 나노 은 현탁액을 얻을 수 있었고, 이때 상기 나노 은 현탁액 잉크를 PET필름에 코팅하고 110℃에서 2분간 가열하여 은 박막을 얻었다. 이때 은 박막의 비저항은 1 x 10-5Ω Cm이었다. <실시예 6> 실시예 6은 위 실시예 1에서의 헥실아민을 에틸아민으로 대체한 후, 같은 조건으로 실험하였을 때 은 함량이 74 %인 고농도의 나노 은 현탁액을 얻을 수 있었고, 이 나노 은 현탁액을 PET필름에 코팅하고 100℃에서 1분간 가열하여 은 박막을 얻었으며, 이때 은 박막의 비저항은 5 x 10-5Ω Cm이었다. <실시예 7> 실시예 7은 실시예 1에서 얻은 나노 은 현탁액 잉크에 에폭시 레진을 나노은 현탁액 전체대비 5 wt% ~ 20 wt%를 첨가하여 교반한 후 PET필름에 코팅하고 120℃에서 2분간 가열하여 은 박막을 얻었는데, 이때 은 박막의 비저항은 2 x 10-5ΩCm로 나타남을 확인할 수 있었다. 발명의 효과 이상과 같이 살펴본 본 발명은 폐기물이 적고 간단한 공정을 통해 도전성 피막형성이 가능한 나노은 현탁액 잉크의 대량 제조방법을 제시하였으며,  이를 통해 적은 비용으로 대량생산 및 이에 따른 제반 원가절감 효과등을기대할 수 있는 획기적인 발명이다.