구리 나노 입자 및 녹색 레이저 인쇄:비용 효율적이고 저항이 낮은 회로 기판 솔루션

• 새로운 박층 인쇄 기술은 산화구리와 녹색 레이저 광을 사용하여 전자 회로 기판을 인쇄합니다. 
• 기존 방법보다 더 효율적이고 저렴합니다. 
• 낮은 저항을 달성하기 위해 광소결 공정을 활용합니다. 

인쇄 회로 기판은 전도성 패드, 트랙 및 여러 구리 시트를 통해 전기 부품을 연결합니다. 이러한 구성 요소는 일반적으로 회로에 납땜되며 트랙은 보드 기판 재료에 의해 서로 절연된 고정 와이어로 작동합니다.

이 보드의 주요 목적은 회로에 사용되는 구성 요소의 무게, 크기 및 비용을 줄이는 것입니다. 지난 10년 동안 수많은 직접 인쇄 전략이 채택되었습니다. 각각에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 그러한 방법 중 하나는 간단하고 저렴하며 빠른 공정인 금속 나노입자 잉크 인쇄입니다.

이 분야에 대한 관심은 기존 방법보다 더 효율적으로 저렴한 보드를 생산할 수 있는 잠재력으로 인해 지속적으로 증가하고 있습니다. 최근 순천향대학교의 한국 과학자들은 레이저 출력, 사전 베이킹 조건, 스캔 속도 및 필름 두께 효과를 기반으로 하는 박층 인쇄 기술을 연구했습니다.

그들은 구리 나노 입자 잉크와 녹색 레이저 광을 사용하여 전자 회로를 보다 효율적으로 인쇄할 수 있음을 발견했습니다. 이전에 그들은 은나노입자 잉크를 실험했지만 실행 가능한 저렴한 대안으로 구리에 초점을 맞췄습니다.

실험

나노입자 금속 잉크는 큰 금속에 비해 융점이 낮습니다. 예를 들어, 구리의 녹는점은 벌크 상태에서 1083°C인 반면, 구리 나노 입자는 금속을 액화 지점까지 녹이지 않고 가압하거나 가열하는 소결이라는 공정을 통해 녹는점을 150~500°C로 낮출 수 있습니다. 그런 다음 병합되어 서로 바인딩됩니다.

동일한 작업을 수행하기 위해 연구자들은 적절한(500~800nm) 파장 흡수율 변화 때문에 녹색 레이저 광을 선택했습니다. 그들은 서로 다른 두께를 얻기 위해 두 가지 회전 속도로 유리 위에 스핀 코팅된 구리 산화물 나노입자 잉크(시중에서 구입 가능)를 사용했습니다.

참고자료:AIP 발전 | 도이:10.1063/1.5047562 | AIP 게시 

연구진은 소결 전 용매를 건조시키기 위해 재료를 사전 베이킹했는데, 이는 구리 산화물 층의 두께를 감소시키고 조사 중 용매의 갑작스런 끓음으로 인해 발생할 수 있는 기포의 폭발을 방지하기 위한 필수 단계입니다.

그들은 완벽한 사전 베이킹 온도가 200°C보다 약간 낮다는 결론을 내리기 전에 여러 테스트를 수행했습니다. 또한 회로 전도성을 향상시키기 위해 소결 중 스캐닝 속도와 레이저 출력의 최적 구성을 검색했습니다.

실험의 작업 절차 | 연구원 제공

본 연구에서는 0.3-0.5와트의 레이저 출력으로 최상의 소결 결과를 얻었으며, 레이저 스캐닝 속도가 초당 10밀리미터 이상 또는 100mm/s보다 빠르면 원하는 전도성을 얻을 수 있었습니다.

필름 두께에 관한 한 소결은 두께의 최대 74%(546nm에서 141nm로)까지 감소합니다. 나노재료의 치밀성과 연결성은 소결 후 두께 감소에 따라 달라집니다. 과도한 두께 감소는 저항률을 감소시킵니다. 따라서 이 경우 측정된 저항률은 9.5~20μΩ·cm 사이입니다.

읽기:금 나노입자는 태양 에너지 저장을 강화할 수 있습니다

전반적으로 실험에 따르면 레이저 소결 공정 중 필름 손상을 최소화하면서 균일한 소결을 얻으려면 산화 구리 필름에 소량의 용매가 남아 있어야 합니다. 다음 연구에서 연구자들은 소결에 대한 기질의 영향을 조사할 예정입니다.