Experimental investigations of the effect of micro surface structure on printing for printed electronics have been carried out. In our experiments, photolithography MEMS fabrication is used to make SU-8 molder which has micro structures on the surface, and PDMS micro structure is by PDMS molding method. In the aspect of printed electronics, I use silver conductive ink as the ink. To enhance printing result, control of surface energy between ink and substrate is needed. We investigate possibilities of changing surface energy by using various surface structures. In this paper, I will present the results about surface energy variation on two kind of microstructure. The one is groove microstructure and another is pillar microstructure. Next, the difference of droplet shape between on the microstructure surface and on flat is observed. The substrate which has micro structures on surface can be guided for electronic circuit patterns. This effect is expected to help to make the edge of line pattern fine and straight. Last, the microstructure is applied to real printing experiment by screen printing and offset printing. I measured the electrical conductivity of printed line patterns and observed the geometry of printed result by microscope.
기존 인쇄 기술은 서적, 잡지, 신문 등의 출판물을 인쇄하거나, 문자나 그림이 인쇄된 제품을 생산하는 데에 있어서 산업적으로 널리 적용되고 있다. 현대 사회에서는 잉크젯 프린터나 레이저 프린터가 사무용이나 가정용으로도 널리 보급되어 원하는 문서나 사진을 쉽게 출력하여 사용할 수 있다. 인쇄 기술은 현재 연속 공정으로 적용하여 저렴한 가격으로 고속 대량 생산이 가능하며 다양한 응용성을 가진 기술이다. 최근 전자 제품의 사용이 범용화되고 그에 필요한 전자 회로 등의 부품의 수요가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이러한 인쇄 기술을 이용하여 전자 부품을 제작하는 전자 인쇄(Printed electronics)라는 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자 잉크(Electronic ink)의 개발을 통해 이를 인쇄 기술로 직접 패터닝 함으로써 공정 가격을 낮추고 생산 속도를 높이는데 장점을 가지고 있다. 전자 인쇄에서는 기존 미디어 인쇄에서 보다 더 높은 정밀도와 인쇄 안정성을 요구하게 되고, 이를 위해서 필요한 표면에너지(Surface energy) 조절에 대한 연구가 진행되고 있다. 초발수성인 연꽃 잎의 표면구조, 높은 접착력을 가진 게코 도마뱀의 발바닥 구조 등은 미세 표면 구조에 의해 표면 에너지가 변경 된 자연에서의 예이다. 인공적으로 제작한 미세 표면 구조를 이용한 표면에너지 변화에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 전자 인쇄(Printed electronics) 기술 개발에 필요한 표면에너지(Surface energy) 조절을 미세 표면 구조 변경을 통하여 시도해 보았고, 미세 표면 구조가 있을 때 인쇄에서 나타나는 다른 영향들에 대해서 실험적 방법을 통하여 분석해 보았다.
MEMS (Micro-electro-mechanical Systems) 공정 기술을 사용하여 미세표면 구조를 가진 PDMS 를 제작하였다. 잉크는 실제 인쇄전자에 사용되는 전자 잉크 중 하나인 전도성 실버 잉크를 사용하여 실험을 진행하였다. 사각 홈이 무수히 파인 미세표면 구조(groove microstructure)와 사각 기둥이 무수히 솟아 있는 미세 표면 구조(pillar microstructure) 두 가지를 제작하였다.
표면 에너지는 Young’s equation에 의해 표면 접촉각을 통해서 표현되게 된다. 본 실험에서는 잉크 방울을 PDMS 표면에 떨어뜨린 후 모양을 CMOS 카메라로 촬영한 후 표면 접촉각을 측정하였다. Groove micro-structure의 경우 공기가 미세 구조 사이에 갇히게 되고 이 때문에 홈의 크기가 커짐에 따라 잉크와 표면이 닫는 면적이 줄어 표면 에너지가 감소하는 것이 관찰 되었다. Pillar microstructure의 경우 본 연구에서 정의한 pillar area density에 따라 표면 에너지가 변화하는 것을 관찰 하였다. 다음으로, 미세 표면 구조가 있는 경우와 없는 경우에 잉크 방울이 퍼지는 모양이 다른 것을 관찰 하였다. 평평한 표면의 경우 원모양으로 퍼지지만, 미세 표면 구조가 있는 경우 표면 구조의 정렬을 따라서 물방울의 가장자리가 둥글지 않고 직선 형태를 띠었다. 마지막으로 스크린 인쇄(screen print)와 그라비아 오프셋 인쇄(gravure-offset print)를 이용하여 미세 표면 구조 위에 전도성 잉크를 인쇄하였다. 전자 인쇄에서는 인쇄물이 전자적 기능을 구현하여야 함으로 저항 값을 측정하여 인쇄 성공 여부를 판단하였다. 그 결과 미세 표면 구조가 있을 때 라인 인쇄에 있어 인쇄 안정성이 향상 됨이 관찰 되었다.
