Electrical conductive metal paste is an important electronic materials using in broad applications. Silver paste is the one of the key product for solar cell application, but the raw material became expensive recently. The precious-metal-coating on a cheap material is a quite favorable strategy to get both low cost and good quality. This study suggests a simple method for the fabrication micro-sized nickel-silver core-shell particles. Micro-sized metal particles have no problem of high aggregation, low heat-resistance, and low durability. In this study, synthesis of core-shell particles with electroless silver plating was conducted by sonochemical method to avoid the aggregation of the particles and drop injection of plating solution for the efficient reaction. The exact injection rate of the silver plating solution is necessary for the fabrication of uniform particle synthesis. The morphology of the particles was analyzed by SEM and their chemical components were studied by EDX. Than the particles were examined for the application in metal paste. Characteristic of the composite metal paste, such as resistivity, morphology and shrinkage, were tested. This methodology can be used in other metal plating system just with exact injection rate of the metal solution. Composite metal paste using particles synthesized in this study is a possible substitute for metal paste with pure silver particles.
전도성 페이스트는 인쇄회로기판, 디스플레이 패널 전극, RFID 태그 안테나, 플렉시블 디스플레이 등에 널리 사용되고 있는 중요한 전자재료이다. 특히 은 페이스트의 경우 태양광 산업의 핵심기초소재로서, 2000년대에 들어서 그 시장은 비약적으로 발전하기 시작했는데, 최근 그 가격의 상승으로 부품 재료의 비용을 낮추어 단가를 내리는 경쟁적인 전자제품 시장에서 그 경쟁력을 잃어가고 있다. 값비싼 은 페이스트를 대체하기 위해 가장 널리 쓰이는 방법은 저렴한 재료 위에 은을 코팅하여 이용하는 방법이다. 은이 코팅된 코어-쉘 구조의 입자들은 또한 은 쉘의 성질과 코어 재료의 성질을 한꺼번에 갖는 재료로서 그 변주 범위도 상당히 넓다. 합성 페이스트의 코어 재료로 가장 많이 사용되는 것은 구리로, 전기전도성이 높고 입자 형성이 쉽다는 장점이 있다. 그러나 높은 온도에서는 녹아서 은 페이스트가 소성되어 형성하는 박막에 섞이고, 쉽게 산화되어 전체적인 페이스트의 성능을 저하하는 요소가 된다. 니켈은 전기전도성이 높은 금속으로, 녹는 점이 높아 쉽게 용융되지 않고 니켈의 성질로 인해 자성을 띄어 그 분리가 쉬워 좋은 대체재가 된다.
본 연구에서는 마이크로 사이즈의 니켈-은 코어-쉘 입자를 제조하고, 이를 이용해 전도성 페이스트를 만들어 그 효용성에 대해 탐구한다. 실린더를 이용해 코팅 용액을 주입하는 시스템으로 정확한 농도와 속도를 이용하면 은 부산물을 가장 적게 만들면서 균일한 구형 입자의 제조가 가능하다. 그리고 전체적인 전기전도성을 위해 고분자를 이용하지 않았다. 나노 사이즈의 입자의 경우 입자들의 뭉침이 과하고 열에 약하며 내구성이 약한데 마이크로 사이즈의 입자를 사용하면 이를 개선할 수 있다. SEM, EDX를 이용하여 합성 입자의 모습과 크기를 분석하였고, cold-emission FE-SEM을 이용하여 코팅된 단면을 관찰하였다. 합성 입자를 이용하여 전도성 페이스트를 제작한 경우, 소성 온도가 낮으며 전기 저항이 은 페이스트에 비해 경쟁력이 있다. Alpha-step을 이용하여 단면을 관찰하였고, 이를 이용하여 비저항을 측정하여 비교하였다. 소성 후의 페이스트의 모습 또한 SEM으로 관찰하였다. 이 입자 제조 시스템은 마이크로 사이즈의 입자들을 코팅하는 데 유용한 시스템으로, 다른 소재에서의 응용 또한 기대해 볼 만 하다. 합성입자 페이스트의 경우 첨가물, 바인더 등을 달리하여 더 많은 소재로의 응용이 가능하다.
