Solution based printing methods using metal ink provide advantages of applicability to curved surfaces, a low manufacturing cost and large-area patternability as well as simple manufacturing processes. Despite of these advantages of metal ink printing, mechanical reliability issues have always been a concern due to its limited mechanical characteristics for flexible electronics. In this research, mechanical reliability of Ag ion ink films on flexible substrates was evaluated. To suggest a proper thermal sintering method for mechanically stable metal ink films, mechanical behavior of Ag ion ink films with different thermal sintering methods was studied. Besides, to achieve mechanically robust flexible electronics using metal ion ink, mechanical reliability of Ag ion ink films on flexible polyimide (PI) substrates was evaluated. Adhesion reliability of Ag ion ink films on PI substrates was analyzed by measuring adhesion energy as a function of sintering temperature by a double cantilever beams (DCB) fracture mechanics test and understanding fracture mechanism. Humidity reliability of the films was evaluated by a moisture assisted subcritical debonding test. Bending endurance of the films was analyzed by a bending test and a bending fatigue test. This research could provide guidelines to design mechanically robust flexible electronics using metal ion ink.
금속 잉크를 이용한 금속 프린팅 방법은 굴곡진 표면에 적용 가능하고, 공정 과정이 간단하여 공정 비용이 저렴하고 넓은 면적에 적용하기 쉽다는 장점이 있어 전자기기 산업에서 주목을 받고 있다. 하지만 굽힘 환경에 노출되기 쉬운, 금속 프린팅 방법을 이용한 플렉서블 전자기기의 기계적 신뢰성에 대한 연구의 필요성이 드러나고 있다. 이 학위논문에서는 플렉서블 기판 위 은 이온 잉크 필름의 기계적 신뢰성을 평가하고자 한다. 기계적으로 안정적인 금속 잉크 필름을 제조하기 위한 적절한 열 신터링 방법을 제안하기 위해 다양한 열 신터링 방법에 따른 은 이온 잉크 필름의 기계적 거동에 대해 고찰하였다. 또한, 기계적으로 안정적인 금속 이온 잉크를 활용한 플렉서블 전자기기를 제작하기 위해 플렉서블 폴리이미드 기판 위 은 이온 잉크 필름의 기계적 신뢰성을 접합 신뢰성, 습도 신뢰성과 굽힘 신뢰성의 측면에서 평가하였다. 신터링 온도에 따른 폴리이미드 기판 위 은 이온 잉크 필름의 정량적 접합력 측정과 박리 메커니즘 분석을 다루어 접합 신뢰성을 분석하고 상대습도에 따른 서브크리티컬 균열 진전 실험으로 습도 신뢰성을 평가하였다. 또한, 굽힘 피로 실험으로 필름의 굽힘 신뢰성을 평가하였다. 이 연구가 금속 이온 잉크를 이용한 플렉서블 전자기기의 기계적 신뢰성을 높이는데 가이드라인을 제공할 것으로 확신한다.
