KR100967362B1 - Stretchable and bendable wiring structure and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요철구조를 갖는 유연성 기판; 및 상기 유연성 기판 위에 패터닝된 도전성 배선을 포함한 신축성 배선구조체로서, 상기 유연성 기판의 변형에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 상기 도전성 배선이 상기 유연성 기판의 수직방향으로 굴곡이 형성된 상기 요철구조의 표면을 따라 밀착하여 덮으면서 적층된 신축성 배선구조체 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 신축성 배선구조체를 사용하면 유연성 기판의 일축 방향의 스트레칭 외에도 이축 방향의 스트레칭이나 벤딩과 같은 다양한 형태의 변형에도 배선이 기계적 스트레스를 덜 받게 되므로 바이오메디칼, 로보틱스, 디스플레이, 및 기타 유연성 전자소자 분야에 사용되는 배선의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.The present invention is a flexible substrate having an uneven structure; And a flexible wiring structure including a conductive wiring patterned on the flexible substrate, wherein the conductive wiring is bent in a vertical direction of the flexible substrate so that stress can be dispersed while deforming together with the deformation of the flexible substrate. The present invention provides a flexible wiring structure laminated thereon while being in close contact with a surface thereof and a method of manufacturing the same. In the flexible wiring structure according to the present invention, biomedical, robotics, displays, and other flexible electronics are made because the wiring is less mechanically stressed in various forms of deformation such as biaxial stretching or bending in addition to uniaxial stretching of the flexible substrate. There is an advantage to increase the reliability of the wiring used in the device field.
스트레칭, 벤딩, 신축성 배선구조체 Stretch, Bending, Flexible Wiring Structures
Description
본 발명은 스트레칭 및 벤딩이 가능한 배선구조체 및 이의 제조방법으로서, 더욱 상세하게는 유연성 기판 위에 요철구조의 도전성 배선을 패터닝하여 스트레칭 및 벤딩의 변형에 견딜 수 있도록 하는 배선구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wiring structure capable of stretching and bending and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a wiring structure and a method of manufacturing the same, by patterning conductive wires of uneven structure on a flexible substrate to withstand deformation of stretching and bending. .
유연성 기판 위에 전사된 배선이 늘림이나 구부림등의 기계적인 스트레스를 받는 경우 배선의 기계적인 결함에 의해 면저항이 증가하고 신뢰성이 저하되는 문제가 있다. 특히 로보틱스나 메디컬 디바이스용 센서 스킨, 콘포멀 (conformal) 디스플레이, 및 전기활성(electroactive) 고분자는 여러 가역적 스트레칭 등의 변형을 견딜 수 있는 전기적 상호연결, 즉 유연성 배선구조가 필요하다.If the wire transferred on the flexible substrate is subjected to mechanical stress such as stretching or bending, there is a problem that the sheet resistance is increased and the reliability is deteriorated by the mechanical defect of the wiring. In particular, sensor skins for robotics or medical devices, conformal displays, and electroactive polymers require electrical interconnects, i.e., flexible wiring structures that can withstand various reversible stretching and other variations.
이와 관련된 종래 기술에 따르면 S.P. Lacour 등은 "Design and Performance of thin Metal Film Interconnects for Skin-Like Electronic Circuits", IEEE Electron Device Letters, vol. 25, no. 4, p.179-181, April 2004에서 새로운 유연성 배선구조를 제안하고 있다.In the related art, S.P. Lacour et al., "Design and Performance of thin Metal Film Interconnects for Skin-Like Electronic Circuits", IEEE Electron Device Letters, vol. 25, no. 4, p. 179-181, April 2004, proposes a new flexible wiring structure.
도 1은 상기 종래 기술에 따른 유연성 배선구조의 제조단계를 나타낸 도면이다. 이를 참조하면 PDMS 기판을 한 쪽 방향으로 미리 늘려(pre-stretch) 놓고 그 위에 전기배선을 함으로써 이후 미리 늘린 기판이 원상회복되었을 때 전기배선이 주름진 띠 형태를 갖도록 하여 스트레칭에 내성을 갖는 도전체 구조의 제조방법을 개시하고 있다.1 is a view showing a step of manufacturing a flexible wiring structure according to the prior art. Referring to this, the conductor structure is resistant to stretching by pre-stretching the PDMS substrate in one direction and performing electrical wiring thereon so that the electrical wiring has a wrinkled band shape when the pre-stretched substrate is restored to its original state. Disclosed is a manufacturing method of.
하지만 이 경우 한쪽 방향의 스트레스는 방지할 수 있지만 임의의 방향으로 늘림(stretching) 또는 구부림(bending)에 의한 스트레스를 분산시킬 수 없다.In this case, however, stress in one direction can be prevented, but stress due to stretching or bending in any direction cannot be distributed.
특히 상기와 같이 기판을 늘려놓고 전기배선을 하는 방법은 현실적으로 제조에 난점이 많고, 저마다 탄성이 다른 유연성 기판마다 균일한 품질의 전기배선을 얻기가 거의 불가능하다고 볼 수 있다.In particular, the method of electrical wiring with the substrate stretched as described above is a lot of difficulties in manufacturing, and it is almost impossible to obtain a uniform quality of electrical wiring for each flexible substrate having different elasticity.
그 밖에 D.B. Brosteaux 등은 "Design and Fabrication of Elastic Interconnections for Stretchable Electronic Circuits", IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no. 7, July 2007에서 포토리소그래피 및 전해도금 공정으로 PDMS 기판 위 또는 내부에 말발굽 형태의 유연성 배선을 형성하는 방법를 개시하고 있다.Other D.B. Brosteaux et al., "Design and Fabrication of Elastic Interconnections for Stretchable Electronic Circuits", IEEE Electron Device Letters, vol. 28, no. A method of forming a horseshoe-shaped flexible wiring on or inside a PDMS substrate is disclosed in a photolithography and electroplating process on July 7, 2007.
도 2는 상기 종래 기술에 따른 유연성 배선구조의 제조단계를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a manufacturing step of the flexible wiring structure according to the prior art.
이를 참조하면 기존의 기술로써 배선을 구불구불하게 말발굽 모양으로 전사하여 가로방향의 기계적 스트레스로 부터 배선을 보호하는 모양을 취하고 있다. 말발굽 모양의 배선이 스트레스를 분산시켜 주긴 하지만 이러한 배선구조는 한 축 방 향으로만 스트레스 분산효과가 있을 뿐 임의의 방향의 스트레스에 대한 신뢰성은 거의 없는 것으로 판단된다.Referring to this, the conventional wire transfer method twists the wire into a horseshoe shape and takes the shape of protecting the wire from mechanical stress in the transverse direction. Although horseshoe-shaped wiring disperses stress, this wiring structure has only stress dispersing effect in one axial direction, and there is little reliability for stress in any direction.
따라서 종래 기술의 신축성 배선구조와 달리 임의의 방향의 변형에도 스트레스를 분산시킬 수 있는 새로운 형태의 유연성 배선구조가 요구된다.Therefore, unlike the flexible wiring structure of the prior art, a new type of flexible wiring structure capable of distributing stress even in deformation in any direction is required.
이에 본 발명은 유연성 기판 위에 전사된 배선이 늘림이나 구부림 등의 기계적인 스트레스를 받는 경우의 배선의 기계적인 결함에 의해 면저항이 증가하고 신뢰성이 저하되는 문제를 해결하고자 새로운 형태의 신축성 배선구조체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention provides a new type of flexible wiring structure and its solution in order to solve the problem that the sheet resistance is increased and the reliability is deteriorated by the mechanical defect of the wiring when the wire transferred on the flexible substrate is subjected to mechanical stress such as stretching or bending. To provide a manufacturing method.
상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은The present invention as a means for solving the above problems
요철구조를 갖는 유연성 기판; 및 상기 유연성 기판 위에 패터닝된 도전성 배선을 포함한 신축성 배선구조체로서,Flexible substrate having an uneven structure; And a flexible wiring structure including a conductive wiring patterned on the flexible substrate,
상기 유연성 기판의 변형에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 상기 도전성 배선이 상기 유연성 기판 면의 수직방향으로 굴곡이 형성된 상기 요철구조의 표면을 따라 밀착하여 덮으면서 적층된 신축성 배선구조체를 제공한다.According to the deformation of the flexible substrate, the conductive wiring is provided with a flexible wiring structure laminated while covering the surface closely along the surface of the concave-convex structure that is bent in the vertical direction of the surface of the flexible substrate so that stress can be dispersed together. .
또한 이러한 신축성 배선구조체를 제조하기 위하여 본 발명은In addition, the present invention to manufacture such a flexible wiring structure
유연성 기판 위에 요철구조를 형성하는 단계; 및Forming an uneven structure on the flexible substrate; And
상기 요철구조가 형성된 유연성 기판 위에 원하는 형태로 도전성 배선을 패터닝함에 있어서, 상기 도전성 배선이 적어도 상기 요철구조의 표면을 따라 밀착하여 덮이도록 적층하는 단계;Patterning the conductive wiring in a desired shape on the flexible substrate having the concave-convex structure, wherein the conductive wiring is laminated so as to cover and cover at least along the surface of the concave-convex structure;
를 포함하는 신축성 배선구조체의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a flexible wiring structure comprising a.
상기의 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로 본 발명은The present invention as another means for solving the above problems
유연성 기판; 상기 유연성 기판 위에 패터닝된 도전성 배선; 및 상기 도전성 배선을 따라 그 위에 패터닝되어 상기 유연성 기판의 수직 방향으로 돌출된 브릿지형의 적어도 하나의 연결배선;을 구비한 신축성 배선구조체로서,Flexible substrates; Conductive wiring patterned on the flexible substrate; And at least one bridged interconnection patterned on the conductive interconnection and protruding in the vertical direction of the flexible substrate, wherein the flexible interconnection structure includes:
상기 유연성 기판의 변형에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 상기 연결배선이 그 하부에 위치한 상기 도전성 배선과의 사이에 여유 공간을 가지며, 상기 연결배선의 각 말단부가 상기 도전성 배선과 전기적으로 접촉되어 있는 신축성 배선구조체를 제공한다.The connection wiring has a clearance between the conductive wiring located below the connection wiring so that the stress can be dispersed while deforming together with the deformation of the flexible substrate, and each end of the connection wiring is in electrical contact with the conductive wiring. Provided are flexible wiring structures.
또한 이러한 신축성 배선구조체를 제조하기 위하여 본 발명은In addition, the present invention to manufacture such a flexible wiring structure
유연성 기판 위에 원하는 형태의 도전성 배선을 패터닝하는 단계;Patterning conductive wiring of a desired type on the flexible substrate;
상기 도전성 배선 위에 적어도 하나의 돌출구조물을 형성하는 단계;Forming at least one protrusion structure on the conductive wiring;
각 말단부가 상기 도전성 배선과 전기적으로 접촉하고 있으며, 상기 돌출구조물의 표면을 가로질러 덮도록 적어도 하나의 연결배선을 상기 도전성 배선 위에 형성하는 단계; 및Forming at least one connection wiring on the conductive wiring such that each end portion is in electrical contact with the conductive wiring and covers the surface of the protruding structure; And
상기 돌출구조물을 제거하여 상기 연결배선이 상기 돌출구조물이 제거된 자리의 위쪽으로 지나가면서 상기 연결배선이 상기 도전성 배선과의 사이에 여유 공간을 형성시킴으로써 브릿지 구조를 갖도록 하는 단계;Removing the protruding structure so that the connecting line has a bridge structure by passing the upper portion of the place where the protruding structure is removed, thereby forming a free space between the connecting line and the conductive line;
를 포함하는 신축성 배선구조체의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a flexible wiring structure comprising a.
상기의 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로 본 발명은The present invention as another means for solving the above problems
유연성 기판; 및 상기 유연성 기판 위에 패터닝되어 있으며, 상기 유연성 기판을 따라 수직방향으로 굴곡을 이룬 요철구조를 가지고 상기 유연성 기판에 전기 적 접촉점을 구비하고 있는 도전성 배선;을 구비한 신축성 배선구조체로서,Flexible substrates; And a conductive wiring patterned on the flexible substrate, the conductive wiring having an uneven structure curved in a vertical direction along the flexible substrate and having an electrical contact point on the flexible substrate.
상기 유연성 기판의 변형에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 인접한 상기 전기적 접촉점들 사이에 여유 공간을 가지는 신축성 배선구조체를 제공한다.According to the deformation of the flexible substrate, the flexible wiring structure having a free space between the adjacent electrical contact points so that the stress can be distributed together.
또한 이러한 신축성 배선구조체를 제조하기 위하여 본 발명은In addition, the present invention to manufacture such a flexible wiring structure
유연성 기판 위에 적어도 하나의 돌출구조물을 형성하는 단계;Forming at least one protrusion on the flexible substrate;
원하는 구조의 도전성 배선이 상기 돌출구조물의 표면을 가로질러 덮으며 상기 유연성 기판 위에 형성되도록 패터닝하는 단계; 및Patterning the conductive wiring of a desired structure across the surface of the projecting structure and being formed on the flexible substrate; And
상기 돌출구조물을 제거함으로써 상기 돌출구조물이 제거된 자리마다 상기 도전성 배선의 브릿지를 형성하고, 상기 유연성 기판과 전기적 접촉점을 구비하며, 상기 돌출구조물의 크기만큼의 여유 공간이 상기 도전성 배선의 브릿지와 그 하부의 유연성 기판 사이에 형성되도록 하는 단계;를 포함하는 신축성 배선구조체의 제조방법을 제공한다.By removing the protruding structure, the bridge of the conductive wire is formed at each position where the protruding structure is removed, and the electrical contact point is provided with the flexible substrate, and the free space equal to the size of the protruding structure is defined by the bridge of the conductive wire. It provides a method of manufacturing a flexible wiring structure comprising; forming between the lower flexible substrate.
본 발명에 따른 신축성 배선구조체를 사용하면 유연성 기판의 일축 방향의 스트레칭 외에도 이축 방향의 스트레칭이나 벤딩과 같은 다양한 형태의 변형에도 배선이 기계적 스트레스를 덜 받게 되므로 바이오메디칼, 로보틱스, 디스플레이, 및 기타 유연성 전자소자 분야에 사용되는 배선의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.In the flexible wiring structure according to the present invention, biomedical, robotics, displays, and other flexible electronics are made because the wiring is less mechanically stressed in various forms of deformation such as biaxial stretching or bending in addition to uniaxial stretching of the flexible substrate. There is an advantage to increase the reliability of the wiring used in the device field.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 것으로 (a)는 2차원적 요철구조 패턴을 (b)는 1차원적 요철구조 패턴을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a flexible wiring structure according to a first embodiment of the present invention, (a) shows a two-dimensional uneven structure pattern, and (b) shows a one-dimensional uneven structure pattern.
도 3의 (a)를 참조하면 본 발명의 신축성 배선구조체는 요철구조(101)를 갖는 유연성 기판(100); 및 상기 유연성 기판(100) 위에 패터닝된 도전성 배선(110)을 포함한다.Referring to FIG. 3A, the flexible wiring structure of the present invention includes a
유연성 기판(100)은 쉽게 변형이 가능한 재질 및 두께를 가지며, 플라스틱 또는 금속 재질의 기판일 수 있다. 유연성 기판(100)은 외부 자극에 대해 탄성을 갖는 재질로 된 것이 바람직하다. 예를 들어 PDMS 재질일 수 있다.The
요철구조(101)는 보통 유연성 기판(100)의 표면을 따라 2차원적으로 배열되어 있다. 즉 도 3(a)의 우측에 나타낸 바와 같이 요철구조(101) 패턴은 x, y의 2축 방향으로 굴곡을 이루며 형성된다.The
다르게는, 이러한 요철구조(101)는 경우에 따라 유연성 기판(100)의 표면을 따라 1차원적으로 배열될 수도 있다. 즉 일축 방향으로만 요철구조(101)가 전개될 수도 있다. 도 3의 (b)는 이러한 예를 나타내며 요철구조(101) 패턴이 x축 방향으로만 굴곡을 이루며 형성된다.Alternatively, the
상기 요철구조(101)는 반드시 유연성 기판(100)의 전체 면적에 걸쳐 형성될 필요는 없고 일부 도전성 배선(110)이 패턴화될 자리에만 형성될 수도 있다.The
또한 이하 본 명세서에서 도전성 배선(110)은 전자 회로 등에 사용되는 일반 적인 배선 또는 전극을 통칭한다.In addition, in the present specification, the
도전성 배선(110)은 전기가 잘 통하는 소재라면 제한되지 않으나 주로 금속이 바람직하다. 이러한 금속은 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄, 텅스텐 , 티타늄 및 팔라듐으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 소재일 수 있다. 이러한 금속의 전도성, 연성 및 전성 등의 전기적, 기계적 성질에 따라 적절히 선택될 수 있다.The
본 발명에 따른 신축성 배선구조체의 유연성 기판(100)이 요철구조(101)를 갖는 이유는 변형, 예를 들면 늘림(stretching)이나 구부림(bending)의 외부 자극에 따라 기판(100) 위에 패턴화된 배선(110)이 스트레스를 받아 면저항값이 변할 우려가 있어 이러한 물성저하를 막기 위한 것이다. 즉, 유연성 기판(100)의 변형에 따른 스트레스를 분산시키기 위하여 도전성 배선(110)이 유연성 기판(100) 면의 수직방향으로 굴곡이 형성된 상기 요철구조(101)의 표면을 따라 밀착하여 덮으면서 적층하게 된다.The reason why the
이러한 구조에 의하면 늘림이나 구부림 등의 스트레스가 주어질 경우 평면방향의 배선 뿐 아니라 수직 방향으로 형성되어 있는 배선이 스트레스를 분산하여 갖기 때문에 배선의 신뢰성을 높일 수 있다. 수직 방향의 배선은 증착시에 스텝 커버리지(step coverage)의 차이에 의해 수평방향의 배선보다 두께가 얇아질 가능성이 있기 때문에 충분한 두께의 배선 증착이 필요하다. 보통 200nm 이상의 배선 두께면 수직 방향의 배선에 문제가 없다.According to such a structure, when stress such as stretching or bending is applied, wiring reliability in the vertical direction as well as the wiring in the planar direction is distributed because the stress is distributed. Since the wiring in the vertical direction may be thinner than the wiring in the horizontal direction due to the difference in step coverage during deposition, wiring deposition of sufficient thickness is required. Usually, the wiring thickness of 200 nm or more does not cause a problem in the vertical wiring.
도 4는 도 3의 (a)에 따른 신축성 배선구조체의 A-A' 단면도이다. 도 4를 참 조하면, (a)는 기판에 돌출부(101a)를 만들어 요철구조를 형성시킨 것이고, (b)는 기판에 함몰부(101b)를 만들어 요철구조를 형성시킨 것이며 각 요철구조, 즉 돌출부(101a) 및 함몰부(101b)의 표면을 따라 도전성 배선(110)이 밀착하여 덮으면서 적층되어 있음을 알 수 있다.4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of the flexible wiring structure according to FIG. Referring to FIG. 4, (a) is a
변형의 정도 및 기판의 재질에 따라 요철구조의 모양 및 규격은 다양하게 변화할 수 있으며, 예를 들면 상기 요철구조의 모양은 스트레스를 분산시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형태를 가져도 상관없으나, 예를 들면 기둥 형태나 반구 형태의 돌출부(101a) 또는 함몰부(101b)를 유연성 기판(100) 위에 적어도 하나 가질 수 있다. 이러한 요철구조는 유연성 기판 위에 직접 생성되거나 유연성 기판 위에 적층된 새로운 유연성 소재 층, 예를 들면 PDMS 층 위에 생성될 수도 있다.According to the degree of deformation and the material of the substrate, the shape and specification of the uneven structure may vary. For example, the shape of the uneven structure may have any shape as long as it can disperse stress. At least one columnar or
상기 요철구조는 소정의 간격을 가진 주기적 구조 또는 비주기적 구조일 수 있다.The uneven structure may be a periodic structure or a non-periodic structure having a predetermined interval.
상기 돌출부(101a) 또는 함몰부(101b)의 높이 및 깊이는 10nm 내지 1㎛를 갖는 것이 바람직하다. 그리고 돌출부(101a)와 돌출부(101a)사이 혹은 함몰부(101b)와 함몰부(101b)사이의 인접거리는 100nm 내지 100㎛를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 돌출부(101a)와 함몰부(101b)의 너비는 인접거리x0.1 내지 인접거리x0.9를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the height and depth of the
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 가능한 변형의 방향을 나타낸 것으로 (a)는 평면도이고 (b)는 A-A' 단면도이다.5 is a view showing the direction of a possible deformation of the flexible wiring structure according to the first embodiment of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is A-A 'cross-sectional view.
이를 참조하면 2차원 요철구조가 배열된 유연성 기판 위에 패터닝된 도전성 배선을 구비한 신축성 배선구조체는 기판 면을 기준으로 상하좌우 어느 방향으로나 신축이 가능하며, 특히 (b)에 나타난 바와 같이 기판의 수평 방향 스트레칭뿐 아니라 기판 자체를 구부리는, 즉 기판 면에 대해 수직 방향의 벤딩에 대해서도 스트레스를 완화할 수 있는 구조를 가지고 있다.Referring to this, the flexible wiring structure having the conductive wiring patterned on the flexible substrate on which the two-dimensional uneven structure is arranged can be stretched in any direction up, down, left and right with respect to the substrate surface, and as shown in (b), the horizontal It has a structure that can relieve stress not only in directional stretching but also in bending the substrate itself, that is, bending in a direction perpendicular to the substrate surface.
상술한 바에 따르면, 상기 신축성 배선구조체는 요철구조를 갖는 유연성 기판을 사용하고 그 위에 도전성 배선을 패터닝함으로써, 도전성 배선이 다양한 방향에 따른 변형에 견딜 수 있어 장시간에 걸친 반복적인 사용에도 적절한 전기적 성능이 유지될 수 있다.As described above, the flexible wiring structure uses a flexible substrate having a concave-convex structure and pattern the conductive wiring thereon, so that the conductive wiring can withstand deformation in various directions, so that the electrical performance is suitable for repeated use over a long period of time. Can be maintained.
이하, 상기 신축성 배선구조체의 바람직한 제조방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a preferred method of manufacturing the flexible wiring structure will be described in detail.
먼저 유연성 기판(100) 위에 요철구조(101)를 형성한다. 이 경우 요철구조(101)를 유연성 기판(100) 위에 또 다른 유연성 소재를 먼저 적층한 다음 그 위에 형성할 수도 있다. 이러한 요철구조의 형성 방법은 예를 들어, 포토레지스트를 사용한 리소그래피 공정 후 에칭하거나, 잉크젯 프린팅, 임프린팅 등을 포함한 기존 공정을 적절히 활용할 수 있다.First, the
다음 상기 요철구조가 형성된 유연성 기판 위에 원하는 형태로 도전성 배선을 패터닝함에 있어서, 상기 도전성 배선이 적어도 상기 요철구조의 표면을 따라 밀착하여 덮이도록 적층함으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 제조할 수 있다. 이 때 도전성 배선의 형성 방법으로, 전자빔 증착, 열 증착, 스퍼터링, 및 전기도금을 이용한 배선의 증착 및 포토레지스트를 이용한 패터닝 공 정후 건식 식각 혹은 습식 식각 공정을 이용할 수 있다. 또는 나노 임프린트나 잉크젯 프린팅 등의 프린팅 공정을 이용하여 전기 배선의 직접 프린팅도 가능하다.Next, in patterning the conductive wiring in a desired shape on the flexible substrate on which the uneven structure is formed, the flexible wiring structure according to the first embodiment of the present invention is formed by laminating the conductive wire so as to cover and cover at least along the surface of the uneven structure. It can manufacture. At this time, as a method of forming the conductive wiring, a dry etching or a wet etching process may be used after electron beam deposition, thermal deposition, sputtering, deposition of wiring using electroplating, and patterning process using photoresist. Alternatively, direct printing of electrical wires is possible using printing processes such as nanoimprinting or inkjet printing.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체에 관해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the flexible wiring structure according to the second embodiment of the present invention will be described in detail.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 도면이다. 이를 참조하면, 유연성 기판(200); 상기 유연성 기판(200) 위에 패터닝된 도전성 배선(210); 및 상기 도전성 배선(210)을 따라 그 위에 패터닝되어 상기 유연성 기판(200)의 수직방향으로 돌출된 브릿지형의 적어도 하나의 연결배선(230);을 구비한 신축성 배선구조체를 제공한다.6 is a view showing a flexible wiring structure according to a second embodiment of the present invention. Referring to this, the
유연성 기판(200) 및 도전성 배선(210)의 재질에 관한 사항은 앞의 실시예에서 상술한 바와 같다.Matters regarding the materials of the
여기서, 유연성 기판(200)이 외부의 자극 등에 의해 변형이 일어나게 되면 이에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 연결배선(230)이 더 존재한다. 또한 연결배선(230) 하부에 위치한 도전성 배선(210)과의 사이에 여유 공간(220')이 있게 되고, 연결배선(230)의 각 말단부는 도전성 배선(210)과 전기적으로 접촉되어 있다.In this case, when the
이렇게 하부에 빈 여유 공간(220')이 있는 브릿지형을 가진 연결배선(230)은 소자가 스트레칭되는 축방향에 따라 배열되며, 스트레칭 또는 벤딩과 같은 소자의 변형에 따라 도전성 배선(210)이 끊어지거나 저항이 높아지지 않도록 길이 마진을 둔 것으로, 마치 스프링과 같이 작용함으로써 변형에 따른 충격을 흡수할 수 있다.The
인접한 상기 연결배선(230) 브릿지와 브릿지 사이의 간격은 사용되는 기판 및 배선의 두께, 변형의 정도 등에 따라 다양하게 정해질 수 있으며 대체로 0.1mm에서 1mm의 범위를 가진다.The distance between the
여유 공간(220')의 높이나 너비 또한 기판 및 배선의 두께, 변형의 정도에 따라 다양하게 정해질 수 있으며 대체로 250nm에서 3㎛의 범위를 가진다.The height or width of the free space 220 'may also be variously determined according to the thickness of the substrate and the wiring and the degree of deformation, and generally has a range of 250 nm to 3 μm.
따라서 도 6에 나타난 화살표 방향과 같이 브릿지가 늘어선 방향으로의 스트레칭 및 기판의 수직방향으로의 벤딩에 따른 응력을 완화함으로써 신축성 배선구조체는 면저항 값 등의 전기적 성질을 유지할 수 있게 된다.Therefore, the elastic wiring structure can maintain electrical properties such as sheet resistance by releasing stress caused by stretching in the bridge-lined direction and bending of the substrate in the vertical direction as shown in the arrow direction shown in FIG. 6.
여기서 연결배선(230)은 전기가 잘 통하는 소재라면 제한되지 않으나 주로 금속이 바람직하다. 이러한 금속은 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 티타늄 및 팔라듐으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 소재일 수 있다. 이러한 금속의 전도성, 연성 및 전성 등의 전기적, 기계적 성질에 따라 적절히 선택될 수 있다. 도전성 배선(210)과 전기적으로 잘 접촉하고 있고, 전기적 특성에 나쁜 영향을 주지 않으며, 기판의 변형에 따라 유연하게 함께 변형될 수 있다면 그 재질의 종류는 제한되지 않으며, 도전성 배선(210)과 동일한 재질일 수도 있고 상이한 재질일 수도 있다.Here, the
이와 같은 신축성 배선구조체의 바람직한 제조방법에 관해 상세히 설명하면 다음과 같다.The preferred manufacturing method of such a flexible wiring structure will be described in detail as follows.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 제조방법을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7의 제조방법의 각 단계의 B-B' 단면도이다.7 is a view illustrating a method of manufacturing a flexible wiring structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of each step of the manufacturing method of FIG.
도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저 유연성 기판(200) 위에 원하는 형태의 도전성 배선(210)을 패터닝한다 (도 7 및 도 8의 (a))Referring to FIGS. 7 and 8, first, a
다음, 도전성 배선(210) 위에 적어도 하나의 돌출구조물(220)을 형성한다(도 7 및 도 8의 (b)). 이러한 돌출구조물(220)은 이후의 단계에서 연결배선(230)이 브릿지 형태로 도전성 배선(210)과 결합되도록 임시로 생성시킨 것으로 최종적으로 제거된다.Next, at least one
돌출구조물(220)의 모양 및 규격은 특별히 제한되지 않으며, 도전성 배선(210)을 따라 형성된다. 돌출구조물(220)의 형성을 위한 소재로 도전성 배선(210) 위에 용이하게 인쇄될 수 있고, 이후의 공정에서 쉽게 제거될 수 있는 소재가 바람직하며, 가능한 소재로는 PEDOT, PVP, PR 등을 들 수 있다.The shape and size of the protruding
도전성 배선(210) 위에 적어도 하나의 돌출구조물(220)을 형성하기 위한 방법으로는 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 방법을 들 수 있다.As a method for forming at least one
그 다음, 각 말단부가 상기 도전성 배선(210)과 전기적으로 접촉하고 있으며, 돌출구조물(220)의 표면을 가로질러 덮도록 적어도 하나의 연결배선(230)을 도전성 배선(210) 위에 형성한다(도 7 및 도 8의 (c)).Then, each end portion is in electrical contact with the
예를 들어 잉크젯 프린팅법으로 은(Ag) 연결배선을 인쇄할 경우 각각 약 250nm 내지 300nm의 두께, 50㎛이상의 길이로 형성시킬 수 있다.For example, when the silver (Ag) connection wiring is printed by the inkjet printing method, it may be formed with a thickness of about 250 nm to 300 nm and a length of 50 μm or more, respectively.
이어, 돌출구조물(220)을 제거하여 상기 연결배선(230)이 상기 돌출구조물(220)이 제거된 자리의 위쪽으로 지나가면서 상기 연결배선(230)이 상기 도전성 배선(210)과의 사이에 여유 공간(220')을 갖는 터널 또는 브릿지 형태의 구조를 형 성함으로써 신축성 배선구조체가 만들어진다(도 7 및 도 8의 (d)).Subsequently, the
돌출구조물(220)을 제거하는 방법은 그 물질의 종류에 따라 다르지만 물질을 녹이면서 금속배선에는 영향을 주지 않는 용매에 담그어 언더컷으로 제거하는 방법이 있으며, 예를 들어 전도성 고분자인 PEDOT의 경우, 물에 녹여 제거가능하다.The method of removing the protruding
이 때 돌출구조물(220)이 있던 자리에 생성된 여유 공간(220')의 높이는 대체로 돌출구조물(220)의 높이와 같으며 하나의 연결배선(230)의 브릿지 말단간 거리도 돌출구조물(220)에 너비에 의해 결정된다. 즉 돌출구조물을 어떻게 패터닝하는가에 따라 연결배선(230)의 형태 및 규격이 정해진다.At this time, the height of the free space 220 'generated in the place where the projecting
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 바람직한 일 구현예를 나타낸 도면이다.9 is a view showing a preferred embodiment of the flexible wiring structure according to the second embodiment of the present invention.
이를 참조하면, 한 기판 내에서 2차원 평면의 임의의 방향으로 신축가능한 도전성 배선을 구현할 수 있다.Referring to this, it is possible to implement a conductive wiring that can be stretched in any direction of a two-dimensional plane within a substrate.
종래의 방식은 기판을 미리 잡아 늘려 배선구조를 형성하는 방식이기 때문에 1차원적 스프링 구조로만 형성가능하며, 피크나 주기를 예상하기 힘들다는 문제가 있으나, 본 발명에 따르면 원하는 바에 따라 한 기판 내에서도 여러 방향으로 스프링 구조를 갖도록 만들 수 있고, 연결배선을 브릿지 형태로 만들때 돌출구조물에 따라 피크와 주기를 다양하게 조절 가능하다. 또한 브릿지가 수직방향으로 세워져 있는 구조로 기판의 구부림에도 견딜 수 있다.Since the conventional method is a method of forming a wiring structure by stretching the substrate in advance, it is possible to form only a one-dimensional spring structure, and there is a problem that it is difficult to predict peaks or periods. It can be made to have a spring structure in the direction, and the peak and period can be adjusted in various ways depending on the projecting structure when the connecting wiring in the form of a bridge. In addition, the bridge is built in the vertical direction to withstand the bending of the substrate.
이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 신축성 배선구조체에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the flexible wiring structure according to the third embodiment of the present invention will be described in detail.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 도면이다. 이를 참조하면, 유연성 기판(300); 및 유연성 기판(300) 위에 패터닝되어 있으며, 유연성 기판(300)을 따라 기판 면에 수직방향으로 굴곡을 이룬 요철구조를 가지며 유연성 기판(300)에 전기적 접촉점을 구비하고 있는 도전성 배선(330);을 구비한 신축성 배선구조체를 나타낸다.10 is a view showing a flexible wiring structure according to a third embodiment of the present invention. Referring to this, the
유연성 기판(300) 및 도전성 배선(330)의 재질에 관한 사항은 앞의 실시예에서 상술한 바와 같다.Matters regarding the materials of the
다만, 여기서 도전성 배선(330)은 제2 실시예와 달리 연결배선에 의하지 않고 그 자체로 길이의 마진을 가지고 있으며, 유연성 기판(300)의 변형에 따라 함께 변형되면서 스트레스가 분산될 수 있도록 인접한 상기 전기적 접촉점들 사이에 여유 공간(320')을 가진다.However, the
이렇게 긴 마진을 가진 도전성 배선(330)은 스트레칭 또는 벤딩과 같은 소자의 변형에 따라 도전성 배선(330)이 끊어지거나 저항이 높아지지 않도록 길이 마진을 둔 것으로, 마치 스프링과 같이 작용함으로써 변형에 따른 충격을 흡수할 수 있다.The
인접한 상기 도전성 배선(330)의 요철구조(브릿지)들 사이의 간격은 사용되는 기판 및 배선의 두께, 변형의 정도 등에 따라 다양하게 정해질 수 있으며 대체로 0.1mm에서 1mm의 범위를 가진다.The spacing between the concave-convex structures (bridges) of the adjacent
이러한 여유 공간(320')의 높이나 너비 또한 기판 및 배선의 두께, 변형의 정도에 따라 다양하게 정해질 수 있으며 대체로 250nm 내지 1㎛의 범위를 가진다.The height or width of the clearance 320 'may also be determined in various ways depending on the thickness of the substrate and the wiring and the degree of deformation, and generally has a range of 250 nm to 1 μm.
또한 상기 요철구조는 주기적 또는 비주기적으로 형성될 수 있다.In addition, the uneven structure may be formed periodically or aperiodically.
이하, 상기 신축성 배선구조체의 바람직한 제조방법에 관해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a preferred method of manufacturing the flexible wiring structure will be described in detail.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 제조방법을 나타낸 도면이다.11 is a view showing a method of manufacturing a flexible wiring structure according to a third embodiment of the present invention.
이를 참조하면, 먼저 유연성 기판(300) 위에 적어도 하나의 돌출구조물(320)을 형성한다(도 11의 (a)).Referring to this, first, at least one
돌출구조물(320)은 이후의 단계에서 도전성 배선(330)이 기판과 결합할 때, 기판 면의 수직방향으로 요철구조를 만드는 데 사용하기 위해 임시로 생성시킨 것으로 최종적으로 제거된다.The protruding
돌출구조물(320)의 재질, 역할 및 이후의 제거방법 등에 관련하여서 앞의 실시예에서 이미 상술한 바와 같다.With regard to the material, role of the protruding
다음, 원하는 구조의 도전성 배선(330)이 상기 돌출구조물의 표면을 가로질러 덮으며 유연성 기판(300) 위에 형성되도록 패터닝한다(도 11의 (b)). 이 경우 역시 이미 상술한 바와 같이 잉크젯 프린팅이나 스크린 프린팅 등의 방법을 사용할 수 있다. Next, a
그 다음, 돌출구조물(320)을 제거함으로써 상기 돌출구조물(320)이 제거된 자리마다 도전성 배선(330)의 브릿지를 형성하고, 기판과 전기적 접촉점을 구비하며, 돌출구조물(320) 크기만큼의 여유 공간(320')이 도전성 배선(330)의 브릿지와 그 하부의 유연성 기판(300) 사이에 형성되도록 함으로써 신축성 배선구조체를 제 조한다(도 11의 (c)).Next, by removing the
결국, 이 때 돌출구조물(320)이 있던 자리에 생성된 여유 공간(320')의 높이는 대체로 돌출구조물(320)의 높이와 같으며 도전성 배선(330)과 유연성 기판(300) 사이의 인접한 전기적 접촉점 사이의 거리도 돌출구조물(320)에 너비에 의해 결정된다. 즉 돌출구조물(320)을 어떻게 패터닝하는가에 따라 요철구조의 형태 및 규격이 정해진다.As a result, the height of the free space 320 'generated at the place where the protruding
상기의 제조방법에 의하면 제2 실시예의 경우와 달리 패터닝된 도전성 배선 위에 연결배선을 다시 형성하는 추가적인 공정이 없이 한번의 도전성 배선 패터닝으로 제조가 가능하다.According to the above manufacturing method, unlike the case of the second embodiment, it is possible to manufacture by one conductive wiring patterning without the additional process of re-forming the connection wiring on the patterned conductive wiring.
또한 상술한 제조방법에 따라 제조된 신축성 배선구조체는 제2 실시예의 경우와 같이 일축 방향 외에도 이축 방향의 2차원적 신축성 배선을 구현할 수 있다.In addition, the flexible wiring structure manufactured according to the above-described manufacturing method may implement two-dimensional flexible wiring in the biaxial direction in addition to the uniaxial direction as in the case of the second embodiment.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the foregoing description, a preferred embodiment according to the present invention has been described with reference to the drawings, but this is only an example, and those skilled in the art may understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. There will be. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.
도 1은 종래 기술에 따른 유연성 배선구조의 제조단계를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a step of manufacturing a flexible wiring structure according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 유연성 배선구조의 제조단계를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a step of manufacturing a flexible wiring structure according to the prior art.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 것으로 (a)는 2차원적 요철구조 패턴을 (b)는 1차원적 요철구조 패턴을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a flexible wiring structure according to a first embodiment of the present invention, (a) shows a two-dimensional uneven structure pattern, and (b) shows a one-dimensional uneven structure pattern.
도 4는 도 3의 (a)에 따른 신축성 배선구조체의 A-A' 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of the flexible wiring structure according to FIG.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 가능한 변형의 방향을 나타낸 것으로 (a)는 평면도이고 (b)는 A-A' 단면도이다.5 is a view showing the direction of a possible deformation of the flexible wiring structure according to the first embodiment of the present invention, where (a) is a plan view and (b) is A-A 'cross-sectional view.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a flexible wiring structure according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 제조방법을 나타낸 도면이다.7 is a view showing a method of manufacturing a flexible wiring structure according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 제조방법의 각 단계의 B-B' 단면도이다.8 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of each step of the manufacturing method of FIG.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 바람직한 일 구현예를 나타낸 도면이다.9 is a view showing a preferred embodiment of the flexible wiring structure according to the second embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신축성 배선구조체를 나타낸 도면이다. 10 is a view showing a flexible wiring structure according to a third embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신축성 배선구조체의 제조방법을 나타낸 도면이다.11 is a view showing a method of manufacturing a flexible wiring structure according to a third embodiment of the present invention.
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