KR100800321B1 - Electro-hydrodynamic printing apparatus using lens and method thereof - Google Patents

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KR100800321B1
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류태우
황정호
신윤수
이대영
김상윤
유재훈
박성은
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한국생산기술연구원
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Abstract

An electro-hydrodynamic printing apparatus using a lens and a method thereof are provided to reduce a position error and realize spray and dropping modes in a single nozzle by changing a shape of the lens based on a type of a desired pattern. An electro-hydrodynamic printing apparatus includes a liquid supply part(1), a hollow electro-hydrodynamic lens(2), a stage part(3), a control part, and a power supply device(4). The liquid supply part has a nozzle(11) to spray conductive liquid in a fixed electro-hydrodynamic pressure. The hollow electro-hydrodynamic lens is placed on an upper part of a substrate to be spaced apart from the nozzle. The stage part is moved with holding the substrate. The control part controls a position and a movement velocity of the stage part. The power supply device applies power to the nozzle and the electro-hydrodynamic lens.

Description

렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치 및 방법{Electro-hydrodynamic printing apparatus using lens and method thereof} Electro-hydrodynamic printing apparatus using lens and method

도 1은 본 발명에 따른 전도성 라인 형성을 위한 전기수력학 프린팅 장치를 나타낸다.1 shows an electrohydraulic printing apparatus for forming a conductive line according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전기수력학 렌즈 개발에 관련된 실험장비 사진이다.Figure 2 is a photograph of the experimental equipment related to the development of the electrohydraulic lens according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전기수력학 렌즈의 여러 형태를 나타낸다.3 shows several forms of electrohydrodynamic lenses according to the invention.

도 4는 도 3의 전기수력학 렌즈의 여러 형태를 각각 벡터 해석한 그림이다.FIG. 4 is a vector analysis of various forms of the electrohydraulic lens of FIG. 3.

도 5는 도 1의 전기수력학 프린팅 장치를 사용하여 기판에 패터닝된 전도성 라인의 현미경 사진이다.5 is a micrograph of a conductive line patterned on a substrate using the electrohydraulic printing device of FIG. 1.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1...액체공급부, 11...노즐,1 ... liquid supply, 11 ... nozzle,

12...시린지 펌프, 2...전기수력학 렌즈,12 ... syringe pump, 2 ... electro-hydraulic lens,

3...스테이지부, 4...전원공급장치,3 ... stage part, 4 ... power supply,

5...기판.5 ... substrate.

본 발명은 전도성 라인 형성을 위한 전기수력학(electro-hydrodynamic) 프린팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기수력학 렌즈(electro-hydrodynamic lens)를 사용하여 마이크로 크기의 미세한 전도성 라인 패턴을 형성할 수 있는 전기수력학 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electro-hydrodynamic printing apparatus and method for forming a conductive line, and more particularly, to a micro-sized fine conductive line pattern using an electro-hydrodynamic lens. It relates to an electrohydraulic printing apparatus and method that can be formed.

전자산업의 급속한 발전에 따라, 전자부품은 점점 더 고집적화되고 있으며, 이에 따라 각종 전자 칩들이 실장되는 인쇄회로기판에는 작은 최소 선폭이 요구되고 있는 실정이다.With the rapid development of the electronics industry, electronic components are becoming more and more highly integrated. Accordingly, a small minimum line width is required for printed circuit boards on which various electronic chips are mounted.

종래의, 화학적 식각에 의한 인쇄회로기판의 패턴 인쇄 방법은 인체 유해물질 및 산업 폐기물 발생, 제한적인 정밀도의 인쇄 패턴 형성, 공정의 복잡함으로 인한 낮은 생산성 등의 문제점을 가지고 있었다. 이러한 기존의 회로 패터닝 방법에 대한 대안으로서, 최근에 직접쓰기 기술(direct write technology)이 주목받고 있다. Conventional, the pattern printing method of the printed circuit board by chemical etching had problems such as the generation of human hazardous materials and industrial waste, the formation of a limited precision printing pattern, low productivity due to the complexity of the process. As an alternative to the conventional circuit patterning method, direct write technology has recently attracted attention.

이러한 직접쓰기 기술의 하나로서, 잉크젯(ink-jet)을 이용하는 기술이 개시되어 있다.As one of such direct writing techniques, a technique using an ink-jet has been disclosed.

한국공개특허공보 제1998-0014807호에 개시된 발명은, 잉크를 기판상에 직접 분사시켜 상(象)의 정확성을 향상시키고 미세한 상까지도 인쇄가 가능하도록 개선시킨 인쇄회로기판의 인쇄방법에 관한 것으로서, 분사 인쇄부는 압전체를 사용하여 전기를 가하면 압력이 발생하는 현상을 이용하여 잉크를 분사구를 통해 액적형태로 기판상에 분사하며, 자외선 램프를 이용하여 경화를 수행하는 것을 특징으로 하고 있다.The invention disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 1998-0014807 relates to a method of printing a printed circuit board, which is improved by spraying ink directly onto a substrate to improve image accuracy and to print even fine images. The spray printing unit sprays ink onto a substrate in the form of droplets through a spray hole by using a phenomenon in which pressure is generated by applying electricity using a piezoelectric body, and performs curing using an ultraviolet lamp.

또한, 미국특허공보 제5,132,248호에는 기능성 재료를 함유하는 액체를 잉크젯에 의해 기재(基材)에 직접 패터닝하는 방법이 검토되고 있으며, 예를 들어, 도전성 미립자를 분산시킨 액체를 잉크젯법에 의해 기판에 직접 패턴 도포하고, 그 후 열처리나 레이저 조사를 행하여 도전막 패턴으로 변환시키는 직접쓰기 잉크젯 시스템이 제안되어 있으며, 그 후 미국특허공보 제6,227,658호, 제6,531,191호, 제6,599,582호 등에서도 잉크젯 방식을 이용하여 패터닝하는 방법들이 제안되어 왔다.In addition, U.S. Patent No. 5,132,248 discloses a method of directly patterning a liquid containing a functional material onto a substrate by inkjet. For example, a liquid in which conductive fine particles are dispersed is used as a substrate by an inkjet method. A direct-write inkjet system has been proposed in which a pattern is directly applied to a pattern, followed by heat treatment or laser irradiation to convert it into a conductive film pattern. Later, US Patent Publication Nos. 6,227,658, 6,531,191, 6,599,582 and the like have been proposed. Patterning methods have been proposed.

또한, 일본특허공개 제2004-146796호(한국공개특허 제2004-0028536호)에서는, 기존의 잉크젯법에 의한 패터닝에서, 기판 표면에 적당한 처리를 행하지 않으면 기판 위에서 액체 방울(액체)의 형상, 치수, 위치 등을 제어할 수 없어, 원하는 형상을 갖는 도전막 패턴의 제작이 곤란해짐을 인식하여, 잉크젯법에 의해 형성되는 막 패턴에 단선이나 단락 등의 결함 발생을 억제하는 막 패턴 형성 방법 및 형성 장치를 제공하기 위해서 액체 방울을 토출하기 전에 기판 위에 표면 처리를 행하는 표면 처리 공정을 구비하여 이루어지고, 이러한 표면 처리 공정에 의해, 기판 위의 액체에 대한 접촉각이 설정되는 방법을 개시하고 있다.Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-146796 (Korean Laid-Open Patent No. 2004-0028536), in the patterning by the conventional inkjet method, the shape and dimension of a liquid droplet (liquid) on a substrate is not provided unless proper processing is performed on the substrate surface. And a pattern formation method for forming defects such as disconnection or short circuit in the film pattern formed by the inkjet method by recognizing that it is difficult to control the position and the like and making the conductive film pattern having the desired shape difficult. In order to provide an apparatus, a surface treatment step of performing a surface treatment on a substrate before discharging a liquid drop is provided, and a method in which a contact angle with respect to a liquid on a substrate is set by such a surface treatment step is disclosed.

또한, 미국특허공보 제6,706,234호에서는, 타겟 표면에 소정의 형상으로 패터닝하는 직접쓰기 기술이 제안되어 있는데, 여기서 노즐을 통하여 분사되어 증착된 분극화 가능한 재료에 솔벤트 제거공정 동안 고전압을 인가하여 증착된 재료를 분극화시키는 것을 그 특징으로 하고 있다.In addition, U.S. Patent No. 6,706,234 proposes a direct write technique for patterning a target shape into a predetermined shape, wherein a material deposited by applying a high voltage to a polarizable material deposited by spraying through a nozzle during a solvent removal process. It is characterized by polarizing.

그러나, 상술된 공보 등에 기재되어 있는 잉크젯 또는 노즐관련 기술들은,However, the inkjet or nozzle related technologies described in the above-mentioned publications and the like,

(1) 패터닝 라인의 크기 즉, 배선밀도(interconnection density),(1) the size of the patterning line, i.e., the interconnection density,

(2) 패터닝 라인의 추종성 즉, 단선과 단락 방지, 및(2) followability of the patterning line, i.e. prevention of disconnection and short-circuit, and

(3) 원하는 위치로의 부착 즉, 위치오차(position error) 방지 측면을 모두 만족시키기에는 한계가 있었다.(3) There was a limit to satisfy both the attachment to the desired position, that is, the prevention of position error.

한편, 최근 시장에서는 작은 선폭과 높은 밀도의 실장 능력을 구비한 인쇄회로기판이 요구되고 있으므로, 금속, 세라믹, 폴리머 등의 물질을 노즐을 통해 분무하여 인쇄기판 회로를 제조할 경우, 발생되는 액적의 크기를 줄이고 발생된 액적을 원하는 위치에 오차없이 부착시켜야 한다.On the other hand, in recent years, a printed circuit board having a small line width and a high density mounting capability is required. Therefore, when a printed circuit board is manufactured by spraying a metal, ceramic, or polymer material through a nozzle, The size should be reduced and the resulting droplets attached to the desired location without error.

그러나 기존의 잉크젯을 이용한 방법에 있어서는, 노즐의 크기가 액적의 크기에 미치는 영향이 절대적이며 발생되는 액적의 크기는 노즐 크기에 약 2배 정도로 형성된다. 따라서, 미세한 액적을 분무하기 위해서는 노즐의 크기가 그만큼 작아져야 한다. 그러나 너무 작은 크기를 가진 노즐을 이용할 경우, 노즐 출구에서 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있어 노즐의 크기를 줄이는 데는 한계가 존재한다.However, in the conventional method using the inkjet, the influence of the nozzle size on the droplet size is absolute, and the droplet size generated is about twice the nozzle size. Therefore, in order to spray the fine droplets, the size of the nozzle must be smaller. However, when using a nozzle of too small size, nozzle clogging may occur at the nozzle outlet, and there is a limit to reducing the size of the nozzle.

또한, 기존의 잉크젯 방식의 경우 기판 표면의 선폭을 줄이기 위해서는 분사되는 액적의 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 작은 액적들이 공기 중에서 브라운 운동 등에 의한 영향으로 기판 표면의 소정의 위치에 정확하게 부착되지 못하여, 위치 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional inkjet method, in order to reduce the line width of the substrate surface, it is necessary to reduce the size of the sprayed droplets. In this case, small droplets cannot be accurately attached to a predetermined position on the substrate surface due to the Brownian motion in the air. There was a problem that an error occurs.

이외에도, 종래에는 전기수력학 분무를 통하여 원뿔형 액주모드를 구현하기 위하여, 핀-핀 형식으로 패터닝 되는 기판의 아래에 원형, 핀형, 판형 등의 접지전극(ground electrode)이 항상 필요하였으며, 구현되는 선폭도 수백~수십 ㎛ 에 만족해야 하였다. 또한, 접지전극을 사용하게 되면 기판에 패턴되는 형상의 선폭에 긍정적인 영향을 줄 수 있지만 다양한 적용분야에 있어서는 많은 한계를 가지고 있으며, 기판 아래의 접지전극에 많은 영향을 받을 수 있는 안정적이지 못한 부분도 발생하는 문제점이 있었다.In addition, conventionally, in order to implement a conical liquid injection mode through electro-hydraulic spraying, a ground electrode such as a circle, a pin, and a plate is always needed under the substrate to be patterned in a pin-pin form. Even hundreds to tens of μm had to be satisfied. In addition, the use of the ground electrode may have a positive effect on the line width of the pattern patterned on the substrate, but there are many limitations in various applications, and an unstable portion may be affected by the ground electrode under the substrate. There was also a problem occurring.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상대적으로 큰 입경의 노즐을 이용해 더욱더 미세하고 균일한 크기의 액적을 얻을 수 있으며, 또한 작은 크기의 액적을 원하는 곳에 위치오차 없이 부착시킬 수 있는 전기수력학 프린팅 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, it is possible to obtain a droplet of finer and more uniform size by using a nozzle of a relatively large particle size, and also to attach a small size droplet to the desired location without error It is an object of the present invention to provide an electrohydraulic printing apparatus and method.

본 발명의 또 다른 목적은 기판 아래에 위치하는 접지전극을 제거하여 액주모드로부터의 분무시 기판 아래의 접지전극에 의한 영향을 제거하여 안정적인 프린팅을 구현할 수 있는 전기수력학 프린팅 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an electro-hydraulic printing apparatus and method that can achieve a stable printing by removing the ground electrode positioned under the substrate to remove the influence of the ground electrode under the substrate when spraying from the liquid column mode For the purpose of

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치는 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력으로 분무하는 노즐을 구비하는 액체공급부; 상기 노즐로부터 이격된 거리에 위치하고 상기 기판의 상방에 위치하는 중공의 전기수력학 렌즈; 상기 기판을 유지하면서 이동시키는 스테이지부(stage); 상기 스테이지부의 위치 및 이동속도를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 노즐과 상기 전기수력학 렌즈에 전압을 인가하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, an electro-hydraulic printing apparatus using a lens comprising a liquid supply unit having a nozzle for spraying a conductive liquid at a constant hydraulic pressure; A hollow electro-hydraulic lens located at a distance from the nozzle and positioned above the substrate; A stage for moving while holding the substrate; A control unit for controlling the position and the moving speed of the stage unit; And a power supply for applying a voltage to the nozzle and the electrohydraulic lens.

또한, 상기 전기수력학 렌즈는 내외부가 원통형인 것을 특징으로 한다.In addition, the electro-hydraulic lens is characterized in that the inner and outer cylindrical.

또한, 상기 전기수력학 렌즈는 외부가 원통형이고 내부는 원뿔형인 것을 특징으로 한다.In addition, the electro-hydraulic lens is characterized in that the outside is cylindrical and the inside is conical.

또한, 상기 전기수력학 렌즈는, 내외부가 원뿔형이고 서로 동일한 기울기로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrohydraulic lens is characterized in that the inner and outer parts are conical and inclined at the same inclination with each other.

또한, 상기 액체공급부는 시린지 펌프(syringe pump)에 의하여 상기 노즐로 전도성 액체를 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid supply unit is characterized in that for supplying the conductive liquid to the nozzle by a syringe pump (syringe pump).

또한, 본 발명에 따른, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 방법은, 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력으로 분무하는 노즐을 구비하는 액체공급부를 제공하는 단계, 상기 노즐로부터 이격된 거리에 전기수력학 렌즈를 위치시키는 단계, 상기 기판을 유지하면서 이동시키는 스테이지부(stage)를 제공하는 단계, 상기 스테이지부의 위치 및 이동속도를 제어하기 위한 제어부를 제공하는 단계, 상기 액체가 분무될 때 상기 전원공급장치로부터 상기 노즐과 상기 전기수력학 렌즈 사이에 전압을 인가하여 분무형태를 원뿔형 액주모드(cone jet mode)로 변환시키는 단계, 및 상기 원뿔형 액주모드로부터 분무될 때의 인택트 젯(intact jet)을 미리 설정된 패턴의 형상에 따라 상기 기판에 부착시켜 전도성 라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the electro-hydraulic printing method using a lens according to the present invention, providing a liquid supply having a nozzle for spraying a conductive liquid at a constant hydraulic pressure, the electro-hydraulic lens at a distance away from the nozzle Positioning, providing a stage for moving while holding the substrate, providing a control for controlling the position and moving speed of the stage, from the power supply when the liquid is sprayed Applying a voltage between the nozzle and the electro-hydraulic lens to convert the spray form into a cone cone jet mode, and a preset pattern of the intact jet when sprayed from the cone cone mode Forming a conductive line by attaching to the substrate according to the shape of the.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기수력학 프린팅 장치는 액체공급부(1), 전기수력학 렌즈(2), 스테이지부(3), 제어부(미도시) 및 전원공급장치(4)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the electrohydraulic printing apparatus according to the present invention includes a liquid supply unit 1, an electrohydraulic lens 2, a stage unit 3, a control unit (not shown), and a power supply unit 4. It consists of).

먼저, 본 실시예에 사용된 기판(5)은 폴리이미드로 만들어진 캡톤(kepton) 필름 및 사진인화용 종이가 사용된다. 상기 기판(5)은 폭 및 길이가 30 ㎜, 두께가 0.1 ㎜의 치수를 갖는다. 상기 기판(5)의 표면은 RIE(reactive ion etching) 장비를 이용하여 표면 처리하였으며, 상기 처리는 표면의 조도(roughness)를 증가시켜 상기 기판(5)으로 공급되는 액체와 상기 기판(5) 사이의 접착을 도와준다.First, the substrate 5 used in this embodiment is a Kapton film made of polyimide and a paper for photographic printing. The substrate 5 has dimensions of 30 mm in width and length and 0.1 mm in thickness. The surface of the substrate 5 was surface treated by using reactive ion etching (RIE) equipment, and the treatment increased the roughness of the surface to between the liquid supplied to the substrate 5 and the substrate 5. Helps the adhesion of

상기 액체공급부(1)는 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력(hydrodynamic pressure)으로 분무하는 노즐(11)을 구비하고 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 액체공급부(1)는 시린지 펌프(syringe pump)(12)를 사용하여 상기 노즐(11)로 전도성 액체를 공급하는 것으로 예시되어 있다. 상기 시린지 펌프(12)는 분무하고자 하는 금속 등으로 이루어진 물질의 유량을 자유롭게 조절할 수 있다. 한편, 정전 분무를 위한 상기 노즐(11)은 스테인레스 재질로 이루어져 있으며 내경이 180㎛, 외경이 360㎛의 치수를 갖는다.The liquid supply part 1 has a nozzle 11 for spraying a conductive liquid at a constant hydrodynamic pressure. Meanwhile, in the present embodiment, the liquid supply unit 1 is illustrated as supplying a conductive liquid to the nozzle 11 by using a syringe pump 12. The syringe pump 12 may freely adjust the flow rate of a material made of a metal to be sprayed. On the other hand, the nozzle 11 for electrostatic spraying is made of a stainless material and has a dimension of 180㎛ inner diameter, 360㎛ outer diameter.

상기 전기수력학 렌즈(2)는 상기 노즐(11)로부터 이격된 거리에 위치하고 있다. 그리고 상기 전기수력학 렌즈(2)는 링의 형상을 띠고 있으며, 평면도에서 볼 때 내외부가 원형이다(도 2 참조). 또한, 상기 전기수력학 렌즈(2)는 일정한 높이를 가지고 있으며, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전기수력학 렌즈(2)는 내외부(22,21)가 원통형일 수 있으며(Type I), 또 는 외부(21)가 원통형이고 내부(22)는 원뿔형일 수 있으며(Type Ⅱ), 또는 내외부가 원뿔형이고 서로 동일한 기울기로 경사지도록 형성될 수 있다(Type Ⅲ, Ⅳ). 전체적으로, 상기 전기수력학 렌즈(2)의 상단부의 내경(inlet inside diameter)은 6.0mm이고 외경(inlet outside diameter)은 Type에 따라 7.0mm ~ 10mm이며, 렌즈의 하단부의 내경(outlet inside diameter)은 4.0mm이고 외경(outlet outside diameter)은 Type에 따라 5.0mm ~ 8.0mm의 치수를 가지도록 형성되어 있다. 한편, 상기 노즐(11)은 렌즈의 하단부에서 0.5mm ~ 1.5mm 정도 상향부에 위치한다. 또한, 상기 전기수력학 렌즈(2)는 상기 노즐(11)로부터 분무되는 용액을 원뿔형 액주모드로 만들어 주기 위해 상기 노즐(11)과 상기 기판(5) 사이에 위치한다. The electrohydraulic lens 2 is located at a distance away from the nozzle 11. In addition, the electrohydraulic lens 2 has a ring shape, and the inside and the outside thereof are circular in plan view (see FIG. 2). In addition, the electrohydraulic lens 2 has a constant height and may have various shapes as shown in FIG. 3. That is, the electrohydraulic lens 2 may be cylindrical (inner and outer) 22, 21 (Type I), or the outer 21 is cylindrical and the inner 22 may be conical (Type II), Alternatively, the inside and the outside may be formed to be conical and inclined at the same inclination (Type III, IV). Overall, the inner diameter of the upper end of the electrohydrodynamic lens 2 is 6.0 mm, the inlet outside diameter is 7.0 mm to 10 mm depending on the type, and the inner diameter of the lower end of the lens is It is 4.0mm and the outer outside diameter is formed to have a size of 5.0mm ~ 8.0mm depending on the type. On the other hand, the nozzle 11 is located in the upward portion of about 0.5mm ~ 1.5mm from the lower end of the lens. In addition, the electrohydraulic lens 2 is located between the nozzle 11 and the substrate 5 to make the solution sprayed from the nozzle 11 into a conical liquid injection mode.

상기 스테이지부(3)는 상기 기판(5)의 하부에 위치하며, 상기 기판(5)을 유지하면서 입력된 패턴대로 전도성 라인을 패터닝하기 위하여 기판을 정밀하게 이동시킨다. 후술하는 제어부의 명령에 따라 액체를 패터닝시키기 위한 상기 스테이지부(3)는 디지털 컨트롤(미도시)과 x-y 두 축의 스테이지로 구성되어 있다. 상기 디지털 컨트롤은 PC와 직접 접속되어 있고 상기 스테이지의 구동을 PC로 조정할 수 있게 해준다. 상기 스테이지부(3)는 상기 노즐(11)의 아래에서 이동될 수 있도록 위치한다.The stage part 3 is positioned below the substrate 5, and precisely moves the substrate to pattern the conductive lines in the input pattern while maintaining the substrate 5. The stage unit 3 for patterning liquid according to a command of a controller to be described later is composed of a digital control (not shown) and a stage of two axes x-y. The digital control is directly connected to the PC and allows the PC to adjust the drive of the stage. The stage part 3 is positioned to be movable under the nozzle 11.

상기 제어부는 상기 스테이지부(3)를 원하는 위치에 이동시키고 속도를 제어한다. The control part moves the stage part 3 to a desired position and controls the speed.

상기 전원공급장치(4)는 상기 노즐(11)과 상기 전기수력학 렌즈(12)에 연결되어 전압을 인가한다.The power supply 4 is connected to the nozzle 11 and the electrohydraulic lens 12 to apply a voltage.

이하에서는, 본 발명에 따른 전기수력학 프린팅 장치를 이용하여 기판에 미세 회로 패턴을 구현하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of implementing a fine circuit pattern on a substrate by using an electrohydraulic printing apparatus according to the present invention will be described.

본 실시예에서는 기판(1)에 전도성 라인을 형성시키기 위해, 전도성 액체로서 은 나노 입자가 함유된 용액을 사용하였다. 은 나노 용액은 은이 20wt%, 에틸렌글리콜이 80wt%로 구성되어 있으며, 입자간의 응집을 막기 위해 매우 적은 양의 분산제(surfactants)가 첨가되어 있다. 은 나노 입자의 평균 입경은 30 ~ 50nm 이다.In this embodiment, in order to form a conductive line on the substrate 1, a solution containing silver nanoparticles was used as the conductive liquid. The silver nano solution is composed of 20 wt% silver and 80 wt% ethylene glycol, and very small amount of surfactants are added to prevent aggregation between particles. The average particle diameter of silver nanoparticles is 30-50 nm.

먼저, 전술한 바와 같은 은 나노 입자가 함유된 용액을, 액체공급부(1)의 시린지 펌프(12)를 사용해 1 ~ 2㎕/min 정도의 공급유량으로 고정한 상태에서 노즐(11)로 분무시킨다.First, the solution containing the silver nanoparticles as described above is sprayed with the nozzle 11 in a state of being fixed at a supply flow rate of about 1 to 2 μl / min using the syringe pump 12 of the liquid supply unit 1.

그 다음, 전원공급장치(4)를 사용해 노즐(11)과 전기수력학 렌즈(2) 사이에 다양하게 공급전압의 변화를 주어, 그 분무형태가 원뿔형 액주모드가 되도록 한다. 이때, 인택트 젯(intact jet)을 형성시킬 수 있는 안정적인 원뿔형 액주모드를 얻을 수 있도록 한다.Then, the power supply 4 is used to vary the supply voltage between the nozzle 11 and the electrohydraulic lens 2 so that the spray form is in the conical liquid injection mode. At this time, it is possible to obtain a stable conical liquid column mode that can form an intact jet.

그 다음, 제어부를 사용하여 스테이지부(3)의 위치 및 이동속도를 제어함으로써, 기판(5)이 이동되게 된다. Then, the substrate 5 is moved by controlling the position and the moving speed of the stage 3 using the control unit.

최종적으로, 입력된 패턴대로 기판(5)에 전도성 라인을 패터닝하기 위하여 기판(5)을 정밀하게 이동시켜 패터닝을 완성한다. 도 5에는 본 발명에 따른 프린팅 장치에 의해 기판에 패터닝된 라인의 현미경 사진이 나타나 있다.Finally, the patterning is completed by precisely moving the substrate 5 in order to pattern conductive lines on the substrate 5 in the input pattern. 5 shows a photomicrograph of a line patterned on a substrate by a printing apparatus according to the present invention.

한편, 상술한 바와 같은 방법으로 미세 회로 패턴을 구현함에 있어서, 전기 수력학 렌즈를 통한 실험을 통해서 패턴을 구현하다가 렌즈에 전압을 주지 않은 상태로 변환시키면서 렌즈의 유효성을 확인하는 실험을 반복하였다. 수학적인 해석 또한 실시하였는데, 이는 전기수력학 렌즈의 가장 효율적인 형태와 전기력 분포에 미치는 영향을 예측하기 위해서였다. 본 수학적 해석을 위해 FEM(finite element method) 방식을 이용하였다. 도 5에는 이러한 방식을 통하여 다양한 형태의 전기수력학 렌즈를 벡터 해석한 그림이 도시되어 있다.On the other hand, in the implementation of the fine circuit pattern by the method described above, the experiment was repeated to confirm the validity of the lens while converting the pattern to a state without applying voltage to the lens through the experiment through the electro-hydraulic lens. Mathematical analysis was also performed to predict the most efficient shape of the electrohydraulic lens and its effect on the distribution of force. The finite element method (FEM) method was used for this mathematical analysis. FIG. 5 shows a vector analysis of various types of electrohydraulic lenses through this method.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 접지전극 대신에 전기수력학 렌즈만을 사용하여 은 나노 입자가 함유된 용액을 전기수력학 방법으로 분무시켜 기판 위에 전도성 라인을 형성하여 부착시켰다. 아울러 접지전극을 사용하는 종래의 장치에서의 단점인 기판 아래의 활용이 곤란한 단점을 개선하는데 기여할 수 있으며, 잉크젯의 노즐보다 큰 노즐을 사용하여 높은 점도에서도 잉크젯과 같은 패턴의 구현이 가능한 전기수력학 프린팅 장치를 얻을 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, the solution containing silver nanoparticles was sprayed by an electrohydraulic method using only an electrohydraulic lens instead of the ground electrode to form conductive lines on the substrate. In addition, it can contribute to the improvement of the disadvantage that is difficult to use under the substrate, which is a disadvantage in the conventional apparatus using the ground electrode, and using the nozzle larger than the nozzle of the inkjet electro-hydraulic that can realize the inkjet-like pattern even at high viscosity A printing device can be obtained.

상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 수력학적인 힘 이외에도 전기적인 힘을 추가로 이용하기 때문에 상대적으로 큰 입경의 노즐을 이용해 더욱더 미세하고 균일한 크기의 액적을 얻을 수 있으며, 또한 작은 크기의 액적을 원하는 곳에 위치오차 없이 부착시킬 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, since the electrical force is used in addition to the hydraulic force, it is possible to obtain droplets of a finer and more uniform size by using a nozzle having a relatively large particle size, and also a small size. Droplets can be attached wherever they want without position error.

또한, 렌즈의 형상을 원하고자 하는 패턴의 형태에 따라 다양하게 변화시킬 수 있어 위치오차를 감소시킬 수 있으며, 하나의 노즐에서 적하모드만을 구현하는 잉크젯 방식과 달리, 렌즈의 형상 변환을 이용해 하나의 노즐에서 스프레이, 적하 모드 등을 다양하게 구현할 수 있다.In addition, the shape of the lens can be variously changed according to the desired pattern shape, thereby reducing the positional error. Unlike the inkjet method of implementing only the dropping mode in one nozzle, the shape of the lens is changed to one Various nozzles and spray modes can be implemented in the nozzle.

특히, 본 발명은 기존의 핀 대 핀 타입의 전극을 이용하여 젯을 원하는 곳에 부착할 수 있는 방법에서 더욱 발전한, 접지전극을 사용하지 않고도 원뿔형 액주모드를 발생시켜, 기존의 잉크젯과 대비하여 경쟁력 있는 선폭을 구현할 수 있다는 것에 큰 장점이 있다. In particular, the present invention generates a conical liquid injection mode without using a ground electrode, which is further developed in a method of attaching a jet to a desired place using a conventional pin-to-pin type electrode, which is competitive with conventional inkjets. The advantage is that the line width can be realized.

또한, 기판 아래에 접지전극이 존재하지 않으므로 기판 하부 공간을 다양하게 활용할 수 있으므로, 향후 전기수력학 렌즈를 이용한 프린팅 장비를 개발하는데 그 효과가 있다.In addition, since there is no ground electrode under the substrate, the lower space of the substrate may be utilized in various ways, and thus, there is an effect in developing printing equipment using an electrohydrodynamic lens in the future.

또한, 접지전극을 제거하고 안정성을 더욱 향상시킨 본 발명에 따른 전기수력학 렌즈를 적용함으로써, 다중노즐(multi-nozzle) 및 대면적 프린팅 기술을 개발하는 기초가 될 수 있다.In addition, by applying the electro-hydraulic lens according to the present invention to remove the ground electrode and further improve the stability, it can be the basis for the development of multi-nozzle and large-area printing technology.

Claims (9)

기판에 전도성 라인을 형성하기 위한 전기수력학 프린팅 장치(Electro-hydrodynamic printing, EHD printing)에 있어서,In electro-hydrodynamic printing apparatus (EHD printing) for forming conductive lines on a substrate, 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력으로 분무하는 노즐을 구비하는 액체공급부;A liquid supply unit having a nozzle for spraying a conductive liquid at a constant hydraulic pressure; 상기 노즐로부터 이격된 거리에 위치하고 상기 기판의 상방에 위치하는 중공의 전기수력학 렌즈;A hollow electro-hydraulic lens located at a distance from the nozzle and positioned above the substrate; 상기 기판을 유지하면서 이동시키는 스테이지부(stage); A stage for moving while holding the substrate; 상기 스테이지부의 위치 및 이동속도를 제어하기 위한 제어부; 및A control unit for controlling the position and the moving speed of the stage unit; And 상기 노즐과 상기 전기수력학 렌즈에 전압을 인가하는 전원공급장치A power supply for applying a voltage to the nozzle and the electrohydraulic lens 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치.Characterized in that it includes, electro-hydraulic printing device using a lens. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기수력학 렌즈는 내외부가 원통형인 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치.The electro-hydraulic lens is characterized in that the inner and outer cylindrical, electro-hydraulic printing device using a lens. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기수력학 렌즈는 외부가 원통형이고 내부는 원뿔형인 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치.The electrohydraulic lens is characterized in that the outer cylindrical and the inner conical, electro-hydraulic printing device using the lens. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기수력학 렌즈는, 내외부가 원뿔형이고 서로 동일한 기울기로 경사져 있는 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치.The electrohydraulic lens is an electro-hydraulic printing device using a lens, characterized in that the inner and outer conical and inclined at the same inclination with each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액체공급부는 시린지 펌프(syringe pump)에 의하여 상기 노즐로 전도성 액체를 공급하는 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 장치.The liquid supply unit is characterized in that for supplying a conductive liquid to the nozzle by a syringe pump (syringe pump), electro-hydraulic printing apparatus using a lens. 기판에 전도성 라인 형성을 위한 전기수력학 프린팅(Electro-hydrodynamic printing, EHD printing) 방법에 있어서,In the electro-hydrodynamic printing (EHD printing) method for forming a conductive line on the substrate, 전도성 액체를 일정한 수력학적 압력으로 분무하는 노즐을 구비하는 액체공급부를 제공하는 단계;Providing a liquid supply having a nozzle for spraying a conductive liquid at a constant hydraulic pressure; 상기 노즐로부터 이격되도록 상기 기판의 상방에 전기수력학 렌즈를 위치시키는 단계;Positioning an electrohydraulic lens above the substrate to be spaced apart from the nozzle; 상기 기판을 유지하면서 이동시키는 스테이지부(stage)를 제공하는 단계; Providing a stage for moving while holding the substrate; 상기 스테이지부의 위치 및 이동속도를 제어하기 위한 제어부를 제공하는 단계; Providing a control unit for controlling the position and the moving speed of the stage unit; 상기 액체가 분무될 때 전원공급장치로부터 상기 노즐과 상기 전기수력학 렌즈 사이에 전압을 인가하여 분무형태를 원뿔형 액주모드(cone jet mode)로 변환시키는 단계; 및Converting the spray form into a cone cone jet mode by applying a voltage between the nozzle and the electrohydraulic lens from a power supply when the liquid is sprayed; And 상기 원뿔형 액주모드로부터 분무될 때의 인택트 젯(intact jet)을 미리 설정된 패턴의 형상에 따라 상기 기판에 부착시켜 전도성 라인을 형성하는 단계;Attaching an intact jet when sprayed from the conical liquid jet mode to the substrate according to a shape of a predetermined pattern to form conductive lines; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 방법.It characterized in that, the electro-hydraulic printing method using a lens. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전기수력학 렌즈는, 내외부가 원통형인 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 방법.The electro-hydraulic lens, characterized in that the inner and outer cylindrical, electro-hydraulic printing method using a lens. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전기수력학 렌즈는, 외부가 원통형이고 내부는 원뿔형인 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 방법.The electrohydraulic lens, characterized in that the outer cylindrical and the inner conical, electro-hydraulic printing method using a lens. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전기수력학 렌즈는 내외부가 모두 원뿔형이고 동일한 기울기로 경사져 있는 것을 특징으로 하는, 렌즈를 이용한 전기수력학 프린팅 방법.The electro-hydraulic lens is characterized in that both inside and outside conical and inclined at the same slope, electro-hydraulic printing method using a lens.
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