KR100972689B1 - Apparatus and method of forming conductive track on substrate at room temperature using particles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판상에 소정의 분말을 적층시키는 장치 및 방법에 관한 것으로,보다 상세하게는 상온에서 예컨대 주석(Sn)을 주성분으로 하는 납땜용 재료나 구리, 금, 은, 백금 등의 전도성 금속 분말을 고압의 이송기체를 노즐을 통해 기판에 분사하여 적층함으로써 납땜을 하거나 도선을 형성할 수 있는 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for laminating a predetermined powder on a substrate, and more particularly, to a soldering material containing, for example, tin (Sn) as a main component or conductive metal powder such as copper, gold, silver and platinum at room temperature. The present invention relates to an apparatus and method for forming a conductor on a substrate at room temperature using powder capable of soldering or forming a conductor by spraying a high pressure carrier gas onto a substrate through a nozzle.
증가하는 환경오염에 대한 관심 때문에 친환경적인 재료에 대한 개발과 연구가 활발히 진행 중이다. 종래 전자적 디바이스나 전기 통신분야, 및 회로 등의 배선에 융점이 낮아 취급하기가 쉽고 전도성이 우수한 납이 많이 사용되어 왔다.Due to the increasing interest in environmental pollution, development and research on environmentally friendly materials are actively underway. Conventionally, lead has been used in electronic devices, telecommunications fields, and circuits for low melting points and easy handling and excellent conductivity.
그러나 이러한 납은 중금속에 속하는 것으로서 환경에 심각한 영향을 미치는 문제가 있었다.However, this lead is a heavy metal belonging to a serious environmental problem.
따라서, 최근 배선용 납의 대체물질로서 주석(Sn) 또는 주석과 금, 은, 구리 등 다른 금속과의 혼합물이 납의 일 대안으로 연구되고 있다.Therefore, tin (Sn) or a mixture of tin and other metals such as gold, silver, and copper as a substitute for lead for wiring has recently been studied as an alternative to lead.
그러나 주석이나 주석 혼합물은 납보다 환경오염 문제에 덜 민감하지만 융점이 높다는 단점이 있다. 따라서 도선을 형성하기 위해 이러한 주석이나 주석 혼합물을 높은 온도에서 취급하여야 하는 경우가 많다. 일반적으로 기판용으로 사용되는 재료는 PCB (Printed Circuit Board), PMMA (PolymethylMethacrylate) 등 열에 약한 경우가 많다. However, tin and tin mixtures are less susceptible to environmental problems than lead, but have the disadvantage of high melting points. Therefore, these tin or tin mixtures are often required to be handled at high temperatures to form lead wires. Generally, materials used for substrates are often weak to heat such as PCB (Printed Circuit Board) and PMMA (PolymethylMethacrylate).
따라서 이러한 기판상에 도선이 고온에서 형성되는 경우 열에 취약한 기판이 열손상을 입을 수 있다.Therefore, when conducting wires are formed on the substrate at a high temperature, the substrate, which is susceptible to heat, may be damaged.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 고안된 것으로서 본 발명의 일 목적은 상온에서 주석을 주성분으로 하는 납땜용 재료나 구리, 금, 은, 백금 등의 전도성 금속 분말을 고압의 이송기체를 이용하고 분사노즐을 통해 기판에 분사하여 적층함으로써 도선을 형성할 수 있는 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to overcome the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a high-pressure transfer gas to a conductive material powder such as copper, gold, silver, platinum, or the like for soldering materials containing tin as a main component at room temperature. The present invention provides an apparatus and method for forming a conductor on a substrate at room temperature using powder which can be used to form a conductor by spraying and laminating the substrate through an injection nozzle.
본 발명의 일 태양에 따라 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치 가 제공되고, 상기 도선 형성 장치는 챔버; 상기 챔버와 연결되어 상기 챔버 내부를 진공 환경으로 조성하는 진공펌프; 상기 챔버 내부에 형성되며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 챔버 내부에 형성되며, 상기 기판 상에 소정의 분말을 분사하도록 구성된 분사노즐; 상기 챔버 외부에 형성되며, 소정의 가스를 주입하는 가스주입부; 상기 가스주입부와 상기 분사노즐에 각각 연결되어 상기 가스주입부에서 주입되는 가스가 상기 분사노즐까지 이동할 수 있도록 하는 배관; 및 상기 배관에 연결되며, 상기 가스가 이동하는 배관에 분말을 공급하는 분말공급부를 포함하고, 상기 분말은 0.01 내지 20㎛의 크기를 가지며 상기 분사노즐에 의한 분사속도는 200 내지 1500m/sec일 수 있다. According to one aspect of the present invention, there is provided a wire forming apparatus on a substrate at room temperature using powder, the wire forming apparatus comprising: a chamber; A vacuum pump connected to the chamber to create a vacuum environment inside the chamber; A substrate support formed in the chamber and supporting the substrate; An injection nozzle formed in the chamber and configured to spray predetermined powder on the substrate; A gas injection unit formed outside the chamber and injecting a predetermined gas; A pipe connected to each of the gas injection unit and the injection nozzle to move the gas injected from the gas injection unit to the injection nozzle; And a powder supply part connected to the pipe and supplying powder to the pipe through which the gas moves, wherein the powder has a size of 0.01 to 20 μm and the injection speed by the injection nozzle may be 200 to 1500 m / sec. have.
상기 분사노즐은 상기 배관에 연결되는 제1개구부, 상기 기판에 분말을 분사하기 위한 제2개구부, 및 상기 제1개구부와 제2개구부 사이에 형성된 노즐목을 포함하고, 상기 제1개구부에서 상기 노즐목까지는 구경이 점차로 감소하고, 상기 노즐목에서 제2개구부까지는 구경이 점차로 증가하거나 유지되며, 상기 제2개구부의 크기는 1mm이하일 수 있다.The injection nozzle includes a first opening connected to the pipe, a second opening for injecting powder onto the substrate, and a nozzle neck formed between the first opening and the second opening, and the nozzle at the first opening. The aperture is gradually reduced to the neck, the aperture is gradually increased or maintained from the nozzle neck to the second opening, and the size of the second opening may be 1 mm or less.
상기 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치는 상기 분사노즐과 상기 분말공급부 사이에서 상기 분말을 300℃로 가열하기 위한 가열부를 더 포함할 수 있다.The apparatus for forming a wire on a substrate at room temperature using the powder may further include a heating unit for heating the powder to 300 ° C. between the injection nozzle and the powder supply unit.
상기 분사노즐은 상기 기판 면에 대해서 경사 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.The injection nozzle may be configured to be tilted relative to the substrate surface.
상기 기판 지지부는 X축, Y축, 및 Z축으로 이동가능하게 형성될 수 있다.The substrate support may be formed to be movable in the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
상기 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치는 상기 기판과 노즐 사이에 특정 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 마스크 제공부를 더 포함할 수 있다.The apparatus for forming a wire on a substrate at room temperature using the powder may further include a mask providing unit that provides a mask having a specific pattern between the substrate and the nozzle.
본 발명의 다른 태양에 따라, 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 방법이 제공되고, 상기 방법은 분말을 공급하는 제 1 단계; 상온에서 이송 가스를 불연속으로 주입하여 상기 공급된 분말을 분사노즐로 운반하는 제 2 단계; 및 상온 및 대기압 또는 진공상태에서 상기 운반된 분말을 상기 분사노즐을 이용하여 기판상에 분사하여 도선을 형성하는 제 3 단계를 포함하고, 상기 분말의 크기는 0.01 내지 20 ㎛이고, 적층된 도선의 폭은 1mm이하이고, 상기 제 3 단계는 200 내지 1500m/sec의 분사속도로 수행될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a lead on a substrate at room temperature using powder, the method comprising: a first step of supplying powder; A second step of transporting the supplied powder to the injection nozzle by discontinuously injecting a transport gas at room temperature; And a third step of forming the conductive wire by spraying the transported powder onto a substrate using the injection nozzle at room temperature and atmospheric pressure or in a vacuum state, wherein the powder has a size of 0.01 to 20 μm, The width is 1 mm or less, and the third step may be performed at an injection speed of 200 to 1500 m / sec.
상기 분말은 주석, 구리, 금, 은, 백금, 및 그 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된 금속의 분말이고 상기 기판은 PCB, PET, PMMA를 포함하는 폴리머 기판, 유리 기판, 또는 종이 기판일 수 있다.The powder is a powder of a metal selected from the group comprising tin, copper, gold, silver, platinum, and mixtures thereof and the substrate may be a polymer substrate, a glass substrate, or a paper substrate comprising PCB, PET, PMMA.
상기 제 3 단계는 진공상태에서 수행될 수 있다.The third step may be performed in a vacuum state.
상기 제 3 단계는 상기 기판에 패턴이 형성되도록 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. The third step may include moving the substrate to form a pattern on the substrate.
상기 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 방법은 상기 기판에 패턴이 형성되도록 상기 기판과 상기 분사노즐 사이에 마스크를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of forming a conductive wire on a substrate at room temperature using the powder may further include providing a mask between the substrate and the spray nozzle to form a pattern on the substrate.
상기 제 3 단계는 상기 분말을 분사하여 전기소자와 배선을 연결시키는 단계를 포함하거나 단선된 배선을 상기 분말을 분사하여 연결하는 단계를 포함할 수 있다.The third step may include the step of spraying the powder to connect the electric element and the wire or the step of spraying the powder to the disconnected wire.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치 및 방법은 상온에서 주석을 주성분으로 하는 납땜용 재료나 구리, 금, 은, 백금 등의 전도성 금속 분말을 고압의 이송기체를 이용하고 분사노즐을 통해 기판에 분사하여 적층함으로써 도선을 형성할 수 있다. 따라서 종래의 도선 형성 장치나 방법에 문제로 지적되어 오던 기판상에 도선 형성시 발생할 수 있는 기판의 열손상을 방지할 수 있다.As described above, the apparatus and method for forming a wire on a substrate at room temperature using the powder according to the present invention transfer the conductive material powder such as copper, gold, silver, platinum and the like at a high pressure to a soldering material containing tin as the main component at room temperature. Conducting wires can be formed by using a gas and spraying and stacking the substrate through an injection nozzle. Therefore, it is possible to prevent the thermal damage of the substrate that can occur when forming the conductive wire on the substrate that has been pointed out as a problem with the conventional wire forming apparatus or method.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the same reference numerals will be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the same components preferred embodiments of the present invention. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다. The embodiments described in the specification and the configuration shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application are There may be.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속적인 이송 가스 공급을 이용한 분말 적층 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a powder laminating apparatus using a discontinuous transfer gas supply according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 적층 장치(1)는 챔버(10), 진공펌프(20), 기판 지지부(30), 분사노즐(40), 가스 주입부(50), 배관(60), 및 분말공급부(70)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the powder stacking apparatus 1 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a
상기 챔버(10)는 기판 지지부(30) 및 분사노즐(40)을 수용하고 있으며, 챔버(10)에는 챔버(10)내부를 진공상태로 하는 진공펌프(20)에 연결되어 있다.The
상기 기판 지지부(30)는 챔버(10) 내부에 형성되어 소정의 기판(S)을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 소정의 구동장치(31)에 의해 X, Y축으로 이동가능하게 구성된다. 이렇게 함으로써, 기판 지지부(30)에 고정되는 기판(S) 또한 이동가능하므로 기판(S)상에 분말이 소정 패턴으로 적층될 수 있다.The
상기 기판(S)으로는 금속, 세라믹, 또는 고분자 물질 등을 이용할 수 있다.As the substrate S, a metal, a ceramic, or a polymer material may be used.
상기 분사노즐(40)은 챔버(10) 내부에 형성되어 기판(S)상에 분말을 분사하여 기판(S)상에 분말을 적층한다. 분사노즐(40)은 제1개구부(41), 제2개구부(42), 및 노즐목(43)을 포함할 수 있다. The
제1개구부(41)는 배관(60)에 연결되어 배관(60)으로부터 분말을 전달받는 역할을 한다. 제2개구부(42)는 제1개구부(41)를 통해 전달받은 분말을 기판(S)에 분사하는 역할을, 그리고 노즐목(43)은 제1개구부(41)와 제2개구부(42)사이에 형성되어, 제1개구부(41)와 제2개구부(42)를 상호연결한다.The
노즐목(43)은 예컨대 10㎛ 내지 3mm의 직경 또는 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 제1개구부(41)에서 노즐목(43)까지는 구경이 점차로 감소하고 노즐목(43)에서 제2개구부(42)까지는 구경이 점차로 증가하도록 형성됨으로써 분사노즐(40)을 통해 분사되는 분말이 예컨대 200 내지 2000m/sec의 분사속도로 분사될 수 있도록 될 수 있다.The nozzle neck 43 may be formed to have a diameter or width of, for example, 10 μm to 3 mm. Since the aperture is gradually reduced from the
또한 제1개구부(41)가 제2개구부(42)보다 클 수 있다.In addition, the
또한 제2개구부(42)의 크기를 조절함으로써 기판(S)상에 형성되는 도선의 폭을 조절할 수 있다. 예컨대, 제2개구부(42)의 크기를 1mm이하의 폭으로 함으로써 1mm이하의 도선을 기판(S)상에 형성할 수 있다.In addition, the width of the conductive line formed on the substrate S may be adjusted by adjusting the size of the
도 1에서는 분사노즐(40)이 기판(S)면에 대하여 수직으로 형성되어 있으나 본 발명은 이로써 제한되지 않고 분사노즐(40)이 기판(S)면에 대하여 소정의 각도로 경사 조절될 수 있도록 형성될 수 있고 따라서 분사되는 분말이 기판(S)면에 대하여 경사 조절될 수 있도록 분사되도록 할 수도 있다. In FIG. 1, the
또한 본 발명은 이로써 제한되지 않고 분사노즐(40)을 수평면에 대하여 수직하게 형성하고 기판(S)을 소정각으로 경사 조절될 수 있도록 배치할 수도 있다.In addition, the present invention is not limited thereto, but may be disposed so that the
상기 가스 주입부(50)는 챔버(10)외부에 형성되어 분말을 운반하는 가스를 주입한다. 가스 주입부(50)에서 주입되는 가스압을 적절히 조절하고 분사노즐(40)을 사용함으로써 분사노즐(40)을 통해 분사되는 분말의 분사속도를 적절히 조절할 수 있다.The
가스 주입부(50)에서 주입되는 가스로는 헬륨, 질소, 산소 또는 공기 등-그러나 이로써 제한되지 않는다-을 이용할 수 있다.As the gas injected from the gas inlet 50, helium, nitrogen, oxygen, air, or the like may be used, but not limited thereto.
상기 배관(60)은 가스 주입부(50)와 분사노즐(40)에 연결되어 가스 주입부(50)에서 공급되는 가스가 분사노즐(40)까지 이동할 수 있도록 한다. The
상기 분말공급부(70)는 배관(60)에 연결되어 배관(60)에 분말을 공급한다. 공급되는 분말로는 금속 또는 세라믹을 포함할 수 있고, 그 크기는 예컨대 0.1 내지 10㎛범위일 수 있다.The
도 1에서는 분말공급부(70)를 단 하나만이 제공되고 있지만 이는 예시적인 것으로서 본 발명은 이로써 제한되지 않고 복수의 분말공급부를 포함할 수 있다.In FIG. 1, only one
이 경우 배관(60) 또한 복수의 분말공급부의 각각을 연결하기 위해 복수의 배관으로 구성될 수 있고 또한 상기 복수의 배관이 통합되는 배관을 포함할 수 있으며 이러한 통합배관은 분사노즐(40)에 연결될 수 있다.In this case, the
본 발명에 따른 불연속적인 이송 가스 공급을 위한 분말 적층 장치는 필터(80)를 더 포함할 수 있고 상기 필터(80)는 챔버(10)와 진공펌프(20)사이에 배치되어 적층을 수행한 분말을 포집하는 역할을 할 수 있다.The powder laminating apparatus for discontinuous delivery gas supply according to the present invention may further include a
한편, 상기 분사노즐(40)과 분말공급부(70) 사이에 (도시 안된) 가열부를 더 포함할 수 있고 이를통해 운반되는 분말을 예컨대 상온 내지 300℃로 가열할 수도 있다.On the other hand, it may further include a heating unit (not shown) between the
이와같이 가열부를 추가로 구성함으로써 분말을 소정온도의 범위로 가열하는 경우 분말의 분사속도를 다소 느리게, 예컨대 분사속도 범위를 300 내지 1200m/sec로 설정할 수 있다. 즉, 가열된 분말이 가열되지 않은 분말보다 높은 속도로 이동할 수 있으므로 분말을 소정온도 범위로 가열할 경우는 분말의 분사속도 범위를 다소 느리게 설정하더라도 최종적으로 기판에 충돌할 때는 원하는 속도를 얻을 수 있게된다. In this way, by additionally configuring the heating unit, when the powder is heated in the range of the predetermined temperature, the spraying speed of the powder can be set slightly slower, for example, the spraying speed range is set to 300 to 1200 m / sec. That is, the heated powder can move at a higher speed than the unheated powder, so that when the powder is heated to a predetermined temperature range, the desired speed can be obtained when the powder finally collides with the substrate even if the spraying speed range is set slightly slower. do.
또한, 분말을 소정온도 범위로 가열하게 되면 분말이 기판에 충돌할 때 입자변형이 원활히 이루어져 기판에의 적층효율을 향상시킬 수 있다.In addition, when the powder is heated to a predetermined temperature range, when the powder collides with the substrate, the particle is smoothly deformed to improve the lamination efficiency on the substrate.
더하여 분사노즐(40)과 분말공급부(70)사이의 배관(60)에 (도시 안된) 필터부를 더 포함할 수 있다. 필터부는 운반되는 분말을 가스 중에 부유시켜 소정 크기 이상의 분말을 필터링할 수도 있다.In addition, the
그리고, 기판(S)과 분사노즐(40)사이에 식각공정을 위해 특정한 패턴이 형성된 마스크를 제공하는 (도시 안된) 마스크 제공부를 더 포함할 수 있다.Further, a mask providing unit (not shown) may be further provided between the substrate S and the
또한, 상기 도 1을 참조로 한 실시예에서는 분사노즐(40)이 단 하나 제공되고 있지만 본 발명은 이로써 제한되지 않고 복수의 분사노즐이 제공될 수 있다. 이 경우 복수의 분사노즐 각각에 대하여 별개의 제어밸브(90)가 제공될 수 있고 따라서 상기 복수의 제어밸브를 각각 제어함으로써 기판(S)상에 소정 패턴으로 분말을 적층할 수도 있다.In addition, in the embodiment with reference to FIG. 1, only one
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치에서는 분말을 분말공급부(70)로부터 연속적으로 또는 불연속적으로 공급할 수 있다.In the conducting wire forming apparatus on a substrate at room temperature using the powder according to the embodiment of the present invention, the powder may be continuously or discontinuously supplied from the
불연속적인 공급의 경우 예컨대 분말공급부(70)와 가스 주입부(50)사이에 (도시 안된) 제어밸브를 더 포함할 수 있고, 제어밸브의 온/오프를 제어함으로써 분사노즐(40)로부터의 분사속도를 더 높일 수 있다.In the case of discontinuous supply, for example, a control valve (not shown) may be further included between the
불연속적 공급시 분말의 크기는 예컨대 0.01 내지 20㎛범위일 수 있고 분말을 기판(S)상에 분사시 이송 가스의 제어를 위한 제어밸브의 완전개방까지의 시간 은 예컨대 2초 이하일 수 있고, 이송 가스의 공급시간은 제어밸브의 개방으로부터 폐쇄까지 예컨대 10초 이하일 수 있으며, 이송가스의 압력은 예컨대 2 내지 30bar일 수 있다.The size of the powder in discontinuous feeding may be in the range of, for example, 0.01 to 20 μm, and the time to the full opening of the control valve for the control of the conveying gas when the powder is sprayed onto the substrate S may be, for example, 2 seconds or less, The supply time of the gas may be, for example, 10 seconds or less from the opening of the control valve to the closing, and the pressure of the conveying gas may be, for example, 2 to 30 bar.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 방법에 대하여 도 1에 도시된 도선 형성 장치(1)를 참조로 설명한다. 다만, 본 발명에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 방법은 도 1에 도시된 도선 형성 장치(1)에 의해 수행되는 것으로 제한되지 않고 여타 장치로 수행될 수도 있다.Hereinafter, a method of forming a conductive wire on a substrate at room temperature using powder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the conductive wire forming apparatus 1 shown in FIG. 1. However, the method of forming a conductive wire on a substrate at room temperature using the powder according to the present invention is not limited to that performed by the conductive wire forming apparatus 1 shown in FIG. 1 and may be performed by other devices.
먼저, 소정의 분말을 공급한다. 여기서 분말의 종류로는 주석이나 주석혼합물, 또는 구리, 금, 은, 백금, 또는 그 혼합물 등의 금속을 이용할 수 있다. 분말은 도 1에 도시된 분말공급부(70)로부터 배관(60)을 통해 공급할 수 있다. First, a predetermined powder is supplied. Here, as the kind of powder, a metal such as tin, tin mixture, copper, gold, silver, platinum, or a mixture thereof can be used. Powder may be supplied through the
본 소정의 분말을 공급하는 단계는 예컨대 제 1 분말을 공급하는 단계 및 제 2 분말을 공급하는 단계를 포함하는 복수의 분말을 각각 공급하는 단계를 포함할 수도 있다. 이 경우 제 1 분말을 제 1 경로로 운반하는 단계, 제 2 분말을 제 2 경로로 운반하는 단계, 및 제 1 분말과 제 2 분말을 혼합하는 단계를 포함할 수도 있다.The step of supplying the predetermined powder may include supplying a plurality of powders each including, for example, supplying a first powder and supplying a second powder. In this case, the method may include transporting the first powder in the first path, transporting the second powder in the second path, and mixing the first powder and the second powder.
이러한 경우 제 1 분말과 제 2 분말은 서로 상이한 재료를 이용할 수도 있고 공급되는 양도 다양하게 변경할 수 있다.In this case, the first powder and the second powder may use different materials from each other, and the amount supplied may be variously changed.
다음, 상온에서 가스 주입부(50)를 통해 가스를 배관(60)을 통해 주입하여 공급된 분말을 분사노즐(40)에 운반한다.Next, the gas is injected through the
여기서 주입되는 가스의 가스압은 분사노즐(40)을 통해 분사되는 분말의 분사속도를 감안하여 적절히 조절될 수 있다.The gas pressure of the injected gas may be appropriately adjusted in view of the injection speed of the powder injected through the
한편, 분말을 운반하는 도중에 분말을 예컨대 상온 내지 300℃범위로 가열할 수 있고 이 경우는 분사노즐을 통해 분사되는 분말의 분사속도를 다소 느리게, 구체적으로는 예컨대 300 내지 1200m/sec범위로 설정할 수도 있다.On the other hand, the powder may be heated to a range of, for example, from room temperature to 300 ° C. during the conveyance of the powder. In this case, the injection speed of the powder injected through the injection nozzle may be set to be somewhat slow, specifically, for example, in the range of 300 to 1200 m / sec. have.
또한 분말을 운반하는 도중에 분말을 가스 중에 부유시켜 소정 크기 이상의 분말을 필터링할 수도 있다.In addition, the powder may be suspended in the gas during the transport of the powder to filter the powder of a predetermined size or more.
다음, 분사노즐(40)을 이용하여 기판(S)상에 분말을 분사한다.Next, the powder is sprayed onto the substrate S using the
여기서 기판으로는 PCB, PET, PMMA 등의 폴리머 기판이나, 유리기판 또는 종이 등으로 제조될 수 있다.The substrate may be made of a polymer substrate such as PCB, PET, PMMA, glass substrate or paper.
이러한 공정은 진공펌프(20)를 이용하여 진공상태로 된 챔버(10)내에서 수행될 수 있다.This process may be performed in the
그리고, 분말의 분사 전에 기판(S) 상에 마스크를 배치시킨 상태에서 분말을 분사함으로써 소정 패턴을 갖는 도선으로 적층할 수 있다. 이렇게 함으로써 종래의 납땜과 같이 기판의 열손상 없이 도선을 기판에 형성할 수 있다.And by spraying powder in the state which arrange | positioned the mask on the board | substrate S before spraying powder, it can laminate | stack by the conducting wire which has a predetermined pattern. In this way, the conductive wire can be formed on the substrate without thermal damage to the substrate as in conventional soldering.
만일, 상기한 바와 같은 분말을 운반하는 단계가 제 1 분말을 운반하는 단계와 제 2 분말을 운반하는 단계와 같이 복수의 분말의 각각의 운반단계를 포함하는 경우 분사노즐(40)을 이용하여 기판(S) 상에 분말을 분사하는 단계는 혼합된 제 1 분말과 제 2 분말을 하나의 분사노즐을 이용하여 분사하는 단계로 구현될 수 있고 이때, 공급되는 제 1 분말과 제 2 분말의 양을 변경하여 분사되는 제 1 분말과 제 2 분말의 양을 변경함으로써 기판(S) 상에 도포되는 제 1 분말과 제 2 분말의 양을 상이하거나 연속적으로 비율이 변하도록 할 수도 있다.If the conveying powder as described above includes conveying each of the plurality of powders, such as conveying the first powder and conveying the second powder, the substrate using the
<실험예>Experimental Example
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성의 실험결과를 도 2a 내지 도 4c를 참조로 설명한다.Hereinafter, the experimental results of the formation of the lead on the substrate at room temperature using the powder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 4C.
여기서, 기판(S)으로서 PCB (Printed Circuit Board), PET (Poly Ethylene Terephthalate), PMMA (Polymethyl Methacrylate), 유리, 및 종이 기판을 준비하고 적층을 위한 분말로서 크기가 수십nm 내지 수㎛인 코트로닉스사가 제조한 주석(Sn)분말을 사용하였다. Here, as a substrate (S), PCB (Printed Circuit Board), PET (Poly Ethylene Terephthalate), PMMA (Polymethyl Methacrylate), glass, and paper substrates are prepared, and as a powder for lamination, the size of several tens of nanometers to several micrometers The tin (Sn) powder manufactured by the company was used.
이송 가스로는 압축공기 또는 헬륨가스를 사용하였고 분사노즐로서 10mm폭X0.4mm갭 크기의 슬릿타입 노즐을 이용하였다.Compressed air or helium gas was used as a conveying gas, and a slit type nozzle of 10 mm width x 0.4 mm gap size was used as the injection nozzle.
또한 기판과 분사노즐(40)간의 간격을 2mm, 가스압을 압축공기일 경우 700kPa로 헬륨일 경우 500kPa로, 챔버내 압력을 10 내지 30kPa로 하였고 적층 반복시간을 10초미만으로 하였다.In addition, the distance between the substrate and the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치를 통해 기판상에 형성된 도선을 광학 현미경으로 촬영한 이미지를 도시한 도로서, 도 2a 내지 도 2e는 사용된 기판이 PCB, PET, PMMA, 유리, 그리고 종이 인 경우를 각각 나타낸 도이다. 여기서 PET기판의 경우 20mm길이의 도선을 적층하였고 기타 기판상에는 10mm길이의 도선을 적층하였다.FIG. 2 is a view showing an image taken with an optical microscope of a wire formed on a substrate through a wire-forming device on a substrate at room temperature using powder according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2E are used. Figures show the case where the substrate is PCB, PET, PMMA, glass, and paper. In the case of PET substrate, 20mm long wires were laminated, and other wires were 10mm long.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이 선명한 주석 도선이 기판상에 형성됨을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 2 it was confirmed that the clear tin lead is formed on the substrate.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치를 통해 기판상에 형성된 도선의 표면조도(Surface Profile)를 도시한 도로서, 도 3a 내지 도 3e는 사용된 기판이 PCB, PET, PMMA, 유리, 그리고 종이인 경우를 각각 나타낸 도이다. 여기서, 각각의 기판의 표면조도는 베코 인스트루먼트사의 Dektak 6M 표면조도계 및 0.2㎛반경의 다이아몬드 스타일러스로 측정하였다.3 is a view showing a surface roughness (Surface Profile) of the conductive wire formed on the substrate through the substrate-form wire forming apparatus at room temperature according to an embodiment of the present invention, Figures 3a to 3e is used Figures show the case where the substrate is a PCB, PET, PMMA, glass, and paper. Here, the surface roughness of each substrate was measured with a Dektak 6M surface roughness gauge manufactured by Beco Instruments Inc. and a diamond stylus having a 0.2 μm radius.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이 적층된 분말 도선의 최대 높이는 종이 기판에 적층했을 경우 대략 92㎛이었고 최소 높이는 유리 기판에 적층했을 경우인 대략 1㎛인 것으로 확인되었다.As can be seen in FIG. 3, the maximum height of the laminated powder lead wire was about 92 μm when laminated on a paper substrate, and the minimum height was about 1 μm when laminated on a glass substrate.
또한, 형성된 주석 라인의 폭은 PCB기판에 형성된 것 외에는 분사노즐의 폭보다 좁다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, it was confirmed that the width of the formed tin line is smaller than the width of the spray nozzle except that formed on the PCB substrate.
아래 표 1은 적층된 주석 라인의 폭과 높이를 기판의 종류에 따라 나타낸 표이고 표 2는 주석 라인의 도전성을 멀티미터로 잰 결과를 기판의 종류별로 나타낸 표이다.Table 1 below is a table showing the width and height of the stacked tin line according to the type of substrate, and Table 2 is a table showing the results of measuring the conductivity of the tin line by a multimeter by the type of the substrate.
상기 결과로부터 본 발명에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치에 의한 주석 도선의 형성은 상기 유리 기판에 형성하는 것을 제외하고는 상당히 이론치(계산치)에 근접하여 실제 제조 공정에서 양호한 도선을 형성하는 방법으로 이용가능함을 보여주었다.From the above results, the formation of the tin lead by the lead forming apparatus on the substrate at room temperature using the powder according to the present invention is very close to the theoretical value (calculated value) except that the lead is formed on the glass substrate. It has been shown to be available as a way of forming.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치에 의해 기판상에 형성된 주석 도선의 단면도로서, 도 4a는 기판이 PCB인 경우를, 도 4b는 기판이 PET인 경우를, 그리고 도 4c는 기판이 종이인 경우를 각각 나타낸다.FIG. 4 is a cross-sectional view of a tin lead formed on a substrate by an apparatus for forming a substrate on a substrate at room temperature using powder according to an embodiment of the present invention. FIG. 4A illustrates a case in which the substrate is a PCB, and FIG. 4C shows the case where the substrate is paper, respectively.
도 4로부터 적층된 주석분말과 기판사이에 경계가 선명히 확인되었고 종래 땜납 등의 사용에 의한 열변형 등의 기판의 변형이나 결함이 발견되지 않았음을 확인할 수 있었다.4, the boundary between the laminated tin powder and the substrate was clearly confirmed, and it was confirmed that no deformation or defect of the substrate such as thermal deformation due to the use of conventional solder or the like was found.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is only illustrative of the preferred embodiments of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속적인 이송 가스 공급을 이용한 분말 적층 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면;1 is a view showing a schematic configuration of a powder lamination apparatus using a discontinuous transfer gas supply according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치를 통해 기판상에 형성된 도선을 광학 현미경으로 촬영한 이미지를 도시한 도면으로서, 도 2a 내지 도 2e는 사용된 기판이 PCB, PET, PMMA, 유리, 그리고 종이인 경우를 각각 나타낸 도면;FIG. 2 is a view showing an image taken with an optical microscope of a wire formed on a substrate through a wire-forming device on a substrate at room temperature using powder according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2E are used. A diagram showing the case where the substrates are PCB, PET, PMMA, glass, and paper, respectively;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치를 통해 기판상에 형성된 도선의 표면조도(Surface Profile)를 도시한 도로서, 도 3a 내지 도 3e는 사용된 기판이 PCB, PET, PMMA, 유리, 그리고 종이인 경우를 각각 나타낸 도면; 및3 is a view showing a surface roughness (Surface Profile) of the conductive wire formed on the substrate through the substrate-form wire forming apparatus at room temperature according to an embodiment of the present invention, Figures 3a to 3e is used A diagram showing the case where the substrates are PCB, PET, PMMA, glass, and paper, respectively; And
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말을 이용한 상온에서의 기판상 도선 형성 장치에 의해 기판상에 형성된 주석 도선의 단면도로서, 도 4a는 기판이 PCB인 경우를, 도 4b는 기판이 PET인 경우를, 그리고 도 4c는 기판이 종이인 경우를 각각 나타낸 도면.FIG. 4 is a cross-sectional view of a tin lead formed on a substrate by an apparatus for forming a substrate on a substrate at room temperature using powder according to an embodiment of the present invention. FIG. 4A illustrates a case in which the substrate is a PCB, and FIG. Fig. 4C shows the case where the substrate is paper, respectively.
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