KR100993906B1 - 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그시스템 - Google Patents

잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그시스템 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 박막 제조 방법은 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 기 결정된 패턴 모양으로 기판 상에 분사하는 단계; 및 상기 기판 상에 분사된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 상기 패턴 모양의 세라믹 박막을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 세라믹 박막의 유전 특성을 향상시키기 위해 상기 잉크에 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
잉크, 잉크젯 프린터, 세라믹 박막, 결정화, 전구체 형성

Description

잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING A CERAMIC FILM USING INKJET PRINTER}
본 발명은 세라믹 박막 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉크젯 프린터를 구성하는 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 분사하여 분사된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 기 결정된 패턴 모양의 세라믹 박막을 제조할 수 있는 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
전자산업에 있어서, 저렴하고 높은 해상도 및 미세한 라인 전자장치를 제조하는 것이 추세인데, 이런 전자장치를 제조하기 위한 기술로서, 잉크젯을 이용한 인쇄기술이 각광을 받고 있다.
종래 잉크젯을 이용하는 기술 중 하나는, (a) 용매 내의 물질의 콜로이드성 입자들의 현탁액을 잉크젯 인쇄에 의해 기재상에 침착시킴 (b) 용매를 증발시켜, 기재 상에 물질을 남김 (c) 침착된 물질을 기재에 레이저 어닐링하여, 레이저 빔의 경로에 의해 패턴을 정함 및 (d) 레이저 빔에 의해 어닐링되지 않은 과량의 물질을 제거함으로써, 물질의 침착에 의한 기재상의 패턴을 형성할 수 있다.
종래 잉크젯을 이용하는 기술 중 다른 하나는, 0.001[㎛] 이상 내지 10[㎛] 이하의 입자 크기를 갖는 금속 분말을, 2 poise 이하의 점도로, 1 중량% 이상 내지 80 중량% 이하로 적어도 물 또는 유기 용매에 분산시킴으로써 제조된 잉크를 이용하는 잉크젯 방법에 의해, (a)세라믹 그린 시이트(sheet) 상에 구체화된 잉크 패턴을 형성하는 공정을 복수회 반복함 (b)이 잉크 패턴을 형성하는 복수개의 세라믹 그린 시이트들을 적층하여, 세라믹의 원적층체를 형성함 및 (c)구체화된 모양으로 절단하여 소성하고, 외부 전극을 형성함으로써, 전자 부품을 제조할 수 있다.
이와 같이 종래 기술에 따른 패턴 형성 과정은 금속, 세라믹 및 용해성 고분자 등을 이용하여 잉크를 제조하고, 제조된 잉크를 잉크젯을 이용하여 분사하여 패턴을 형성한다.
하지만, 종래 잉크젯을 이용한 기술은 일정 크기 이상의 분말을 함유한 잉크는 분사 시에 노즐이 막힐 수 있고, 잉크 제조가 불가능한 경우 제조된 잉크를 장시간 유지하기 힘든 문제점이 있다. 즉, 세라믹 입자들의 직경이 수백 나노미터 이상인 경우에는 심각한 노즐의 막힘 현상이 발생 할 수 있고, 세라믹 잉크의 보관 문제가 발생할 수 있다.
특히, 세라믹 박막을 잉크젯 방법을 이용하여 형성하는 경우 세라믹 입자의 비중에 의하여 잉크의 안정성을 얻기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤더로부터 분사된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 성형이 어려운 세라믹 박막을 패턴된 상태로 제조할 수 있는 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 패턴 성형이 어려운 세라믹 패턴이 가능하고, 기능성 소자에 적용 가능한 세라믹 박막을 제조할 수 있는 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 측면에 따른 세라믹 박막 제조 방법은 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 기 결정된 패턴 모양으로 기판 상에 분사하는 단계; 및 상기 기판 상에 분사된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 상기 패턴 모양의 세라믹 박막을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 세라믹 박막 제조 방법은 상기 세라믹 박막이 형성된 상기 기판을 열처리 또는 자외선 처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 열처리는 온도 300~750[℃] 사이로 30분 이내로 이루어질 수 있다.
더 나아가, 상기 세라믹 박막 제조 방법은 상기 세라믹 박막의 유전 특성을 향상시키기 위해 상기 잉크에 도핑하는 단계를 더 포함하고, 도핑된 상기 잉크를 상기 잉크젯 헤드에 삽입할 수 있다.
이때, 상기 잉크에 도핑되는 도판트는 알카리 금속, 마그네슘 이온, 란타나 이드 계열의 금속이온, 지르코늄 및 니오븀이온 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 박막이 PZT인 경우 상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 납 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 지르코늄 이온이 포함되는 잉크가 삽입되며, 상기 잉크젯 헤드 중 또 다른 하나에는 티탄산 이온이 포함되는 잉크가 삽입될 수 있다.
상기 세라믹 박막이 PMN인 경우 상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 납 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 마그네슘 이온이 포함되는 잉크가 삽입되며, 상기 잉크젯 헤드 중 또 다른 하나에는 니오븀 이온이 포함되는 잉크가 삽입될 수 있다.
상기 세라믹 박막이 BT인 경우 상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 바륨 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 티탄산 이온이 포함되는 잉크가 삽입될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 세라믹 박막 제조 시스템은 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드를 포함하고, 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 기판 상에 세라믹 박막이 형성될 수 있도록 상기 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 상기 기판 상에 일정 패턴 모양으로 분사하는 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터; 및 상기 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터가 상기 기판 상에 일정 패턴 모양으로 상기 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 분사할 수 있도록 상기 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터를 제어하는 제어기기를 포함할 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스템을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
잉크젯 프린팅 기술은 대기의 압력하에서 프린팅 시에만 잉크 방울을 분사하여 기록하는 방법으로, 잉크방울을 형성하는데 압전변환기를 써서 잉크방울을 만드는 압전 방식과 열을 이용하여 기포를 만들어 잉크를 분사하는 가열 방식으로 크게 나눌 수 있고, 압전 방식은 다시 압전변환기의 형태에 따라 박막이나 피스톤 같은 평면형 변환기와 원통형 변환기로 나누어진다.
압전변환기를 사용할 경우는 잉크실이나 노즐에 변환기를 부착하여 압전소자의 수축에 따라 잉크방울이 형성되며, 버블을 사용할 경우에는 거품사이즈가 커짐에 따라 부피가 팽창하여 잉크실에서 잉크를 밖으로 밀어냄으로써, 잉크방울을 형성하게 된다.
여기서, 잉크의 재공급은 모세관 흡입작용에 의해서 자동으로 되므로 펌프를 별도로 구비할 필요가 없다.
본 발명은 이러한 잉크젯 프린터의 기술적인 장점을 이용하여 원하는 부분에 두 개 이상의 잉크젯 헤드로부터 기판 상으로 분사되는 두 가지 이상의 반응성 용액이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 원하는 패턴 모양의 세라믹 박막을 제조하는 것을 그 요지로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 시스템에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 세라믹 박막 제조 시스템은 잉크젯 프린터(110) 및 제어기기(120)를 포함한다.
잉크젯 프린터(110)는 기판(130) 상에 세라믹 박막(140)을 형성하기 위한 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터로서, 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드를 포함하고, 잉크들의 화학 반응 예를 들어, 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 세라믹 박막이 형성될 수 있도록 잉크젯 헤드에 포함된 잉크를 일정 패턴 모양으로 기판 상에 분사한다.
이때, 잉크젯 헤드에 삽입되는 잉크는 제조되는 세라믹 박막(140)의 유전 특성을 향상시키기 위하여 도핑을 실시할 수 있으며, 잉크에 도핑되는 도판트(dopant)로는 알카리 금속, 마그네슘 이온, 란타나이드 계열의 금속이온, 지르코늄 및 니오븀이온을 포함할 수 있다.
여기서, 기판(130)은 실리콘 기판, 유리기판, 금속 호일 기판 및 알루미나 기판 등의 통상의 기판이 될 수 있다.
물론, 본 발명의 잉크젯 헤드에서 잉크를 분사하는 방식은 압전소자에 의한 진동으로 잉크방울을 분사하는 피에조 방식, 열을 이용하여 내부에 기포를 발생시 키고 이에 따라 잉크방울을 밀어내는 가열 방식 및 버블젯 방식을 이용할 수 있는데, 피에조 방식을 이용하는 경우 잉크젯 프린터는 주파수의 조절, 잉크 저장소의 온도 조절 및 적용 기재의 온도 조절이 가능할 수 있다.
제어기기(120)는 기판(130) 상에 일정 패턴 모양으로 세라믹 박막이 제조될 수 있도록 잉크젯 프린터(110)를 제어한다. 즉, 제어기기(120)는 잉크젯 프린터(110)에 구비된 잉크젯 헤드들로부터 잉크가 일정 패턴 모양으로 분사될 수 있도록 잉크젯 프린터(110)를 제어함으로써, 잉크젯 헤더에 삽입된 잉크가 일정 패턴 모양으로 기판(130) 상에 분사되도록 한다.
여기서, 제어기기(120)는 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 기판(130) 상에 동시에 분사되도록 제어할 수도 있고, 순차적으로 분사되도록 제어할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 박막 제조 시스템은 세라믹 박막을 일정 패턴 모양으로 기판 상에 직접 형성할 수 있기 때문에 세라믹 잉크의 보관 문제, 나노 크기의 분체의 농도를 높이기 힘든 경우 및 분체를 제조하기 힘든 경우와 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명은 합성된 세라믹을 포함하는 잉크를 이용하여 세라믹 박막을 제조하는 것이 아니라 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크들이 기판 상에 일정 패턴 모양으로 분사되어 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 세라믹 박막을 제조하는 것이다.
또한, 잉크젯 헤드들로부터 분사되는 잉크의 반응물들이 농도차이에 따라 확산과 반응을 동시에 일으키면서, 화학 반응 예를 들어, 결정화 또는 전구체 형성을 통하여 나오는 반응열이 반응하지 않은 반응물의 운반 열로서 작용하여 비교적 균일한 반응을 얻을 수 있기 때문에 마이크로 크기의 영역 내에서 균일한 반응생성물이 합성될 수 있다. 따라서, 잉크젯 인쇄에 의해서 패턴화된 세라믹 박막을 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 세라믹 박막 제조 방법은 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 각각 삽입될 잉크를 제조하여 잉크젯 헤드에 각각 삽입한다(S210).
여기서, 본 발명에 따른 세라믹 박막을 제조하기 위해 잉크젯 헤드에 삽입되는 잉크를 제조하는 과정에 대한 실시예들을 설명하면 다음과 같다.
1. 세라믹 박막을 PZT로 제조하는 경우
하나의 잉크젯 헤드에 납 이온이 포함되는 잉크를 삽입하고, 다른 잉크젯 헤드에 지르코늄 이온이 포함되는 잉크를 삽입하며, 또 다른 잉크젯 헤드에 티탄산 이온이 포함되는 잉크를 삽입한다.
(1) 납 이온이 포함되는 잉크 제조
아세트산 납 삼 수화물(lead acetate trihydrate) 5.4g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 70[℃]정도에서 녹이고 이 용매의 끊는 점인 124[℃]까지 가열하여 결정수를 제거한다. 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]을 혼합하고, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼 합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.5g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도가 너무 높을 경우 반응성이 떨어질 수 있으므로 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 혹은 아세틸 아세톤 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
(2) 지르코늄 이온이 포함되는 잉크제조
지르코늄 프로폭사이드 1.4g를 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 반응 시키고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.25g 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
(3) 티탄산 이온이 포함되는 잉크의 제조
티탄산 이소프로폭사이드 0.85g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 반응시키고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.25g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
2. 세라믹 박막을 PMN으로 제조하는 경우
하나의 잉크젯 헤드에 납 이온이 포함되는 잉크를 삽입하고, 다른 잉크젯 헤드에 마그네슘 이온이 포함되는 잉크를 삽입하며, 또 다른 잉크젯 헤드에 니오븀 이온이 포함되는 잉크를 삽입한다.
(1) 납 이온이 포함되는 잉크 제조
아세트산 납 삼 수화물(lead acetate trihydrate) 5.4g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 70[℃]정도에서 녹이고 이 용매의 끊는 점인 124[℃]까지 가열하여 결정수를 제거한다. 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하고, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.5g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도가 너무 높을 경우 반응성이 떨어질 수 있으므로 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에 트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 혹은 아세틸 아세톤 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
(2) 마그네슘 이온이 포함되는 잉크 제조
마그네슘 에톡사이드 1.2g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 반응시키고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]을 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.25g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물, 아세틸아세톤, 에탄올아민 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
(3) 니오븀 이온이 포함되는 잉크 제조
니오븀 에톡사이드 1.45g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 반응시키고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.25g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물, 아세틸아세톤, 에탄올아민 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
3. 세라믹 박막을 BT로 제조하는 경우
하나의 잉크젯 헤드에 바륨 이온이 포함되는 잉크를 삽입하고, 다른 잉크젯 헤드에 티탄산 이온이 포함되는 잉크를 삽입한다.
(1) 바륨 이온이 포함되는 잉크 제조
아세테이트산 바륨 5.3g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 녹이고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.5g을 가하여 잉크를 제조하는데, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절하는 것이 바람직하다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 혹은 아세틸 아세톤 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
(2) 티탄산 이온이 포함되는 잉크 제조
티탄산 이소프로폭사이드 0.85g을 용매인 메톡시 에탄올(methoxy ethanol) 100[ml]에 반응시키고, 증류된 에틸렌 글리콜 50[ml]를 혼합하며, 계면 활성 효과가 있는 무수 알콜, 여기서는 옥탄올 10[ml]를 상기 용액에 혼합한다.
점도 조절 및 안정제로서 아비에트산 0.25g을 가하여 잉크를 제조한다. 여기서, 아비에트산의 농도는 1~30% 내외로 조절한다.
이때, 아비에트 수지산 이외에 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에 트산, 피마르산, 덱스톤산 및 로진 수지 등의 수지산 화합물 중 적어도 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 실시예들과 같은 과정을 통해 해당 세라믹 박막을 제조하기 위해 제조된 잉크들을 잉크젯 헤드 각각에 삽입된다.
또한, 필요에 따라 기판 상에 제조될 세라믹 박막의 유전 특성을 향상시키기 위해 제조된 잉크에 도핑을 실시 할 수 있으며, 잉크에 도핑되는 도판트는 알카리 금속, 마그네슘 이온, 란타나이드 계열의 금속이온, 지르코늄 및 니오븀이온 등을 포함할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제조된 잉크를 잉크젯 헤드에 삽입하는 과정에 대해 설명하면, 세라믹 박막을 제조하기 위한 잉크들을 제조한다(S310).
일 예로, 세라믹 박막을 PZT로 제조하고자 하는 경우, 납 이온이 포함되는 잉크, 지르코늄 이온이 포함되는 잉크 및 티탄산 이온이 포함되는 잉크를 제조한다.
다른 일 예로, 세라믹 박막을 PMN으로 제조하고자 하는 경우, 납 이온이 포함되는 잉크, 마그네슘 이온이 포함되는 잉크 및 니오븀 이온이 포함되는 잉크를 제조한다.
또 다른 일 예로, 세라믹 박막을 BT로 제조하고자 하는 경우, 바륨 이온이 포함되는 잉크 및 티탄산 이온이 포함되는 잉크를 제조한다.
이와 같은 잉크들이 제조되면, 기판 상에 제조될 세라믹 박막의 유전 특성을 향상시키기 위해 잉크에 도핑을 실시한다(S320).
여기서, 도판트를 잉크 용액에 녹여서 도핑을 실시할 수 있고, 도핑량은 제조되는 세라믹 박막의 사용 목적에 따라 달라질 수 있으며, 도핑에 사용되는 도판트로는 알카리 금속, 마그네슘 이온, 란타나이드 계열의 금속이온, 지르코늄 및 니오븀이온 등이 사용될 수 있다.
이때, 알카리 금속은 최종 반응물의 소결 온도를 낮추기 위한 목적으로 잉크에 도핑될 수 있다.
도핑 실시된 잉크 또는 잉크들을 잉크젯 헤드 각각에 삽입한다(S330).
다시 도 2를 참조하면, 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성을 통해 세라믹 박막을 형성하기 위해 잉크들을 기판 상에 일정 패턴 모양으로 프린팅(분사)한다(S220).
이때, 잉크젯 헤드를 포함하는 잉크젯 프린터는 피에조 방식을 이용하여 주파수의 조절, 잉크 저장소의 온도 조절 및 적용 기재의 온도 조절을 가능하게 함으로써, 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 기판 상에 일정 패턴 모양으로 프린팅할 수 있다.
여기서, 잉크가 프린팅되는 기판은 실리콘 기판, 유리기판, 금속 호일 기판 및 알루미나 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 분사된 잉크들이 서로 균일하게 혼합될 수 있고, 세라믹 박막이 잘 형성되도록 잉크가 분사되기 전 기판을 40[℃] 이상으로 가열할 수 도 있다.
적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크가 기판 상에 프린팅되면, 잉크들 각각에 포함된 조성물들에 의한 결정화 또는 전구체 형성에 의해 기판 상에 패턴화된 세라믹 박막이 제조된다(S230).
이때, 제조되는 세라믹 박막은 10[um]이상이 될 수 있다.
여기서, 세라믹 박막을 제조하는 단계 S230은 세라믹 박막이 제조된 후 추가적인 후처리 과정을 통해 제조될 수도 있는데, 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 2에 도시된 단계 S230에 대한 일 실시예 동작 흐름도로서, 기판 상에 세라믹 박막을 형성하기 위한 잉크들이 프린팅되면, 기판 상에 프린팅된 잉크들의 화학 반응 예를 들어, 결정화 또는 전구체 형성을 가속화시키고 접착성을 향상시키기 위하여, 기판을 열처리 또는 자외선(UV) 처리한다(S410).
이때, 열처리는 온도 300~750[℃] 사이로 30분 이내로 이루어질 수 있다.
열처리 또는 자외선 처리가 끝나면, 본 발명에서의 패턴화된 세라믹 박막이 기판 상에 제조된다(S420).
이와 같은 과정을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 박막 제조 방법은 잉크젯 프린터를 이용하여 유전체인 세라믹 박막을 형성하는 다양한 분야에 적용할 수 있는데, 메모리 소자, 센서 소자, 커패시터 소자 및 압전 소자 등에서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 알 수 있듯이, 본 발명은 박막 성형이 어려운 압전막 또는 강유전막 등의 세라믹 박막을 패턴화된 형태로 제조할 수 있다.
본 발명에 의한, 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법 및 그 시스 템은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 프린터를 이용한 세라믹 박막 제조 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단계 S210에 대한 일 실시예 동작 흐름도이다.
도 4는 도 2에 도시된 단계 S230에 대한 일 실시예 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 잉크젯 프린터
120: 제어기기
130: 기판
140: 세라믹 박막

Claims (10)

  1. 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드에 삽입된 이온성 잉크를 기 결정된 패턴 모양으로 기판 상에 분사하는 단계; 및
    상기 기판 상에 분사된 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성과 같은 상기 잉크들의 화학 반응을 통해 상기 패턴 모양의 세라믹 박막을 제조하는 단계
    를 포함하는 세라믹 박막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막 제조 방법은
    상기 세라믹 박막이 형성된 상기 기판을 열처리 또는 자외선 처리하는 단계
    를 더 포함하는 세라믹 박막 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열처리는
    온도 300~750[℃] 사이로 30분 이내로 이루어지는 세라믹 박막 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막 제조 방법은
    상기 세라믹 박막의 유전 특성을 향상시키기 위해 상기 잉크에 도핑하는 단 계
    를 더 포함하고,
    도핑된 상기 잉크를 상기 잉크젯 헤드에 삽입하는 세라믹 박막 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 잉크에 도핑되는 도판트는
    알카리 금속, 마그네슘 이온, 란타나이드 계열의 금속이온, 지르코늄 및 니오븀이온 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 박막 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막이 PZT인 경우
    상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 납 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 지르코늄 이온이 포함되는 잉크가 삽입되며, 상기 잉크젯 헤드 중 또 다른 하나에는 티탄산 이온이 포함되는 잉크가 삽입되는 세라믹 박막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막이 PMN인 경우
    상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 납 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 마그네슘 이온이 포함되는 잉크가 삽입되며, 상기 잉크젯 헤드 중 또 다른 하나에는 니오븀 이온이 포함되는 잉크가 삽입되는 세라믹 박막 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막이 BT인 경우
    상기 잉크젯 헤드 중 하나에는 바륨 이온이 포함되는 잉크가 삽입되고, 상기 잉크젯 헤드 중 다른 하나에는 티탄산 이온이 포함되는 잉크가 삽입되는 세라믹 박막 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 박막은
    10[um] 이상의 폭을 갖는 세라믹 박막 제조 방법.
  10. 적어도 두 개 이상의 잉크젯 헤드를 포함하고, 잉크들이 상호 혼합되고 반응하여 결정화되거나 전구체 형성과 같은 상기 잉크들의 화학 반응을 통해 기판 상에 세라믹 박막이 형성될 수 있도록 상기 잉크젯 헤드에 삽입된 이온성 잉크를 상기 기판 상에 일정 패턴 모양으로 분사하는 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터; 및
    상기 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터가 상기 기판 상에 일정 패턴 모양으로 상기 잉크젯 헤드에 삽입된 잉크를 분사할 수 있도록 상기 세라믹 박막 제조용 잉크젯 프린터를 제어하는 제어기기
    를 포함하는 세라믹 박막 제조 시스템.
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