KR101008090B1 - 전기 전도성 패턴의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캐리어 기판(2) 상에 금속 산화물을 포함하는 층을 인쇄하고 상기 금속 산화물을 금속으로 환원시킴으로써 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 환원된 층은 애플리케이션 기판(7)에 전사된다. 본 발명은 또한 상기 방법의 이용에 관한 것이다.

Description

전기 전도성 패턴의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE PATTERN}
본 발명은 금속 산화물을 포함하는 층을 캐리어 기판 상에 인쇄하고 상기 금속 산화물을 금속으로 환원시킴으로써 전기 전도성 패턴을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 방법의 이용과 관련된다.
예를 들어 명세서 US 5,261,950 에서와 같은 회로 보드 제조와 관련되는 종래 기술에서, 약 10㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 미립자(fine-grained) 구리 산화물 분말이 페이스트 형성을 위해 이용되는 방법이 개시된다. 상기 페이스트는 구리 산화물 분말, 접합제, 합금 성분들, 및 첨가제들로 형성된다. 상기 페이스트로부터, 원하는 형태의 전기 전도성 패턴의 블랭크가 기판의 표면상에 형성된다. 기판의 표면상의 블랭크는 연속적 구리 호일을 생성하기 위해, 예를 들어 수소(즉, 금속화됨)를 이용하여 환원되고 고온을 사용하여 소결된다(sinter).
금속화 구리 호일을 형성하기 위해 환원되어 소결되고 원료 재료로써 구리 산화물 분말을 이용하는 유형의 종래 방법들에서는, 하부에 놓여진 기판의 표면에 구리 호일이 영구적으로 고정되게 잔존해야만 한다는 목표를 항상 갖게 된다. 이러한 목표를 위해, 종래의 페이스트는 무엇보다도 유리 첨가제를 포함하는데, 상기 첨가제는 하부에 놓이는 세라믹 기판과의 강력한 결합을 형성시킨다. 금속화 및 소결은 매우 고온에서 수행되어야 하는데 대개는 적절한 소결을 보장하기 위해 적어도 대략 500℃이어야 하기 때문에, 기판은 세라믹과 같은 우수한 내열성을 가진 재료로 제조되어야만 한다.
종래 기술에서는, 저렴하고 절연체로서의 특성을 갖는 구리 산화물로부터 우수한 전기 전도성을 갖는 구리 호일이 신속하고 저가의 절차에 의해 형성될 수 있다는 장점을 갖는다. 원료 재료로서의 구리 산화물 분말은 산화 작용에 매우 활성적인 순수 구리 분말과는 달리 화학적으로 안정적이다. 게다가, 구리 산화물은 저가이다. 구리 호일 제조 공정에서, 구리 산화물을 낭비되지 않으므로 상당히 효율적이고 양호한 수율을 갖는다.
종래 기술에 있어서의 문제점은, 양호한 전기 전도성을 갖는 구리 호일로부터 형성되는 전기 전도성 패턴은 플라스틱 또는 종이 기판 상에 적층되는 실제 응용예들에서는 전기 전도성 패턴 형성에 이용되기 적합하지 않다는 것이다. 그러한 응용예들은 예를 들어 다양한 전기적 응용예들을 위한 유도성 센서들 및 안테나들을 포함한다. 플라스틱 또는 종이 기판은 위에서 언급한 바와 같은 고온에 노출된다면 파괴될 것이 자명하다.
플라스틱 및/또는 종이 기판 상에 얇은 전도성 금속 호일을 이용하는 특별한 응용예는 트랜스폰더이다. 트랜스폰더는 본 명세서에서 제품으로써 언급되고, 회로 패턴 및 칩상의 집적 회로를 포함한다. 회로 패턴은 기판상에 위치하고, 칩 상의 집적 회로는 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된다.
트랜스폰더는 예를 들어 외부의 HF 또는 UHF 필드에 의해 활성화될 수 있고, 이에 의해 트랜스폰더는 전원을 필요로 하지 않게 된다. 트랜스폰더는 상기 칩 상의 집적 회로에 저장된 메모리 데이터를 이용함으로써 물체들(제품들, 사람들, 동물들 등)의 식별을 위해 이용될 수 있다. 그러한 식별은 이용되는 기술 및 효과적인 조정에 따라 변화하는 거리에서 발생한다. 식별을 위해, 안테나는 판독기 필드에 있을 때 집적 회로에 대해 전류를 발생시킨다. 트랜스폰더의 기판에는 접착성 표면이 제공될 수 있는데, 이는 상기 표면이 물체에 부착되도록 하여 준다. 트랜스폰더는 식료품이나 다른 소비재들에 사용되는 것과 같이 사용 이후에 파괴되는 것과 같이 일회용일 수 있고, 또는 군수 용품, 은행카드, 개인 식별 카드 또는 다른 ID 응용예들에서 이용되는 것과 같이 연속적 이용을 위해 설계될 수도 있다.
트랜스폰더의 전형적 회로 패턴은 5-50㎛ 의 두께를 갖는다. 인쇄 회로 패턴은 일반적으로 실크 스크린 인쇄 기술에 의해 생성된다. 전기 전도성은 은, 구리 및 흑연으로부터 생성될 수 있는 전도성 분말을 이용함으로써 제공된다. 인쇄 안테나들 외에도, 요즈음 안테나들은 또한 얇은 호일 형성을 위해 와이어들을 코일화하여 평평하게 함으로써 예를 들어 얇은 구리 와이어들로부터 제조된다. 다른 생성 방법들은 증발, 및 전해질 또는 화학적 침전을 포함한다. 안테나 패턴을 생성하기 위해 상이한 방법들에 의해 생성될 수 있는 연속적 구리 호일로부터 불필요한 부분들이 에칭되어 벗겨진다. 에칭되어 벗겨지는 부분은 50%를 초과한다. 여분의 금속 제거는 별도의 작업 단계들을 필요로 함에 따라, 제조 공정의 초기 단계에서 이미 가능한 바와 같은 거의 그물 형태인 안테나를 생성하기 위한 노력이 필드 내에서 계속 이루어진다.
RF-ID 안테나가 얇은 금속 호일을 다이 절단함으로써 형성되는 종래 방법 또한 존재한다. 이러한 제조 방법에서의 문제점은, 품질이 불량하고 대부분의 금속 호일이 낭비되어 손실된다는 점이다.
명세서 EP 0991014는 다양한 감광성 막, 처리를 용이하게 하는 적어도 하나의 중간제, 및 두 가지 유형의 전도성 금속성 분말을 이용하는 은 분말로부터 RF-ID 안테나를 형성하는 포토리소그래피 방법을 개시한다. 은은 고가이기 때문에, 이러한 방법에 의해 생성된 안테나 또한 고가이다.
특히 RF-ID 응용예에서는, 종래의 제조 방법들에 의해 생성된 RF-ID 태그 안테나들은 예를 들어 식료품 패키지와 같은 일회용 응용예들에서 좀더 광범위하게 이용하는데 장애물인 고가의 가격이 문제점이 된다.
예를 들어 전해질 침전 공정에 의해 얇은 연속 호일을 생성하기 위한 방법 역시 일반적으로 공지된다. 이러한 방법은 전해 관에서 회전하는 캐소드 드럼, 및 상기 관의 하부 부분에서 하나 이상의 부분들로 구성되는 아크-형상의 애노드를 수반한다. 전해질은 상기 애노드 및 캐소드 사이에 제공되고, 상기 전해질의 목적은 캐소드 드럼의 표면 상으로 가능한 한 균일하고 연속적으로 구리 호일을 침전시키는 것이다. 도포된 호일이 전해질 위쪽으로 상승할 때, 상기 호일은 캐소드로부터 분리되어 다른 처리 공정으로 통과된다. 이러한 방법은 1930년대 이후로 개발중이고, 예를 들어 미국 특허 2,044,415 및 특허 출원 US 2002/5363에서 설명된다.
본 발명의 목적은 위에서 언급한 단점들을 극복하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 종이 또는 플라스틱 기판 상에 양호한 전기 전도성을 갖는 저렴한 전기 전도성 패턴을 생성하기 위한 간단한 방법을 개시하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 트랜스폰더의 소형 제조 공정을 개시하는 것이다.
본 발명의 방법은 청구항 제 1 항에서 설명되는 사항을 특징으로 한다. 본 발명의 이용은 청구항 제 10 항에서 설명되는 사항을 특징으로 한다.
트랜스폰더는 본 명세서에서 제품으로써 언급되고, 회로 패턴 및 칩상의 집적 회로를 포함한다. 상기 회로 패턴은 기판상에 위치하고, 상기 칩상의 집적 회로는 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결된다. 상기 칩은 임의의 기판 없이도 단일 칩으로써 상기 회로 패턴에 부착될 수 있거나, 기판상에 상기 칩 및 필요한 리드선들을 포함하는 모듈과 함께 상기 회로 패턴에 부착될 수 있다. 상기 회로 패턴은 코일, 또는 양극성-안테나 기술에 기초한 안테나일 수 있다.
전기 전도성 패턴이라는 것은, 본 명세서에서는 주로 상기 회로 패턴을 의미하지만, 상기 회로 패턴과 상기 칩 사이에 전기적 연결부를 형성하는 리드선들 역시 본 발명의 범주 내에서 포함되며, 상기 회로 패턴과 동일한 기판상에 형성될 수 있는 커패시터 플레이트들 또한 포함된다. 다중-층 구조물들 또한 본 발명의 개념 내에 포함된다.
이러한 응용예들에서, 금속은 본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 임의의 금속 또는 금속들의 혼합을 언급한다. 구리 산화물은 구리로 환원되는 바람직한 원료 재료이다.
이러한 방법에서, 대략 10㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 미립자 구리 산화물 분말은 페이스트 형성을 위해 제공되고; 페이스트는 구리 산화물 분말, 접합제, 및 가능한 합금 성분들과 첨가제들로 형성되며; 상기 페이스트를 사용하여 원하는 형상의 전기적 전도성 패턴이 캐리어 기판의 표면상에 형성되고; 상기 캐리어 기판의 표면상의 전기적 전도성 패턴은 연속적인 전기적 전도성 구리 호일 형성을 위해 상승된 온도에서 금속화되고 소결된다.
본 발명에 따라, 금속화 및/또는 소결을 위해 이용되는 상승된 온도를 견딜 수 있고 페이스트 내에 포함된 재료과 반응하지 않는 재료로 제조된 실질적으로 비-접착성이 표면을 갖는 캐리어 기판은, 상기 구리 호일이 상기 캐리어 기판에서 분리되도록 배열된다. 금속화 및 소결 이후에, 구리 호일은 상기 캐리어 기판으로부터 분리되어 애플리케이션 기판의 표면 상에 전사된다.
구리 산화물 분말은 활성의 미립자 순수 균질 구리 산화물 분말을 생성하기 위해, 제어된 온도, 용해력 및 특성들을 제어하는 다른 조건들에서 침전시키고, 건조시킴으로써 수용액으로부터 마련되는 구리(｜)산화물을 포함한다. 수용액으로부터 침전시킴으로써, 충분히 미립자 균일한 분말이 획득된다. 따라서, 페이스트는 대략 10 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 미립자 구리 산화물 분말, 및 접착제를 포함한다. 페이스트는 또한 합금 성분들과 첨가제들을 포함할 수 있다. 합금 성분은 균일한 합금을 형성하기 위해 상기 구리 산화물 분말에 혼합될 수 있고, 상기 합금 성분은 은, 금, 백금, 팔라듐, 은과 금과 백금과 팔라듐의 산화물들, 은과 금과 백금과 팔라듐의 할로겐화물들, 또는 이러한 재료들의 혼합물의 그룹으로부터 선택된다. 합금 성분들을 이용함으로써, 합금의 특성들이 향상될 수 있다.
접착제는 페이스트에 혼합되는 폴리비닐부티랄(PVB) 또는 다이부틸프탈레이트(DBP)와 같은 유기 결합제일 수 있다. 추가로, 유동성, 크리프 및/또는 부착을 제어하는 역할을 하는 합금 성분들이 페이스트에 혼합될 수도 있다. 페이스트의 인쇄가능성은 중간제들을 이용함으로써 조정될 수 있고, 상기 중간제들은 수지, 다양한 분산제, 용매 등일 수 있다.
전기적 전도성 패턴의 제조 라인은 캐리어 기판의 표면 상에 원하는 전기 전도성 패턴의 형상을 갖는 전기 전도성 패턴의 블랭크로 페이스트를 형성하기 위한 형성 장치를 포함한다. 또한, 상기 제조 라인은 연속적인 전기 전도성 구리 호일을 형성하기 위해, 상승된 온도에서 상기 캐리어 기판의 표면상의 전기 전도성 패턴의 블랭크를 금속화시키고 소결시키기 위한 금속화 및 소결 장치를 포함한다.
본 발명의 방법에서, 전기 전도성 패턴의 형상은 캐리어 기판상에 형성된다. 캐리어 기판은 금속화 및/또는 소결을 위해 이용되는 상승된 온도를 견딜 수 있고 페이스트 내에 포함된 물질과 반응하지 않는 재료로 제조된 실질적인 비-접착성 표면을 갖는데, 이에 의해 전기 전도성 패턴, 즉 구리 호일은 상기 캐리어 기판으로부터 분리될 수 있다. 상기 캐리어 기판은 흑연 또는 세라믹 재료로 이루어진 폴리싱된 평활(smooth) 실질적인 비-접착성 표면을 가질 수도 있다. 바람직한 선택인 흑연 표면은 대략 0.5㎛ 이하의 표면 조도(Ra)를 갖는 것이 바람직하다. 흑연은 우수한 내열성을 갖는 저렴한 재료이다. 흑연은 무르고 간단한 기술로 쉽게 폴리싱되어 흑연에서 구리 호일이 쉽게 분리되게 하며, 여러 번 사용될 수 있도록 재사용을 위한 재생성이 가능하다.
몇 가지 대안 예들에서, 캐리어 기판은 단일 패턴, 연속적 플레이트들을 포함하는 순환식 컨베이어, 평활 순환식 밴드, 또는 다중 패턴용 플레이트를 위한 플레이트일 수 있다. 전기 전도성 패턴의 블랭크를 형성하는 바람직한 방법은 실크 인쇄이다. 전기 전도성 패턴의 블랭크는 또한 다른 임프레션 인쇄 기술에 의해 형성될 수 있는데, 이러한 인쇄 기술에서 전기 전도성 패턴의 블랭크를 형성하는 장치는 인쇄 장치이다. 전기 전도성 패턴의 블랭크는 또한 컴퓨터 출력 기술로부터 공지되는 출력 인쇄 기술에 의해 형성될 수 있는데, 이러한 기술에서 폭넓게 가변적인 형태들을 갖는 개별 전기 전도성 패턴은 컴퓨터-이용 방법에 의해 쉽게 생성될 수 있다. 일반적으로, 인쇄 방법은 실크, 탐포(tampo), 잉크젯, 레이저, 플렉소, 그라비어(gravure) 및 리소 인쇄 중에서 선택될 수 있다. 통상적으로는, 전기 전도성 패턴의 블랭크는 약 5-100 ㎛의 두께를 갖는다.
전기 전도성 패턴의 블랭크를 지탱하는 흑연 기판은 오븐으로 유도되어 기초 금속(elementary metal)으로 환원되는데, 즉 전기 전도성 패턴이 된다. 구리 호일을 형성하기 위한 전기 전도성 패턴의 블랭크의 금속화 및 소결은 주변 환경에 대해 밀봉형으로 절연되는 챔버 내의 수소 분위기에서 수행된다. 상기 챔버에는 가열기가 제공되는데, 금속화되고 소결되는 전기 전도성 패턴은 상기 가열기에 의해 500 ℃를 초과하는 온도, 바람직하게는 대략 1000 ℃가 된다. 구리 산화물이 구리로 환원될 때, 다공성 스폰지 구성이 형성되고, 이는 밀착성을 위해 소결되어야 한다. 스폰지 금속 구조는 큰 영역, 심지어는 일그램의 재료에서 수백 제곱 미터만큼 크기 때문에, 챔버 내에 수소 분위기가 제공되지 않는다면 산화되려는 성질을 갖는다. 수소 이외에도, 상기 분위기 가스는 질소와 같은 다른 가스 물질을 포함할 수도 있다. 상기 다른 가스 물질은 비활성일 것이다. 대략 1000 ℃의 온도에서, 충분한 소결이 발생함으로써 스폰지 금속은 소결되는데, 즉 동시에 비활성화되어 다시 산화되지 않을 연속적 금속 층을 형성하기 위해 응고된다. 위에서 언급한 바와 같은 온도가 이용될 때, 금속화 및 소결은 수 분내에 신속하게 발생하고, 이에 의해 제조 공정이 신속해져 연속 생산 라인 상에서의 구현이 가능해진다. 환원 과정을 촉진시키기 위해서, 구리 산화물 분말은 분말의 구리 산화물 입자들의 표면상에 환원 화합물을 형성하기 위해 유기 중간제로 처리될 수도 있다. 중간제로서 예를 들어 아세트산, 옥살산 및/또는 포름산 등이 이용될 수 있다. 금속화는 상기 중간제들의 작용 및 영향에 의해 발생하는데, 왜냐하면 상기 중간제들은 환원 화합물이기 때문이다. 상기 중간제가 분해됨에 따라, 그러한 유기 중간제는 구리 산화물을 환원시킨다. 페이스트에 추가되는 환원 중간제는 낮은 온도에서 금속화가 이루어지게 한다. 그러나, 유기 중간제 단독으로는 고온에서 수행되는 금속화 작업 없이는 충분하지 않지만, 예를 들어 500℃ 와 같이 이용되는 온도를 충분히 감소시킬 수는 있게 한다. 전기 전도성 패턴은 금속화 및 소결을 위해 적외선 방사 또는 마이크로파 방사에 의해 가열될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제조 라인은 적외선 방사원 또는 마이크로파 방사원을 포함할 수 있다.
가열 처리 단계 이후에, 흑연 기판 및 전기 전도성 패턴은 적어도 170℃ 이하로 냉각된다. 전기 전도성 패턴이 100℃ 또는 실온과 같이 더 낮은 온도로 냉각되는 것 역시 가능하다. 예를 들어, 질소 가스는 냉각 동안에 금속 층의 표면 보호를 위해 이용될 수 있다.
몇몇 경우에 있어서, 적절한 두께, 견고성 및 강도를 달성하기 위해 전기 전도성 패턴은 환원 단계 이후에 롤링되어야만 할 필요가 있을 수 있다. 전기 전도성 패턴은, 상기 패턴이 캐리어 기판 상에 남아서 높은 생산 속도를 달성하는 동안, 롤링 될 수 있다. 롤링은 또한, 소결된/환원된 구리 호일이 여전히 뜨거운 동안, 즉 300℃ 이상의 온도인 동안 수행될 수 있는데, 이러한 경우 상기 캐리어 기판 상에 전기 전도성 패턴을 형성하는 작업 및 소결/환원과 롤링 작업은 동일한 생산 라인에서 모두 수행될 수 있다.
모든 경우들에서 필수적인 것은 아닌 다른 공정 단계는 부동화(passivation) 단계로서, 이 단계에서는 산화가 방지되는 방식으로 구리가 부동화된다. 이러한 부동화 단계는 대개 적절한 화학 제품을 이용하여 수행된다.
다음 공정 단계에서, 전기 전도성 패턴은 애플리케이션 기판에 전사된다. 애플리케이션 기판의 표면은 캐리어 기판의 실질적 비-접착성 표면을 접착성보다 더 큰 전기 전도성 패턴의 접착성을 갖는 접착 표면을 형성하도록 배열된다. 상기 애플리케이션 기판은 가요성의 연속적 웹, 예를 들어 접착제에 제공되는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 종이 웹이 바람직하다. 다른 대안예에서는, 전기 전도성 패턴이 표면 상에 접착물을 갖는다. 웹 상의 접착물은 전기 전도성 패턴을 수용하고, 상기 패턴은 캐리어 기판으로부터 방출된다. 접착제는 감압(pressure sensitive) 접착제, 열가소성 접착제, 또는 열이나 방사선이나 화학 작용에 의해 경화되는 접착제일 수 있다. 예를 들어, 자외선 또는 전자 빔 경화가 적절한 방법들이다. 전기 전도성 패턴의 전사가 발생한 이후에, 애플리케이션 기판이 릴링(reeling)되어 다른 생산 라인에 전사될 수 있거나, 동일한 생산 라인에서 공정이 계속되어 연속적 웹 상에 연속적인 준비된 트랜스폰더들을 위치시키는데 필요한 실질적인 모든 단계들이 동일한 생산 라인 상에서 관리될 수 있다. 그러나, 그 중간 형태의 공정도 가능할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 칩을 캐리어 기판 상에 부착하고, 전기 전도성 패턴을 갖는 상기 기판을 애플리케이션 기판에 전사하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 모듈들의 전도성 리드선들은 본 발명의 방법에 의해 형성될 수 있다.
흑연 기판은 재사용되도록 유도된다. 우선, 흑연 기판은 금속 잔존물을 제거하기 위해 연마되고, 그 이후 세정되고 건조되며, 그 이후 다시 인쇄될 준비가 된다.
이러한 방법에 의해, 다중-층 도체 구조물을 생성하는 것 역시 가능하다. 실시예에서, 제 1 층의 상부 상에는 전기 전도성 물질로부터 제 2 층이 형성된다. 중첩된 전기 전도성 패턴들이 이용 동안에 상이한 위치들에 있도록 하기 위해서, 전기적 절연 유전체 층이 상기 제 1 층 상에 형성되고, 제 2 층은 상기 유전체 층 상에만 형성된다. 상기 제 2 층은 하부에 놓인 상기 제 1 층과 동일한 재료 또는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 상기 제 2 층의 재료는 구리, 은, 금, 백금, 팔라듐, 구리와 은과 금과 백금과 팔라듐의 산화물들, 또는 그것들의 혼합물의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 제 2 층은 상기 제 1 층의 금속화 및 소결 이전에 형성되는데, 즉 더 낮은 전기 전도성 패턴이 산화 형태로 남게 된다. 이러한 실시예의 선결 조건은, 유전체 층이 고온을 견뎌야 한다는 것이다. 대안으로써, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층의 금속화 및 소결 이후에 형성될 수도 있다. 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 동일한 방법으로 형성되는 것이 바람직하다. 금속 호일 구조물은 유전체 층에 의해 분리되고 층층이 놓이는 여러 개의 전기 전도성 층들을 포함할 수 있다.
본 방법의 실시예에서, 구리 호일은 회로 보드를 위한 전기 전도성 패턴을 형성하고, 상기 전기 전도성 패턴이 상부로 전사되는 애플리케이션 기판은 견고한 회로 보드 기판이다.
본 방법의 실시예에서, 위에서 언급한 바와 같이, 회로 패턴 이외에도, 즉 안테나, 커패시터 플레이트들과 같은 트랜트폰더의 다른 전기 전도성 부품들, 및 리드선들은 본 발명의 방법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시예들에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법의 실시예를 구현하기 위한 본 발명의 시스템의 실시 예를 나타내는 다이아그램.
도 2, 3a 및 도 3b는 트랜스폰더들을 도시한 도면들.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제조 방법의 공정 단계들을 나타내는 도면들.
도 1은 전기 전도성 패턴의 제조 라인의 예를 나타낸다. 대략 10㎛ 이하(통상적으로 0.5-10㎛)의 입자 크기를 갖는 활성의 미립자 구리(｜)산화물 분말은 제어된 온도, 용해력, 및 특성들을 제어하는 다른 조건들에서 수용액으로부터 침전시키고, 분말 형태로 건조시키며, 내구성을 향상시키기 위해 처리됨으로써 생산되어 왔다. 합금 성분이 구리(｜)산화물에 추가될 수 있고, 상기 합금 성분은 은, 금, 백금, 팔라듐, 은과 금과 백금과 팔라듐의 산화물들, 은과 금과 백금과 팔라듐의 할로겐화물들, 또는 이러한 물질들의 혼합물들의 그룹으로부터 선택된다. 상기 분말은 아세트산, 옥살산 또는 포름산과 같은 유기 환원산들에 의해 추가로 처리될 수도 있다.
페이스트(1)는 위에서 설명한 바와 같이 준비된 구리(｜)산화물, 폴리비닐부티랄(PVB) 또는 다이부틸프탈레이트(DBP)와 같은 유기 결합제, 및 상기 페이스트의 유동성, 크리프 및/또는 접착 등을 제어하기 위한 다른 첨가제들을 혼합함으로써 생성되는데, 상기 페이스트는 캐리어 기판(2)의 표면 상에 5-100㎛ 두께의 층으로써 원하는 전기 전도성 패턴의 형태를 갖는 전기 전도성 패턴(4)의 블랭크를 인쇄하기 위한 인쇄 잉크로써 이용된다. 바람직한 인쇄 방법들은 실크 인쇄와 같은 스크린 인쇄 방법들이다. 페이스트(1)는 또한 임프레션 인쇄 기술들과 같이 당업자에게 공지된 다른 기술, 또는 컴퓨터 출력 기술들과 같은 방법들에 의해 캐리어 기판(2) 상으로 도포될 수 있다. 적절한 인쇄 기술들은 실크, 탐포, 플렉소, 그라비어, 잉크젯, 레이저 및 리소 인쇄이다. 전기 전도성 패턴은 단지 회로 패턴뿐이지만, 예를 들어 또한 커패시터 플레이트/커패시터 플레이트들을 포함할 수 있다.
도 1의 예에서, 도시된 캐리어 기판(2)은 회전식 이동 밴드이고 구동 롤(12) 및 전환 롤(13)로 통과된다. 대안으로써, 이용되는 캐리어 기판(2)은 연속적으로(미도시) 생산 라인으로 운송되는 개별 시트들로 구성될 수 있다. 상기 캐리어 기판(2)의 표면 상의 전기 전도성 패턴(4)의 블랭크의 형성 단계 뿐만 아니라 다른 후속하는 제조 단계들이 캐리어 밴드(2)의 상부 수평 부분 상에서 수행된다. 상기 캐리어 밴드(2)의 하부 부분을 따른 몇몇 지점에서, 밴드 표면의 특성들을 저장하기 위한 재생성 장치(14)가 제공될 수 있다.
전기 전도성 패턴(4)의 블랭크는 성형 장치(3)에 의해 캐리어 기판(2)의 표면 상으로 페이스트(1)를 인쇄함으로써 성형되는데, 도 1의 예에서 상기 성형 장치는 도표식으로 도시되는 실크-스크린 인쇄 장치이고, 상기 전기 전도성 패턴의 형상을 가지면서 연속적인 및/또는 인접식의 상기 전기 전도성 패턴(4)을 형성하기 위해 캐리어 벨트(2)의 표면 상으로 페이스트(1)를 통과시키도록 하는 부분을 포함하는 마스크(15)를 통해 상기 페이스트(1)를 스퀴징한다(squeegee). 캐리어 벨트(2)는 전기 전도성 패턴들(4)의 블랭크들을 금속화 및 소결 장치(5)로 운반하는데, 캐리어 벨트의 표면 상의 전기 전도성 패턴들(4)의 블랭크들은 수소 분위기 및 약 1000℃의 온도에서 금속화 및 소결되어 전기 전도성의 연속적 구리 호일들(6)을 형성한다. 상기 금속화 및 소결 장치(5)는 챔버 내 공간으로 캐리어 기판(2)을 수용하도록 고정된 챔버(8)를 포함한다. 상기 챔버(8)는 위에서 언급한 바와 같은 수소 분위기를 포함한다. 전기 전도성 패턴을 가열하는데 이용되는 가열 장치(9)는 IR 또는 마이크로파 방사원 또는 당업자에게 공지된 다른 가열 장치일 수 있다.
금속화 및 소결 장치(5) 이후에, 전기 전도성 패턴들(6)은 롤러쌍(16)의 작용에 의해 적적한 두께로 캐리어 밴드(2) 상에서 롤링될 수 있다. 대개 위에서 언급한 공정 단계는 생략될 수 있다.
캐리어 벨트(2), 또는 전기 전도성 패턴의 블랭크가 그 위에 성형되는 적어도 상기 캐리어 벨트의 표면은 실질적인 비-접착성 재료로 제조되는데, 상기 재료는 금속화 및/또는 소결 온도를 견딜 수 있고 페이스트(1)에 포함된 물질과 반응하지 않는다. 캐리어 밴드(2)는 흑연으로 제조되는 것이 바람직한데, 상기 밴드는 대략 0.5㎛ 이하의 표면 조도(Ra)로 폴리싱되고, 상기 전기 전도성 패턴(6)은 상기 밴드로부터 쉽게 분리되어 애플리케이션 기판(7)의 제 1 표면(10) 상에 전사될 수 있다. 애플리케이션 기판(7)의 제 1 표면(10)은 그 위에 접착층을 갖는다. 애플리케이션 기판(7)의 제 1 표면(10)은 캐리어 기판(2)의 실질적인 비-접착성 표면의 접착성보다 더 큰 값으로 전기 전도성 패턴(6)으로의 접착성을 갖는다. 전기 전도성 패턴들은 적층판 운반에 의해 연속적 순서로 전사된다. 접착층은 캐리어 벨트(2)의 표면과 접하고, 전기 전도성 패턴은 접착력에 의해 캐리어 벨트(2)에서 배출되므로, 상기 패턴은 애플리케이션 기판(7)에 전사되는데, 본 실시예에서 애플리케이션 기판은 연속적인 가요성 웹이다.
적층판의 운반 후, 적절한 추가의 보호 층들이 공지된 방식으로 앞서 언급한 웹의 일측상에 또는 양측상에 적층될 수도 있고, 그러한 층들은 도면에서 참조 번호 19 및 20으로써 표시된다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 RF-ID 안테나의 가격은 종래 방법에 의해 제조된 정찰가의 일부가이다.
도 2, 3a 및 3b를 참조하면, 본 방법은 트랜스폰더의 제조에 적용 가능하다. 일반적으로, 칩 상의 집적 회로는 회로 패턴에 직접 부착 가능하거나, 상기 칩이 애플리케이션 기판에 부착되는 별도의 모듈에 우선 부착된다. 칩 또는 모듈을 연결시키기 위해 이용되는 기술들은 그러한 방식으로 공지된다. 도 2, 3a 및 3b에 설명된 트랜스폰더들은 상기 애플리케이션 기판(7) 상에 칩(18) 상의 집적 회로를 포함하지만, 드러나는 칩(18) 대신에 모듈이 또한 이용될 수 있다. 전기적 연결부가 상기 회로 패턴(6) 및 칩(18) 포함 모듈 사이에 형성될 때, 적어도 하나의 커패시터를 통해 상기 연결부가 형성되는 것 또한 가능하다. 도 2에서, 전기 절연 패턴(17)이 전기 전도성 리드선들을 서로 분리시키기 위해 형성된다. 회로 패턴(6)을 수용하는 애플리케이션 기판(7)은 플라스틱, 종이 또는 유사한 가요성의 재료로 만들어진다. 모듈의 재료는 애플리케이션 기판(7)과 동일한 재료일 수 있고, 또는 다른 재료일 수 있다.
도 2, 3a 및 3b 에서 알 수 있는 바와 같이, 회로 패턴의 구성은 매우 다양할 수 있다. 도 2에 도시된 회로 패턴은 HF 영역에 사용하기 위한 코일-안테나이고, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 회로 패턴들은 UHF 영역에서 사용하기 위한 것이다.
위의 설명들이 특정 응용예로써 RF-ID의 제조를 설명하고 있을지라도, 본 발명의 방법 및 시스템은 또한 회로 보드들 및 그와 같은 것의 제조에 적용될 수 있다. 코일 호일이 회로 보드에 대한 전기 전도성 패턴을 형성할 때, 구리 호일이 그 위로 전사되는 애플리케이션 기판은 회로 보드 블랭크이다.
위에서 설명된 원리들을 따라, 상기 시스템은 다중-층 호일 구조의 제조를 위해, 예를 들어 형성되는 연속층들의 개수에 상응하는 다수의 성형 장치들(3)과 금속화 및 소결 장치들(5)을 생산 라인에 제공함으로써 쉽게 변형가능하다. 다중-층 호일 구조는 앞서 언급한 방식으로 형성되고 전기 절연 중간물 삽입층들에 의해 서로 분리되는 두 개 이상의 중첩된 도체 층들을 포함한다.
이후의 도면들에서, 화살표는 웹의 이동 방향을 나타내다.
도 4는 본 발명의 공정의 생산 라인의 하나의 공정 단계를 도시한다. 폴리에스테르 웹과 같은 연속적인 플라스틱 웹(W)이 롤(21)로부터 풀린다(unwound). 웹(W)의 표면 상에는 접착층이 존재하고, 상기 접착층은 닙(N1)에서 인쇄 표면(23)으로부터 연속 방식으로 전기 전도성 패턴들을 수용하는데, 상기 닙은 인쇄 표면(23)과 역행 롤(22) 사이에 형성되어 온 것이다. 이러한 예에서, 인쇄 표면(23)은 캐리어 기판으로써의 역할을 하고, 연속적 및/또는 인접식의 전기 전도성 패턴들이 제공된 웹(W)은 롤(25)로부터 풀려진 실리콘화된 종이에 부착된다. 다음의 공정 단계에서, 연속적인 및/또는 인접하는 전기 전도성 패턴들에 제공된 웹(W)이 롤(25)로부터 풀려진 실리콘화된 종이에 부착된다. 닙(N2)에서 부착이 일어난다. 롤(24)은 이후의 생산 라인으로 운반 준비된다. 제조 공정의 다음 단계가 동일한 생산 라인 상으로 유도되고 상기 웹이 풀려지면, 실리콘화된 종이를 부착할 필요가 없다.
도 5는 트랜스폰더 제조 공정의 다음 단계를 도시한다. 롤(24)이 풀려지고, 실리콘화된 종이는 웹(W)으로부터 배출되어 롤(26)에 감긴다. 칩 상의 집적 회로들은 부착 장치(27)에서 웹에 부착된다. 적절한 표면 재료(face material)는 롤(28)로부터 풀려져서 닙(N3)에서 웹(W)에 부착된다. 최종 웹은 롤(29)에 감겨진다.
도 6은 후속하는 공정 단계를 도시한다. 그러나, 이러한 단계는 역시 공정 단계들에서 생략 가능하다. 웹은 롤(29)에서 풀리고, 실리콘화된 종이는 롤(30)에서 풀리며, 상기 실리콘화된 종이가 상기 면 재료와 비교해 상기 웹(W)의 반대측 상에 존재하는 방식으로 상기 웹들이 서로 부착된다. 상기 실리콘화된 종이는 그 표면 상에 접착성을 갖고, 상기 접착성은 닙(N4)에서 웹들을 서로 결합시킨다. 연속적 및/또는 인접식의 회로 패턴들, 상기 회로 패턴들에 전기적으로 연결되는 칩들 상의 집적 회로들, 및 웹(W)의 양측들 상의 웹들을 포함하는 준비된 적층판은 롤(31)에 감겨진다.
본 발명은 위에서 설명한 예시적 실시예들로 제한되는 것이 아니고, 청구항들에서 정의된 본 발명의 개념의 범주 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (30)

  1. 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법으로서,
    캐리어 기판의 표면 상에 금속 산화물을 포함하는 층을 인쇄(printing)하는 단계;
    상기 금속 산화물을 금속으로 환원시키는 단계;
    상기 환원된 층을 애플리케이션 기판에 전사(transferring)하는 단계 ― 상기 금속 산화물은 구리 산화물을 포함하고, 상기 방법은 미립자(fine-grained) 구리 산화물 분말, 결합제(binding agent) 및 선택적으로 합금 성분과 첨가제들로 페이스트(paste)를 형성하는 단계를 더 포함함 ―;
    상기 캐리어 기판의 표면 상에 목표된 형상으로 상기 페이스트를 도포(apply)하는 단계; 및
    전기 전도성 패턴을 형성하기 위해, 고온에서 상기 캐리어 기판의 표면 상에 상기 페이스트의 상기 구리 산화물을 금속화 및 소결(sintering)시키는 단계
    를 포함하며, 상기 캐리어 기판은 상기 전기 전도성 패턴이 상기 캐리어 기판으로부터 분리될 수 있도록 하기 위한 비-접착성 표면을 갖고, 상기 비-접착성 표면은 상기 금속화 및 소결을 위해 사용되는 고온들을 견딜 수 있는 물질로 이루어지며, 상기 캐리어 기판의 표면은 상기 페이스트에 함유된 물질들과 비-반응(non-react)하고,
    상기 전기 전도성 패턴은 트랜스폰더(transponder)의 회로 패턴이며, 칩 상의 집적회로가 상기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고,
    상기 전기 전도성 패턴을 상기 애플리케이션 기판에 전사하기 이전에 상기 회로 패턴과 상기 칩 사이에 전기적 접촉부(contact)가 형성되는,
    전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패턴은 상기 금속화 및 소결을 위해 적외선 방사 또는 마이크로파 방사에 의해 가열되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 산화물 분말은 상기 구리 산화물 분말이 건조될 때 활성 미립자의 순수한 균질성(homogeneous) 구리 산화물 분말을 생성하기 위해 유효한, 제어된 온도, 용해력, 및 다른 조건들에서 침전시킴으로써 수용액으로부터 준비되는 구리(｜)산화물을 포함하는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 산화물 분말은 구리 산화물 입자들의 표면들 상에 환원 화합물을 형성하기 위해 유기 중간제로 처리되고, 상기 유기 중간제는 아세트산, 옥살산, 포름산 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    균질성 합금(homogenous alloy)을 형성하기 위해 상기 구리 산화물 분말에 상기 합금 성분이 혼합되고, 상기 합금 성분은 은, 금, 백금, 팔라듐, 은 산화물, 금 산화물, 백금 산화물, 팔라듐 산화물, 은 할로겐화물, 금 할로겐화물, 백금 할로겐화물, 팔라듐 할로겐화물, 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구리 산화물에 유기 결합제가 혼합되고, 상기 유기 결합제는 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 디부틸프탈레이트(dibutylphtalate) 및 이들의 혼합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 합금 성분은 유동성(rheology), 크리프(creep) 및 접착성으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 특성들을 제어하기 위해 유효한, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패턴은 5㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는 페이스트층으로서 형성되고, 상기 전기 전도성 패턴은 실크-스크린 인쇄, 탐포(tampo) 인쇄, 플렉소(flexo) 인쇄, 그라비어(gravure) 인쇄, 리소(litho) 인쇄, 잉크젯 인쇄 및 레이저 출력 기술로 이루어진 그룹에서 선택된 기술들에 의해 형성되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 구리 산화물의 상기 금속화 및 소결은 상기 전기 전도성 패턴을 형성하고 500℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서 수소를 포함하는 분위기로 수행되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 금속화 및 소결 이후에 질소 가스를 포함하는 분위기에서 상기 전기 전도성 패턴을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 금속 산화물이 제공된 상기 캐리어 기판의 표면 위에 하나 이상의 유전체 층을 제공하고 상기 유전체 층에 하나 이상의 제 2 층을 제공하는 단계 ― 상기 제 2 층의 표면에 상기 금속 산화물이 제공됨 ―; 및
    상기 캐리어 기판과 상기 제 2 층 상에서 상기 금속 산화물을 금속으로 동시에 환원시키는 단계
    를 더 포함하는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄하는 단계는 전기 전도성으로 이루어지는 패턴을 형성하고,
    상기 방법은,
    상기 패턴의 최상부 상에 하나 이상의 유전체 층을 형성하는 단계;
    금속 산화물을 포함하는 하나 이상의 제 2 층을 상기 하나 이상의 유전체 층에 제공하는 단계; 및
    상기 캐리어 기판과 상기 제 2 층 상에서 상기 금속 산화물을 금속으로 환원시키는 단계
    를 더 포함하는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 애플리케이션 기판은 웹(web) 형태이며, 연속적인 인접한 전기 전도성 패턴들을 수용할 수 있는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패턴은 감압(pressure sensitive) 접착제에 의해 상기 애플리케이션 기판에 부착되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패턴은 열가소성 접착제 또는 열 경화(heat curable) 접착제에 의해 상기 애플리케이션 기판에 부착되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 패턴은 방사선, 전자 빔, 또는 화학적 반응에 의해 경화될 수 있는 접착제에 의해 상기 애플리케이션 기판에 부착되는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  17. 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법으로서,
    캐리어 기판의 표면 상에 금속 산화물을 포함하는 층을 인쇄하는 단계;
    상기 금속 산화물을 금속으로 환원시키는 단계;
    상기 환원된 층을 애플리케이션 기판에 전사하는 단계 ― 상기 금속 산화물은 구리 산화물을 포함하고, 상기 방법은 미립자 구리 산화물 분말, 결합제 및 선택적으로 합금 성분과 첨가제들로 페이스트를 형성하는 단계를 더 포함함 ―;
    상기 캐리어 기판의 표면 상에 목표된 형상으로 상기 페이스트를 도포(apply)하는 단계; 및
    전기 전도성 패턴을 형성하기 위해, 고온에서 상기 캐리어 기판의 표면 상에 상기 페이스트의 상기 구리 산화물을 금속화 및 소결시키는 단계
    를 포함하며, 상기 캐리어 기판은 상기 전기 전도성 패턴이 상기 캐리어 기판으로부터 분리될 수 있도록 하기 위한 비-접착성 표면을 갖고, 상기 비-접착성 표면은 상기 금속화 및 소결을 위해 사용되는 고온들을 견딜 수 있는 물질로 이루어지며, 상기 캐리어 기판의 표면은 상기 페이스트에 함유된 물질들과 비-반응(non-react)하고,
    상기 전기 전도성 패턴은 트랜스폰더의 회로 패턴이며, 칩 상의 집적회로가 상기 회로 패턴에 전기적으로 접속되고,
    상기 전기 전도성 패턴을 상기 애플리케이션 기판에 전사한 이후에 상기 회로 패턴과 상기 칩 사이에 전기적 접촉부가 형성되는,
    전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 전기 전도성 패턴을 커버하기 위해 하나 이상의 부가적인 물질층을 상기 애플리케이션 기판에 부착하는 단계, 또는 상기 전기 전도성 패턴을 갖는 측면의 반대 측면의 상기 애플리케이션 기판에 하나 이상의 물질층을 부착하는 단계를 더 포함하는, 전기 전도성 패턴을 제조하기 위한 방법.
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