일반적으로, PCB 공정에서 패턴을 형성하는 방식은 전면에 걸쳐 동이 입혀진 기판에서 필요한 패턴 부분만 남기고 불필요한 부분의 동은 에칭(etching)공정을 통해 없애는 방식이다.
반면에 잉크젯 분사 방식은 패턴을 형성하고자 하는 부분을 따라 전도성 물질(현재는 은(Ag) 입자를 많이 사용하고 있음)을 함유한 액체를 분사한 후 분사한 액체 중 전도성 물질만 남기고 분사를 위해서 필요했던 전도성 물질을 포함하고 있 었던 액체는 없애는 즉, 비산시키는 방식(열을 가해주어 없애는 방식을 사용)을 사용한다.
산업기술의 발전으로 다양한 기능 구현과 소형화가 요구되어지는 추세에 따라 가볍고, 얇고, 강하며, 작은 크기의 PCB 기판이 요구되고 있으며, 이러한 요구사항을 확보하기 위하여 기본적으로 미세 패턴 구현이 따라야 하고, 미세하게 구현한 패턴의 신뢰성이 확보되어야 한다.
따라서 현재 PCB 공정에서 공통적으로 요구되어지는 사항은 '경박단소'이다.
미세 패턴의 신뢰성을 확보하기 위해 최근 주로 사용되는 기술은 회로기판의 미세패턴을 잉크젯 패터닝으로 형성시키는 기술을 사용한다.
잉크젯 방식은 미세패턴을 기판상에 직접 형성할 수 있기 때문에 종래의 리소그래피를 사용한 인쇄기술과 같이, 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트 박리공정의 비용이 드는 공정을 생략할 수 있어 저렴한 가격으로 회로기판을 제작할 수 있는 효과가 있다.
잉크젯 패터닝 방식은 기판을 처리하지 않은 상태에서 잉크를 50㎛ 노즐에서 분사를 하면 잉크가 노즐에서 토출될 때 액적(drop)의 지름이 1.5배 정도 증가하며 무처리 기판에 액적이 떨어질 때 수배로 퍼지는 현상이 있어 미세패턴(배선)의 폭은 분사노즐의 수배가 되는 문제점이 있다.
또한, 잉크젯 패터닝 기술은 잉크젯 노즐의 분사조건만을 가지고 선폭을 조절하므로 잉크의 점성, 토출량, 잉크젯 노즐의 직경에 따라 미세 선폭 구현이 좌우되며, 기존 기판의 특성을 조절하여 선폭제어를 위한 방법으로는 분사 시 기판가열 방법을 사용하는 것이 대부분이였다.
하지만, 분사 시 기판을 가열하는 방법은 잉크 토출 시 노즐의 막힘 현상을 유발할 뿐만 아니라 패턴형상의 coffee stain effect를 야기한다.
또한, 단순히 기판을 소수성 처리만 하여 잉크의 접촉각을 높여 미세패턴을 형성하는 기술을 제안되고 있으나, 잉크의 특성에 따라 분사 직 후 기판에서의 인쇄된 액적의 뭉침 현상으로 패턴의 형상이 불규칙해지는 현상이 발생한다.
또한, 다각도 기판 처리 방식은 접촉각을 작게 하는 효과가 주를 이루고 있으나 접촉각을 작게 한 상태에서 액적과 액적을 오버랩(overlap)시켜 라인을 형성하는 단계에서는 한 액적과 다음 액적의 충돌현상 회피의 어려움으로 인한 라인형성의 어려움과 균일하지 못한 라인 형상의 문제점을 내포하고 있다.
그리고 접촉각을 증가시켜 선폭을 줄이기 위한 기존 소수성 처리 기판은 액적과 액적이 오버랩 될 때 액적과 액적이 기판에 anchor 되지 못하고 액적간의 인력에 의해 더 큰 액적이 형성될 뿐 라인을 형성하지 못하는 문제점이 있었다.
특히, 분사된 액체를 비산은 오븐에 의해 이루어지고 있으나, 이 액체의 비산을 위해 필요한 온도가 기판을 변형시키는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 열에 의해 상변화 되는 나노 상변화 물질을 기판에 코팅시키고, 이 나노 상변화 물질에 레이저를 이용하여 일정온도 범위의 열을 가함에 따라 형성하고자 하는 회로 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있다.
그리고 형성된 회로 패턴에 일정온도 범위 이상의 열을 가하여 리셋시킬 수 있어 회로 패턴을 수정하거나 다른 회로를 형성하기 위해 재활용할 수 있게 하는 레이저를 이용한 회로 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 기판에 회로 패턴을 형성시키는 회로 제조방법에 있어서, 상기 기판의 면에 일정 열에 의해 상변화 되는 비정질(Amorphouse) 상태의 나노 상변화 물질을 코팅시키고, 상기 나노 상변화 코팅층에 집광된 레이저를 이용하여 일정온도 범위의 열을 가함에 따라 도전성 결정질(Crystalline)로 상변화 되어 형성하고자 하는 회로 패턴을 형성시킨다.
바람직하게, 상기 레이저에 의해 형성된 회로 패턴에 도전성 패드를 더 형성하여 상기 회로 패턴과 다른 도전성 물질과의 전기적 접속력을 향상시킨다.
그리고 상기 레이저의 광을 회로 패턴 형성 시보다 크게 집광시키는 패드렌즈를 이용하여 상기 나노 상변화 코팅층에 조사됨에 따라 도전성 패드를 형성시킨 다.
또한, 상기 나노 상변화 코팅층 상에 금속 나노입자 잉크를 인쇄하고, 상기 금속 나노입자 잉크에 레이저 광을 조사하여 도전성 패드를 형성시킨다.
그리고 상기 금속 나노입자 잉크는 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성된다.
또한, 상기 회로 패턴이 형성된 나노 상변화 코팅층의 상측에 적어도 하나 이상의 나노 상변화 코팅층이 더 형성되고, 상기 각 나노 상변화 코팅층에는 레이저에 의해 회로 패턴이 형성된다.
그리고 상기 각 나노 상변화 코팅층의 회로 패턴은 전기적으로 분리되거나 연결될 수 있고, 연결 시 상기 레이저의 조사시간을 조절하여 나노 상변화 코팅층의 상변화되는 깊이가 조절되어 하측에 형성된 다른 나노 상변화 코팅층의 회로 패턴과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 나노 상변화 물질은, Ge-Te, Sb2Te3, GeSeTe2, AgSbTe2, Sb-Se, Ag-In-Sb-Te 및 기타의 Sb-Te 계 칼코겐 화합물(chalcogenide)이거나 GeSb 화합물 중 선택된 어느 하나 이상 사용되고, 이멀젼(emulsion) 상태로 제작되어 스핀코팅(spin coating), 잉크젯, 롤투롤 인쇄, 스프레이 코팅(spray coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅되되, 얇은 박막 형태이거나 나노입자나 나노와이어 등의 초미세입자가 정렬 또는 적층된 형태로 코팅된다.
그리고 상기 나노 상변화 물질은, Ge-Te, Sb2Te3, GeSeTe2, AgSbTe2, Sb-Se, Ag-In-Sb-Te 및 기타의 Sb-Te 계 칼코겐 화합물(chalcogenide)이거나 GeSb 화합물 중 선택된 어느 하나 이상 사용되고, 화학 증착법(CVD: chemical vapor deposition technique)이나 스퍼터링(sputtering) 중 선택된 어느 하나의 방법으로 코팅된다.
또한, 기판에 회로 패턴을 형성시키는 회로 제조방법에 있어서, 상기 기판의 면에 일정 열에 의해 상변화 되는 비정질(Amorphouse) 상태의 나노 상변화 물질을 코팅시키고, 상기 나노 상변화 코팅층 상에 금속 나노입자 잉크를 인쇄한 후, 집광된 레이저를 이용하여 상기 금속 나노입자 잉크에 열을 가함에 따라 도전성 패드를 형성시키며, 상기 나노 상변화 물질 코팅층에 일정온도 범위의 열을 가함에 따라 도전성 결정질(Crystalline)로 상변화되어 형성하고자 하는 회로 패턴을 형성시킨다.
그리고 상기 회로 패턴이 형성된 나노 상변화 코팅층의 상측에 적어도 하나 이상의 나노 상변화 코팅층이 더 형성되고, 상기 각 나노 상변화 코팅층에는 레이저에 의해 회로 패턴이 형성된다.
또한, 상기 각 나노 상변화 코팅층의 회로 패턴은 전기적으로 분리되거나 연결될 수 있고, 연결 시 상기 레이저의 조사시간을 조절하여 나노 상변화 코팅층의 상변화되는 깊이가 조절되어 하측에 형성된 다른 나노 상변화 코팅층의 회로 패턴과 전기적으로 연결된다.
그리고 상기 나노 상변화 코팅층은 상기 결정질(Crystalline)로 상변화 되는 일정온도 범위 이상의 열을 가할 경우, 비정질(Amorphouse) 상태로 상변화 되는 것으로, 상기 기판을 폐기하거나 수정할 경우, 레이저 등을 이용하여 일정온도 범위 이상의 열을 가하여 나노 상변화 물질 코팅층의 회로 패턴을 비정질(Amorphouse) 상태로 리셋(reset)시켜 재활용 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저를 이용한 회로 제조방법에 의하면, 기판의 나노 상변화 물질 코팅층에 레이저를 이용하여 도전성 회로 패턴을 용이하게 형성시킬 수 있어 종래에 비해 작업 공정을 감소시키고, 회로 패턴의 수정 및 기판의 폐기 시, 나노 상변화 물질 코팅층에 일정온도 범위 이상의 열을 레이저로 가하여 리셋(reset)시킴에 따라 재활용 가능한 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 회로 제조방법을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 회로 제조방법에 패드 추가 방법을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 회로 제조방법에 다른 패드 추가 방법을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 회로 제조방법에서 다수의 나노 상변화 물질 코팅층을 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 각 회 로 패턴의 전기적 연결을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 회로 제조방법의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도면에서 도시한 바와 같이, 레이저를 이용한 회로 제조방법은 기판(10) 면에 일정 열에 의해 상변화되는 나노 상변화 물질을 코팅시키고, 이 나노 상변화 코팅층(20)에 집광된 레이저(30)를 이용하여 열을 가함에 따라 형성하고자 하는 회로 패턴(40)을 형성시키게 된다.
이때, 나노 상변화 물질은 Ge-Te, Sb2Te3, GeSeTe2, AgSbTe2, Sb-Se, Ag-In-Sb-Te 및 기타의 Sb-Te 계 칼코겐 화합물(chalcogenide)이거나 GeSb 화합물 중 선택된 어느 하나 이상 사용된다.
이 나노 상변화 물질은 이멀젼(emulsion) 상태로 제작되어 스핀코팅(spin coating), 잉크젯, 롤투롤 인쇄, 스프레이 코팅(spray coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅되되, 얇은 박막 형태이거나 나노입자나 나노와이어 등의 초미세입자가 정렬 또는 적층된 형태로 코팅된다.
이와 같이 코팅된 나노 상변화 물질은 일정온도 범위의 열을 가하면, 상변화가 이루어지는 것으로, 다시 말해, 비정질(Amorphouse) 상태의 나노 상변화 물질은 레이저에 의해 일정온도 범위의 열을 가하여 결정질(Crystalline)로 상변화시킬 수 있다.
이러한 결정질로 상변화된 나노 상변화 코팅층(20)은 도전성화 되기 때문에 회로 패턴(40)을 형성시킬 수 있는 것이다.
그리고 이 나노 상변화 코팅층(20)은 일정온도 범위 이상의 열을 가할 경우, 다시 비정질(Amorphouse)화 될 수 있는 것으로, 리셋시켜 회로 패턴(40)을 수정하거나 다른 회로 패턴을 형성하도록 재활용 될 수 있다.
한편, 나노 상변화 물질은 화학 증착법(CVD: chemical vapor deposition technique)이나 스퍼터링(sputtering) 중 선택된 어느 하나의 방법으로 코팅될 수도 있다.
그리고 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 레이저(30)에 의해 형성된 회로 패턴(40)에 도전성 패드(50)를 더 형성하여 회로 패턴(40)과 다른 도전성 물질과의 전기적 접속력을 향상시킬 수 있다.
이러한 도전성 패드(50)는 도 2에 도시한 바와 같이, 레이저(30)의 광을 회로 패턴(40) 형성 시보다 크게 집광시키는 패드렌즈(52)를 이용하여 나노 상변화 코팅층(20)에 조사됨에 따라 도전성 패드(50)를 형성시킬 수 있다.
또한, 도전성 패드(50)는 도 3에 도시한 바와 같이, 나노 상변화 코팅층(20) 상에 금속 나노입자 잉크(60)를 인쇄하고, 이 금속 나노입자 잉크(60)에 레이저(30) 광을 조사하여 도전성 패드(50)를 형성시킬 수 있다.
이러한 금속 나노입자 잉크(60)는 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성된 나노입자들이 레이저(30)의 열에 의해 상호 열 융착됨에 따라 도전성 패드(50)를 형성시킬 수 있다.
그리고 도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 회로 패턴(40)이 형성된 나노 상변화 코팅층(20)의 상측에 적어도 하나 이상의 나노 상변화 코팅층(20')이 더 형성되고, 상기 각 나노 상변화 코팅층(20, 20')에는 레이저(30)에 의해 회로 패 턴(40, 40')이 형성된다.
이러한 다층의 나노 상변화 코팅층(20, 20')의 회로 패턴(40, 40')은 전기적으로 분리되어 각각 사용되거나 상호 연결되어 사용될 수도 있다.
이 다층의 나노 상변화 코팅층(20, 20')의 회로 패턴(40, 40')을 연결하는 방법은 도 5에서 도시한 바와 같이, 레이저(30)의 조사시간을 조절하여 나노 상변화 코팅층(20')의 상변화되는 깊이가 조절됨에 따라 하측에 형성된 다른 나노 상변화 코팅층(20)의 회로 패턴(40)과 비하홀(70)이 형성되어 전기적으로 연결된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 레이저를 이용한 회로 제조방법의 다른 실시 예로, 기판(10)의 면에 일정 열에 의해 상변화되는 나노 상변화 물질을 코팅시키고, 상기 나노 상변화 코팅층(20) 상에 금속 나노입자 잉크(60)를 인쇄시킨다.
이 나노 상변화 코팅층(20)과 금속 나노입자 잉크(60)에 레이저(30)를 이용하여 도전성을 갖는 물질로 형성시키는 것으로, 먼저, 집광된 레이저(30)를 이용하여 금속 나노입자 잉크(60)에 열을 가함에 따라 도전성 패드(50)를 형성시킨다.
그리고 집광된 레이저(30)를 이용하여 나노 상변화 코팅층(20)에 열을 가함에 따라 형성하고자 하는 회로 패턴(40)을 형성시킨다.
이때, 금속 나노입자 잉크(60)는 내부에 금(Au), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 선택된 어느 하나 이상으로 형성된 나노입자들이 레이저(30)의 열에 의해 상호 열 융착됨에 따라 도전성 패드(50)를 형성시킬 수 있다.
또한, 나노 상변화 코팅층(20)은 나노 상변화 물질은 Ge-Te, Sb2Te3, GeSeTe2, AgSbTe2, Sb-Se, Ag-In-Sb-Te 및 기타의 Sb-Te 계 칼코겐 화합물(chalcogenide)이거나 GeSb 화합물 중 선택된 어느 하나 이상 사용된다.
이 나노 상변화 물질은 이멀젼(emulsion) 상태로 제작되어 스핀코팅(spin coating), 잉크젯, 롤투롤 인쇄, 스프레이 코팅(spray coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅되되, 얇은 박막 형태이거나 나노입자나 나노와이어 등의 초미세입자가 정렬 또는 적층된 형태로 코팅된다.
이와 같이 코팅된 나노 상변화 물질은 일정온도 범위의 열을 가하면, 상변화가 이루어지는 것으로, 다시 말해, 비정질(Amorphouse) 상태의 나노 상변화 물질은 레이저에 의해 일정온도 범위의 열을 가하여 결정질(Crystalline)로 상변화시킬 수 있다.
이러한 결정질로 상변화된 나노 상변화 코팅층(20)은 도전성화 되기 때문에 회로 패턴(40)을 형성시킬 수 있는 것이다.
그리고 이 나노 상변화 코팅층(20)은 일정온도 범위 이상의 열을 가할 경우, 다시 비정질(Amorphouse)화 될 수 있는 것으로, 리셋시켜 회로 패턴(40)을 수정하거나 다른 회로 패턴을 형성하도록 재활용 될 수 있다.
이러한 회로 패턴(40)이 형성된 나노 상변화 코팅층(20)의 상측에 적어도 하나 이상의 나노 상변화 코팅층(20')이 더 형성되고, 각 나노 상변화 코팅층(20)에는 레이저(30)에 의해 회로 패턴(40)이 형성된다.
이 다층의 나노 상변화 코팅층(20)의 회로 패턴(40)은 전기적으로 분리되어 각각 사용되거나 상호 연결되어 사용될 수도 있다.
다층의 나노 상변화 코팅층(20)의 회로 패턴(40)을 연결하는 방법은 레이저(30)의 조사시간을 조절하여 나노 상변화 코팅층(20)의 상변화되는 깊이가 조절됨에 따라 하측에 형성된 다른 나노 상변화 코팅층(20)의 회로 패턴(40)과 전기적으로 연결된다.