KR101058845B1 - 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 기판에 미세 패턴 형성을 위해 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 패턴을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 기판의 표면으로 소정깊이의 미세라인을 형성하는 단계, 상기 미세라인 형성단계를 통해 기판의 표면에 형성된 미세라인으로 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 씨드층을 형성하는 단계 및 잉크젯 프린팅으로 패터닝된 기판을 도금하여 씨드층의 상부면으로 도금층을 형성시키는 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 미세라인 형성 후 여기에 패터닝을 함으로써 선폭을 보다 미세화 할 수 있고, 도금공정을 통해 배선의 고횡비를 달성할 수 있는 이점이 있다.

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Description

잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법{Pattern Method using Inkjet printing}

본 발명은 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 선폭의 미세화하며, 배선의 고종횡비를 달성할 수 있는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법에 관한 것이다.

전자부품 배선공정에서 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 있었던 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 전자부품이 요구되고 있다. 이러한 요구사항을 확보하기 위하여 기본적으로 미세 패턴 구현이 따라야 하고, 미세하게 구현한 패턴의 신뢰성이 확보되어야 한다. 따라서 현재 전자부품 배선 공정에서 공통적으로 요구되어지는 사항은 '경박단소'이다.

미세 패턴의 신뢰성을 확보하기 위해 최근 주로 사용되는 기술은 회로기판의 미세패턴을 잉크젯 패터닝으로 형성시키는 기술을 사용한다.

잉크젯 방식은 미세 패턴을 기판상에 직접 형성할 수 있기 때문에 종래의 리소그래피를 사용한 인쇄기술과 같이, 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트 박리공정의 비용이 드는 공정을 생략할 수 있어 생산비용을 크게 낮출 수 있는 장점이 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 수 배로 퍼지는 현상이 있어 미세패턴(배선)의 폭은 분사노즐의 수배가 되는 문제점이 있다. 또한 미세패턴의 높이는 1㎛ 이하로 폭과 높이의 종횡비는 0.01 이하 수준이다.

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 있으며, 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.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기판에 형성되는 패턴을 보다 미세하게 형성시키기 위한 패터닝 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판에 미세 패턴 형성을 위해 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 패턴을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 기판의 표면으로 소정깊이의 미세라인을 형성하는 단계, 상기 미세라인 형성단계를 통해 기판의 표면에 형성된 미세라인으로 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 씨드층을 형성하는 단계 및 잉크젯 프린팅으로 패터닝된 기판을 도금하여 씨드층의 상부면으로 도금층을 형성시키는 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세라인 형성단계는, 금형, 나노급 사출성형, 멤스공정 중 어느 하나를 통해 상기 기판에 미세라인을 형성시키고, 형성된 미세라인으로 패턴을 프린팅 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프린팅 단계는, 이멀젼(emulsion) 상태의 금속 나노입자 잉크를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세라인 형성단계는, 상기 기판 전체에 격자형태로 미세라인을 형성 후 원하는 부분만 패터닝하여 씨드층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도금단계는, 무전해 도금을 이용하여 프린팅된 패턴 위에 도금층 을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 씨드층은, 이멀젼(emulsion) 상태의 은(Ag) 나노입자를 사용하여 패터닝되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도금층은, Ni, Cu, Pt, Ag, Au 중 하나를 무전해 도금 방식을 통해 형성시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세라인 형성단계 후에는, 상기 미세라인 상부에 접착층 증착이나 UV-오존처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 씨드층 형성단계 후에는, 100 내지 400도로 기본 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 기판에 형성할 미세패턴을 보다 미세화 할 수 있어 결과적으로 제품의 크기 결정에 주요한 요소로 작용되는 이점이 있다.

또한, 도금 공정을 적용함으로써 배선의 고종횡비를 달성할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 순서도, 도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 일실시예를 나타낸 순서도, 도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법은, 기판(100)에 패턴 형성을 위해 잉크젯 프린팅을 이용하여 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판(100)의 표면으로 소정깊이의 미세라인(110)을 형성하는 단계, 상기 미세라인 형성단계를 통해 기판의 표면에 형성된 미세라인으로 잉크젯 프린팅을 통한 씨드층(120)을 형성하는 단계 및 잉크젯 프린팅으로 패터닝된 기판을 도금하여 상기 씨드층으로 도금층(130)을 형성시키는 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

우선 준비된 기판(100)으로 미세라인(110)을 형성한다. 본 발명의 적용 대상으로 상기 기판은 PCB나 연성회로기판(Flexible Printed Circut Board ; FPCB) 등의 기판에 패턴 형성 시 적용하거나, 연료전지, 태양전지, 디스플레이, 반도체 등의 배선 형성 등에 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 잉크젯 패터닝을 이용한 패턴 형성방법은 기판에 패턴을 형성하기 전에 소정깊이를 가지는 미세라인(110)을 먼저 형성한 후 패턴을 형성시키는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

상기 미세라인(110)은 기판 표면에 수십㎛ 내지 수㎛ 단위의 폭과 깊이를 가지도록 형성하며, 본 발명에서 따른 바람직한 방법으로는 임프린트용 금형(300)을 통해 기판의 상부면으로 미세라인을 형성하되, 이에 한정하지 않고 나노급 사출성형이나 멤스(Micro Electric Mechanical System ; MEMS)와 같은 다양한 방법을 통해 가능하다.

임프린트용 금형을 이용하여 미세라인을 형성하는 방법 중 하나로는 패턴이 형성될 부분으로만 미세라인을 형성하거나 또는 일정간격을 가지는 격자형태로 기판 전체에 미세라인을 형성한 후 필요한 부분으로만 패턴을 형성한다. 필요한 패턴으로만 미세라인을 형성하고자 할 경우 패턴에 대응하도록 금형을 제작하여 형성시키며, 격자형태의 미세라인을 형성시킬 경우에는 격자형태의 금형을 제작한 후 이를 이용하여 기판에 사용할 수 있다.

상기 미세라인 형성단계 후에는 형성된 미세라인을 따라 씨드(seed)층(120)을 형성하기 위해 잉크젯 프린팅을 이용한 패터닝(pattening)을 실시한다. 상기 씨드층(120)은 이멀젼(emulsion) 상태의 금속 나노입자 잉크를 사용하여 프린팅하는 것으로, 은(Ag), 금(Au) 등의 나노입자를 사용할 수 있다. 응용 경우에 따라서 고 접착력과 같은 높은 신뢰성을 요구하는 경우, 씨드층을 형성하기 사전에, 상기 미세라인 상부에 접착층 증착이나 UV-오존처리를 수행한다.

상기 씨드층(120)을 형성할 때에는 상기 미세라인 형성과정에서 형성된 미세라인을 따라 프린팅을 하는데, 프린팅할 미세라인만 형성된 경우에는 그에 대응하게 잉크젯 프린터 헤드(200)를 이동시켜 형성하고, 격자형태의 미세라인을 가공한 경우에는 패터닝할 배선을 따라 프린터 헤드가 이동할 수 있도록 제어장치(프린터 헤드 제어부)를 통해 배선을 형성할 곳으로만 패터닝하면 된다. 씨드층을 형성한 후에는 잉크가 전도성을 가지도록 기판의 내열온도에 따라서 100 ℃- 400 ℃ 사이에서 기본 열처리 공정을 거친다.

씨드층을 형성을 완료한 후에는 도금단계를 거쳐 도금층(130)을 형성한다. 미세라인(110)의 소정깊이 내에 프린팅 과정을 거쳐 형성된 씨드층(120)의 윗부분으로 도금층을 형성하여 배선의 높이 즉, 고종횡비를 달성할 수 있다.

상기 도금단계는 무전해 도금을 이용하여 도금층(130)을 형성시키는 것으로, 도금층은 Ni, Cu, Pt, Ag, Au 등을 사용하여 도금될 수 있다. 상기 미세라인의 깊이는 미세라인의 폭의 2배 이상으로 수십㎛ 내지 수㎛ 수준이며, 씨드층의 높이는 1 ㎛ 수준이다. 도금 기술을 적용함으로써 최종 미세패턴의 높이는 10㎛ 이상으로 제작이 가능하므로 패턴 폭과 높이의 종횡비는 1 이상이 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 기판에 패터닝 전에 미세라인을 형성한 후 그 자리에 패터닝을 실시함으로써 선폭을 보다 미세화시킬 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 일반적으로 기판에 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 일실시예를 나타낸 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판

110 : 미세라인

120 : 씨드(seed)층

130 : 도금층

200 : 프린터 헤드

300 : 금형

Claims (9)

1. 기판에 미세 패턴 형성을 위해 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 패턴을 형성시키는 방법에 있어서,

   상기 기판의 표면으로 소정깊이의 미세라인을 형성하는 단계;

   상기 미세라인 형성단계를 통해 기판의 표면에 형성된 미세라인으로 잉크젯 프린팅을 이용하여 필요한 씨드층을 형성하는 단계; 및

   잉크젯 프린팅으로 패터닝된 기판을 도금하여 씨드층의 상부면으로 도금층을 형성시키는 도금 단계;를 포함하며,

   상기 미세라인 형성단계 후에는 상기 미세라인 상부에 접착층 증착이나 UV-오존처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미세라인 형성단계는,

   금형, 나노급 사출성형, 멤스공정 중 어느 하나를 통해 상기 기판에 미세라인을 형성시키고, 형성된 미세라인으로 패턴을 프린팅 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 프린팅 단계는,

   이멀젼(emulsion) 상태의 금속 나노입자 잉크를 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 미세라인 형성단계는,

   상기 기판 전체에 격자형태로 미세라인을 형성 후 원하는 부분만 패터닝하여 씨드층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 도금단계는,

   무전해 도금을 이용하여 프린팅된 패턴 위에 도금층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 씨드층은,

   이멀젼(emulsion) 상태의 은(Ag) 나노입자를 사용하여 패터닝되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 도금층은,

   Ni, Cu, Pt, Ag, Au 중 하나를 무전해 도금 방식을 통해 형성시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서, 상기 씨드층 형성단계 후에는,

   100 내지 400도로 기본 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 패턴 형성방법.

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