KR101360625B1 - 회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판 - Google Patents

회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 일부 영역에 소수성 표면처리층이 형성되도록 소수성 표면처리하는 단계; 상기 소수성 표면처리된 영역에 열분해성 재료를 코팅하는 단계; 상기 기판의 표면 중 표면처리된 영역외의 영역에 전도성 잉크를 코팅하는 단계; 및 상기 열분해성 재료가 제거되도록 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판을 제공한다.
본 발명에 따르면, 비진공에서도 패터닝이 가능하고, 기존의 전자빔 식각 방법에 비하여 수십에서 수백배 이상 빠르게 회로를 패터닝할 수 있다.

Description

회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판{METHOD FOR PATTERNING CIRCUIT AND SUBSTRATE HAVING CIRCUIT PATTERN PRODUCED BY THE SAME}
본 발명은 회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판에 관한 것이다.
대부분의 전자 제품은 전기적 신호를 전달하는 역할을 하는 회로가 형성된 기판을 포함한다. 통상적으로 이러한 회로는 전자 제품이 요구하는 성질이나 구조에 따라 다양한 패턴을 갖는다.
이러한 다양한 패턴을 갖는 기판을 제조하기 위해서, 통상적으로는 먼저 진공 증착을 통하여 회로를 구성하는 물질을 기판에 형성시킨 뒤, 전자빔 식각 방법을 이용하여 상기 회로에 패턴을 부여하는 방법을 이용하였다.
그러나, 이러한 방법은 패턴 형성 속도가 느리고, 고가의 장비가 필요하다는 단점이 있어 널리 상업화되지 않고 있다.
본 발명은 고가의 장비를 이용하지 않고도 향상된 패터닝 속도를 갖는 회로의 패터닝 방법 및 이에 의해 제조된 회로 패턴을 갖는 기판을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 일부 영역에 소수성 표면처리층이 형성되도록 소수성 표면처리하는 단계; 상기 소수성 표면처리된 영역에 열분해성 재료를 코팅하는 단계; 상기 기판의 표면 중 표면처리된 영역외의 영역에 전도성 잉크를 코팅하는 단계; 및 상기 열분해성 재료가 제거되도록 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 회로의 패터닝 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태는 기판; 상기 기판의 일부 영역에 형성된 소수성 표면처리층; 및 상기 기판의 표면 중 소수성 표면처리층이 형성된 영역 외에 형성된 전도성 잉크를 포함하는 회로 패턴을 갖는 기판을 제공한다.
본 발명에 따르면, 비진공에서도 패터닝이 가능하고, 기존의 전자빔 식각 방법에 비하여 수십에서 수백배 이상 빠르게 회로를 패터닝할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로의 패터닝 방법의 일례를 나타낸 모식도이다.
본 발명은 고가의 장비를 이용하지 않고도 향상된 패터닝 속도를 갖는 회로의 패터닝 방법을 제공하고자 한다. 특히, 본 발명의 패터닝 방법은 롤-투-롤(roll-to-roll)법에 의한 연속공정에 적용이 가능하고, 비진공 방식으로도 이용이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 일부 영역에 소수성 표면처리층이 형성되도록 소수성 표면처리하는 단계; 상기 소수성 표면처리된 영역에 열분해성 재료를 코팅하는 단계; 상기 기판의 표면 중 표면처리된 영역외의 영역에 전도성 잉크를 코팅하는 단계; 및 상기 열분해성 재료가 제거되도록 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 회로의 패터닝 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회로의 패터닝 방법의 일례를 나타낸 모식도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 도 1은 본 발명을 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
우선, 기판을 준비한다. 본 발명의 기판으로는 당해 기술분야에서 사용되는 모든 것을 이용할 수 있다. 바람직하게는, 롤-투-롤(roll-to-Roll)법에 의한 연속공정에 적합한 기판을 사용하는 것이며, 예를 들면, 스테인리스강, 탄소강, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Cu계 합금, 알루미늄계 금속, 티타늄계 금속, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등이 있다.
이후, 상기 기판(10)의 일부 영역에 소수성 표면처리층(20)이 형성되도록 소수성 표면처리를 행한다. 상기 소수성 표면처리는 다양한 방법에 이루어질 수 있겠으나, 예를 들면 CF4 등의 플루오린 계열 기체 또는 CH4 등의 카본계열 기체를 플라즈마 반응기 내에 주입하여 RF전압, DC전압 등을 인가함으로써 플라즈마를 형성시켜 소수성 표면처리를 행할 수 있다. 보다 상세하게는, 패턴이 형성된 개구부를 갖는 마스크를 상기 기판 상에 배치한 후, 상기와 같이 형성된 플라즈마를 기판(10)에 증착하여 소수성 표면처리층(20)을 형성시킴으로써 기판(10)의 표면이 선택적으로 소수성을 갖도록 할 수 있다. 이는 추후 상기 소수성 표면처리층에 코팅되는 열분해성 재료가 양 옆의 공간으로 세어나가지 않고 격벽의 구조를 갖도록 함으로써 코팅되는 전도성 잉크 즉, 회로가 서로 분리되도록 하기 위함이다.
이어서, 상기와 같이 소수성 표면처리된 영역 즉, 소수성 표면처리층(20)에 열분해성 재료(30)를 코팅한다. 상기 열분해성 재료는 이후 코팅되는 전도성 잉크가 낮은 점도로 인하여 소수성 표면처리층 영역으로 흐르게 되어 회로가 단락될 수 있는 문제점을 방지하는 역할을 한다. 즉, 전도성 잉크가 원하는 곳에 위치하되, 다른 영역으로는 침투할 수 없도록 장벽 역할을 하게 되는 것이다. 상기 열분해성 재료의 코팅은 잉크젯 프린팅법이나 그라비아 코터에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 열분해성 재료에 대해서는 특별히 한정하는 바는 없으나, 열처리를 통해 용이하게 제거되는 물질인 것이 바람직하며, 상기 소수성 표면처리층에 의해 격벽의 구조를 용이하게 가질 수 있는 수성(水性)의 성질을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 저분자량의 파라핀왁스 및 올리고머 혹은 열분해 온도가 낮은 폴리비닐 부티랄로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 한편, 상기 열분해성 재료(30)를 코팅하는 단계 후에는 상기 열분해성 재료(30)가 소수성 표면처리층(20)에 용이하게 정착될 수 있도록 상기 기판(10)을 건조하는 단계를 추가로 행할 수 있다. 한편, 상기 잉크젯 프린팅법은 소수성 표면처리층의 패턴을 잉크젯 프린터기에 미리 입력함으로써 상기 소수성 표면처리층이 복잡한 형상을 갖더라도 아주 빠른 속도로 열분해성 재료를 코팅할 수 있어, 기존의 전자빔 식각 방법에 비해 상당히 빠른 속도를 가질 수 있다. 특히, 상기 공정은 롤-투-롤 공정에 적용이 가능하여 코팅 속도를 보다 향상시킬 수 있다.
이후, 상기와 같이 열분해성 재료(30)가 코팅된 기판(10)의 표면 중 표면처리된 영역외의 영역 즉, 열분해성 재료(30)가 코팅되지 않은 영역에 전도성 잉크(40)를 코팅한다. 상기 전도성 잉크를 코팅하는 방법은 잉크젯 프린팅법 또는 그라비아 코터를 이용하여 행하여지는 것이 바람직하다. 그라비아 코터란 패턴을 갖는 요철이 형성된 롤러를 이용한 코팅 장치로서, 상기 요철 중 볼록부에 전도성 잉크를 묻혀 기판 등에 상기 전도성 잉크를 코팅할 수 있다. 한편, 기존의 전자빔 식각방법은 연속공정에 아주 불리하고, 또한 복잡한 형상의 패턴을 형성시킬 경우 그 소요 시간이 길다는 단점을 가지고 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 따르면, 상기 롤코터의 패턴 형상이나 그라비아 코터의 요철 형상을 다양하게 제어함으로써, 롤의 연속적인 구동에 의하여 다양하면서도 복잡한 패턴을 갖는 회로를 용이하게 형성시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 상기 공정은 롤-투-롤 공정에 적용이 가능하여 패터닝 속도를 보다 향상시킬 수 있다. 상기 전도성 잉크는 회로를 구성할 수 있는 물질이라면 그 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 나노 실버(nano silver), 나노 구리, 카본나노튜브 및 그래핀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다. 상기 전도성 잉크를 코팅하는 방법은 2회 이상 이루어질 수 있으며, 상기 2회 이상의 코팅시 상기 전도성 잉크는 서로 다른 물질을 코팅하여 복합적인 회로를 구성할 수 있다. 한편, 상기 전도성 잉크가 코팅되는 영역은 그 폭이 작을수록 유리하다. 상기 전도성 잉크는 고가의 재료이므로, 회로를 구성할 수 있다면 그 폭은 가능한 작은 것이 바람직하며, 전술한 바와 같은 잉크젯 프린팅법이나 그라비아 코터와 같은 장치를 이용하는 경우 상기와 같이 전도성 잉크가 코팅되는 영역의 폭을 용이하게 줄일 수 있다.
한편, 상기 전도성 잉크(40)를 코팅한 계 후에는 상기 전도성 잉크(40)가 기판(10)에 용이하게 정착될 수 있도록 상기 기판(10)을 건조하는 단계를 추가로 행할 수 있다.
이후, 상기 열분해성 재료(30)가 제거되도록 상기 기판(10)을 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 열처리를 통해 열분해성 재료(30)를 제거함으로써, 패턴을 갖는 회로를 기판(10)에 형성시킬 수 있다. 상기 열처리는 200~300℃에서 1~10분 동안 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 열처리 온도가 200℃미만일 경우에는 열분해성 재료의 제거가 용이하지 않거나, 열분해성 재료의 제거 시간이 상당히 오래걸려 생산성이 저하될 수 있다는 단점이 있으며, 300℃를 초과할 경우에는 회로를 구성하는 전도성 잉크에 악영향을 미칠 수 있다는 단점이 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명이 제안하는 회로의 패터닝 방법에 의하면, 비진공에서도 패터닝이 가능하고, 또한 복잡한 패턴 형성에 불리한 기존의 전자빔 식각 방법에 비하여 수십에서 수백배 이상 빠르게 회로를 패터닝할 수 있어 생산성 또한 향상시킬 수 있다. 또한, 고가의 장치를 이용하여야 하는 기존의 방법에 비하여 낮은 비용으로도 회로를 패터닝할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 회로 패터닝의 방법은 롤-투-롤(roll-to-Roll)법에 의한 연속공정으로 이루어질 수 있으며, 이를 통해, 생산성을 보다 향상시키고, 제조비용을 보다 저감시킬 수 있다.
본 발명은 상기 패터닝 방법외에도, 전술한 방법에 의해 제조되는 기판; 상기 기판의 일부 영역에 형성된 소수성 표면처리층; 및 상기 기판의 표면 중 소수성 표면처리층이 형성된 영역 외에 형성된 전도성 잉크를 포함하는 회로 패턴을 갖는 기판을 제공한다. 본 발명이 제안하는 기판은 기존의 방법에 의해 제공되는 기판에 비하여 낮은 비용으로도 제조가 가능할 뿐만 아니라 우수한 생산성을 갖는다.
10 : 기판
20 : 소수성 표면처리층
30 : 열분해성 재료
40 : 전도성 잉크

Claims (13)

  1. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판의 일부 영역에 소수성 표면처리층이 형성되도록 소수성 표면처리하는 단계;
    상기 소수성 표면처리된 영역에 열분해성 재료를 코팅하는 단계;
    상기 기판의 표면 중 표면처리된 영역외의 영역에 전도성 잉크를 코팅하는 단계; 및
    상기 열분해성 재료가 제거되도록 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 회로의 패터닝 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 스테인리스강, 탄소강, Fe-Ni계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Cu계 합금, 알루미늄계 금속, 티타늄계 금속, 폴리이미드 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종인 회로의 패터닝 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소수성 표면처리는 플루오린 계열 기체 또는 카본계열 기체를 이용한 플라즈마 처리에 의해 이루어지는 회로의 패터닝 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열분해성 재료는 파라핀왁스, 폴리비닐 부티랄 및 올리고머로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 회로의 패터닝 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열분해성 재료를 코팅하는 단계는 잉크젯 프린팅 또는 그라비아 롤 코팅에 의해 이루어지는 회로의 패터닝 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열분해성 재료를 코팅하는 단계 후, 상기 기판을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 회로의 패터닝 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 잉크를 코팅하는 단계는 잉크젯 프린팅 또는 그라비아 롤 코팅에 의해 이루어지는 회로의 패터닝 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 잉크는 나노 실버(nano silver), 나노 구리, 카본나노튜브 및 그래핀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 회로의 패터닝 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 잉크를 코팅하는 단계는 2회 이상 이루어지며, 상기 2회 이상의 코팅시 상기 전도성 잉크는 서로 다른 물질을 코팅하는 회로의 패터닝 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 잉크를 코팅하는 단계 후, 상기 기판을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 회로의 패터닝 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리는 200~300℃에서 행하여지는 회로의 패터닝 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패터닝 방법은 롤-투-롤(roll-to-Roll)법에 의해 이루어지는 회로의 패터닝 방법.
  13. 삭제
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