KR101434423B1 - 도전성 패턴을 위한 소재 및 이를 이용한 도전성 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

레이저 조사에 의해 3차원 도전성 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 레이저 조사에 광반응하여 기재 표면에서 패턴을 형성할 수 있는 새로운 소재가 개시된다. 본 발명에 따른 도전성 패턴을 위한 소재는 입체 형상으로 제작 가능한 임의의 절연성 소재와 레이저 조사에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 포함하되, 상기 무기물 필러 소재는 Cu₃N인 것을 특징으로 한다.

Description

도전성 패턴을 위한 소재 및 이를 이용한 도전성 패턴 형성방법{Curved surface polymer material and method of conductive pattern using the same}

본 발명은 기재에 도전성 패턴을 형성하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 조사에 의해 3차원 도전성 패턴을 형성하는 기술에 관한 것이다.

정보화 기술의 발달에 따라 미세 전기회로를 이용한 다양한 응용제품의 확대로 PCB(Printed Circuit Board) 의존도가 매우 증가되는 실정이다. 특히, 휴대 전화와 같은 휴대용 통신기기에는 안테나가 장착되는데, 이러한 안테나는 기기의 소형화에 부응하여 종래의 출몰형 안테나 대신에, 최근에는 기기의 내부에 일반적인 전기 회로 패턴과 유사하게 도체 패턴으로 형성하여 내장되는 형태의 안테나로 가고 있는 추세이다.

다만, 여기서 내장형 안테나가 일반적인 전기 회로 패턴과 유사하다고 했지만, 다음과 같은 점에서 일반적인 전기 회로 패턴과는 전혀 다르다. 즉, 일반 전기 회로 패턴은 통상적으로 프린트 회로 기판(PCB)의 형태로 제공되는 데에 반해, 안테나는 캐리어 또는 베이스라고도 불리는 기재 위에 별도로 제작된 도체 패턴을 부착하여 제공된다. PCB는 주지하다시피 한정된 재료의 수지 기판 위에 구리 등의 도체 패턴을 사진식각 등과 같은 미세 패턴 형성 방법에 의해 형성하지만, 안테나를 위한 도체 패턴은 기재와는 별도로 금속판을 프레스 가공하여 마련하여

이 프레스 가공된 도체 패턴을 보통 사출 성형에 의해 준비된 기재 위에 융착, 접착 또는 조립함으로써 제조된다. 따라서, PCB의 형태로 제공되는 일반 전기 회로 패턴과 프레스 성형되는 도체 패턴인 안테나는 그 사이즈나 제조 방법에서 비교가 되지 않을 정도로 다르다. 또한, PCB 형태로 제공되는 일반 전기 회로 패턴은, 복수층을 적층한 구조가 있기는 하지만, 그 기본 형상이 평면임에 반해, 특히 최근 들어 안테나를 이루는 도체 패턴은 입체적인 형상이 요구되고 있다. 이는 전파를 송수신 할 때의 지향성 또는 방향에 따른 감도 편차가 없어야 한다는 안테나에 고유하게 요구되는 특성 때문이기도 하고, 또한 보통 사출 성형되어 휴대용 통신기기의 케이스를 이루는 기재가 입체적인 형상을 가지기 때문이기도 하다.

한편, 최근에는 안테나용 도체 패턴을 프레스 가공 대신에 플렉시블(flexible) PCB의 형태로 제조하여 이를 상술한 사출 성형물인 기재에 접착 또는 부착하는 방식으로 내장 안테나를 제조하는 기술이 알려져 있다. 이 방법에 의하면 고가의 금형 제작이 필요하여 다양한 형태의 안테나 도체 패턴을 제작하기에 적합하지 않은 프레스 가공에 비해, 설계의 자유도가 높고 종래의 플렉시블 PCB 제조 기술을 활용할 수 있다는 점에서 유리하지만, 여전히 플렉시블 PCB 형태로 제조된 안테나를 상술한 입체적인 형상의 기재 위에 접착 또는 부착하여야 하는 불편함이 있고, 시간이 지남에 따라 또는 제조자나 사용자의 부주의에 의해 안테나인 플렉시블 PCB가 기재로부터 들뜨거나 분리되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 레이저 조사에 의해 3차원 도전성 패턴을 형성하는 기술에 있어서, 레이저 조사에 광반응하여 기재 표면에서 패턴을 형성할 수 있는 새로운 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 도전성 패턴을 위한 소재는 입체 형상으로 제작 가능한 임의의 절연성 소재와 레이저 조사에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 포함하되, 상기 무기물 필러 소재는 Cu₃N인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 도전성 패턴 형성방법은 레이저 조사를 이용하여 기재 표면에 도전성 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 기재를 준비하는 단계와, 상기 기재 표면에 레이저 광을 조사하여 레이저 조사 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레이저 조사 패턴에 도전성 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 기재는 입체 형상으로 제작 가능한 임의의 절연성 소재와 레이저 조사에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 포함하되, 상기 무기물 필러 소재는 Cu₃N인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 질화물로 구성되는 새로운 소재를 이용하여 레이저 조사를 통해 복잡한 형상의 부품에도 3차원 전도체 패턴을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도전성 패턴 형성방법의 과정을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 레이저 조사를 이용한 패턴 형성의 일 예를 도시한 예시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성방법은 레이저 조사기술을 이용하여 3차원 곡면 케이스 표면인 휴대폰 안테나 및 모터구동회로, 센서회로, 의료용 휴대기 등에 응용이 가능하다. 이하, 도 1을 참조하여 본 도전성 패턴 형성방법을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도전성 패턴 형성방법의 개략적인 과정을 도시한 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 도전성 패턴 형성방법은 시드형성 소재 제조 단계(S110)와, 레이저 조사에 의해 상기 소재 상에 패턴을 형성하는 처리를 하는 단계(S120)와, 레이저 조사 패턴에 도전성 패턴을 형성하는 단계(S130)를 포함한다.

S110 단계에서, 도전성 패턴이 형성되는 시드형성 소재(도 2 참조)가 제조된다. 본 실시예에서 시드형성 소재(10)는, 한정된 재질과 한정된 방법에 의해 한정된 형상으로 제조되는 종래의 PCB와 달리, 다양한 재질로 다양한 방법에 의해 다양한 형상으로 제조할 수 있다.

구체적으로, 본 실시예의 시드형성 소재(10)는 임의의 절연성 재질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리에스테르 수지, PC(Polycarbonate) 수지, PC/ABS 수지 혼합물, 폴리아미드 수지, 변성 폴리페닐렌에테르 수지, 액정 폴리머, 엔지니어링 플라스틱 등을 들 수 있다. 여기서, 성형성과 비용 등을 고려하여 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리 에스테르 수지, PC(Polycarbonate) 수지 등의 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 시드형성 소재(10)는 전술한 임의의 고분자 수지 외에 레이저 조사 처리 시, 활성화되어 도전성 패턴의 구현이 가능한 무기물 필러 소재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서 시드형성 소재(10)는 전술한 고분자 수지와 무기물 필러 소재가 혼합된 복합 소재인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 무기물 필러 소재는 질화물로 구성될 수 있고, 특히 구리 질화물(copper nitride) 소재를 활용하여 레이저 조사에 의해 활성화되는 특성을 발현할 수 있다. 예컨대, 상기 구리 질화물로는 Cu₃N 소재를 활용하는 것이 바람직하다.

다른 한편으로, 상기 무기물 필러 소재로 상기 구리 질화물의 착화합물(complex)을 이용할 수도 있다.

또한, 부품의 강도나 내열성 증대를 위해 유리 섬유, 실리카 필러 등이 더 첨가될 수도 있다.

한편, 상기 시드형성 소재(10)는 원하는 형상을 만들 수 있다면 사출 성형, 절삭 가공 등 어떠한 방법에 의해 제조하여도 좋으나, 양산성을 고려하여 사출 성형에 의해 제조하는 것이 바람직하다

S120 단계에서, 레이저 조사 장치를 이용하여 입체 형상의 상기 시드형성 소재(10)의 표면에 일정한 패턴을 형성한다. 상기 시드형성 소재(10)를 구성하는 질화물 성분과 상기 레이저 광은 광화학 반응을 하며, 이를 이용하여 상기 시드형성 소재(10) 표면에는 일정한 형상의 레이저 조사 패턴(15)이 형성된다.

레이저 조사장치는 시드형성 소재(10) 표면에 레이저 빔(La, Lb)을 조사하여 도체 패턴의 윤곽을 형성하는 장치로서, 레이저 소스와 필요한 광학계 및 제어부로 이루어진다.

레이저 소스는 광화학 반응을 통해 도체 패턴을 형성할 수 있는 정도면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 YVO4 레이저 등을 이용할 수 있다. 또한, 레이저 소스는 사용되는 파장에 따라 그 파워 및 처리 속도에 변화를 줄 수 있다. 예컨대, 파장이 1064nm의 레이저를 활용한다면, 그 파워는 2~6 Watt, 주파수는 40Hz의 광원이 사용될 수 있다.

S130 단계에서, 상기 레이저 조사 패턴(15) 상에 도전성 금속 패턴을 형성한다. 이때, 도전성 금속 패턴을 형성하는 도금 금속은 이온화 경향이 낮고 반응성이 낮아 안정적이며 도전성이 뛰어난 금, 은, 구리, 니켈 또는 그 합금을 이용할 수 있다.

여기서, 상기 레이저 조사 패턴(15) 상에 도전성 금속 패턴을 형성하는 방법으로 무전해 도금 기술을 이용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 레이저 조사에 의해 패턴을 형성하는 복합 소재에 있어서,
   입체 형상으로 제작 가능한 임의의 절연성 소재와 레이저 조사에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 포함하되, 상기 무기물 필러 소재는 구리 질화물(copper nitride)을 포함하는 것이고, 상기 구리 질화물은 레이저 조사에 의해 무전해 도금을 위한 촉매작용을 하는 전이금속으로 활성화되는 것
   을 특징으로 하는 레이저 조사에 의해 도전성 패턴을 형성하는 복합 소재.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
   상기 구리 질화물의 착화합물(complex)을 더 포함하는 것
   을 특징으로 하는 레이저 조사에 의해 도전성 패턴을 형성하는 복합 소재.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구리 질화물은 Cu₃N인 것을 특징으로 하는 레이저 조사에 의해 도전성 패턴을 형성하는 복합 소재.
   
4. 레이저 조사를 이용하여 기재 표면에 도전성 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
   기재를 준비하는 단계와, 상기 기재 표면에 레이저 광을 조사하여 레이저 조사 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레이저 조사 패턴에 무전해 도금 방식을 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 기재는,
   입체 형상으로 제작 가능한 임의의 절연성 소재와 레이저 조사에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 포함하되, 상기 무기물 필러 소재는 구리 질화물(copper nitride)을 포함하는 것이고, 상기 구리 질화물은 레이저 조사에 의해 무전해 도금을 위한 촉매작용을 하는 전이금속으로 활성화되는 것
   을 특징으로 하는 도전성 패턴 형성방법.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
   상기 구리 질화물의 착화합물(complex)을 더 포함하는 것
   을 특징으로 하는 도전성 패턴 형성방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 구리 질화물은 Cu₃N인 것을 특징으로 하는 도전성 패턴 형성방법.
   

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