KR101572518B1 - 3d 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법 - Google Patents
3d 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 3D 프린팅용 경화용 수지 조성물을 이용한 전도체 성형물의 제조방법에 관한 것으로서, 3D 프린팅용 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법에 있어서, 광경화가 가능한 제1수지, 열경화가 가능한 제2수지, 전도체 성형물의 성형을 위한 전도성 소재 및 첨가제를 혼합하여 이중 경화형 수지 조성물을 준비하는 제1단계와, 상기 이중 경화형 수지 조성물에 레이저 또는 자외선을 조사하여 광경화가 가능한 제1수지를 광경화시키는 제2단계와, 상기 제2단계와 동시 또는 순차적으로 이루어지며, 상기 이중 경화형 수지 조성물에 열을 가하여 열경화가 가능한 제2수지를 열경화시키는 제3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 광경화 또는 열경화 공정을 동시에 또는 목적에 따라 선택적으로 사용할 수 있으며, 각각의 공정에 따른 장점을 최대한 활용할 수 있어 고품질의 정밀 전도체 성형물을 공급할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 3D 프린팅용 경화용 수지 조성물을 이용한 전도체 성형물의 제조방법에 관한 것으로서, 광경화와 열경화가 가능한 이중 경화형 수지 조성물을 도입하고 이의 최적 비를 구현하여, 광경화 및 열경화 공정의 장점을 활용할 수 있어 고품질의 정밀 전도체 성형물을 공급하기 위한 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법에 관한 것이다.
전자, 정보통신 기술의 발달로 소형화, 고집적화된 전자회로 패턴 및 각종 전자부품의 개발이 요구되고 있다.
이러한 필요성에 의해 최근까지 크게 두가지 관점에서 연구가 되어 왔는데, 하나는 소형화, 고집적화, 패턴화된 전자부품을 제조하기 위한 제작 공정, 하나는 전자부품의 물성의 보완 및 향상을 위한 전자부품 재료의 개발에 대한 것이다.
먼저, 제작 공정 측면에서는 기재 상에 전자부품 재료를 코팅한 후, 감광액을 이용한 포토리소그래피 공정이 전기전자 부품 및 전자회로 패턴의 전 분야에 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 이는 재료의 코팅 및 식각이라는 공정을 반복함으로써 공정 자체가 번거롭고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 재료의 소모가 심하며, 감광액을 비롯한 현상액, 에칭액 등 여러가지 소재가 사용되고 이를 제거함으로 인해 환경 오염의 문제를 야기하고 있다.
그 외에 나노 임프린트 방식, 잉크젯 프린팅 방식 등이 연구되고 있으나, 나노 임프린트 방식은 상기의 포토리소그래피 공정과 유사한 단점이 있으며, 잉크젯 프린팅 방식은 재료 자체를 액상으로 가공하여야 하므로 그 재료 및 적용 분야에 있어서 한계가 있다.
최근에는 이러한 다양한 요구에 맞춰 3D 프린팅 기술에 대한 관심이 급증하고 있으며, 특히 본 발명에서는 광경화성 컴포지트 기반의 3D 프린팅 기술에 대해서 관심이 있으며, 그 중 액체 기반의 재료를 사용하는 기술은 SLA(Sterolithography), MJM(Multi Jet Modeling), DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린팅 기술이 있다.
이러한 액체 기반의 3D 프린팅 기술은 레이저나 자외선을 이용하여 재료를 순간적으로 경화시켜 3차형 형상의 성형물을 제조하게 된다.
그러나 이 경우엔 필연적으로 3차원 형상의 성형물, 특히 복잡한 형태의 성형물인 경우엔 빛에 의한 광경화시 그 자체의 형태로 인해 그림자 영역(shadow area)이 존재하게 되어, 빛에 의한 광경화가 제대로 이루어지지 않게 된다.
이는 전자부품에 있어서 복잡한 회로기판의 구조를 갖거나 고정밀, 소형 부품일수록 shadow area에 의한 광경화가 제대로 되지 않는 경우에 그 문제점이 더욱 심각하며, 고품질의 정밀 부품의 제작이 불가능하게 된다.
본 발명은 광경화와 열경화가 가능한 이중 경화형 수지 조성물을 도입하고 이의 최적 비를 구현하여, 광경화 및 열경화 공정의 장점을 활용할 수 있어 고품질의 정밀 전도체 성형물을 공급하기 위한 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 3D 프린팅용 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법에 있어서, 광경화가 가능한 제1수지, 열경화가 가능한 제2수지, 전도체 성형물의 성형을 위한 전도성 소재 및 첨가제를 혼합하여 이중 경화형 수지 조성물을 준비하는 제1단계와, 상기 이중 경화형 수지 조성물에 레이저 또는 자외선을 조사하여 광경화가 가능한 제1수지를 광경화시키는 제2단계와, 상기 제2단계와 동시 또는 순차적으로 이루어지며, 상기 이중 경화형 수지 조성물에 열을 가하여 열경화가 가능한 제2수지를 열경화시키는 제3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법을 기술적 요지로 한다.
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본 발명은, 이중 경화형 수지 조성물을 제공하여 광경화 또는 열경화 공정을 동시에 또는 목적에 따라 선택적으로 사용할 수 있어, 각각의 공정에 따른 장점을 최대한 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 복잡한 회로기판과 같은 구조로 인한 그림자 영역(shadow area)에 따른 광경화의 어려움과, 수십~수백 마이크로 수준의 미세한 영역에 선택적인 열경화의 어려움에 대한 두 공정의 단점을 최소화하고 장점을 극대화할 수 있도록, 최적의 성분비를 가지는 이중 경화형 수지 조성물을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광경화 또는 열경화 공정을 이용하여 고정밀, 고품질의 3차원 정밀 전도체 성형물을 제작할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 3D 프린팅용 경화용 수지 조성물에 관한 것으로서, 광경화 또는 열경화 공정을 동시에 또는 목적에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 광경화와 열경화가 가능한 이중 경화형 수지 조성물을 도입하고 이의 최적 비를 구현하여, 고정밀, 고품질의 전도체 성형물을 공급하고자 하는 것이다.
이하에서는 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 3D 프린팅용 경화형 수지 조성물에 있어서, 광경화가 가능한 5~30중량부의 제1수지, 상기 제1수지와는 독립적으로 경화되며 열경화가 가능한 5~30중량부의 제2수지, 전도체 성형물의 성형을 위한 30~80중량부의 전도성 소재 및 첨가제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이중 경화형 수지 조성물은 무용제형으로 광경화가 가능한 제1수지, 열경화가 가능한 제2수지, 전도성 소재 및 기타 첨가제로 이루어진다.
먼저, 상기 제1수지는 5~30중량부로 사용되고, 레이저 또는 자외선에 의해 광경화가 되는 수지로써, 액상 형태로 제공되며, 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 함유하는 아크릴레이트계 수지, 메타크릴레이트계 수지를 사용한다.
구체적으로는 액상의 아크릴 모노머(또는 올리고머), 메타아크릴 모노머(또는 올리고머) 등을 사용하고, 조형물의 강도 유지를 위하여 다관능 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명의 일실시예로 아크릴레이트계 수지로 아크릴 수지를 사용한다.
그리고, 상기 제2수지는 열에 의한 열경화가 가능한 수지를 사용하며, 5~30중량부로 사용되어 상기 제1수지와는 독립적으로 경화되는 재료를 사용한다. 즉, 광에 의한 광경화시 제2수지는 미경화된다.
즉, 상기 제1수지와 제2수지는 그 자체로 각각 광경화와 열경화가 독립적으로 이루어지는 수지를 사용하거나, 제1수지 및 제2수지에 적절한 광개시제나 경화제를 혼합한 혼합 수지를 사용함으로써 각각 광경화와 열경화가 독립적으로 이루어지도록 할 수도 있다.
상기 제2수지는 열경화가 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 함유하는 에폭시계 수지 또는 말레이미드계 수지를 사용하며, 바람직하게는 비스페놀형, 페놀노볼락형 또는 크레졸노볼락형 에폭시계 수지를 사용한다. 상기 제2수지는 별도의 경화제와 경화첨가제를 더 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 전도성 소재는, 입자 싸이즈 0.1㎛~3㎛의 금속 분말 또는 금속 나노입자의 형태로 제공되며, 구형, 판상형 또는 막대형의 금속 분말 또는 금속 나노입자를 섞어서 사용한다. 바람직하게는 상기 전도성 소재는, 열 및 자외선에 안정된 은 분말, 은 코팅된 구리 분말 또는 은 나노입자를 사용한다.
그리고, 상기 첨가제는, 광개시제 및 광증감제 3~10중량부, 커플링제 0.05~3중량부, 분산제 0.05~3중량부, 레벨링제 0.05~3, 소포제 0.05~3중량부, 경화제 3~10중량부로 혼합하여 사용한다.
상기 광개시제 및 광증감제는 자외선을 흡수하여 라디칼 혹은 양이온을 생성시켜 광중합을 개시하는 역할을 하는 것으로서, 벤조인이서 계열을 사용한다.
상기 광개시제 및 광증감제는 3~10중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 이 범위 내에서 적절한 에너지의 자외선을 가했을 시 광중합 반응이 가장 활발하였다.
그리고, 커플링제 0.05~3중량부, 분산제 0.05~3중량부가 혼합되어, 상기 제1수지 및 제2수지 그리고 전도성 소재가 잘 분산되어 혼합되도록 한다. 상기 커플링제와 분산제의 양은 각 성분이 가장 잘 분산될 수 있는 양이다.
또한, 상기 이중 경화형 수지 조성물에는 레벨링제 0.05~3중량부가 더 포함되며, 소포제 0.05~3중량부가 더 포함된다.
상기 레벨링제는 이중 경화형 수지의 슬립성을 향상시켜 광경화시 이중 경화형 수지의 신속한 투입이 가능하도록 하며, 소포제는 이중 경화형 수지 내의 기포 제거로 성형성을 향상시키고, 제품의 불량률을 최소화하며, 상기 경화제는 상기 제2수지의 다리결합을 일으켜 제2수지의 경화를 활발히 한다.
한편, 본 발명에 따른 이중 경화형 수지 조성물에는 부품의 강도나 내열성 증대를 위하여 무기 분말을 더 추가할 수도 있는데, 상기 무기 분말은 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 마그네시아와 같은 재료를 0.05~3중량부로 단독 또는 혼합하여 사용한다.
이와 같이 본 발명은 이중 경화형 수지 조성물을 제공하여 광경화 또는 열경화 공정을 동시에 또는 목적에 따라 선택적으로 사용할 수 있어, 각각의 공정에 따른 장점을 최대한 활용할 수 있다.
또한 상기의 각 소재의 성분비는 복잡한 회로기판과 같은 구조로 인한 shadow area에 따른 광경화의 어려움과, 수십~수백 마이크로 수준의 미세한 영역에 선택적인 열경화의 어려움에 대한 두 공정의 단점을 최소화하고 장점을 극대화할 수 있도록, 최적화된 것이다.
한편, 본 발명에 따른 이중 경화형 수지 조성물에 대한 일실시예로, 제1수지로 아크릴레이트계 수지 trimethylolpropane triacrylate(SR351), 10 중량부, 제2수지로 에폭시계 수지 액상 phenol-novolac epoxy(YDPN-631, 국도화학), 5 중량부, 전도성 소재로 은 분말 70중량부을 사용하였다.
여기에서, 은 분말은 1.6㎛ 의 구형 미세 은 분말(HP-0712, 희성금속) 56중량부, 1.5㎛의 판상형 은 분말(HAG-150FG, 창성) 14중량부를 사용하였다.
그리고 첨가제로 광개시제 및 광증감제 Irgacure 907, 5중량부, Darocur ITX, 2중량부, 제2수지의 경화제 및 경화첨가제 HMPA(hexahydro-4-methylphthalic anhydride), 5중량부, TPP(triphenylphosphine), 0.5중량부를 사용하였다.
그리고, 커플링제 KBM-503, 0.5중량부, 분산제 BYK-111, 0.5중량부, 레벨링제 BYK-UV3530, 1중량부, 소포제 BYK-353, 0.5중량부를 사용하였다.
이와 같이 준비된 이중 경화형 수지 조성물에 레이저 또는 자외선을 조사하여 제1수지를 광경화시킨 후, 상기 광경화 공정과 동시 또는 순차적으로 제2수지를 열경화시킴으로써, 3차원 형상의 전도체 성형물을 제조하게 된다.
여기에서, 상기 광경화 및 열경화는 상기 이중 경화형 수지 조성물을 3D 프린팅 장치인 SLA(Sterolithography), MJM(Multi Jet Modeling) 및 DLP(Digital Light Processing) 장치 중 어느 하나에 투입하여 구현되게 된다.
이에 의해 본 발명은, 광경화 또는 열경화 공정을 함께 적용하여 두 공정의 장점을 조합하고, 개별적으로도 적용할 수 있어 다양한 공정에 활용할 수 있게 된다.
또한, 복잡한 회로기판과 같은 구조로 인한 shadow area에 따른 광경화의 어려움과, 수십~수백 마이크로 수준의 미세한 영역에 선택적인 열경화의 어려움에 대한 두 공정의 단점을 최소화하고 장점을 극대화할 수 있도록, 최적의 성분비를 가지는 이중 경화형 수지 조성물을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 광조사 및 가열을 통해 복잡한 형상의 3차원 전도체 성형물을 제작할 수 있으며, 광 및 열에 독립적으로 반응하여 경화시킬 수 있는 이중 경화형 수지 조성물을 제공하고, 각각의 개별 공정에 용이하게 적용 가능한 최적의 성분비를 갖는 이중 경화형 수지 조성물을 제공하는 것이다.
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- 3D 프린팅용 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법에 있어서,
광경화가 가능한 제1수지, 열경화가 가능한 제2수지, 전도체 성형물의 성형을 위한 전도성 소재 및 첨가제를 혼합하여 이중 경화형 수지 조성물을 준비하는 제1단계;
상기 이중 경화형 수지 조성물에 레이저 또는 자외선을 조사하여 광경화가 가능한 제1수지를 광경화시키는 제2단계;
상기 제2단계와 동시 또는 순차적으로 이루어지며, 상기 이중 경화형 수지 조성물에 열을 가하여 열경화가 가능한 제2수지를 열경화시키는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법. - 제 8항에 있어서, 상기 제1단계의 이중 경화형 수지 조성물은,
광경화가 가능한 5~30중량부의 제1수지, 상기 제1수지와는 독립적으로 경화되며 열경화가 가능한 5~30중량부의 제2수지, 전도체 성형물의 성형을 위한 30~80중량부의 전도성 소재 및 첨가제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법. - 제 8항에 있어서, 상기 제 2단계 및 제3단계는,
상기 이중 경화형 수지 조성물을 SLA(Sterolithography), MJM(Multi Jet Modeling) 및 DLP(Digital Light Processing) 장치 중 어느 하나에 투입하여 구현되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 이중 경화형 수지 조성물을 이용한 3차원 형상의 전도체 성형물의 제조방법.
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