KR101581869B1 - 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인쇄 전자용 R2R 인쇄 방식에 있어서 노광 선폭을 그대로 유지하면서 패턴의 선폭이 가공되며, 선폭과 비례하여 심도가 깊고 고르게 형성될 수 있는 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤에 관한 것으로, 상세하게는 제판롤 실린더의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 코팅단계; 레이저 또는 자외선을 상기 실린더 표면에 조사하여 패턴이 형성될 수 있도록 준비하는 노광단계; 현상액을 이용하여 상기 실린더 표면에 경화되지 않은 포토레지스트를 용해시켜 패턴을 형성하는 현상단계; 패턴이 형성된 상기 실린더 표면을 동 또는 니켈로 도금하는 제1도금단계; 및 박리액을 이용하여 상기 실린더 표면에 노출된 포토레지스트를 용해시키는 박리단계;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤{Fine Line Or Fine Line Width Processing Method Using Plating Process And Gravure Printing Roll Having Fine Line Or Fine Line Width By The Same}
본 발명은 인쇄 전자용 R2R 인쇄 방식에 있어서 노광 선폭을 그대로 유지하면서 패턴의 선폭이 가공되며, 선폭과 비례하여 심도가 깊고 고르게 형성될 수 있는 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤에 관한 것이다.
현재까지 개발된 전자 인쇄 기술의 대표적인 예로, 대량 생산 및 저가의 제품을 생산할 수 있는 Roll to Roll(R2R) 인쇄 공정이 대두 되고 있다.
상기 R2R 인쇄 공정은 회로가 각인된 인쇄롤을 이용하여 전자 잉크를 기판 위에 전사, 프린팅하여 수십 내지 수백 마이크로의 전자 소자를 직접 인쇄하여 제조하는 공정이다. 예로서, e-paper, RFID-tag, Solar-Cell, Sensor, Flexible Display 등이 있으며, 이는 유비쿼터스 시대에 꼭 필요한 전자 소자들이다.
R2R 프린팅 공정은 기존의 전자 제품을 생산하는 방식과는 달리 신문, 잡지, 포스터 등의 인쇄물을 제작하는 인쇄 기술을 전자 부품을 제조하는데 적용한 기술이며, 이처럼 인쇄 기술을 이용하여 제조되는 제품을 통칭하여 인쇄 전자라고 한다.
인쇄 소자 제조 공정의 상용화에 있어 우선 개발해야할 부분으로는 전자잉크와 전자잉크를 인쇄할 수 있는 인쇄롤 및 제판과 인쇄할 수 있는 시스템의 개발이 선행적으로 이루어져야 한다.
한편, 일반적으로 R2R 인쇄 기술은 평판 옵셋과 양각 인쇄 및 그라비아 인쇄가 가장 많이 사용되고 있는 방식이며, 그 중 그라비아 인쇄 방식은 음각 인쇄의 한 종류로 화학적 부식 방법과 헤리오 전자 조각 및 레이저로 제판한 음각의 인쇄롤을 이용하여 로터리 방식으로 인쇄하는 것이다.
또한, 음각의 인쇄롤을 제판하는 공정으로서는 상술한 제판 방식 외에도 Electromechanical 각인, 직접식 레이저 각인, 간접식 레이저 각인 등의 세 가지 방식이 있다.
현재에는 인쇄롤 표면에 포토 레지스트를 코팅한 후 레이저 빔을 이용하여 전자 소자 회로를 패터닝한 후 에칭 공정에서 롤 표면에 회로를 식각하는 방식이 주로 이용되고 있는데 이때, 간접식 레이저 각인 공정에서 가공 가능한 최소 선폭으로는 수백 마이크로미터이기 때문에 미세한 인쇄 전자에 사용하기에는 부적합한 문제점이 있다.
특히 종래 간접식 레이저 각인 공정에서는 포토레지스트가 씻겨나간 부분이 패턴으로 형성되어 등방성 식각에 의해 식각되는데, 이때 미세 선폭으로 레이저 노광을 하여 구현하더라도 에칭 심도가 깊어질수록 선폭이 늘어나기 때문에 미세 선폭 구현에 한계가 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 노광 선폭이 약 10㎛일 경우, 실제 패턴의 선폭은 약 20㎛으로 형성되는 바, 최초의 레이저 빔을 이용한 노광 선폭보다 실제 패턴의 선폭이 넓어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제1106108호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노광 선폭을 그대로 유지하면서 패턴의 선폭을 가공할 수 있으며, 선폭과 비례하여 심도가 깊고 고르게 형성될 수 있는 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법은 그라비어 인쇄 제판롤의 선폭 가공 방법에 있어서, 제판롤 실린더의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 코팅단계; 레이저 또는 자외선을 상기 실린더 표면에 조사하여 패턴이 형성될 수 있도록 준비하는 노광단계; 현상액을 이용하여 상기 실린더 표면에 경화되지 않은 포토레지스트를 용해시켜 패턴을 형성하는 현상단계; 패턴이 형성된 상기 실린더 표면을 동 또는 니켈로 도금하는 제1도금단계; 및 박리액을 이용하여 상기 실린더 표면에 노출된 포토레지스트를 용해시키는 박리단계;를 포함하는 것이 특징이다.
이에 더하여 본 발명은 상기 박리단계 이후, 상기 실린더 표면에 크롬 또는 크롬 합금을 도금하는 제2도금단계를 더 포함함으로써 제판롤 표면의 내마모성과 경도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기 코팅단계에서 상기 포토레지스트는, 네가형(negative) 포토레지스트 또는 포지형(positive) 포토레지스트 중 어느 하나가 선택될 수 있으며, 선택된 포토레지스트에 따라 그에 적합한 노광 공정을 수행하게 되어 패턴이 형성되도록 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1도금단계에서, 상기 실린더 표면에 도금하는 시간을 조절하여 상기 패턴의 심도가 결정될 수 있는 것이 특징이다.
한편, 상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤은 인쇄 전자용 그라비아 인쇄 제판롤에 있어서, 상술한 미세 선폭 가공 방법에 의해 미세 패턴이 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤은 식각 공정이 불필요하여 식각 공정의 등방성 요인으로 발생하는 선폭과 심도의 넓어짐 현상이 없기 때문에, 노광 선폭을 그대로 유지하면서 패턴의 선폭을 가공할 수 있으며, 선폭과 비례하여 심도가 깊고 고르게 형성될 수 있는 효과가 있다.
또한, 이러한 선폭 가공 방법에 의한 그라비어 인쇄 제판롤을 이용할 경우 전자 회로를 인쇄할 때 미세 패턴의 깊은 심도는 전도성 잉크를 기판이나 전도성 필름에 많은 양을 전이시킬 수 있게 되고, 이에 따라 고기능의 전자 회로를 구성할 수 있게 됨으로써 안정적인 인쇄성을 보장하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 식각 공정을 통해 가공되는 선폭과 심도를 계측한 도면.
도 2는 본 발명의 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 제판 롤 실린더의 단면도.
도 3a는 본 발명의 노광공정에서 네가형(negative) 포토레지스트가 사용된 예를 나타내는 도면.
도 3b는 본 발명의 노광공정에서 포지형(positive) 포토레지스트가 사용된 예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 도금 프로세스를 이용하여 가공되는 선폭과 심도를 계측한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 종래 식각 공정을 통해 미세 선폭을 구현함에 있어 등방성의 요인으로 심도의 형성이 제한되는 문제를 해결하기 위하여 그라비어 인쇄 제판 롤에 도금 프로세스를 적용하여 미세 선폭은 물론 깊은 심도를 구현할 수 있는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 미세 선폭 가공 방법은, 도면에 도시된 바 없으나 먼저 패턴을 가공하기에 앞서 인쇄 제판롤의 실린더(10) 표면을 도금 처리한다.
도금 처리의 경우 종래 방식에 따르면 식각 공정이 포함됨으로써 부식액에 반응하는 소재, 예를 들면 동 또는 동 합금 소재를 사용하였지만, 본 발명에서는 식각 공정이 불필요함에 따라 실린더(10)의 소재를 한정하지 않으며 동은 물론 철 또는 알루미늄 등 다양한 소재들이 사용될 수 있다.
상술한 실린더(10) 표면에 대한 도금 공정이 완료되면 상기 실린더(10) 표면을 다이아몬드 바이트 선각 가공을 통해 정밀 가공한 후, 연마석으로 폴리싱하는 공정을 선행한다.
이는 정밀 가공을 통해 실린더(10) 표면의 도금층을 평탄하게 처리함으로써 추후 그라비어 인쇄 제판롤을 이용하여 회로를 인쇄하는 경우 불량이 발생하지 않도록 하기 위함이다.
본 발명은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 도금 공정과 표면 가공 공정이 선행된 후, 그라비어 인쇄 제판롤의 실린더(10) 표면에 포토레지스트(20)를 코팅한다.(S100)
상기 포토레지스트(20)는 빛을 조사하면 화학 변화를 일으키는 감광성 수지로 기능성 고분자의 일종이다. 이러한 포토레지스트(20)는 자외영역에서 가시영역 파장까지의 빛에 반응하여 용해 또는 응고의 변화를 일으키는데 이에 대한 설명은 이하 노광 공정에서 상세히 설명하기로 한다.
이후, 제판롤의 실린더(10) 표면 즉, 노출된 포토레지스트(20)에 레이저 또는 자외선을 조사하여 상기 포토레지스트(20)의 물성 변화가 이루어지도록 하는 노광공정을 수행한다.(S200)
이때, 상기 포토레지스트(20)는 네가형(negative) 포토레지스트(20a) 또는 포지형(positive) 포토레지스트(20b) 중 어느 하나 사용될 수 있으며, 사용되는 포토레지스트(20)에 따라 노광 방법을 달리하여 패턴이 형성될 수 있도록 한다.
상기 네가형 포토레지스트(20a)는 도 3a에 도시된 바와 같이 빛이 조사되는 부분만 고분자가 불용화(不溶化)되는 것으로, 이 경우 패턴이 형성될 부분에 빛을 조사하여 고분자를 경화시키고 이 외 경화되지 않은 부분은 현상액을 이용하여 제거하게 된다.
일 예로써, 반도체나 PCB의 제판(photolithography)공정과 유사한 공정으로 네가형 포토레지스트(20a)는 레이저 또는 자외선에 반응하는 개시제, 반응성 고분자, 단량체 및 용제로 이루지는데, 이때 네가형 포토레지스트(20a)에 레이저 또는 자외선을 조사하면 1차적으로 개시제가 반응하여 라디칼(radical)을 생성하고, 생성되어진 라디칼은 주의에 있는 단량체와 고분자가 반응하여 가교 반응을 일으키게 된다.
이 반응에 의해 상기 네가형 포토레지스트(20a)의 물성이 변화하여 현상액에 용해되지 않는 막이 형성되는바, 후술하는 현상공정에서 현상액을 통해 레이저 또는 자외선이 조사되어 가교 반응된 부분은 용해되지 않게 되고, 나머지 부분이 용해되면서 패턴을 형성할 수 있게 된다.
그리고 상기 포지형 포토레지스트(20b)는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 네가형 포토레지스트(20a)와는 반대로 빛이 조사되는 부분만 고분자가 가용화(可溶化)되는 것으로, 패턴이 형성될 부분을 제외한 나머지 부분에 빛을 조사하고 현상액에 씻겨지게 되면 패턴 부분만 남게 되는 것이다.
한편, 상기 노광공정이 완료된 후 현상액을 이용하여 상기 실린더(10) 표면에서 경화되지 않은 포토레지스트(20)를 용해시켜 패턴을 형성하는 현상공정을 수행한다.(S300)
상기 현상공정에서는 상기 네가형 포토레지스트(20a) 또는 포지형 포토레지스트(20b)가 레이저 또는 자외선에 조사됨으로써 제판롤 실린더(10) 표면에서 경화되지 않은 부분 즉, 네가형(20a)의 경우 빛이 조사되지 않은 부분을, 포지형(20b)에서는 빛에 조사되는 부분을 현상액으로 제거하게 되는 것이다.
이때, 사용되는 현상액은 포토레지스트(20)의 종류에 따라 선택적으로 구성될 수 있다.
이와 같은 현상 공정을 통해 형성되는 패턴은 최소 5㎛까지 가공 가능하지만, 종래의 경우 식각 공정을 거치면서 다소 선폭은 커지게 된다. 이는 식각공정이 등방성으로 이루어 지게 되어, 식각의 깊이가 깊어질수록 비례하게 옆으로도 식각이 퍼지기 때문이다.
본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여 도금 프로세스를 이용하는 바, 식각 공정을 수행하지 않고 패턴이 형성된 상기 실린더(10) 표면을 도금하여 제1도금층(30)을 형성하는 제1도금단계를 수행한다.(S400)
상기 제1도금층(30)은 동 또는 니켈 소재를 사용하는 것으로 그 도금 공정은 전해 공법, 무전해 공법 등 공지기술을 통해 다양하게 실시될 수 있는 바 이에 대한 설명은 생략한다.
이렇게 형성된 제1도금층(30)은 후술하는 박리공정을 거쳐 포토레지스트(20)가 제거되면 패턴의 심도를 형성하는 바, 상기 실린더(10) 표면에 제1도금층(30)을 도금하는 시간을 조절함으로써 제1도금층(30)의 두께가 결정되고 그에 따라 패턴의 심도가 결정될 수 있다.
이후, 최종적으로 박리공정을 수행한다.(S500)
상기 박리공정은 상기 제1도금층(30)이 형성된 상기 실린더(10) 표면을 박리액에 반응시켜 노출된 포토레지스트(20)를 용해하는 공정으로, 상기 현상단계에서 경화되어 제거되지 않은 부분 즉, 패턴을 형성하는 포토레지스트(20)를 용해시켜 상기 실린더(10) 표면으로부터 제거한다.
이렇게 패턴을 형성하던 포토레지스트(20)가 용해되어 제거되면, 실린더(10) 표면에 형성된 제1도금층(30)에 의해 기존의 패턴을 유지하는 동시에 패턴의 선폭 또한 넓어지지 않게 되고 최초의 노광 선폭을 그대로 유지할 수 있기 때문에 보다 미세한 선폭을 갖는 패턴의 형성이 가능해 진다.
특히, 상술한 도금 프로세스에 따르면 심도를 깊고 고르게 형성할 수 있게 됨으로써 종래 식각 공정에서 발생되는 문제점 즉, 등방성 에칭의 한계로 인해 선폭 대비 심도가 얕고 넓어지는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 노광 선폭이 10㎛일 경우 가공된 패턴의 선폭이 10㎛ 심도는 6㎛로 구성되며, 도 5b에 도시된 바와 같이 노광 선폭이 15㎛일 경우 가공된 패턴의 선폭이 15㎛ 심도는 14㎛로 나타나는 바, 패턴의 선폭이 노광 선폭을 그대로 유지하게 되고, 심도에 있어서도 선폭과 비례하여 깊은 심도를 형성할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명에 의해 생산되는 그라비어 인쇄 제판 롤을 이용할 경우 전자 회로를 인쇄할 때 미세 패턴의 깊은 심도는 전도성 잉크를 기판이나 전도성 필름에 많은 양을 전이시킬 수 있게 되고, 이에 따라 고기능의 전자 회로를 구성할 수 있게 됨으로써 안정적인 인쇄성을 보장하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 바람직한 실시예에 따르면, 상기 박리단계 이후에는 미세 선폭의 패턴이 형성된 실린더(10) 표면에 크롬(chromium) 또는 크롬 합금을 포함한 제2도금층(40)을 도금하는 공정을 더 수행할 수 있다.(S600)
이는 앞서 설명한 바와 같이 동 또는 니켈 도금층이 형성된 상기 인쇄 제판롤의 표면을 보다 보강하기 위한 것으로, 상기 제2도금층(40)을 형성함으로써 실린더(10) 표면의 내마모성과 경도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
10 : 실린더 20 : 포토레지스트
30 : 제1도금층 40 : 제2도금층

Claims (5)

  1. 그라비어 인쇄 제판롤의 선폭 가공 방법에 있어서,
    제판롤 실린더 표면을 동, 철, 알루미늄 중 어느 한 소재를 이용하여 도금층을 형성한 후, 상기 도금층 표면을 폴리싱 처리하여 실린더 표면을 평탄화하는 준비단계;
    상기 실린더의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 코팅단계;
    레이저 또는 자외선을 상기 실린더 표면에 조사하여 패턴이 형성될 수 있도록 준비하는 노광단계;
    현상액을 이용하여 상기 실린더 표면에 경화되지 않은 포토레지스트를 용해시켜 패턴을 형성하는 현상단계;
    패턴이 형성된 상기 실린더 표면을 동 또는 니켈로 도금하되 상기 실린더 표면에 도금하는 시간을 조절하여 상기 패턴의 심도를 결정하는 제1도금단계;
    박리액을 이용하여 상기 실린더 표면에 노출된 포토레지스트를 용해시키는 박리단계; 및
    상기 실린더 표면에 크롬 또는 크롬 합금을 도금하는 제2도금단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅단계에서 상기 포토레지스트는,
    네가형(negative) 포토레지스트 또는 포지형(positive) 포토레지스트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법.
  4. 삭제
  5. 인쇄 전자용 그라비아 인쇄 제판롤에 있어서,
    상기 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항의 미세 선폭 가공 방법에 의해 미세 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 그라비어 인쇄 제판 롤.
KR1020130067629A 2013-06-13 2013-06-13 도금 프로세스를 이용한 그라비어 미세 선폭 가공 방법 및 이에 의해 미세 패턴이 형성된 그라비어 인쇄 제판 롤 KR101581869B1 (ko)

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