KR101712314B1

KR101712314B1 - 광소결 장치 및 이를 이용한 도전막 형성 방법

Info

Publication number: KR101712314B1
Application number: KR1020160028646A
Authority: KR
Inventors: 이순종; 우봉주; 이동석
Original assignee: (주)쎄미시스코
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-03-03

Abstract

본 발명은 광소결 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 광을 발산하는 제1 램프(10), 각각 제2 광을 발산하고, 제1 램프(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 램프(20), 및 소정의 길이를 가지고, 하부면의 중심부(31)가 제1 램프(10) 위에 배치되고, 길이방향을 따라 중심부(31)를 통과하는 중심선(L)을 기준으로 좌우 대칭되도록, 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 중심선(L)에 접하는 한 쌍의 주만곡부(33), 및 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 한 쌍의 주만곡부(33) 각각의 타단에 접하며 제2 램프(20) 위에 배치되는 한 쌍의 보조만곡부(35)가 형성되어, 제1 광 및 제2 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 반사갓(30)을 포함하고, 제1 광, 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광이 피처리물(1)에 조사되어, 피처리물(1)을 건조하고, 소결한다.

Description

광소결 장치 및 이를 이용한 도전막 형성 방법{APPARATUS FOR INTENSE PULSED LIGHT SINTERING AND MANUFACTURING METHOD OF CONDUCTIVE-FILM USING THE SAME}

본 발명은 광소결 장치 및 이를 이용한 도전막 형성 방법에 관한 것이다.

최근 전자기술과 정보통신기술이 발전함에 따라 스마트기기, OLED, 태양전지 등 다양한 전자기기들이 개발되고 있다. 이러한 전자기기들에 사용되는 전자소자를 제조하기 위해서 인쇄전자기술이 활용된다. 인쇄전자기술은 전도성, 절연성, 반도체성 등을 지닌 기능성 잉크를 산업용 프린팅 공정기법을 통하여 플라스틱, 필름, 종이, 유리, 기판에 인쇄하여 원하는 기능의 전자소자를 제조하는 기술이다. 이러한 인쇄전자기술은 다양한 소재에 프린팅하는 방식으로 응용이 가능하고, 기존 전자산업과 다른 제조공정을 통한 대량 생산, 대면적화 및 공정단순화를 가능케 한다. 인쇄전자기술의 공정은 인쇄, 건조, 소결 등의 세가지 단계로 이루어진다. 이때, 제품의 성능에 크게 영향을 미치는 단계가 소결 공정이다. 소결은 나노입자를 용화시켜 고체 형태의 기능성 박막을 만드는 것으로, 차세대 기술 분야에서 상당한 가치를 가지는 공정이다. 일반적인 소결 공정은 열 소결법, 마이크로웨이브 소결법, 레이저 소결법 등에 이루어진다. 기존 열 소결법은 고온의 진공챔버 환경에서 소결 공정이 진행되므로, 열에 취약한 유연기판에 적용이 곤란하고, 다른 소결 방법들 공정 시간이 길고, 복잡한 단계를 거쳐야 하므로, 생산성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 광소결 기술이 개발되었다. 광소결 기술은 제논램프에서 발생한 백색광을 전파하여 나노입자를 융화시킴으로써, 기존의 열 등을 사용하는 방법에 비해 기능성 박막을 훨씬 빠르고 대량으로 생산할 수 있다. 다만, 종래 광소결 장비는 국부적 소결만이 가능하여, 소결의균일성이 떨어지고, 대면적 기판에 적용이 곤란하다. 또한, 일반적인 광소결은 기판 등에 금속잉크를 인쇄하고 이를 건조시킨 후에 이루어지므로, 광소결 장비 이외에 별도의 건조 장비를 사용해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 현재 종래 광소결 장비의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.

KR

10-2012-0135424

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 반사갓의 하부면이 좌우 대칭되도록, 한 쌍의 주만곡부 및 보조만곡부가 형성되고, 중심부 아래에 제1 램프가, 보조만곡부 아래에 제2 램프가 배치되어, 제1 및 제2 램프에서 발산된 광을 효과적으로 반사하여 피처리물을 건조하고 소결하는 광소결 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 광소결 장치를 이용함으로써, 적외선램프를 제2 램프로 하여 인쇄된 금속 나노잉크를 건조하고, 제논램프를 제1 램프로 하거나, 또는 제2 램프를 제논램프로 교체하여 소결하되, 제논램프가 아닌 제1 또는 제2 램프를 자외선램프로 하여, 복합 광조사 및 건조와 소결 공정이 연속적으로 이루어지는 도전막 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 광을 발산하는 제1 램프, 각각 제2 광을 발산하고, 상기 제1 램프를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 램프, 및 소정의 길이를 가지고, 하부면의 중심부가 상기 제1 램프 위에 배치되고, 길이방향을 따라 상기 중심부를 통과하는 중심선을 기준으로 좌우 대칭되도록, 각각상향으로 만곡되고 각각의 일단이 상기 중심선에 접하는 한 쌍의 주만곡부, 및 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 한 쌍의 상기 주만곡부 각각의 타단에 접하며 상기 제2 램프 위에 배치되는 한 쌍의 보조만곡부가 형성되어, 상기 제1 광 및 상기 제2 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 반사갓을 포함하고, 상기 제1 광 및 상기 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광이 피처리물에 조사되어, 상기 피처리물을 건조하고, 소결한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 제1 램프 및 상기 제2 램프는 각각 제논램프, 적외선램프, 자외선램프 중 어느 하나이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 제1 램프 및 상기 제2 램프는 횡단면의 지름이 100 mm 이하이다.

삭제

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 제1 램프 중심까지의 수직 거리는 100 mm 이하이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 제2 램프 중심까지의 수직 거리는 50 mm 이하이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 주만곡부는 원호 반지름이 10 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 주만곡부의 양단을 연결하는 현의 길이는 10 ~ 200 mm 이하이다.

삭제

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 보조만곡부는 원호 반지름이 1 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성된다.

삭제

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 반사갓의 양단에서부터 각각 하향으로 연장되고, 상기 제1 광, 상기 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광을 반사하여 상기 피처리물에 조사하는 한 쌍의 반사벽을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 반사벽은 상기 반사갓에 대해서 수직 방향으로 배치되고, 상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 반사벽의 말단까지의 수직 거리는 300 mm 이하이다.

삭제

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 반사벽의 말단으로부터 하향으로 이격되어, 상기 피처리물을 고정하는 고정부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치에 있어서, 상기 제1 램프 및 상기 제2 램프보다 아래에 배치되는 광필터를 더 포함한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서, (a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계, (b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 상기 금속 나노잉크를 건조하는 단계, 및 (c) 제논램프를 제1 램프로 하고, 백색광을 조사하여 건조된 상기 금속 나노잉크를 소결하는 단계를 포함하고, 상기 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 도전막 형성 방법에 있어서, 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에, 상기 제2 램프를 상기 적외선램프에서 자외선램프로 교체하는 단계를 더 포함하여, 자외선광을 상기 백색광과 함께 복합적으로 조사한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서, (a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계, (b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 상기 금속 나노잉크를 건조하는 단계, 및 (c) 상기 제2 램프를 상기 적외선램프에서 제논램프로 교체하고, 백색광을 조사하여 건조된 상기 금속 나노잉크를 소결하는 단계를 포함하고, 상기 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법에 있어서, 상기 (c)단계에서, 자외선램프를 제1 램프로 하여, 자외선광을 상기 백색광과 함께 복합적으로 조사한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법에 있어서, 상기 (c)단계에서, 제논램프를 제1 램프로 하여, 상기 제2 램프의 백색광과 함께, 주파수가 서로 다른 백색광을 함께 조사한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 반사갓의 하부면이 중심부를 기준으로 좌우 대칭되도록, 한 쌍의 주만곡부가 상향으로 만곡되고, 한 쌍의 보조만곡부가 주만곡부 각각의 측단에서부터 연장되어 상향으로 만곡된다. 여기서, 제1 램프가 반사갓 하부면 중심부 아래에, 제2 램프가 보조만곡부 각각의 아래에 배치됨으로써, 제1 및 제2 램프에서부터 각각 발산된 광 중 상향으로 발산된 광이 주만곡부 및 보조만곡부에 의해 반사되어 피처리물에 조사된다.

또한, 본 발명에 따르면, 적외선램프를 제2 램프로 하여 인쇄된 피처리물을 건조하고, 제논램프를 제1 램프로 하거나, 또는 제2 램프를 제논램프로 교체하여 소결하되, 제논램프가 아닌 제1 또는 제2 램프를 자외선램프로 하여 복합 광조사할 수 있다.

따라서, 높은 소결 균일성 및 전기전도도를 얻을 수 있고, 대면적 소결이 가능하며, 건조와 소결을 연속적으로 수행할 수 있어서, 대량생산 및 고속생산을 통한 생산성 향상과 제조원가 하락에 기여하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.
도 4는 광로를 시각화한 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 단면도이다.
도 5는 피처리물에 도달한 제1 램프의 광원의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 피처리물에 도달한 제2 램프의 광원의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 7은 기판에 인쇄된 구리 나노잉크 패턴의 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법에서 제1 램프 및 제2 램프의 광원의 세기를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 사진이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 분해 사시도이며, 도3은 도 2의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치는 제1 광을 발산하는 제1 램프(10), 각각 제2 광을 발산하고, 제1 램프(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 램프(20), 및 소정의 길이를 가지고, 하부면의 중심부(31)가 제1 램프(10) 위에 배치되고, 길이방향을 따라 중심부(31)를 통과하는 중심선(L)을 기준으로 좌우 대칭되도록, 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 중심선(L)에 접하는 한 쌍의 주만곡부(33), 및 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 한 쌍의 주만곡부(33) 각각의 타단에 접하며 제2 램프(20) 위에 배치되는 한 쌍의 보조만곡부(35)가 형성되어, 제1 광 및 제2 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 반사갓(30)을 포함하고, 제1 광, 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광이 피처리물(1)에 조사되어, 피처리물(1)을 건조하고, 소결한다.

본 실시예에 따른 광소결 장치는 피처리물(1)을 건조하고 광소결하는 장치로서, 제1 램프(10), 제2 램프(20), 및 반사갓(30)을 포함한다.

여기서, 피처리물(1)은 플라스틱, 필름, 종이, 유리, 기판(S) 등에 패터닝된 미세금속입자 및 전구체 등으로서, 광소결되는 대상 물질을 의미한다. 이때, 피처리물(1)은 구리, 철, 몰리브데넘, 니켈, 알루미늄, 금, 백금 등의 금속뿐만 아니라, 티타늄옥사이드, 리튬코발트산화물, 실리콘산화물 등의 세라믹을 포함할 수 있다. 또한 피처리물(1)은 나노 또는 마이크로 크기일 수 있는데, 이 경우에 입자의 표면적 비가 커지게 되어, 광흡수도가 증가한다. 예를 들어, 피처리물(1)은 기판(S) 상에 인쇄된 금속 나노잉크로서, 건조 및 소결 단계를 거쳐서 태양전지 등과 같은 전자기기의 전극을 형성될 수 있다. 다만, 피처리물(1)이 반드시 전극을 형성하는 금속 나노잉크에 한정되는 것은 아니다. 이렇게 기판(S) 등에 패터닝된 피처리물(1)은 광에 의해 건조되고, 소결되는데, 이때 광은 제1 램프(10), 및 제2 램프(20)에서 발생된다.

제1 램프(10), 및 제2 램프(20)는 각각 광을 발하는 광원이다. 여기서, 제2 램프(20)는 한 쌍으로서, 제1 램프(10)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된다. 이때, 한 쌍의 제2 램프(20)와 제1 램프(10)가 동일한 평면상에 배치(도시되지 않음)될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 한 쌍의 제2 램프(20)가 배치된 평면보다 아래에 제1 램프(10)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 램프(10, 20)는 소정의 길이를 갖는 원통형 형태로 형성될 수 있는데, 이때 길이방향에 수직한 방향으로 절단된 횡단면, 즉 원판형 단면의 지름은 100 mm 이하일 수 있다. 다만, 제1 및 제2 램프(10, 20)의 형태 및 지름이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 형태로 형성되거나, 또는 단면의 지름이 이와 다를 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 램프(10, 20)는 피처리물(1)의 건조단계와 소결단계에서 선택적으로 온/오프(on/off)되어, 제1 램프(10)에서 발산된 제1 광 및 제2 램프(20)에서 발산된 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광이 피처리물(1)에 조사된다.

구체적으로, 제1 램프(10), 및 한 쌍의 제2 램프(20)는 각각 제논램프(xenon lamp), 적외선램프, 자외선램프 중 어느 하나일 수 있다. 제1 및 제2 램프(10, 20)는 상기 램프 중 어느 하나로 고정될 수도 있고, 다른 램프로 교체되어 사용될 수도 있다. 이 중에서, 제논램프는 제논가스 속에서 일어나는 방전에 의해 발광하는 램프로서, 60 nm 내지 2.5 mm 사이의 넓은 파장대역의 광스펙트럼을 갖는 극단파 백색광을 발생시키고, 이러한 백생광이 피처리물(1)에 조사되어 광소결한다. 적외선램프는 적외선광을 발생시키는 광원으로서, 건조 단계에서 피처리물(1)을 건조하는 용도로 사용된다. 자외선램프는 자외선광을 발생시키는 광원으로서, 소결 단계에서 제논램프와 함께 사용될 수 있다. 제논램프의 백색광에 의한 소결과정에서 자외선광을 조사하면, 백색광 에너지가 작더라도 소결이 가능한데, 피처리물(1)이 금속 나노잉크인 경우에, 자외선광이 잉크 내에 함유된 고분자를 연결하는 연결고리를 끊는 역할을 하기 때문이다. 또한, 제논램프, 자외선램프, 적외선램프에 의한 복합 광조사를 통해 높은 소결균일성을 유지하고 소결효율을 상승시킬 수 있다.

따라서, 적외선램프를 제2 램프(20)로 하여 피처리물(1)을 건조한 후, 제논램프를 제1 램프(10)로 하거나, 또는 제2 램프(20)를 제논램프로 교체하여 소결할 수 있다. 즉, 소결과정에서 제1 또는 제2 램프(10, 20) 중 어느 하나는 제논램프이다. 이때, 제논램프가 아닌 다른 하나는 오프되거나, 또는 자외선램프로서 복합 광조사를 한다.

이러한 제1 및 제2 램프(10, 20)에서 발산된 광은 상하 좌우 방향으로 발산되어, 아래에 배치된 피처리물(1)에 조사되는데, 이때 상향으로 발산된 광은 반사갓(30)에 의해 반사되어 조사된다.

반사갓(30)은 소정의 길이를 갖는 소정의 형상으로 형성되는데, 하부면이 제1 및 제2 램프(10, 20) 위에 배치되어, 제1 및 제2 램프(10, 20)에서 발산된 광 중 상향으로 발산된 광을 반사한다. 이때, 하부면의 중심부(31) 아래에 제1 램프(10)가 배치된다. 또한, 하부면은 길이방향을 따라 상기 중심부(31)를 통과하는 중심선(L)을 기준으로 좌우 대칭이 된다.

구체적으로, 반사갓(30)의 하부면은 한 쌍의 주만곡부(33)와 한 쌍의 보조만곡부(35)가 나란하게 형성되어, 대칭구조를 이룬다.

여기서, 주만곡부(33)는 반사갓(30)의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어, 만곡된 형태로 형성되고, 일단이 상기 중심선(L)에 접한다. 즉, 주만곡부(33)는 중심선(L)을 일단으로 하고, 중심선(L)에서부터 반사갓(30) 하부면의 일측 방향으로 소정의 거리만큼 떨어진 지점을 타단으로 하여, 그 일단과 타단 사이가 상향으로 만곡된 형태로 형성된다. 이때, 한 쌍의 주만곡부(33)는 각각의 일단이 중심선(L)에 접하여, 서로 맞닿고, 중심선(L)을 기준으로 반사갓(30) 하부면의 좌우 각각에 배치된다.

보조만곡부(35)는 주만곡부(33)와 같이, 반사갓(30)의 하부면에서부터 상향으로 오목하게 함몰되어, 만곡된 형태로 형성되는데, 그 일단은 주만곡부(33)의 타단에 접한다. 이때, 한 쌍의 보조만곡부(35) 각각의 일단이 한 쌍의 주만곡부(33) 각각의 타단에 일대일 대응으로 서로 접하여, 한 쌍의 주만곡부(33)를 중심으로 양측에 보조만곡부(35)가 하나씩 형성된다. 여기서, 한 쌍의 보조만곡부(35) 각각의 아래에 제2 램프(20)가 하나씩 배치되므로, 제1 램프(10)에서 발산된 제1 광 중 상향으로 발산된 광은 주로 주만곡부(33)에 의해, 제2 램프(20)에서 발산된 제2 광 중 상향으로 발산된 광은 주로 보조만곡부(35)에 의해 반사된다.

이러한 반사갓(30)은 금, 은, 알루미늄, 철 등 다양한 금속, 및 세라믹, 알루미나 등 비금속 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합되어 제조될 수 있는데, 이때 반드시 반사갓(30) 그 자체가 이러한 재료로 제조되어야 하는 것은 아니고, 이러한 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상을 혼합한 혼합물이 반사갓(30)의 하부면에 코팅되어 제조될 수도 있다.

종합적으로, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 반사갓(30)의 하부면이 중심부(31)를 기준으로 좌우 대칭되도록, 한 쌍의 주만곡부(33)가 상향으로 만곡되고, 한 쌍의 보조만곡부(35)가 주만곡부(33) 각각의 측단에서부터 연장되어 상향으로 만곡되며, 제1 램프(10)가 반사갓(30) 하부면 중심부(31) 아래에, 제2 램프(20)가 보조만곡부(35) 각각의 아래에 배치됨으로써, 제1 및 제2 램프(10, 20)에서부터 각각 발산된 광 중 상향으로 발산된 광이 주만곡부(33) 및 보조만곡부(35)에 의해 반사되어 피처리물(1)에 조사된다. 이때, 적외선램프를 제2 램프(20)로 하여 인쇄된 피처리물(1)을 건조하고, 제논램프를 제1 램프(10)로 하거나, 또는 제2 램프(20)를 제논램프로 교체하여 소결하되, 제논램프가 아닌 제1 또는 제2 램프(20)를 자외선램프로 하여 복합 광조사할 수 있다.

따라서, 높은 소결 균일성 및 전기전도도를 얻을 수 있고, 대면적 소결이 가능하며, 건조와 소결을 연속적으로 수행할 수 있으므로, 대량생산 및 고속생산을 통한 생산성 향상과 제조원가 하락에 기여하는 효과가 있다.

한편, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 한 쌍의 반사벽(40)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 반사벽(40)은 한 쌍으로서, 반사갓(30)의 양단으로부터 각각 하향으로 연장되어 형성된다. 이러한 반사벽(40)은 반사갓(30)을 지지하는 역할 이외에도, 내면에서 피처리물(1)에서 빗겨 나가는 제1 광 또는 제2 광을 반사시켜 피처리물(1)에 조사한다. 반사벽(40)은 반사갓(30)과 마찬가지로, 금, 은, 알루미늄, 철 등 다양한 금속, 및 세라믹, 알루미나 등 비금속 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합되어 제조될 수 있는데, 이때 반드시 반사벽(40) 그 자체가 이러한 재료로 제조되어야 하는 것은 아니고, 이러한 재료 중 어느 하나 또는 2가지 이상을 혼합한 혼합물이 반사벽(40)의 내면에 코팅되어 제조될 수도 있다. 여기서, 반사벽(40)의 내면은 한 쌍의 반사벽(40)이 서로 마주보는 면으로서, 제1 광, 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광을 반사한다.

여기서, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 반사갓(30) 및 반사벽(40)을 커버하는 하우징(70)을 더 포함할 수 있다. 하우징(70)은 반사갓(30)의 상부면 및 반사벽(40)의 외면을 둘러싸서, 반사갓(30)과 반사벽(40)을 고정하고, 외부의 충격으로부터 보호한다.

또한, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 피처리물(1)을 고정하는 고정부(50)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 고정부(50)는 한 쌍의 반사벽(40) 사이에 피처리물(1)을 고정 배치시키되, 반사벽(40)의 말단, 즉 반사벽(40)의 최하단으로부터 소정의 간격만큼 하향으로 이격 배치된다.

본 실시예에 따른 광소결 장치는 광필터(60)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 광필터(60)는 광 중에서 특정 파장의 대역을 갖는 성분을 선택적으로 투과시키거나 차단하는 광학소자이다. 이러한 광필터(60)는 제1 및 제2 램프(10, 20)보다 아래에 배치되어, 피처리물(1), 피처리물(1)이 인쇄된 기판 등에 따라서 백색광, 적외선광, 자외선광의 파장 대역을 제어한다. 이때, 광필터(60)는 반사벽(40)에 의해 고정될 수 있는데, 예를 들어, 한 쌍의 반사벽(40) 각각의 내면에 광필터(60)가 슬라이딩되도록 슬라이딩홈이 형성되어, 탈착가능하게 부착될 수 있다. 다만, 광필터(60)가 반드시 반사벽(40)에 고정되거나, 또는 슬라이딩되어 탈부착되어야 하는 것은 아니다.

한편, 본 실시예에 따른 광소결 장치의 광소결 효율은 반사갓(30)의 주만곡부(33) 및 보조만곡부(35)의 형상, 제1 및 제2 램프(10, 20)의 위치, 반사벽(40)의 높이 및 배치 등 다양한 변수 및 각 변수와의 관계에 의해 결정되므로, 최적의 광소결 효율을 갖는 조건을 도출할 필요가 있다. 이하에서, 도 3을 기초로 구체적으로 설명한다.

향상된 광소결 효율을 갖는 반사갓(30)의 형상, 곡률 등은 MATLAB 프로그램을 통해 최적화하여 설계하였다. 또한, 반사갓(30)의 형상, 곡률에 대응하여 제1 및 제2 램프(10, 20)의 위치, 반사벽(40)의 높이 및 배치 등을 설정하였다. 그 결과, 최적화된 변수 및 서로 다른 변수와의 관계는 아래와 같다.

반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 제1 램프(10) 중심까지의 수직 거리(a)는 100 mm 이하이고, 제1 램프(10) 중심에서부터 고정부(50)까지의 수직 거리(b)는 60 ~ 150 mm일 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 제2 램프(20) 중심까지의 수직 거리(c)는 50 mm 이하일 수 있다.

여기서, 주만곡부(33)는 원호 반지름이 10 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성될 수 있는데, 주만곡부(33)의 양단을 연결하는 현의 길이(d)는 10 ~ 200 mm 이하일 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 제1 램프(10) 중심까지의 수직 거리(a)는 상기 현의 길이(d)의 비 보다 짧을 수 있다.

또한, 제1 램프(10)를 통과하는 수평선과 제1 램프(10)에서부터 제2 램프(20) 방향으로 연장되는 가상선은 소정의 각도(e)를 이룰 수 있다.

보조만곡부(35)는 원호 반지름(h)이 1 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 제2 램프(20)는 외면이 보조만곡부(35)의 원호 중심(f)에 접하며, 상향으로 배치되고, 이때 보조만곡부(35)의 원호 중심(f)에서부터 제2 램프(20)의 중심까지의 거리(g)는 보조만곡부(35)의 원호 반지름(h) 보다 짧을 수 있다.

반사벽(40)은 반사갓(30)에 대해 수직방향으로 배치되고, 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 반사벽(40)의 말단, 즉 최하단까지의 수직 거리(j)는 300 mm 이하일 수 있다. 여기서, 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 반사벽(40)의 내면까지의 수평 거리(i)는 주만곡부(33)의 양단을 연결하는 현의 길이(d)보다 길 수 있다. 이때, 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 반사벽(40)의 말단까지의 수직 거리(j)는 반사갓(30)의 중심부(31)에서부터 제1 램프(10) 중심까지의 수직 거리(a)보다 길게 형성될 수 있다.

이하에서는, 상술한 최적의 조건에 따라 설계된 본 실시예에 따른 광소결 장치의 효과를 설명한다.

도 4는 광로를 시각화한 본 발명의 실시예에 따른 광소결 장치의 단면도이고, 도 5는 피처리물에 도달한 제1 램프의 광원의 세기를 나타낸 그래프이며, 도 6은 피처리물에 도달한 제2 램프의 광원의 세기를 나타낸 그래프이고, 도 7은 구리 나노잉크 패턴의 사진이다.

도 4는 시각화 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 제1 램프의 백색광 조사 광로(도 4의 (a) 참조), 및 제2 램프의 자외선광 조사 광로(도 4의 (b) 참조)를 나타내는데, 각각의 광이 직접, 그리고 반사갓 및 반사벽에 반사되어, 효과적으로 고정부를 향해 조사되는 것을 확인할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 피처리물에 도달한 제1 램프의 광원의 세기가 균일하게 분포됨을 알 수 있다. 도 5의 (a)는 제1 램프의 광원의 세기를 3차원 그래프로 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 z축 방향으로 바라본 2차원 데이터로서, 전 면적에 걸친 광원의 세기가 균일하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 피처리물에 도달한 제2 램프의 광원의 세기가 균일하게 분포됨을 알 수 있다. 여기서, 도 5의 (a)는 제1 램프의 광원의 세기를 3차원 그래프로 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 z축 방향으로 바라본 2차원 데이터이다.

도 7에서는 기판에 인쇄된 구리 나노잉크(도 7의 (a))를 종래의 광소결 장치와 본 실시예에 따른 광소결 장치로 소결하였다. 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 광소결 장치로 소결하는 경우에는 국부적 소결만이 가능하므로, 기판을 이동시키면서, 연속적으로 광을 조사하는데, 기판의 어느 일 부분에서 인접하는 다른 부분으로 이동할 때에, 소정의 부분에는 광조사가 되지 않는 미세한 간격(도 7의 (b)의 확대 부분)이 발생한다. 이러한 부분은 소결의 균일성 및 전기전도성을 떨어뜨린다. 이에 반하여, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광소결 장치는 대면적 소결이 가능하여 소결의 균일성 및 전기전도성을 향상시킨다.

이하에서는 본 실시예에 따른 광소결 장치를 이용한 도전막 형성방법에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 순서도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 상술한 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서, (a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계(S100), (b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 금속 나노잉크를 건조하는 단계(S200), 및 (c) 제논램프를 제1 램프로 하고, 백색광을 조사하여 건조된 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S300)를 포함하고, 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결이다.

본 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 상술한 본 발명에 따른 광소결 장치를 이용하는 것으로서, 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계(S100), 금속 나노잉크를 건조하는 단계(S200), 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S300)를 포함한다.

금속 나노잉크를 인쇄하는 단계(S100)에서 금속 나노잉크는 기판, 플라스틱, 필름, 종이, 유리 등에 인쇄되어 패터닝된다.

금속 나노잉크가 인쇄되면, 금속 나노잉크를 건조하는 단계(S200)를 거치는데, 이때 적외선램프를 제2 램프로 하고 적외선광을 조사하여 건조한다.

금속 나노잉크를 소결하는 단계(S300)에서는 제논램프를 제1 램프로 하고, 백색광을 조사하여 건조된 금속 나노잉크를 소결한다. 이때, 백색광의 조사를 통한 소결은 펄스 하나를 조사하는 단펄스 소결, 백색광의 에너지를 여러 펄스로 나누어 조사하는 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결이다. 이러한 소결 단계(S300)에서 적외선램프인 제2 램프는 오프될 수 있다. 다만, 반드시 제2 램프가 오프되어야 하는 것은 아니고, 건조 단계(S200) 이후에 제2 램프를 적외선램프에서 자외선램프로 교체하는 단계를 더 포함하여, 소결 단계(S300)에서 자외선광을 백색광과 함께 복합적으로 조사할 수 있다. 이때, 2스텝 소결의 경우에는 예열 또는 소결과정 중 어느 하나의 단계에서 자외선램프를 오프할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 순서도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전막 형성 방법에서 제1 램프 및 제2 램프의 광원의 세기를 나타내는 그래프이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 상술한 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서, (a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계(S1000), (b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 금속 나노잉크를 건조하는 단계(S2000) 및 (c) 제2 램프를 적외선램프에서 제논램프로 교체하고, 백색광을 조사하여 건조된 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S3000)를 포함하고, 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결이다.

본 실시예에 따른 도전막 형성 방법은 상술한 도전막 형성 방법과 동일하게, 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계(S1000), 금속 나노잉크를 건조하는 단계(S2000), 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S3000)를 포함한다.

여기서, 금속 나노잉크를 인쇄하고, 건조하는 단계(S1000, S2000), 및 소결은 상술한 도전막 형성 방법과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하거나 간단히 설명하고, 차이점을 중심으로 자세히 설명한다. 본 실시예에 따른 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S3000)는 제2 램프를 적외선램프에서 제논램프로 교체하여 이루어진다. 이때, 자외선램프를 제1 램프를 하여, 자외선광을 백색광과 함께 복합적으로 조사할 수 있다. 또한, 2스텝 소결의 경우에는 예열 또는 소결과정 중 어느 하나의 과정에서 자외선램프를 오프할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 금속 나노잉크를 소결하는 단계(S3000)에서 제1 램프를 제논램프로 할 수 있다. 따라서, 제1 램프에 의한 백색광과 제2 램프에 의한 백색광이 함께 조사되는데, 이때 제1 램프에 의한 백색광의 주파수(frequency)와 제2 램프에 의한 주파수는 서로 다르다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 램프와 제2 램프 중 어느 하나의 램프(램프 1)와 다른 하나의 램프(램프 2)가 서로 다른 주파수의 백색광을 동시에 조사할 때, 일정 시간이 경과하면, 2개의 백색광이 서로 중첩하여 오버랩 펄스(overlapped pulse)를 형성한다. 이때, 오버랩 펄스는 램프 1 및 2에서 조사된 백색광 각각의 에너지보다 더 큰 에너지를 가지고, 그 파형은 계단 형태에 가까워진다. 일반적으로, 계단 형태의 펄스를 만들기 위해서는 메인 파워제너레이터의 전기적 신호를 제어해야 하는데, 본 실시예에 따른 도전막 형성 방법의 경우에는 파워를 제어할 필요 없이 반사갓에 의해서 계단 형태의 펄스를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 계단 형태의 펄스 파형을 소결에 사용함으로써, 금속잉크의 전기전도성 및 인쇄된 필름의 우그러짐을 방지한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 피처리물 10: 제1 램프
20: 제2 램프 30: 반사갓
31: 중심부 33: 주만곡부
35: 보조만곡부 40: 반사벽
50: 고정부 60: 광필터
70: 하우징

Claims

제1 광을 발산하는 제1 램프;
각각 제2 광을 발산하고, 상기 제1 램프를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 제2 램프; 및
소정의 길이를 가지고, 하부면의 중심부가 상기 제1 램프 위에 배치되고, 길이방향을 따라 상기 중심부를 통과하는 중심선을 기준으로 좌우 대칭되도록, 각각상향으로 만곡되고 각각의 일단이 상기 중심선에 접하는 한 쌍의 주만곡부, 및 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 한 쌍의 상기 주만곡부 각각의 타단에 접하며 상기 제2 램프 위에 배치되는 한 쌍의 보조만곡부가 형성되어, 상기 제1 광 및 상기 제2 광 중 상향으로 발산된 광을 반사하는 반사갓;
을 포함하고,
상기 제1 광 및 상기 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광이 피처리물에 조사되어, 상기 피처리물을 건조하고, 소결하는 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 램프 및 상기 제2 램프는
각각 제논램프, 적외선램프, 자외선램프 중 어느 하나인 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 램프 및 상기 제2 램프는
횡단면의 지름이 100 mm 이하인 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 제1 램프 중심까지의 수직 거리는 100 mm 이하인 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 제2 램프 중심까지의 수직 거리는 50 mm 이하인 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주만곡부는 원호 반지름이 10 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성되는 광소결 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 주만곡부의 양단을 연결하는 현의 길이는 10 ~ 200 mm 이하인 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 보조만곡부는 원호 반지름이 1 ~ 100 mm인 원호 형상으로 형성되는 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 반사갓의 양단에서부터 각각 하향으로 연장되고, 상기 제1 광, 상기 제2 광 중 적어도 어느 하나 이상의 광을 반사하여 상기 피처리물에 조사하는 한 쌍의 반사벽;
을 더 포함하는 광소결 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 반사벽은
상기 반사갓에 대해서 수직 방향으로 배치되고, 상기 반사갓의 중심부에서부터 상기 반사벽의 말단까지의 수직 거리는 300 mm 이하인 광소결 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 반사벽의 말단으로부터 하향으로 이격되어, 상기 피처리물을 고정하는 고정부;
를 더 포함하는 광소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 램프 및 상기 제2 램프보다 아래에 배치되는 광필터;
를 더 포함하는 광소결 장치.
하부면의 중심부가, 광을 조사하는 제1 램프가 마련되는 위치의 위에 배치되고, 길이방향을 따라 상기 중심부를 통과하는 중심선을 기준으로 좌우 대칭되도록, 각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 상기 중심선에 접하는 한 쌍의 주만곡부; 및
각각 상향으로 만곡되고 각각의 일단이 한 쌍의 상기 주만곡부 각각의 타단에 접하며, 광을 조사하는 제2 램프가 마련되는 위치의 위에 배치되는 한 쌍의 보조만곡부;를 포함하는 광소결 장치.
제13 항에 있어서,
상기 한 쌍의 주만곡부 하부면의 중심부 아래에 배치되는 제1 램프를 더 포함하는 광소결 장치.
제14 항에 있어서,
상기 제1 램프가 조사하는 제1 광은 피처리물에 조사되어 상기 피처리물을 소결하는 광소결 장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 램프는 제논램프, 적외선램프 및 자외선램프 중 어느 하나인 광소결 장치.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서,
(a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계;
(b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 상기 금속 나노잉크를 건조하는 단계; 및
(c) 제논램프를 제1 램프로 하고, 백색광을 조사하여 건조된 상기 금속 나노잉크를 소결하는 단계;
를 포함하고,
상기 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결인 도전막 형성 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에, 상기 제2 램프를 상기 적외선램프에서 자외선램프로 교체하는 단계;
를 더 포함하여,
자외선광을 상기 백색광과 함께 복합적으로 조사하는 도전막 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 광소결 장치를 이용한 도전막 형성 방법에 있어서,
(a) 피처리물인 금속 나노잉크를 인쇄하는 단계;
(b) 적외선램프를 제2 램프로 하고, 적외선광을 조사하여 인쇄된 상기 금속 나노잉크를 건조하는 단계; 및
(c) 상기 제2 램프를 상기 적외선램프에서 제논램프로 교체하고, 백색광을 조사하여 건조된 상기 금속 나노잉크를 소결하는 단계;
를 포함하고,
상기 소결은 단펄스 소결, 다중펄스 소결, 또는 다중펄스를 통해 예열한 후에 단펄스를 통해 소결하는 2스텝(2step) 소결인 도전막 형성 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 (c)단계에서, 자외선램프를 제1 램프로 하여, 자외선광을 상기 백색광과 함께 복합적으로 조사하는 도전막 형성 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 (c)단계에서, 제논램프를 제1 램프로 하여, 상기 제2 램프의 백색광과 함께, 주파수가 서로 다른 백색광을 함께 조사하는 도전막 형성 방법.