KR101963886B1

KR101963886B1 - 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법

Info

Publication number: KR101963886B1
Application number: KR1020170033231A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 유준호; 신권용; 강민규; 조관현; 임중혁
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2019-04-01
Also published as: KR20180105915A

Abstract

본 발명은 잉크젯 인쇄를 이용하여 FPCB, Solar Cell, OLED 조명 등에 활용 가능한 미세 전극을 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법은 기판 상에 소수성 패턴을 형성하여, 패턴 사이의 친수성 갭(gap)을 형성시키는 단계와, 잉크젯 인쇄를 통해 형성된 갭에 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 단계 및 미세 선폭을 가지는 전극 위로 절연 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법{METHOD FOR FABRICATION OF MICRO ELECTRODES USING INKJET PRINTING}

본 발명은 잉크젯 인쇄를 이용하여 FPCB, Solar Cell, OLED 조명 등에 활용 가능한 미세 전극을 제작하는 방법에 관한 것이다.

인쇄전자는 원하는 전자회로 부분만을 기판이나 필름 등에 전도성 전자잉크로 인쇄하듯이 제조하는 기술이다.

인쇄전자는 기존의 전자회로 형성을 위해 도금, 식각 등을 수행하는 방식에 비해 낭비되는 전도성 소재의 양이 적어 제조원가가 낮은 장점이 있어, 스마트 IT, 디스플레이, 태양광 등 기존 산업에 적용된다.

그런데, 인쇄전자 공정은 용액공정으로, 잉크의 퍼짐 특성에 의하여 50um 이하의 미세한 선폭을 가지는 패턴을 형성하기 어려운 문제점이 있어, 산업계에 적용하기 어려운 한계점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 벽이나 홈을 기판에 가공하거나, 포토 공정을 이용하여 기판 표면에 소수성 패턴을 형성하여 인쇄하는 방법이 제안되었으나, 이는 미세 선폭 패턴 형성을 위한 공정의 복잡도가 증가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 벽이나 홈을 기판에 가공하지 않고, 잉크젯 인쇄를 이용하여 소수성 물질/ UV 경화 잉크를 인쇄하여 소수성 막 패터닝을 수행하고, 전도성 잉크를 인쇄하여, 종래 기술 대비 확연히 미세한 선폭 형성이 가능한 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일면에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법은 기판 상에 소수성 패턴을 형성하여, 패턴 사이의 친수성 갭(gap)을 형성시키는 단계와, 잉크젯 인쇄를 통해 형성된 갭에 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 단계 및 미세 선폭을 가지는 전극 위로 절연 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법은 소수성 막을 패터닝하고, 소수성 패턴 사이의 갭(gap)에 전도성 잉크를 인쇄하여 11um 수준의 미세 선폭을 형성함으로써, 50um 선폭 형성조차 어려운 종래 기술과 대비하여 볼 때 확연히 미세한 전극 제작이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 투명한 소수성 물질의 특성을 고려하여 얼라인(align)을 수행하여 미세 선폭을 가지는 미세 전극의 제작 신뢰성을 증대하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 미세 선폭 형성 및 절연 처리(insulation)을 수행하여FPCB, Solar Cell, OLED 조명 보조 배선 등의 어플리케이션에 적용하는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 형성에 있어 X, Y축으로 2 싸이클(cycle)의 공정을 통해, 매쉬 패턴(mesh pattetn)을 형성하는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법의 공정도를 나타내는 도면이다.
도 3a는 잉크의 소수성을 측정한 이미지로서 접촉각 변화를 나타내는 이미지이며, 도 3b은 본 발명의 실시예에 따른 플루오로카본 잉크를 이용한 소수성 패턴 형성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소수성 잉크의 예시로서 플루오로카본 잉크 드롭 간격에 따른 이미지, 드롭 간격에 따른 플루오로카본 라인 패턴 모식도 및 라인 간격에 따른 갭 형성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 잉크의 예시로서 은 잉크를 이용한 미세 선폭을 가지는 전극 인쇄를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 얼라인 마크 형성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 UV 경화 잉크를 이용한 소수성 선형 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 금속 잉크의 예시로서 은 잉크를 이용한 미세 선폭 인쇄를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 절연 처리 및 cross section line profile을 나타내는 도면이다.
도 11및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 O₂플라즈마 처리, UV-O 처리 및 cross section line profile을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매쉬 패턴 형성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 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 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

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. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법의 공정도를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법은 기판 상에 소수성 패턴을 형성하여, 패턴 사이의 갭(gap)을 형성시키는 단계(S100)와, 잉크젯 인쇄를 통해 형성된 갭에 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 단계(S200) 및 미세 선폭을 가지는 전극 위로 절연 처리를 수행하는 단계(S300)을 포함한다.

도 2의 (b)는 S100단계를, (c) 및 (d)는 S200 단계를, (e), (f), (g)는 S300 단계에 해당된다.

도 3a는 잉크의 소수성을 측정한 이미지로서 접촉각 변화를 나타내는 이미지로서, 접촉각 및 표면 에너지는 다음 [표 1]과 같다.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 소수성 잉크의 예로서 플루오로카본 잉크를 이용한 소수성 패턴 형성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따르면 초기 접촉각 및 그 접촉각의 변화를 고려하여 소수성 패턴 형성을 위한 물질을 선택하는데, 그 예로서 플루오로카본 잉크(200)는 FC-722 및 FC-40을 1 대 4의 비율로 사용하였으며, 이는 당업자의 이해를 돕기 위한 비율의 예시로서 본 발명의 범주는 이러한 종류 및 비율에 의해 제한되지 아니한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 110um를 지름으로 가지는 Dot로서 소수성 잉크를 잉크젯 인쇄하여, 소수성 선형 패턴을 형성한다.

이러한 소수성 선형 패턴 사이에는 친수성 갭(gap)이 형성되며, 앞서 언급한 UV-O 트리트먼트가 도 2의 (a) 단계에서 수행되면 기판(100)은 소수성에서 친수성으로 표면 개질이 변경된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소수성 잉크의 예시로서 플루오로카본 잉크 드롭 간격에 따른 이미지, 드롭 간격에 따른 플루오로카본 라인 패턴 모식도 및 라인 간격에 따른 갭 형성을 나타내는 도면이다.

S100 단계는 기판 상에 플루오로카본 잉크 또는 UV 경화 잉크를 잉크젯 인쇄하여 소수성 패턴을 형성시키는 것으로, 도 4a 내지 4c는 플루오로카본 잉크를 이용한 소수성 패턴 및 갭 형성을 나타내는 도면이다.

도 4a에서 검은 색의 점과 배경은 금속 잉크의 예로서 제시하는 은 잉크이며, 투명한 플루오로카본의 가시화를 위해 은 잉크가 전면 인쇄된다.

도 4a 및 도 4b에서 D.S는 드롭의 간격을 나타내며, DS 38.1um에서 Dot의 형상이 없어짐을 확인할 수 있었고, 도 4b는 드롭 간격에 따른 플루오로카본 라인 패턴의 모식도를 나타내며, 도 4c를 참조하면 라인 간격에 따라 본 발명의 실시예에 따르면 약 12 내지 50um의 갭이 형성된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 잉크(300)의 예로서 은 잉크를 이용한 미세 선폭을 가지는 전극 인쇄를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 잉크는 은 잉크(300)로서 ANP(Advanced Nano Product), DGP40JT-15C를 사용하였으나 이는 당업자의 이해를 돕기 위한 실시예로서 본 발명의 범주가 이러한 전도성 잉크의 종류에 국한되지 아니한다.

S200 단계는 금속 잉크(예: 은 잉크)를 잉크젯 인쇄하여, 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하며, 약 11um의 미세 선폭을 형성하는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 얼라인 마크 형성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 S200 단계는 S100 단계에서 형성된 소수성 패턴의 방향을 기준으로 수직 방향으로 금속 잉크인 은 잉크를 인쇄하여 얼라인 마크(align mark)를 형성하고, 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄한다.

투명한 소수성 물질에 대해서는, 이러한 얼라인 마크 형성을 통해 금속 잉크인 은 잉크가 잉크젯 인쇄될 갭의 영역을 용이하게 확인하는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 UV 경화 잉크를 이용한 소수성 선형 패턴을 나타내는 도면이다.

도 7은 S100 단계에서 50.8um의 DS(Drop Space)로 프린팅된 것을 도시하며, 경화된 UV 잉크는 소수성으로 두 번째 선을 25% 오버랩(overlap)하여 인쇄하면 7um의 갭이 형성됨을 확인할 수 있다.

도 8은 도 7에 도시한 갭에 은 잉크를 이용한 미세 선폭 인쇄를 수행한 것을 나타내는 도면으로, DS를 50.8um로 하여 500dpi line으로 프린팅한 결과를 나타내며, 26um 갭에 인쇄된 은 잉크(silver ink)는 30um의 선폭을 가짐을 확인할 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 절연 처리 및 cross section line profile을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 S300 단계는 은 잉크(300)가 인쇄된 영역 위에 UV 경화 잉크(400)를 덮어서 절연체를 형성시키며, 도 9의 (a)는 single drop을, 도 9의 (b)는 line pattern을 도시한다.

도 9의 400a는 은 잉크(300) 위에 덮어진 UV 잉크(절연성 잉크의 예)를 도시하며, 400b는 기판(100, glass) 상의 UV 잉크를 도시하며, 점선 영역은 UV 잉크가 덮어진 영역을 도시한다. 이 때, DS 90um 이하에서 UV 잉크의 뭉침 현상이 있음을 확인할 수 있다.

도 10은 UV 경화 잉크 인쇄를 통한 절연체 형성의 cross section line profile을 도시한다.

도 11및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 O₂플라즈마 처리, UV-O 처리 및 cross section line profile을 나타내는 도면이다.

도 11은 5분간의 O₂플라즈마 처리, 15분간의 UV-O 처리 시의 미세 전극 및 절연체 공정 결과를 나타내는 도면으로, 이러한 O₂플라즈마 처리 및 UV-O 처리는 택일적으로 수행되는 것이 가능하다.

도 11 및 도 12를 참조하면, O₂플라즈마 처리 후 플루오로카본의 소수성은 없어지고, DS가 작을수록 선폭이 커짐을 확인할 수 있었으며, 반면 UV-O 처리 후 FC(플루오로카본)의 소수성은 남아 있고, DS가 작아지더라도 선폭은 같으나 그 높이가 달라짐을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매쉬 패턴 형성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 S100 단계 및 S200 단계가 기설정된 X축 상에 미세 선폭을 가지는 전극 인쇄를 수행하면, 그 다음으로는 기설정된 Y축 상으로 S100 단계 및 S200 단계가 반복 수행하여, 교차되는 매쉬 패턴의 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 것이 가능하다.

도 13은 각각 6.8mm, 1mm, 0.15mm distance의 메쉬 패턴을 나타내는 도면으로서, 건조 후 X, Y축으로 각각 형성되어 상호 교차하는 매쉬 패턴(mesh pattern)의 메탈 그리드(metal grid)가 형성됨을 도시한다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 기판 200: 소수성 패턴
300: 금속 잉크 400: 절연성 잉크

Claims

(a) 기판 상에 잉크젯 인쇄를 통해 소수성 패턴을 형성하여, 상기 패턴 사이의 친수성 갭(gap)을 형성시키는 단계;
(b) 잉크젯 인쇄를 통해 상기 형성된 갭에 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 단계; 및
(c) 상기 미세 선폭을 가지는 전극 위로 절연 처리를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는 상기 (a) 단계에서 소수성 패턴의 형성 방향과 수직 방향으로 금속 잉크를 인쇄하여 얼라인 마크를 형성하고, 상기 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하고,
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는, 기설정된 X축 상에 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄한 후, 기설정된 Y축 상으로 반복 수행되어, 교차되는 매쉬 패턴의 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 것
을 특징으로 하는 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 UV 트리트먼트가 수행된 상기 기판 상에 소수성 잉크 또는 절연성 잉크를 잉크젯 인쇄하여 상기 소수성 패턴을 형성시키는 것
인 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는 잉크젯 인쇄의 drop space을 조절하여 기설정된 폭의 상기 갭을 형성시키는 것
인 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는 금속 잉크를 잉크젯 인쇄하여 상기 미세 선폭을 가지는 전극을 인쇄하는 것
인 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법.
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제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 O₂플라즈마 처리를 수행하고, 절연성 잉크를 잉크젯 인쇄 후, 열처리 또는 UV 조사 공정으로 절연 처리를 수행하는 것
인 잉크젯 인쇄를 이용한 미세 전극 제작 방법.
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