KR101970911B1 - 도전 회로를 갖춘 굴곡성과 신축성의 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신축성과 굴곡성을 갖고 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조 방법은, 도전 회로의 패턴이 음각으로 형성된 몰드를 마련하는 단계, 몰드의 패턴에 전도성 페이스트를 충전하는 충전 단계; 전도성 페이스트가 충전된 몰드의 표면에 열경화성 엘라스토머를 도포하는 엘라스토머 도포 단계; 엘라스토머가 도포된 몰드를 가열하여 엘라스토머를 경화하여 엘라스토머층을 경화하는 경화 단계; 몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 박리 단계를 포함하고, 상기 경화 단계에서는, 몰드에 충진된 전도성 페이스트의 용매가 증발하면서 전도성 페이스트에 포함되는 전도성 입자의 공극에 엘라스모터층을 형성하는 엘라스토머가 충진되면서 경화하고, 전도성 페이스트는 엘라스토머층의 경화 단계에서 엘라스토머층을 이루는 엘라스토머와 결합하고, 몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 단계에서 엘라스토머층에 결합된 상태로 몰드로부터 박리되는 것이다.

Description

도전 회로를 갖춘 굴곡성과 신축성의 기판의 제조 방법{Method of manufacturing a flexible and elastic substrate having electric circuit}

본 발명은 굴곡성과 신축성의 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 구부러질 수 있고 신장 및 축소가 가능한 소재의 기판에 도전 회로를 형성하는 방법에 관한 것이다.

디스플레이 산업을 포함한 다양한 분야에서 유리 기판을 대신하여 유연하여 휘어질 수 있는 전자 소재에 대한 수요가 증대되고 있고, 특히 최근에는 늘어나고 줄어드는 신축성을 갖는 전자 소재에 대한 수요가 있다.

특히 웨어러블 기기(wearable device) 등에서는 굴곡성에 더하여 신축성을 갖는 디스플레이나 전자 회로 기판에 대한 수요가 있다.

폴리머 소재의 기판에 회로를 형성하는 기술로서는 크게 포토리소그래피 기법, 프린팅 기법 및 음각 패턴의 임프린팅 기법이 개발되어 있으나, 여러가지 문제로 상용화되기 어려운 실정이다.

포토리소그래피 기법의 경우에는 공정 단가가 매우 고가이며 연속 공정으로 기판 상에 회로를 형성할 수 없을 뿐만 아니라, 유연한 기판 상에 회로를 형성하기 어렵다는 한계를 가진다.

또 다른 회로 형성 기술로서 기판 상에 잉크젯 프린팅 기법에 의해 전도성 잉크로 회로를 인쇄하는 기법이 있는데, 이러한 기법은 배선 형성을 제어하기 어려우며 공정 특성상 도전 회로를 형성하는 물질이 기판 소재와 밀착되지 않은 상태로 기판의 표면에 양각으로 형성되므로 회로가 형성된 기판이 신축하거나 굴곡될 때에 도전 회로가 기판 상에 유지되기 어려운 문제가 있다.

이러한 종래의 기법들에 대한 대안으로서, 회로 패턴이 양각 형성된 금형을 제작한 후에 금형과 기판에 열을 가하여 기판이 열변형 가능한 상태에서 금형의 패턴을 기판에 음각으로 전사하고, 기판의 음각된 패턴에 전도성 잉크를 채워 회로를 형성하는 임프린팅 기법이 제안되어 있다.

이러한 임프린팅 기법을 이용하여 스마트 라벨을 제조하는 방법이 대한민국 특허 제10-0998039호(문헌 1)에 개시되어 있다.

문헌 1의 발명에 따르면, PET 등의 연성 기판에 회로 패턴을 음각하는 데 있어서 음각의 회로 패턴은 이에 정합하는 양각의 패턴을 갖는 금형에 의해 형성된다. 기판은 금형과 그 지지체 사이에 놓여 가압되며, 가압에 앞서 금형 또는 지지체를 가열하여 금형와 지지체 사이에 놓인 기판이 열에 의해 연화되면서 가압되어 금형에 형성된 양각의 회로 패턴이 기판에 음각으로 전사된다. 기판에 음각으로 회로 패턴이 전사된 후에는 음각의 회로 패턴에 전도성 잉크를 충진한다.

문헌 1에는 개시되어 있지 않지만, 문헌 1과 같은 임프린팅 기법을 이용하는 회로 형성 방법에서는 기판에 음각의 회로 패턴을 형성한 후에 전도성 잉크를 도포하고 표면에 남은 잔량의 전도성 잉크를 제거한 후에 경화 공정에 의해 전도성 잉크를 경화시켜 기판의 음각 회로 패턴 내에 도전 회로를 형성한다.

이러한 임프린팅 기법을 이용하는 회로 형성 방법은 포토 리소그래피 기법이나 잉크젯 프린팅 기법에 비해 제조 공정이 간단하고 연속 공정으로 수행할 수 있다는 장점이 있지만, 연구실 수준의 실험적인 공정이 아닌 실제의 산업에서 기판에 회로를 형성하는 양산 방법으로 채택될 수 없는 근본적인 문제점을 가지고 있다.

특히, 이러한 문헌 1과 같은 임프린팅 기법은 주로 일정한 강성을 갖는 기판에 적용 가능한 것이고, 신축성과 굴곡성을 갖는 소재에는 음각으로 회로 패턴을 전사할 수 없다는 문제가 있다.

문헌 1: 대한민국 특허 제10-0998039호

본 발명은 신축성과 굴곡성을 갖는 기판에 도전 회로를 형성하는 방법을 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명은 비교적 공정이 간단하면서도 저렴한 방법으로 이루어질 수 있는 방법을 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 기판과 도전 회로가 일체화하고 쉽게 박리되지 않으면서도 도전 회로를 이루는 물질이 몰드에 잔류하지 않고 쉽게 박리될 수 있는 제조 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 발명자들은 본 발명을 안출하기에 앞서 몇 가지의 연구와 실험을 진행하였다.

본 발명의 개발에서는 도전 회로의 패턴이 형성된 몰드의 패턴에 전도성 페이스트를 충진하고 몰드의 표면에 신축성 및 굴곡성을 갖는 기판을 이루는 소재로서 엘라스토머를 도포한 후에 엘라스토머를 경화하여 엘라스토머층을 형성하고, 엘라스토머층을 몰드로부터 박리하는 과정에서 몰드의 패턴 내에서 경화된 전도성 페이스트가 엘라스토머층과 일체화하여 몰드로부터 박리되는 공정을 기초로 연구와 실험을 진행하였다.

그러나, 이상 설명한 일반적인 공정에서는 기판을 이루는 엘라스토머층와 전도성 페이스트로 이루어지는 도전 회로가 충분히 일체화되지 않고 엘라스토머층을 몰드로부터 박리할 때에 도전 회로를 이루는 경화된 전도성 페이스트가 몰드의 패턴 내에 잔류하는 문제가 발생하였다.

이와 같은 문제는 본 발명자들의 거듭된 연구와 개발에 따른 결과물인 본 발명에 의해 해결된 것을 확인하였다.

본 발명에 따른 도전 회로를 갖는 기판의 제조 방법은,

도전 회로의 패턴이 음각으로 형성된 몰드를 마련하는 단계,

몰드의 패턴에 전도성 입자와 바인더가 용매에 분산된 전도성 페이스트를 충전하는 충전 단계;

전도성 페이스트가 충전된 몰드의 표면에 열경화성 엘라스토머를 도포하는 엘라스토머 도포 단계;

엘라스토머가 도포된 몰드를 가열하여 엘라스토머를 경화하여 엘라스토머층을 경화하는 경화 단계;

몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 박리 단계

를 포함하고,

상기 경화 단계에서는, 몰드에 충진된 전도성 페이스트의 용매가 증발하면서 전도성 페이스트에 포함되는 전도성 입자의 공극에 엘라스토머층을 형성하는 엘라스토머가 충진되면서 경화하고,

전도성 입자는 엘라스토머층의 경화 단계에서 엘라스토머층을 이루는 엘라스토머에 분산되고, 몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 단계에서 엘라스토머층에 결합된 상태로 몰드로부터 박리되는 것이다.

이러한 본 발명의 구성에 따르면, 엘라스토머를 도포한 몰드를 가열하는 단계에서 엘라스토머는 가열에 의해 경화되어 가지만, 엘라스토머의 경화 속도에 비해 전도성 페이스트를 이루는 용매의 증발 온도가 더 빨리 일어나도록 구체적인 공정 조건을 조절하면 증발되는 용매는 아직 액상인 엘라스토머를 통과하여 배출된다.

전도성 페이스트 내에서 전도성 입자의 공극에도 용매가 흡착되어 있으며, 이러한 전도성 입자의 공극을 채우고 있는 용매는 가열에 의해 증발되어 공극으로부터 이탈하고, 이렇게 이탈되는 용매에 의해 전도성 입자의 공극에는 음압이 작용하게 된다.

이러한 음압에 의해 전도성 페이스트를 덮고 있는 엘라스토머가 전도성 페이스트 내로 침투하고 전도성 입자의 공극에도 침투하게 되며, 경화를 위한 가열이 진행됨에 따라서 몰드의 표면 위로 놓인 엘라스토머 및 몰드의 패턴내로 침투한 엘라스토머가 함께 경화된다.

이에 따라서, 몰드 표면의 놓인 엘라스토머는 경화되어 엘라스토머층을 형성하고 몰드의 패턴에서는 전도성 페이스트로부터 용매가 증발하고 바인더와 전도성 입자가 엘라스토머에 둘러싸인 상태로 경화되어 도전 회로를 형성하게 되므로, 도전 회로가 기판을 이루는 엘라스토머층과 일체화된 상태로 된다.

엘라스토머층을 몰드로부터 박리하면 엘라스토머층과 일체화한 도전 회로도 함께 박리되고, 신축성과 굴곡성을 가진 엘라스토머층의 표면에 도전 회로가 형성된 기판을 얻게 된다.

한편, 본 발명의 부가적 특징으로서, 전도성 페이스트의 용매는 엘라스토머의 경화 전에 가열에 의해 완전 증발될 수 있는 휘발성 및 비등점을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써 경화 단계에서 전도성 페이스트 중의 용매가 몰드의 홈으로부터 완전히 증발되어 아직 액상 상태인 엘라스토머를 통과하여 배출되고 엘라스토머가 몰드의 홈에 완전히 충진됨으로써, 경화 과정에서 증발되는 용매가 엘라스토머층을 통과하지 못한 채, 엘라스토머층 또는 도전 회로에 남아서 불량을 초래하는 일이 없게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성과 작용에 따르면, 도전 회로의 패턴이 형성된 몰드에서 패턴 내에 전도성 페이스트를 충진하고 몰드 표면에 엘라스토머를 도포한 후에 가열하여 경화하는 간단한 공정으로 도전 회로를 갖춘 신축성과 굴곡성의 기판을 얻을 수 있다.

특히, 본 발명에서는 도전 회로가 기판과 일체화하고 기판을 이루는 신축성 및 굴곡성의 소재를 기반으로 하여 형성되므로, 기판의 굴곡과 신축 시에도 도전 회로가 단락되거나 손상되는 일은 발생하지 않게 된다.

도 1 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 기판을 제조하는 공정을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 기판의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 기판들의 사진이다.
도 5는 본 발명의 기술적 원리를 보여주는 그래프이다.
도 6은 비교예에 따라 제조된 기판의 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예와 비교예의 도전 회로의 단면 사진이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 제조 방법을 설명한다.

먼저 도 1을 참조하면, 도 1에는 도전 회로를 갖춘 기판을 제조하는 각 공정을 개략적으로 단면으로 도시하였다.

도 1의 (a)에는 도전 회로의 패턴을 따른 홈(11)이 형성된 몰드(10)의 단면이 도시되어 있다.

이러한 몰드(10)는 실리콘 웨이퍼로 형성되는데, 실리콘 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하여 경화하고, 도전 회로의 패턴을 갖는 마스크로 포토레지스트를 덮은 후에 자외선을 조사한다. 마스크 아래의 포토 레지스트는 도전 회로의 패턴에 따라 자외선이 조사되고 자외선이 조사된 부분은 세척에 의해 제거된다. 이후에 에칭액의 도포에 의해 도전 회로의 패턴을 따라 실리콘 웨이퍼의 표면이 에칭되고 포토 레지스트를 제거하여 세척하면 웨이퍼의 표면에 도전 회로의 패턴을 따른 홈(11)이 형성된 몰드(10)가 마련된다.

이러한 도전 회로의 홈(11)은 다양한 크기를 가질 수 있지만, 본 실시예에서 홈(11)은 형성하려는 도전 회로에 맞추어 선폭을 10 ~ 200 ㎛, 깊이를 10 ~ 50 ㎛의 범위로 형성하였다.

다음으로 도 1의 (b)를 참조하면, 몰드의 표면(12)에 전도성 페이스트(1)를 도포하고, 닥터 블레이트(5)를 이용한 닥터링에 의해 전도성 페이스트(1)를 몰드의 홈(11)에 채우고 표면에 잔류하는 전도성 페이스트를 제거하였다. 이렇게 하여 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 전도성 페이스트(1)가 몰드의 홈(11)에 충진된 상태가 이루어진다.

전도성 페이스트(1)는 전도성 입자와 바인더를 용매에 분산하여 제조한다.

본 실시예에서 용매로서는 아세톤을 사용하고, 전도성 입자로서는 악조노벨(Akzo Nobel)사에서 케첸 블랙(Ketjenblack)이라는 명칭으로 시판하는 카본 블랙(Carbon Black)을 사용하였으며, 바인더로서는 PVDF(Poly Vinyldienfluoride, 이소불화비닐)를 사용하였다.

용매인 아세톤 13 ㎖에 대하여 전도성 입자로서 케천 블랙 분말을 2g, 바인더로서 PVDF 분말을 0.7g의 비율로 혼합하여 전도성 페이스트를 형성하였다.

우선은 용매인 아세톤에 바인더를 투입하고 초음파을 인가하여 PVDF 분말을 분산시킨 후에 케첸 블랙의 분말을 투입하고 초음파를 인가하여 케첸 블랙 분말을 용매 내에 분산시켜 전도성 페이스트를 형성하였다.

다음으로 도 1의 (d)와 같이, 전도성 페이스트가 충진된 몰드(10)의 표면(12)에 기판의 소재가 되는 엘라스토머를 도포한다.

엘라스토머로서는 화학식 [Si(CH₃)2O]n으로 표시되는 폴리디메틸실록산(Polydimethysiloxane) 중에서 밀도가 0.76 g/㎖, 비등점이 205 ℃, 분자량이 162.38이며, 고온 경화되는 것을 사용하였다.

몰드(10)의 표면에 엘라스토머를 도포하되, 가열 경화되어 수축되었을 때에 1 ~ 3 mm의 두께를 형성할 수 있는 두께로 도포하여, 엘라스토머층(20)을 형성하였다.

엘라스토머가 도포된 몰드는 오븐에 넣어 가열하였다. 오븐 내의 압력은 대기압으로 유지하고 가열 온도는 100 ℃를 유지하여, 5분간 가열하였다.

가열 후에 오븐으로부터 몰드(10)를 꺼내고 몰드로부터 경화된 엘라스토머층(20)을 떼어내었다. 가열 경화 시에 몰드의 홈(11)을 채우고 있던 전도성 페이스트(1)는 엘라스토머가 전도성 입자와 바인더 입자를 포획한 상태로 경화되어 도전 회로(21)를 이루게 되고, 경화된 엘라스토머층(20)을 몰드(10)로부터 분리할 때에 엘라스토머층(20)과 일체가 되어 몰드로부터 박리되었다. 이와 같은 상태를 도 1의 (e)로 도시하였다.

엘라스토머층은 폴리디메틸실록산이 경화되어 신축성과 굴곡성을 갖는 기판으로서 기능하는 것이고, 여기에 형성된 도전 회로(21) 역시 신축성과 굴곡성을 갖는 엘라스토머에 도전 입자가 분산된 형태로 되어 굴곡성과 신축성을 가지는 것이다.

이로써, 기판(20)과 그 표면에 형성되는 도전 회로(21)가 일체로 되고, 양자가 모두 신축성과 굴곡성을 가지게 되어, 도전 회로를 갖춘 기판 전체가 신축성과 굴곡성을 가지게 된다.

이렇게 형성한 기판의 사진을 도 2에 도시하였다.

도 2의 (a)는 서로 평행한 도전 회로들이 형성된 기판 전체을 보여주고, (b)는 도전 회로 부분을 확대한 상태를 보여주며, (c)는 도전 회로가 연장된 평면 상태를 보여준다. 기판은 투명하고 신축성과 굴곡성을 갖는 필름 형태로 되어 있고, 여기에 카본 블랙이 분산된 형태의 도전 회로가 형성되어 돌출되어 있는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 가열 경화 시에 몰드의 패턴(11)을 채우고 있던 전도성 페이스트(1)가 엘라스토머층(20)과 일체화한 도전 회로(21)을 이루는 과정을 설명한다.

이러한 경화 과정에서는 몰드의 단면 관찰이 불가능하므로, 도 3에서는 본 발명의 발명자들이 고찰한 바를 도식적으로 표현하였고, 도시와 이해의 편의를 위하여 바인더 입자는 생략하고 전도성 입자와 용매의 증기를 과장되게 크게 표시하였다.

도 3의 (a)는 도 1의 (d)에 도시한 상태를 나타내는 것으로서, 몰드(10)의 홈(11)에 전도성 페이스트(1)가 채워지고 몰드의 표면(12)에는 엘라스토머가 도포되어 층(20)을 이룬 상태이다.

이 상태에서 몰드(10)를 오븐에 넣어 가열하면, 엘라스토머층(20)이 경화되기 전의 상태에서 전도성 페이스트의 용매인 아세톤이 증발한다. 도 3의 (b)는 이러한 아세톤이 증발하는 것을 도식적으로 보여주는데, 아세톤의 증기는 아직 점도가 낮은 액상의 엘라스토머층(20)을 통과하여 오븐 내로 비산된다.

전도성 페이스트(1)에서는 용매인 아세톤이 증발하여 빠져나감에 따라 입자들 사이에 공극이 생기고, 특히 전도성 입자인 케천 블랙의 표면에 흡착되어 있던 아세톤도 증발한다.

이러한 공극의 발생에 따라 전도성 페이스트에는 부압이 걸리게 되고, 이러한 부압에 의해 몰드 표면으로부터 엘라스토머 재료가 몰드의 패턴(11) 내로 흡입되어 들어오게 된다.

가열의 지속에 따라 전도성 페이스트 내의 용매는 모두 증발하여 비산되고 용매를 대신하여 몰드 표면으로부터 유입된 엘라스토머가 몰드의 패턴(11) 내에서 전도성 입자들과 바인더 입자를 감싸는 형태로 자리하게 된다. 도 3의 (c)는 이러한 상태를 보여준다.

오븐 내에서의 가열이 지속되면 몰드 표면과 몰드 패턴 내의 엘라스토머는 서로 일체를 이루는 상태로 경화되고, 몰드 표면에는 경화된 엘라스토머층(20)이 형성되고 몰드의 패턴 내에는 경화된 엘라스토머에 전도성 입자가 분산된 형태의 도전 회로(21)가 형성된다.

가열을 종료하고, 몰드(10)로부터 엘라스토머층(20)을 박리하면, 도전 회로(21)는 엘라스토머층(20)과 함께 분리된다. 이 상태를 도 3의 (d)에 도시하였다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에서는 도전 회로를 이루는 전도성 페이스트의 용매가 증발하여 비산되고 그 자리를 기판을 이루는 엘라스토머의 일부가 침투하여 그 침투한 엘라스토머에 도전 입자가 분산된 형태의 도전 회로를 구성하게 된다.

따라서, 도전 회로가 기판과 일체가 되고, 특히 기판과 도전 회로가 모두 신축성 및 굴곡성을 갖는 소재로 이루어지므로, 도전 회로가 형성된 기판 전체가 굴곡성과 신축성을 갖게 된다.

한편, 본 발명의 발명자들은 본 발명에 대해 연구 개발하는 과정에서 전도성 페이스트로서 다양한 재료를 이용하였다.

우선 전도성 페이스트의 용매로서, 아세톤 외에도 ISOPA(Isopropyl Alcohol, 이소프로필 알콜) 및 PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate)을 이용하였다.

아세톤은 비등점이 56.5 ℃, 상대 증발율이 5.6으로 강한 휘발성을 띄며, ISOPA는 비등점이 82.4℃, 상대증발율이 2.88이고, PGMEA는 비등점이 120℃, 상대증발율이 0.39이다.

이들 각각을 용매로 하여 전도성 페이스트를 제조하고, 동일한 조건에서 기판을 제조하였는바, 그렇게 제조된 기판의 사진을 도 4에 도시하였다.

도 4의 (a)는 아세톤을 용매로 사용하여 제조한 기판으로서, 도전 회로가 양호하게 형성되었다. 그러나, 각각 ISOPA와 PGMEA를 전도성 페이스트의 용매로 사용한 (b)와 (c)의 기판은 도전 회로의 주변에 기포가 형성되어 불량인 상태의 기판이 형성된 것을 확인할 수 있었다.

발명자들은 이러한 시험 결과 및 그에 대한 고찰로부터 다음과 같은 기술적 관계를 도출하였다.

몰드의 경화 단계에서 가열의 개시에 따라 몰드의 패턴 내의 전도성 페이스트의 용매가 조기에 증발하여 엘라스토머층의 경화 전에 엘라스토머층을 통과하여 배출되어야 하며, 비등점이 높고 휘발성이 낮은 용매를 사용하는 경우에는, 가열이 개시되어 엘라스토머의 점성이 높아지면서 경화되기 전에 용매의 충분한 증발이 이루어지지 않고 용매가 몰드의 홈(11)에 잔류하게 되지만, 비등점이 낮고 휘발성이 높은 아세톤을 용매로 사용한 경우에는 엘라스토머의 점성이 낮은 상태로 머물러 있는 시점에서 용매의 증발이 완료됨으로써 몰드의 패턴으로부터 용매가 모두 증발하여 비산됨으로써 엘라스토머층(20)이나 도전 회로(21)에 용매의 기포가 형성되는 일이 없고 용매가 도전 회로에 잔류하는 일이 없으며, 용매가 증발된 자리에 엘라스토머가 신속히 충진됨으로써 도전 회로가 양호하게 형성될 수 있다.

이러한 관계를 그래프로 나타내면 도 5에 도시한 것과 같다.

도 5의 그래프에서 세로축은 엘라스토머의 점도를 나타내며, a 지점의 점도는 용매가 엘라스토머층을 통과하여 대기 중으로 비산될 수 있는 한계 점도이다.

가로축은 오븐에서의 가열 시간을 나타내며, T1은 전도성 페이스트 중의 용매인 아세톤이 전부 증발하는 데 소요되는 시간을, T2 및 T3는 각각 용매로서의 ISOPA와 PGMEA가 전부 증발하는 데 소요되는 시간을 나타낸다.

곡선은 오븐을 일정한 온도로 가열하는 데 따라서 몰드 위에 도포된 엘라스토머의 점도 변화를 나타내는 곡선이다.

실험 결과에 대한 발명자들의 고찰에 따르면, 오븐에서의 가열에 따라 엘라스토머의 점도가 용매의 증기가 통과할 수 없는 점도를 갖게 되는 시점인 To이며, 용매는 To의 시간 전에 모두 증발하여야 하며, 아세톤을 그러한 조건을 만족하는 것으로 나타나고, 다른 용매들은 완전 증발에 요하는 시간이 To를 초과하여 잔류한 용매들의 증기가 엘라스토머층이나 전도성 페이스트중에 잔류하게 되어 불량을 초래하였다.

이러한 실험 결과 및 고찰의 결과로서, 발명자들은 양호한 기판을 얻기 위해서는 엘라스토머의 경화 전에 가열에 의해 완전 증발될 수 있는 휘발성 및 비등점을 갖는 용매가 적합한 것으로 결론을 내릴 수 있었다.

한편, 본 발명의 발명자들은 다양한 실험을 통하여 전도성 페이스트를 이루는 고형 성분으로서 전도성 입자와 바인더에 대한 용매의 비율도 기판의 제조에 영향을 미치는 것을 발견하였다.

전도성 입자로서 케첸 블랙 2g과 바인더 0.7g에 대하여 용매인 아세톤의 비율을 달리하여 전도성 페이스트를 제조하고, 이 전도성 페이스트를 사용하여 기판을 제작하였다.

그 결과로서, 용매의 양이 16.8 ㎖ 을 초과하는 경우에 기판의 도전 회로에 불량이 발생함을 확인하였다.

도 6은 용매의 양을 18 ㎖로 한 전도성 페이스트를 이용하여 제작한 기판의 사진이다. 과량의 용매의 증발에 의해 기판이 부풀어서 사용 불가능한 기판이 제작되었다. 또한, 용매의 양이 11.2 ㎖ 미만인 경우에는 전도성 페이스트에서 고형 입자의 충분한 분산이 이루어지지 않았다.

결론적으로, 용매의 양은 고형 입자 7.4g 에 대하여 11.2 ~ 16.8 ㎖의 범위, 즉 고형 입자 1g 에 대하여 4.1 ~ 6.2 ㎖의 범위에서 양호한 품질의 기판을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 개발 과정에서, 발명자들은 전도성 입자로서 다양한 제품을 이용하였다.

그러한 전도성 입자 중에서 앞서 설명한 실시예의 케첸 블랙과 덴카 블랙(Denka Black)을 이용하였다.

덴카 블랙은 카본 블랙의 일종인 아세틸렌 블랙으로서 'Denka'사에서 시판하는 제품이며, 표면적이 68 ㎡/g, 흡착율이 0.179 ㎠/g이고, 케첸 블랙은 표면적이 894 ㎡/g, 흡착율이 1.083 ㎠/g으로, 덴카 블랙에 비하여 매우 큰 표면적과 흡착율을 갖는 것이다. 악조노벨사에서 시판하는 케첸블랙은 제품에 따라 800 ~ 1400 ㎡/g의 표면적을 갖는다.

동일한 조건에서 양자를 사용하여 기판을 제조하고 그 단면을 주사 현미경으로 관찰하였다. 주사 현미경 사진을 도 7로 도시하였다.

도 7의 (a)는 덴카 블랙을 전도성 입자로 사용한 기판에서 도전 회로 부분의 절단면을 보여주는 것이며, 엘라스토머가 도전 회로 전체에 충분히 침투하지 못하고, 도전 회로를 이루는 입자가 일측에 몰려 있어서 엘라스토머가 일체화하지 못한 불량 상태임을 보여준다.

도 7의 (b)는 케첸 블랙을 전도성 입자로 사용한 기판의 도전 회로의 절단면을 보여주며, 엘라스토머가 도전 회로 전체에 균일하게 침투하요여 도전 회로 전체가 기판과 완전하게 일체화한 것을 보여주고 있다.

이상의 결과로서, 전도성 입자로서는 악조노벨사의 케첸 블랙이 매우 좋은 결과를 보여주는데, 발명자들의 고찰에 따르면 케첸 블랙은 표면적이 매우 크고 흡착률이 높기 때문에, 페이스트 상태에서 그 표면에 상당량의 용매를 흡착하고 있고, 가열 과정에서 입자의 표면으로부터 용매가 증발되어 이탈하면서 그 부압으로 인하여 엘라스토머를 흡인하는 작용을 하는 것이다.

이상으로부터 전도성 입자는 표면적이 넓고 흡착률이 높은 것일수록 본 발명에 따른 제조 방법에서 도전 회로의 품질을 높이고 불량을 낮추는 것이라는 결론에 도달하였다.

이상으로 본 발명의 실시예 및 비교예들을 설명하였는바, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 수정과 변형이 가능하다.

10: 몰드 20: 엘라스토머층

Claims (7)

1. 도전 회로를 갖는 기판의 제조 방법으로서,
   도전 회로의 패턴이 음각으로 형성된 몰드를 마련하는 단계,
   몰드의 패턴에 전도성 입자와 바인더가 용매에 분산된 전도성 페이스트를 충전하는 충전 단계;
   전도성 페이스트가 충전된 몰드의 표면에 열경화성 엘라스토머를 도포하는 엘라스토머 도포 단계;
   엘라스토머가 도포된 몰드를 가열하여 엘라스토머를 경화하여 엘라스토머층을 경화하는 경화 단계;
   몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 박리 단계
   를 포함하고,
   상기 경화 단계에서는, 몰드에 충진된 전도성 페이스트의 용매가 증발하면서 전도성 페이스트에 포함되는 전도성 입자의 공극에 엘라스토머층을 형성하는 엘라스토머가 충진되면서 경화하고,
   전도성 입자는 엘라스토머층의 경화 단계에서 엘라스토머층을 이루는 엘라스토머에 분산되고, 몰드로부터 엘라스토머층을 박리하는 단계에서 엘라스토머층에 결합된 상태로 몰드로부터 박리되는 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   전도성 페이스트의 용매는 엘라스토머의 경화 전에 가열에 의해 완전 증발될 수 있는 휘발성 및 비등점을 갖는 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   전도성 페이스트는 아세톤을 용매로 하고, 바인더와 전도성 입자를 아세톤에 분산시켜 형성한 것이며, 바인더와 전도성 입자 1g에 대하여 아세톤을 4.1 ~ 6.2 ㎖의 비율로 혼합하는 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   전도성 페이스트에 함유되는 전도성 입자는 표면적이 800 ㎡/g 이상인, 악조노벨사에서 케첸블랙이라는 명칭으로 시판하는 카본 블랙인 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   엘라스토머는 가열에 의해 경화되는 폴리디메틸실록산인 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 경화 단계는 대기압의 오븐에서 일정한 온도를 인가하여 수행되는 것인, 도전 회로를 갖춘 기판의 제조 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 하나의 제조 방법에 의해 제조되는 것인, 도전 회로를 갖춘 기판.
   

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