KR101996870B1 - 신축성 기판에 사용되는 전선 구조체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전선구조체의 제조방법은 신축성 기판에 지지체가 설치되는 (a)단계; 상기 기판에 지지체 사이에 희생 층이 설치되는 (b)단계; 상기 희생 층에 전선이 설치되는 (c)단계; 상기 희생 층을 제거하는 (d)단계; 를 포함한다.

Description

신축성 기판에 사용되는 전선 구조체의 제조방법{The method of manufacturing wiring structure used in a stretchable circuit board}

본 발명은 전선구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신축성 기판에 사용되는 전선구조체의 제조방법에 관한 것이다.

최근 산업의 화두는 유연한 기판을 활용한 제품의 제작이다. 이는 전자제품 업계뿐만 아니라 의료업계 등 매우 다양한 산업분야의 요구에서 기인한다.

예를 들어 웨어러블(wearable) 기기 등을 활용한 스마트 의복 등은 환자의 옷에 사용되어 실시간으로 의사 등을 통해 진료나 관찰이 가능하다.

이러한 신축성 기판을 활용하기 위해서는 기판을 구성하는 전선도 탄성, 유연성, 신축성을 가지도록 구성되어야 한다.

그러나 상술한 스마트 의복 등에 사용되는 종래의 전선의 구조체는 기판 위에 전선이 붙어서 구비되어, 기판에 응력이 작용하여 휘어지는 경우에 전선이 끊어지거나 하는 등의 이유로 저항이 증가하게 되고 이는 내부의 열 발생을 유발하는 등의 단점으로 이어졌다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 신축성을 가지는 배선구조체의 발명이 요구된다.

대한민국 등록특허 제 10-1660908 호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 신축성 기판에 사용되는 전선 구조체의 제조방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전선구조체 제조방법은 신축성 기판에 지지체가 설치되는 (a)단계; 상기 지지체 사이에 희생 층이 설치되는 (b)단계; 상기 희생 층에 전선이 설치되는 (c)단계; 상기 희생 층을 제거하는 (d)단계; 를 포함한다.

그리고 전선구조체 제조방법은 상기 희생 층이 제거된 기판에 설치된 지지체를 고분자 층으로 코팅하는 (e)단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 (c)단계는 상기 희생 층의 상단에 제1폴리머를 설치하는 제1설치단계; 상기 제1폴리머의 상단에 전도성 배선을 설치하는 배선설치단계; 및 상기 배선을 감싸도록 상기 배선의 노출된 부분에 제2폴리머를 설치하는 제2설치단계; 를 포함할 수 있다.

그리고 상기 제1설치단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 설치하고, 상기 배선설치단계는 상기 제2마스크를 이용하여 상기 전도성 배선을 설치할 수 있다.

또한 상기 제2설치단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 측면에 설치하는 제2측면설치단계; 및 상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 상부 및 상기 제2측면설치단계에서 설치 된 상기 제2폴리머의 상부에 설치하는 제2상부설치단계; 를 포함할 수 있다.

그리고 상기 제1설치단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 설치하고, 상기 배선설치단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 전도성 배선을 설치할 수 있다.

또한 상기 제2설치단계는 제3마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 상부 및 측면과 상기 제1폴리머의 측면에 설치할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전선구조체는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전선의 대부분이 기판과 접촉하지 않기 때문에 전선의 신축성이 크게 증가할 수 있다.

둘째, 다양한 신축성 전선 구조체의 제조방법을 제공함으로써, 사용자는 사용환경에 맞게 택일적으로 선택, 사용이 가능하다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 전선 구조체의 사용 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 전선 구조체의 사용 상태의 단면도이다. 그리고,
도 3 내지 7은 본 발명의 전선 구조체의 전선의 구조 및 제조 방법에 대한 실시 예를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 전선 구조체의 구조 및 제조방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 전선 구조체의 사용 상태를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 전선 구조체의 사용 상태의 단면도이다.

본 발명의 전선 구조체의 제조방법은 신축성 기판(10)에 지지체(30)가 설치되는 (a)단계, 상기 기판(10)에 지지체(30) 사이에 희생 층(50)이 설치되는 (b)단계, 상기 희생 층(50)에 전선(70)이 설치되는 (c)단계, 상기 희생 층(50)을 제거하는 (d)단계를 포함한다.

(a)단계는 신축성 기판(10)에 지지체(30)가 설치되는 단계로서, 이 때 지지체(30)는 금속전극으로 이루어질 수 있다.

이는 본 발명의 전선 구조체는 기판(10)에서 이격되어 구비되므로 전선에 전기를 공급하고, 전선을 지지하는 목적을 구현하기 위함이다.

지지체(30)는 반드시 금속전극으로 이루어질 필요는 없다. 즉 전선(70)이 지지체(30) 내부에 삽입되는 형식으로 구비될 수 있다. 다만, 이는 경제적이지 못하고 전체적인 제조 공정도 복잡하게 할 수 있다.

(b)단계는 지지체(30) 사이에 희생 층(50)이 설치되는 단계로서, 이 때 희생 층(50)은 전선(70)이 요구되는 부분에 설치된다. 이는 전선(70) 부분이 기판(10)에서 이격되어 구비되게 하기 위함이다.

따라서 희생 층(50)은 지지체(30) 사이 부분에 전선(70)이 요구되는 부분에 설치된다.

(c)단계는 희생 층(50) 상부에 전선(70)이 설치되는 단계이다. 전선(70)의 제조방법과 관련하여 하기에서 상술한다.

(d)단계는 희생 층(50)을 제거하는 단계이다. 희생 층(50)이 제거된 상태에서 전선(70)은 기판(10)에서 이격된 상태가 된다.

만약 전선(70)이 기판(10)에 이격되지 않은 상태로 구비되는 경우에는 기판(10)의 휘어짐에 전선(70)이 손상될 위험이 있다. 즉 전선(70)이 신축성 기판(10)의 휘어짐에 대응하지 못하고 끊어지거나 간섭을 일으켜 저항이 증가될 수 있다.

따라서 본 발명의 전선 구조체는 전선(70)이 기판(10)에 이격되어 구비되며 이로써 기판(10)에 가해지는 변화에 전선(70)이 유연하게 대응할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 전선 구조체의 제조방법은 상기 희생 층(50)이 제거된 기판(10)에 설치 된 지지체(30)를 고분자 층(90)으로 코팅하는 (e)단계가 포함될 수 있다.

이 때 고분자 층(90)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)일 수 있다. 다만 위와 같은 효과를 가질 수 있는 것이라면 재료는 문제되지 않는다.

지지체(30)가 고분자 층(90)으로 코팅 됨으로써, 지지체(30) 자체에 대한 보호가 가능하다. 즉, 기판(10)의 벤딩 또는 스트레칭에 대한 지지체(30)의 기계적 신뢰성이 담보된다.

도 3 및 도 5를 참조하여 (c)단계의 설치 되는 전선(70)의 구성에 대하여 설명한다.

본 발명의 전선(70)은 제1폴리머(220), 전도성 배선(300) 및 제2폴리머(250)를 포함할 수 있다.

제1폴리머(220)는 희생 층(50)에 구비되어 신축성 기판(10)의 변형 시 후술할 전도성 배선(300)을 보호하는 역할을 한다.

제1폴리머(220)의 재료는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)일 수 있다. 다만 본 발명의 기술적 특징이 제1폴리머(220)의 재료에 있는 것이 아니므로 위의 재료는 하나의 예시일 뿐이다.

전도성 배선(300)은 제1폴리머(220)의 상단에 구비된다. 그리고, 전류가 흐르게 하는 역할을 한다.

이 때, 전도성 배선(300)에는 은나노와이어(Ag nano wire, AGNW)가 사용될 수 있다. 은나노와이어를 사용함으로써 매우 작은 배선구조체를 제작할 수 있다. 나노(nano) 크기의 그물형상을 가지는 은나노 와이어는 굽히거나 말아도 투명성과 전도도에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다.

제2폴리머(250)는 전도성 배선(300)을 감싸며 제1폴리머(220)와 연결되도록 구비된다. 그리고, 제2폴리머(250)는 제1폴리머(220)와 동일한 재료일 수 있다.

도 5를 참조하여 전선(70)의 벤딩 시 나타나는 변화에 대하여 설명한다. 도 5에서 알 수 있듯이, 전도성 배선(300)이 폴리머(200)에 의해 둘러싸여 구비된다.

전도성 배선(300)에 사용되는 은나노 와이어가 기판(10)의 변형에 적응하지 못하고 끊어지는 경우 이로 인해 저항이 증가할 수 있고 이는 제품의 사용 불능 상태를 유발한다.

이를 방지하기 위해 본 발명의 전선(70)과 같이 전도성 배선(300)을 폴리머가 둘러싸면서 구비되는 것은 전도성 배선(300)의 보호에 더 효과적이다. 즉, 기판(10)에 작용하는 응력 등에 유연하게 대응 될 수 있다.

상술한 전선(70)의 제조 방법은 제1설치단계, 배선설치단계 및 제2설치단계를 포함한다.

제1설치단계는 희생 층(50)의 일부에 제1폴리머(220)를 설치하는 단계이다.

배선설치단계는 제1폴리머(220)의 상단에 전도성 배선(300)을 설치하는 단계이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 전도성 배선(300)은 은나노와이어로 구성될 수 있다.

제2설치단계는 배선설치단계에서 구비된 배선(300)의 노출된 부분이 생기지 않도록 제2폴리머(250)로 배선(300)을 감싸며 설치 하는 단계이다.

도 6을 참조하여 본 발명의 신축성 배선구조물의 제조방법의 제1실시 예에 대하여 설명한다.

본 실시 예에 따르면 제1설치단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제1폴리머(220)를 설치한다. 그리고 배선설치단계는 제2마스크(440)를 이용하여 전도성 배선(300)을 설치한다.

이 때, 배선(300)의 노출된 부분을 감싸도록 설치 하는 제2설치단계는 제2측면설치 단계 및 제2상부설치 단계로 구비될 수 있다.

제2측면설치 단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 배선(300)의 측면에 설치하는 단계이다.

그리고, 제2상부설치 단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 배선(300)의 상부 및 제2측면설치 단계에서 설치 된 상기 제2폴리머(250)의 상부에 설치하는 단계이다.

제2측면설치단계 및 제2상부설치단계 에서는 제1설치단계 에서 사용되는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 설치 할 수 있음을 알 수 있다.

배선(300)을 설치하는 제2마스크(440)는 제1마스크(420)와 비교하여 폭이 좁도록 형성될 수 있다.

제1마스크(420)와 제2마스크(440)의 폭의 차이 정도는 기판(10)에서 요구되는 배전상황이나 작업환경 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 그 폭의 차이가 제1마스크(420)의 높이와 동일하게 형성되는 것이 이상적이다.

이는 전도성 배선(300)을 감싸는 폴리머(200)의 크기가 동일하게 구비될 때, 폴리머(200)에 전달되는 기판(10)에 작용하는 힘이 모든 부분에 동등하게 분산될 수 있기 때문이다.

이와 같은 이유로 제2마스크(440)의 높이는 제1마스크(420)의 높이와 동일하게 형성되는 것이 이상적이다.

다만, 제2마스크(440)의 높이와 제1마스크(420)의 높이가 달라 제1폴리머(220)와 전도성 배선(300)의 높이가 다른 경우에도 신축성 배선구조물의 제조는 가능하다.

즉 제2마스크(440)의 높이가 제1마스크(420)의 높이보다 낮게 형성되는 경우에는 전도성 배선(300)의 상면에 제2폴리머를 설치 하여 배선구조물의 제조가 가능하다.

제2마스크(440)의 높이가 제1마스크(420)의 높이보다 높게 형성되는 경우에는 전도성 배선(300)의 측면의 일부에 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 설치 한다.

그리고, 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 배선(300)이 노출되는 부분에 설치 하여 배선구조물을 제조할 수 있다.

도 7을 참조하여 본 발명의 신축성 배선구조물의 제조방법의 제2실시 예에 대하여 설명한다.

본 실시 예에 따르면 제1설치단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제1폴리머(220)를 설치한다.

그리고 배선설치단계 에서도 제1마스크(420)를 이용하여 전도성 배선(300)를 제1폴리머(220)의 상면에 설치된다.

또한, 배선(300)의 노출된 부분을 감싸도록 설치 하는 제2설치단계는 제3마스크(460)를 이용하여 구비될 수 있다.

제3마스크(460)의 폭은 제1마스크(420)의 폭 보다 넓고, 제3마스크(460)의 높이는 제1마스크(420)의 높이의 두 배 보다 크게 형성되어야 한다.

본 실시 예의 경우 본 발명의 제1실시 예와 달리, 제2설치 단계에서 설치 되는 제2폴리머(250)가 희생 층(50)의 상면의 일부에 설치 되도록 구비될 수 있다.

따라서, 제1폴리머(220)의 측면과 전도성 배선(300)의 측면 및 상면을 제3마스크(460)를 이용하여 설치 하기 위해서는 제3마스크(460)의 높이가 제1마스크(420)의 높이의 두 배 보다 커야 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 신축성 기판 30: 지지체
50: 희생 층 70: 전선
90: 고분자 층 200: 폴리머
220: 제1폴리머 250: 제2폴리머
300: 전도성 배선 420: 제1마스크
440: 제2마스크 460: 제3마스크

Claims (7)

1. 신축성 기판에 금속전극으로 이루어질 수 있는 지지체가 설치되는 (a)단계;
   상기 지지체 사이에 희생 층이 설치되는 (b)단계;
   상기 희생 층의 상부에 전선이 설치되는 (c)단계;
   상기 전선이 상기 기판에 이격된 상태로 구비되도록 상기 희생 층을 제거하는 (d)단계; 및
   상기 희생 층이 제거된 기판에 설치된 지지체의 적어도 일부를 고분자 층으로 코팅하는 (e)단계;
   를 포함하고,
   상기 (c)단계는
   상기 희생 층의 상단에 제1폴리머를 설치하는 제1설치단계;
   상기 제1폴리머의 상단에 전도성 배선을 설치하는 배선설치단계; 및
   제2폴리머가 상기 배선 중 노출된 부분을 감싸며 상기 제1폴리머와 연결되도록 상기 제2폴리머를 설치하는 제2설치단계;
   를 포함하고,
   상기 제1설치단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머가 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭에 대응되도록 상기 제1폴리머를 설치하고, 상기 배선설치단계는 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭 보다 좁게 구비되는 제2마스크를 이용하여 상기 전도성 배선을 설치하고,
   상기 제2설치단계는
   상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머가 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭에 대응되도록 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 측면에 설치하는 제2측면설치단계; 및
   상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머가 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭에 대응되도록 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 상부 및 상기 제2측면설치단계에서 설치 된 상기 제2폴리머의 상부에 설치하는 제2상부설치단계;
   를 포함하는 전선구조체 제조방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 신축성 기판에 금속전극으로 이루어질 수 있는 지지체가 설치되는 (a)단계;
   상기 지지체 사이에 희생 층이 설치되는 (b)단계;
   상기 희생 층의 상부에 전선이 설치되는 (c)단계;
   상기 전선이 상기 기판에 이격된 상태로 구비되도록 상기 희생 층을 제거하는 (d)단계; 및
   상기 희생 층이 제거된 기판에 설치된 지지체의 적어도 일부를 고분자 층으로 코팅하는 (e)단계;
   를 포함하고,
   상기 (c)단계는
   상기 희생 층의 상단에 제1폴리머를 설치하는 제1설치단계;
   상기 제1폴리머의 상단에 전도성 배선을 설치하는 배선설치단계; 및
   제2폴리머가 상기 배선 중 노출된 부분을 감싸며 상기 제1폴리머와 연결되도록 상기 제2폴리머를 설치하는 제2설치단계;
   를 포함하고,
   상기 제1설치단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머가 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭에 대응되도록 상기 제1폴리머를 설치하고, 상기 배선설치단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 전도성 배선이 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭에 대응되도록 상기 전도성 배선을 설치하고,
   상기 제2설치단계는 상기 제1마스크에 의해 형성되는 폭 보다 넓고 높게 구비되는 제3마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 배선의 상부 및 측면과 상기 제1폴리머의 측면에 설치하는 것을 특징으로 하는 전선구조체 제조방법.
   
7. 삭제

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