KR102015383B1 - 고 신축성 배선구조 및 이의 제조방법 - Google Patents

고 신축성 배선구조 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 신축성 배선구조를 제조하는방법은는 신축성기판의 일부에 제1폴리머를 프린팅하는 제1프린팅단계; 상기 폴리머의 상단에 전도성 패드를 실치하는 패드설치단계; 및 상기 패드를 감싸도록 상기 패드의 노출된 부분에 제2폴리머를 프린팅하는 제2프린팅단계; 를 포함한다. 그리고, 본 발명의 신축성 배선구조는 제1폴리머; 상기 제1폴리머의 일면에 구비되는 전도성 패드; 및 상기 전도성 패드를 감싸고, 상기 제1폴리머와 연결되도록 구비되는 제2폴리머; 를 포함한다.

Description

고 신축성 배선구조 및 이의 제조방법{A stretchable electric wiring structure and the method of manufacturing of thereof}
본 발명은 배선구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성, 유연성 등을 가지는 기판에 사용되는 신축성 배선구조에 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 유연한 기판을 활용하기 위해서는 기판을 구성하는 전선도 유연성을 가지도록 구성되어야 한다. 한편, 상술한 스마트 의복 등에 사용되는 전선의 구조체는 은나노와이어(AgNW)가 사용되는데 민감한 전도도를 가지는 은나노와이어는 농도가 높아야 한다.
그러나, 배선구조체가 유연한 기판에 가해지는 변화를 만족시키지 못하는 경우에는 내부의 은나노와이어가 끊어지거나 하는 등의 이유로 저항이 증가하게 되고 이는 내부의 열 발생 등의 단점으로 이어진다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 신축성을 가지는 배선구조체의 발명이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1660908 호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 유연성을 가지는 기판에 사용되는 고 신축성 배선구조를 제공하기 위함이다.
또한 고 신축성 배선구조의 다양한 제조방법을 제공함에 있다.
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 신축성 배선구조를 제조하는방법은 신축성 기판의 일부에 제1폴리머를 프린팅하는 제1프린팅단계; 상기 제1폴리머의 상단에 전도성 패드를 실치하는 패드설치단계; 및 상기 패드를 감싸도록 상기 패드의 노출된 부분에 제2폴리머를 프린팅하는 제2프린팅단계; 를 포함한다.
그리고, 상기 제1프린팅단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 프린팅하고, 상기 패드설치단계는 상기 제2마스크를 이용하여 상기 전도성 패드를 설치할 수 있다.
또한, 상기 제2프린팅단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 측면에 프린팅하는 제2측면프린팅단계; 및 상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 상부 및 상기 제2측면프린팅단계에서 프린팅 된 상기 제2폴리머의 상부에 프린팅하는 제2상부프린팅단계; 를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1프린팅단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 프린팅하고, 상기 패드설치단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 전도성 패드를 설치할 수 있다.
또한, 상기 제2프린팅단계는 제3마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 상부 및 측면과 상기 제1폴리머의 측면에 프린팅 할 수 있다.
본 발명의 신축성 배선구조는 제1폴리머; 상기 제1폴리머의 일면에 구비되는 전도성 패드; 및 상기 전도성 패드를 감싸고, 상기 제1폴리머와 연결되도록 구비되는 제2폴리머; 를 포함한다.
이 때 상기 전도성 패드는 나노와이어 페이스트로 구성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신축성 배선구조는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유연한 기판이 가해지는 다양한 변형에도 내부의 배선구조가 기존의 상태를 유지할 수 있어 끊어지거나 이로 인한 저항 증가 등의 위험을 방지할 수 있다.
둘째, 다양한 신축성 배선구조의 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 1 및 도 2는 본 발명의 신축성 배선구조에 관한 도면이다.
도 3 내지 도 6는 종래의 신축성 배선구조와 본 발명의 신축성 배선구조의 구조의 차이를 나타낸 도면이다. 그리고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 신축성 배선구조의 제조방법에 관한 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.
신축성 배선구조체의 구조
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 신축성 배선구조물의 구성에 대하여 설명한다.
본 발명의 신축성 배선구조물은 제1폴리머(220), 전도성 패드(300) 및 제2폴리머(250)를 포함한다.
제1폴리머(220)는 유연한 기판(100)위에 부착되어 유연한 기판(100)의 변형 시 후술할 전도성 패드(300)를 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 패드(300)는 제1폴리머(220)의 상단에 구비된다. 그리고, 전류가 흐르게 하는 역할을 한다.
전도성 패드(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 패드(300)를 감싸며 제1폴리머(220)와 연결되도록 구비된다. 그리고, 제2폴리머(250)는 제1폴리머(220)와 동일한 재료일 수 있다.
도 3은 종래의 배선 구조(a)와 본 발명의 배선 구조(b)의 차이를 나타낸 도면이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 도 3(b)는 도 3(a)와 달리 기판(100)에 바로 전도성 패드(300)가 구비되는 것이 아니라 제1폴리머(220)가 구비된다. 즉 본 발명의 배선구조체는 전도성 패드(300)가 폴리머(200)에 의해 둘러싸여 구비된다.
전도성 패드(300)에 사용되는 은나노 와이어가 기판(100)의 변형에 적응하지 못하고 끊어지는 경우 이로인해 저항이 증가할 수 있고 이는 제품에의 열 발생 및 사용 불능 상태를 유발한다.
이를 방지하기 위해 전도성 패드(300)가 기판(100) 위에 바로 구비되는 것보다 제1폴리머(220)가 구비되는 것이 전도성 패드(300)의 보호에 더 효과적이다.
이는 도 4 내지 도 6을 참조하여 확인할 수 있다. 도 4 내지 도 6에서의 (a) 기판(100)은 기판(100) 상에 전도성 패드(300)가 구비된다. 그리고 (b) 기판(100)은 기판(100) 상에 폴리머(200)가 구비되고 폴리머(200) 상에 전도성 패드(300)가 구비된다.
도 4에서와 같이 유영한 기판(100)의 양 끝 단에 힘을 가하여 휘었을 경우에 전도성 패드(300)에 전달되는 힘의 크기를 도 5와 도 6을 통해 유추할 수 있다.
도 5에서와 같이 기판(100)에 가해지는 힘의 크기를 F라고 할 때 (a) 기판(100)의 경우 폴리머(200)와 전도성 패드(300)가 받는 힘은 각각 F1a, F2a 이다. 그리고, (b) 기판(100)의 경우 제2폴리머(250), 전도성 패드(300) 및 제1폴리머(220)에 분산되는 힘은 각각 F1b, F2b 및 F3b 이다.
F는 같으므로 F2b 는 F2a 보다 작을 수 밖에 없다. 즉, (b) 기판(100)의 전도성 패드(300)는 (a) 기판(100)의 전도성 패드(300) 보다 전달 받는 힘의 크기가 작다.
이는 도 6에서도 확인할 수 있다. 도 6에서와 같이 전도성 패드(300)가 기판(100)으로부터 상단에 위치할수록 변화하는 변형률이 작다. 즉, 상단에 위치하는 전도성 패드(300)는 하단에 위치하는 경우와 비교하여 지름이 큰 원을 그리며 휘게 되므로 θ 만큼의 차이가 생긴다.
도 6에서의 θ 의 차이는 작아 보이나, 이는 신축성 기판(100)과 전도성 패드(300)를 설명하기 위해 그려진 도면이기 때문일 뿐이다. 실제 신축성 기판(100)과 신축성 배선구조물이 사용되는 장치는 매우 작은 단위를 가지므로 이 차이는 매우 크다.
상술한 바와 같이 전도성 패드(300)와 신축성 기판(100) 사이에 제1폴리머(220)가 구비됨으로써 제1폴리머(220) 및 제2폴리머(250)는 전도성 패드(300)를 감싸며 신축성 기판(100)의 변형으로부터 전도성 패드(300)를 보호한다. 따라서 기판(100)에 작용하는 응력 등에 유연하게 대응 될 수 있다.
신축성 배선구조물의 제조방법
이하 본 발명의 신축성 배선구조물의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 제조방법에서 사용된 용어는 본 발명의 신축성 배선구조물과 통일된 것이며 따라서 자세한 내용이나 생략된 내용과 동일하거나 유사한 것으로 이해할 수 있다.
즉 하술할 배선구조물의 제조방법에서의 폴리머(200)의 재료는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)이고, 전도성 패드(300)에는 은나노와이어(Ag nano wire, AGNW)가 사용될 수 있다.
본 발명의 신축성 배선구조물은 제1프린팅단계, 패드설치단계 및 제2프린팅단계를 포함한다.
제1프린팅단계는 신축성 기판(100)의 일부에 제1폴리머(220)를 프린팅하는 단계이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 제1폴리머(220)는 전도성 패드(300)를 보호하기 위한 것이므로 제1폴리머(220)는 배전이 요구되는 기판(100) 상에 프린팅 될 수 있다.
패드설치단계는 제1폴리머(220)의 상단에 전도성 패드(300)를 설치하는 단계이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 전도성 패드(300)는 은나노와이어로 구성될 수 있다.
제2프린팅단계는 패드설치단계에서 구비된 패드(300)의 노출된 부분이 생기지 않도록 제2폴리머(250)로 패드(300)를 감싸며 프린팅 하는 단계이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 신축성 배선구조물의 제조방법의 제1실시 예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1실시 예에 따르면 제1프린팅단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제1폴리머(220)를 프린팅한다. 그리고 패드설치단계는 제2마스크(440)를 이용하여 전도성 패드(300)를 설치한다.
그리고, 패드(300)의 노출된 부분을 감싸도록 프린팅 하는 제2프린팅단계는 제2측면프린팅단계 및 제2상부프린팅단계로 구비될 수 있다.
제2측면프린팅 단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 패드(300)의 측면에 프린팅하는 단계이다.
그리고, 제2상부프린팅 단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 패드(300)의 상부 및 제2측면프린팅 단계에서 프린팅 된 상기 제2폴리머(250)의 상부에 프린팅하는 단계이다.
제2측면프린팅단계 및 제2상부프린팅단계 에서는 제1프린팅단계 에서 사용되는 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 프린팅 할 수 있음을 알 수 있다.
이 때 제2마스크(440)는 제1마스크(420)와 비교하여 폭이 좁도록 형성될 수 있다. 제1마스크(420)와 제2마스크(440)의 폭의 차이 정도는 기판(100)에서 요구되는 배전상황이나 작업환경 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 그 폭의 차이가 제1마스크(420)의 높이와 동일하게 형성되는 것이 이상적이다.
이는 전도성 패드(300)를 감싸는 폴리머(200)의 크기가 동일하게 구비될 때, 폴리머(200)에 전달되는 기판(100)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 패드(300)의 높이가 다른 경우에도 신축성 배선구조물의 제조는 가능하다.
즉 제2마스크(440)의 높이가 제1마스크(420)의 높이보다 낮게 형성되는 경우에는 전도성 패드(300) 상면에 제2폴리머를 프린팅 하여 배선구조물의 제조가 가능하다.
제2마스크(440)의 높이가 제1마스크(420)의 높이보다 높게 형성되는 경우에는 전도성 패드(300)의 측면의 일부에 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 프린팅 한다. 그리고, 제1마스크(420)를 이용하여 제2폴리머(250)를 전도성 패드(300)가 노출되는 부분에 프린팅 하여 배선구조물을 제조할 수 있다.
도 8을 참조하여 본 발명의 신축성 배선구조물의 제조방법의 제2실시 예에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2실시 예에 따르면 제1프린팅단계는 제1마스크(420)를 이용하여 제1폴리머(220)를 프린팅한다. 그리고 패드설치단계 에서도 제1마스크(420)를 이용하여 전도성 패드(300)를 제1폴리머(220)의 상면에 설치된다.
그리고, 패드(300)의 노출된 부분을 감싸도록 프린팅 하는 제2프린팅단계는 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, 제2프린팅 단계에서 프린팅 되는 제2폴리머(250)가 신축성 기판(100)에 프린팅 되도록 구비될 수 있다.
따라서, 제1폴리머(220)의 측면과 전도성 패드(300)의 측면 및 상면을 제3마스크(460)를 이용하여 프린팅 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.
100: 신축성 기판 200: 폴리머
220: 제1폴리머 250: 제2폴리머
300: 전도성 패드 420: 제1마스크
440: 제2마스크 460: 제3마스크

Claims (7)

  1. 신축성 기판의 일부에 제1폴리머를 프린팅하는 제1프린팅단계;
    상기 제1폴리머의 상단에 전도성 패드를 설치하는 패드설치단계; 및
    상기 패드를 감싸도록 상기 패드의 노출된 부분에 제2폴리머를 프린팅하는 제2프린팅단계;
    를 포함하고,
    상기 제1프린팅단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 프린팅하고, 상기 패드설치단계는 제2마스크를 이용하여 상기 전도성 패드를 설치하고,
    상기 제2프린팅단계는
    상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 측면에 프린팅하는 제2측면프린팅단계; 및
    상기 제1마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 상부 및 상기 제2측면프린팅단계에서 프린팅 된 상기 제2폴리머의 상부에 프린팅하는 제2상부프린팅단계;
    를 포함하는 신축성 배선구조물의 제조방법.
  2. 신축성 기판의 일부에 제1폴리머를 프린팅하는 제1프린팅단계;
    상기 제1폴리머의 상단에 전도성 패드를 설치하는 패드설치단계; 및
    상기 패드를 감싸도록 상기 패드의 노출된 부분에 제2폴리머를 프린팅하는 제2프린팅단계;
    를 포함하고,
    상기 제1프린팅단계는 제1마스크를 이용하여 상기 제1폴리머를 프린팅하고, 상기 패드설치단계는 상기 제1마스크를 이용하여 상기 전도성 패드를 설치하고,
    상기 제2프린팅단계는 제3마스크를 이용하여 상기 제2폴리머를 상기 전도성 패드의 상부 및 측면과 상기 제1폴리머의 측면에 프린팅하는 신축성 배선구조물의 제조방법.
  3. 제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 패드는 은나노 와이어 페이스트로 구성되는 신축성 배선구조물의 제조방법.
  4. 제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항의 신축성 배선구조물의 제조방법에 의해 제조되는 신축성 배선구조물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020170099526A 2017-08-07 2017-08-07 고 신축성 배선구조 및 이의 제조방법 KR102015383B1 (ko)

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