KR102030224B1 - 가요성 회로의 제조방법 - Google Patents

Abstract

상기 싱글-쓰레드 직물이 정방-메시 금속화되고 그리고 레이저 에칭으로 만들어진 직물임을 특징으로 하는 패턴을 제조하기 위한, 싱글-쓰레드 직물로부터 금속을 제거하기 위한 방법이 개시된다.

Description

가요성 회로의 제조방법{METHOD FOR MAKING FLEXIBLE CIRCUITS}

본 발명은 가요성 회로의 제조방법에 관한 것이다.

현재, 가요성 회로는 주로 전도성 패턴을 폴리에스터 및 폴리아미드 등과 같은 고분자 재료를 막 상에 증착시키고 후속하여 만들어지는 회로에 존재하지 않는 부분들을 제거하기 위한 화학적 제거 공정에 의해 만들어진다.

가요성 회로는 또한 적절하게 금속화된 직물 기재로 만들어질 수 있다.

재료가 주로 기재에 대한 화학적 라디칼 반응에 의해 제거되는 공지의 에칭 공정이 또한 여기에 언급된다.

에칭화학공정은 사전설정 패턴을 금속화된 직물 재료 상에 생성시키도록 수행된다.

화학적에칭공정의 제1 단계는 금속화된 직물 상에 소정의 패턴을 형성하기 위한 기능성 마스크를 제조하는 것이다.

포토리소그래피 또는 포토에칭 공정에 대하여는, 그에 따라 만들어진 패턴이 그의 마스크로부터 직물 기재의 표면을 피복하는 자외선 방사 민감성 재료의 박막상으로 옮겨진다.

목표하는 가요성 전자소자를 생성하기 위하여는, 금속층을 피복하는 직물 재료의 마스킹되지 않은 부분들을 선택적으로 제거하기 위한 에칭 또는 화학적 공정이 수행된다.

포토리소그래피 단계들은 다음과 같다:

- 기재 상에 광민감성 막(레지스트)을 도포하 단계;

- 기재에 접촉하는 포토리소그래피 마스크 상에 그의 한정된 패턴으로 피복되지 않은 영역 상에서 레지스트막을 자외선 방사에 노출시키는 단계;

- 그의 노출된 영역에서 레지스트막을 현상하는 단계(소위 양성 공정);

- 그에 의하여 피복되지 않은 영역에서 광민감성 막 밑에 존재하는 금속막을 에칭하는 단계;

- 박리하는 단계.

현상은 주로 패턴 품질에 영향을 주는 작업단계이다.

에칭은 과량의 금속을 제거하는 한편으로 단지 디자인된 회로 연결 만을 남기는 것으로 이루어지는 소자들을 모사하는 데 사용되는 공정이다.

제거는 산욕(acid bath)에 의해 수행된다.

에칭제, 에칭 시간 및 연관된 온도 및 교반은 이 공정을 제어하는 주요 인자들이다.

박리는 여전히 존재하는 광민감성 막을 제거하기 위해 수행되는 공정이다.

박리 절차가 밑에 존재하는 금속층에 부정적으로 영향을 끼치지 않고 그리고 그의 오염을 야기하지 않는 것이 중요하다.
문서 US 2011/217892 A1은 실질적으로 청구항 1의 전제부를 개시하고 있다.

본 발명의 목적은 신규한 가요성 회로 및 이를 제조하기 위한 신규한 공정을 제공하는 것이다.

상기 언급된 목표의 관점 내에서, 본 발명의 주요 목적은 전자장치가 이전에 사용되지 않았던 응용 및 위치에서 사용되는 것을 허용하는 가요성 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 신규하고 그리고 흥미로운 종횡비를 갖는 가요성 회로를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 추가로 소형화하고 그리고 전자장치를 개선하는 것을 허용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 양태에 따르면, 이하에서 보다 명백하게 될 상기 언급된 목표 및 목적들은 다른 목적들과 마찬가지로 가요성 회로에 의해 달성되며, 상기 가요성 회로는 그 안에 집적된 전도성 패턴을 갖는 합성의 싱글-쓰레드 정방 메시(single-thread square mesh)의 정밀 직물을 포함하는 가요성 회로 베이스(flexible circuit base)를 포함함을 특징으로 한다.

상기 가요성 회로를 제조하는 방법은 금속 재료를 합성의 싱글-쓰레드 직물의 전체 표면을 통하여 도포하 적용단계 및 과량의 금속을 제거하여 사전설정된 패턴(preset pattern)을 달성하도록 하는 제거단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 특징들 및 이점들은 이하의 상세한 설명에서 제한적이지 않은 설명적인 실시예의 방법으로 묘사된 본 발명의 바람직하나 배타적이 아닌 구체예의 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.

언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 가요성 회로는 합성의 싱글-쓰레드의 균일한 메시의 정밀 직물 재료에 기초하고 있다.

직물 전체를 통하여 코히어런트 메시 개구, 높은 기계적 강도 및 가공 특성을 갖는 매우 균일한 직물은 대상 정밀 싱글-쓰레드 직물 재료를 매우 양호한 탄성, 경량, 통기성(perspiring), 정밀성 그리고 성능 균일성을 요구하는 모든 응용예들에 대한 바탕재료(basic material)로서 이상적인 해결책이 되도록 한다.

상기 매우 균일한 직물 재료는 중량, 두께, 표면 특성, 온도 성능의 항목들에서 중합체 막, 청바지 기지(TNTs ; tight blue jeans), 멀티-쓰레드 직물, 종이 등 다른 가요성 기재에 비해 훨씬 더 일정한 특성들을 나타낸다.

특징적인 균일성은 전체 직물 두루마리를 따라 그리고 배치 마다 일정하게 유지된다.

상기 직물은 매우 엄격한 공차로 만들어지고 그에 의하여 사전설정된 높은 흐름 투과성(flow permeability) 및 조정가능하고 그리고 재현성 있는 전기적 특성들을 갖는 직물 기재를 제공한다.

특징적인 균일성은 대응하는 균일한 기공 크기 및 싱글-쓰레드 특성들 그리고 직조에서 사용된 싱글-쓰레드의 결과이다.

게다가, 대상 정밀 직물은 대기 인자, 물 및 수분에 대하여 매우 양호한 내성을 갖고 그리고 안정하고 그리고 재현가능한 품질로 공업적 규모로 생산될 수 있다.

게다가, 본 발명의 가요성 회로에 사용되는 대상 직물은 2,500 내지 0미크론(microns)을 갖는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에테르-설폰, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르케톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 싱글-쓰레드로 만들어진다. 달리, 아라미드 섬유 재료로 만들어진 멀티-쓰레드(multi-thread) 직물을 사용하는 것 또한 가능하다.

싱글-쓰레드 직물 재료의 직조 구조(textile construction)은 하기의 특성들을 가질 수 있다: 4 내지 600개의 쓰레드/㎝; 10 내지 500미크론(microns)의 쓰레드 직경, 짜임 구조(weaved structure), 15 내지 300g/㎡의 중량; 15 내지 1,000미크론의 두께.

대상 직물의 여러 변형들이 본 발명의 가요성 회로를 제조하기 위한 기재로서 사용될 수 있고 그리고 여기에서 기술된 방법으로 만들어진 직물은 통기성, 모듈식(modular) 및 고도로 가요성인 특성들을 가지며, 게다가, 이는 또한 개선된 내구성 및 피로 저항성(fatigue resistance)을 제공하는 기계적 특성을 갖는다. 출발 직물 재료로서, 세척 및 열경화(washed and thermoset) "백색(white)" 직물, 착색 직물, 플라즈마 가공 직물 또는 소수성, 친수성, 항균 가공 직물 등을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 직물 베이스 상에 집적된 가요성 회로를 제조하는 방법이 또한 여기에서 제공된다.

단어 "가요성 전자장치"에 대하여는, 여기에서는 가요성 전자장치 및 전자 회로들이 의도된다.

대상의 정밀 합성 싱글-쓰레드 직물에 집적된 가요성 전도성 소자를 제조하는 데 사용되는 시스템은 여러 기술들의 조합에 기초하는 신규한 공정이다.

그 결과는 목표 응용예들을 위해 디자인된 기능상 성능 및 개선된 가요성, 경량, 집적화, 형상 및 크기 특성들을 갖는 복수의 전자장치 및 전자 소자로 이루어진다.

공정은 바람직하게는 본 발명에 따라 스퍼터링 또는 갈바니 증착(galvanic depositing)에 의하거나 또는 달리 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD) 공정, 화학적 증착(chemical depositing) 또는 달리 합성의 싱글-쓰레드 직물 상에 서로 다른 금속시트 소자를 적층시키는 것에 의해 수행되는 합성 싱글-쓰레드 직물의 하나 또는 두 표면 상에 금속 재료를 도포하 단계를 포함한다.

직물에 적용된 금속 코팅은 10 내지 5,000㎚에서 변하는 두께를 가질 수 있고 그리고 코팅는 단층 또는 다층 코팅 배열일 수 있다.

상기 언급된 금속 코팅은 바람직하게는 니켈, 금, 강철, 구리, 은, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 주석, 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide), 아연-알루미늄 산화물(zinc-aluminum oxide), 주석-불소 산화물(tin-fluorine oxide), 주석-안티몬 산화물(tin-antimonium oxide)로부터 선택되는 서로 다른 금속들, 이들의 합금들 및 반도체들로 이루어질 수 있다.

금속 제거 단계는 상기 기술된 방법에 의한 금속 코팅 직물에 적용될 수 있는 소위 "레이저 에칭(laser etching)" 공정에 의한 상기 금속의 신속하고 그리고 국소화된 증발에 의해 수행된다.

본 발명에 따른 신규한 합성의 싱글-쓰레드 정방 메시 직물의 제조방법은 출발 쓰레드 표면(그의 직조 이전)이 금속화되지 않는다는 것, 직물의 두 표면들 중의 적어도 하나가 적어도 부분적으로 금속화된다는 것 그리고 위에 중첩하는 쓰레드(overlying threads)의 접촉 표면의 일부가 상기 표면의 말단부에 금속 콜릿(metal collets)을 형성하기 위하여 금속화되지 않는다는 것을 특징으로 한다.

대상 방법에 의해 제조된 합성의 싱글-쓰레드 직물은 중첩되는 쓰레드 접촉 표면의 단부에 형성되는 금속 콜릿과 함께 두 표면들 중의 적어도 하나의 위의 임의의 배열 또는 패턴의 부분적인 금속화가 동일한 쓰레드 상의 2개의 지점들 사이, 동일한 방향의 서로 다른 쓰레드들 상의 동일한 방향의 2개의 지점들 사이, 임의의 직물 지점들 사이의 서로 다른 쓰레드 상의 서로 다른 방향의 2개의 지점들 사이에 소정의 연속성/전기적 진도성을 제공하도록 한다.

따라서, 대상 방법에 의하여, 중첩되는 쓰레드들 사이의 미금속화 접촉 표면 부분들 및 상기 표면의 말단부들 사이의 금속 콜릿들이 소정의 전기 전도성 특성 및 동일한 금속 합금으로 만들어지고 그리고 중첩되는 쓰레드 접촉 표면들 상에 또한 금속화를 갖도록 하는 것에 의하여 제조된 동일한 형태의 금속화된 직물에 비해 개선된 크기 안정성 및 감소된 중량을 제공하는 직물이 제공된다.

이와 관련하여 대상 방법이 에칭 레이저 방법에 의하여 수행되는 금속화된 정방-메시 싱글-쓰레드 직물로부터 금속 재료를 제거하는 것에 의하여, 즉 신속하고 그리고 국소화된 증발에 의하여 직물로부터 금속을 제거하는 것에 의하여 가요성 회로인 패턴을 제조하는 것을 제공한다는 것이 언급되어야만 한다.

이러한 결과는 특별히 디자인되어 직물 연소, 용융 또는 분해 현상이 발생되는 것을 방지하도록 선택된 레이저원에 의해 달성된다.

상기 기술된 공정은, 마감 및 표면 처리 작업(세척 및 열경화 "백색" 직물, 착색 직물, 플라즈마 처리 직물, 금속화된 직물 등)을 위해, PET, PA, PES, PI, PAI, PPS, PEEK, PTFE 등과 같이 직조에 사용된 싱글-쓰레드의 화학적 속성에 의해, 그리고 직물 직조 구조(쓰레드/㎝, 쓰레드 직경, 직조, 중량, 두께)에 의해, 서로 분류되는 비교적 넓은 범위의 합성 싱글-쓰레드 직물에 적용될 수 있다.

상기 기술된 두 공정 단계들 및 연관된 방법은 시행되어야 하는 응용예에 기초하는 가요성 회로를 달성하기위 가장 적절한 조합으로 적용될 수 있다.

스퍼터링 코팅(sputtering coating)은 직물 표면 상에 금속 또는 비-금속 코팅을 물리적으로 증착시키기 위한 가장 가요성인 방법들 중의 하나이다.

코팅 재료가 금속판의 형태로 음극(cathode)으로서 진공실 내로 도입된다.

진공실을 진공화시킨 후, 공정 가스(여기에서는 아르곤이 그의 높은 원자량으로 인하여 통상적으로 사용됨)가 그에 공급된다. 계속해서, 고압이 적용되고 그리고 가스가 도입된다.

아르곤 양이온이 음성의 음극(negative cathode)에서 가속 공정에 적용되고 그리고 계속해서 원자들이 금속판으로부터 방출되어 진공실 내에 균질하게 그리고 균일하게 배열된 싱글-쓰레드 직물 상에 증착되게 된다.

다수의 다른 진공증착법들과는 달리, 재료 용융이 일어나지 않고 따라서 재료들(주로 금속 및 합금 그러나 또한 유기 재료)이 높은 효율 및 제어로 증착될 수 있다.

바람직하게 사용되는 금속 및 합금은 강철, 티타늄, 구리, 알루미늄, 크롬, 귀금속들이다.

특히, 스퍼터링에 의하여 반자성 합금 및 금속들을 증착하는 것이 가능하다.

동일한 상기 기술 및 설비로, 공정 가스에 더해, 공정실(process chamber)에 질소 또는 산소 등과 같은 반응성 가스가 공급되어 기재 상에 Ti0₂ 또는 TiN 등과 같은 금속 질화물 또는 산화물이 증착되어 형성되도록 하는 반응성 스퍼터링을 수행하는 것이 가능하다.

이와 관련하여 스퍼터링이 절연 또는 전도성 속성 둘 다를 갖는 싱글-쓰레드 직물에 대하여 수행될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.

다른 재료로 이루어지는 다른 음극이 스퍼터링 시스템에 적용될 수 있고 그에 의하여 다층 시스템들을 제조하는 것이 또한 가능하다.

게다가 반응성 가스 조합을 변화시키는 것에 의하여 단층들의 조합을 변경시키는 것이 가능하다.

이 방법에 의해 만들어지는 피복(covering)의 두께는 수십 나노미터에서 수 미크론까지 변화할 수 있다.

공정 속도는 만들고자 하는 금속화된 패턴의 두께에 따라 0 내지 20m/분의 범위 이내에서 변할 수 있다.

소위 "마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)" 방법에 있어서, 증착 시스템은 정자기장(magneto-static field)를 생성하도록 디자인된 피동장치(passive device)를 사용한다.

전기적으로 하전된 입자 및 이온(로렌츠 힘의 적용을 받는)는 특정의 자속선(field flux lines)에 의해 상쇄(offset)되고 그에 의하여 층이 증착되어야 하는 표적(target)에 대하여 수회 충돌하는 한편으로 대량의 재료가 플라즈마 내로 도입되기 때문에 공정 수율을 크게 향상시킨다.

마그네트론 스퍼터링 장치는 4개 이하의 마그네트론으로 이루어질 수 있다.

공정 매개변수가 변화되어 서로 다른 특성의 금속층들(제조된 패턴의 서로 다른 전도도 값 및 증착된 층두께 및 중량(g/㎡))을 수득할 수 있다.

금속층 특성은 공정 매개변수들을 적절하게 디자인하는 것에 의하여 조정될 수 있다.

스퍼터링 공정은 공정실 내에 배열된 표적에 대한 그의 매개변수들(가공되는 기재의 속도, 발진기(generator) 출력 등), 환경 조건들(압력, 진공도, 공정가스)에 의하여 제어될 수 있다.

스퍼터링 증착은 매우 양호한 품질의 전도성 막을 달성하는 것을 가능하게 하고, 그리고 특별히 디자인된 접근법에 의해, 또한 대량 생산 상태(on-mass phase)의 출발 재료와는 다른 표면 및 심미적 특성들을 달성하는 것을 가능하게 한다.

스퍼터링은 비할 데 없는 이점의 조합을 제공하며: 이는 다른 코팅 기술들 중에서 가장 청정한 방법이고, 경제적으로 효율적이고 그리고 가능한 한 얇은 코팅 두께를 제공하고; 이는 건식 저온 공정이고 그리고 그에 따라 직물 기재에 화학적으로 또는 열적으로 영향을 주지 않는 한편으로 그의 기본 특성들을 보존한다.

게다가, 이 방법은 막과 기재를 분자 수준에서 반데르발스력에 의해 함께 접합시키기 때문에 막과 기재 사이에 파괴되지 않는 결합(indestructible binding)을 제공하고, 냉전달(cold transfer type)의 공정이기 때문에, 각 소정의 형태들의 싱글-쓰레드 직물 상에 전도성 또는 절연 재료를 넓은 범위로 증착시키는 한편으로 보정되고 그리고 심지어 전체 기재를 통하여 전도성을 제공하는 데 사용될 수 있다.

갈바니 전기 도금 금속화(galvanic electrodeposition metallization)는, 차례로, 전류를 활용하는 것에 의해 주어진 표면 상에 금속 코팅을 제조하는 방법을 제시한다.

금속 및 금속 합금 전기 도금은 그 주성분이 피복을 형성하는 데 사용되는 금속의 염인 수용액을 전기분해하는 것으로 이루어진다.

소위 갈바니 조(galvanic bath)으로 이루어지고 그리고 증착되어야 할 금속염의 수용액을 포함하는 통 또는 대야(basin) 내에, 2개의 전극들이 배치된다.

상기 2개의 전극들에 전류원(current generator)에 의해 전위차가 적용된다.

이러한 조건 하에서, 증착되는 금속의 양이온(cations)이 음극(음으로 하전됨) 쪽으로 옮겨질 수 있는 반면에 음이온(anions)은 양극(양으로 하전됨) 쪽으로 옮겨질 수 있다.

2개의 전류원 전극들 사이에 적용된 전위차에 의해 생성된 전기장의 영향 하에, 양이온이 음의 극(음극) 쪽으로 그리고 음이온이 양의 극(양극) 쪽으로 이동하고 그에 의하여 전류가 용액을 통과하게 된다.

전극의 접촉 하에, 전자들의 전달을 수반하여 용액 이온에 대한 2개의 산화-환원 반응들 각각 즉 음극 환원 및 양극 산화가 일어난다.

이 공정이 소위 "전기분해(electrolysis)"이다.

전해셀(electrolytic cell) 내에서, 코팅되어야 할 물품이 직류 전원의 음의 극에 연결되고 그리고 음극을 형성하는 반면에, 양극은 전원 양의 극에 결합되어 전기 회로를 형성한다.

자유롭게 이동가능한 용액 금속 양이온이 음극 표면 상에 적하되고 이는 천천히 얇은 금속층으로 피복된다.

일반적으로, 양극은 증착되어야 할 금속의 판 또는 막대로 이루어지고, 그리고 전기분해 동안에 이는 소모되어 용액에 음극 상으로 적하되는 이온을 공급한다.

전극 공정은 은, 금 등과 같은 귀금속 및 니켈, 철, 아연 및 구리 등과 같은 통상의 금속 둘 다를 포함할 수 있다.

증착된 결정 구조 및 전도도, 표면경도, 내마모성 및 편평도 등과 같은 그의 기계적 및 물리적 특성들은 하기의 주요 동작 매개변수들에 의존한다:

- 전해조 전해질의 조성 및 농도;

- 전류밀도;

- 전극에 적용되는 전압;

- 온도;

- pH;

- 갈바니 조 교반.

전해조가 동작되는 주어진 전류밀도값(A/dm²으로 표현됨)에 대하여 대개는 수십 미크론 또는 그 이하인 증착되어야 할 금속층에 대하여 그리고 증착 속도 또는 비율을 아는 것으로, 소정의 또는 목표 두께 증착을 제공하는 데 필요한 시간을 설정하는 데 충분하다.

금속박 또는 시트를 적층하는 것에 의한 금속의 적용은 특별히 디자인된 압력 및 온도를 사용하는 것에 의하여 복합 다층 구조를 만드는 것으로 이루어진다.

적층된 구리층은 전형적으로는 18, 35 또는 70pm(피코미터)인 일정하고 그리고 사전설정된 두께를 갖는다.

이하에서는 상기한 기술 또는 방법들 중의 하나를 적용하는 것에 의한 금속화된 합성의 싱글-쓰레드 직물에 대한 레이저 삭마 공정(laser ablation process)이 기술될 것이다.

방법은 신속하고 그리고 국소화된 방법으로 소정의 금속을 증발시키는 것을 제공하고, 이는 표면들 중의 어느 또는 둘 다에 동시적으로 그리고 직물 연소, 용융 또는 분해 현상이 발생되는 것을 방지하도록 적용된 특별하게 디자인되고 그리고 선택된 레이저원에 의해 실행될 수 있다.

레이저 삭마 공정에 적용되는 재료에는 그의 하나 또는 두 표면들 상에 금속 코팅을 갖는 중합체 싱글-쓰레드 직물이 포함되며, 이는 서로 다른 직물 구조, 중량, 두께 및 금속화 형태(바람직하게는 하기의 것들, 즉: 니켈, 금, 강철, 구리, 은, 알루미늄, 크롬, 티타늄, 주석, 인듐-주석 산화물, 아연-알루미늄 산화물, 주석-불소 산화물, 주석-안티몬 산화물로부터 선택되는 서로 다른 금속, 이들의 합금 및 반도체)를 갖는다.

사용된 레이저빔은 중합체 벌크가 레이저빔 자체에 대해 투명하기 때문에 중합체 벌크를 변경시킴이 없이 금속 코팅에 의해 흡수되도록 디자인되어야 한다.

게다가, 상기 레이저빔은 바람직하게는 저출력 및 고출력 밀도의 빔이고, 바람직하게는 약 1,000㎚ 또는 1,080㎚ 내지 354㎚의 파장을 갖는다. 이는 바람직하게는 100㎐ 내지 500㎒의 주파수로 연속적인 방식(continuous regimen) 또는 펄스 방식(pulsed regimen)으로 동작될 수 있다.

펄스 지속시간(pulse duration)은 바람직하게는 200나노초(ns) 내지 10펨토초(femtoseconds)이며 그에 의하여 금속층의 증발을 용이하게 하는 한편으로 바닥 기재까지의 열분산을 제한하도록 한다.

상기 응용예를 위하여는 다이오드 레이저(diode laser)가 바람직하게 사용되나, 그러나 적절한 변경을 가하여, 고체상 레이저(solid status lasers), 광섬유 레이저(fiber laser) 또는 이산화탄소 레이저(CO₂ laser)를 사용하는 것이 또한 가능하다.

레이저빔이 이동 또는 변위 미소규모 조정(micrometric adjustment)을 수반하는 렌즈조립체 또는 시스템에 의하여 금속화된 직물 상에 초점이 맞추어지는 한편으로 직교좌표(Cartesian axes), 로봇 아암, 렌즈 시스템 및/또는 갈바노 헤드(galvanometric head)와 함께의 하나 이상의 반사경들에 의해 직물을 통한 빔의 이동이 달성될 수 있다.

게다가, 직물을 통한 레이저빔 변위는 빔과 직물의 조합 변위(combined displacement)에 의해, 즉 동시적으로 직물의 변위와 함께 상기 언급된 방법들 중 임의의 것에 의해 수행될 수 있으며, 각각의 경우에서, 이는 2개의 베어링 부재들(바람직하게는 견인력과 대향-견인력에 의해 약간 긴장되는 직물롤이 레이저 헤드 아래에서 활주되도록 함) 사이에서 약간 긴장되어 고정되어야 한다.

다층 금속 코팅 또는 다른 큰 크기의 직물이 삭마되는 경우에 있어서, 디자인된 금속의 코팅 두께 및 증발 잠열의 조합이 중합체 기재에로의 열전달(전도에 의한)을 야기하도록 하는 수준으로 달성되는 경우, 이는 벌크 중합체(bulk polymer)의 분해 또는 용융을 야기하고, 따라서 신속한 열분산을 제공하기 위한 냉각 시스템이 제공되어야 한다.

가압 공기 또는 냉각 유체 냉각 시스템 또는 냉각조를 사용하거나 또는 부분적으로 직물을 냉각대야(cooling basin) 내에 함침시키는 것에 의하는 것이 가능하다. 일부 경우들에 있어서, 두께 또는 일반적으로 제거되어야 할 재료의 양이 큰 경우, 제거된 금속 입자가 공정 증기를 통하여 전달되고 그리고 직물 표면 상에 다시 증착되고, 그에 의하여 패턴의 심미적인 특성에 부정적으로 영향을 주는 것을 는 것을 방지하기 위하여는 특별히 디자인된 흡기시스템(suction systems)이 사용되어야 한다.

금속화된 싱글-쓰레드 직물에 적용되는 레이저 삭마 공정은 금속에 의해 흡수되고 그리고 중합체에 의한 흡수 없이 중합체(합성의 싱글-쓰레드를 구성)를 통과하는 최적의 파장의 선택에 기초하고 있다.

레이저빔은 바람직하게는 1,080㎚ 내지 354㎚의 파장, 5 내지 100W의 레이저 출력 및 바람직하게는 10 내지 200미크론의 스폿(spot) 크기를 갖는 레이저빔 스폿을 구비한다.

상기 언급된 파장을 갖는 레이저빔은 싱글-쓰레드 직물의 두 면들 상에 충격/작동할 수 있고; 이는 금속에 의해 흡수되고 그리고 증발에 의해 이를 제거하고, 선택된 레이저 파장에 대하여 투명한 중합체를 에칭하거나 또는 변경함이 없이 통과하고 그리고 아래에 놓인 금속에 의해 흡수되어 증발에 의해 금속을 제거한다.

마감 및 금속화 작업을 위하여, 직물들의 쓰레드 화학 조성, 직물 구조(쓰레드/㎝, 쓰레드 직경, 짜임 구조, 중량, 두께)에 의해 분류된 서로 다른 형태의 직물에 대하여 실험적으로 사용된 레이저원들은 하기의 두 가지들 즉: 10W의 최대 출력 및 1,064㎚의 레이저 방출 파장, 50미크론의 최소 스폿 크기를 갖는 레이저원 및 30W의 최대 출력 및 1,070㎚의 방출 파장, 80미크론의 최소 스폿 크기를 갖는 광섬유 레이저이었다.

심지어 최종 결과가 사용된 기재에 의해 즉, 쓰레드/㎝ 수 및 쓰레드 크기에 의해 큭 영향을 받음에도 불구하고, 레이저 스폿 크기가 감소함에 따라, 보다 높은 해상도값이 달성될 수 있다.

게다가, 쓰레드 직경이 감소되고 그리고 쓰레드/㎝의 수가 증가됨에 따라, 해상도가 보다 높아질 수 있다.

두 공급원들은 펄스 방식으로 동작되고 그리고 갈바니 형의 레이저빔 변위 시스템을 포함한다.

따라서, 상기 기술된 방법에 의해, 레이저 공정의 특유한 이점들 전부, 즉: 양호한 영상 및 패턴 윤곽 정밀도 및 선명도 수준, 양호한 패턴 반복가능성, 매우 짧은 동작 시간, 가공되는 재료에 대한 간단한 탑재(loading) 및 취출(unloading) 시스템(가공되는 직물 재료의 롤의 경우에 있어서는 선행의 권취(winding) 및 권출(unwinding) 시스템을 사용하는 것이 가능함), 컴퓨터에 의한 재생되어야 하는 패턴을 신속하게 변화 및 변경하는 것을 허용하는 큰 설비 전자제어 가변성(equipment electronic control flexibility)을 보존하는 것이 가능하다.

이는 예를 들면 훨씬 느리고 롤을 가공하는 것을 허용하지 않고 그리고 다른 패턴을 만들기 위한 전용의 마스크를 제조할 필요가 있는 화학적 에칭 공정과는 매우 다르다.

상기 기술된 레이저 시스템에 의하여 서로 다른 쓰레드의 화학적 조성 및 직물 구조(쓰레드/㎝, 쓰레드 직경, 짜임 구조, 중량, 두께)를 갖는 직물 형태들 및 금속화에 대하여 다수의 샘플들, 즉: 스테인레스강으로 금속화된 PES 90.64, 스테인레스강으로 금속화된 PES 50.27, 스테인레스강으로 금속화된 PES 180.27, 스테인레스강으로 금속화된 PES 190.31, 니켈로 금속화된 PES 90.40, 니켈로 금속화된 PES 165.34, 니켈로 금속화된 PA 43.61, 구리로 금속화된 PES 90.64, 구리로 금속화된 PES 190.31, 구리로 금속화된 PA 43.61, 알루미늄으로 금속화된 PES 90.64, 알루미늄으로 금속화된 PES 50.27, 알루미늄으로 금속화된 PES 180.27, 알루미늄으로 금속화된 PES 190.31, 티타늄으로 캘린더링되고 그리고 금속화된 PES 40.90, 티타늄으로 금속화된 PES 90.64, 티타늄으로 금속화된 PES 150.27, 티타늄으로 금속화된 PES 180.27 및 티타늄으로 금속화된 PES 190.31이 제조되고 그리고 특정되었다.

상기 언급된 코드들에 있어서, 중합체를 동정하는 약어 이후의 첫 번째 숫자는 직물 쓰레드/㎝ 수를 동정하는 반면에, 두 번째 숫자는 쓰레드 직경을 동정한다.

각 개별적인 경우에 있어서, 실험실 방법이 먼저 사용되어 최적의 동작 조건 조합 범위를 동정하기 위하여 공정 매개변수들을 변경하는 것에 의하여 샘플 정방체를 생성하도록 제공되었다.

동작 시험들로부터 금속은 중합체에 어떠한 손상도 없이 완전히 제거됨이 밝혀졌다.

앞서 언급한 바와 같이, 스폿 크기가 감소됨에 따라, 계속해서 제거된 재료 트레이스(trace)의 최소 크기가 또한 감소되고, 이는, 어떠한 경우에도, 기재로서 사용된 직물 재료의 함수이다.

특정의 형태의 직물 및 금속에 대한 최적의 공정 매개변수들을 선택하는 것에 의하여, 그리고 증명의 목적을 위하여, 훨씬 더 복잡한 패턴들이 제조되었다.

예를 들면, 보다 복잡하고 그리고 집적된 기능성 회로, 즉: USB를 통하여 공급되는 고휘도 LED 전력을 스위칭하기 위한 회로, "플립-플롭(flip-flop)"으로 공급되는 USB 전력 및 가열기 회로가 증명의 목적을 위하여 제조되었다.

회로 상의 간단한 LED 스위칭의 목적은 통상의 전자기판(electronic board)의 대체물로서의 대상 직물의 사용의 유효한 가능성을 나타내고 그리고 USB 포트를 통한 개인용 컴퓨터(PC)로부터의 전력 공급을 입증하는 것이다.

상기 기술된 기술 또는 방법에 의하여 전도성의 트레이스 또는 트랙이 제조되었다.

제2의 응용 실시예는 교호하는 깜빡임 회로("플립-플롭")를 제조하는 것이었다.

이러한 회로는 2개의 커패시터의 전기용량(capacitance)에 따른 스위칭 온 주파수를 갖는 2개의 구동 트랜지스터들에 의한 2개의 LCD들(적색 및 녹색)을 교호적 스위칭 온(on) 및 오프(off)를 제공한다.

첫 번째의 경우로서, 회로의 전력 공급은 USB(5V)를 통하여 달성되었다.

선행의 회로의 제조로부터 획득된 데이터를 활용하는 것에 의하여 보다 복잡한 구조가 가능함에도 불구하고, 전도성 트레이스는 매우 간단하고 그리고 빠른 방법으로 만들어졌다.

본 발명이 충분히 의도된 목표 및 목적들을 성취한다는 것이 발견되었다.

실제, 본 발명은 소정의 구조적 강도 및 동작 가변성을 갖는 한편으로 그의 투과성 및 균일성 특성이 변화되지 않은 채로 유지하는 채로 직물로부터 출발하여 가요성 회로를 제조하는 방법을 제공하였다.

그의 기본적인 특성들에 더하여, 수동적인 직물 소자로부터 직물 "스마트(smart)" 능동 소자로의 변형될 수 있기 때문에 이는 또한 기능상 특성들을 갖는다.

이는 여러 분야들, 어쿠스틱(acoustic), 자동차(motor vehicle), 가전 제품(household appliances), 건강관리(healthcare), 진단(diagnostics), 의료(medical), 화학소비재(chemical consumer goods), 군사(military), 전자제품, 로지스틱스(logistics), 광고(advertising) 및 출판(publishing)에서의 산업적 응용에 매우 유용할 수 있고, 그리고 대체로 높은 작업 가변성, 중량 및 두께 등과 같은 특징적인 균일성, 높은 정밀도 및 양호한 통기성, 양호한 열분산이 요구되는 모든 응용예들에서 적절하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 앞서 사용될 수 없었던 응용예들에서의 전용의 전자제품을 사용하는 것을 허용한다.

게다가, 대상 방법은 신규하고 흥미로운 종횡비 또는 형상 변수들을 달성하는 한편으로 소형화를 부여하고 그리고 전자제품의 발전을 가능하게 하는 것을 허용한다.

대상 직물은 중합체 재료의 싱글-쓰레드 조성으로 이루어지며, 이는 전도성 코팅에 의하여 일종의 전기 케이블로 변형되고 그에 의하여 종이, 청바지 기지 또는 멀티-쓰레드 직물 등과 같은 다른 기재와는 달리 정밀하고 그리고 높은 해상도의 회로를 제조하는 것이 가능해진다.

직물의 기계적 및 구조적 특성들의 균일성은 최종 제품 특성을 적절하게 조정하는 것을 허용하고 그리고 신뢰할 만하고 그리고 심지어 그의 균일한 작동을 달성한다.

게다가, 온도가 증가함에 따른 성능 편차와 연관된 모든 문제점들이 제거되기 때문에, 대상 직물의 통기성은, 막들과는 달리, 최적의 열분산에 의한 효율적인 온도 조절을 수행하는 것을 허용한다.

광범위한 제품 범위는 필터링 목적(filtering purposes)을 위한 것과 같은, 즉 회로 및 목적하는 응용예들에 대한 보다 나은 해상도를 제공하는 기재의 선택(메시 개구, 쓰레드 직경, 쓰레드/㎝ 수)과 같은 모듈식 접근법을 제공한다.

직물 가요성 및 기계적인 특성들은 선행의 막들의 특성들 보다 훨씬 더 크다.

이는 형편없는 기계적인 강도 및 제한된 작업 가변성으로 인한 선행기술의 인쇄회로기판의 사용 제한들을 극복하는 것을 허용하며, 인쇄회로기판에서, 만일 절곡 반경(bending radius)이 주어진 값보다 훨씬 더 큰 경우, 막 상에 증착된 전도성 층이 파괴되고 그에 의하여 장치가 적절하게 작동하는 것을 방해하고 그리고 더 이상 작동될 수 없게 구조를 손상시킨다.

합성의 싱글-쓰레드 직물은 매우 쉽게 처리되거나 또는 기계가공(용접, 절단, 천공 등)될 수 있으며, 이는 양호한 맞춤 및 편의성 성능을 조립하는 것을 포함한다.

게다가, 금속화된 직물은 절단되고, 중첩되거나 절곡되고 그리고 접착제 또는 바느질 땀 접합에 의해 조립될 수 있다.

방법은 모든 전기 및 전자 소자들의 단순화되고 그리고 효율적인 집약을 허용한다.

대상 직물은 그 위에 특정의 기능성 전자 소자에서부터 전기 회로, 관련 연결 및 전력 공급까지 장치가 적절하게 작동하는 것을 허용하는 집적을 통한 모든 전기 및 전자 소자들을 만드는 것이 가능한 가요성의 플랫폼(flexible platform)을 제공한다.

본 발명의 실시에 있어서, 사용된 재료는 요구조건들에 따라 사소한 크기 및 형상들과 마찬가지로 임의의 것이 될 수 있다.

Claims (24)

1. 직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법으로서,
   제1 및 제2 표면들 및 균일한 메쉬 정방 개구들을 갖는 합성 싱글-쓰레드 직물을 제공하는 단계 ― 상기 싱글-쓰레드 직물은 짜임 구조(weaved structure)를 가지고, 4-600 쓰레드/㎝, 10 내지 500 미크론의 쓰레드 직경, 15 내지 300 g/㎡의 중량 및 15 내지 1,000 미크론의 두께를 가짐 ―;를 포함하며
   상기 방법은 상기 제1 및 제2 표면들의 한쪽 또는 양쪽 상에 금속 코팅을 도포하는 단계, 및 상기 직물의 상기 제1 및 제2 표면들 또는 중합체 벌크를 변경시키지 않고, 상기 금속 코팅에 의해 흡수되도록 구성되고 그리고 직물의 연소, 용융 또는 분해 현상을 초래하지 않으면서 저출력-고출력 밀도 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔에 의해 제공되는 신속하고 국소적인 증발에 의해 전자 회로 패턴을 얻기 위해 상기 직물로부터 상기 금속 코팅의 일부를 후속으로 제거하여 상기 직물의 싱글-쓰레드 또는 모노필라멘트가, 동일한 쓰레드 상의 2개의 지점들 사이, 서로 다른 쓰레드들 상의 동일한 방향의 선택된 2개의 지점들 사이 및 임의의 직물 지점들 사이의 서로 다른 쓰레드들 상의 서로 다른 방향의 2개의 지점들 사이에 전기적 연속성을 제공하는 단부 금속 콜릿을 구비하는 단계를 더 포함하며,
   상기 방법은 상기 레이저 빔에 의한 금속의 증발 동안 직물이 분해되는 것을 방지하기 위한 냉각 시스템을 제공하는 단계를 더 포함하며,
   상기 레이저 빔은 100 ㎒ 내지 500 ㎒의 주파수, 및 200나노초(ns) 내지 10펨토초(femtoseconds)의 펄스 지속시간을 갖는 연속 또는 펄스 동작 방식으로 동작하고, 그결과 열분산을 제한하면서 금속 코팅의 증발을 용이하게 하며, 상기 레이저 빔은 1,080 ㎚ 내지 354 ㎚의 레이저 빔 파장을 가지며, 상기 레이저 빔은 5 내지 100W의 레이저 출력을 가지며, 상기 레이저 빔은 10 내지 200미크론의 스폿 크기를 갖는 레이저 빔 스폿을 구비하는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 빔은 다이오드 레이저, 고체상 레이저, CO₂ 레이저로 구성된 군으로부터 선택되는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방법은, 상기 레이저 빔이 변위 미소규모 조정 수단을 포함하는 집속화 렌즈 시스템에 의하여 상기 직물 상에 초점이 맞추어지는 단계를 포함하는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 방법은, 상기 레이저 빔을 구동 직교좌표, 로봇 암, 렌즈 시스템 및 하나 이상의 갈바노 헤드 반사경에 의해 구동시키는 단계를 포함하는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 방법은, 구동 직교좌표, 로봇 아암, 렌즈 시스템 및 하나 이상의 갈바노 헤드 반사경에 의한 상기 레이저 빔 및 직물의 조합된 변위 및 직물의 동시적인 변위에 의해 형성된 변위 경로를 통하여 상기 레이저 빔 및 직물을 변위시키는 단계를 포함하는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 금속 코팅은 직물의 일면 또는 양면으로부터 동시에 제거되는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 방법은, 레이저 가공이 직물의 일면 또는 양면 상에 중첩되는 하나 이상의 금속층들을 도포하여 수행되는, 금속화된 직물을 제조하는 단계를 포함하는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 싱글-쓰레드 직물은 스퍼터링, PVD, CVD, 갈바니 증착 또는 화학적 증착에 의해 금속화되는,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 금속 코팅은 10 내지 5,000 ㎚의 두께를 가지며,
   상기 금속 코팅은 단층 또는 다층 코팅인,
   직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅은 니켈, 금, 강철, 구리, 은, 알루미늄, 크롬, 티타늄, 주석, 인듐-주석 산화물, 아연-알루미늄 산화물, 주속-불소 산화물, 주석-안티몬 산화물로부터 선택되는 금속들, 그들의 합금들 및 반도체들을 포함하는,
    직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 합성 싱글-쓰레드 직물은, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에테르-설폰, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리페닐렌-설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 아라미드로 구성되는 군으로부터 선택되는 재료로 제조되는,
    직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 직물은 통기성 특성을 가지는,
    직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 직물은 전기적 전도성 패턴 직물인,
    직물 베이스 상에 가요성 전자 회로를 제조하는 방법.
    
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제