KR102141830B1 - 레이저를 이용한 도전성 물질 소결 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

레이저를 이용한 도전성 물질 소결 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 도전성 물질 소결 장치는, 본 발명의 일 측면에 따른 도전성 물질 소결 장치는, 하나의 레이저 광원과, 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 파장을 변경해서 두 개 이상의 다른 파장을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있는 레이저 공진기와, 레이저 공진기에서 출력된 레이저빔을 라인빔으로 형성하는 광학계를 포함한다.

Description

레이저를 이용한 도전성 물질 소결 장치 및 방법{SINTERING DEVICE AND METHOD FOR CONDUCTIVE MATERIAL USING LASER}

본 발명은 레이저를 이용하여 도전성 물질을 소결하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

인쇄회로기판(PCB) 제조 공정에서 기판 상에 패턴을 형성하기 위해서는 패턴 부분만 남기고 불필요한 부분은 에칭(etching)에 의해서 제거하는 방법을 일반적으로 사용한다. 에칭 공정은 미세 패턴 구현 및 대면적 생산이 가능한 장점이 있지만, 설비가 고가이고 작업 시간이 많이 소요되는 문제점을 갖는다.

최근 패턴을 형성하기 위해 사용되는 방법 중의 하나로서 도전성 물질을 이용해서 패턴을 인쇄한 후 레이저를 이용하여 도전성 물질을 소결(sintering)하는 방법이 이용되고 있다. 예를 들면, 은 입자를 함유한 도전성 물질을 잉크젯 프린터를 이용해서 패턴을 인쇄한 후 레이저를 이용해서 인쇄된 패턴에 조사해서 소결함으로써 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 잉크젯 방식은 에칭과 같이 복잡한 공정을 거치지 않고 패턴을 형성할 수 있기 때문에 생산 단가를 절감할 수 있고 공정 시간을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

인쇄 회로의 소결에 사용되는 레이저는 주로 스폿빔(spot)을 이용한다. 스폿빔은 광원에서 출력된 레이저빔을 집속 렌즈를 이용하여 레이저빔의 초점을 피가공물인 인쇄 회로에 형성한 것이다. 이와 같은 스폿빔은 크기가 인쇄 회로에 비해서 작기 때문에, 인쇄 회로의 전면(全面)을 스캔하면서 소결하기 위해서는 많은 시간이 소요되는 문제점을 갖는다.

또한, 레이저로 인쇄 회로를 소결하는 경우, 소결하고자 하는 패턴의 재질에 따라서 적합한 레이저빔의 파장이 달라질 수 있다. 예를 들면, 인쇄 패턴의 재질이 구리인 경우와 은인 경우, 각각 소결에 적합한 레이저빔의 파장이 다를 수 있다. 또한, 동일한 재질의 인쇄 패턴의 경우에도, 인쇄 패턴의 상태에 따라서 적합한 레이저 파장이 다를 수 있다. 예를 들면, 구리 재질의 인쇄 패턴을 형성한 경우, 패턴 인쇄 직후 완전히 건조되지 않은 상태의 인쇄 패턴과 완전히 건조된 후의 인쇄 패턴에 적합한 레이저빔의 파장이 다를 수 있다. 특히, 물질의 피크(peak) 흡수 파장을 이용해서 짧은 시간 내에 소결하는 경우에는 패턴화된 물질과 기판에 변형을 유발할 수 있고, 이로 인해 내구성 및 전도성 등의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제2016-0041871호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 도전성 물질에 대한 소결 시간을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 도전성 물질 소결 장치는, 하나의 레이저 광원과, 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 파장을 변경해서 두 개 이상의 다른 파장을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있는 레이저 공진기와, 레이저 공진기에서 출력된 레이저빔을 라인빔으로 형성하는 광학계를 포함한다.

본 발명에 따른 도전성 물질 소결 장치는 다음과 같은 실시예들을 하나 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 레이저 공진기는 UV 레이저빔과 IR 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있다.

레이저 공진기는 비선형 매질을 포함할 수 있다.

광학계에서 출력된 레이저빔이 입사하는 빔스플리터를 추가로 포함하고, 빔스플리터를 투과한 레이저빔은 피가공물의 측면을 조사하고, 빔스플리터에서 반사된 레이저빔은 피가공물의 상면을 조사할 수 있다.

빔스플리터에서 반사된 빛은 집속렌즈를 통과한 후 피가공물의 상면에 조사될 수 있다.

피가공물의 상면에 형성된 패턴을 이용해서 패턴의 저항을 측정할 수 있는 저항측정기를 추가로 포함할 수 있다.

레이저 공진기는 피가공물의 서로 다른 두 개의 측면에 각각 배치될 수 있다. 또한, 레이저 공진기는 피가공물의 하나의 측면에 두 개 이상 배치될 수 있다.

라인빔은 피가공물의 두께에 비해서 작게 형성될 수 있다. 또한, 라인빔의 가로 및 세로 방향 크기는 조정될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 도전성 물질 소결 방법은, 하나의 레이저 광원을 이용하고, 제1 파장을 갖는 레이저빔을 라인빔으로 형성한 후 피가공물에 형성된 패턴에 조사해서 건조하는 단계와, 레이저 공진기를 이용해서 레이저 광원에서 출력되는 레이저빔의 파장을 제1 파장에서 제2 파장으로 변경하는 단계와, 제2 파장을 갖는 레이저빔을 라인빔으로 형성한 후 피가공물에 형성된 패턴에 조사해서 소결하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 도전성 물질 소결 방법은, 제1 파장을 갖는 라인빔은 제1 방향으로 이동하면서 패턴을 건조하고, 제2 파장을 갖는 라인빔은 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 이동하면서 패턴을 소결할 수 있다.

본 발명은 도전성 물질에 대한 소결 시간을 줄일 수 있는 레이저를 이용한 도전성 물질 소결 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치가 패턴을 소결하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 라인빔이 패턴을 스캔하는 상태를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 저항을 측정하는 상태를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 물질 소결 방법을 예시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)가 패턴을 소결하는 과정을 예시하는 도면이고, 도 2는 도 1에서 라인빔(114)이 패턴을 스캔하는 상태를 예시하는 도면이다.

참고로, 도 1에서 차폐부재(122)는 편의상 도시를 생략했다.

본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 하나의 레이저 광원(116)을 이용해서 다른 종류의 파장을 출력할 수 있는 레이저 공진기(110)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 하나의 레이저 광원(116)을 이용해서 서로 다른 종류의 파장을 출력할 수 있기 때문에, 패턴(108)의 재질 또는 상태에 적합한 파장의 광원을 출력해서 스캔할 수 있다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 공정 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 패턴에 적합한 파장의 레이저빔을 조사함으로써 패턴의 특성(저항 등)을 향상할 수 있다.

본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 하나의 레이저 광원(116)을 포함한다. 레이저 광원(116)은 패턴(108)을 소결하기 위한 레이저를 출력한다. 레이저 광원(116)에서 출력되는 레이저는 DPSS(Diode Pump Solid State) 레이저, 펄스 레이저, CW(Continuous Wave) 레이저 또는 Nd:YAG 레이저 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 레이저 광원(116)에서 출력되는 레이저의 파장은 500nm 이상 및 1550nm 이하에 해당할 수 있다. 또한, 레이저 광원(110)에서 출력되는 레이저의 에너지는 100w/㎠ 이상 및 10,000w/㎠ 이하에 해당할 수 있다.

본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 레이저 공진기(110)를 포함한다. 레이저 공진기(110)는 레이저 광원(116)에서 출력된 레이저빔의 파장 및 주파수를 변경해서, 하나의 레이저 광원(116)을 이용해서 다수 개의 파장을 갖는 레이저빔이 출력될 수 있게 한다.

레이저 공진기(110)는 레이저빔의 주파수 변경을 위해서 비선형 매질(nonlinear optical medium)을 이용할 수 있다. 비선형 매질은 예를 들면 KTP(Potassium Titanyl Phosphate)로서 입사빔의 주파수를 두 배 및 파장을 1/2로 만드는 2차 조화파(Second harmonic generation)을 발생시킨다. 따라서 비선형 매질에 입사한 기본파의 파장이 1064nm인 경우, 비선형 매질을 통과한 2차 조화파의 파장은 532nm가 될 수 있고, 두 파의 위상 속도를 맞추어 주는 위상접합 방법을 이용해서 굴절률이 서로 같게 할 수 있다.

레이저 공진기(110)가 사용하는 비선형 매질은 BBO(Beta Barium Borate) 크리스탈 또는 LBO(Lithium Triborate) 크리스탈을 이용할 수 있다. 이와 같은 BBO 크리스탈 또는 LBO 크리스탈은 3차 조화파(third harmonic generation, UV 계열) 생성에 이용될 수 있다.

레이저 공진기(110)는 하나의 레이저 광원(116)에서 나온 레이저빔의 파장을 서로 다른 두 개 이상의 파장으로 변경해서 각각을 선택적으로 출력할 수 있다. 도 1에서는 레이저 공진기(110)가 서로 다른 3개의 파장(예를 들면, IR 계열인 1030nm, 가시광 계열인 515nm, UV 계열인 343nm)을 선택적으로 형성해서 출력할 수 있다.

레이저 공진기(110)에서 출력될 수 있는 레이저빔의 파장은 가공하고자 하는 패턴(108)의 재질 및 상태에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같이, 도전성 물질을 피가공물(102)의 측면(104)에 프린팅한 직후에는 일정 정도 유동성을 갖기 때문에, IR 계열에 해당하는 1030nm의 파장을 갖는 레이저빔으로 파장 변경해서 프린팅된 패턴(108)을 제1 방향(도 1에서는 좌에서 우 방향)으로 스캔할 수 있다. 이로 인해, 패턴(108)이 건조 또는 가경화될 수 있다.

패턴(108)의 건조 또는 가경화가 완료된 후 레이저 공진기(110)는 UV 계열인 343nm의 파장을 갖는 레이저빔으로 변경해서 건조된 패턴(108)을 제2 방향(도 1에서는 우에서 좌 방향)으로 스캔할 수 있다. 이로 인해, 패턴(108)이 완전히 소결될 수 있다.

종래에는 도전성 물질을 프린팅 한 후 오븐(oven) 등을 이용해서 건조하고 다시 레이저빔을 이용해서 소결하였다. 그러나 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 도전성 물질의 건조(가경화) 및 소결을 모두 수행할 수 있기 때문에, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있게 된다.

레이저 공진기(110)의 상세한 구성은 대한민국 등록특허공보 제120728호 및 일본공개특허공보 제2008-058947호 등에 기재되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)는 광학계(120)를 포함한다. 광학계(120)는 레이저 공진기(110)에서 출력된 레이저를 라인빔(line beam)(114)으로 형성한다. 라인빔(114)의 빔 쉐이프(beam shape)는 1:1~10:1의 범위에서 형성될 수 있다. 특히, 라인빔(114)의 빔쉐이프는 길이 2mm 및 폭 1mm와 같이 2:1 이상으로 형성될 수 있다.

라인빔(114)의 길이는 소결하고자 하는 패턴(108)에 비해서 길게 형성될 수 있다. 따라서 라인빔(114)은 패턴(108)의 전면(全面)을 커버할 수 있기 때문에, 1회 조사에 의해서도 패턴(108)을 건조 또는 소결할 수 있다. 물론, 라인빔(114)은 소결하고자 하는 패턴(108)의 길이에 대응해서 그 길이가 결정될 수 있다.

일반적인 스팟 레이저의 빔 균일도는 가우시안 형태를 나타내므로 빔의 중심 부위와 외곽 부위가 다른 빔의 에너지를 갖는다. 시료의 균일한 소결을 위해서는 에너지가 균일한 형상을 가져야 시료의 위치에 상관 없이 메탈 잉크와 같은 도전성 물질의 소결이 균등하게 이루어져 균일한 전기적 저항을 만들 수 있다. 본 출원에서 제시하는 라인빔의 형상도 80% 이상의 균일한 빔균일도를 나타내며 빔프로파일러 등으로 이를 측정 관리 한다. 80% 이하일 경우 시료의 위치에 따른 메탈 잉크의 소결 정도 차이가 발생하여 전기적 저항 특성 차이가 50% 이상 발생 할 수 있다.

레이저 라인빔의 에너지 균일도를 높이기 위해서 빔 균질화 장치(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.

피가공물(102)은 디스플레이 패널에 해당할 수 있고, 패턴(108)은 디스플레이 패널의 측면(104)에 형성될 수 있다. 패턴(108)은 피가공물(102)의 측면(104)에 프린팅 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.

도전성 물질은 메탈 잉크(metal ink), 메탈 페이스트(metal paste) 또는 메탈 파우더(metal powder) 중 어느 하나에 해당할 수 있다. 메탈 잉크 및 메탈 파우더에는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni)과 같은 도전성 물질이 적어도 하나 포함될 수 있다.

도전성 물질은 0.1 이상 및 20㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 도전성 물질이 0.1㎛ 미만의 두께를 갖고 형성되는 경우 패턴의 하부에 해당하는 피가공물에 손상이 발생할 수 있다. 또한, 도전성 물질의 두께가 20㎛를 초과하는 경우 레이저 라인빔의 조사에 의해서도 기포 발생 등의 불량으로 인해 소결이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

패턴(108)은 도전성 물질을 패드 프린팅(pad printing), 스크린 프린팅(screen printing), 메탈 마스크 프린팅(metal mask printing), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아 프린팅(gravure printing), 오프셋 프린팅(offset printing) 중 어느 하나에 의해서 프린팅 함으로써 형성될 수 있다. 패턴(108)이 프린팅된 직후에는 일정 정도의 유동성을 갖기 때문에, 레이저를 이용해서 건조(가경화)를 수행할 수 있는데, 이때 사용되는 레이저빔의 파장은 IR 계열에 해당하는 1030nm에 해당할 수 있다.

도 2를 참고하면, 라인빔(114)은 패턴(108)에 비해서 길게 형성되기 때문에, 피가공물(102)의 다른 부분이 라인빔(114)에 의해서 손상되는 것을 방지하기 위해서 차폐부재(122)를 구비할 수 있다. 차폐부재(122)는 레이저 라인빔(114)을 투과시키지 않고 대부분 분산 또는 산란시키는 재질에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들면, 차폐부재(122)는 레이저빔이 투과하는 석영(quartz)으로 이루어진 기판의 표면을 화학적 에칭 또는 샌드블라스트(sandblast)에 의해서 표면에 미세한 요철을 형성함으로써 제작될 수 있다. 차폐부재(122)에 의해서 라인빔(114)이 피가공물(102)에서 소결하고자 하는 부분 이외의 부분에 손상을 주는 것을 방지할 수 있다.

피가공물(102)의 상면 또는 하면에는 편광 필름(polarizer film)이 부착될 수 있다. 라인빔(114)이 피가공물(102)의 두께에 비해서 큰 경우에는 라인빔(114)에 의해서 편광 필름이 손상될 수 있다. 따라서 라인빔(114)의 길이는 디스플레이 패널과 같은 피가공물(102)의 두께에 비해서 작게 형성될 수 있다.

라인빔(114)은 직사각 형상을 가질 수 있다. 라인빔(114)의 가로 및 세로 방향 크기를 조정될 수 있다. 예를 들면, 광학계(120) 내부에 구비된 렌즈(도시하지 않음)의 배치 간격 등을 조정함으로써, 라인빔(114)의 가로 및 세로 방향 크기를 조정할 수 있다.

라인빔(114)의 가로 방향 길이를 자동으로 조정함으로써 소결을 위한 시간(tact time)을 조정할 수 있다. 또한, 라인빔(114)의 세로 방향 길이를 자동으로 조정함으로써 피가공물(102)에 해당하는 패널의 글라스 두께 변화에 대응할 수 있다.

차폐부재(122)는 라인빔(114)의 이동 방향(도 2에서 화살표 방향)을 따라서 배치되고 패턴(108)의 양단부에 대해 일정한 간격을 갖고 배치될 수 있다. 또한, 차폐부재(122)는 패턴(108)의 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있지만, 상부 또는 하부 중 일 측에만 배치될 수도 있다. 이와 같은 차폐부재(122)를 이용함으로써 패턴(108)의 크기에 대응해서 라인빔(114)의 크기를 조정해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(200)를 예시하는 도면이고, 도 4는 도 3에서 저항측정기(150)를 이용해서 저항을 측정하는 상태를 예시하는 도면이다.

도 3 내지 도 4를 참고하면, 제2 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(200)는 피가공물(102)의 측면(104)은 물론 상면(106)에 형성된 패턴(108)을 동시에 소결할 수 있는 것을 특징으로 한다. 제2 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(200)는 제1 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(100)과 구성이 동일하고, 다만 레이저빔을 부분적으로 반사하기 위한 빔스플리터(130)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

빔스플리터(130)는 광학계(120)에서 출력된 라인빔의 일부는 투과시키고 나머지는 반사시킨다. 빔스플리터(130)를 투과한 라인빔은 피가공물(102)의 측면(104)에 형성된 패턴(108)을 건조 또는 소결할 수 있다. 또한, 빔스플리터(130)에 의해 반사된 라인빔은 피가공물(102)의 상면(106)에 형성된 패턴(108)을 건조 또는 소결할 수 있다. 빔스플리터(130)에 의해 반사된 라인빔은 반사렌즈(132, 134)를 거쳐서 집속렌즈(136)에 의해 포커싱되어 패턴(108)에 조사된다.

도전성 물질을 피가공물(102)의 측면(104)에 프린팅 등에 의해서 형성하는 과정에서, 도전성 물질은 상면(106) 및/또는 하면(도면부호 없음)에 부분적으로 도포될 수 있다. 이와 같이 피가공물(102)의 상면(106) 및/또는 하면에 부분적으로 도포된 도전성 물질은 건조 및/또는 소결될 필요가 있다. 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(200)는 피가공물(102)의 상면 등에 형성된 도전성 물질을 건조 및/또는 소결하기 위해서 별도의 레이저 광원 또는 라인빔 형성을 위한 광학계(120)를 이용하지 않고, 빔스플리터(130)를 이용해서 라인빔을 부분적으로 분배해서 사용하는 것을 특징으로 한다.

광학계(120)에서 출력된 레이저빔의 약 98%는 빔스플리터(130)를 투과해서 측면(104)을 건조 및/또는 소결할 수 있고, 나머지 2%는 빔스플리터(130)에서 반사되어 상면(106) 또는 하면을 건조 및/또는 소결할 수 있다. 피가공물(102)의 상면(106)에 형성된 패턴(108)은 측면(104)에 형성된 패턴(108)에 비해서 크기가 작기 때문에 집속렌즈(136)에 의해서 포커싱되고, 이로 인해 레이저빔의 적은 부분을 사용하는 것이 가능하다.

도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(200)는 저항측정기(150)를 포함할 수 있다. 저항측정기(150)는 피가공물(102)의 상면(106) 및 하면에 형성된 패턴(108)과 전기적으로 접촉하면서 패턴(108)의 저항을 소결이 완료된 후 측정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(300)를 예시하는 도면이다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(300)는, 피가공물(102)의 서로 다른 두 개의 측면(104) 위치에 각각 광학계(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 레이저 라인빔(114)을 출력하는 광학계를 x 및 y축에 각각 배치함으로써, 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(300)는 피가공물(102)의 두 개의 측면(104)을 동시에 건조 또는 소결할 수 있어서 가공 시간을 절감할 수 있다. 각각의 광학계(120)는 상호 연동해서 작동하거나 또는 독립적으로 작동할 수 있다. 또한, 각각의 광학계(120)는 하나의 레이저 광원(116) 및 하나의 레이저 공진기(110)를 공유할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(400)를 예시하는 도면이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 도전성 물질 소결 장치(400)는, 피가공물(102)의 하나의 측면(104)에 대응해서 두 개 이상의 광학계(120)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 피가공물(102)의 하나의 측면(104)은 두 개 이상의 광학계(120)에 의해서 동시에 또는 연속적으로 처리될 수 있다. 이와 같이, 하나의 측면(104)에 레이저 라인빔(114)을 출력하는 두 개 이상의 광학계(120)를 배치함으로써 공정 시간을 줄일 수 있다.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 물질 소결 방법을 예시하는 도면이다.

도 7를 참고하면, 도전성 물질 소결 방법은, 하나의 레이저 광원(116)을 이용한 도전성 물질 소결 방법으로서, 제1 파장을 갖는 레이저빔을 라인빔(114)으로 형성한 후 피가공물(102)에 형성된 패턴(108)에 조사해서 건조하는 단계와, 레이저 공진기(110)를 이용해서 레이저 광원(116)에서 출력되는 레이저빔의 파장을 제1 파장에서 제2 파장으로 변경하는 단계와, 제2 파장을 갖는 레이저빔을 라인빔(114)으로 형성한 후 피가공물(102)에 형성된 패턴(108)에 조사해서 소결하는 단계를 포함한다.

도 1을 참고하면, 도전성 물질의 프린팅에 의해서 형성된 패턴(108)에 대해서 적외선 계열에 해당하는 제1 파장(예를 들면, 1030nm)의 레이저 라인빔을 제1 방향(좌에서 우 방향)으로 스캐닝하면서 패턴(108)을 건조(가경화)한다. 이로 인해, 유동성을 갖는 패턴(108)은 건조 및 부분적으로 경화되어 유동성이 제거된다.

패턴(108)에 대한 건조가 완료된 후 레이저공진기(110)를 이용해서 레이저빔의 파장을 제1 파장과는 다른 제2 파장(예를 들면, 343nm)로 변경한다. 이와 같은 제2 파장의 레이저 라인빔을, 제1 방향과는 반대인 제2 방향(도 1에서는 우에서 좌 방향)으로 스캐닝해서 패턴(108)을 소결한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 도전성 물질 소결 방법은, 하나의 레이저 광원 및 레이저 공진기(110)를 이용해서 패턴에 대한 건조 및 소결을 모두 수행할 수 있기 때문에, 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 도전성 물질 소결 장치
102: 피가공물 110: 레이저 공진기
116: 레이저 광원 120: 광학계
122: 차폐부재 130: 빔스플리터
150: 저항측정기

Claims (12)

1. 하나의 레이저 광원;
   상기 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 파장을 변경해서 두 개 이상의 다른 파장을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있는 레이저 공진기;
   상기 레이저 공진기에서 출력된 레이저빔을 라인빔으로 형성하는 광학계; 및
   상기 광학계에서 출력된 레이저빔이 입사하는 빔스플리터를 포함하고,
   상기 빔스플리터를 투과한 레이저빔은 피가공물의 측면을 조사하고, 상기 빔스플리터에서 반사된 레이저빔은 상기 피가공물의 상면을 상기 측면과 동시에 조사하며,
   상기 빔스플리터를 투과한 레이저빔이 상기 빔스플리터에서 반사된 레이저빔에 비해 강도가 크게 형성되고,
   상기 피가공물의 측면 및 상면에는 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴은 0.1 이상 및 20㎛ 이하의 두께를 갖는 도전성 물질에 의해서 형성되는 도전성 물질 소결 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 빔스플리터에서 반사된 빛은 집속렌즈를 통과한 후 상기 피가공물의 상면에 조사되는 것을 특징으로 하는 도전성 물질 소결 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 피가공물의 상면에 형성된 패턴을 이용해서 상기 패턴의 저항을 측정할 수 있는 저항측정기를 추가로 포함하는 도전성 물질 소결 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 공진기는 피가공물의 서로 다른 두 개의 측면에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 도전성 물질 소결 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 공진기는 피가공물의 하나의 측면에 두 개 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 도전성 물질 소결 장치.
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