KR102317316B1 - 스탬프를 이용한 액체 금속의 패터닝 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 액체 금속의 산화물 입자를 도포하고 스탬프로 가압하여 액체 금속을 패터닝하는 방법이 제공된다.

Description

스탬프를 이용한 액체 금속의 패터닝 방법{METHOD OF PATTERNING LIQUID METAL USING STAMP}
본 발명은 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도전성 패턴을 형성하기 위한 스탬프, 상기 스탬프를 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법 및 이를 통해 준비된 도전성 패턴 기판에 관한 것이다.
최근 IoT 기술 발전에 힘입어 다양한 센서 디바이스가 개발되고 있다. 예를 들어, 인간 등의 동물에 부착되는 생체 모니터링 디바이스는 체표면에 부착되어 체액 성분을 측정하거나, 체온 정보, 심박 정보, 위치 정보 및 기타 다양한 정보들을 수집하고 수집된 정보를 바탕으로 신체 활동을 관리할 수 있다. 다른 예를 들어, 식품에 부착되는 식품 안전 모니터링 디바이스는 식품의 유통 이력과 품질 등에 대한 정보를 수집하여 식품 안정성을 확보하고, 국민 건강 증진에 기여할 수 있다.
이러한 센서 디바이스는 구비되는 표면에 따라 다양한 특성을 만족하여야 한다. 전술한 생체 모니터링 또는 식품 모니터링 디바이스의 경우, 센서 디바이스가 부착되는 대상 표면이 곡면이고, 나아가 대상 표면이 유동적이어서 대상 표면과 센서 디바이스 간의 밀착성이 불량할 경우 센싱 감도가 현저하게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 완전한 유연성(flexibility)을 갖는 센서 디바이스의 구현을 위한 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
유연성을 갖는 센서 디바이스, 나아가 유연성을 갖는 도전성 패턴 기판을 구현하기 위한 한가지 방법으로 액체 금속을 이용한 도전성 패턴의 형성을 예로 들 수 있다.
미국등록특허 US 9,945,739 B2 (2018.04.17.) 미국등록특허 US 10,184,779 B2 (2019.01.22.) 미국등록특허 US 8,826,747 B2 (2014.09.09.) 미국공개특허 US 2019-0003818 A1 (2019.01.03.) 미국공개특허 US 2018-0192911 A1 (2018.07.12.) 미국공개특허 US 2018-0305563 A1 (2018.10.25.) 미국공개특허 US 2017-0312849 A1 (2017.11.02.) 대한민국등록특허 KR 10-2013796 B1 (2019.08.19) 대한민국등록특허 KR 10-2035581 B1 (2019.10.17) 대한민국등록특허 KR 10-2063802 B1 (2020.01.02) 대한민국등록특허 KR 10-2078215 B1 (2020.02.11) 대한민국공개특허 KR 10-2020-0121465 A (2020.10.26) 대한민국공개특허 KR 10-2020-0136581 A (2020.12.08)
특허문헌 1(US 9,945,739 B2)은 비정질 금속을 이용한 압력 및 온도 센서를 개시한다. 구체적으로, 특허문헌 1은 전자 피부용도로 사용할 수 있도록 스트레처블(stretchable)한 특성을 갖는 센서 디바이스를 개시한다. 특허문헌 1은 유연한 센서를 구현하기 위해 비정질 금속 및 이의 합금을 이용하여 디바이스의 배선을 형성하고 있으나, 특허문헌 1의 센서 디바이스 또한 유연성이 개선된 금속층을 이용하는 정도에 그치고 있으며, 디바이스가 구부러지는 정도가 크거나, 완전히 폴딩될 경우 배선이 파손되는 문제를 여전히 가지고 있다.
또, 특허문헌 2(US 10,184,779 B2)는 인공 근육이나 인공 피부 등 메디컬 재료 분야 등 신축성을 갖는 센서에 사용되는 신축성 전극 및 센서 시트 등을 개시한다. 특허문헌 2는 다층 카본나노튜브를 이용한 섬유를 이용하여 전극 본체를 형성함을 교시한다. 그러나 특허문헌 2의 카본나노튜브는 국부적인 전극 형성이 가능하다 하더라도 배선 등을 형성하기 극히 어려운 한계가 있다.
그 외에도 특허문헌 3(US 8,826,747 B2), 특허문헌 4(US 2019-0003818 A1) 및 특허문헌 5(US 2018-0192911 A1) 등과 같이 유연성 센서 디바이스를 구현하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
또한 특허문헌 6(US 2018-0305563 A1)에서 액체 금속 혼합물을 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 6에서는 액체 금속 혼합물을 누르거나 가열하는 방법 등을 통해 도전성 패턴을 형성함을 개시한다.
그 외에 액체 금속을 이용하여 도전성 패턴을 형성하기 위해 액체 금속을 잉크젯과 같이 토출하는 방법이 개발된 바 있다. 예를 들어 특허문헌 7(US 2017-0312849 A1)은 액체 금속을 사출 내지는 토출하기 위한 압출기가 개시되어 있다.
한편, 센서 등의 전자 디바이스는 다양한 능동 소자 및 수동 소자를 이용하여 구성된 전자 회로로 구성되어 있다. 그러나 전자 회로를 이루는 도전성 패턴, 즉 배선 부분이 부분적으로 파손되거나, 변형될 경우 전자 디바이스가 안정적인 특성을 나타내지 못하고 산업상 이용하기 곤란하다. 따라서 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 이용하여 안정한 도전성 패턴을 형성하는 기술은 무척 중요하다.
그러나 종래의 기술들은 대부분 기판에 형성된 트렌치에 액체 금속을 주입하는 수준에 그치고 있으며, 이 경우 자유로운 패턴 형상의 형성이 어려울 뿐 아니라 패턴 형성 공정에 있어 여러 제약이 존재한다. 이러한 이유로 액체 금속을 이용한 도전성 패턴은 기존의 증착 등을 통해 형성되는 금속 배선을 대체할 수 없는 실정이다. 뿐만 아니라 액체 금속이 갖는 자체의 유동성으로 인해 미세 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술에 비해 공정이 개선되어 자유로운 패턴 형성이 가능한 도전성 패턴 기판을 제공하는 것이다. 또, 미세한 패턴을 가짐에도 불구하고, 인접한 패턴 간의 전기적 영향이 최소화된 도전성 패턴 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상온에서 액체 상태를 유지하여 제어가 쉽지 않은 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 액체 금속을 이용하여 손쉽게 도전성 패턴을 형성할 수 있는 도전성 패턴 형성용 스탬프를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판은, 일면 상에 트렌치가 형성된 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판의 상기 일면 상에 배치된 액체 금속 패턴을 포함하되, 상기 액체 금속 패턴은 상기 베이스 기판의 트렌치에 비해 상대적으로 돌출된 부분 상에 배치된다.
상기 액체 금속 패턴의 두께는 상기 트렌치의 최대 깊이 보다 클 수 있다.
또, 상기 액체 금속 패턴은 상기 트렌치와 비중첩할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 도전성 패턴 기판은 상기 액체 금속 패턴 상에 배치되고, 상기 베이스 기판 및 상기 액체 금속 패턴과 맞닿는 보호층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 보호층은 상기 트렌치를 적어도 부분적으로 충진하고, 평면 시점에서, 서로 인접한 액체 금속 패턴 사이에는 상기 보호층이 위치할 수 있다.
상기 액체 금속 패턴은, 상호 이격되어 서로 비도통 상태인 제1 액체 금속 패턴 및 제2 액체 금속 패턴을 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 액체 금속 패턴은, 제1 방향으로 연장된 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및 상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함할 수 있다.
또, 상기 제2 액체 금속 패턴은, 상기 제1 액체 금속 패턴의 제1 부분과 평행하게 연장된 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 부분과 상이한 방향으로 연장된 제2 부분, 및 상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 액체 금속 패턴의 제3 부분과 평행하게 연장된 제3 부분을 포함할 수 있다.
또한, 평면 시점에서, 상기 제1 액체 금속 패턴의 제1 부분은, 상기 제2 액체 금속 패턴의 제1 부분과 제3 부분 사이에 위치하고, 평면 시점에서, 상기 제1 액체 금속 패턴의 제3 부분은, 상기 제1 액체 금속 패턴의 제1 부분과 상기 제2 액체 금속 패턴의 제3 부분 사이에 위치할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 도전성 패턴 기판은, 상기 베이스 기판과 상기 보호층 사이에 배치되는 고유전층을 더 포함할 수 있다.
상기 고유전층은 상기 제1 액체 금속 패턴의 제1 부분과 상기 제2 액체 금속 패턴의 제1 부분 사이, 및 상기 제1 액체 금속 패턴의 제3 부분과 상기 제2 액체 금속 패턴의 제3 부분 사이에 위치할 수 있다.
또, 상기 고유전층은 상기 제1 액체 금속 패턴의 제1 부분과 제3 부분 사이에는 위치하지 않을 수 있다.
나아가, 상기 고유전층은 상기 트렌치와 중첩하지 않을 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 베이스 기판 상에 금속 나노입자를 도포하는 단계; 상기 금속 나노입자 상에 스탬프를 배치하고 상기 스탬프를 이용하여 상기 금속 나노입자를 가압하는 단계; 상기 스탬프에 의해 커버되지 않는 부분의 금속 나노입자를 제거하는 단계; 및 상기 금속 나노입자를 제거한 후에, 상기 스탬프를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 금속 나노입자는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화막 나노입자일 수 있다.
또, 상기 금속 나노입자의 평균 입도는 100nm 내지 300nm일 수 있다.
상기 스탬프를 이용하여 상기 금속 나노입자를 가압하는 단계에서, 상기 금속 나노입자는 액체화되며 도전성 패턴을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 금속 나노입자를 제거하는 단계와 상기 스탬프를 제거하는 단계 사이에, 상기 금속 나노입자가 제거되어 노출된 상기 베이스 기판의 표면 상에 부분적으로 고유전층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 상기 베이스 기판, 상기 도전성 패턴 및 상기 고유전층과 맞닿도록 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프는, 일 방향으로 연장된 가압면을 갖는 도전성 패턴 형성용 스탬프로서, 상기 가압면은, 기저면 및 상기 기저면의 가장자리부로부터 돌출된 측벽을 포함하여 형성된 트렌치를 갖는다.
상기 측벽의 내측면은 경사를 가지고, 상기 측벽의 단부는 팁(tip)을 형성할 수 있다.
상기 스탬프의 가압면은, 상기 기저면의 중앙부로부터 돌출된 돌출부를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 측벽의 높이는 상기 돌출부의 최대 높이 보다 클 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 상기 가압면의 연장 방향을 따라 연장된 격벽 형상일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 금속을 이용한 도전성 패턴이 형성되는 공간, 즉 베이스 기판에 별도의 트렌치를 형성하지 않고도 자유로운 형태의 도전성 패턴이 형성된 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또, 액체 금속을 이용함에도 불구하고 인접한 도전성 패턴 간의 전기적 영향을 최소화할 수 있고, 이를 통해 보다 미세 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한 공정 비용을 절감하고도 우수한 특성을 나타내는 도전성 패턴 기판을 제조할 수 있는 도전성 패턴 형성용 스탬프를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프의 배면사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프의 배면사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프의 단면도들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프의 평면도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 평면도이다.
도 10은 도 9의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 평면도이다.
도 12는 도 11의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14는 도 13의 액체 금속을 입자화하는 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 15 내지 도 17은 도 14의 액체 금속을 입자화하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18은 입자화된 액체 금속을 나타낸 개략도이다.
도 19 내지 도 27은 도 13의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 29 내지 34는 도 28의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 35 및 도 36은 실험예 1에 따른 도전성 패턴의 이미지들이다.
도 37 및 도 38은 실험예 2에 따른 도전성 패턴의 이미지들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', '상(on)', '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)의 배면사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 스탬프(1)는 가압면(11) 및 그립부(20)를 포함한다. 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)는 액체 금속을 이용하여 도전성 패턴을 형성하기 위한 스탬프일 수 있다. 구체적으로, 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)는 입자화된 액체 금속에 압력을 가하여 도전성 패턴을 형성하기 위한 스탬프일 수 있다.
가압면(11)은 전체적으로 보아 제1 방향(X)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게, 가압면(11)은 제1 방향(X)으로 연장된 부분 및 제2 방향(Y)으로 연장된 부분을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)를 이용하여 액체 금속 도전성 패턴을 형성할 경우, 형성된 도전성 패턴은 가압면(11)의 평면상 형상과 대략 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)를 이용할 경우 저항 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 가압면(11)이 대략 제1 방향(X)으로 연장된 형상이되, 제2 방향(Y)으로의 지그재그 형상을 갖는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 그립부(20)는 제3 방향(Z)으로 연장된 형상일 수 있다. 그립부(20)는 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)를 조작하기 위한 부분을 의미할 수 있다. 즉, 스탬프(1)를 이용하는 사람 또는 로봇 등의 기계 설비는 그립부(20)를 이용하여 가압면(11)을 원하는 위치로 정렬하고 제3 방향(Z)으로의 가압을 수행할 수 있다. 도 1은 그립부(20)가 제1 방향(X) 일단과 타단에 위치하여 2개인 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)를 이용하여 저항 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성하는 방법에 대해서는 도 13 등과 함께 상세하게 후술하기로 한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프에 대해 설명한다. 다만 앞서 설명한 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)와 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(2)의 배면사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(2)의 가압면(12)은 트렌치를 갖는 형상인 점이 도 1의 실시예에 따른 스탬프(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 가압면(12)은 기저면(12a) 및 기저면(12a)의 가장자리로부터 제3 방향(Z) 일측으로 돌출된 하나 이상의 측벽(12b)들을 가질 수 있다. 기저면(12a)의 상면 및 측벽(12b)의 측면은 함께 트렌치를 형성할 수 있다. 기저면(12a)과 측벽(12b)은 함께 입자화된 액체 금속에 압력을 가할 수 있다.
또, 기저면(12a)의 폭(W12)은 측벽(12b)의 높이, 즉 트렌치의 깊이(D12) 보다 클 수 있다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 스탬프(2)를 이용하여 베이스 기판 상에 도포된 액체 금속 입자에 압력을 가할 경우, 스탬프(2)의 가압면(12)에 상응하는 형상의 액체 금속 도전성 패턴이 형성될 수 있다. 상세한 예를 들어, 압력을 전달받은 액체 금속 입자가 액체화되며 도전성 패턴이 형성될 수 있다. 이 때 액체화된 액체 금속은 소정의 유동성을 가지며 퍼질 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(2)와 같이 기저면(12a)의 폭(W12)을 측벽(12b)의 높이(D12) 보다 크게 구성하여 액체 금속의 의도치 않은 유동을 최소화할 수 있다. 즉, 스탬프(2)의 가압면(12)의 측벽(12b)의 높이(D12)가 기저면(12a)의 폭(W12) 보다 클 경우 액체 금속이 액체화되는 순간에 액체 금속이 퍼지는 것을 방지할 수 없고 미세 패턴을 형성하기 곤란할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(3)의 단면도로서, 도 3과 대응되는 위치를 절개한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(3)의 측벽(13b)의 단부가 팁(tip) 내지는 첨단을 형성하는 점이 도 3 등의 실시예에 따른 스탬프(2)와 상이한 점이다. 측벽(13b)의 단부의 폭(T13)은 약 1,000㎛ 이하, 또는 약 500㎛ 이하, 또는 약 300㎛ 이하일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 스탬프(3)의 가압면(13)의 측벽(13b)의 측면은 부분적으로 경사를 형성할 수 있다. 이에 따라 측벽(13b)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 제3 방향(Z)을 따라 변화할 수 있다. 측벽(13b)의 측면이 형성하는 경사각은 약 75도 이상, 또는 약 76도 이상, 또는 약 77도 이상, 또는 약 78도 이상, 또는 약 79도 이상, 또는 약 80도 이상일 수 있다. 상기 경사각의 상한은 약 85도 이하, 또는 약 84도 이하, 또는 약 83도 이하, 또는 약 82도 이하, 또는 약 81도 이하일 수 있다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(3)를 제3 방향(Z)으로 가압하여 도전성 패턴을 형성할 수 있다. 즉 가압면(13)은 액체 금속 입자를 제3 방향(Z)으로 가압할 수 있다. 이 경우 스탬프(3)의 가압면(13)의 측벽(13b)의 내측면이 경사를 갖도록 함으로써 측벽(13b)의 내측면이 수직인 경우에 비해 보다 효과적인 제3 방향(Z)으로의 압력 전달이 가능할 수 있다. 즉, 액체 금속 입자에 압력을 전달하는 부분은 기저면(13a)의 상면, 측벽(13b)의 측면(경사면) 및 측벽(13b)의 상면을 포함할 수 있다.
또, 스탬프(3)의 가압면(13)의 트렌치는 그 내부에 액체 금속 입자를 충진할 수 있고, 충분한 압력을 가하는 경우에 액체 금속 입자를 안정적으로 수용하기 위해서는 측벽(13b)이 충분한 폭을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 반면 측벽(13b)의 단부의 폭(T13)이 지나치게 클 경우 측벽(13b)이 차지하는 공간으로 인해 미소한 폭을 갖는 도전성 패턴의 형성이 곤란할 수 있다.
뿐만 아니라, 측벽(13b)의 상면에 의해 압력을 받은 액체 금속 입자가 액체화되는 것은 미세 패턴의 형성 관점에서 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 기저면(13a) 및 측벽(13b)의 측면에 의해 압력을 받은 부분은 도전성 패턴의 중앙부에 대응되고, 측벽(13b)의 상면에 의해 압력을 받은 부분은 도전성 패턴의 가장자리부에 대응될 수 있다. 이 경우 도전성 패턴의 가장자리부, 즉 측벽(13b)의 상면에 의해 압력을 받아 액체화된 양이 과다할 경우 액체 금속의 유동성으로 인해 도전성 패턴의 폭이 지나치게 커질 수 있다. 나아가 액체 금속의 유동성이 제어되지 않을 경우 인접한 도전성 패턴 간에 전기적 단락이 발생하는 문제가 발생할 수도 있다.
후술할 바와 같이 액체 금속 입자의 평균 입도가 대략 100nm 내지 300nm를 갖는 경우, 측벽(13b)의 단부의 폭(T13)을 약 1,000㎛ 이하로 형성하여 측벽(13b)의 단부가 팁을 형성하도록 할 수 있고, 이에 따라 미세 패턴을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(4)의 단면도로서, 도 3과 대응되는 위치를 절개한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(4)의 가압면(14)은 기저면(14a)으로부터 돌출된 돌출부(14c)를 더 포함하는 점이 도 4의 실시예에 따른 스탬프(3)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 돌출부(14c)는 기저면(14a)의 대략 중앙부로부터 제3 방향(Z)으로 돌출될 수 있다. 돌출부(14c)의 돌출 높이(H14c)(예컨대, 최대 높이)는 측벽(14b)의 높이(H14b) 보다 작을 수 있다. 돌출부(14c)의 제3 방향(Z) 단부(도 5 기준 상측 단부)는 측벽(14b)의 단부와 마찬가지로 첨단 내지는 팁을 형성할 수 있다. 돌출부(14c)의 단부의 폭은 약 1,000㎛ 이하, 또는 약 500㎛ 이하, 또는 약 300㎛ 이하일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 돌출부(14c)의 양 측면은 모두 경사면일 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 스탬프(4)의 가압면(14)의 돌출부(14c)는 제1 방향, 즉 스탬프(4)의 가압면(14)의 연장 방향 내지는 트렌치의 연장 방향을 따라 연장된 격벽 형상일 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 스탬프(4)를 제3 방향(Z)으로 가압하여 액체 금속 입자를 액체화시켜 도전성 패턴을 형성할 수 있다. 스탬프(4)를 이용하여 형성된 도전성 패턴은 중앙부에서의 두께가 가장자리부에서의 두께 보다 큰 형태일 수 있다. 따라서 도전성 패턴의 중앙부에서는 내측(내지는 내부)까지 충분히 압력이 전달되지 않을 수 있다. 만일 액체 금속을 이용한 도전성 패턴의 내측까지 충분히 압력이 전달되지 않을 경우 도전성 패턴 내부에 액체화되지 않은 액체 금속 입자가 잔존할 수 있고 도전성 패턴의 국부적인 저항 차이를 야기할 수 있다.
본 실시예에 따른 스탬프(4)는 가압면(14)의 대략 중앙부에 위치하는 돌출부(14c)를 더 포함하여, 상대적으로 큰 두께를 갖는 도전성 패턴의 중앙부의 내측까지 직접적으로 압력을 전달할 수 있다. 즉, 돌출부(14c)는 액체 금속 도전성 패턴의 내측으로 침투하여 내측에 압력을 전달할 수 있고, 보다 균일한 도전성 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 돌출부(14c)의 측면을 경사면으로 형성하여, 기저면(14a)의 상면, 측벽(14b)의 측면(경사면), 돌출부(14c)의 상면 및 돌출부(14c)의 측면(경사면)을 이용하여 제3 방향(Z)으로의 압력 전달을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(5)의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(5)는 대략 제1 방향(X)으로 연장된 형상이되, 제2 방향(Y)이 아니라 대각선 방향으로 지그재그 형상을 갖는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 스탬프(1)와 상이한 점이다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(5)를 이용할 경우 저항 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 도전성 패턴 형성용 스탬프(5)의 형상 차이에 따라 그에 상응하는 특성을 갖는 도전성 패턴을 형성할 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 도전성 패턴 형성용 스탬프(5)의 연장 방향에 수직한 방향으로의 단면 형상은 도 3 내지 도 5와 함께 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)는 대략 'S'자로 굴곡된 부분을 갖는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 스탬프(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)의 가압면은 제1 방향(X)으로 연장된 부분 및 제2 방향(Y)으로 연장된 부분을 포함하되, 대략 'S'자로 굴곡된 형상일 수 있다. 도 7은 가압면이 평면상 각진 형상인 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
스탬프(6)를 이용하여 액체 금속 도전성 패턴을 형성할 경우, 형성된 도전성 패턴은 가압면의 평면상 형상과 대략 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)를 이용할 경우 커패시터 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 커패시터 소자의 어느 일측 단자를 형성하는 도전성 패턴을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)를 이용하여 커패시터 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성하는 방법에 대해서는 도 28 등과 함께 상세하게 후술하기로 한다.
도면으로 표현하지 않았으나, 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)의 연장 방향에 수직한 방향으로의 단면 형상은 도 3 내지 도 5와 함께 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)의 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)는 대략 나선 형상을 갖는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 스탬프(1)와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)의 가압면은 제1 방향(X)으로 연장된 부분 및 제2 방향(Y)으로 연장된 부분을 포함하되, 대략 나선(spiral) 형상을 가질 수 있다. 도 8은 가압면이 평면상 각진 형상인 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
스탬프(7)를 이용하여 액체 금속 도전성 패턴을 형성할 경우, 형성된 도전성 패턴은 가압면의 평면상 형상과 대략 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)를 이용할 경우 인덕터 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 대략 나선 형상의 도전성 패턴에 전류가 흐를 경우 유도기전력(induced electromotive force)이 발생할 수 있고 이를 통해 도전성 패턴은 인덕터(inductor) 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)를 이용하여 인덕터 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성하는 방법은, 도 1의 실시예에 따른 스탬프(1)를 이용하여 저항 소자로서 기능할 수 있는 도전성 패턴을 형성하는 방법과 실질적으로 동일할 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 도전성 패턴 형성용 스탬프(7)의 연장 방향에 수직한 방향으로의 단면 형상은 도 3 내지 도 5와 함께 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 도전성 패턴 기판에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)의 평면도이다. 도 10은 도 9의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)은 베이스 기판(200) 및 베이스 기판(200) 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴(301)을 포함할 수 있다. 도전성 패턴(301)은 그 자체가 저항 소자로서 기능하고, 도전성 패턴 기판(101)은 저항 소자 기판일 수 있다.
베이스 기판(200)은 도전성 패턴(301)이 배치되기 위한 공간을 제공할 수 있다. 베이스 기판(200)의 상면은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면 내에 위치할 수 있다. 즉, 베이스 기판(200)은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면 공간을 제공할 수 있다.
베이스 기판(200)은 도전성 패턴(301)을 안정적으로 지지할 수 있으면 그 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 유연성(flexibility), 신축성(stretchability), 폴더블(foldable) 및/또는 롤러블(rollable) 특성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 베이스 기판(200)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 다른 예를 들어, 베이스 기판(200)은 종이 등의 재료로 이루어질 수도 있다. 이 경우 베이스 기판(200)은 소정의 액체 투과성을 가질 수도 있다.
베이스 기판(200) 상에는 액체 금속을 포함하는 액체 금속 도전성 패턴(301)이 배치될 수 있다. 즉, 도전성 패턴(301)은 액체 금속 패턴일 수 있다. 상기 액체 금속은 갈륨 및 인듐을 포함하는 복합 조성의 액체 금속일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
평면 시점에서, 도전성 패턴(301)은 소정의 형상을 가지고 그 패턴의 형상으로 인해 도전성 패턴(301)은 고유한 특성을 나타낼 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도전성 패턴(301)은 전체적으로 제1 방향(X)으로 연장된 형상이되, 제2 방향(Y)으로의 지그재그 형상을 가지고 그 자체로 저항 소자로서 기능할 수 있다. 구체적으로, 도전성 패턴(301)은 제1 방향(X)으로 연장된 부분과 제2 방향(Y)으로 연장된 부분을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴(301)은 도 1 등의 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(1)를 이용하여 제조된 것일 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 실시예에서, 저항 소자로서 기능하는 도전성 패턴은 도 6의 실시예에 따른 스탬프(5)를 이용하여 제조될 수도 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 도전성 패턴(301)의 제1 방향(X) 일단과 타단이 각각 다른 구성요소, 예컨대 외부의 전자 회로 내지는 전기적 선로 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 도전성 패턴(301)의 제1 방향(X) 일단과 타단은 각각 부분적으로 확장되어 접점 패드부를 형성할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 베이스 기판(200)의 상면은 복수의 트렌치(210) 내지는 그루브(groove)를 가질 수 있다. 도전성 패턴(301)은 베이스 기판(200)의 트렌치(210)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 트렌치(210)가 베이스 기판(200)의 상면 중 함몰된 부분을 형성하고, 트렌치(210)가 형성되지 않은 베이스 기판(200)의 상면이 돌출된 부분을 형성하는 경우에, 도전성 패턴(301)은 베이스 기판(200)의 상대적으로 돌출된 부분 상에만 배치될 수 있다. 비제한적인 일례로, 도전성 패턴(301)은 베이스 기판(200)의 상대적으로 돌출된 부분과 맞닿고, 트렌치(210)와는 맞닿지 않을 수 있다.
액체 금속으로 이루어진 도전성 패턴(301)은 상온에서 액체 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 도전성 패턴(301)의 형상은 베이스 기판(200)과 액체 금속 간의 계면 장력 내지는 표면 장력에 의해 유지될 수 있다. 베이스 기판(200)의 상면이 트렌치(210)를 가지고 액체 금속 도전성 패턴(301)이 트렌치(210)에 의해 형성된 돌출 부분에 배치될 경우, 트렌치(210)와 돌출된 부분 간의 경계에 의해 액체 금속 도전성 패턴(301)이 더 퍼지지 않고 그 형상 내지는 그 폭을 유지할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 액체 금속 도전성 패턴(301)은 상온에서 액체 상태를 유지할 수 있고 그 자체의 유동성으로 인해 미소한 폭 내지는 크기를 갖는 도전성 패턴의 형성이 곤란할 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)과 같이 베이스 기판(200)에 트렌치를 형성하여 도전성 패턴(301)의 퍼짐을 물리적으로 제어할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도전성 패턴(301)의 최대 두께(T301)는 트렌치(210)의 최대 깊이(D210) 보다 클 수 있다. 예를 들어, 도전성 패턴(301)의 두께(T301)는 트렌치(210)의 깊이(D210)의 약 3배 이상 10배 이하, 또는 약 4배 이상 8배 이하일 수 있다. 도전성 패턴(301)의 두께(T301)와 트렌치(210)의 깊이(D210)가 상기 범위 내에 있을 때 유동성을 갖는 액체 금속 도전성 패턴(301)은 그 형상을 안정적으로 유지할 수 있다. 트렌치(210)의 깊이(D210)는 약 3,000㎛ 이하, 또는 약 2,000㎛ 이하, 또는 약 1,500㎛ 이하, 또는 약 1,000㎛ 이하, 또는 약 500㎛ 이하, 또는 약 300㎛ 이하, 또는 약 100㎛ 이하일 수 있다.
또, 베이스 기판(200)은 인접한 도전성 패턴(301) 사이의 이격 공간을 통해 적어도 부분적으로 노출된 상태일 수 있다. 예컨대, 도전성 패턴(301)은 제2 방향(Y)으로 연장된 제1 부분(즉, 도 10의 단면도에 표현된 부분), 제1 부분으로부터 제1 방향(X)으로 연장된 제2 부분, 및 제2 부분으로부터 다시 제2 방향(Y)으로 연장된 제3 부분(즉, 도 10의 단면도에 표현된 부분)을 포함할 수 있다. 이 때 베이스 기판(200)의 상면은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분의 이격 공간을 통해 노출된 상태일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 방향(X)을 따라 인접한 도전성 패턴(301) 간의 이격 거리는 도전성 패턴(301)의 제1 방향(X)으로의 폭 보다 작을 수 있다. 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)은 베이스 기판(200)의 상면 상에 형성된 트렌치(210)를 포함하고, 트렌치(210)에 의해 도전성 패턴(301)이 퍼지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 매우 미세한 폭을 갖는 도전성 패턴(301)을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도전성 패턴 기판(101)은 도전성 패턴(301) 상에 배치된 보호층(400)을 더 포함할 수 있다. 보호층(400)은 액체 금속 도전성 패턴(301) 및 베이스 기판(200)과 모두 맞닿도록 배치될 수 있다. 보호층(400)은 상온에서 액체 상태를 유지하는 도전성 패턴(301)을 보호할 수 있다. 즉, 보호층(400)은 도전성 패턴(301)의 상면 뿐 아니라 측면까지 커버할 수 있고, 서로 인접한 도전성 패턴(301) 사이에는 적어도 부분적으로 보호층(400)이 위치할 수 있다. 또, 보호층(400)은 트렌치(210)를 적어도 부분적으로 충진한 상태일 수 있다. 보호층(400)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다.
전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)은 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 도전성 패턴(301)을 이용함에도 불구하고 그 형상, 퍼짐의 제어가 용이하고, 나아가 도전성 패턴(301)을 전기적 선로로 이용하는 경우에도 안정적인 특성의 유지가 가능한 장점이 있다. 특히 외부로부터 충격이 가해지는 경우 등에도 도전성 패턴(301)의 형상 변형, 예컨대 인접한 도전성 패턴(301) 간에 전기적 단락이 발생하거나, 또는 도전성 패턴(301) 선로가 파괴되어 전기적 개방이 발생하는 등의 문제를 억제할 수 있고 신뢰도가 향상된 유연성을 갖는 도전성 패턴 기판(101)을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판에 대하여 설명한다. 다만, 앞서 설명한 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)과 실질적으로 동일하거나, 유사한 구성에 대한 중복되는 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(102)의 평면도이다. 도 12는 도 11의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(102)은 서로 이격된 제1 액체 금속 도전성 패턴(310) 및 제2 액체 금속 도전성 패턴(320)을 포함하여 커패시터 소자 기판을 형성하는 점이 도 9 등의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(101)과 상이한 점이다. 즉, 도전성 패턴(302)은 그 자체가 커패시터 소자로서 기능하고, 도전성 패턴 기판(102)은 커패시터 소자 기판일 수 있다.
제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 각각 액체 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 모두 액체 금속 패턴일 수 있다. 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)은 서로 전기적으로 비도통 상태일 수 있다. 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 서로 동일한 액체 금속 조성으로 이루어지고, 실질적으로 하나의 공정을 통해 형성될 수 있다. 또, 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 실질적으로 동일한 층에 위치하고, 서로 실질적으로 동일한 두께(T302)를 가질 수 있다.
커패시터 소자(11b)(capacitor element)는 정전기 유도 현상을 이용하여 대전된 전하를 축적하도록 구성될 수 있다. 이 경우 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)은 각각 커패시터 소자의 일측 단자와 타측 단자를 구성할 수 있다.
구체적으로, 평면 시점에서 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)은 각각 대략 'S'자 형상을 가지며 일정한 간격을 가지고 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격된 상태일 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴(302)은 도 7의 실시예에 따른 도전성 패턴 형성용 스탬프(6) 두 개를 이용하여 제조된 것일 수 있다. 즉, 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 각각 도전성 패턴 형성용 스탬프(6)를 이용하여 제조된 것일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 도전성 패턴(310)은 제1 방향(X)(도 11 기준 가로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제1 부분(311), 제1 패턴의 제1 부분(311)으로부터 제2 방향(Y)(도 11 기준 세로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제2 부분(312) 및 제1 패턴의 제2 부분(312)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제1 패턴의 제3 부분(313)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313)이 서로 평행한 방향(즉, 제1 방향(X))으로 연장된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
마찬가지로, 제2 도전성 패턴(320)은 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제1 부분(321), 제2 패턴의 제1 부분(321)으로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 제2 패턴의 제2 부분(322) 및 제2 패턴의 제2 부분(322)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제3 부분(323)을 포함할 수 있다. 제2 패턴의 제1 부분(321)은 부분적으로 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 방향(Y)으로 대면하고, 제2 패턴의 제2 부분(322)은 부분적으로 제1 패턴의 제2 부분(312)과 제1 방향(X)으로 대면하며, 제2 패턴의 제3 부분(323)은 부분적으로 제1 패턴의 제3 부분(313)과 제2 방향(Y)으로 대면할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 패턴의 제1 부분(321)과 제2 패턴의 제3 부분(323)이 서로 평행한 방향(즉, 제1 방향(X))으로 연장된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
평면 시점에서, 제1 패턴의 제1 부분(311)은 제2 패턴의 제1 부분(321)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이에 위치할 수 있다. 또, 평면 시점에서, 제1 패턴의 제3 부분(313)은 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이에 위치할 수 있다.
다시 말해서, 제2 도전성 패턴(320)의 제1 부분 내지 제3 부분(321, 322, 323)은 제1 방향(X) 일측(예컨대, 우측)으로 만입된 부분을 가지고, 제1 도전성 패턴(310)의 제1 부분 내지 제3 부분(311, 312, 313)은 제1 방향(X) 상기 일측(예컨대, 우측)으로 돌출된 부분을 가지며, 제1 도전성 패턴(310)의 돌출된 부분이 제2 도전성 패턴(320)의 만입된 부분에 삽입된 형태일 수 있다. 이를 통해 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320) 사이의 대면 면적을 증가시킬 수 있고, 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320) 사이의 부분의 유전성에 의해 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)은 함께 커패시터 소자로서 기능할 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 제1 도전성 패턴(310)의 일단 및 제2 도전성 패턴(320)의 타단은 각각 외부의 다른 구성요소, 예컨대 외부의 전자 회로 내지는 전기적 선로 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)의 단부는 각각 부분적으로 확장되어 접점 패드부를 형성할 수도 있다.
도 12에서 표현된 네 개의 도전성 패턴들, 즉 제1 패턴의 제1 부분(311), 제1 패턴의 제3 부분(313), 제2 패턴의 제1 부분(321) 및 제2 패턴의 제3 부분(323)은 각각 제1 방향(X)으로 연장된 부분이고, 서로 제2 방향(Y)으로 인접 배치된 부분들일 수 있다.
전술한 바와 같이 베이스 기판(200)의 상면은 복수의 트렌치(210) 내지는 그루브를 가질 수 있다. 이 경우 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 모두 트렌치(210)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 비제한적인 일례로, 제1 패턴의 제1 부분(311), 제1 패턴의 제3 부분(313), 제2 패턴의 제1 부분(321) 및 제2 패턴의 제3 부분(323)은 베이스 기판(200)의 상대적으로 돌출된 부분과 맞닿고, 트렌치(210)와는 맞닿지 않을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도전성 패턴(302)의 최대 두께는 트렌치(210)의 최대 깊이의 약 3배 이상 10배 이하, 또는 약 4배 이상 8배 이하임은 앞서 설명한 바와 같다.
또, 베이스 기판(200)은 인접한 도전성 패턴(302) 사이의 이격 공간을 통해 적어도 부분적으로 노출된 상태일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 도전성 패턴 기판(102)은 베이스 기판(200) 상에 배치된 고유전층을 더 포함할 수 있다. 고유전층(500)은 베이스 기판(200)과 직접 맞닿을 수 있다. 고유전층(500)의 재료는 커패시터 소자를 구현할 수 있도록 충분한 유전율을 갖는 경우 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 고유전층(500)은 보호층(410) 보다 높은 유전율을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 즉, 고유전층(500)은 보호층(410)에 비해 상대적으로 높은 유전율을 갖는 층을 의미한다.
고유전층(500)은 베이스 기판(200) 상에 배치되되, 베이스 기판(200)의 일부 영역 상에만 배치되고, 고유전층(500) 및 도전성 패턴(302)이 배치되지 않은 나머지 영역의 베이스 기판(200)의 상면은 노출될 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 액체 금속을 포함하는 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)이 함께 커패시터 소자를 형성하고, 각각 'S'자 형상으로 배치된 경우, 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320) 사이의 이격 공간의 유전율에 의해 커패시터 소자로서 기능할 수 있다.
즉, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 패턴의 제1 부분(321) 사이 및 제1 패턴의 제3 부분(313)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이는 전하가 축적되는 부분일 수 있다. 단면도로서 표현하지 않았으나, 제1 패턴의 제2 부분(312)과 제2 패턴의 제2 부분(322) 사이 또한 전하가 축적되는 부분일 수 있다. 반면, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313)은 서로 제2 방향(Y)으로 매우 인접 배치된 상태이나, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313) 사이에 전하가 축적되는 것은 바람직하지 못하다.
따라서 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(102)은 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)의 사이 영역, 구체적으로 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 패턴의 제1 부분(321) 사이, 및 제1 패턴의 제3 부분(313)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이에 고유전층(500)을 배치하여 커패시터 소자의 기능을 극대화할 수 있다. 반면, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313) 사이에는 고유전층(500)을 배치하지 않고 보호층(410)이 위치하도록 하여 제1 도전성 패턴(310)의 인접한 부분 간에 미치는 전기적 영향을 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라, 고유전층(500)은 격벽 기능을 수행할 수 있다. 즉, 고유전층(500)은 격벽층으로서의 기능을 수행할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 액체 금속 도전성 패턴(302)은 그 자체의 유동성으로 인해 인접한 패턴 간의 전기적 단락이 발생할 문제가 있다. 따라서 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320) 사이에 배치된 고유전층(500)은 격벽으로서 기능하여 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)이 접촉하는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과 또한 가지고 있다.
몇몇 실시예에서, 고유전층(500)의 최대 두께(T500)는 도전성 패턴(302)의 최대 두께(T302) 보다 클 수 있다. 만일 고유전층(500)의 최대 두께(T500)가 도전성 패턴(302)의 최대 두께(T302) 보다 작을 경우, 서로 대면하는 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)의 측면의 제3 방향(Z)으로의 높이에 따라 축적되는 전하량에 차이가 발생할 수 있다. 즉, 고유전층(500)을 충분한 높이로 형성함으로써 제3 방향(Z)으로의 위치에 따른 축적 전하 불균일 현상을 방지할 수 있다. 또한 고유전층(500)이 충분한 두께를 가짐으로써 제1 도전성 패턴(310)이 고유전층(500)을 도과하여 제2 도전성 패턴(320)과 접촉하고 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또, 고유전층(500)은 베이스 기판(200)의 상대적으로 돌출된 부분 상에만 배치되고, 트렌치(210)와 제3 방향(Z)으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다.
보호층(410)은 액체 금속 도전성 패턴(302), 베이스 기판(200) 및 고유전층(500)과 모두 맞닿도록 배치될 수 있다. 보호층(410)은 도전성 패턴(302) 및 고유전층(500)을 보호할 수 있다. 서로 인접한 도전성 패턴(302)들의 사이, 및 도전성 패턴(302)과 고유전층(500)의 사이에는 적어도 부분적으로 보호층(410)이 위치할 수 있다. 또, 보호층(410)은 트렌치(210)를 적어도 부분적으로 충진한 상태일 수 있다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(102)은 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 도전성 패턴(302)을 이용함에도 불구하고 그 형상 등의 제어가 용이하다. 특히 베이스 기판(200) 상에 부분적으로 격벽 기능과 함께 고유전체로서 작용하는 고유전층(500)을 배치하여 커패시터 소자의 특성을 향상시킬 수 있고, 제1 도전성 패턴(310)과 제2 도전성 패턴(320)이 단락되는 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 다만 전술한 구성요소와 실질적으로 동일하거나 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 14는 도 13의 액체 금속을 입자화하는 단계(S110)를 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 금속 산화물 입자, 즉 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S110), 베이스 기판 상에 액체 금속의 산화물 나노입자를 도포하는 단계(S120), 나노입자층에 스탬프를 가압하는 단계(S130), 잔여 나노입자들을 제거하는 단계(S140) 및 스탬프를 제거하는 단계(S160)를 포함하고, 보호층을 형성하는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.
또 도 14를 더 참조하면, 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S110)는 알코올 용액에 액체 금속을 혼합하는 단계(S101), 상기 혼합물을 초음파 처리하여 나노입자를 형성하는 단계(S103) 및 나노입자 부유물을 추출하는 단계(S104)를 포함하고, 알코올 용액에 금속 입자를 혼합하는 단계(S102)를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 15 내지 도 18을 더 참조하여 본 발명에 따른 액체 금속의 입자화 단계(S110)에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 15 내지 도 17은 도 14의 액체 금속을 입자화하는 단계(S110)를 설명하기 위한 도면들이다.
우선 도 13 내지 도 15를 참조하면, 알코올 용액(910)을 준비하고 액체 금속(920)을 혼합한다(S101). 알코올 용액(910)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 메탄올 또는 에탄올 등을 포함할 수 있다. 알코올 용액(910)에 액체 금속(920)을 혼합한 최초 상태에서 액체 금속(920)은 분산되지 않고 덩어리 상태를 유지할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 알코올 용액(910)에 금속 입자(930)를 혼합하는 단계(S102)를 더 포함할 수 있다. 금속 입자(930)는 상온에서 고체 상태를 갖는 금속 입자일 수 있다. 금속 입자(930)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 구리(Cu), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 또는 이들의 합금, 또는 이들의 산화물 또는 질화물 등을 이용할 수 있다.
금속 입자(930)는 추후 초음파 처리하는 단계(S103)에서 액체 금속(920)에 전달되는 에너지를 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 금속 입자(930)의 평균 입도는 약 100nm 내지 400nm, 또는 약 250nm 내지 300nm일 수 있다. 본 발명자들은 알코올 용액(910)에 액체 금속(920)을 혼합하고 약 100nm 내지 400nm의 평균 입도를 갖는 금속 입자(930)를 더 혼합하여 액체 금속을 이용한 도전성 패턴을 형성하기에 용이한 입도를 갖는 액체 금속 산화물 나노입자를 형성할 수 있음을 연구하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 금속 입자(930)를 더 혼합한 경우 그렇지 않은 경우에 비해 더 작은 크기 및 균일한 입도를 갖는 액체 금속 산화물 나노입자를 형성할 수 있다. 이 같은 측면에서 금속 입자(930)의 입도는 약 100nm 내지 400nm인 것이 바람직하다. 예를 들어 금속 입자(930)의 입도가 400nm를 초과할 경우, 액체 금속 산화물 나노입자의 크기가 매우 불균일하여 수율(yield)이 저하될 수 있다.
이어서 도 16을 더 참조하면, 알코올 용액(910), 액체 금속(920) 및 금속 입자(930)의 혼합물을 초음파 기구(S)를 이용하여 초음파 처리함으로서 액체 금속의 금속 산화물 입자(OP)를 형성한다(S103). 액체 금속의 금속 산화물 입자(OP)에 대해서는 도 18과 함께 후술한다. 본 단계(S103)에서 금속 산화물 입자(OP) 및 금속 입자(930)는 매질 상에서 분산되어 분산액을 형성할 수 있다.
이어서 도 17을 더 참조하면, 형성된 분산액을 침전시켜 부유물을 수득 내지는 추출한다(S104). 구체적으로, 분산액 중에서 금속 입자(930) 및 상대적으로 큰 입도를 갖는 금속 산화물 입자(OP)는 침전되고 슬러리 형태의 침전물(960)로 수득될 수 있다. 반면, 상대적으로 작은 입도를 갖는 금속 산화물 입자(OP), 예를 들어 약 100nm 내지 300nm 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP)는 부유 상태를 유지하여 상등액(970) 상태로 존재할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 추출된 금속 산화물 입자(OP)는 건조되어 분말화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 부유물을 수득하는 단계(S104)는 원심 분리 등을 통해 수행될 수도 있다.
도 18은 입자화된 액체 금속(OP)을 나타낸 개략도이다.
도 18을 더 참조하면, 본 실시예에 따라 준비된 금속 산화물 입자(OP)는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화물 나노입자일 수 있다. 다시 말해서, 금속 산화물 입자(OP)는 중앙부에 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 액적이 위치하고, 상기 액체 금속 액적을 둘러싸는 산화막이 형성된 상태의 금속 산화물 입자일 수 있다. 금속 산화물 입자(OP)는 액체 금속(920)이 알코올기와 반응하여 표면이 산화되어 형성된 것일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
앞서 설명한 것과 같이 본 실시예에 따른 액체 금속의 입자화 방법에 따르면, 내부에 액체 상태를 유지하는 액체 금속 액적(LM) 및 액체 금속 액적(LM)을 둘러싸는 산화막(OL)을 포함하는 금속 산화물 입자(OP)를 제조할 수 있다. 또, 알코올 용액에 금속 입자(930)를 혼합하여 액체 금속에 전달되는 에너지를 증가시킬 수 있다. 특히, 400nm 이하의 크기를 갖는 금속 입자(930)를 사용함으로써 준비되는 액체 금속의 산화물 입자(OP) 크기를 제어할 수 있고, 상대적으로 큰 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP)의 비중을 감소시킬 수 있다.
또한 상온에서 액체 상태를 유지하기 때문에 자유로운 취급이 곤란하여, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 종래 기술에 따를 때 트렌치 내에 액체 금속을 주입하는 방법 외에 액체 금속을 이용한 도전성 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있었다. 그러나 본 실시예에 따를 경우 표면에 고체 산화막이 형성되어 상대적으로 취급이 용이하되, 그 내부의 액체 금속은 액체 상태를 유지하는 액체 금속의 금속 산화물 입자(OP)를 형성할 수 있고, 금속 산화물 입자(OP)를 이용하여 후술할 바와 같이 도전성 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 도 19 내지 도 27을 더 참조하여 본 발명에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 19 내지 도 27은 도 13의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
구체적으로, 도 19는 금속 입자 산화물을 도포하는 단계(S120)를 나타낸 사시도이고, 도 20은 도 19의 단면도로서, 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.
또, 도 21은 스탬프를 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 단계(S130)를 나타낸 사시도이고, 도 22는 도 21의 D-D' 선을 따라 절개한 단면도로서, 세 개의 도전성 패턴을 나타내도록 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.
또, 도 23은 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S140)를 나타낸 사시도이고, 도 24는 도 23의 단면도로서, 도 22에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
또, 도 25는 스탬프를 제거하는 단계(S160)를 나타낸 사시도이고, 도 26은 도 25의 단면도로서, 도 22에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
또, 도 27은 보호층을 형성하는 단계(S170)를 나타낸 단면도로서, 도 22에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
우선 도 13 내지 도 20을 참조하면, 베이스 기판(201) 상에 액체 금속 산화물 입자, 즉 금속 산화물 입자(OP)를 도포하여 금속 산화물 입자층(600)을 형성한다(S120). 금속 산화물 입자(OP)는 도 14의 실시예에 따른 액체 금속의 입자화 방법에 따라 준비된 것일 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 입자(OP)는 건조된 분말 상태로 베이스 기판(201) 상에 도포 내지는 코팅될 수 있다. 금속 산화물 입자(OP)는 실질적으로 베이스 기판(201)의 전면(全面) 상에 도포될 수 있다.
금속 산화물 입자(OP)는 약 100nm 내지 300nm의 평균 입도를 가질 수 있다. 금속 산화물 입자(OP)의 입도가 300nm를 초과하면 후술할 바와 같이 스탬프를 이용하여 금속 산화물 입자(OP)에 순간적으로 압력을 가하여 도전성 패턴을 형성할 경우, 미세한 폭을 갖는 도전성 패턴의 형성이 어려워질 수 있다. 즉, 금속 산화물 입자(OP)가 액체화되는 순간에 유동성이 발생하고 상기 유동성으로 인해 인접한 패턴 간에 전기적 단락(shot)이 이루어지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 위해서 금속 산화물 입자(OP)의 입도가 300nm 이하일 필요가 있고, 이에 따라 알코올 용액에 금속 입자를 혼합하여 금속 산화물 입자(OP)의 입도의 제어가 필요하다.
이어서, 도 21 및 도 22를 더 참조하면, 금속 산화물 입자층(610) 상에 스탬프(4)를 가압하여 도전성 패턴(301)을 형성한다(S130). 도 21 및 도 22는 도 5에 따른 단면을 갖는 스탬프(4)를 이용하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 5와 함께 전술한 것과 같이 스탬프(4)의 가압면(14)은 트렌치를 가지되, 측벽(14b)의 단부는 첨단을 형성할 수 있다. 또, 가압면(14)의 기저면(14a)은 대략 중앙부로부터 돌출된 돌출부(14c)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 스탬프(4)의 가압면(14)의 측벽(14b)의 단부는 약 1,000㎛ 이하, 또는 약 500㎛ 이하, 또는 약 300㎛ 이하의 폭을 갖는 첨단(tip)을 형성할 수 있다. 특히 금속 산화물 입자(OP)의 평균 입도가 대략 100nm 내지 300nm인 경우, 측벽(14b)의 단부가 상기 범위에 있는 폭을 갖도록 하여 정밀도가 향상된 도전성 패턴(301)을 형성할 수 있다.
금속 산화물 입자층(610) 내 금속 산화물 입자(OP) 중 적어도 일부는, 스탬프(4)의 측벽(14b)의 내측벽, 기저면(14a) 및 돌출부(14c)의 상면과 경사진 측면에 의해 압력을 전달받을 수 있다. 이 경우 스탬프(4)에 의해 압력을 받은 금속 산화물 입자(OP)는 외부 표면의 산화막이 파괴되며 내부의 액체 금속이 용출될 수 있다. 즉, 스탬프(4)에 의해 압력을 전달받은 금속 산화물 입자(OP)는 액체화될 수 있다. 베이스 기판(200) 상에 스탬프(4)가 배치된 상태에서, 액체화된 부분은 베이스 기판(200)의 상면과 스탬프(4)의 가압면(14)에 의해 트랩된 상태를 유지할 수 있다. 상기 액체화된 부분은 추후 도전성을 갖는 도전성 패턴(301)으로 잔존할 수 있다.
반면, 스탬프(4)와 중첩하지 않는 금속 산화물 입자층(610) 부분, 즉 스탬프(4)에 의해 직접적으로 가압되지 않은 금속 산화물 입자층(610)은 금속 산화물 입자(OP) 상태로 존재할 수 있다. 이에 따라 인접한 스탬프(4)의 부분들 사이에는 금속 산화물 입자(OP)가 개재된 상태일 수 있다.
특히 스탬프(4)가 돌출부(14c)를 포함함으로써 도전성 패턴(301)의 중앙부 내측 영역까지 충분한 압력이 전달될 수 있다. 이를 통해 도전성 패턴(301) 내부에 액체화되지 않은 금속 산화물 입자(OP)가 잔존하는 것을 최소화할 수 있고, 균일한 특성을 갖는 도전성 패턴(301)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 베이스 기판(200)의 상면에는 트렌치(210)가 형성될 수 있다. 즉, 액체 금속을 포함하는 도전성 패턴(301)을 형성하는 단계(S130)에서 베이스 기판(200)에는 트렌치(210)가 형성될 수 있다.
이어서 도 23 및 도 24를 더 참조하면, 액체화되지 않은 잔여 금속 산화물 입자를 제거한다(S140). 즉, 스탬프(4)에 의해 커버되지 않고 인접한 스탬프(4)의 부분들 사이에 잔존하고 있던 금속 산화물 입자를 제거한다. 금속 산화물 입자가 제거된 후 베이스 기판(200)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S140)는 블로잉 공정 내지는 초음파 처리 공정 등을 통해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 단계(S140)에서 스탬프(4)는 여전히 베이스 기판(200)과 밀착되어 배치된 상태이고, 액체화된 도전성 패턴(301)은 베이스 기판(200)의 상면과 스탬프(4)의 가압면에 의해 트랩된 상태를 유지할 수 있다.
이어서 도 25 및 도 26을 더 참조하면, 베이스 기판(200) 상에 배치되어 있던 스탬프를 제거한다(S160). 이를 통해 베이스 기판(200) 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴(301), 즉 액체 금속 패턴을 형성할 수 있다. 또, 베이스 기판(200) 상면에 형성된 트렌치(210)를 노출시킬 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 액체 금속과 베이스 기판(200) 간의 계면 장력 내지는 표면 장력에 의해 도전성 패턴(301)의 측면은 역경사를 가질 수도 있다. 또, 도전성 패턴(301)과 트렌치(210)가 중첩하지 않음은 앞서 설명한 바와 같다. 트렌치(210)와 액체 금속 도전성 패턴(301)이 배치되는 돌출면 사이의 경계에 의해 도전성 패턴(301)은 유동성을 가짐에도 불구하고 그 형상을 유지할 수 있다.
이어서 도 27을 더 참조하면, 도전성 패턴(301) 및 베이스 기판(200)과 맞닿도록 보호층(400)을 형성한다(S170). 보호층(400)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 코팅 방법을 통해 형성할 수 있다. 보호층(400)에 대해서는 도 10 등과 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 따르면, 스탬프의 형상, 구체적으로 스탬프의 가압면의 형상 변형을 통해 다양한 형태의 액체 금속 도전성 패턴(301)을 형성할 수 있다. 또한 반복 공정을 통해 도전성 패턴(301)의 반복 형성 내지는 전기적 선로의 연장을 수행하기 용이한 장점이 있다.
이상에서 도 9 및 도 10에 따른 도전성 패턴 기판을 예로 하여 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 이하, 도 11 및 도 12에 따른 도전성 패턴 기판을 예로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 29는 도 28의 스탬프를 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 단계(S230)를 나타낸 사시도이고, 도 30은 도 29의 E-E' 선을 따라 절개한 단면도로서, 인접한 네 개의 도전성 패턴을 나타내도록 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.
또, 도 31은 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S240)를 나타낸 단면도로서, 도 30에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
또, 도 32는 고유전층(high dielectric layer)을 형성하는 단계(S250)를 나타낸 단면도로서, 도 30에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
또, 도 33은 스탬프를 제거하는 단계(S260)를 나타낸 단면도로서, 도 30에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
또, 도 34는 보호층을 형성하는 단계(S270)를 나타낸 단면도로서, 도 30에 상응하는 위치를 나타낸 단면도이다.
우선 도 28을 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 금속 산화물 입자, 즉 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S210), 베이스 기판 상에 액체 금속의 산화물 나노입자를 도포하는 단계(S220), 나노입자층에 스탬프를 가압하는 단계(S230), 잔여 나노입자들을 제거하는 단계(S240), 스탬프를 제거하는 단계(S160) 및 보호층을 형성하는 단계(S170)를 포함하되, 고유전층을 형성하는 단계(S250)를 더 포함하는 점이 도 13의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법과 상이한 점이다.
액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S210) 및 베이스 기판 상에 액체 금속의 산화물 나노입자를 도포하는 단계(S220)는 전술한 실시예와 실질적으로 동일한 바 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 29 및 도 30을 더 참조하면, 금속 산화물 입자층(620) 상에 스탬프(6a, 6b)를 가압하여 도전성 패턴(302)을 형성한다(S230). 도 29 및 도 30은 도 7에 따른 스탬프(6a, 6b)를 두 개 이용하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 또, 스탬프(6a, 6b)는 도 5와 함께 전술한 것과 같은 단면 형상을 가질 수 있다.
금속 산화물 입자층(620) 내 금속 산화물 입자(OP) 중 적어도 일부는, 제1 스탬프(6a)의 측벽의 내측벽, 기저면 및 돌출부의 상면과 경사진 측면에 의해 압력을 전달받을 수 있다. 이를 통해 제1 스탬프(6a)에 의해 압력을 받은 금속 산화물 입자(OP)는 외부 표면의 산화막이 파괴되며 내부의 액체 금속이 용출되고, 액체화되며 제1 도전성 패턴(310)을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 제2 스탬프(6b)에 의해 압력을 받은 금속 산화물 입자(OP)는 외부 표면의 산화막이 파괴되며 내부의 액체 금속이 용출되고, 액체화되며 제2 도전성 패턴(320)을 형성할 수 있다. 제1 스탬프(6a)에 의한 가압과 제2 스탬프(6b)에 의한 가압은 동시에, 또는 순차적으로 이루어질 수 있다. 제1 도전성 패턴(310) 및 제2 도전성 패턴(320)은 서로 이격되며 전기적으로 비도통 상태일 수 있다.
구체적으로, 제1 도전성 패턴(310)은 제1 방향(X)으로 연장된 제1 패턴의 제1 부분(311), 제1 패턴의 제1 부분(311)으로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 제1 패턴의 제2 부분 및 제1 패턴의 제2 부분으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제1 패턴의 제3 부분(313)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313)이 서로 평행한 방향(즉, 제1 방향(X))으로 연장된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
마찬가지로, 제2 도전성 패턴(320)은 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제1 부분(321), 제2 패턴의 제1 부분(321)으로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 제2 패턴의 제2 부분 및 제2 패턴의 제2 부분으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제3 부분(323)을 포함할 수 있다.
제2 패턴의 제1 부분(321)은 부분적으로 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 방향(Y)으로 대면하고, 제2 패턴의 제2 부분은 부분적으로 제1 패턴의 제2 부분과 제1 방향(X)으로 대면하며, 제2 패턴의 제3 부분(323)은 부분적으로 제1 패턴의 제3 부분(313)과 제2 방향(Y)으로 대면할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 패턴의 제1 부분(321)과 제2 패턴의 제3 부분(323)이 서로 평행한 방향(즉, 제1 방향(X))으로 연장된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
평면 시점에서, 제1 패턴의 제1 부분(311)은 제2 패턴의 제1 부분(321)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이에 위치할 수 있다. 또, 평면 시점에서, 제1 패턴의 제3 부분(313)은 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이에 위치할 수 있다.
도 30에서 표현된 네 개의 도전성 패턴들, 즉 제1 패턴의 제1 부분(311), 제1 패턴의 제3 부분(313), 제2 패턴의 제1 부분(321) 및 제2 패턴의 제3 부분(323)은 각각 제1 방향(X)으로 연장된 부분이고, 서로 제2 방향(Y)으로 인접 배치된 부분들일 수 있다.
한편, 스탬프(6a, 6b)와 중첩하지 않는 금속 산화물 입자층(620) 부분, 즉 스탬프(6a, 6b)에 의해 직접적으로 가압되지 않은 금속 산화물 입자층(620)은 금속 산화물 입자(OP) 상태로 존재할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 베이스 기판(200)의 상면에는 제1 스탬프(6a) 및 제2 스탬프(6b)에 의해 트렌치(210)들이 형성될 수 있다.
이어서 도 31을 더 참조하면, 액체화되지 않은 잔여 금속 산화물 입자를 제거한다(S240). 즉, 인접한 제1 스탬프(6a)의 부분과 제1 스탬프(6a)의 부분 사이, 및 제1 스탬프(6a)와 제2 스탬프(6b) 사이에 잔존하고 있던 금속 산화물 입자를 제거한다. 금속 산화물 입자가 제거된 후 베이스 기판(200)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S240)는 블로잉 공정 내지는 초음파 처리 공정 등을 통해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 단계(S240)에서 제1 스탬프(6a) 및 제2 스탬프(6b)는 여전히 베이스 기판(200)과 밀착되어 배치된 상태이고, 액체화된 도전성 패턴(302)은 베이스 기판(200)의 상면과 스탬프(6a, 6b)의 가압면에 의해 트랩된 상태를 유지할 수 있다.
이어서 도 32를 더 참조하면, 베이스 기판(200) 상에 고유전층(500)을 형성한다(S250). 고유전층(500)은 베이스 기판(200) 상에 배치되되, 베이스 기판(200)의 일부 영역 상에만 배치되고, 고유전층(500) 및 도전성 패턴(302)이 배치되지 않은 나머지 영역의 베이스 기판(200)의 상면은 노출될 수 있다. 도전성 패턴(302)이 커패시터 소자로서 기능할 경우, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제2 패턴의 제1 부분(321) 사이 및 제1 패턴의 제3 부분(313)과 제2 패턴의 제3 부분(323) 사이는 전하가 축적되는 부분일 수 있다. 반면, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313)은 서로 제2 방향(Y)으로 매우 인접 배치된 상태이나, 제1 패턴의 제1 부분(311)과 제1 패턴의 제3 부분(313) 사이에 전하가 축적되는 것은 바람직하지 못하다.
따라서 제1 스탬프(6a)의 부분과 제1 스탬프(6a)의 부분 사이에는 고유전층(500)을 형성하지 않고, 제1 스탬프(6a)와 제2 스탬프(6b) 사이의 부분에만 고유전층(500)을 형성하여 커패시터 소자의 기능을 극대화할 수 있다.
고유전층(500)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 제1 스탬프(6a)와 제2 스탬프(6b) 사이의 이격 공간에 고유전율 재료를 충진 내지는 코팅하고 건조하여 형성할 수 있다. 본 단계(S250)에서, 고유전층(500)의 측면은 경사를 가지고, 고유전층(500)의 측면은 제1 스탬프(6a) 및/또는 제2 스탬프(6b)와 부분적으로 이격될 수 있다.
이어서 도 33을 더 참조하면, 베이스 기판(200) 상에 배치되어 있던 스탬프를 제거한다(S260). 이를 통해 베이스 기판(200) 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴(302), 즉 액체 금속 패턴을 형성할 수 있다. 도전성 패턴(302)과 고유전층(500) 및 트렌치(210) 간의 위치 관계에 대해서는 앞서 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
이어서 도 34를 더 참조하면, 도전성 패턴(302), 고유전층(500) 및 베이스 기판(200)과 맞닿도록 보호층(410)을 형성한다(S270). 보호층(410)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 코팅 방법을 통해 형성할 수 있다.
이하, 실험예를 더 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
[실험예 1]
폴리디메틸실록산 기판 상에 도 15 내지 도 17의 방법에 따라 제조된 액체 금속-산화막 나노입자를 도포하였다. 그리고 철핀, 즉 마이크로-프로브 팁으로 액체 금속-산화물 나노입자층을 일직선으로 긁었다. 이를 복수번 수행하고 각 이미지를 도 35 및 도 36에 나타내었다.
그 다음 잔여 액체 금속-산화막 나노입자를 바람을 이용하여 제거하고 잔존하는 액체 금속 도전성 선로의 저항을 측정한 결과, 저항값이 0에 가까운 것을 확인할 수 있었다.
즉, 액체 금속을 산화막으로 캡슐레이션하여 입자화하고 상기 입자화된 액체 금속 나노입자에 압력을 가할 경우 액체 금속 패턴을 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 실질적으로 저항을 갖지 않아 도전성 패턴으로 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
폴리디메틸실록산 기판 상에 도 15 내지 도 17의 방법에 따라 제조된 액체 금속-산화막 나노입자를 도포하였다. 그리고 약 150㎛의 폭을 갖는 바(bar) 형상의 스탬프를 이용하여 액체 금속-산화물 나노입자층을 가압하였다. 이를 복수번 수행하고 각 이미지를 도 37 및 도 38에 나타내었다.
그 다음 잔여 액체 금속-산화막 나노입자를 바람을 이용하여 제거하고 잔존하는 액체 금속 도전성 선로의 저항을 측정한 결과, 저항값이 0에 가까운 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 도전성 패턴 형성용 스탬프
11: 가압면
20: 그립부
200: 베이스 기판
210: 트렌치
301: 액체 금속 패턴
400: 보호층

Claims (9)

  1. 트렌치가 형성된 베이스; 및
    상기 베이스 상에 배치된 액체 상태의 액체 금속 패턴과 고유전층을 포함하되,
    상기 액체 금속 패턴과 고유전층은 트렌치를 사이에 두고 서로 수평 방향으로 이격되어, 상기 액체 금속 패턴 및 고유전층은 상기 베이스의 트렌치와 비중첩하는,
    액체 금속 패턴을 이용한 도전성 패턴 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 금속 패턴의 최대 두께는 트렌치의 최대 깊이 보다 큰 도전성 패턴 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 금속 패턴 상에 배치되고, 상기 고유전층과 맞닿는 보호층을 더 포함하되, 상기 보호층은 상기 트렌치를 적어도 부분적으로 충진하는 도전성 패턴 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액체 금속 패턴 상에 배치되고, 상기 고유전층과 맞닿는 보호층을 더 포함하되, 평면 시점에서, 서로 인접한 액체 금속 패턴 사이에는 상기 보호층이 위치하는 도전성 패턴 기판.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고유전층의 최대 높이는 상기 액체 금속 패턴의 최대 높이 보다 큰 도전성 패턴 기판.
  7. 베이스 상에 산화막에 피복된 액체 금속을 포함하는 분말상의 금속성 입자를 도포하는 단계;
    스탬프를 이용해서 상기 금속성 입자의 적어도 일부를 커버하여, 상기 금속성 입자 및 베이스를 가압하는 단계; 및
    상기 베이스 상에 스탬프가 배치된 상태에서, 스탬프에 의해 커버되지 않는 부분의 베이스 상에 고유전층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 스탬프를 이용하여 금속성 입자 및 베이스를 가압하는 단계에서, 상기 금속성 입자의 산화막이 파괴되어 액체화되고, 상기 베이스에 트렌치가 형성되고,
    상기 액체화된 액체 금속과 상기 고유전층은 상기 트렌치를 사이에 두고 이격되는,
    액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스탬프를 이용하여 금속성 입자 및 베이스를 가압하는 단계와, 상기 고유전층을 형성하는 단계 사이에, 상기 베이스 상에 스탬프가 배치된 상태에서 스탬프에 의해 커버되지 않는 부분의 베이스 상의 잔여 금속성 입자를 제거하는 단계를 더 포함하는 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고유전층을 형성하는 단계 후에, 비로소 스탬프를 제거하는 단계를 더 포함하는 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
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