KR102382369B1

KR102382369B1 - 전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법

Info

Publication number: KR102382369B1
Application number: KR1020200047432A
Authority: KR
Inventors: 김석순
Original assignee: (주)유니젯
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2022-04-04
Also published as: US20230156925A1; EP4142437A1; WO2021215631A1; CN115428596A; KR20210129432A

Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 전체적인 공정을 간단하게 함으로써 20um보다 작은 미세패턴을 갖는 기판을 신속하게 제조할 수 있는 전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 전도성 미세패턴 형성방법은, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성방법으로서, 상기 경로의 전방측에서 광경화성 잉크를 토출함과, 상기 경로의 후방측에서 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출함과, 상기 토출된 광경화성 잉크에 광에너지를 가함이 모두 동시에 이루어지는 타적공정;을 포함하고, 상기 광에너지는, 상기 광경화성 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 액체 상태의 휘발성 잉크와 경계를 이루고, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크의 경화가 완전히 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.

Description

전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING A CONDUCTIVE FINE PATTERN}

본 발명은 전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 전체적인 공정을 간단하게 함으로써 20um보다 작은 미세패턴을 갖는 기판을 신속하게 제조할 수 있는 전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법에 관한 것이다.

잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 전도성 패턴을 인쇄하는 방법은 인쇄전자 기술 개발 초기에 개발되어 80~150um의 선 폭을 이용한 PCB 제조 기술이 개발되었다.

그러나, 이러한 잉크젯 프린팅 기술은 많은 장점에도 불구하고 PCB 제조에 많이 사용되지 않고 있는데, 그 이유는 PCB에서 높은 두께의 선 폭을 달성하기 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라 스크린 프린팅 기술에 비해 제조비용이 높고, 생산성이 떨어지기 때문이다.

이러한 이유로, 현재의 잉크젯 프린팅 기술은 50~80um의 선 폭으로 이루어진 소량 다품종 PCB 제품을 제작하거나 소량의 PCB 샘플을 제작하는 것과 같이, 매우 제한된 범위에서만 적용되고 있는 실정이다.

한편, 최근의 차세대 PCB 또는 HDI(High Density Interconnect) 보드는 고직접화가 가능하도록 대략 20um보다 작은 미세패턴을 갖도록 제작되어야 하는데, 스크린 프린팅 기술은 고직접화 및 균일화가 떨어져 고집적화된 PCB의 제작에 이용되기 어려운 문제가 있기 때문에 리소그래피나 레이저를 이용한 방법으로 고집적화된 PCB 또는 HDI를 제조하고 있고, 특히, 휴대기기용 고밀도 PCB 또는 HDI등은 리소그래피나 레이저 방식과 같은 고비용의 제조방법으로 제조되고 있다.

한편, 잉크젯 프린팅 기법은 기존의 노광, 에칭, 도금 공정에 의하지 않고 배선을 직접 형성할 수 있는 방법으로서, 미세 노즐을 통하여 용액이나 현탁액을 수 내지 수십 pl(pico liter)의 방울로 분사하여 수십 마이크로미터 폭의 미세패턴을 형성하는 기술이다.

구체적으로, 미세패턴 부분이 친수성 특성을 갖고, 그 외 나머지 부분이 소수성 특성을 갖도록 기판의 표면을 먼저 표면처리한 후 친수성 특성을 갖는 부분에 전도성 잉크로 미세패턴을 형성하였다.

더욱 구체적으로, 리소그래피 방식 또는 소수성 막을 도포하고 UV 광으로 식각 처리를 이용한 소수성 패턴에 전도성 재료를 도포하는 방식으로 소수성 그리고 친수성을 구분하게 하여 만든 후 전도성 잉크를 도포함에 따라 도포된 모든 잉크가 친수성 영역으로 모이게 하는 방식을 적용하여 미세패턴을 구현하였다.

상술한 바와 같은 종래의 잉크젯 프린팅 기법은 설계변경이 용이하고, 포토마스크의 제작비용감소, 제조공정 시간의 감소로 점차 그 사용이 증가하고 있는 추세이다.

그러나, 소수성/친수성을 갖도록 기판의 표면처리를 하는 공정으로 인하여 높은 제조비용을 야기하는 단점이 있었다.

한편, 잉크젯 프린팅 기법은 상용화된 잉크젯 헤드의 제한으로 잉크젯 방식으로 구현할 수 있는 잉크 방울의 크기가 1pl(직경 12.6um)이기 때문에 잉크젯 기술만으로 20um의 미세패턴을 구현하는 것은 사실상 불가능하다.

구체적으로, 1pl(12.6um 직경) 크기의 잉크 방울이 토출되어 기판의 표면에 안착되면, 표면 상태에 따라서 잉크가 다양한 크기로 퍼지게 되는데, 일반적인 표면 상태에서는 보통 잉크 방울의 약 3배(35um) 또는 4배(47um) 의 선 폭이 형성되는 것이고, 기판의 표면 상태를 소수성으로 처리하면 잉크 방울의 2배(22um)까지 구현할 수도 있지만, 실제적으로 다양한 응용 분야에서 요구되는 이 보다 더 작은 선 폭의 라인을 구현하기 어렵고 더욱이 이런 공정으로 제품 생산을 하는 것은 더욱 어렵다.

또한, 잉크 방울이 작아지면 미세패턴의 두께도 따라서 낮아지게 되어 더 높은 두께의 미세패턴을 구현하는 것은 더 어렵고, 구현이 되더라도 미세패턴의 경계가 균일하지 않아서 많은 전송 손실이 발생하게 되어 실제 응용 분야에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 가열된 기판으로 잉크 방울을 토출하여, 기판을 열로 인해 잉크 방울을 건조하여 프린팅을 하기도 하는데, 이처럼 기판을 가열하여 잉크를 건조시키게 되면, 이에 따른 영향으로 헤드의 노즐 내 잉크 중에 포함된 솔벤트의 증발로 인하여 헤드의 노즐 자체가 막혀서 인쇄가 불량하게 이루어지거나 인쇄 자체가 불가능한 문제가 있다.

또한, 기판을 가열하는 방식은 기판 자체와 잉크젯 헤드의 열팽창을 발생시키기 때문에, 이로 인한 오차로 인해 정밀한 미세패턴의 구현이 불가능한 문제가 있다.

한국공개특허 제10-2019-0131189호(공개일자 2019년11월26일)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 전체적인 공정을 간단하게 함으로써 20um보다 작은 미세패턴을 갖는 기판을 신속하게 제조할 수 있는 전도성 미세패턴 형성장치 및 형성방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전도성 미세패턴 형성방법은, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성방법으로서, 상기 경로의 전방측에서 광경화성 잉크를 토출함과, 상기 경로의 후방측에서 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출함과, 상기 토출된 광경화성 잉크에 광에너지를 가함이 모두 동시에 이루어지는 타적공정;을 포함하고, 상기 광에너지는, 상기 광경화성 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 기판에 타적된 액체 상태의 휘발성 잉크와 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크의 경화가 완전히 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.

바람직하게, 상기 타적공정 이후에, 상기 휘발성 잉크를 건조시키는 건조공정;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 건조공정 이후에, 상기 휘발성 잉크의 건조에 의해 형성된 전도성 미세패턴에 휘발성 잉크를 추가로 타적하여 건조시키는 후막공정;을 적어도 1회 이상 수행할 수 있다.

바람직하게, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크는 2 피코리터(pL) 이하의 방울 크기로 토출되며, 상기 광경화성 잉크는 비전도성 영역으로 형성하고자 하는 절연 영역에 타적되고, 상기 휘발성 잉크는 전도성 미세패턴으로 형성하고자 하는 전도성 영역에 타적될 수 있다.

바람직하게, 상기 절연 영역은 서로 이격된 복수의 라인 형태의 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 복수의 라인 형태의 영역 사이 영역으로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 광경화성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고, 상기 휘발성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며, 상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는, 상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전도성 미세패턴 형성장치는, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성장치로서, 상기 경로의 전방측에서 광경화성 잉크를 토출하는 제1 토출헤드; 상기 경로의 후방측에서 상기 제1 토출헤드와 동시에 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출하는 제2 토출헤드; 및 상기 제1 토출헤드에서 토출된 광경화성 잉크에 광에너지를 가하는 광조사기;를 포함하며, 상기 광조사기는, 상기 제1 토출헤드에서 토출되어 비행하는 광경화성 잉크가 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 제2 토출헤드에서 토출되어 타적된 휘발성 잉크와 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크의 경화가 완전히 이루어지도록 광에너지 강도가 설정된다.

바람직하게, 상기 제1 토출헤드는, 상기 기판의 비전도성 영역으로 형성하고자 하는 절연 영역에 2 피코리터(pL) 이하의 광경화성 잉크 방울을 토출하도록 구성되고, 상기 제2 토출헤드는, 상기 기판의 전도성 미세패턴으로 형성하고자 하는 전도성 영역에 2 피코리터(pL) 이하의 휘발성 잉크 방울을 토출하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 비전도성 영역은 서로 이격된 복수의 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 비전도성 영역의 사이 영역으로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 전체적인 공정을 간단하게 함으로써 20um보다 작은 미세패턴을 갖는 기판을 신속하게 제조할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기판으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치의 주요구성부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치를 도시한 개략도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수 항목들의 조합 또는 복수 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결되어’있다거나 ‘접속되어’있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘직접 연결되어’있다거나 ‘직접 접속되어’있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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 ‘구비하다’, ‘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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치는, 프린팅 경로를 따라 잉크를 젯팅하는 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성장치로서, 주요 구성요소인 제1 토출헤드(100), 제2 토출헤드(200) 및 광조사기(300)를 포함하여 구성되며, 도 1 및 도 3을 참조하여 상기 주요 구성요소를 포함한 세부적인 구성에 대해 설명하도록 한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전도성 미세패턴 형성장치는 전도성 미세패턴을 형성하고자 하는 기판을 이동시키는 기판 이동 장치, 상기 기판의 이동방향 전방측에서 상기 광경화성 잉크를 토출하는 제1 토출헤드(100), 상기 제1 토출헤드(100)의 후방에 바로 인접하여 설치되는 광조사기(300), 상기 기판의 이동방향 후방측에 설치되어 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출하는 제2 토출헤드(200)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 토출헤드(100), 상기 광조사기(300) 및 상기 제2 토출헤드(200)는 순차적으로 바로 인접하여 배치되도록 구성된다.

특히, 상기 광조사기(300)는, 상기 제1 토출헤드(100)에서 토출되어 비행하는 광경화성 잉크가 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 상기 제2 토출헤드(200)에서 토출되어 타적된 휘발성 잉크와 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크의 경화가 완전히 이루어지도록 광에너지 강도가 설정된다.

구체적으로, 상기 제1 토출헤드(100)에서 토출된 광경화성 잉크가 상기 기판 상에 타적되어 완전하게 경화되기 이전에, 상기 제2 토출헤드(200)에서 휘발성 잉크가 토출되며, 이로 인하여 상기 광경화성 잉크가 상기 기판 상에서 타적되어 완전하기 퍼지기 전에 휘발성 잉크가 타적됨에 따라 상기 광경화성 잉크의 퍼짐을 방지하여 상기 광경화성 잉크가 타적된 영역을 줄이는 효과가 발생한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 토출헤드(100)와 상기 제2 토출헤드(200)는, 상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 충분한 길이로 형성되어 상기 기판에 대한 한번의 인쇄 과정을 통해 상기 기판의 전체 영역에 대한 패턴형성이 이루어질 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 제1 토출헤드(100)와 상기 제2 토출헤드(200)는 서로 동일한 길이로 형성되며, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된다.

상기 제1 토출헤드(100)는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 복수의 노즐(n1)을 구비하고, 상기 기판의 비전도성 영역으로 형성하고자 하는 절연 영역에 2 피코리터(pL) 이하의 광경화성 잉크 방울을 토출하도록 구성되며, 잉크젯 토출 분위기(헬륨가스 분위기)에 따라 0.6 피코리터(pL) 이하의 광경화성 잉크 방울을 토출하도록 구성될 수도 있다.

상기 제2 토출헤드(200)는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 복수의 노즐(n2)을 구비하고, 상기 기판의 전도성 미세패턴으로 형성하고자 하는 전도성 영역에 2 피코리터(pL) 이하의 휘발성 잉크 방울을 토출하도록 구성되며, 잉크젯 토출 분위기(헬륨가스 분위기)에 따라 0.6 피코리터(pL) 이하의 광경화성 잉크 방울을 토출하도록 구성될 수도 있다.

이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 토출헤드(100)의 복수의 노즐(n1)과 상기 제2 토출헤드(200)의 복수의 노즐(n2)은 상기 경로를 기준으로 교차 배열되며, 구체적으로, 인쇄하려는 해상도 Pitch의 반만큼 차이를 가지도록 교차 배열되도록 구성된다.

여기서, 광경화성 잉크가 토출되는 상기 제1 토출헤드(100)의 최외곽측 노즐(n1)의 내측에 상기 제2 토출헤드(200)의 최외곽측 노즐(n2)이 위치하도록 배치되며, 이는, 기판의 테두리 사면에 광경화성 잉크가 토출되도록 하여 제2 토출헤드(200)에서 토출된 휘발성 잉크가 기판의 외부로 흘러내리지 않도록 하기 위함이다.

한편, 상기 비전도성 영역은 서로 이격된 복수의 선형 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 비전도성 영역의 사이 선형 영역으로 이루어질 수 있으며, 상기 비전도성 영역과 전도성 영역은 상기 기판의 표면, 구체적으로, 표면 에너지가 동일한 상기 기판의 표면 상에 미리 설정된 가상의 영역이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판 이동 장치는 Y1 Stage를 따라 기판을 직선이동(도면의 상방)시키도록 구성된다.

상기 제1 토출헤드(100), 광조사기(300), 제2 토출헤드(200)를 비롯한 잉크방울 정밀도 측정 카메라, 기판 높이 측정 장치는 상하로 이동이 가능하게 구성된 Z Stage에 설치되어 동시에 함께 이동하며, 상기 Z Stage는 X Stage를 따라 직선이동이 가능하도록 구성된다.

상기 Z Stage의 상하이동, Z Stage의 X Stage 방향이동은 리니어모터, 리니어가이드 등의 구동수단에 의해 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 제1 토출헤드(100), 광조사기(300), 제2 토출헤드(200)는 Z Stage에 조립되어 하나의 구동수단에 의해 동시에 함께 이동된다.

한편, 상기 Y1 Stage에 이웃하여 병렬로 배치되도록 Y2 Stage가 구비되며, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드(100) 및 제2 토출헤드(200)에서 토출되는 잉크 방울의 정밀도를 측정하기 위해 잉크 방울이 탄착되는 잉크 방울 정밀도 측정 기판이 구비된다.

또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드(100) 및 제2 토출헤드(200)를 보수하기 위한 헤드 유지 보수 장치가 구비된다.

또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1 토출헤드(100) 및 제2 토출헤드(200)에서 토출되는 잉크 방울의 구 형성 높이를 측정하기 위한 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라가 구비된다.

상기 잉크 방울 정밀도 측정 기판, 헤드 유지 보수 장치, 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라는 모두 하나로 일체 조립되어 Y2 Stage를 따라 직선이동이 가능하다.

Y1 Stage를 따라 이동하는 기판에 대한 건조 작업의 신속성 그리고 편리성 및 여러 번의 휘발성 잉크의 인쇄 공정을 신속하게 수행하기 위하여 NIR 건조 모듈을 Y1 Stage 후방측에 설치할 수도 있다.

한편, 상술한 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되며, 상기 제1 토출헤드(100)에 의해 광경화성 잉크가 잉크젯 토출되어 겔화된 격벽을 형성하는 과정 및 상기 제2 토출헤드(200)에 의해 휘발성 액체가 상기 겔화된 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하는 과정이 헬륨가스 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되어 작동될 수 있으며, 이는, 상기 제1 토출헤드(100)에 의해 광경화성 잉크가 더 작은 크기의 잉크 방울로 잉크젯 토출되게 하고 및 상기 제2 토출헤드(200)에 의해 휘발성 액체가 더 작은 크기의 잉크 방울로 잉크젯 토출되게 하기 위하여 상기 전도성 패턴을 형성하는 과정이 헬륨가스 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 헬륨의 밀도(0.1785 kg/m3)가 공기의 밀도(1.2 kg/m3) 대비 15% 정도밖에 되지 않기 때문에 이에 따른 잉크 방울의 종단 속도가 향상되기 때문이며, 구체적으로, 헬륨 분위기는 헬륨의 낮은 분자량 때문에 0.6 피코리터(pL) 이하의 더 작은 잉크 방울이 분사되어도 충분한 토출 속도와 비행 거리를 유지할 수 있게 공기(기체) 저항을 줄여 줄 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측 제1 토출헤드(100A), 일측 광조사기(300A), 제2 토출헤드(200), 타측 광조사기(300B), 타측 제1 토출헤드(100B)가 순차적으로 이웃하여 직렬로 배치되도록 구성되며, 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치를 구성하는 기판 이동 장치는, Y1 Stage를 따라 기판을 양방향으로 직선이동시키도록 구성된다.

즉, 상기 기판 이동 장치는 상기 기판을 도면의 상방측을 향하여 이동시키거나, 도면의 하방측을 향하여 이동시킬 수 있으며, 양방향으로 상기 기판을 이동시키도록 구성된다.

예를 들어, 상기 기판 이동 장치가 X stage를 기준으로 상기 기판을 도면의 하방측에서 상방측을 향하여 이동시키는 경우에, 상기 기판의 이동방향 전방측에서 상기 광경화성 잉크를 토출하는 일측 제1 토출헤드(100A), 상기 일측 제1 토출헤드(100A)에 인접하여 설치되는 일측 광조사기(300A), 상기 기판의 이동방향 후방측에 설치되어 상기 휘발성 액체를 토출하는 제2 토출헤드(200)가 작동하여 패턴을 형성한다.

이와 반대로, 상기 기판 이동 장치가 X stage를 기준으로 상기 기판을 도면의 상방측에서 하방측을 향하여 이동시키는 경우에, 상기 기판의 이동방향 전방측에서 상기 광경화성 잉크를 토출하는 타측 제1 토출헤드(100B), 상기 타측 제1 토출헤드(100B)에 인접하여 설치되는 타측 광조사기(300B), 상기 기판의 이동방향 후방측에 설치되어 상기 휘발성 액체를 토출하는 제2 토출헤드(200)가 작동하여 패턴을 형성한다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치는 하나의 기판에 대해 복수 횟수에 걸쳐 잉크젯 프린팅을 하여야 하는 경우에, X stage를 기준으로 상기 기판이 하방측에서 상방측, 다시 상방측에서 하방측으로 왕복하여 이동하면서 잉크가 프린팅될 수 있으며, 앞서 설명한 실시예보다 기판의 이동동선을 짧게 하여 더욱 신속한 작업이 가능하다.

한편, 일측 제1 토출헤드(100A)와 일측 제2 토출헤드(200)의 노즐과 관련된 배치 관계 및 타측 제1 토출헤드(100B)와 타측 제2 토출헤드(200)의 노즐과 관련된 배치 관계는 앞서 설명한 실시예의 제1 토출헤드(100)와 제2 토출헤드(200)의 노즐과 관련된 배치 관계와 동일하게 적용된다.

이하에서는, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성장치를 이용한 구체적인 전도성 미세패턴 형성 방법에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전도성 미세패턴 형성 방법은, 경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 방법으로서, 타적공정, 건조공정, 후막공정, 경화공정 및 격벽제거공정을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 타적공정에 대하여 설명하도록 한다.

상기 타적공정은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 인쇄 경로의 전방측에서 제1 토출헤드(100)를 통해 광경화성 잉크를 토출함과, 상기 인쇄 경로의 후방측에서 제2 토출헤드(200)를 통해 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출함과, 상기 토출된 광경화성 잉크에 광조사기(300)를 통해 광에너지를 가함이 모두 동시에 이루어지는 공정이다.

특히, 상기 타적공정에서, 상기 광에너지는 상기 광경화성 잉크가 반경화되어 겔화된 상태로 상기 기판 상에 타적됨에 따라 겔화된 격벽이 형성되어 상기 기판에 타적된 액체 상태의 휘발성 잉크와 경계를 이룸과 함께 상기 광경화성 잉크의 퍼짐이 방지되고, 상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크의 경화가 완전히 이루어지도록 광의 강도가 설정된다.

이로 인하여 상기 광경화성 잉크가 상기 기판 상에서 타적되어 완전하기 퍼지기 전에 휘발성 잉크가 타적됨에 따라 상기 광경화성 잉크의 퍼짐을 방지하여 상기 광경화성 잉크가 타적된 영역을 줄이는 효과가 발생한다.

즉, 상기 토출된 광경화성 잉크에 가해지는 광에너지가 상기와 같이 설정됨에 따라, 완전히 경화되지 않고 반경화되어 겔화된 상태의 광경화성 잉크가 타적되어 격벽이 형성되고, 상기 겔화된 상태의 격벽이 기판 상에서 퍼저나가지 전에 상기 휘발성 잉크가 상기 격벽의 사이로 타적되어 상기 겔화된 상태의 격벽이 퍼지는 것을 방지하는 것이다.

좀더 부연하여 설명하면, 종래의 타적 공정은 광경화성 잉크를 토출하여 기판에 타적한 후 완전히 경화된 격벽을 형성하고, 그 이후에 휘발성 잉크를 토출하여 상기 격벽의 사이에 타적하여 전도성 패턴을 형성하였는데, 이 경우에는, 상기 광경화성 잉크가 기판에 타적된 후 경화되기 전까지 기판 상에서 퍼저나가기 때문에 격벽의 폭이 두껍게 형성되고, 이로 인하여 전도성 패턴의 간격도 미세하게 할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 타적된 광경화성 잉크로 형성된 겔화된 상태의 격벽이 기판 상에서 퍼저나가지 전에 상기 휘발성 잉크가 상기 격벽의 사이로 타적되어 상기 겔화된 상태의 격벽이 퍼지는 것을 방지함에 따라 격벽의 두께를 줄일 수 있고, 이를 통해 전도성 패턴의 간격을 종래보다 더욱 미세하게 할 수 있게 되는 장점이 있다.

제1 토출헤드(100)에서 토출되는 광경화성 잉크와 제2 토출헤드(200)에서 토출되는 휘발성 잉크는 2 피코리터(pL) 이하(또는 헬륨가스 분위기에서 0.6 피코리터(pL) 이하)의 방울 크기로 토출되며, 상기 광경화성 잉크는 비전도성 영역으로 형성하고자 하는 절연 영역에 타적되고, 상기 휘발성 잉크는 전도성 미세패턴으로 형성하고자 하는 전도성 영역에 타적될 수 있다.

상기 절연 영역과 전도성 영역은 상기 표면 에너지가 동일한 기판 상에 미리 설정된 가상의 영역으로 정의될 수 있다.

구체적으로, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 절연 영역은 서로 이격된 복수의 선형 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 절연 영역의 사이 선형 영역으로 이루어질 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광경화성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드(100)의 복수의 노즐(n1)을 통해 토출되고, 상기 휘발성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드(200)의 복수의 노즐(n2)을 통해 토출되며, 상기 제1 토출헤드(100)의 복수의 노즐(n1)과 상기 제2 토출헤드(200)의 복수의 노즐(n2)은 상기 경로를 기준으로 교차 배열될 수 있다.

다음으로, 건조공정에 대하여 설명하도록 한다.

상기 건조공정은 상기 타적공정 이후에, 상기 휘발성 잉크를 건조시키기 위한 공정으로서, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기판 상에 타적된 휘발성 잉크가 건조되어 상기 기판에는 금속 미립자에 의해 1차 전도성 미세패턴이 형성된다.

다음으로, 후막공정에 대하여 설명하도록 한다.

상기 후막공정은 패턴의 후막화를 위한 공정으로서, 도 2의 (c), (d)에 도시된 바와 같이, 상기 건조공정 이후에, 상기 휘발성 잉크의 건조에 의해 형성된 1차 전도성 미세패턴에 휘발성 잉크를 추가로 타적하고 난 후, 추가로 타적된 휘발성 잉크를 추가로 건조하여 2차 전도성 미세패턴을 형성함으로써 전체 패턴의 두께를 후막화할 수 있으며, 이러한 후막공정은 적어도 1회 이상 수행할 수 있으며, 생략될 수도 있다.

마지막으로, 상술한 바와 같은 공정을 마친 이후에, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 2차 전도성 미세패턴를 경화하는 경화공정, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이, 격벽을 제거하는 격벽제거공정을 추가로 수행할 수 있으며, 이러한 공정을 모두 마치면, 최종 전도성 미세패턴이 형성된 기판을 얻을 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기판으로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:제1 토출헤드
200:광조사기
300:제2 토출헤드

Claims

경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성방법으로서,
상기 경로의 전방측에서 광경화성 잉크를 토출함과, 상기 경로의 후방측에서 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출함과, 상기 토출된 광경화성 잉크에 광에너지를 가함이 모두 동시에 이루어지는 타적공정;을 포함하고,
상기 광에너지는,
상기 광경화성 잉크가 완전하게 경화되지 않은 반경화 겔화 상태로 상기 기판 상의 절연 영역에 타적되어 반경화 겔화 상태의 격벽을 형성하도록 하고,
상기 반경화 겔화 상태의 격벽 사이에 해당하는 상기 기판 상의 전도성 영역에 타적되는 액체 상태의 휘발성 잉크와 상기 반경화 겔화 상태의 격벽이 서로 경계를 이룸에 따라 상호간에 퍼지는 것을 방지하며,
상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크가 반경화 상태에서 완전 경화 상태로 이루어지도록 광의 강도가 설정되고,
상기 강도로 설정된 광에너지에 의해 상기 격벽의 두께를 줄이고, 이웃하는 전도성 미세패턴의 간격을 줄이도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 타적공정 이후에,
상기 휘발성 잉크를 건조시키는 건조공정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제2항에 있어서,
상기 건조공정 이후에,
상기 휘발성 잉크의 건조에 의해 형성된 전도성 미세패턴에 휘발성 잉크를 추가로 타적하여 건조시키는 후막공정;을 적어도 1회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크는 2 피코리터(pL) 이하의 방울 크기로 토출되는 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제4항에 있어서,
상기 절연 영역은 서로 이격된 복수의 라인 형태의 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 복수의 라인 형태의 영역 사이 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 광경화성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고,
상기 휘발성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며,
상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는,
상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성방법.
경로를 따라 잉크를 프린팅하는 잉크젯 프린팅을 이용하여 표면에너지가 동일한 기판 상에 전도성 미세패턴을 형성하는 전도성 미세패턴 형성장치로서,
상기 경로의 전방측에서 광경화성 잉크를 토출하는 제1 토출헤드; 상기 경로의 후방측에서 상기 제1 토출헤드와 동시에 금속 미립자를 포함한 휘발성 잉크를 토출하는 제2 토출헤드; 및 상기 제1 토출헤드에서 토출된 광경화성 잉크에 광에너지를 가하는 광조사기;를 포함하며,
상기 광조사기는,
상기 제1 토출헤드에서 토출되어 비행하는 광경화성 잉크가 완전하게 경화되지 않은 반경화 겔화 상태로 상기 기판 상의 절연 영역에 타적되어 반경화 겔화 상태의 격벽을 형성하도록 하고,
상기 제2 토출헤드에서 토출되어 상기 반경화 상태의 격벽의 사이에 해당하는 상기 기판 상의 전도성 영역에 타적되는 액체 상태의 휘발성 잉크와 상기 반경화 상태의 격벽이 서로 경계를 이룸에 따라 상호간에 퍼지는 것을 방지하며,
상기 광경화성 잉크와 휘발성 잉크가 모두 타적 완료된 후 상기 광경화성 잉크가 반경화 상태에서 완전 경화 상태로 이루어지도록 광에너지 강도가 설정되고,
상기 강도로 설정된 광에너지에 의해 상기 격벽의 두께를 줄이고, 이웃하는 전도성 미세패턴의 간격을 줄이도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 토출헤드는, 2 피코리터(pL) 이하의 광경화성 잉크 방울을 토출하도록 구성되고,
상기 제2 토출헤드는, 2 피코리터(pL) 이하의 휘발성 잉크 방울을 토출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 토출헤드는 상기 기판의 비전도성 영역으로 형성하고자 하는 영역에 광경화성 잉크 방울을 토출하고, 상기 제2 토출헤드는 상기 기판의 전도성 영역으로 형성하고자 하는 영역에 휘발성 잉크 방울을 토출하며,
상기 비전도성 영역은 서로 이격된 복수의 영역으로 이루어지고, 상기 전도성 영역은 상기 비전도성 영역의 사이 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.
제9항에 있어서,
상기 광경화성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제1 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되고,
상기 휘발성 잉크는 상기 경로의 수직한 방향으로 배열된 제2 토출헤드의 복수의 노즐을 통해 토출되며,
상기 제1 토출헤드의 복수의 노즐과 상기 제2 토출헤드의 복수의 노즐은 상기 경로를 기준으로 교차 배열된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 토출헤드의 최외곽측 노즐의 내측에 상기 제2 토출헤드의 최외곽측 노즐이 위치하도록 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 토출헤드와 상기 제2 토출헤드는,
상기 기판의 전체 폭을 커버할 수 있는 폭으로 형성됨과 함께 서로 동일한 폭으로 형성되고, 상기 경로의 전후방향으로 직렬 배치된 것을 특징으로 하는 전도성 미세패턴 형성장치.