KR102409054B1 - 그라비아패턴 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기와 같은 방법을 가진다.
카본페이스트전극의 용제를 제거하기 위한 인쇄속도범위를 결정하는 인쇄속도범위결정단계;
상기 인쇄속도범위결정단계에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계;
상기 전극측면임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계;
상기 전극중심임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계;
상기 전극측면폭결정단계 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법에 관한 것이다.

Description

그라비아패턴 및 이의 제조방법{Gravure pattern and manufacturing method thereof}

본 발명은 롤투롤 그라비어 인쇄 기술을 사용하여 전극을 제조하는 방법과 관련된 기술이다.

배경이 되는 기술로는 도8에 의하여 설명하면 하기와 같다.노광공정이 완료된 후 현상액을 이용하여 상기 실린더 표면에서 경화되지 않은 포토레지스트를 용해시켜 패턴을 형성하는 현상공정을 수행한다.(S30)

상기 현상공정에서는 상기 네가형 포토레지스트 또는 포지형 포토레지스트가 레이저 또는 자외선에

조사됨으로써 제판롤 실린더 표면에서 경화되지 않은 부분 즉, 네가형)의 경우 빛이 조사되지 않은 부분을, 포지형에서는 빛에 조사되는 부분을 현상액으로 제거하게 되는 것이다.

이때, 사용되는 현상액은 포토레지스트의 종류에 따라 선택적으로 구성될 수 있다.

이와 같은 현상 공정을 통해 형성되는 패턴은 최소 5㎛까지 가공 가능하지만, 종래의 경우 식각 공정을 거치면서 다소 선폭은 커지게 된다. 이는 식각공정이 등방성으로 이루어 지게 되어, 식각의 깊이가 깊어질수록 비례하게 옆으로도 식각이 퍼지기 때문이다.

배경이 되는 기술에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여 도금 프로세스를 이용하는 바, 식각 공정을 수행하지 않고 패턴이 형성된 상기 실린더 표면을 도금하여 제1도금층을 형성하는 제1도금단계를 수행한다.(S40)

상기 제1도금층은 동 또는 니켈 소재를 사용하는 것으로 그 도금 공정은 전해 공법, 무전해 공법 등 공지기술을 통해 다양하게 실시될 수 있는 바 이에 대한 설명은 생략한다.이렇게 형성된 제1도금층은 후술하는 박리공정을 거쳐 포토레지스트가 제거되면 패턴의 심도를 형성하는 바, 상기 실린더 표면에 제1도금층을 도금하는 시간을 조절함으로써 제1도금층의 두께가 결정되고 그에 따라 패턴의 심도가 결정될 수 있다.

이후, 최종적으로 박리공정을 수행한다.(S50)

상기 박리공정은 상기 제1도금층이 형성된 상기 실린더 표면을 박리액에 반응시켜 노출된 포토레지스트를 용해하는 공정으로, 상기 현상단계에서 경화되어 제거되지 않은 부분 즉, 패턴을 형성하는 포토레지스트를 용해시켜 상기 실린더 표면으로부터 제거한다.

이렇게 패턴을 형성하던 포토레지스트가 용해되어 제거되면, 실린더 표면에 형성된 제1도금층에 의

해 기존의 패턴을 유지하는 동시에 패턴의 선폭 또한 넓어지지 않게 되고 최초의 노광 선폭을 그대로 유지할 수 있기 때문에 보다 미세한 선폭을 갖는 패턴의 형성이 가능해 진다.

특히, 상술한 도금 프로세스에 따르면 심도를 깊고 고르게 형성할 수 있게 됨으로써 종래 식각 공정에서 발생되는 문제점 즉, 등방성 에칭의 한계로 인해 선폭 대비 심도가 얕고 넓어지는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

그러나 여전히 배경이 되는 기술은 핀홀이나 번짐을 방지할 수 없는 것이다.

본원발명은 이와 같은 배경하에서 발명된 것이다.

대한민국특허청공개특허공보 공개번호 10-2019-0019533(2019.02.27) 대한민국특허청등록특허공보 등록번호 10-1776161(2017.09.18) 대한민국특허청등록특허공보 등록번호 10-1581869(2015.12.31)

해결하고자 하는 과제는 그라비어를 통해 인쇄한 카본 페이스트 전극의 두께를 증가시키고 spreading 현상을 방지하고자 하는 과제를 해결하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 하기와 같은 순서로 방법을 가진다.

제1실시예로는 하기와 같다.

카본페이스트전극의 용제를 제거하기 위한 인쇄속도범위를 결정하는 인쇄속도범위결정단계;

상기 인쇄속도범위결정단계에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계;

상기 전극측면임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계;

상기 전극중심임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계;

상기 전극측면폭결정단계 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법을 가진다.

제2실시예로는 하기와 같은 구성을 가진다.

카본페이스트전극의 용제를 제거하기 위한 인쇄속도범위를 결정하는 인쇄속도범위결정단계;

상기 인쇄속도범위결정단계 후에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계;

상기 인쇄속도범위결정단계에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계;

상기 전극측면임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계;

상기 전극측면폭결정단계 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법을 가지므로 2단계와 3단계를 서로 순서를 바꾸어 결정할 수 있다.

여기서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서는 인쇄의 번짐 길이가 셀 부피와 인쇄 속도의 함수인 것으로 상기 번짐 길이는 상기 셀 부피가 증가함에 따라 증가하고,상기 번짐 길이는 상기 인쇄 속도가 감소함에 따라 증가하여 임계셀의 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

여기서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 인쇄의 번짐과 핀홀을 방지하는 임계셀의 크기는 50um x 50um x 25um의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

여기서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 측면은 작은 부피의 셀을 사용하고 상기 전극중심임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 중심부는 큰 부피의 셀을 사용하는 것이 바람직하다.

하나의 전극 패턴 안에 두 가지 형상의 패턴을 도입한 그라비어 패턴 형상을 가지되,

가장자리는 작은 셀을 배치하고 중심부에는 큰 셀을 배치 적용하여 번짐과 핀홀을 방지하고 두꺼운 전극을 통하여 전도도를 증가시키는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴이 바람직하다.

상기의 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법으로 그라비아패턴을 배치구성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 그라비아패턴을 카본페이스트전극에 적용하여 인쇄에 활용하는 것이 바람직하다.

발명의 효과로는 패턴의 가장자리는 작은 부피의 셀을 사용하고, 패턴의 중심부는 큰 부피의 셀을 사용하여 인쇄의 핀홀과 스프레딩(퍼짐현상)현상을 방지하는 효과가 있는 것이다.

제1도는 전극 패턴의 두영역을 보이는 도이다.
제2도는 제1도의 그라비어 패턴 롤러에 설계하는 순서도에 관한 것이다.
제3도는 번짐길이는 셀부피와 인쇄속도의 함수형태임을 보이는 도이다.
제4도는 전극의 두께는 셀부피의 함수관계임을 보이는 도이다.
제5도는 10mm x 100mm 크기로 설계한 전극을 인쇄한 결과를 보이는 도이다.
제6도는 인쇄결과를 현미경으로 측정하는 것을 보이는 도이다.
제7도는 제6도의 시험성적서를 보이는 도이다.

전극에는 무수한 셀이 들어있다. 무수한 셀이 합하여 전극을 형성하는 것이다. 저렴한 전극으로 활용하기 위하여 본 발명에서는 카본페이스트잉크를 사용한다.

그라비어 패턴은 도 1에서와 같이 전극의 가장자리 그리고 전극의 중심 이렇게 두 개의 영역으로 나눌 수 있다. 도2의 순서도와 같이 그라비어 패턴 롤을 설계하는 방법을 5개의 단계로 방법으로 제시한다.

단계1에서는 카본페이스트전극의 솔벤트(용제)를 제거하기 위한 인쇄속도 범위를 결정하는 인쇄속도범위 결정단계(S100)를 가진다.

카본 페이스트의 주어진 잉크 특성에 대해 경화 / 건조 시간 및 온도와 같은 경화 / 건조 속도가 결정된다.식1에서는 프린팅속도(v)는 건조길이( L _dry )를 건조시간(t _dry )으로 나누는 것으로 결정하는 것이다.

v = L _dry /t _dry [식 1]

단계2에서는 전극 가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계(S200)를 가진다.

전극의 가장자리 측면은 퍼짐을 방지할뿐만 아니라 핀홀도 없는 것이 요구된다.

기준을 만족하는 임계 셀 크기를 결정하기 위해 실험적인 방법이 수행된다.

도 3은 퍼짐 길이가 셀 부피와 인쇄 속도의 함수임을 보여준다. 퍼짐 길이는 셀 부피가 증가하고 인쇄 속도가 감소함에 따라 증가한다.

(50um x 50um x 25um) 작은 셀 부피는 2m/min의 낮은 인쇄 속도에서 번짐 현상(spreading)을 방지 할 수있을 만큼 작지만, (200um x 200um x 75um) 정도의 높은 셀 부피는 12m/min의 빠른 인쇄 속도에서 잉크 번짐(spreading)이 없는 결과를 보여준다.

가장자리에는 번짐(spreading)과 핀홀을 방지하는 임계 볼륨 셀은 (50umx50um, 깊이 : 25um)의 크기를 갖는다.

셀의 부피가 작으면 번짐현상을 방지하고, 핀홀현상이 많게 된다.

셀의 부피가 크면 핀홀현상을 감소시키고, 두께를 증가시킨다.

단계3에서는 두께를 증가시키기 위해 셀 크기, 셀 깊이와 같은 전극 중심의 임계 셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계(S300)를 가진다.

실험 방법은 전극 중심 영역에서 셀 크기를 결정하는 데 사용되며, 결과는 셀크기가 클수록 패턴이 두꺼워 짐을 보여준다 (도 4 ).

단계4에서는 전극 가장자리 측면의 넓이를 결정하는 전극측면폭결정단계(S400)를 가진다.

상기 전극중심임계셀크기결정단계(S300) 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계(S200)에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계(S400)를 가진다.

상기 전극측면폭결정단계(S400) 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계(S500)를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법을 가지는 것이다.

단계2와 단계3를 서로 바꾸어 설계할 수 있는 것이다.

즉 상기 인쇄속도범위결정단계 후(S100)에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계(S200)를 먼저결정한다.

상기 인쇄속도범위결정단계(S100)에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계(S300)으로 첫번째 실시예와 순서를 바꾸어 결정할 수 있다.

여기서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서는 인쇄의 번짐 길이가 셀 부피와 인쇄 속도의 함수인 것으로 상기 번짐 길이는 상기 셀 부피가 증가함에 따라 증가하고,상기 번짐 길이는 상기 인쇄 속도가 감소함에 따라 증가하여 임계셀의 크기를 결정하는 것이다.

상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 측면은 작은 부피의 셀을 사용하고 상기 전극중심임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 중심부는 큰 부피의 셀을 사용하는 것이다.

상기의 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법으로 배치구성되는 그라비아패턴을 구성한다.

또한 상기의 그라비아패턴을 적용하는 카본페이스트전극을 제조하는 것이다.

하나의 전극 패턴 안에 두 가지 형상의 패턴을 도입한 그라비어 패턴 형상을 가지되,

가장자리는 작은 셀을 배치하고 중심부에는 큰 셀을 배치 적용하여 번짐과 핀홀을 방지하고 두꺼운 전극을 통하여 전도도를 증가시키는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴이 바람직하다.

상기의 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법으로 그라비아패턴을 배치구성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 그라비아패턴을 카본페이스트전극에 적용하여 인쇄에 활용하는 것이 바람직하다.

단계1과 단계2에서 2m/min의 인쇄 속도에서 200um x 200um x 75um에 의해 유도되어진 최대 퍼짐 길이는 200um이다.

도3에 의하면 전극 가장자리 측면의 넓이는 퍼짐없이 좋은 가장자리를 만들기 위해서 퍼짐길이 만큼 커버해야 한다. 따라서, 저속에서의 최대 퍼짐길이가 전극 가장자리의 넓이를 결정하는 데 사용된다.

즉 최대퍼짐길이보다 넓게 전극가장자리의 폭을 결정하는 것이다.

단계5에서는 순서도를 사용하여 그라비아 패턴을 제조하였다. 적은 부피의 새겨진 셀은 0.5mm 너비의 전극 가장자리에 설계되었다. 큰부피의 새겨진셀은 전극의 중앙에 9mm 너비의 각인 셀이 디자인되어 있다. 도 5는 i) 전극 가장자리 측면이 0.5mm이고,ii) 전극 중심이 9mm인 10mm x 100mm 전극의 실험 결과를 보여준다.

도5에 의하면 10 mm x 100 mm 의 전극의 실험적 결과물이다.

10 mm X 100 mm 크기로 4개씩 구성되어, 4가지의 다른 크기의 셀로 만든 그라비어 패턴롤을 활용하여 인쇄한 결과물이다.

도5의 붉은색으로 감싼부분은 하부의 인쇄물에 대한 확대도이고 상부우측의 하늘색으로 감싼부분은 붉은색으로 감싼부분의 확대도이다.

간격이 300um로 퍼짐이 없이 균일함을 알 수 있다.

본 발명의 것을 적용한 결과 상부전극인쇄정밀도의 측정결과의 오차범위는 도7에서 확인한 바와 같이 인쇄정밀도가 최대13.5um에 해당되어 조건에 만족할 만한 것이다.

도7 은 도5와 도6을 가지고 PETES(인쇄전자기술지원센터, 공인인증용 시험성적서 발급기관)에 샘플 3개를 송부하여 측정한 실험결과이다.

표1 시험성적서 측정결과

시험성적서(인증서 발급일자 :　2020.10.15. 시험일자 : 2020.10.08.) 측정결과의 Pt는 Point의 약자로 붉은색으로 둘러싼 부분의 1 내지 5부분의 인쇄결과물을 현미경으로 측정한 것이다.

도6은 샘플#1의 포인트 5지점을 도시하고 표1은 촬영한 결과를 나타내는 수치이다.

출원인은 샘플#1,#2,#3의 세개를 인쇄전자기술지원센터에 제출하여 오차를 측정한 것이다.

설계 도면에 따르면 A1 :　10.3 mm , B1 : 0.300 mm (300 um) 이다. 해당 목표값에에 대하여 간격A1에서는 목표값 10200um에서 최대 4.7um 이며 최소3.9um 이다.

간격B1에서는 최대13.5um 이고 최소7.3um으로 편차는 15um 이내의 오차이내에 해당되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명을 적용하여 인쇄한 결과 15um 이내의 오차라는 결과는 퍼짐이 거의 없음을 보여주는 증거물이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (8)

1. 카본페이스트전극의 용제를 제거하기 위한 인쇄속도범위를 결정하는 인쇄속도범위결정단계;
   상기 인쇄속도범위결정단계에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계;
   상기 전극측면임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계;
   상기 전극중심임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계;
   상기 전극측면폭결정단계 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법.
2. 카본페이스트전극의 용제를 제거하기 위한 인쇄속도범위를 결정하는 인쇄속도범위결정단계;
   상기 인쇄속도범위결정단계 후에 전극중심의 두께를 증가시키기 위하여 전극중심의 임계셀 크기를 결정하는 전극중심임계셀크기결정단계;
   상기 인쇄속도범위결정단계에 따라 핀홀이 없고 번짐현상이 없는 전극가장자리 측면의 임계셀 크기를 결정하는 전극측면임계셀크기결정단계;
   상기 전극측면임계셀크기결정단계 후에 전극중심의 임계셀 크기로 인하여 발생하는 번짐현상을 방지하기 위하여 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 결정한 측면임계셀의 배치갯수를 결정하는 전극가장자리 측면의 폭을 결정하는 전극측면폭결정단계;
   상기 전극측면폭결정단계 후에 새겨진 패턴을 설계하는 패턴디자인단계를 가지는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서는 인쇄의 번짐 길이가 셀 부피와 인쇄 속도의 함수인 것으로 상기 번짐 길이는 상기 셀 부피가 증가함에 따라 증가하고,상기 번짐 길이는 상기 인쇄 속도가 감소함에 따라 증가하여 임계셀의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 인쇄의 번짐과 핀홀을 방지하는 임계셀의 크기는 50um x 50um x 25um의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 전극측면임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 측면은 작은 부피의 셀을 사용하고 상기 전극중심임계셀크기결정단계에서 패턴의 전극의 중심부는 큰 부피의 셀을 사용하는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법.
6. 하나의 전극 패턴 안에 두 가지 형상의 패턴을 도입한 그라비어 패턴 형상을 가지되,
   가장자리는 작은 셀을 배치하고 중심부에는 큰 셀을 배치 적용하여 번짐과 핀홀을 방지하고 두꺼운 전극을 통하여 전도도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴.
7. 제1항 또는 제 2항의 카본 페이스트 전극을 위한 그라비어 패턴 롤의 패턴 방법으로 배치구성되는 그라비아패턴.
8. 제7항의 그라비아패턴을 적용하는 카본페이스트전극.
   
   
   

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