KR20040008191A

KR20040008191A - 인쇄 회로의 제조 방법 및 이러한 인쇄 회로로 제조된평면 안테나

Info

Publication number: KR20040008191A
Application number: KR10-2003-7015314A
Authority: KR
Inventors: 끄리스토프 매튜
Original assignee: 에프씨아이
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2004-01-28
Also published as: KR100940132B1; TW566063B; EP1417871A2; CN1309282C; US20040159257A1; DE60209124D1; EP1417871B1; FR2825228A1; FR2825228B1; ATE317633T1; WO2002096168A3; WO2002096168A2; JP2004529499A; BR0210086A; DE60209124T2; US7060418B2; CN1528109A

Abstract

제1 단계에서 회로 패턴(1)이 전기 전도성 잉크로 도포되고, 제2 단계에서 회로 모델이 도금되는, 유전체 캐리어(2) 상에 인쇄 회로를 제조하는 방법에서, 전기 전도성 잉크는 사진 요판 인쇄에 의해 도포되고, 도금은 전해질 또는 화학적 수단에 의해 수행된다.

Description

인쇄 회로의 제조 방법 및 이러한 인쇄 회로로 제조된 평면 안테나 {METHOD FOR THE MANUFACTURE OF A PRINTED CIRCUIT AND PLANAR ANTENNA MANUFACTURED WITH THIS PRINTED CIRCUIT}

위에서 설명된 형태의 인쇄 회로의 제조 방법은 국제출원공개 제WO 99/52336호에 공지되어 있다.

스마트 카드 또는 칩 카드로 알려진 카드는 신용 카드, 신분증 등의 분야에 널리 보급되고 있다. 이는 사용자에 대한 데이터가 저장될 수 있는 카드이다. 이러한 종류의 스마트 카드는 일면에 평평한 접촉부를 갖는다. 이러한 평평한 접촉부는 정보를 판독하고 기록하는 스마트 카드 판독기의 대응 접촉부와 기계적으로 접촉한다. 전기 접촉부가 스마트 카드 판독기에 설정된 후에 데이터를 호출하거나 데이터를 기록하는 것은 약 1초 정도 소요된다. 이는 비교적 긴 시간이며, 또한칩 접촉부 및 대응 접촉부가 카드 판독기 내에서 기계적으로 마모된다. 이는 데이터의 정확한 전송을 어렵게한다. 또한, 각각의 접촉면의 오염 또는 산화는 데이터 전송 과정에 부정적인 영향을 끼친다.

기계적인 접촉부 없이 작동하는 스마트 카드 시스템이 개발되어 왔다. 칩에 연결되어 접촉부 없이 데이터를 판독하고 기록하는 평면 안테나가 카드에 통합된다. 이러한 종류의 시스템은 접촉면의 기계적 마모가 일어나지 않도록 구성된다. 또한, 판독 방법이 더욱 신속하게, 즉 약 100 ms 보다 적은 시간에 수행될 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 이러한 종류의 평면 안테나 시스템은 라벨 및 상품용 보안 시스템용으로도 가능하다. 이러한 종류의 평면 안테나가 다양한 용도로 사용될 수 있기 때문에, 큰 스케일 생산 및 경제적이고 신속한 생산에 적절한 방법으로 연구되어왔다. 예컨대 화학적 에칭법과 같은 집적 절환 회로의 제조에 사용되는 공지된 기술이 참조되었다. 이러한 방법에서, 전도성 재료(구리 또는 알루미늄)로 구성되어 회로 패턴이 직접 인쇄되거나 포토레지스트에 의해 절연된 표면이 기판에 도포된다. 전도성 층에 의해 수행되는 연속적인 화학적 에칭 공정 중에, 패턴의 보호된 구역만이 잔류하고, 나머지의 전도성 재료는 화학적 침식 공정에 의해 파괴된다.

평면 안테나를 위해서, 트랙의 표면 영역은 금속 전도체의 초기 영역보다 작아서, 상당한 부분의 전도성 층이 제거되고, 이는 에칭 조의 최적 기능을 희생시키며 폐기물 처리에 관한 문제가 수반된다. 또한, 화학적 에칭은 이러한 방법에 적합한 캐리어 재료를 한정한다. 화학적 에칭은 또한 매우 많은 연속적인 단계를 필요로 한다. 이는 평면 안테나를 경제적으로 생산할 수 없다는 것을 의미한다.

국제 특허 공개 제WO 99/52336호에는 인쇄 회로를 제조하기 위해 전기 전도성 잉크를 사용하여 유전체 캐리어 상에 회로 패턴을 인쇄하는 방법이 개시된다. 이러한 방법으로 인쇄된 전도성 트랙의 전기 저항이 여전히 과도하게 높기 때문에, 금속층이 도포 공구를 사용하여 잉크 트랙에 도포된다. 이러한 도포 공구는 전도성 트랙의 트레이스를 따른다. 도포 공구는 용해된 금속을 공급하는 동시에 전기장이 발생하여 잉크 트레이스 상에 전해질 현상이 진행되는 펠트 펜과 유사하게 작동한다.

이러한 방법에서, 도포 공구는 매 시간 회로 패턴을 따라야 한다. 이는 두 개의 단계만을 구비하더라도 많은 시간을 요구하므로, 큰 스케일의 평면 안테나를 생산하는 데에는 적합하지 않다.

유럽 특허 제0910935호에 개시된 방법 또한 전기 전도성 잉크 상에 구리층이 전해질 증착되도록 시도된다. 그러나, 상기 방법은 전도성 잉크를 접합하는 두 개의 단계(사전 접합 단계 및 오프셋 인쇄 증착 단계)와 구리를 증착하는 두 개의 단계(전해질 증착 단계 이후의 시간이 매우 많이 소요되는 제1 화학 증착 단계)로 구성된 네 개의 연속적인 단계를 요구한다. 이러한 방법은 대량 생산에 적절하지 않다.

미국 특허 제A5,622652호에 의하면, 전기 전도성 액체가 사진 요판 인쇄에 의해 기판에 도포된 인쇄 회로를 제조하기 위한 일단계 방법이 개시된다. 이러한 전기 전도성 액체에 의해 형성된 트랙이 직접 인쇄 회로의 트랙을 형성한다. 그러나, 이러한 기술에 의해 제기되는 문제점은 사용된 액체가 전기 전도성이 낮다는 사실에 관한 것이다. 이러한 교시에 따르면, 액체는 고체 물질의 28 중량%를 구성하는 5 내지 10 마이크로미터의 직경의 금속 입자를 갖는다. 이러한 입자의 크기 때문에, 증착되는 층이 두껍다.

이러한 종류의 잉크 층의 증착은 이를 건조시키는 제2의 문제점을 야기시킨다. 이러한 방법에 따르면, 인쇄 회로는 그 후에 액체가 깊숙히 건조될 수 있도록 건조기에 위치된다. 이러한 건조 방법은 대량 생산 방법을 지연시켜 생산 속도를 감소시킨다. 또한, 건조 시간을 최소화시키는 단 하나의 방법은 건조 온도를 높이는 것이다. 고온을 사용하려면 이러한 온도에 견딜 수 있는 기판을 선택해야만 한다. 따라서, 이러한 방법은 사용될 수 있는 기판이 제한적이라는 결점을 갖는다.

본 발명은 회로 패턴에 전기 전도성 잉크를 도포하여 회로를 구성한 후에 도금되는, 유전체 캐리어 상에 인쇄 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법으로 제조된 평면 안테나와, 그러한 안테나를 (스마트 카드, 전자 라벨, 무선 통신용 회로 등과 같은) 스마트 노메딕(nomadic) 물체에서 사용하는 것에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 평면 안테나의 두 개의 상이한 모델의 평면도이다.

도2는 본 발명에 따른 제1 실시예에 따라 제조된 인쇄 회로 패턴의 평면도이다.

도3a, 도3b 및 도3c는 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예에 따라 제조된 인쇄 회로 패턴의 상부도이다.

본 발명의 목적은 다수의 회로를 임의의 종류의 캐리어 재료에 경제적이고 신속하게 적용할 수 있는 인쇄 회로 제조 방법을 제공하는 것이다. 이러한 문제는 전기 전도성 잉크가 사진 요판 인쇄 방법에 의해 도포되고 증착된 잉크를 도금하는 단계 직후에 제1 증착이 수행된다는 사실에 의해 해결된다.

본 발명의 다른 특성에 따르면, 도금은 전해질 또는 화학적 수단에 의해 잉크로 구성된 전도성 트랙 상에 직접 이루어진다. 또한, 본 발명에 사용된 잉크는 전도성이 높고 전기 저항이 낮다. 따라서, 이러한 잉크 상에 약 2 내지 3 ㎛의 두께의 트랙을 갖는 인쇄 회로를 형성하도록 최소한의 도금을 증착하는 것이 가능하다. 따라서, 가공하지 않은 재료를 사용하여 첫번째 절약이 이루어진다. 그리고,얇게 증착된 잉크를 건조시키는 것이 용이하고 쉽게 이루어질 수 있다. 예컨대, 증착된 잉크가 투명하게 잔류할 때, 두께값을 고려한 자외선 조사가 사용될 수 있다. 자외선 조사에 의해 교차 결합 가능한 잉크와 함께, 저온 열 과정에 의해 높은 레벨의 중합 반응이 얻어진다. 이는 잉크의 저항을 더욱 작게하여 얇은 도금으로 증착시키는 것이 가능해진다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 유전체 캐리어는 PE, PET, PVC, 폴리카보네이트, ABS 또는 포화 종이(impregnated paper), 에폭시 유리 또는 폴리이미드 기판 등으로 제조되고, 회로 패턴은 구리, 은, 금, 팔라듐, 주석 또는 이러한 요소들의 합금을 포함하는 전기 전도성 잉크에 의해 형성된다.

양호하게는, 2 ㎛ 이상의 두께를 갖는 구리층을 얻기 위해, 전해질 조에서 구리로 도금이 수행된다.

본 발명의 특정 실시예에 따라, 사진 요판 인쇄 및 도금은 캐리어에서 연속적으로 10 m/분 이상의 이동 속도를 가지고 스트립 형태로 수행된다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 인쇄 회로에 관한 것이다. 특히, 상기와 같이 제조된 평면 안테나 및 이를 (스마트 카드, 전자 라벨, 무선 통신용 회로 등과 같은) 스마트 노메딕 물체에서 사용하는 것에 관한 것이다.

본 발명은 이하의 상세한 설명과 참조 도면으로 더욱 명확히 이해될 것이다. 이러한 도면은 순수하게 표시하기 위함이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.

본 발명에 따른 제조 방법은 본질적으로 두 개의 단계를 갖는다. 제1 단계에서, 인쇄될 회로의 모델(1), 즉 도1에 도시된 경우의 평면 안테나가 전기 전도성 잉크로 유전체 기판(2)에 도포된다.

가정할 수 있는 인쇄 방법이 모두 전기 전도성 잉크를 도포하기에 동등하게 적절하지는 않다는 것이 판명되었다.

본 발명에 따라, 회로 패턴은 사진 요판 인쇄 실린더 상에서 전기 기계, 화학 또는 레이저 에칭에 의해 생성된다.

전기 전도성 잉크는 사진 요판 인쇄에 적절하도록 점섬 및 다른 물리적/화학적 특성의 관점에서 준비되어야 한다.

사진 요판 인쇄 방법에 따라 제조된 회로 패턴은 얇은 금속 코팅을 구비한 최종 제품을 위한 허용 전기 저항이 얻어지도록 다른 인쇄 방법으로 제조된 회로 패턴의 전기 저항보다 더 낮은 전기 저항을 갖는다.

예컨대, 선택된 잉크는 금속 대전된 전기 전도성 잉크이다. 이러한 경우에,금속은 대부분 은이고, 마이크로 웨이퍼를 형성하는 조각의 형태를 취한다. 이러한 마이크로 웨이퍼는 양호하게는 매우 얇고(1 내지 2 ㎛), 길이 범위는 2 내지 5 ㎛이다. 이러한 금속 전하의 비율은 잉크의 전체 질량의 50 내지 80 중량%의 범위이다. 잉크의 건조 추출물은 이러한 금속 전하를 포함한다. 양호한 실시예에서, 이러한 건조 추출물은 일반적으로 잉크의 전체 질량의 80 내지 90 중량%로 나타난다. 양호하게는, 금속 전하의 비율은 위와 같이 형성된 잉크의 고전도성을 보장하기 위해 전체 질량의 70 %이다. 그러나, 고전도성 잉크는 낮은 저항력을 갖는다. 이는 이후의 도금 단계를 용이하게 한다.

일변경예에서, 잉크는 전도성 유기 중합체를 포함할 수 있다. 이러한 중합체의 장점은 얻어진 잉크의 유동학적 특성이 특히 사진 요판술에 적합하도록 조절될 수 있는 용매 또는 수양액 상으로 형성된다는 것이다. 이러한 변경예에서, 다른 장점은 잉크가 금속 전하를 갖지 않는다는 사실에 기인한다. 이는 큰 스케일 생산에서 가격 절감에 기여하고, 제조 방법이 더욱 신뢰성있게 이루어짐으로써 균질의 잉크를 획득하는 것을 용이하게 한다.

사진 요판 인쇄 방법은 기판의 스트립 형상이 100 m/분의 이동 속도로 인쇄될 수 있는 고속 방법이다. 반대로, 구리의 전해질 증착은 약 10 m/분으로 더욱 느리다. 트랙 및 트랙 내부 공간의 해상도는 평면 안테나의 제조에 충분한 약 100 ㎛이다. 또한, 사진 요판 인쇄 기법은 적은 양의 전기 전도성 잉크(5 내지 10 g/㎡)만을 필요로한다. 이러한 양은, 특히 50 내지 100 g/㎡의 잉크가 공급되어야 하는 실크 스크린 인쇄와 같은 인쇄 방법에 요구되는 양보다 적지만, 오프셋 인쇄에 요구되는 양과는 유사하다. 잉크는 60 ℃ 미만의 온도에서 건조될 수 있어서, 현존하는 캐리어 재료를 가장 넓은 범위로 사용할 수 있으며, 특히 고온에서 변형되는 PVC와 같은 재료가 사용되는 것을 가능케 한다.

전기 전도성 잉크가 캐리어 재료에 도포된 후에, 캐리어는 2 ㎛ 이상의 두께로 금속층을 도포하기 위해 전해질 조 내로 통과된다. 평면 안테나의 경우에, 부동태화된 구리가 사용되어 구리의 자연 산화 동역학이 상당히 감소된다.

유전체 기판으로 가정된 재료는 PE, PET, PVC, 폴리카보네이트, ABS 또는 포화 종이, 에폭시 유리 또는 폴리이미드 기판 등이다.

본 명세서에 설명된 방법에 따라 제조된 평면 안테나는 간단한 방식으로 접촉부 없는 카드 등의 회로 시스템에 통합될 수 있다. 접합은 와이어 접합 또는 플립 칩 접합 등과 같은 일반적인 방법으로 수행될 수 있다. 제조 방법의 고속 수행은 물론, 기판용 재료에 관한 광범위한 선택 가능성 및 적은 재료 소비는 경제적이고 신속한 제조를 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 특히 평면 안테나 및 유사한 회로의 큰 스케일 생산에 적절하다.

그러나, 이러한 종류의 평면 안테나는 칩이라고 불리기도 하는 집적 회로에 연결되어야 하고, 이러한 집적 회로의 메모리에 데이터를 기록하고 판독하는 것이 가능해야 한다.

칩은 소형이어서 약 2 내지 10 ㎟의 적은 표면적을 갖는다. 현재, 안테나의 트랙은 일반적으로 트랙의 제1 단부(4)가 가장 작은 코일의 중심에 위치되고 이러한 트랙의 제2 단부(5)가 가장 큰 코일의 외부에 위치되는 방식으로 동심 코일(3)을 제조함으로써 형성된다. 그 결과, 이러한 두 개의 단부(4, 5)는 통상 침의 치수보다 큰 거리로 이격된다. 칩을 접속 패드를 형성하는 이러한 두 개의 단부에 연결할 수 있도록, 가능한 한 서로 근접하게 하는 것이 시도된다.

도2에 도시된 제1 실시예에 따라, 각각의 코일에서 적어도 부분적으로 트랙의 폭을 좁히는 것이 설계되고, 이러한 레벨에서 두 개의 단부를 서로 근접하게 한다. 따라서, 각각의 코일은 트랙 폭이 제2 코일부(7)보다 넓은 제1 부분(6)을 갖는다. 제2 부분(2)도 서로 근접하게 한다. 사진 요판 인쇄 방법에서는 약 100 ㎛의 트랙 폭을 얻는 것이 가능하고 트랙 내부의 폭도 약 100 ㎛이기 때문에, 이러한 부분이 이러한 방식으로 서로 근접될 수 있다. 따라서, 상기 단부는 서로 충분하게 근접되고, 칩의 패드가 접촉되도록 중첩될 수 있다. 예컨대, 이러한 접촉부는 단부들을 접촉시키기 위해 칩의 패드 상에 증착된 중합체 또는 금속 범프에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 칩 안테나 유닛은 그 후에 접촉부를 보호하는 수지에 의해 둘러싸인다. 일변경예에서, 전기 전도성이 공간의 일방향으로만 한정되는 이방성 전도성 필름(ACF) 또는 이방성 전도성 페이스트(ACP)가 도포될 수 있다. 이방성 페이스트를 구비하는 이러한 변경예에서, 접촉 및 보호 기능은 동시에 수행된다. 평면 안테나 위에 직접 사진 요판 인쇄에 의해 인쇄된 이러한 페이스트를 가져서 칩 연결 작동만이 수행되도록 설계될 수 있다.

도3a, 도3b 및 도3c에 도시된 제2 실시예에 따라, 제2 단부를 제1 단부의 부근으로 인접시켜 "브릿지"를 이룸으로써 이러한 두 개의 단부가 접촉하도록 설계할 수 있다. 이러한 경우에, 제2 단부가 코일 위로 지나갈 수 있도록 절연층(8)이 이러한 트랙 및 제2 단부 사이에 위치된다. 이러한 경우에, 제1 행정 중에 내부 패드를 형성하는 제1 단부(4) 및 내부 패드(4)와 병렬된 비접속 패드(5')가 형성된다. 제2 단부(5)는 외부 패드를 형성하며 비접속 패드(5')에 접속되지 않는다. 본 실시예에서 설계된 안테나(9)는 아직 얻어지지 않는다. 그 후에, 절연층(8)이 증착되고, 마지막으로 제2 행정 중에 비접속 패드(5')를 갖는 안테나(9)의 외부 패드(5)를 연결하는 전도성 브릿지(10)가 형성된다. 브릿지(10)는 절연층(8) 위를 지나간다. 따라서, 제2 단부(5)가 제1 단부(4) 부근의 가장 작은 코일 내부로 안내될 수 있다. 상기 두 개의 행정은 연속적으로 장착되는 사진 요판 인쇄 실린더에 의해 연속적으로 이루어질 수 있다. 제2 행정 중에, 코일이 안테나(9)에 추가될 수 있다.

캐리어 기판의 두 개의 면이 사용될 수 있는 제3 실시예에 따라, 인쇄 회로의 트랙을 갖지 않는 기판의 측면 상에 칩을 포함하는 모듈이 위치되도록 설계된다.

그 후에, 이러한 모듈은 다른 면으로 안내된 안테나의 단부와 접촉하게 되는 방식으로 이러한 면 상에 기계적으로 포획된다. 그러나, 이러한 기법은 안테나의 캐리어 기판이 과도하게 두꺼워서는 안되며, 최대 50 ㎛의 두께를 가져야한다.

기판의 두 개의 면이 사용될 수 있는 제4 실시예에 따라, 우선 기판을 천공하도록 설계된다. 이러한 천공은 기판 내에 도금된 관통 구멍을 형성하여 기판의 제1 면과 기판의 제2 면을 연통시킬 수 있다. 그 후에, 천공된 기판이 인쇄된다. 잉크는 제1 면 상의 안테나 패턴에 증착되고, 칩을 수용하도록 구성된 회로의 접속회로 패턴은 제2 면 상에 동시에 또는 연속적으로 증착된다. 따라서, 잉크로 코팅된 기판은 그 후에 잉크로 둘러싸인 구역 전체에 구리 코팅이 도포되도록 전해질 조 내에 위치된다. 구멍에서 기판의 제1 면과 제2 면 사이의 전도성이 보장된다. 보호 회로의 패턴은 특히 기판의 적어도 두 개의 구멍을 서로 근접하게 안내하도록 제공된다.

Claims

회로 패턴(1)이 캐리어 상에 전기 전도성 잉크로 도포되는, 유전체 캐리어(2) 상에 인쇄 회로를 제조하는 방법에 있어서,

상기 캐리어는 잉크가 도포된 후에 도금되고,

전기 전도성 잉크는 사진 요판 인쇄법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 잉크는 잉크 전체 질량에서 적어도 50 중량%보다 큰 비율로 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 회로 패턴은 구리, 은, 금, 팔라듐, 주석 또는 이들 요소의 합금을 포함하는 전기 전도성 잉크에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 잉크는 전도성 유기 중합체를 포함하여 높은 전도성을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 도금은 전해질 또는 화학적 수단에 의해 잉크로 구성된 전도성 트랙 상에 직접 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 회로 패턴(1)은 평면 안테나인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체 캐리어(2)는 PE, PVC 또는 PET, 폴리카보네이트, ABS, 에폭시 또는 폴리이미드 및 포화 종이의 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 도금은 전해질 조 내의 구리로 형성되고, 구리층의 두께는 2 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 사진 요판 인쇄 및 도금은 스트립 형상에서 캐리어의 이동 속도, 즉 10 m/분 이상으로 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 회로 패턴은 전기 기계, 화학적 또는 레이저 에칭 공정에 의해 사진 요판 인쇄 실린더 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 도금된 관통 구멍은 기판에 형성되고, 기판은 사진 요판 인쇄에 의해 양면 상에 잉크로 코팅되는 것을 특징으로하는 방법.
제11항에 있어서, 양면은 동시에 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한항에 있어서, 절연층이 비접속 패드와 외부 패드 사이에 증착되는 단계 후에, 제1 잉크층이 내부 패드(4), 외부 패드(5) 및 비접속 패드(5')를 갖는 기판 상에 개방된 코일 모델(9)을 형성하고, 외부 패드와 비접속 패드 사이의 접속은 제1층의 잉크와 동일한 잉크로 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
유전체 캐리어 상의 인쇄 회로이며,

제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 상기 회로가 제조되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로.
제14항에 있어서, 이러한 회로가 평면 안테나로 사용되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로.
제15항에 있어서, 스마트 노메딕 물체 내의 평면 안테나로 사용되는 것을 특징으로 하는 인쇄 회로의 사용.