KR20070099488A - 기판 상의 도전성 물체의 패턴 및 이의 제조방법 - Google Patents

기판 상의 도전성 물체의 패턴 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 기판상에 도전성 요소 패턴을 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 기본층을 형성하기 위하여 진공 증착 챔버에서 전기도전재료를 기판에 증착하는 단계를 포함한다. 이후, 본 발명은 기본층의 선택적 영역상에 전기절연제를 선택적으로 적용하는 단계를 포함한다. 이후, 절연재료로 커버되지 아니한 기본층 영역은 제2 전기도전층으로 전기도금된다. 전기 절연제는 이후 기판에서 제거되고 기본층은 화학적으로 에칭되어 절연재료로 커버된 기본층을 제거하고 기판상에 도전성 물체의 패턴을 형성하기 위하여 기판이 선택적으로 노출된다.
전기 절연제, 기판, 패턴

Description

기판 상의 도전성 물체의 패턴 및 이의 제조방법{PATTERNS OF CONDUCTIVE OBJECTS ON A SUBSTRATE AND METHOD OF PRODUCING THEREOF}
본 발명의 주제는 본 명세서 결론부에서 특히 지적되고 명확히 청구된다. 그러나, 공정 구성 및 방법, 및 물체로서의 본 발명의 특징 및 효과는 첨부도면과 함께 하기 상세한 설명을 참조하여 최적으로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 도전성 물체 패턴 제조방법을 보여주는 플로우 챠트이며;
도 2A-2C는 본 발명의 실시예들에 따른 RFID 안테나의 예시적 어레이(array) 제조 공정을 보여주는 도면들이며;
도 3은 본 발명의 실시예들에 의해 제조된 RFID 안테나의 예시적 롤(roll)을 도시한 것이며;
도 4A-4C는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적 TCE 그리드(grid) 제조 공정을 보여주는 도면들이며;
도 5A-5C는 본 발명의 실시예들에 의해 제조된 TCE 그리드의 예시적 롤(roll)을 도시한 것이며;
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 도전성 물체의 패턴 제조방법을 도시한 플로우 챠트이다.
본 발명은 2006년 4월 4일 출원된 미합중국 가출원 번호 60/788,728의 이익을 주장하며, 이는 전반적으로 참조적으로 본 출원과 연합된다.
디바이스 및 유연한 전자회로, 예를 들면 RFID 라벨용 무선주파수인식 (RFID) 안테나, 디스플레이용 버스 바 (bar) 및 투명 도전성 전극 (TCE)을 제조하기 위하여 기판 상에 도전성 재료의 패턴을 형성하는 많은 산업적 응용 분야가 있다. 투명 도전성 전극은 도전성 재료의 패턴화 그리드(grid)를 포함할 수 있으며, 그리드를 통하여 가시광선 투과가 가능하다. 평균 광투과율은 0.2% 내지 99.9%로 다양하며 대부분의 경우 그리드를 통하여 실질적인 가시성이 가능하다. 예로써 RFID 라벨용 안테나 종래 제조방법은 폴리에스테르(PET) 필름에 라미네이트된 구리 또는 알루미늄 포일을 화학적으로 에칭하는 것이다. 표준 구리 필름 두께는 18 마이크론 내지 35 마이크론이며, 전형적인 안테나 또는 전형적인 전극에서 요구되는 두께는 11-15 마이크론이므로, 에칭 공정은 환경적으로 안전하지 않을 뿐 아니라 매우 고가이며 느린 공정이다.
RFID 안테나 또는 TCE 제조를 위한 기타 종래 방법은 고농도의 전기 도전성 입자들 (주로 은)을 함유한 페이스트 기반의 도전성 잉크로 요구되는 패턴을 인쇄하는 것이다. 이러한 인쇄 공정은 고가이며 정밀 패턴에 적절하지 않다. 표준 잉크의 낮은 전기 도전성은 이러한 공정의 또 다른 단점이다. 또한 TCE는 보다 고가이 며 복잡한 공정을 통하여 기판에 금속성 메쉬(mesh)를 라미네이션하여 제조될 수도 있다.
설명의 단순 및 명료화를 위하여, 도면에서의 요소(element)들은 일정한 비례로 도시되지 아니함을 이해하여야 한다. 예를 들면 명료성을 위하여 어떤 요소들의 치수는 기타 요소들과 비교하여 과장될 수 있다. 또한 적절하게 고려될 수 있다면, 참조부호는 해당 또는 유사 요소들을 표시하기 위하여 도면에서 반복될 수 있다.
하기 상세한 설명에서, 다양한 구체적 상술이 언급되어 본 발명의 완전한 이해를 제공하다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이러한 구체적 상술없이 당업자에 의해 실시될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 기타 실시예들에서, 본 발명을 애매하게 하지 않는 한 공지 방법들, 절차들 및 부품들은 상세히 기술되지 아니한다.
본 발명의 실시예들은 기판 상에 전기도전성 물체의 패턴을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 도전성 물체는 유연한 회로일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 도전성 물체는 무선 주파수 인식 (RFID) 라벨용 안테나일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 도전성 물체는 예를 들면 투명 도전성 전극(TCE)으로 유용한 금속성 그리드일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 진공 챔버에서 예를 들면 구리와 같은 전기 도전층을 기판 상에 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 층 두께는 마이크론 이하일 수 있다. 다음으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 전기 도전층 선택적인 영역 상에 전기절연 재료 (도금 레지스트, plate resist) 적용 단계를 포함할 수 있다. 전기절연 재료로 커버되는 영역은 RFID 안테나가 배치되는 영역과 실질적으로 상보적(complementary)일 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 전기절연 재료로 커버되는 영역은 실질적으로 그리드 구조체가 배치되는 영역과 상보적이다.
이 후, 코팅된 기판은 전기 도전층을 전기도금하기 위하여 전해용액에 침지되어 소망 두께의 층을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 전기도금 이후 층 두께는 0.3 마이크론 내지 40 마이크론 일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 두께는 1 내지 7 마이크론 일 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서 전기 도금된 층 두께는 이러한 범위에 제한되지 아니한다. 다음으로, 도금 레지스트 (plate resist)는 본 분야에서 공지된 적절한 방법으로 기판에서 제거될 수 있다. 마지막으로, 전기 도전성 박층이 표면 전체에서 화학적으로 에칭되어 (etching) 전기절연 재료 (도금 레지스트)로 이전에 커버된 영역에서 기판이 드러난다.
하기 상세한 설명에서, RFID 안테나 어레이 (array) 또는 TCE 그리드 제조방법이 예시적으로 실시예로서 기술되지만, 본 발명의 실시예는 다양한 기타 응용, 예를 들면 전자기 방해 쉴드, 투명 히터, 멤브레인, 스위치, 유연 회로기판(PCB), 도전성 판넬 등과 같은 영역에서 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 예를 들면 RFID 안테나 어레이 또는 TCE 그리드와 같은 도전성 물체 패턴 제조방법을 보이는 플로우챠트 도 1을 참조한다. 추가적으 로 본 발명의 실시예에 의한 기판상에 RFID 안테나의 예시적 어레이 제조 공정을 보이는 개략적인 도면 2A-2C를 참조한다.
우선, 본 방법은 RFID 라벨용으로 적합한 기판 10 제공단계 (도 1의 110 박스)를 포함할 수 있다. 기판 10은 롤(roll) 형태로 연속적으로 감길 수 있다. 선택적으로는, 기판 재료 시트(sheet)가 제조 공정에서 사용될 수 있다. 기판은 고분자성 기판, 예를 들면 폴리에스테르(PET) 필름, 폴리프로필렌 (PP) 필름, 폴리에틸렌 (PE) 필름, PEI 필름, 폴리이미드 (PI) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 필름, 폴리카보네이트 (PC) 기판 및 PVC 기판일 수 있다. 선택적으로, 기판은 예를 들면 가공된 카드보드 또는 가공된 페이퍼와 같은 기타 재료일 수 있다.
이후, 본 방법은 전기도전층을 기판 10상에 증착(depositing)하는 단계 (도 1의 120 박스)를 포함할 수 있다. 상기된 바와 같이, RFID 안테나의 어레이는 롤-롤 (roll-to-roll) 공정을 적용하여 조립될 수 있다. 이러한 실시예에서, 전기도전층을 기판에 증착시키기 위하여 기판 재료 10의 롤은 기판-피드 롤러를 사용하여 풀려질 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 기판-피드 롤러는 시트-피더 메커니즘으로 대체될 수 있고 기판 10은 이후 기판 시트 형태일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 저항 기상 진공 금속화 (resistive vapor vacuum metallization)에 의한 진공상 (in-vacuum) 금속화 공정 수행을 포함할 수 있다. 대안으로써, 본 발명의 실시예에 의하면, 진공상 금속화 공정은 유도 진공 금속화 (inductive vacuum metallization), 스퍼터링, 전자빔 건 또는 당 분야에서 공지된 기타 적용 가능한 물리적 진공 증착장치에 의해 수행될 수 있다.
기상 진공 금속화 공정은 금속성 와이어를 가열 증발 보트 (evaporation boats) 표면에 연속적으로 주입하여 생성되는 금속성 증기 운무에 기판 10을 통과시키는 이동을 포함할 수 있다. 가열된 금속성 증기가 기판 10 표면에 도달될 때, 금속 박층이 기판 10 상에 증착된다. 이러한 공정에서 사용되는 금속 재료는 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 스테인리스 스틸 및 기타, 여러 금속성 합금, 예를 들면 청동 및 황동 또는 혼합-증착 금속의 어떠한 결합일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명은 기타 전기도전 재료 와이어 사용을 포함할 수 있다. 비-금속도전재료의 비-제한적 예로는 인듐-옥사이드 및 인듐 주석 옥사이드 (ITO)이다. 명료 및 간결성을 위하여, '금속층' 및 '금속증착' 이라는 용어가 사용된다고 할지라도, 당업자는 본 발명의 실시예는 비-금속도전재료 증착에 있어서도 유사하게 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐, '금속층' 또는 '금속증착' 이라는 용어들이 사용될 때마다, 균등한 언급이 '전기 도전층' 또는 '전기 도전 재료 증착' 에도 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
증착층 두께는 전형적으로 0.1 마이크론이지만, 1 나노미터 내지 2 마이크론 사이에서 변동될 수 있다. 예를 들면, UHF 적용을 위하여 수용 가능한 RFID 안테나의 수용 가능한 구현을 달성하기 위한 최종 소망 두께는 약 2-15 마이크론일 수 있다. 기타 응용을 위한 소망 두께는 0.2 마이크론 내지 40 마이크론 사이에서 변동될 수 있다. 따라서, 기판은 소망 두께를 달성하기 위하여 더욱 처리되어야 한다.
선택적으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 전기도전층 증착 단계에 선행되어, 본 방법은 기판에 기본 층 (basic layer) 접합을 향상시키기 위하여 얇은 접합-층 (tie-layer)을 기판에 증착하는 단계 (도 1의 115 박스)를 포함할 수 있다. 이러한 공정은 예를 들면 스퍼터링으로 수행될 수 있다. 접착-층으로 기능하기에 적합한 재료의 비-제한적 예로는 니켈-크롬, 크롬, 티타늄 및 인코넬 (Inconel)일 수 있다.
이 후, 본 방법은 소정 패턴에 따라 전기절연재료를 전기도전층에 선택적으로 증착하는 단계 (도 1의 130 박스)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 2B에 도시된 바와 같이, 이러한 단계 이후 기판 10 상부 표면은 두 종류의 영역들을 포함할 수 있으며, 즉 전기절연표면을 가지며 '상보 영역'이라 불리는 영역 11 및 전기도전표면을 가지는 영역 18을 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 공정은 이전 진공 증착 조작에 인-라인으로 연속하여 진공 챔버에서 수행될 수 있다. 도 2A로 돌아가 이를 참조하면, 본 명세서 및 청구범위에서, 기판 10 표면 상의 다른 영역들과 관련된 '안테나-영역' 또는 '물체 영역', '상보영역' 및 '보조 영역'은 다음과 같이 정의된다.
'안테나-영역'은, 제조 공정에서 기판 상에 RFID 안테나가 배치되는 기판 10 표면상의 영역이다. 도 2A를 참조하면, 참조부호 12로 지정된 영역이 안테나-영역이다. 유사하게, '물체 영역' 이라는 용어는 제조 공정에서 전기도전성 물체(objects)가 배치되는 기판 10 표면상의 영역이다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 안테나-영역 또는 RFID 안테나가 언급될 때마다, 균등한 기술이 물체-영역 및 도전성 물체에 적용될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.
'보조 영역' 은 제조 공정 중 효율적인 전류 연결성을 제공하기 위하여 금속성 스트립 또는 라인이 적층되는 (deposited) 기판 10 표면상의 영역을 일컫는다. 당업자는 금속 대신, 기타 전기도전재료가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 2A를 참조하여, 참조부호 14로 지정된 영역이 보조 영역이다. 도 2A의 예시적 도면에 도시된 바와 같이, 보조 영역 14는 기판 에지(edge)와 실질적으로 평행한 광폭 스트립 14A으로 구성될 수 있다. 대부분의 경우, 도금 레지스트의 선택적 증착 전에 기판 10 표면 전체가 전기도전 재료로 코팅되어 있으므로 광폭 스트립은 효율적인 전류 연결성을 제공할 수 있다. 선택적으로, 전류 연결성이 더욱 요구된다면, 보조 영역 14는 안테나 영역 12를 광폭 스트립과 연결하는 더 좁은 스트립으로 더욱 구성될 수 있다.
'상보영역(complementary area)' 이라는 용어는, 제조 공정 중 전기절연 재료 (도금 레지스트)가 적용되는 기판 표면상의 나머지 영역을 일컫는다. 도 2A를 참조하여, 참조부호 16으로 지정된 영역들이 상보 영역이다. RFID 어레이 패턴, 즉 안테나 형상 및 이들간의 거리는 RFID 라벨 소정 피치 및 구체적 용도에 따라 미리 설계된다. 미리 설계된(pre-designed) 상보 영역 패턴은 안테나 및 연결 스트립과 연관된 영역이 기판 10 상에서 전기절연 재료의 선택적 적용 중 코팅되지 않는 상태로 남아있도록 설계된다.
전기도금 공정이 가능하도록 보조 영역의 구체적 예시 패턴이 기술되지만, 당업자는 본 발명의 실시예는 이러한 측면에 국한되지 아니하며, 보조 영역은 전기도금 공정에 적합한 어떠한 형상 또는 사이즈일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 2A-2C에 3열로 배열된 27개의 안테나가 도시되지만, 당업자는 본 발명의 범위가 이러한 측면에 국한되지 아니하며, 기타 어떠한 RFID 안테나 어레이가 본 발명의 실시예에 의거한 방법을 적용하여 제조될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
여기서 사용되는 '전기 절연 재료' 라는 용어는 전해석출 (electro-deposition)조작 동안 이러한 재료로 커버된 기판 영역에서 금속성 층 형성을 방지할 수 있는 능력이 있는 재료들을 언급한다. 여기서 정의되는 전기절연재료는 전기도금용 전해용액 예를 들면 황산에 저항한다. 또한, 여기서 정의되는 전기절연재료는 전기도전층 예를 들면 구리층에서 이러한 전기도전층에 영향을 주지 않고 제거될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 NaOH와 같은 염기성 용액을 사용하여 전기도전재료로부터 전기절연재료를 제거하는 (stripping out) 단계를 포함한다.
기판 10에 대한 선택적 코팅 공정은 진공 또는 대기 분위기에서 사용될 수 있는 그라비어 인쇄, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 및 기타 적용 가능한 여러 방법으로 구현될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 상보 영역에 전기절연재료를 선택적으로 적용하기 위하여 UV 리쏘그라피 구현을 포함할 수 있다. 리쏘그라피는 라미네이션 또는 습식코팅법과 같은 당 분야에서 공지된 기술에 따라 포토 레지스트층을 전기 도전층에 적용하는 단계를 포함한다. 이후, 리쏘그라피는 미리 설계된 마스크를 포토 레지스트 상에 적용하고, 미리 설계된 마스트를 통과하여 UV선과 같은 전자기선으로 포토 레지스트를 조사하는 단계를 포함한다. 조사에 따라 상 보 영역에서 마스크에 의해 커버되지 않은 포토 레지스트는 경화되며 광선에 노출되지 않은 미-경화 재료는 제거될 수 있다. 선택적으로, UV 레이저 플로터가 선택적으로 미리 설계된 영역에 재료를 경화하기 위하여 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 안테나의 소망 두께에 따라 소망 두께로 패턴화 기판을 전기 도금하는 단계 (도 1의 140 박스)를 포함할 수 있다. 전기도전재료 박층으로 코팅된 안테나 영역 12은 전기도금 공정이 진행되는 동안 시딩층 (seeding layer)으로 기능할 수 있다. 시딩층은 표준 전해석출 조작에 의해 시딩층의 동일 재료를 적용하여 전기도금될 수 있다. 선택적으로, 시딩층은 시딩층 재료와 다른 제2 재료로 전기도금될 수 있다. 전해석출 조작을 통하여 요구되는 안테나의 형태에 거의 영향을 주지 않고 패턴화 금속성 층 두께는 소망 두께로 증가될 수 있다. 전기도금은 또한 전해석출로 언급될 수 있으며, 두 용어들은 혼용된다.
전기도금 공정은 롤-롤 전기도금 라인에서 실시될 수 있다. 제1 공정 단계는 전해석출이다. 전해석출은 전류 작용에 의해 금속성 코팅을 표면에 형성하는 것이다. 전해석출 조작에서, 본 발명의 실시예에 의하면, 필름은 풀려지고 황산 (H2SO4)과 같은 전해용액에 담지된다. 기판 10상의 기본층 18은 캐소드(cathode)로서 전기회로에 연결되고, 금속성 아노드(anode)는 금속이온을 용액으로 방출한다. 선택적으로, 구리이온과 같은 금속이온은 전해질 (금속염 또는 옥사이드) 용해에 따라 용액으로 방출될 수 있다.
전류가 회로를 통과할 때, 용액중의 구리 이온 (Cu++)과 같은 금속이온은 상부에 전기도전재료를 가지는 영역 18로 이끌린다. 따라서, 이온들은 고르게 이러한 층에 적층되어 안테나-영역 12에 상응되는 영역상에 제2 금속층 20을 형성한다. 본 실시예의 목적을 위하여 구리가 코팅 금속으로 사용된다고 하여도 본 발명의 범위는 이러한 측면에 국한되지 않으며 알루미늄, 니켈, 은, 크롬 및 기타 금속들이 사용될 수 있음은 당업자에 명백하다. 금속 합금 또는 금속 이온들의 결합이 사용될 수 있음도 또한 이해하여야 한다. 제1 및 제2 금속층들이 동일 금속을 함유할 수 있고, 블렌드되어 단일 활성층을 형성할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 선택적으로, 제1 및 제2 금속층은 상이한 금속 또는 합금으로 구성될 수 있고 따라서 구별될 수 있다.
이후, 본 방법은 당 분야에서 공지된 방법을 적용하여 전기절연재료를 제거하는 단계 (박스 150)를 포함할 수 있다. 라인의 다음 배스 (bath)에서, 본 방법은 상보 영역에서 전기도전재료를 전체적으로 제거하여 상보 영역에서 기판 10이 노출되도록 표면 전체로부터 전기도전 박층을 화학적으로 에칭하는 단계 (박스 160)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 안테나의 정확한 형태에 영향을 주지 않고 소망 두께를 가지는 전기도금 패턴을 생성하기 위하여 전기도금 공정을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 기판 롤(roll) 상에서의 RFID 안테나의 예시적 패턴 (30)이 도 3에 도시된다. 안테나 어레이를 가지 는 기판 롤은 이후 더욱 처리되어 최종품, 즉 RFID 라벨 및 태그로 완성된다.
상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 도전성 물체 패턴 제조방법의 다른 예시적 응용은 투명 도전 전극 (TCE)으로서 적합한 전기도전성 그리드 제조공정에 관한 것이다. 도 4A-4C는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 TCE 그리드 롤을 예시적으로 도시한 것이다. 도 1을 다시 참조하면, 본 방법은 TCE에 적합한 기판을 제공하는 단계 (도 1의 박스 110)를 포함한다. 기판 40은 롤 형태로 연속적으로 감길 수 있다. 기판은 고분자성 기판, 예를 들면 폴리에스테르(PET) 필름, 폴리프로필렌 (PP) 필름, 폴리에틸렌 (PE) 필름, 폴리이미드 (PI) 필름, 울템 (Ultem) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 필름, 폴리카보네이트 (PC) 기판 및 PVC 기판일 수 있다.
이후, 본 방법은 전기도전층을 기판 40상에 증착(depositing)하는 단계 (도 1의 120 박스)를 포함할 수 있다. 증착 층 두께는 전형적으로는 0.1 마이크론이지만, 1 나노미터에서 2 마이크론 사이에서 변동될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 상기한 바와 같이, 저항 기상 진공 금속화 (resistive vapor vacuum metallization)에 의한 진공상 (in-vacuum) 금속화 공정 구현을 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 전기 도전층 증착 전에, 본 방법은 기판상에 전도성 고분자, 전도성 투명 무기화합물 또는 이들의 결합을 포함하는 층 적용 단계를 포함할 수 있다. 이러한 공정은 스퍼터링 또는 기타 대기상 코팅 공정에 의해 수행될 수 있다. 비-제한적인 전도성 고분자의 예시로는, 폴리아닐린 (PANI), 폴리에틸렌디티오펜(PEDT) 및 폴리에틸렌디옥사이드티오펜(PEDOT)를 포함한다. 비-제한적인 전도성 투명 무기화합물은 인듐 주석 옥사이드 (ITO), 아연 옥사이드, 알루미늄 도핑된 아연 옥사이드 (AZO), 아연 도핑된 인듐 옥사이드 (IZO), 인듐 옥사이드 및 불소화 주석 옥사이드 (FSO)를 포함한다.
이후, 본 방법은 소정 패턴에 따라 전기절연재료를 전기도전층에 선택적으로 증착하는 단계 (도 1의 130 박스)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 4B에 도시된 바와 같이, 이러한 단계 이후 기판 40 상부 표면은 두 종류의 영역들을 포함할 수 있으며, 즉 전기절연표면을 가지고 '상보영역' 이라 불리는 영역 41 및 전기도전표면 즉 그리드 라인 및 연결 스트립을 가지는 영역 48을 포함할 수 있다.
선택적으로, 이러한 공정은 이전 진공 증착 조작에 인-라인으로 연속하여 진공 챔버에서 수행될 수 있다. 도 4A로 돌아가 이를 참조하면, 참조부호 42로 지정된 영역, 즉 제조공정에서 전기도전 그리드 라인이 배치되는 기판 40의 표면상의 영역은 상기 정의된 바와 같은 '물체영역' 이다. 유사하게 참조부호 44로 지정된 영역, 즉, 전류 연결성을 개선하기 위한 광폭 스트립이 제조공정에서 배치되는 기판 40의 표면상의 영역은 상기 정의된 바와 같은 '보조영역' 이다.
도 4A를 참조하면, 참조부호 46으로 지정된 영역이 상보 영역이다. 도전성 그리드 패턴은 소망하는 응용 및 구체적 용도에 따라 선-설계(pre-designed)된다. 상보 영역의 미리 설계된 패턴은 그리드 라인 및 보조 영역과 연관된 영역들이 기판(40) 상에 전기절연재료의 선택적 적용 동안 코팅되지 않고 잔존되도록 설계된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 패턴화 기판을 소망하는 그리드 두께에 따라 소망 두께를 가지는 제2 전기도전층 50 (도 4C 참조)으로 전기도금하는 단계 (도 1의 140 박스)를 포함할 수 있다. 전기도전재료 박층으로 코팅된 물체 영역 48은 전기도금 공정에서 시딩층으로 기능할 수 있다. 시딩층은 표준 전해석출 공정에 의해 시딩층과 동일 재료로 전기도금될 수 있다. 대안적으로, 시딩층은 시딩층 재료와 다른 제2 재료로 전기도금될 수 있다. 전해석출에 따라 패턴화 금속 층 두께는 요구되는 그리드 형태에 거의 영향을 미치지 않으면서 소망 두께로 증가될 수 있다. 전기도금은 또한 때로는 전해석출로 언급되며, 두 용어들은 혼용된다.
이후, 본 방법은 당 분야에서 공지된 방법을 적용하여 전기절연재료를 제거하는 단계 (150 박스)를 포함할 수 있다. 라인의 그 다음 배스(bath)에서, 본 방법은 상보 영역에서 전기도전재료를 전체적으로 제거하여 상보 영역에서 기판 40이 노출되도록 표면 전체로부터 전기 도전층의 얇은 층을 화학적으로 에칭하는 단계 (박스 160)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 에칭 단계는 전기도전성 그리드 제조의 마지막 단계일 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 실시예에 의하면, 본 방법은 패턴화 전기 도전성 기판을 더욱 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면 본 방법은 인 라인 또는 오프라인에서, 그리드 도금 (plating), 제2층 (전기 도금층)상에 제3층의 추가단계를 포함할 수 있다. 후-도금 (post-plating) 공정은 그리드 라인만을 도금하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 전기도금공정에 사용된 전기도금재료는 은, 금, 팔라듐, 티타늄, 크롬, 아연, 주석 및 플라튬과 같은 어떠한 전기-도금 가능한 재료일 수 있다. 금속 합금 또는 금속 이온의 결합 역시 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자는 제1 및 제2 금속층은 동일 금속을 함유하고 블렌드되어 단일 활성층을 형성할 수 있다고 이해하여야 한다. 대안적으로, 제1 금속 및 제2 금속층은 다른 금속 또는 합금으로 구성될 수 있으며 구분될 수 있다. 추가적인 전기 도금층이 이전 층과 다르거나 유사한 재료로 추가될 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 추가적인 전기도금 공정은 에칭 단계에 선행되어 실시될 수 있다.
예를 들면, 선택적으로, 본 방법은 특별히 요구되는 물성을 형성하기 위하여 그리드 라인 상부 표면의 재료 또는 추가적인 재료들과의 추가적인 화학적 반응단계를 포함할 수 있다. 이러한 화학적 반응의 비-제한적 예로는 산화반응에 의한 상부층의 패시베이션(passivation)을 포함할 수 있다. 화학적 반응은 제2의 전기도전층 상부 표면에 금속-옥사이드 층을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다른 후-도금 공정(post plating process)은 인쇄, 그렇지 않으면 그리드 라인 상부 표면에 절연 재료의 적용을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 다른 후-도금 공정은 기판 상에 전도성 고분자를 포함하는 층을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 후-도금 공정은 기판상에 ITO와 같은 전기도전성 투명 무기화합물을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 공정은 스퍼터링에 의해 실시될 수 있다. 당업자에 의해 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따라 제조되는 기판 50A-50C의 롤 상에 놓여진(laid-out) 도전성 그리드의 3개의 예시적 패턴의 도면이 도 5A-5C에 도시된다.
본 발명의 실시예에 의한 RFID 안테나 어레이 제조방법을 보이는 플로우 챠 트인 도 6을 참조한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 고분자성 기판과 같은 기판에 라미네이트된 알루미늄 포일이 제공된다. 알루미늄 포일은 구리와 같은 전기도전 재료층으로 코팅된다 (박스 610).
본 발명의 실시예에 의하면, 알루미늄 포일을 전기도전재료로 코팅하는 단계는 진공 챔버에서 수행될 수 있다. 진공상 금속화 공정은 저항 기상 진공 금속화 공정에 의해 실행될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 진공상 금속화 공정은 유도 진공 금속화, 스퍼터링, 전자빔 총(electron beam gun) 또는 기타 당 분야에서 공지된 적용 가능한 물리적 진공 증착 기술에 의해 구현될 수 있다.
이러한 공정에서 사용되는 금속성 물질은 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 스테인리스 스틸 및 기타, 다양한 금속 합금, 예를 들면 청동 및 황동 또는 혼합-증착 금속의 어떠한 결합일 수 있다. 기타 비-금속 전기도전재료가 사용될 수 있다. 비-제한적 이러한 재료의 예시로서 인듐-옥사이드 및 인듐-주석 옥사이드일 수 있다. 하기 예시적 실시예에서, 전기도전 재료는 구리이다. 하기 설명에서 RFID 안테나 어레이 제조 방법의 예시적 실시예에서 명료 및 간결성을 위하여 구리가 사용된다고 하더라도, 당업자는 본 발명의 실시예는 다른 증착(depositions)의 사용이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
선택적으로, 금속층의 두께를 증가시키기 위해 진공 증착 후 전술한 바와 같은 전해 석출이 뒤따를 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 알루미늄 포일을 전기도전재 료로 코팅하는 것은 전해석출 공정에 의해서 단독으로 수행될 수 있다.
다음으로, 에칭 레지스트(etch resist) 재료가 미리 설계된 패턴에 따라 구리층 상에 적층된다 (박스 620). 선택적으로, 이러한 공정은 이전 인-라인 진공 증착 조작에 이어 진공 챔버에서 수행될 수 있다. 에칭 레지스트 재료는 염기성 용액에 저항성을 가지며 유기 용매에 의해 벗겨질 수 있다. 적합한 에칭-레지스트 재료의 비-제한적 예는 코트 일렉트로그라픽 컴퍼니에서 제조하는 XZ55 에칭 레지스트일 수 있다.
이후, 에칭 공정 동안 기판은 알루미늄 및 구리 모두를 에칭할 수 있는 적합한 염기성 용액 내에 침지될 수 있다 (630 박스). 이러한 용액의 비-제한적 예는 NH4OH 및 H2O2의 수성 혼합물일 수 있다. 에칭 공정에 따라 안테나-영역에 상보적인 영역으로부터 구리 및 알루미늄이 제거되고 기판이 노출된다. 이어서, 에칭 레지스트 재료는, 예를 들어, 유기 용매를 사용하여 벗겨낼 수 있다.
최종 제품은 구리의 최상부 표면을 가진 에칭된 알루미늄으로 구성된 RFID 안테나 어레이일 수 있다. 안테나 어레이를 가지는 롤 기판은, 이어서, 더 처리되어, RFID 라벨 및 태그를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 고분자 기판과 같은 기판에 라미네이트된 알루미늄 포일이 제공된다. 상기 알루미늄 포일은, 이어서, RFID 안테나 어레이 형상에 상응하게 미리 설계된 패턴에 따라 에칭 레지스트 재료의 층 코팅된다. 이어서, 상기 알루미늄 포일은 에칭되고, 에칭 레지스트 재료는 벗겨진다. 중간 생성품 은 RFID 안테나의 소망 어레이 형상을 가지는 에칭된 알루미늄 어레이이다.
이어서, 기판은 전해질 용액에 침지되고 구리로 전해 석출된다. 유사하게, 최종 제품은, 구리의 상면을 가진 에칭된 알루미늄으로 이루어진 RFID 안테나 어레이일 수 있다
본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이, 여기서 기술된 방법에서 하나 또는 그 이상의 단계들이 생략되거나 예시된 바와는 다른 순서로 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 하나 또는 그 이상의 구체적 실시예, 주로 RFID 안테나의 어레이 제조방법에 대한 실시예를 참조하여 언급되지만, 이러한 기술은 발명의 예시적인 것이며 실시예에 따라 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 상기한 바와 같이, 당업자는, 본 발명의 실시예가 예를 들어 멤브레인, 스위치, 유연한 인쇄회로기판 (PCB), 도전성 패널 등과 같은 유연한 전자 부품과 관련된 도전성 제품의 제조를 위해 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
여기에 구체적으로 예시되지 아니하지만 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에서 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (17)

  1. 도전성 물체(요소)의 패턴 제조 방법으로서, 상기 방법은,
    기본층(base layer)을 형성하도록 진공 증착 챔버 내에서 전기 도전 재료를 기판 상에 증착하는 단계;
    상기 도전성 물체를 운반하도록 미리 설계된 영역에 실질적으로 상보적인, 상기 기본층의 선택적 영역에 전기 절연제(electric insulating agent)를 적용하는 단계;
    상기 도전성 물체를 운반하도록 미리 설계된 상기 영역을, 제2 전기 도전층으로 전기 도금(electroplating)하는 단계;
    상기 기판으로부터 상기 전기 절연제를 제거하는 단계; 및,
    상기 기판 상에 도전성 물체의 상기 패턴을 생성하기 위해, 상기 선택적 영역으로부터의 상기 기본층과 상기 제2 전기 도전층의 최상층(top layer)을 제거하도록 화학적으로 에칭하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    도전성 물체의 상기 패턴이 무선 주파수 인식 (RFID) 안테나의 어레이인 것을 특징으로 하는 패턴 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    도전성 물체의 상기 패턴은 투명 도전성 전극, 히터, 또는 전자파 간섭 차폐(electromagnetic interference shield)인 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료의 증착 단계 전에, 상기 기판 상에 코팅층을 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 코팅층은 도전성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료의 증착 단계 전에, 상기 기판 상에 코팅층을 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 코팅층은 전기 도전성 투명 무기화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료를 증착하는 단계는, 금속을 증착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료의 증착 단계 전에, 상기 기판 상에 코팅층을 적용하는 단계를 포함하는 패턴 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 후, 상기 기판층 상에 코팅층을 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 코팅층은 하나 이상의 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(PANI), 폴리에틸렌디티오펜(PEDT), 폴리에틸렌디옥사이드티오펜(PEDOT) 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 후, 상기 기판 상에 코팅층을 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 코팅층은 하나 이상의 전기 도전성 투명 무기화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전기 도전성 투명 무기 화합물은 인듐 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 알루미늄 도핑된 아연 옥사이드, 아연 도핑된 인듐 옥사이드, 인듐 옥사이드, 불소화된 주석 옥사이드 및 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 패턴 제조방법.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제2 전기 도전층을 제3 전기 도전층으로 전기 도금하는 단계를 포함하는 패턴 제조방법.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 후, 상기 전기 도전층의 상면(top surface)에 금속-옥사이드 층을 생산하도록 산화 반응을 수행하는 단계를 포함하는 패턴 제조방법.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 후, 상기 제2 전기 도전층 상에 절연 코팅층(insulating coating layer)을 적용하는 단계를 포함하는 패턴 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료의 증착 단계는, 저항 진공 금속화(resistive vacuum metallization), 유도 진공 금속화(inductive vacuum metallization), 스퍼터링(sputtering) 또는 전자빔 총 증착(electron beam gun deposition)을 이용하는 것을 포함하는 패턴 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도전 재료의 증착 단계는, 구리, 알루미늄, 니켈, 은, 스테인리스 강, 인듐 옥사이드, 인듐-주석 옥사이드, 금속 합금 증착물(deposition) 또는 금속 또는 금속 합금의 공-증착물(co-deposition)을 증착하는 것을 포함하는 패턴 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    전기 도금 단계는, 구리, 주석, 니켈, 은, 크롬, 황동(brass), 청동(bronze) 또는 이들의 조합을 증착하는 것을 포함하는 패턴 제조방법.
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