KR20080025664A - 3차원 회로의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 두 개가 중첩되고 플렉시블하게 형성된 기판층을 포함하되, 상기 기판층은 전기적 기능 물질로 구성된 도전 경로 및/또는 회로 소자를 포함하는 3차원 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 (a) 상기 적어도 두 개의 기판층(1,2,3)으로 연속된 물질시트를 사용하는 단계, (b) 상기 기판층(1,2,3) 상에 상기 전기적 기능 물질을 인쇄하는 단계, (c) 상기 적어도 두 개의 기판층 서로의 경계를 정하기 위해 상기 물질시트에 적어도 하나의 접힘 또는 굽힘 모서리(5)를 형성하되, 상기 접힘 과정을 인쇄 과정과 인라인으로 수행하는 단계 및 (d) 상기 도전 경로도전 경로회로 소자가 인쇄된 후에 상기 접힘 또는 굽힘 모서리를 따라 물질시트를 접어 적어도 두 개의 기판층이 서로의 상부에 배열되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
3차원, 회로, 스택

Description

3차원 회로의 제조방법{Method for producing a three-dimensional circuit}
본 발명은 도전 경로(conductor path) 및/또는 회로 소자(circuit element)를 포함하는 적어도 두 개의 중첩된(superimposed) 기판층(substrate layer)을 가지는 3차원 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다.
독일 특허 DE-A-10011595에는 연성 인쇄 회로(flexible printed circuit)가 전도성 접착제(conductive adhesive)에 의해 회로 캐리어(circuit carrier)의 회로에 연결된 회로 배열이 개시되어 있다. 종래의 납땜 접속(solder connections)과 대비할 때, 이러한 회로 배열은 제조 및 조립 비용을 저감할 수 있다.
또한, 독일 특허 DE-A-10057665에는 스택 배열(stacked arrangement)로 된 적어도 두 개의 트랜지스터를 가지는 집적회로가 개시되어 있는데, 여기에서는 일예로서 필름이 기판으로 사용된다.
본 발명의 목적은 3차원 회로의 제조 및 조립 비용을 한층 더 저감하기 위한 것이다. 상기 목적은 본원 청구항 제1항 발명의 특징에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 회로의 제조방법은 적어도 두 개가 중첩되고 플렉시블하게 형성된 기판층(substrate layer)을 포함하되, 상기 기판층은 전기적 기능 물질(electrical functional materials)로 구성된 도전 경로 및/또는 회로 소자를 포함하는 3차원 회로를 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 적어도 두 개의 기판층(1,2,3)으로 연속된 물질시트(continuous sheet of material)를 사용하는 단계, (b) 상기 기판층(1,2,3) 상에 상기 전기적 기능 물질을 인쇄하는 단계, (c) 상기 적어도 두 개의 기판층 서로의 경계를 정하기 위해 상기 물질시트에 적어도 하나의 접힘 또는 굽힘 모서리(folding or bending edge, 5)를 형성하되, 상기 접힘 과정을 인쇄 과정과 인라인(inline)으로 수행하는 단계, (d) 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자가 인쇄된 후에 상기 접힘 또는 굽힘 모서리를 따라 상기 물질시트를 접어 적어도 두 개의 기판층이 서로의 상부에 배열되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기능성 물질로는 폴리머 물질이 바람직하며, 상기 폴리머 물질은 플렉시블한 기판층에 인쇄된다. 그 결과, 제조가 극히 간단하고 저렴해진다.
적용에 따라서, 전기적 절연층이 상기 기판층 사이에 배열될 수 있고, 상기 전기적 절연층은 경질 기판(solid substrate), 특히 상기 기판층을 만드는 물질시트로 된 경질 기판으로 구성되거나 액체 또는 기체 형태로 적용된 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기판층은 도전 경로 및/또는 회로 소자 사이의 전기적 접점 연결에 의해 서로 전기적으로 접촉될 수 있다.
본 발명의 다른 응용에 따라, 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자 사이의 전기적 접점 연결의 형성은 전기적 기능 물질을 인쇄함으로써 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 이는 두 개의 인접한 기판층에 있어서 압력 접점(press contact)에 의해 대향하는 사이트를 직접 접촉시킴으로써 가능하다. 이때, 상기 두 개의 접촉 사이트 영역에 있는 중간층에는 개구(일예로서, 천공에 의해 형성된 개구)가 형성되어 있다(도4 참고). 또한, 전기 전도성 연결은 접힘 또는 굽힘 모서리에 의해 형성될 수도 있다(도5 참고). 마지막으로, 기판층을 관통하는 필요한 연결은 관통 접촉(through-contacting)이 발생되는 기판의 사이트에 천공장치(14)를 이용하여 구멍을 형성함으로써 이루어질 수도 있다(도6a, 도6b). 접점은 이후 상기 기판층의 양면으로부터 구멍을 겹쳐(선택적으로 복수 회) 인쇄하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
도1은 연속적 기판층을 구비한 3차원 회로를 나타낸 도면,
도2는 연속적 기판층과 별도의 절연층을 구비한 3차원 회로를 나타낸 도면,
도3은 기판층과 절연층이 연속적인 3차원 회로를 나타낸 도면,
도4는 접착성의 절연층을 가진 연속적 기판층을 구비한 3차원 회로를 나타낸 도면,
도5는 접힘 또는 굽힘 모서리에 의한 전기 전도성 연결을 구비하는 3차원 회로를 나타낸 도면,
도6a 내지 도6c는 접점 생성을 개략적으로 나타낸 도면,
도7은 제조 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 몇 가지 실시예와 도면을 이용하여 본 발명의 다른 장점 및 응용을 상세히 설명한다.
도1에 개략적으로 나타낸 3차원 회로는 3개의 중첩된 기판층(1, 2, 3)을 포함하고, 상기 기판층은 도전 경로 및/또는 회로 소자(4)를 포함한다. 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자는 전기적 기능 물질, 특히 폴리머에 기초한 전기적 기능 물질을 이용하여 플렉시블하게 형성된 기판층 상에 인쇄된다. 예를 들면, 상기 기판에 직접 적용된 도전 경로에 의하여 일체로 연결된 트랜지스터, 다이오드, 저항, 커패시터 등과 같은 전기 및 전자 부품들을 제조하는 하는 것이 가능하다. 또한, 일예로서 상기 기판층 각각은 필름으로 구성될 수 있다.
상기 3개의 기판층은 연속된 물질시트로 제조될 수 있으며, 각각의 기판층은 물질시트 내의 접힘 또는 굽힘 모서리(5)에 의해 서로 분리된다. 또한, 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자(4)가 적용된 후 상기 물질시트를 2개의 기판층이 서로의 상부에 배열되도록 상기 접힘 또는 굽힘 모서리를 따라 접게 된다.
상기 전기적 기능 물질이 인쇄 과정에 의해서 플렉시블한 기판층에 적용될 경우 제조비용이 매우 저렴해진다. 특히, 활판인쇄(letterpress), 로토그라비어(rotogravure) 또는 평판(planographic) 공정이 사용될 수 있다.
상기 기판층(1, 2, 3) 각각은 서로 견고하게 연결되어 있는데, 상기 견고한 연결은 일예로 접착제, 라미네이팅 단계(laminating step), 천공 작업(perforating operation), 기판층의 부분 용융 또는 기타 다른 방식에 의해 이루어질 수 있다.
종래의 인쇄 기술과 폴딩 과정이 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자의 적용과 폴딩 공정에 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 폴딩 과정은 전기적 회로 소자의 인쇄 공정과 인라인으로 이루어진다. 이러한 방식의 폴딩은 상기 인쇄된 구조들이 인쇄 공정이 이루어진 기판상에서 이들의 공간관계를 정확히 형성하여 고정되고, 폴딩 후에는 각각의 위에 정확히 놓여진다는 장점이 있다. 따라서, 수백 개의 층을 각각의 상부에 정확히 놓이도록 하는 것이 가능해진다. 여기에서, "인라인"이라 함은 상기 과정 동안 연속적인 조립라인(assembly-line)의 형성이 이루어진다는 것을 의미한다.
따라서, 수직으로 연결된 전자부품들(예를 들면, 두 개의 중첩된 트랜지스터) 사이의 전도 간격은 매우 작고, 실질적으로는 기판층의 두께에 의하여 형성된다. 상기 두께는 일반적으로 10 내지 100㎛의 범위에 있고, 따라서 링크가 한 쪽 면에만 형성되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 신문 접기(newspaper folding), 나이프 폴딩(knife folding) 또는 버클 폴딩(buckle folding) 등 공지된 방식 중 어느 하나를 폴딩 과정에 이용할 수 있으며, 특히 세로(longitudinal) 및 가로(transverse) 접기 모두에 사용할 수 있다.
원칙적으로 절연층은 각 층 사이에 구비되는데, 상기 절연층은 부가적인 기판층 또는 필름층 중 어느 하나로 구성되거나(도2 및 도3 참조) 부가적으로 적용된 절연 물질층(도4 참조)으로 구성될 수 있다.
도2에 따른 실시예에서, 세 개의 기판층(1, 2, 3)이 연속된 물질층으로 형성되고, 두 개의 전기적 절연층(6)은 각각 분리된 층으로 형성된다. 반면에, 도3에 따른 실시예에서는 기판층(1, 2, 3)과 전기적 절연층(6)이 연속된 물질층으로 제조되고, 각각의 층은 접힘 또는 굽힘 모서리(5)에 의하여 서로 분리된다.
상기 회로의 각각의 층은 서로 영구적으로 결합되어야 하기 때문에 각 층을 이웃한 층에 결합하거나 붙이는 것이 필요하다. 이 기능은 절연과 결합될 수 있는데, 필름층이 절연 페이스트 필름으로 도입되거나(도2 및 도3의 6) 또는 도4에 도시된 바와 같이 절연 특성을 가지는 접착층(9)이 중간층으로 적용될 수 있다.
그러나, 3차원 회로는 회로 스택(circuit stack)에 포함된 각각의 기판층이 서로 전기적으로 연결될 수 있는 경우에만 가능하다. 예를 들어, 이는 두 개의 인접한 기판층에 있어서 압력 접점(press contact)에 의해 대향하는 사이트(7, 8)를 직접 접촉시킴으로써 가능하다. 이때, 상기 두 개의 접촉 사이트(7, 8) 영역에 있는 절연 접착층(9)에는 개구(10)가 형성되어 있다(도4 참조).
또한, 전기 전도성 연결은 접힘 또는 굽힘 모서리(5)에 의해서도 형성될 수 있다(도5 참조). 적용되는 전도성 물질(11, 12)은 파열되지 않고 폴딩 공정을 견딜 수 있을 정도로 충분히 탄성이 있어야 한다.
본 발명에 따른 회로 구조에 필요한 기판층을 관통하는 연결을 형성하기 위하여, 관통 접촉(through-contacting)이 발생되는 기판의 사이트에 천공장치(14)를 이용하여 구멍(13)을 형성할 수도 있다(도6a, 도6b 참조). 접점은 이후 상기 기판층의 양면으로부터 구멍(13)을 겹쳐(선택적으로 복수 회) 인쇄하는 것에 의하여 형 성될 수 있다(도6c). 상기 구멍의 크기와 양면에 적용된 기능 물질의 표면장력은 서로 조정이 되어서 구멍 단면의 습윤(wetting)이 최적으로 발생될 수 있도록 한다. 충분한 전도성을 확보하기 위하여 전도성 접합에 수 개의 구멍을 형성할 필요가 있다. 예를 들어, 기계적 천공유닛이 천공장치(14)로 사용될 수도 있다. 또한, 상기 구멍은 레이저 빔에 의하여 기판층 안으로 타들어 갈 수도 있다.
본 발명에 따른 제조 공정의 일실시예가 도7에 도시되어 있다. 먼저, 물질 시트(15)를 저장롤러(16)로부터 푼 후에 천공장치(14)에 의해 천공을 한다. 다음으로, 기판 웹(substrate web)을 인쇄유닛(17)의 일면 또는 양면에 인쇄하는데, 이때 건조 공정도 이루어질 수 있다. 또한, 상기 중간층이 물질시트의 일부 또는 분리된 층으로 형성되지 않는 한, 구조화된 접착제 절연층이 여기에 적용될 수도 있다. 그 후, 하나 또는 그 이상의 폴딩 공정이 폴딩 유닛(18)에서 이루어져서 결국 적절한 3차원 회로(19)가 형성된다. 따라서, 폴딩 공정이 완료되기 전까지는 3차원 회로를 분리하기 위한 절단 공정이 이루어지지 않기 때문에, 상기 폴딩 공정은 인쇄 공정과 인라인으로 이루어진다.
필요에 따라 각각의 기판층은 서로 연결된다. 상기 접착제는 인쇄 공정에서 또는 폴딩 공정 동안 적용되고, 선택적으로는 동시에 전기적 기능(특히, 절연체)을 수행한다. 또한, 다른 기판 웹(예를 들어 전기적 기능 부품으로 제공되는, 20)이 선택적으로 폴딩 공정에 도입됨으로써 상기 3차원 회로(19)는 다양한 웹이 함께 구비되어 형성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 적어도 두 개가 중첩되고 플렉시블하게 형성된 기판층(substrate layer)을 포함하되, 상기 기판층은 전기적 기능 물질로 구성된 도전 경로 및/또는 회로 소자를 포함하는 3차원 회로를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 적어도 두 개의 기판층(1,2,3)으로 연속된 물질시트를 사용하는 단계;
    (b) 상기 기판층(1,2,3) 상에 상기 전기적 기능 물질을 인쇄하는 단계;
    (c) 상기 적어도 두 개의 기판층 서로의 경계를 정하기 위해 상기 물질시트에 적어도 하나의 접힘 또는 굽힘 모서리(5)를 형성하되, 상기 접힘 과정을 인쇄 과정과 인라인으로 수행하는 단계;
    (d) 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자가 인쇄된 후에 상기 접힘 또는 굽힘 모서리를 따라 상기 물질시트를 접어 적어도 두 개의 기판층이 서로의 상부에 배열되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 회로의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전기적 절연층(6)이 상기 기판층(1,2,3) 사이에 배열된 것을 특징으로 하는 3차원 회로 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기적 절연층(6)으로 경질 기판, 특히 상기 기판층을 제조하는 물질 시트를 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 회로 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    액체 또는 기체 물질로 구성된 전기적 절연층(9)이 상기 기판층(1,2,3) 사이에 적용된 것을 특징으로 하는 3차원 회로 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판층(1,2,3)은 상기 도전 경로 및/또는 회로 소자 사이의 전기적 접점 연결에 의하여 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 회로 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전 경로 및/또는 회로 소자 사이의 전기적 접점 연결의 형성은 전기적 기능 물질을 인쇄함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 회로 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    다양한 기판층의 도전 경로 및/또는 회로 소자 사이에 전기적 접점 연결을 형성하기 위하여 하나 또는 그 이상의 기판층에 천공하는 것을 특징으로 하는 3차 원 회로 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 물질시트는 복수의 3차원 회로를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 3차원 회로의 제조방법.
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