KR20080103994A - 열적으로 인쇄 가능한 전기적 전도성 리본과 방법 - Google Patents

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KR20080103994A
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스테픈 드류스
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

열적으로 전사 가능한(transferable) 전기적 전도성 리본으로서 제 1 및 제 2 측면들을 가지는 캐리어 웹(carrier web)과 캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된 전기적 전도성을 가진 층을 포함한다. 전기적 전도성 층의 부분은 물체 위에 전기적 전도성 회로를 형성하기 위해 관련된 물체에 전사 가능하다. 리본을 만들기 위한 그리고 사용하기 위한 방법이 또한 개시된다.

Description

열적으로 인쇄 가능한 전기적 전도성 리본과 방법{THERMALLY PRINTABLE ELECTRICALLY CONDUCTIVE RIBBON AND METHOD}
본 발명은 전사가능한 전도성 리본과 전도성 경로(pathway)를 만드는 방법에 관련한 것이다. 보다 특정적으로, 본 발명은 열적으로 기판 상에 도포되거나 또는 인쇄되는 전도성 리본에 관련한 것이다.
회로를 제조하는 많은 알려진 프로세스들이 존재한다. 유연한 또는 벤딩 가능한 회로의 제조에 있어서 특히 유용한 하나의 이러한 프로세스는 실크스크린(silkscreen) 방법이다. 예를 들어, 이러한 회로는 차량 대쉬보드들, 가전도구 제어 패널들, 항공기 백리트(backlit) 패널들, 컴퓨터 등에서 찾아볼 수 있다. 회로는 폴리에스테르 필름과 같은 유연한 기판 상에 인쇄된다.
그러나, 실크스크린 프로세스는 매우 복잡할 수 있다. 우선, 회로의 사진 음화(photographic negative)를 만들어 냄에 의해서 특정, 원하는 회로를 충족시키기 위한 스크린(screen)이 제조된다. 프레임이 제조되고, 실크가 프레임 상에 펼쳐진다. 광 레지스트(resist)(네거티브)가 실크에 도포되며, 스크린이 음화에 노출된다. 다음으로, 스크린이 스크린 상에 회로의 '픽처(picture)'를 만들어 내기 위해 현상된다.
다음으로, 폴리에스테르와 같은, 스크린 인쇄 잉크들을 받아들일 수 있는 기판을 사용하고 전도성 잉크를 혼합하고 도포함에 의해서 패널이 제조된다. 보통, 잉크들이 층들에 도포된다. 잉크가 도포된 후, 스크린이 기판 상의 잉크를 경화하거나(harden) 건조시키기 위해서 경화된다(cured).
비록 실크스크린 프로세스가 유연한 회로를 제공하기 위해서 작용하지만, 단점들이 존재한다. 일반적으로, 실크-스크리닝의 하나의 단점은 인화성(flammable) 독성 화학물질을 사용한다는 것이다. 스크린들을 제조하기 위해서 현재 알려지고 사용되는 화학 물질은 휘발성이며(volatile) 몇몇 경우들에서 해롭다. 게다가, 생성되는 화학 폐기물은 폐기처분(disposal)을 요구한다. 잉크들 및/또는 화학물질의 타입들에 따라서, 특별한 처리가 폐기에 요구될 수 있다. 이는 또한 상대적으로 값비싼 프로세스이기도 하다.
게다가, 실크스크린 프로세스를 사용하는데(사용하는 디자인에 있어) 그 융통성이 한정된다. 프로토타입 제조(prototyping)가 어려우며, 일단 스크린이 만들어지면, 어떤 경우에도, 용이하게 변경할 수 없다.
전도성 회로들을 제조하기 위한 대안적 방법들은 잉크젯 인쇄 기술들을 사용해왔다. 그러나, 이러한 기술에서, 잉크는 전도성 나노(nano)-입자들로 조성되고 다음으로 수정된(modified) 잉크젯 프린터로 인쇄된다. 인쇄된 회로들은 회로를 생성하기 위한 연속적 전도성 경로를 얻기 위해 잉크 내의 전도성 입자들을 완전히 융합시키기 위해 소결된다(열 처리된다). 이 방법의 단점들은 전도성 나노-입자들의 높은 비용, 원하는 최종(end) 성질들을 가진 분사-가능한 잉크를 조성하는데 있 어서의 어려움, 전도성 잉크를 다루기 위한 잉크젯 프린트에 요구되는 특정 디자인 특징들 그리고 원하는 전도성을 얻기 위한 "인쇄된" 회로에 요구되는 추가적 소결 단계이다.
따라서, 비-실크스크린 프로세스 또는 비-잉크젯 프로세스에 의해서 형성되는 유연한 전기적 전도성 회로에 대한 요구가 존재한다. 바람직하게, 이러한 프로세스는 회로 디자인에 융통성을 허용해준다. 보다 바람직하게, 이러한 프로세스에서, 회로는 리본 적용 방법을(ribbon applied method) 사용하여 형성된다. 보다 더 바람직하게, 프로세스는 회로가 용이하게 디자인되고, 컴퓨터-이용(computer-aided) 회로 디자인 툴을 사용하여 생성되며 알려진 열 전사 프로세스들을 사용하여 물체에 전사되는 열적 인쇄 프로세스이다.
열 전사 전기적 전도성 리본은 제 1 및 제 2 측면들을 가지는 캐리어 웹과 캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된 전기적 전도성 층을 포함한다. 전기적 전도성 층의 부분이 물체 상에 전기적 전도성 회로를 형성하기 위해 관련한 물체에 전사 가능하다.
웹으로부터 전도성 층의 릴리스를 용이하게 하기 위해서, 릴리스 코팅이 캐리어 웹과 전기적 전도성 층 사이의 캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된다. 접착제 층이 연관된 물체에 전사되는 전기적 전도성 층의 부분과 연관된 물체 사이에 접착을 제공하기 위해 전기적 전도성 층 상에 위치된다.
본 발명의 리본과 리본을 만들고 사용하기 위한 방범은 실크스크린 프로세스의 시간 및 비용을 피하게 해준다. 본 발명의 방법은 리본 도포 열 전사 프로세스를 사용하여 회로를 형성한다. 본 발명의 프로세스를 사용하여, 전기 회로가 용이하게 디자인되고, 컴퓨터-이용 회로 디자인 툴들과 알려진 열전사 또는 인쇄 기술들을 사용하여, 물체, 그리고 이점 적으로 폴리에스테르 필름과 같은 유연한 물체에 생성되고 전사된다.
본 발명의 이런 그리고 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 청구항들과 함께 다음의 상세한 설명과 도면들로부터 보여지게 될 것이다.
본 발명의 이점들과 장점들은 다음의 상세한 설명과 수반하는 도면들을 리뷰한 후에 관련 기술의 당업자들에게 보다 용이하게 보여지게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따라서 형성된 예시 유연한 회로의 평면도.
도 2는 도 1의 라인 2--2를 따라서 취해진 도 1의 회로의 부분의 단면도.
도 3은 본 발명의 원리들에 따른 열적으로 인쇄 가능한 전기적 전도성 리본의 예시적 사시도.
도 4는 도 3의 라인 4--4를 따라서 취해진 리본의 단면도.
도 5는 도 1의 유연한 회로를 제조하기 위한 하나의 예시적 방법을 도시하는 흐름도.
본 발명이 여러 가지 형태들의 실시모드를 취할 수 있는 한편, 본 개시가 본 발명의 예시로 고려되어야 하며 예시된 특정 실시모드에 본 발명을 한정시키려는 의도가 없다는 이해와 함께 현재 바람직한 실시모드가 도면들에 도시되며 이후에 기술될 것이다.
이 명세서의 이 섹션의 제목, 즉, "본 발명의 상세한 설명"이 미국 특허청의 요구사항들과 관련하며, 이 명세서에 개시된 주제물(subject matter)을 한정을 함의하거나 한정하는 것으로서 추론되어서는 안 된다는 것이 더 이해되어야 한다.
본 발명은 열 전사 프로세스들을 사용하여 유연한 회로의 제조를 허용한다. 이점 적으로, 본 발명은 비싼 실크스크린 프로세스들의 필요와 이들의 수반하는 단점들을 제거해준다.
도 1에 참조하여, 본 발명의 원리들에 따라서 형성된 예시 유연한 회로(10)가 도시된다. 회로(10)는 마일라(mylar), 아크릴(acrylic), 폴리에스테르 필름, 비닐(vinyl) 필름, 종이, 종이 보드 또는 대부분의 어떠한 인쇄 가능한 기판과 같은, 유연한 베이스 필름 또는 기판(12) 상에 형성된다. 기판이 유연한 매체일 필요가 없다는 것이, 즉, 단단한 매체일 수 있다는 것이 주지될 것이다; 그러나, 본 발명의 장점들은 유연한 기판(12) 환경에서 잘 이해될 것이다. 예를 들어, 이러한 유연한 회로들은 차량 대쉬보드들, 가전 기기 제어 패널들, 항공기 백리트 패널들, 컴퓨터 등에 사용된다.
유연한 회로(10)의 단면은 도 2에 도시된다. 기판(12)은 전기적으로 전도성 물질(14)을 위한 구조를 지지하며 제공한다. 전도성 물질(14)은 접착제(16)에 의 해서 기판(12)에 고정된다. 선택적인 보호 코팅(18)은 전도성 물질(14)(층) 위에 도포될 수 있다.
전도성 물질(14)(층)을 기판(12)에 열 전사하는데 있어서의 사용을 위한 필름(20)의 단면은 도 4에 도시된다. 본 발명의 형태에 있어서, 필름(20)이 도 3에 도시된 바와 같이 리본(R)으로서 형성된다. 도 3 및 도 4에 참조하여, 리본-형태 필름(20)은 캐리어 웹(22) 그리고 캐리어 웹(22) 상에 형성된 릴리스 코팅(24)을 포함한다. 전도성 층(26)은 릴리스 코팅(24)에 도포되며 접착 층(28)이 전도성 층(26)에 도포된다. 백코팅(30)이 웹(22)로부터의 열 전사를 용이하게 하기 위해 웹 (22)의 반대 면에 도포될 수 있다(도 3참조). 백코팅(30)은 웹(22)을 통해 (열 전사를 위한) 보다 높은 열 적용을 허용하도록 조성될 수 있다. 당업자들은, 유연한 회로 기판(12)에 도포된 것으로서, 접착 층(28)은 전기적 전도성 층(26)을 {전도성 물질(14)을 형성하기 위해} 기판(12)에 접착시킨다(또는 접착시키는 접착제(16)를 형성한다)는 것을 인식할 것이다. 릴리스 코팅(24)은 전사 이후에 열 전사 필름(20){즉, 캐리어(22)와 함께} 남아 있을 수 있다.
캐리어 웹(22)은 광범위한 다양한 물질들의 어떠한 것으로부터 형성될 수 있다. 열적 인쇄 웹들(22)에서의 사용을 위한 하나의 알려진 물질은 폴리에스테르 필름이다. 흔히 사용되는 열적 인쇄 프로세스들에서, 약 4에서 약 20 마이크론(microns)의 폴리에스테르 필름이 사용된다. 웹(22)의 뒷 면은, 열전사 프로세스에 사용될 때 필름(22)을 보호하기 위해, 백코팅(30)과 같은 것으로, 처리될 수 있다.
릴리스 코팅(24)은 후속하는(subsequent) 층들(26, 28)을 "릴리스"하기 위해 열 전사 프로세스 동안 웹에 적용되는 열에 반응하도록 조성된다. 후속 층들(26, 28)과 함께 릴리스하는{전도성 및 접착 층들과 함께 전사하는} 릴리스 코팅(24)의 한 타입은 전사 후에 전도성 층으로부터 (유연한 회로로부터) 제거되는 알칼리-용해 가능한(alkali-soluble) 열가소성 폴리머이다. 릴리스 코팅(24)의 제거는 전도성 층과의 간섭의 가능성을 감소시킨다. 릴리스 코팅(24)은 암모니아 및 물 혼합물과 같은 알칼리성 용액으로 제거될 수 있다. 전도성 층(26)과 함께 전사하는데 사용되는 다른 물질들은 파라핀(paraffin), 미정질(microcrystalline) 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 글리콜(glycol)과 같은 다양한 왁스들(waxes)을 포함한다. 교차-링킹(cross-linking) 작용제들 또는 결합 작용제들과 같은 변형제들(modifiers)이 인쇄 성능을 향상시키기 위해 릴리스 층에 첨가될 수 있다.
대안적으로, 릴리스 코팅(24)은 웹(22) 상에 남아있으며 후속 층들(26, 28)과 함께 전사하지 않는 유형일 수 있다. 예를 들어, 이들 타입들의 코팅들은 교차-링크된 실리콘 주성분의 물질 등을 포함한다. 변형제들이 후속 층들(26, 28)의 릴리스를 용이하게 해주기 위해 포함될 수 있다.
전기적 전도성 층(26)은, 릴리스 코팅(24) 위로, 웹(22)에 도포된다. 층(26)은, 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 탄탈, 게르마늄, 실리콘 및, 실리콘-함유 물질들, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 주석 산화물(ATO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 탄소, 니켈 등과 같은, 광범위하게 다양한 금속들로부터 형성될 수 있다. 전도성 층(26)은 스프레잉, 코팅, 이온 증기 증착, 진공 금속코팅, 스퍼터 코팅 등과 같은 프로세스들을 사용하여 도포될 수 있다. 당업자들은 전도성 층(26)이 필름에 도포되거나 필름 안에 내장될 수 있는 다양한 방법들을 인식할 것이다. 전도성 물질이, 웹(22)에 도포되는, 수지(resin)와 같은 코팅과 혼합되는 것(예를 들어 수지 내에 조성되는 것)이 고려될 수 있다. 이러한 경우들에서, 코팅은 {층(24)과 같은} 릴리스 층의 필요 없이, 인쇄될 때 캐리어로부터 릴리스하도록 조성될 수 있다. 선택적으로, 접착 층(28)이 기판(12)에 도포되어, 인쇄 수용 기판을 생성하며, 따라서 리본(R)에 도포되는 접착 층의 필요를 제거해줄 수 있다.
{층(28)으로서 도포된} 접착제(16)는 전도성 물질(14)의 우수한 결합을 보장하도록 전도성 물질(14)과 회로 기판(12) 사이의 필수적 접착을 제공한다. {접착 층(28)으로서, 전도성 층(26) 위에 도포된) 바람직한 접착제(16)는, 비닐 염화 아크릴(vinyl chloride acrylic), 폴리에스테르 또는 염소 처리(chlorinated) 폴리올레핀 수지 또는 이들의 혼합물과 같은, 열가소성 수지이며 원하는 전사 온도들에서 반응한다(즉, 연화되어 융합한다). 실란(silane)과 같은 결합 작용제들이 전도성 물질(14)의 기판(12)으로의 접착을 증진시키기 위해 접착 층(28)에 첨가될 수 있다.
유연한 회로(10)를 제조하기 위한 한 방법(110)이 도 5의 흐름도에 도시된다. 방법(110)은 기판(112)를 제공하는 단계, 전기적 전도성 층을 가진 열적 인쇄 가능한 전기적 전도성 리본(114)을 제공하는 단계, 그리고 유연한 기판(116) 상에 전기적 전도성 층의 부분을 전사하는 단계를 포함한다. 전사된 부분은 원하는 전 기 회로 또는 전기 회로(10)의 부분을 한정한다.
필요한 경우, 어떠한 남아있는 릴리스 코팅 물질이 이제 형성된 전기 회로 또는 전기 회로(10)의 부분으로부터 제거된다(118). 선택적인 보호 코팅이 {예를 들어, 오버(over) 코팅} 전사된 전기 회로(10)에 도포(120) 될 수 있다.
본 발명의 장점들의 하나는 현재 구입 가능한 회로 디자인 툴들과 함께 사용될 때, 회로들이 과거에 사용된 실크-스크리닝 응용제품들보다 훨씬 적은 시간과 훨씬 적은 노력으로, 디자인되고, 프로토타입 생성되고 테스트될 수 있다는 것이다. 예를 들어, CAD 회로 디자인 툴들을 사용하여, 회로가 디자인될 수 있으며, 인쇄 명령을 입력함에 의해서, 열적 인쇄 가능한 전기적 전도성 리본과 기재가 프린터 안에 있으면서, 회로가 인쇄되고 테스트될 수 있다. 조정들 및/또는 변경들이 디자인 및 인쇄된 후속 프로토타입 회로들에 행해질 수 있다. 일단 최종 디자인이 만들어지면, 회로의 제조 행정(production runs)들이 동일한 열적 인쇄 또는 전사 방법들 및 기술을 사용하여 만들어 질 수 있다.
이 명세서안에서 참조된 모든 특허들은, 본 개시의 텍스트 안에서 특정적으로 참조되었는가의 여부에 관계없이, 이 명세에 의해서 이 명세서 안에 참조로 병합된다.
본 개시에서, 단수 표현은 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 반대로, 복수 아이템들에 대한 어떠한 참조도, 적절한 경우, 단수를 포함할 것이다.
전술로부터 많은 수정들과 변형들이 본 발명의 신규 개념들의 진정한 정신과 범위로부터 벗어나지 않으며 실현될 수 있다는 것이 주지될 것이다. 설명된 특정 실시모드들에 대해서 어떠한 제한도 의도되지 않았으며 추론되어서도 안 된다. 본 개시는 청구항들의 범위 내에 해당하는 모든 이러한 변형들을 커버하는 것으로서 의도된다.
본 발명은 전사가능한 전도성 리본과 전도성 경로(pathway)를 만드는 방법에 관련한 것이며, 보다 특정적으로, 본 발명은 열적으로 기판 상에 도포되거나 또는 인쇄되는 전도성 리본에 관련한 것으로서 산업 상 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 열 전사 가능한(thermally transferable) 전기적 전도성 리본으로서,
    제 1 및 제 2 측면들을 가진 캐리어 웹(carrier web)과;
    캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된 전기적 전도성 층으로서, 전기적 전도성 층의 부분이 전기적 전도성 회로를 형성하기 위해 관련된 물체에 선택적으로 전사 가능한, 전도성 층을 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  2. 제 1항에 있어서, 캐리어 웹과 전기적 전도성 층 사이의 캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된 릴리스 코팅(a release coat)을 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  3. 제 2항에 있어서, 릴리스 코팅이, 적어도 부분적으로, 전기적 전도성 층의 부분과 함께 물체로 전사하는(transfers), 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  4. 제 2항에 있어서, 릴리스 코팅이 물체로의 전기적 전도성 층의 부분의 전사(transfer) 뒤에 캐리어 웹과 함께 남아있는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  5. 제 1항에 있어서, 연관될 물체에 전사된 전기적 전도성 층의 부분과 연관된 물체 사이에 접착을 제공하기 위해 전기적 전도성 층 상에 위치된 접착 층을 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  6. 제 1항에 있어서, 전기적 전도성 층이 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 게르마늄, 실리콘 및 실리콘-함유 물질, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 주석 산화물(ATO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 탄소 그리고 니켈 중의 하나 또는 그 이상의 것들로부터 형성되는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  7. 제 1항에 있어서, 캐리어 웹이 폴리머(polymeric) 물질로부터 형성되는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  8. 제 7항에 있어서, 캐리어 웹 폴리머 물질이 폴리에스테르(polyester)인, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본.
  9. 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법으로서,
    표면 상에 릴리스 코팅을 가지는 캐리어 웹을 제공하는 단계와;
    릴리스 코팅 상에 전기적 전도성 층을 도포하는 단계와;
    전기적 전도성 층 상에 접착 층을 도포하는 단계를 포함하며,
    여기서 전기적 층의 부분과 전기적 전도성 층에 오버레이된(overlaying) 접 착 층이 전기적 전도성 회로를 형성하기 위해 연관된 물체 상으로 열 전사 가능한, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 진공 금속 코팅에(vacuum metallization) 의해서 전기적 전도성 층을 도포하는 단계를 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 이온 증기 증착에 (ion vapor deposition) 의해서 전기적 전도성 층을 도포하는 단계를 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 스퍼터(sputter) 코팅에 의해서 전기적 전도성 층을 도포하는 단계를 포함하는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 전기적 전도성 층이 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 탄탈, 게르마늄, 실리콘 및 실리콘-함유 물질, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 주석 산화물(ATO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 탄소 그리고 니켈 중의 하나 또는 그 이상의 물질들로부터 형성되는, 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본을 제조하기 위한 방법.
  14. 유연한 기판 상에 전기 회로를 만들기 위한 방법으로서,
    제 1 및 제 2 측면들을 가진 캐리어 웹을 가지는 열 전사 가능한 전기적 전도성 리본, 캐리어 웹의 제 1 측면 상에 위치된 릴리스 코팅, 릴리스 코팅 상에 위치된 전기적 전도성 층, 그리고 전기적 전도성 층 상에 위치된 접착 층을 제공하는 단계와;
    유연한 기판을 제공하는 단계와;
    유연한 기판과 접착층에서, 전도성 리본을 접촉시키는 단계와;
    전기적 전도성 층의 선택된 부분과 선택된 부분에 오버레이된(overlaying) 접착 층을 유연한 기판에 열 전사시키고, 선택된 부분을 캐리어 웹으로부터 릴리스하는 단계를 포함하는, 유연한 기판 상에 전기 회로를 만들기 위한 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 캐리어 웹을 유연한 기판으로부터 분리시키는 단계를 포함하는, 유연한 기판 상에 전기 회로를 만들기 위한 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 선택된 부분이 유연한 기판에 전사된 후 선택된 부분으로부터 어떠한 릴리스 코팅도 제거하는 단계를 포함하는, 유연한 기판 상에 전기 회로를 만들기 위한 방법.
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