KR20110035340A - 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인쇄 전자용 R2R 인쇄 방식에서 그라비아 인쇄롤의 미세 패턴을 가공할 수 있는 제판 공정에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 인쇄롤 실린더의 동판 표면에 감광성 수지와 보호 필름 및 블랙라커를 코팅하고 레이저와 빛을 조사함에 따라 노출되는 감광성 수지가 가교 반응으로 현상액에 용해되지 않고, 현상 후 동 노출되는 부분을 식각하여 미세 패턴을 형성하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법에 관한 것이다.
R2R, 그라비아, 인쇄롤, 인쇄 전자

Description

인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법 {minute linewidth processing method of printing roll}
본 발명은 인쇄 전자용 R2R 인쇄 방식에서 그라비아 인쇄롤의 미세 패턴을 가공할 수 있는 제판 공정에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 인쇄롤 실린더의 동판 표면에 감광성 수지와 보호 필름 및 블랙라커를 코팅하고 레이저와 빛을 조사함에 따라 노출되는 감광성 수지가 가교 반응으로 현상액에 용해되지 않고, 현상 후 동 노출되는 부분을 식각하여 미세 패턴을 형성하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법에 관한 것이다.
멀지 않아 다가올 유비쿼터스 시대에서는 모든 사물에 주민번호와 같은 ID를 부여하고, 이를 정보화, 상품화할 수 있도록 중앙관리체계가 구축되는 정보화시대가 올 것이다. 정보화시대를 실현하기 위한 기술은 정보를 주고받을 수 있는 디스플레이, RFID 등의 전자제품 등을 저가의 대량화가 실현될 수 있는 기술이 필요하다.
이러한 반도체 및 전자제품 등의 생산 공정 등은 고가의 장치나 극한의 공정기술이 활용되어 제조되는데, 특히 기판 위에 박막을 형성하기 위해 재료를 손상하 거나 노광 또는 현상 등의 공정을 반복적으로 수행을 해야함으로 제조원가를 줄이는데 한계가 있다. 즉, 고가의 공정으로서는 유비쿼터스 시대에서 필요한 전자제품을 대량 생산하기에는 한계가 있는 것이다.
현재까지 개발된 전자 인쇄 기술의 대표적인 예로, 대량 생산 및 저가의 제품을 생산할 수 있는 Roll to Roll(R2R) 인쇄 공정이 대두 되고 있다.
상기 R2R 인쇄 공정은 회로가 각인된 인쇄롤을 이용하여 전자 잉크를 기판 위에 전사, 프린팅하여 수십 내지 수백 마이크로의 전자 소자를 직접 인쇄하여 제조하는 공정이다. 예로서, e-paper, RFID-tag, Solar-Cell, Sensor, Flexible Display 등이 있으며, 이는 유비쿼터스 시대에 꼭 필요한 전자 소자들이다.
R2R 프린팅 공정은 기존의 전자 제품을 생산하는 방식과는 달리 신문, 잡지, 포스터 등의 인쇄물을 제작하는 인쇄 기술을 전자 부품을 제조하는데 적용한 기술이며, 이처럼 인쇄 기술을 이용하여 제조되는 제품을 통칭하여 인쇄 전자라고 한다. 이러한 인쇄 전자의 가장 큰 잠재 시장은 토관 포럼에서 발표한 바와 같이 스마트 미디어 제품이라고 하는, 지능을 가지고 있으며 대량생산이 가능한 제품으로 맞춤 생산이 가능하다는 특징을 가지고 있는 기술이다.
인쇄 소자 제조 공정의 상용화에 있어 우선 개발해야할 부분으로는 전자잉크와 전자잉크를 인쇄할 수 있는 인쇄롤 및 제판과 인쇄할 수 있는 시스템의 개발이 선행적으로 이루어져야 한다.
한편, 일반적으로 R2R 인쇄 기술은 평판 옵셋과 양각 인쇄 및 그라비아 인쇄가 가장 많이 사용되고 있는 방식이며, 그 중 그라비아 인쇄 방식은 음각 인쇄의 한 종류로 화학적 부식 방법과 헤리오 전자 조각 및 레이저로 제판한 음각의 인쇄롤을 이용하여 로터리 방식으로 인쇄하는 것이다.
또한, 음각의 인쇄롤을 제판하는 공정으로서는 상술한 제판 방식 외에도 Electromechanical 각인, 직접식 레이저 각인, 간접식 레이저 각인 등의 세 가지 방식이 있다. 현재에는 인쇄롤 표면에 폴리머 또는 블랙 래커를 코팅한 후 레이저 빔을 이용하여 전자 소자 회로를 패터닝한 후 에칭 공정에서 롤 표면에 회로를 식각하는 방식이 주로 이용되고 있는데, 이때, 간접식 레이저 각인 공정에서 가공 가능한 최소 선폭으로는 수백 마이크로미터 이기 때문에 미세한 인쇄 전자에 사용하기에는 부적합한 문제점이 있다.
구체적으로 종래 기술들은 살펴보면, 첫 번째로 블랙락커를 인쇄롤의 실린더에 코팅 후 레이저를 이용하여 패턴을 형성하고 에칭, 도금을 수행하는 방법이 있고, 두 번째로는 감광성고분자를 인쇄롤의 실린더에 코팅 후에 필름마스크(필름패턴)를 롤에 감아 자외선을 조사하는 방법이 있다.
전자의 경우, 바인더를 에너지를 가하여 승화를 해야 함으로서 빔의 크기가 커져 미세 패턴을 할 수 없는 단점을 가지고 있으며, 표면에 잔존하고 있는 블랙락커를 제거하기가 힘들어 에칭 후 도금 공정에서 얼룩 등의 불량품이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 후자의 경우는 필름마스크를 롤에 감아 사용함으로써 롤에 필름이 겹치는 이음매가 존재하고, 필름을 롤에 라미네이션 할때 감광성고분자 코팅과 필름마스크의 밀착력에 따라 빛의 산란이 발생하여 미세 패턴의 가공의 한계가 발생하 는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 인쇄 전자용 그라비아 인쇄롤의 표면에 최소의 선폭으로 미세 패턴을 가공함에 따라, 롤투롤 인쇄 공정에서 제조되는 전자 회로의 미세 패턴을 프린팅 할 수 있는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법은 인쇄 전자용 그라비아 인쇄롤의 제판 방법에 있어서, 인쇄롤 실린더의 표면에 감광성 수지를 코팅하는 제1코팅단계; 상기 감광성 수지 상면에 보호 필름을 코팅하는 제2코팅단계; 상기 보호 필름 상면에 블랙 락커를 코팅하는 제3코팅단계; 레이저와 자외선을 이용하여 실린더 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계; 현상액을 이용하여 보호 필름, 블랙 락커 및 비노출된 감광성 수지를 용해시키는 용해단계; 부식액을 사용하여 상기 실린더 표면을 부식시켜 패턴이 식각되는 식각단계; 및 박리액을 이용하여 노출된 감광성 수지를 용해시키는 박리단계를 포함한다.
이때, 상기 패턴 형성단계는, 레이저를 이용하여 상기 감광성 수지가 노출되도록 패턴을 형성하는 단계; 및 노출된 감광성 수지에 자외선을 조사하여 물성 변화가 이루어지는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1코팅단계에서 상기 보호 필름은 수용성 고분자인 것이 특징이 다.
한편, 상기 박리단계 이후에는 실린더 표면에 크롬 또는 크롬 합금을 도금하는 도금단계를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법은 인쇄 전자용 그라비아 인쇄롤의 표면에 최소의 선폭으로 미세 패턴을 가공함에 따라 롤투롤 인쇄 공정에서 제조되는 전자 회로의 미세 패턴을 프린팅 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 다층 코팅 구조에서 보호필름을 중간층에 구비하여 블랙 락커 및 감광성 수지의 밀착성이 우수하여 빛의 산란을 최소화할 수 있고, 패턴을 레이저로 가공함으로써 인쇄롤에 이음매가 존재하지 않는 장점이 있다.
이하 본 발명의 실시예을 첨부되는 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정으로 제조되는 인쇄롤의 미세패턴를 보인 도면이다.
본 발명은 인쇄 전자용 R2R 인쇄 방식에서 그라비아 인쇄롤의 미세 패턴을 가공할 수 있는 제판 공정에 관한 것으로, 인쇄롤 실린더의 동판 표면에 감광성 수지와 보호 필름 및 블랙라커를 코팅하고 레이저와 빛을 조사함에 따라 노출되는 감광성 수지가 가교 반응으로 현상액에 용해되지 않고, 비노출되는 부분을 식각하여 미세 패턴을 형성하게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공 방법을 나타내는 순서도로, 도면에 도시된 바와 같이 먼저, 인쇄롤의 실린더 표면에 제1, 제2 및 제3 코팅단계(S10, S20, S30)를 수행한다.
제1코팅단계(S10)는 인쇄롤 실린더(10)의 표면에 감광성 수지(20)를 코팅한다.
이때, 상기 실린더(10)의 표면은 동(copper) 또는 동 합금 재질로 구성되는바, 후술하는 식각단계(S60)에서 실린더(10) 표면을 부식시키기 위함이다. 또한, 상기 감광성 수지(photosensitive resin)(20)는 기능성 고분자의 일종으로 빛(자외선)을 조사함에 따라 다리 걸침 반응이나 착색 분해 등의 변화를 일으키는 합성 수지로 후술하는 패턴 형성단계(S40)에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 제2코팅단계(S20)는 상기 감광성 수지(20)가 코팅된 상태에서 그 상면에 보호 필름(30)을 코팅한다. 또한, 제3코팅단계(S30)에서는 상기 보호 필름(30)의 상면에는 블랙 락커(40)를 코팅한다.
상기 보호 필름(30)의 역할은 하부층을 이루는 감광성 수지(20) 상면에 코팅 되어, 최상부층을 이루는 블랙 락커(40)의 코팅 시 용제에 의해 상기 감광성 수지(20)의 데미지(Damage)를 최소화하기 위함이다. 이는 상기 감광성 수지(20)와 블랙 락커(40)에 사용되는 용제가 유기용제로서 유사한 성분을 가지고 있기 때문에 중간층에 수용성 고분자 물질 또는 물을 용제로 사용하는 보호 필름(30)을 구비함으로써 보호 필름(30) 코팅에 따라 상기 감광성 수지(20)를 용해시키거나 데미지를 주지 않게 된다. 여기에서, 상기 유기용제로는 메틸에틸케톤, 톨루엔, xvlene, 에틸아세테이트 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 보호 필름(30)은 블랙 락커(40) 코팅 시에는 유기용제에 용해되지 않아 보호 필름(30)이 데미지를 받지 않을 수 있게 되는 것이다.
이처럼 본 발명에 따르면, 중간층에 수용성의 보호 필름(30)을 구비하여 유사한 유기용제를 사용하는 두 코팅액을 코팅함에 있어 데미지 없이 사용 가능한 특징이 있다.
또한, 중간층에 구비되는 상기 보호 필름(30)으로 인해 상부층과 하부층을 이루는 감광성 수지(20) 및 블랙 락커(40)의 밀착성이 우수해지고 빛의 산란을 최소화할 수 있게 된다.
상기 블랙 락커(40)는 자외선이 상기 감광성 수지(20)로 조사되지 않도록 하기 위함으로, 예를 들면 구케미칼의 Plascoat나 RY-480과 같은 제품 등이 있다. 또한, 상기 블랙 락커(40)는 탄소가 분산된 코팅액으로서 레이저에 노출되면 카본입자의 바인더와 같은 유기물질이 승화됨으로써 레이저에 의해 패턴이 형성될 수 있다.
즉, 제3코팅단계(S30)에서의 블랙 락커(40) 코팅액은 유기물질인 바인더와 탄소입자가 주성분이며, 소량의 계면 활성제로 구성된다.
한편, 상술한 코팅단계(S10, S20, S30) 이후에는 레이저와 자외선을 이용하여 실린더(20) 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계(S40)를 수행한다.
상기 패턴 형성단계(S40)를 구체적으로 살펴보면, 먼저 레이저를 이용하여 상기 감광성 수지(20)가 외부에 노출되도록 패턴을 형성한다. 즉, 레이저를 이용하여 감광성 수지(20)의 상부에 코팅된 보호 필름(30)과 블랙 락커(30)를 제거하여 상기 감광성 수지(20)가 외부에 노출될 수 있도록 한다.
이후, 노출된 감광성 수지(20)에 자외선을 조사하여 상기 감광성 수지(20)의 물성 변화가 이루어지도록 한다.
일 예를 살펴보면, 반도체나 PCB의 제판(photolithography) 공정과 유사한 공정으로 감광성 수지 코팅액 내에는 자외선(UV)에 반응하는 개시제, 반응성 고분자, 단량체 및 용제로 이루지는데, 이때 감광성 수지에 자외선을 조사하면 1차적으로 개시제가 반응하여 라디칼(radical)을 생성하고, 생성되어진 라디칼은 주의에 있는 단량체와 고분자가 반응하여 가교 반응을 일으키게 된다.
이 반응에 의해 상기 감광성 수지 코팅액의 물성이 변화하여 현상액에 용해되지 않는 막이 형성되는바, 후술하는 용해단계에서 현상액을 통해 자외선이 조사되어 가교 반응된 부분은 용해되지 않게 되고, 나머지 부분이 용해되면서 미세 패턴을 형성할 수 있게 된다.
그 다음 공정으로 용해단계(S50)를 진행한다.
상기 용해단계(S50)에서는 다층으로 코팅된 인쇄롤 실린더(10) 표면에 현상액을 이용하여 현상하게 된다. 다시 말해, 상술한 바와 같은 원리로 인해 자외선에 노출된 부분(22)을 제외한 나머지 부분 즉, 보호 필름(30), 블랙 락커(40) 및 비노출되는 감광성 수지(21)를 용해시킨다.
이때, 사용되는 현상액으로는 NaCo3 또는 아민계열의 약품을 이용하게 된다.
또한, 상기 용해단계(S50) 공정을 통해 형성되는 패턴은 최소 5㎛까지 가공 가능하지만, 후술하는 식각단계(S60)를 거치면서 다소 선폭은 커지게 된다. 이는 식각공정이 등방성으로 이루어 지게 되어, 식각의 깊이가 깊어질수록 비례하게 옆으로도 식각이 퍼지기 때문이다.
상술한 공정으로 인해 인쇄롤의 실린더(10) 표면에는 자외선에 노출되어 가교 반응으로 용해되지 않은 부분(22)만이 남게 되고, 이후 식각단계(S60)를 수행함에 따라 최종적으로 패턴이 형성된다.
상기 식각단계(S60)는 부식액을 사용하여 동 또는 동합금 재질의 실린더(10) 표면을 부식시키게 되는데, 상술한 바와 같이 현상액에 용해되지 않은 부분(22)을 제외한 나머지 부분을 부식시켜 패턴이 형성된다.
구체적으로 상기 식각단계(S60)에서 가공하고자 하는 것은 상기 실린더(10)의 금속 표면으로, 금속 표면을 직접적으로 가공하기 어렵기 때문에 간접적인 가공을 수행하게 된다. 따라서 상술한 공정들을 통해 먼저 실린더(10) 표면에 패턴을 형성하는 것이다.
상기 실린더(10) 표면에서 자외선을 조사받아 동 표면에 존재하고 있는 부분 즉, 현상액을 통해 용해되지 않는 부분(22)을 통상 레지스트(Resist)라고 칭하는데, 부식액에 동이 용해되는 것을 방지하는 역할을 수행하고 자외선을 조사받지 않아 현상액에서 제거된 부분은 동이 노출되어 부식액과 반응하면서 식각이 진행함으로써 최종적인 패턴이 형성된다.
이와 같은 공정을 수행함에 따라 완성되는 실린더(10) 표면의 패턴은 도 3에 나타난 바와 같이 최소 8㎛까지 가능하다.
마지막 공정으로서, 상기 식각단계(S60) 이후에는 최종적으로 상기 인쇄롤 실린더(10) 표면상에 존재하는 감광성 수지(22)를 제거하는 박리단계(S70)를 수행한다. 이는 상기 현상액과 유사한 박리액을 이용함으로써 인쇄롤 실린더(10) 표면에 노출된 감광성 수지(22) 즉, 상기 용해단계(S50)에서 용해되지 않은 부분을 제거한다.
한편, 본 발명에 바람직한 실시예에 따르면, 상기 박리단계(S70) 이후에 실린더(10) 표면에 크롬 또는 크롬 합금을 도금하는 도금단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법은 패턴을 레이저로 가공함으로 인쇄롤에 이음매가 존재하지 않는다는 장점과 함께, 레이저의 빔의 크기로 인해 미세 패턴이 불가능한 부분을 가능하게 할 수 있는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법을 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정으로 제조되는 인쇄롤의 미세패턴를 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 인쇄롤 실린더 20 : 감광성 수지
30 : 보호 필름 40 : 블랙 락커

Claims (4)

  1. 인쇄 전자용 그라비아 인쇄롤의 제판 방법에 있어서,
    인쇄롤 실린더의 표면에 감광성 수지를 코팅하는 제1코팅단계;
    상기 감광성 수지 상면에 보호 필름을 코팅하는 제2코팅단계;
    상기 보호 필름 상면에 블랙 락커를 코팅하는 제3코팅단계;
    레이저와 자외선을 이용하여 실린더 표면에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;
    현상액을 이용하여 보호 필름, 블랙 락커 및 비노출된 감광성 수지를 용해시키는 용해단계;
    부식액을 사용하여 상기 실린더 표면을 부식시켜 패턴이 식각되는 식각단계; 및
    박리액을 이용하여 노출된 감광성 수지를 용해시키는 박리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 형성단계는,
    레이저를 이용하여 상기 감광성 수지가 노출되도록 패턴을 형성하는 단계; 및
    노출된 감광성 수지에 자외선을 조사하여 물성 변화가 이루어지는 단계를 포 함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1코팅단계에서,
    상기 보호 필름은 수용성 고분자인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 박리단계 이후,
    실린더 표면에 크롬 또는 크롬 합금을 도금하는 도금단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법.
KR1020090093008A 2009-09-30 2009-09-30 인쇄 전자용 인쇄롤의 미세 선폭 가공 방법 KR101106108B1 (ko)

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