KR20110089093A - 마이크로웨이브를 이용한 도전성 패턴의 형성방법 - Google Patents

마이크로웨이브를 이용한 도전성 패턴의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성 패턴의 형성방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 1) 기재를 준비하는 단계, 2) 도전성 패턴 형성용 조성물 및 인쇄방법을 이용하여, 상기 기재 상에 패턴을 형성하는 단계, 및 3) 상기 패턴이 형성된 기재를 마이크로웨이브를 투과시키는 패널 사이에 위치시키고, 마이크로웨이브를 이용하여 상기 패턴을 소성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법은 도전성 패턴의 소성시 마이크로웨이브를 투과하는 재질로 기재를 고정하여 소성함으로써 기재의 변형을 막고 소성공정을 용이하게 할 수 있다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 도전성 패턴의 형성방법{METHOD FOR PREPARING CONDUCTIVE PATTERN USING MICROWAVE}
본 발명은 도전성 패턴의 형성방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 도전성 패턴의 소성 시 기재의 변형을 막고, 소성 공정을 용이하게 할 수 있는 도전성 패턴의 형성방법에 관한 것이다.
최근 사용되고 있는 디스플레이용 투명 기판, 전자 부품용 회로 기판에는 도전성 패턴의 형성이 필수적이다.
상기 도전성 패턴은 주로 감광성 페이스트법 또는 포토 에칭(photo etching)법에 의해 형성된다. 감광성 페이스트법에서는 감광성 전극 페이스트를 스크린 인쇄기(screen printer)를 이용하여 도포한다. 그 후 포토마스크(photomask)를 이용하여 UV 노광을 한다. 이 때, UV 노광이 이루어진 부분은 광가교에 의해 알칼리 수용액에 의해 식각되지 않고, UV 노광이 되지 않은 부분이 광가교가 되지 않아 알칼리 수용액에 의해 식각되고 나면 전극 패턴이 형성된다. 그러나, 감광성 전극 페이스트를 이용한 전극 형성은 피치의 정밀도와 전극 폭의 제어가 불리한 것이 단점이다.
한편, 포토 에칭법에서는 전극을 전면 도포 혹은 증착/에칭 공정에 의해 주로 형성되고 있다. 그러나, 진공 증착에 의한 전극 형성법은 공정 시간이 길고 박막 형성 장치 및 재료의 가격이 높으며 에칭(etching)시 환경오염이 문제로 되어있다. 이에 따라 최근 잉크젯 프린팅 및 옵셋 프린팅, 그라비아 프린팅과 같은 인쇄방식에 의해 기존 공정을 대체하려는 기술이 제안되어 있다.
이러한 인쇄 방식에 의하면 필요한 장소에 필요한 만큼의 재료를 인쇄하므로 재료의 불필요한 소비가 적으며 마스크가 필요 없기 때문에 공정을 단순화할 수 있다.
인쇄 방식에 의한 패턴 형성 시에는 소성 공정이 동반되어야 하며, 소성 공정을 통해 잔류 유기물 및 용매를 제거해 주어야 금속의 도전성을 나타내게 된다. 이러한 소성 공정에는 고전적인 전기로를 사용하는 것부터 최근에는 마이크로 웨이브 소성, 플라즈마 소성에 이르기까지 다양한 소성방법을 적용하고 있다. 특히, 마이크로웨이브 소성의 경우 기재에 열적 충격을 주지 않고 마이크로웨이브를 흡수하는 메탈 배선만의 온도를 상승시켜 선택적으로 소성함으로써 단시간에 고온 소성과 동일한 품질의 소성품을 얻어내면서 동시에 기판의 손상을 막아주는 방법으로 각광받고 있다.
그러나, 이러한 마이크로웨이브 소성의 경우 배선에만 열에너지가 집중됨에 따라 배선과 기재 사이의 수축률의 차이가 다른 소성법에 비해 크게 나타날 수 있으며, 그에 따른 기재의 변형이 발생하는 것이 문제가 된다. 특히, 최근에 주로 사용되는 PET와 같은 유연한 기재의 경우, 그러한 변형이 더욱 심각하게 나타날 수 있어 문제가 되고 있다.
본 발명은 도전성 패턴의 형성 시, 소성 공정 도중에 변형이 일어날 가능성이 있는 기판 및 배선의 변형을 억제할 수 있는 도전성 패턴의 형성방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 1) 기재를 준비하는 단계, 2) 도전성 패턴 형성용 조성물 및 인쇄방법을 이용하여, 상기 기재 상에 패턴을 형성하는 단계, 및 3) 상기 패턴이 형성된 기재를 마이크로웨이브를 투과시키는 두 패널 사이에 위치시키고, 마이크로웨이브를 이용하여 상기 패턴을 소성하는 단계를 포함하는 도전성 패턴의 형성방법을 제공한다.
상기 1) 단계의 기재는 유리 기재 또는 플라스틱 기재인 것이 바람직하다.
상기 1) 단계의 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI) 및 사이클로 올레핀 고분자(cyclo olefin polymers, COP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 2) 단계의 도전성 패턴 형성용 조성물은 전도성 입자 및 용매를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 2) 단계의 인쇄방법은 스크린 프린팅, 그라비아, 오프셋, 플렉소 및 잉크젯으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 3) 단계의 패널은 세라믹 패널인 것이 바람직하다.
상기 3) 단계의 패널은 알루미나 패널인 것이 바람직하다.
상기 3) 단계의 패널은 지르코니아, 타이타니아 및 SiC 복합재로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 3) 단계의 두 패널은 동일한 재질인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 도전성 패턴의 형성방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴을 제공한다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법은 전도성 입자를 사용하는 인쇄 방식을 통한 패턴 형성에 있어서, 마이크로 웨이브 소성을 적용했을 시 2층의 패널 사이에 기재를 위치시키는 방법을 사용하여 기재의 변형을 억제하면서도 마이크로웨이브 소성의 장점인 빠르고 선택적인 소성을 가능하게 하여 기재의 변형 없이 고품질의 도전성 패턴을 얻어낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 도전성 패턴의 형성방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 도전성 패턴을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 도전성 패턴을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 도전성 패턴을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법은 1) 기재를 준비하는 단계, 2) 도전성 패턴 형성용 조성물 및 인쇄방법을 이용하여, 상기 기재 상에 패턴을 형성하는 단계, 및 3) 상기 패턴이 형성된 기재를 마이크로웨이브를 투과시키는 두 패널 사이에 위치시키고, 마이크로웨이브를 이용하여 상기 패턴을 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 디스플레이용 투명 기판, 전자 부품용 회로 기판 등에 형성되는 도전성 패턴의 형성 시, 마이크로웨이브 소성을 적용함에 있어서 기재의 변형을 최소화하는 것에 그 목적이 있다.
종래의 도전성 패턴을 형성하는 방법은 전도성 입자를 이용한 인쇄 공정을 통한 패턴 형성 후, 빠른 소성을 위해 사용되는 마이크로웨이브 소성 시에 배선에 열에너지가 집중됨에 따라 배선과 기재 사이에 수축률이 크게 차이가 나게 된다. 이러한 수축률의 차이는 기재의 변형을 초래하게 되며, 특히 PET와 같은 필름 타입의 고분자 기재의 경우 그러한 변형이 더욱 크게 나타나게 된다. 이러한 변형은 후 공정 적용이 어려워지는 단점뿐만 아니라 단선을 초래하여 기판의 불량률을 높이게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 기판의 변형을 개선하기 위해 마이크로웨이브가 투과되면서 고온에서도 변형이 없는 패널 사이에 기재를 삽입하여 소성함으로써 기재의 변형을 막으면서도 마이크로웨이브 소성이 갖는 선택적 소성의 장점을 그대로 유지하는 방법을 제시한다.
기존의 마이크로웨이브 소성을 비롯한 일반적인 인쇄 방식에서는 기재를 단순히 가열함으로써 배선의 용매와 유기물을 제거하여 전도도를 나타내는 방법을 사용하였다. 그러나, 본 발명에서는 마이크로웨이브를 투과시키는 2장의 패널 사이에 기재를 위치시키고 이를 고정함으로써, 기재의 변형을 억제하면서도 마이크로웨이브 소성을 통해 얻을 수 있는 빠르고 선택적인 소성의 장점을 고스란히 취할 수 있게 하였다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법에 있어서, 상기 1) 단계의 기재는 특별히 제한되는 것은 아니나 디스플레이용 기판, 전자 부품용 기판 등에 적용할 수 있는 유리 기재, 플라스틱 기재 등을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기재의 보다 구체적인 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 사이클로 올레핀 고분자(cyclo olefin polymers, COP) 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 1) 단계에서는 기재를 세척하는 공정, 기재에 전처리를 수행하는 공정 등을 포함할 수 있다. 상기 기재의 세척 방법, 전처리 방법 등은 기재 또는 인쇄 조성물의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기재의 세척은 플라즈마 클리닝으로 수행될 수 있고, 상기 기재의 전처리는 소수성 기재 처리 공정이 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 미세한 선폭을 갖는 도전성 패턴을 형성하기 위하여, 상기 1) 단계의 기재에 소수성 기재 처리를 할 수 있다. 상기 소수성 기채 처리는 당 기술분야에 공지된 방법으로 수행될 수 있고, 보다 구체적으로는 플라즈마 처리, SAM 코팅, 계면활성제 코팅 등의 방법을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법에 있어서, 상기 2) 단계의 도전성 패턴 형성용 조성물은 당 기술분야에 공지된 조성물을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 도전성 패턴 형성용 조성물은 전도성 입자, 용매, 기타의 첨가제 등을 포함할 수 있다.
상기 전도성 입자의 구체적인 예로는 Ag, Cu, Au, Cr, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Pb, 이들의 합금, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전도성 입자의 입경은 500nm 이하, 바람직하게는 200nm 이하, 더욱 바람직하게는 100nm 이하일 수 있다. 상기 전도성 입자의 입경은 0.1nm 이상인 것이 바람직하고, 5nm 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 용매의 구체적인 예로는 물, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 테트라히드로퓨란, 1,4-디옥산, 에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌글리콜 메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디에틸 에테르, 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에텐, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, t-부탄올, 시클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 2-메톡시부틸 아세테이트, 에틸 3-에톡시프로피오네이트, 에틸 셀로솔브아세테이트, 메틸 셀로솔브아세테이트, 부틸 아세테이트, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, γ-부틸락톤, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 테트라메틸술폰, 에틸렌글리콜 아세테이트, 에틸 에테르 아세테이트, 에틸 락테이트, 폴리에틸렌글리콜, 시클로헥사논, 이들의 혼합물 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 첨가제로는 분산제, 계면활성제 등이 있으나, 이들로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법에 있어서, 상기 2) 단계의 인쇄방법은 당 기술분야에 공지된 모든 인쇄방법을 포함한다. 보다 구체적으로, 이러한 인쇄방법은 스크린 프린팅, 그라비아, 오프셋, 플렉소, 잉크젯, 및 이러한 방법을 기본으로 한 개선 인쇄방법 등을 모두 포함한다.
상기 2) 단계에서 형성된 패턴은 마이크로웨이브를 투과시키는 패널 2장 사이에 위치하여 패널을 통해 고정된다. 이 때, 상기 패널은 고온에서 변형이 없으면서 마이크로웨이브를 투과시키는 것이라면 어떤 것이든 사용가능하며, 그 중에서도 특히 세라믹 패널이 바람직하다.
상기 세라믹 패널의 구체적인 예로는 알루미나 패널 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 패널은 지르코니아, 타이타니아, SiC 복합재로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수도 있다. 한편, 상기 두 패널은 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 2) 단계에서 형성된 패턴은 마이크로웨이브를 투과시키는 패널 2장 사이에 위치시켜 패널을 통해 고정한 후, 마이크로웨이브를 이용하여 패턴을 소성함으로써 도전성 패턴을 형성하게 된다. 상기 패널을 통한 고정은 소성 후 쉽게 분리가 가능하면서 기판 변형을 막을 수 있고, 패널을 통하여 패턴이 형성된 기재를 눌러줄 수 있는 것이면 어떠한 것이든 사용가능하다. 보다 구체적으로, 일반적인 패널의 하중을 이용하여 고정할 수 있고, 별도의 물리적 기구를 통하여 고정할 수도 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 마이크로웨이브 소성은 고출력의 마이크로파를 기재에 조사하여 기재 상에 형성된 패턴의 분자가 진동에 의해 열을 발생하게 되고, 이 때 발생하게 되는 열에 의해 상기 패턴이 소성이 이루어진다. 상기 마이크로웨이브 소성의 온도, 시간 등은 사용하는 기재에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 패턴이 형성된 기재를 마이크로웨이브를 투과시키는 패널을 이용하여 고정하므로, 마이크로웨이브 소성 시 상기 패널이 열을 흡수할 수 있으므로, 기존의 소성 조건보다 높은 조건, 또는 소성 시간의 추가가 보다 바람직하다. 상기 마이크로웨이브 소성을 수행하는 장비는, 예컨대 유니세라의 저온용 마이크로웨이브 소성로 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법에 있어서, 상기 3) 단계 이후에는 패널을 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법의 일 구체예를 도 1에 개략적으로 나타내었다.
본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법은 전도성 입자를 사용하는 인쇄 방식을 통한 패턴 형성에 있어서, 마이크로 웨이브 소성을 적용했을 시 2층의 패널 사이에 기재를 위치시키는 방법을 사용하여 기재의 변형을 억제하면서도 마이크로웨이브 소성의 장점인 빠르고 선택적인 소성을 가능하게 하여 기재의 변형 없이 고품질의 도전성 패턴을 얻어낼 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 도전성 패턴의 형성방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴을 제공한다.
본 발명에 따른 도전성 패턴은 기존의 박스 퍼니스(box furnace)나 오븐(oven) 소성에 비하여 마이크로웨이브 소성을 이용하므로, 빠른 시간에 소성이 가능하다. 또한, 도전성 패턴에 선택적으로 에너지 조사가 가능하므로 동일 온도, 동일 시간에서 소성한 다른 소성방법에 비하여, 보다 치밀한 구조를 형성할 수 있으므로, 전도도가 상승되는 효과가 있다.
이하 하기 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
<실시예 1>
COP(Cyclo Olepin Polymer) 기판상에 잉크젯 프린팅법으로 인쇄한 Ag 패턴을 2개의 알루미나 패널 사이에 겹쳐 넣고, 마이크로웨이브 소성로에서 30% 출력으로 약 12분간 소성하였다. 기판의 변형은 없었으며, 선저항은 약 50 Ω/cm가 측정되었다.
상기 실시예 1의 결과를 하기 도 2에 나타내었다.
<실시예 2>
COP(Cyclo Olepin Polymer) 기판상에 잉크젯 프린팅법으로 인쇄한 Ag 패턴을 2개의 알루미나 패널 사이에 겹쳐 넣고, 마이크로웨이브 소성로에서 50% 출력으로 약 6분간 소성하였다. 기판의 변형은 없었으며, 선저항은 약 37 Ω/cm가 측정되었다.
<비교예 1>
실시예와 마찬가지로 형성된 Ag 패턴을 알루미나 패널 없이 마이크로웨이브 소성로에서 8분간 소성하였다. 기판과 배선의 수축률 차이로 인해 기판이 휘어지는 변형이 발생하였으며, 선저항은 동일하게 50 Ω/cm가 측정되었다.
상기 비교예 1의 결과를 하기 도 4에 나타내었다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 도전성 패턴의 형성방법은 전도성 입자를 사용하는 인쇄방식을 통한 패턴 형성에 있어서, 마이크로 웨이브 소성을 적용했을 시 2층의 패널 사이에 기재를 위치시키는 방법을 사용하여 기재의 변형을 억제하면서도 마이크로웨이브 소성의 장점인 빠르고 선택적인 소성을 가능하게 하여 기재의 변형 없이 고품질의 도전성 패턴을 얻어낼 수 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

1) 기재를 준비하는 단계,
2) 도전성 패턴 형성용 조성물 및 인쇄방법을 이용하여, 상기 기재 상에 패턴을 형성하는 단계, 및
3) 상기 패턴이 형성된 기재를 마이크로웨이브를 투과시키는 두 패널 사이에 위치시키고, 마이크로웨이브를 이용하여 상기 패턴을 소성하는 단계
를 포함하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 1) 단계의 기재는 유리 기재 또는 플라스틱 기재인 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 1) 단계의 기재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리이미드(polyimide, PI) 및 사이클로 올레핀 고분자(cyclo olefin polymers, COP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 단계의 도전성 패턴 형성용 조성물은 전도성 입자 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2) 단계의 인쇄방법은 스크린 프린팅, 그라비아, 오프셋, 플렉소 및 잉크젯으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계의 패널은 세라믹 패널인 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계의 패널은 알루미나 패널인 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계의 패널은 지르코니아, 타이타니아 및 SiC 복합재로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1에 있어서, 상기 3) 단계의 두 패널은 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 도전성 패턴의 형성방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 도전성 패턴의 형성방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 도전성 패턴.
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