KR20120001556A - 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법 - Google Patents

이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법 Download PDF

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Abstract

EHD 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법이 개시된다.
이를 위한 본 발명의 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법은, (a) 인쇄형 전자소자(소재)의 종류를 결정하는 단계와; (b) 상기 소재의 스팩에 맞는 기판, 잉크, 공정조건을 결정하는 단계와; (c) 상기 소재의 임피던스(Impedace) 매칭, 케미컬(Chemical) 매칭, 지오미트리(Geometry) 매칭, 메카니컬(Mechanical) 매칭, 타임(Time) 매칭 값들을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와; (d) 상기 소재의 인쇄 방식을 결정한 후 롤투롤(R2R) 시스템의 스팩을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와; (e) 상기 롤투롤(R2R) 시스템을 통해 인쇄한 소재의 인쇄 상태를 검사한 후 건조 및 경화시키는 단계와; (f) 상기 경화된 소재의 전도성 검사와 함께 인쇄라인의 단선 또는 단락을 검사한 후 최종 성능 테스트를 수행하는 단계; 및 (g) 상기 (e) 및 (f)단계에서 인쇄 상태, 전도성, 인쇄라인 중 어느 하나가 불량할 경우 상기 (c) 내지 (e)단계를 반복 수행하는 단계;를 포함함으로써, 전자소자 인쇄에 적합한 롤투롤(R2R) 전자소자 인쇄시스템을 구현하여 대량, 저가격의 인쇄형 전자소자를 생산할 수 있는 장점이 있다.

Description

이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법 {Method for design of EHD inkjet printing by using matching logic}
본 발명은 이에이치디(EHD) 잉크젯용 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법에 관한 것으로, 특히 롤투롤(Roll-to-Roll; R2R) 방식을 이용하여 대량, 저가격의 전자소자를 EHD 잉크젯 방법을 통해 생산할 수 있는 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법에 관한 것이다.
최근 전통적 인쇄공정에서 사용하는 연속공정은 롤투롤(R2R) 인쇄 방식을 통한 대량, 저가격의 전자소자 생산에 관심이 집중되고 있다. 기존의 배치(batch)방식을 통한 전자소자의 생산은 단속적인 생산 방식과 애칭(etching)등으로 인한 생산공정의 복잡성으로 인해 생산성이 높지 않았다.
반면 연속공정을 통한 롤투롤(R2R) 방식의 생산은 소재를 연속적으로 생산할 수 있으며, 은이나 니켈 같은 금속 나노입자가 포함된 잉크를 직접 소재에 인쇄함으로서 생산속도가 급격히 증가하게 된다. 하지만 일반 인쇄매체에 사용되는 전통적인 인쇄공정을 전자소자 롤투롤(R2R) 인쇄에 적용하기 위해서는 인쇄 정밀도를 높여야 하는 문제가 존재한다. 전통적인 인쇄공정의 정밀도는 100마이크론(micron)이며, 이는 인간의 눈으로 구별할 수 있는 최소 오차를 의미한다. 하지만 전자소자는 그 적용 대상에 따라 1~50micron 혹은 그 이하의 인쇄정밀도를 요구한다.
보통 연속공정 인쇄기는 섹셔널 타입의 레지스터 제어기(sectional type register controller)와 보상 롤 타입의 제어기(compensator roll type register controller)가 존재하며 최근의 연속공정 인쇄는 섹셔널 타입의 레지스터 제어기가 사용되고 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 각각 살펴본다.
먼저, 도 1은 보상 롤 타입 레지스터 제어기의 구성도인데, 도 1을 참조하면 상기 보상 롤 타입 레지스터 제어기가 메인모터 하나로 구동력을 전달하여 각 인쇄 롤들을 회전시키며, 이때 각 롤러에는 기어박스가 설치되어 있고, 모든 인쇄 롤은 동일한 속도로 회전하게 되는 것을 알 수 있다. 또한 인쇄 롤 사이에는 보상 롤(compensator roll)이 설치되어 있고, 이 보상 롤의 움직임을 통해서 스팬 길이를 조절하여 인쇄위치를 제어하게 된다. 하지만 이런 방식에서는 보상 롤, 메인모터, 기어박스, 리니어 모션 가이드 등의 추가적 장비들을 설치해야 하므로 비용적 측면과 공간활용 면에서 효율이 낮은 편이다.
이러한 단점을 개선하기 위해서 도 2와 같은 섹셔널 타입의 레지스터 제어기가 사용되고 있다. 상기 섹셔널 타입의 레지스터 제어기는 메인 축(shaft)을 없애고, 각 인쇄롤(printing cylinder)를을 개별적인 모터로 구동하는 방식이므로, 각 인쇄롤(printing cylinder)의 개별적인 속도제어가 가능하기 때문에 보상롤(compensator roll)도 없어진다.
따라서 레지스터 에러의 제어방식도 달라지게된다. 기존의 보상 롤(compensator roll) 타입의 인쇄기에서는 보상 롤의 움직임을 통해 스팬 길이를 변화하여 인쇄 롤 간의 위상차이를 발생시켜 레지스터 에러를 보상한 반면에 섹셔널 타입의 인쇄기에서는 각 프린팅 실린더의 모터 속도 변화를 통하여 에러를 보상한다. 즉 레지스터 에러의 크기만큼 인쇄 롤의 위상을 변화시킴으로서 레지스터 에러를 보상하는 원리이다.
한편, 전자소자 인쇄를 위한 주요 기술들은 메탈잉크(잉크 점도, 솔벤트 함유량, 금속소재 종류: 니켈, 은, 구리 등), 소재(substrate: 표면처리: 코로나 코팅 등, 표면 장력, 표면 조도, 빛 투과도 등 ), 공정 변수(장력, 속도, nip force 등), 셀 형상(cell shape: 피라미드, 사다리꼴 등, cell depth 크기), 건조(dry: 열풍 건조의 풍량, 풍속 등), 경화조건(curing: 경화 종류-IR(적외선), UV(자외선), electron beam(전자빔) 등) 등이 중요하다.
현재까지의 전자소자 롤투롤(R2R) 인쇄를 위한 기술은 각 분야의 개별적 연구로서 이뤄졌으며, 통합적인 생산품으로서의 성격을 갖는 인쇄형 전자소자 생산을 위한 연구는 이뤄지지 않고 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 EHD 잉크젯 인쇄 방식과 R2R 연속 공정을 이용하여 대량, 저가격의 인쇄형 전자소자를 생산할 수 있는 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법을 제공하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 전자소자 인쇄에 적합한 롤투롤(R2R) 전자소자 인쇄시스템의 구현을 가능케 하는 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법은, (a) 인쇄형 전자소자(소재)의 종류를 결정하는 단계와; (b) 상기 소재의 스팩에 맞는 기판, 잉크, 공정조건을 결정하는 단계와; (c) 상기 소재의 임피던스(Impedace) 매칭, 케미컬(Chemical) 매칭, 지오미트리(Geometry) 매칭, 메카니컬(Mechanical) 매칭, 타임(Time) 매칭 값들을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와; (d) 상기 소재의 인쇄 방식을 결정한 후 롤투롤(R2R) 스크린 프린팅 시스템의 스팩을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와; (e) 상기 롤투롤(R2R) 스크린 프린팅 시스템을 통해 인쇄한 소재의 인쇄 상태를 검사한 후 건조 및 경화시키는 단계와; (f) 상기 경화된 소재의 전도성 검사와 함께 인쇄패턴의 단선 또는 단락, 균일도, 거칠기 및 인쇄두께를 검사한 후 최종 성능 테스트를 수행하는 단계; 및 (g) 상기 (e) 및 (f)단계에서 인쇄 상태, 전도성, 인쇄패턴 중 어느 하나가 불량할 경우 상기 (c) 내지 (e)단계를 반복 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 매칭 로직을 통한 전자소자 EHD 잉크젯 인쇄 방법에 의하면, 전자소자 인쇄에 적합한 롤투롤(R2R) 전자소자 인쇄시스템의 구현이 가능하다.
그리고 본 발명의 매칭 로직을 통한 전자소자 EHD 잉크젯 인쇄 방법에 의하면, 롤투롤(R2R) 인쇄 방식을 이용하여 대량, 저가격의 인쇄형 전자소자를 생산할 수 있다.
도 1은 종래의 보상 롤 타입 레지스터 제어기의 구성도,
도 2는 종래의 섹셔널 타입 레지스터 제어기의 구성도,
도 3과 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법을 나타낸 흐름도,
도 5는 본 발명의 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법을 구현하기 위한 구성도,
그리고,
도 6은 연속공정에서의 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법을 구현하기 위한 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 도면 및 바람직한 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
전자소자 인쇄 방법
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 매칭 로직을 통한 전자소자 인쇄 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 최종 인쇄형 전자소자(소재)의 종류(예를 들어, RFID, Solar cell, signage 등)를 결정한다(단계 S10).
그 다음, 최종 전자소자의 스팩에 맞는 기판(Substrate), 잉크(Ink), 공정조건 등을 결정한다(단계 S20). 여기서, 상기 기판은 사용할 웹(web) 소재의 폭, 두께, 열 조건을 포함하고, 상기 잉크(Ink)는 점도, 수용성 또는 지용성 잉크 종류, 금속 함유량, 금속입자 크기를 포함하고, 상기 공정조건은 운전속도, 운전장력, 압동롤 압력, 건조, 경화 조건 등을 포함한다.
그 다음, 상기 소재의 임피던스(Impedace) 매칭, 케미컬(Chemical) 매칭, 지오미트리(Geometry) 매칭, 메카니컬(Mechanical) 매칭, 타임(Time) 매칭 값들을 매칭 컨디션을 이용하여 결정(단계 S30)한다.
상기 매칭 컨디션을 통해서 결정되는 값들은 다음과 같다.
1) 임피던스(Impedace) 매칭
- 감도(Sensitivity): 외부 환경 및 잡음에 대하여 전자소자 구동 성능의 민감한 정도
- 인쇄된 패턴의 두께(Skin depth)
- 트레이스 디자인(Trace design): 인쇄 패턴 중 라인과 라인 사이의 간격
- 전자소자 회로가 구동되는 외부 환경(Working surrounding)
2) 케미컬(Chemical) 매칭
- 잉크 포뮬레이션(Ink formulation): 배합, 구성 요소, 성질 등의 잉크를 만드는 방식
- 기판 특성(Substrate property): 전이되는 잉크에 대하여 소재의 반응 정도를 나타냄. 장력, 조도 등
- 점도(Viscosity): 잉크의 점도를 나타내며, 용해제의 혼합 정도를 확인할 수 있다.
- 점착 관계(Adhesion interaction) : 잉크의 전이시 소재와의 점착 관계와 롤상의 인쇄 패턴에서 전이되는 관계를 표현함.
3) 지오미트리(Geometry) 매칭
- 노즐 직경(nozzle diameter) : 잉크젯 노즐의 직경을 나타낸다.
- 테일러 콘(Taylor cone): 노즐 끝 부분에서 정전기력에 의해 생성되는 원뿔모양의 잉크 방울. 또는 메니스커스(meniscus)라고 부름.
- 갭(gap): 노즐과 인쇄 대상물 사이의 거리를 나타낸다.
4) 메카니컬(Mechanical) 매칭
- 장력: 소재의 이송시 인쇄된 소재에 부과되는 힘을 표현한다.
- 속도(Velocity): 이송 소재의 속도를 나타내며, 이는 잉크 전이와 관련된다
- 소수성(hydrophobic): 소재의 높은 표면에너지에 의해 잉크의 접촉각이 커지는 성질
- 친수성(hydrophillic): 소재의 낮은 표면에너지에 의해 잉크의 접촉각이 작아지는 성질
- 표면거칠기(surface roughness) : 표면의 거칠기를 나타내는 기준
- 전압 (voltage) : EHD 잉크젯을 위해 노즐 입구에 인가하는 전압을 나타냄
- 건조 및 경화(Dring and curing): 소재로 전이된 액체 또는 겔 형태의 패턴을 보호하기 위하여 고온의 공기 또는 여타 방식을 이용하여 고형화하는 방식을 말한다.
본 발명에서 인쇄 방법 중의 하나인 EHD 잉크젯 인쇄기법을 사용하여 패턴을 제작할 때에, 인쇄패턴에 영향을 줄수 있는 요소중의 하나인 EHD 잉크젯 헤드의 지오메트리 변화를 의미한다.
5) 타임(Time) 매칭
- 스케줄링 기법 변경(RM, EDF, LDF 등등)
- 제어방법 변경(PID 제어, Feedforward 제어, MIMO 제어 등)
- 입력(Input)/출력(Output) 개수 변경
도 5는 본 발명의 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법을 구현하기 위한 구성도이고, 도 6은 연속공정에서의 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법을 구현하기 위한 구성도이다.
도면을 참고하면, 도 5는 EHD잉크젯 인쇄 개략도로서, 위의 nozzel은 잉크젯 헤드를 의미하고, 잉크젯 헤드와 인쇄하고자 하는 소재에 고압의 전기를 흐르게 하면, 헤드내부에 있는 잉크가 소재로 쏟아져 나와 인쇄를 하는 과정을 나타내며, 도 6은 도 5에 개시된 EHD 잉크젯 인쇄 모듈을 롤투롤 장비에 장착한 경우의 일실시예를 도시한 것이다.
롤투롤(R2R) 시스템의 스팩을 매칭 컨디션을 이용하여 결정한다(단계 S90). 이때, 상기 롤투롤(R2R) 시스템의 스팩은 각 스팬의 운전 장력 결정, 사용 소재의 폭과 길이비 결정, 건조구간 길이와 온도, 방식결정, 경화 구간의 길이, 온도, 방식 결정, 테이퍼 장력 결정, 인쇄 방식 결정, 닙(Nip) 방식 결정, 레지스터 제어기 정밀도 결정, 냉각 방식 결정을 포함한다.
그 다음, (e) 상기 롤투롤(R2R) 시스템을 통해 인쇄한 소재의 인쇄 상태를 검사한다(단계 S100). 이때, 상기 검사 결과 인쇄 상태가 불량하면(단계 S100의 '아니오') 상기 단계(S30 내지 S70) 이전으로 돌아가고, 상기 검사 결과 인쇄 상태가 양호하면(단계 S100의 '예') 다음 단계(S110)로 가서 상기 인쇄한 소재를 건조(Drying)한다.
그 다음, 상기 소재를 건조한 후에 열풍으로 인한 인쇄라인의 에러를 검사한다. 이때, 인쇄라인의 검사대상은 라인의 두께 및 두께 균일도, 거칠기, 번짐 정도 등을 검사한다.
그 다음, 상기 건조된 소재를 경화(금속입자들을 녹여서 내부적으로 연결된 금속화 하는 과정)시킨다(단계 S120).
그 다음, 상기 경화된 소재의 전도성 검사와 함께 인쇄 라인들의 끊기는 단선 또는 연결된 상태의 단락 여부를 검사한다(단계 S130). 이때, 상기 검사 결과 인쇄 상태가 불량하면(단계 S130의 '아니오') 상기 단계(S30 내지 S70) 이전으로 돌아가고, 상기 검사 결과 인쇄 상태가 양호하면(단계 S130의 '예') 다음 단계(S140)로 가서 최종 제품의 성능을 테스트한다.
그 다음, 상기 최종 제품의 성능 검사 결과 상태가 불량하면(단계 S140의 '아니오') 상기 단계(S30 내지 S70) 이전으로 돌아가고, 상기 검사 결과 제품 상태가 양호하면(단계 S140의 '예') 프로그램을 종료한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 전자소자 인쇄 방법에 있어서,
    (a) 인쇄형 전자소자(소재)의 종류를 결정하는 단계와;
    (b) 상기 소재의 스팩에 맞는 기판, 잉크, 공정조건을 결정하는 단계와;
    (c) 상기 소재의 임피던스(Impedace) 매칭, 케미컬(Chemical) 매칭, 지오미트리(Geometry) 매칭, 메카니컬(Mechanical) 매칭, 타임(Time) 매칭 값들을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와;
    (d) 상기 소재의 인쇄 방식을 결정한 후 롤투롤(R2R) 시스템의 스팩을 매칭 컨디션을 이용하여 결정하는 단계와;
    (e) 상기 롤투롤(R2R) 시스템을 통해 인쇄한 소재의 인쇄 상태를 검사한 후 건조 및 경화시키는 단계와;
    (f) 상기 경화된 소재의 전도성 검사와 함께 인쇄라인의 단선 또는 단락을 검사한 후 최종 성능 테스트를 수행하는 단계; 및
    (g) 상기 (e) 및 (f)단계에서 인쇄 상태, 전도성, 인쇄라인 중 어느 하나가 불량할 경우 상기 (c) 내지 (e)단계를 반복 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b)단계에서,
    상기 기판은 사용할 웹(web) 소재의 폭, 두께, 표면거칠기, 열 조건을 포함하고, 상기 잉크(Ink)는 점도, 수용성 또는 지용성 잉크 종류, 금속 함유량, 금속입자 크기를 포함하고, 상기 공정조건은 운전속도, 운전장력, 건조, 경화 조건을 포함하며,
    상기 (c)단계에서 상기 지오미트리(Geometry) 매칭은 노즐 직경, 갭, 테일러 콘의 크기와 코팅된 소재에 대한 값들을 매칭컨디션을 통해서 결정되는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 임피던스(Impedace) 매칭은:
    외부 환경 및 잡음에 대하여 인쇄 전자 소자 구동 성능의 민감한 정도(Sensitivity), 인쇄된 패턴의 두께, 인쇄 패턴 중 라인과 라인 사이의 간격, 인쇄전자 패턴이 구동되는 외부 환경에 대한 값들을 매칭컨디션을 통해서 결정하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 케미컬(Chemical) 매칭은:
    배합, 구성 요소, 성질 등의 잉크를 만드는 방식을 나타내는 잉크 포뮬레이션(Ink formulation)과, 표면 장력, 조도와 같이 전이되는 잉크에 대하여 소재의 반응 정도를 나타내는 기판 특성과, 용해제의 혼합 정도를 확인할 수 있는 잉크의 점도와, 잉크의 전이시 소재와의 점착 관계와 롤상의 인쇄 패턴에서 전이되는 관계를 나타내는 점착 관계에 대한 값들을 매칭컨디션을 통해서 결정하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 메카니컬(Mechanical) 매칭은:
    소재의 이송시 인쇄된 소재에 부과되는 힘(장력), 이송 소재의 속도, 인가 전압, 표면 거칠기에 의한 소수성 및 친수성 정도, 건조 및 경화에 대한 값들을 매칭컨디션을 통해서 결정하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계에서 상기 타임(Time) 매칭은:
    스케줄링 기법 변경, 제어방법 변경, 입력/출력 개수 변경에 대한 값들을 매칭컨디션을 통해서 결정하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계에서 상기 롤투롤(R2R) 시스템의 스팩은:
    각 스팬의 운전 장력 결정, 사용 소재의 폭과 길이비 결정, 건조구간 길이와 온도, 방식결정, 경화 구간의 길이, 온도, 방식 결정, 테이퍼 장력 결정, 인쇄 방식 결정, 닙(Nip) 방식 결정, 레지스터 제어기 정밀도 결정, 냉각 방식 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 인쇄 상태 검사는:
    인쇄라인의 두께 및 두께 균일도, 번짐 정도를 포함하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 소재를 건조한 후 열풍으로 인한 인쇄라인의 에러 검사를 실시하는 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄형 전자소자는 RFID, 솔라 셀(Solar cell), 신호계를 포함한 전자소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법.
KR1020100070556A 2010-06-29 2010-07-21 이에이치디 잉크젯용 매칭로직을 이용한 전자소자 인쇄 방법 KR20120001556A (ko)

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