KR20120014929A - 조성-개질형 바륨티타네이트 분말을 이용하여 세라믹/플라스틱 캐패시터를 제조하기 위한 초소형-압출 다중적층 기법 - Google Patents

조성-개질형 바륨티타네이트 분말을 이용하여 세라믹/플라스틱 캐패시터를 제조하기 위한 초소형-압출 다중적층 기법 Download PDF

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Abstract

인쇄기는 피가공면과, 피가공면 상부에 배치되는 인쇄헤드를 포함한다. 인쇄헤드 및 피가공면은 결합된 평행면(associated parallel plane)에서 상대적으로 이동가능하다. 인쇄헤드는 고분자성 잉크를 증착시키는 제1 노즐, 전도성 잉크를 증착시키는 제2 노즐, 및 유전성 잉크를 증착시키는 제3 노즐을 포함한다.

Description

조성-개질형 바륨티타네이트 분말을 이용하여 세라믹/플라스틱 캐패시터를 제조하기 위한 초소형-압출 다중적층 기법{MINI-EXTRUSION MULTILAYERING TECHNIQUE FOR THE FABRICATION OF CERAMIC/PLASTIC CAPACITORS WITH COMPOSITION-MODIFIED BARIUM TITANATE POWDERS}
본 발명은 조성-개질형 바륨티타네이트 분말을 이용하여 세라믹/플라스틱 캐패시터를 제조하기 위한 초소형-압출 다중적층 기법에 관한 것이다.
캐패시터는 회로를 만드는데 오랫동안 사용되어 왔다. 특히, 캐패시터는 AC 전류로부터 DC 전압을 분리시키는 에너지 회로에 사용되어 왔다. 다른 예로, 캐패시터는 원하는 회로 반응 및 기능을 제공하기 위한 전자회로에 사용되어 왔다. 보다 최근에는 대용량 캐패시터가 에너지 저장 장치로서 제안되었다.
이전에는, 단일 유전체층의 양측에 위치된 전극을 포함하는 단층 캐패시터는 스크린-인쇄 공정을 통해 형성되어 왔다. 이러한 공정은 일반적으로 마스크를 통해 하나의 층을 인쇄하는 단계와, 인쇄층을 소성한 후에 제2층을 추가하는 단계를 포함한다. 이러한 공정들이 단층 캐패시터용으로는 적절할 수 있지만, 스크린 인쇄 공정은 다층 캐패시터용으로는 비효율적이다.
다층 캐패시터를 형성하기 위해서, 스크린-인쇄 기법은 다수의 반복적인 소성 단계를 초래하게 되는데, 이때 각 소성 단계는 생산 과정에 시간과 지출비용을 가산시키는 가열, 처리 및 냉각 기간을 필요로 한다. 이로 인해, 스크린-인쇄 기법은 다층 캐패시터, 특히 용량성 저장 장치를 형성하기에 덜 바람직한 것으로 판명되었다.
따라서, 본 발명은 조성-개질형 바륨티타네이트 분말을 이용하여 세라믹/플라스틱 캐패시터를 제조하기 위한 초소형-압출 다중적층 기법을 제공하고자 한다.
첨부된 도면을 참조함으로써 당업자는 본 발명을 더 잘 이해할 수 있으며 본 발명의 다수 특징들 및 이점들이 명백해질 것이다.
도 1은 바람직한 연속 인쇄 장치의 예시도를 포함한다.
도 2는 용량성 저장 장치를 형성하는 바람직한 방법을 예시하는 흐름도를 포함한다.
도 3, 도 4 및 도 5는 용량성 저장 장치의 바람직한 층들에 대한 예시도들을 포함한다.
도 6은 바람직한 노즐 구성의 예시도를 포함한다.
도 7은 바람직한 증착 패턴의 예시도를 포함한다.
도 8은 바람직한 층 구조의 단면의 예시도를 포함한다.
도 9는 바람직한 증착 패턴의 예시도를 포함한다.
도 10 및 도 11은 바람직한 노즐의 예시도를 포함한다.
여러 도면들에서의 동일한 참조 부호는 유사하거나 또는 동일한 항목을 가리킨다.
한 특정 구현예에 의하면, 일련의 잉크를 패턴층에 증착시켜 용량성 에너지 저장 장치의 컴포넌트를 형성한다. 바람직한 잉크로는 전도성 미립자가 포함되며, 전극을 형성하는데 사용될 수 있다. 다른 바람직한 잉크로는 유전성 세라믹 미립자 및 고분자 분말(polymer powder)이 포함되며, 유전체층을 형성하는데 사용될 수 있다. 또 다른 바람직한 잉크로는 고분자 분말이 포함되며, 패턴층 내부의 전극 및 유전체층 주변에 증착될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 잉크는 연속 스트림의 인쇄헤드로부터 각각 증착되어 상기 컴포넌트의 요소들을 형성한다.
바람직한 일 구현예에 의하면, 용량성 저장 장치의 층들을 형성하기 위해 층류(laminar-flow) 인쇄 장치와 같은 연속 인쇄 장치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 바람직한 인쇄 장치(100)의 예시도를 포함한다. 피가공물 지지체(102)는 피가공물(104)을 지지하고 유지한다. 피가공물(104)은 다층 캐패시터의 일부분일 수 있거나, 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)막 또는 다층 캐패시터 피가공물이 그 위에 초기화될 수 있는 종이 지지체일 수 있다. 피가공물(104)을 클램프 또는 핀에 의해, 접착성 필름에 의해, 진공흡인력에 의해, 정전기적으로, 또는 이들의 임의의 조합 방법에 의해 제자리에 고정시킬 수 있다. 대안으로는, 피가공물 지지체(102)를 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 플라스틱으로 피복가능하며, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)와 같은 고분자의 제1층을 피가공물 지지체(102) 상에 바로 인쇄시킬 수 있다.
또한, 인쇄 장치(100)는 인쇄헤드 조립체(106) 및 인쇄헤드 지지체(108)를 포함한다. 일반적으로, 인쇄헤드 조립체(106)는 노즐로부터 피가공물(104)로 잉크 또는 현탁액을 층류와 같은 연속 흐름으로 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 인쇄 기법과는 대조적으로, 잉크는 마스크된 스크린을 통해 주기적 또는 이산적 도트 또는 압출이 아닌 연속 흐름으로 전달된다. 일례로, 인쇄헤드 조립체(106)는 잉크 또는 현탁액의 단일 스트림을 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 인쇄헤드 조립체(106)는 잉크 또는 현탁액을 둘 또는 그 이상(예컨대, 둘 이상, 셋 이상, 넷 이상, 또는 여덟 이상)의 연속 흐름으로 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인쇄헤드 조립체(106)는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있는데, 이때 각 노즐은 잉크를 층류와 같은 연속 흐름으로 전달하도록 제어가능하다.
또 다른 구현예에 의하면, 인쇄헤드 조립체(106)는 단일 잉크 또는 현탁액을 전달하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 인쇄헤드 조립체(106)는 2종 이상의 잉크 또는 현탁액을 선택적으로 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 공급라인을 통해 2종 이상의 잉크 조성물을 인쇄헤드 조립체(106)에 공급할 수 있으며, 인쇄헤드 조립체(106)는 상기 잉크 조성물의 1종 이상을 피가공물(104)에 선택적으로 또는 제어가능하게 전달하도록 구성될 수 있다. 일례로, 인쇄헤드 조립체(106)는 피가공물(104)에 대해 상대 이동을 하는 동안 2종 이상의 잉크를 동시에 전달하도록 구성될 수 있다.
일례로, 인쇄 장치(100)는 하나의 공급라인 또는 복수의 공급라인(112)을 통해 인쇄헤드 조립체(106)에 유체 결합되는 하나 이상의 용기(110)를 포함할 수 있다. 공급라인(112)은 1종 이상의 잉크 또는 현탁액을 용기(110)로부터 인쇄헤드 조립체(106)에 공급한다. 일 구현예에 의하면, 2개 이상의 공급라인(112), 2개 이상의 용기(110), 또는 이들의 임의의 조합을 인쇄헤드 조립체(106)에 연결시킬 수 있다. 미립자 성분들이 완전하게 분산되도록 확실히 하기 위해, 인쇄 공정의 노즐에 인접한 용기(110) 또는 저장고에 있는 잉크를 초음파 교반시킬 수 있다.
고분자층을 형성하도록 분산되는 잉크와 관련된 저장고는 20 psi 내지 100 psi의 압력에서 20℃ 내지 50℃ 범위의 온도에 유지될 수 있다. 고분자층이 더 크거나 더 두꺼운 경우에, 저장고의 압력을 20 psi 내지 100 psi에 유지시킬 수 있다.
유전체 분말 또는 유전체층의 분산과 관련된 저장고는 20 psi 내지 100 psi의 압력에서 20℃ 내지 50℃ 범위의 온도에 유지될 수 있다. 전도층을 인쇄하기 위한 노즐과 결합되는 저장고는 10 psi 내지 70 psi의 압력에서 20℃ 내지 50℃의 저장온도에 유지될 수 있다.
선택적으로, 인쇄 장치(100)는 하나 이상의 에너지원(114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지원(114)은 자외선 공급원, 가시광선 공급원, 적외선 공급원, 또는 이들의 조합과 같은 방사성 공급원일 수 있다. 특히, 방사성 공급원은 약 1.2x1014 Hz 내지 1.5x1013 Hz 주파수 범위의 전자기 에너지원과 같은 적외선 열원일 수 있다. 다른 예로, 에너지원(114)은 반사된 확산광의 형태일 수 있거나, 또는 레이저원일 수 있다. 일례로, 에너지원(114)은 적외선과 같은 에너지(116)를 인도하여, 인쇄헤드 조립체(106)로부터 토출된 잉크 가까이에 있는 피가공물(104)의 적어도 일부분(118)에 작용하게 한다. 일례로, 에너지원(114)을 인쇄헤드 조립체(106)와 이동시키거나, 또는 에너지(116)의 방향이 인쇄헤드 조립체(106) 또는 피가공물(104)의 움직임을 따르도록 조절할 수 있다.
특히, 피가공물 지지체(102) 또는 인쇄헤드 조립체(106), 또는 둘 모두는 서로에 대해 움직이도록 구성되어, 연속 스트림이 피가공물(104) 상에 증착되는 위치를 효과적으로 변경시킨다. 그 결과, 연속층(120)이 피가공물(104) 상에 인쇄된다. 인쇄헤드 조립체(106)와 피가공물(104)의 상대적 움직임에 따라, 층(120)이 직선형 또는 곡선형일 수 있거나, 또는 날카로운 각도를 가질 수 있다. 한 특정예로, 피가공물 지지체(102)는 자신에 의해 형성된 편평한 표면에 대해 x축 또는 y축 방향 중 하나 이상의 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다. 다른 예에서는, 인쇄헤드 조립체(106)가 x축 또는 y축 방향 중 하나 이상의 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서는, 피가공물 지지체(102)가 x축 방향 또는 y축 방향과 같은 제1 방향으로 움직이도록 구성될 수 있으며, 인쇄헤드 조립체(106)는 y축 방향 또는 x축 방향과 같은 제2 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다. 피가공물 지지체(102) 또는 인쇄헤드 조립체(106) 중 하나 또는 둘 다 z축 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.
한 특정예로, 인쇄헤드 조립체(106)는 인쇄 시스템(100)의 상부 고정형 스테인레스강 압반(platen)에 연결된다. 2개 이상의 인쇄헤드(106)가 상부 압반에 결합될 수 있다. 지지체(102)는 인쇄헤드 또는 헤드(106)들에 대해 상대적으로 움직인다. 원하는 생산품 수율을 제공하도록 인쇄헤드 조립체의 개수를 설정할 수 있는데, 그 이유는 각 인쇄헤드 조립체가 나머지 인쇄헤드 조립체들과 동시에 개별 캐패시터용 층들을 인쇄하기 때문이다. 그러나, 인쇄 시스템의 크기는, 적층되는 인쇄헤드 조립체들의 개수가 제조 공간 한계와 관련하여 실제 인쇄 시스템의 크기에 의해 제한될 수 있도록 하는 변수이다. 인쇄 시스템의 하부 판 또는 지지체(102)를 인쇄 시스템의 xyz 슬레드에 의해 제어함으로써, 노즐들이 적당한 위치에 있게 되고, 노즐 및 하부판 사이에서 적당한 높이를 가지며, 적층 인쇄 공정시 적당한 속도로 좌우로 움직인다. 압반은 자신의 표면에 접착되는 Teflon？ 불화탄소 수지 또는 임의의 적절한 이형막 또는 Mylar？ 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 박막으로 피복된다. 인쇄 유닛의 제어기는, 처리조가 명시된 온도 및 압력 조건에 있도록 하고 위에 지적된 바와 같은 공정 변수들이 적층 공정 동안에 명시된 대로 충족되도록 확실하게 한다. 인쇄 공정이 시작되면 인쇄 유닛은 자동적으로 피복 또는 PET-적층된 스테인레스강 압반을 유닛 내로 이송시켜 적당한 인쇄 위치로 고정시킨다. 인쇄 공정이 끝나면, 인쇄 유닛은 자동적으로 스테인레스강 압반을 적층된 캐패시터 컴포넌트들과 함께 유닛으로부터 이송 유닛 상에 이송함으로써 컴포넌트들이 제조의 다음 단계를 통해 처리될 수 있도록 한다. 압출기 슬릿 및 기타 공정 변수에 의해 조절되는 적층 두께, 길이 및 폭은 특정 적용분야의 사양을 충족시키도록 변경될 수 있다.
이러한 변수를 위한 바람직한 변수-설정 성능 및 공정 설정을 활용하여, 지시된 층두께의 성공적인 압출을 이루어낼 수 있다. 예를 들어, 저장고의 온도를 변경하거나, 잉크의 점도를 변경하거나, 압출기 슬릿의 폭을 조절하거나, 처리조 내의 압력을 설정하거나, 증착 압반 표면으로부터의 노즐의 높이를 설정하거나, 증착 압반과 결합되는 노즐의 속도를 설정하거나, 캐패시터의 크기를 정하기 위해 노즐 슬릿의 폭과 적층 공정의 길이를 설정하거나, 층 경화온도 및 공기속도를 변경하거나, 또는 이들의 임의의 조합에 의해, 바람직한 층두께를 조정할 수 있다.
한 특정 구현예에서, 연속 흐름 장치는 이하 기술되는 잉크 및 현탁액의 구현예들과 결합되어 다층 캐패시터를 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 용량 소자를 형성하는 바람직한 방법을 설명하는 흐름도를 포함한다. 202 단계에서 설명된 바와 같이, 피가공물을 피가공물 지지체 상에 배치할 수 있다. 다층 캐패시터의 형성을 개시하기 위해, 피가공물은 고분자 막 또는 종이를 포함할 수 있다. 대안으로는, 피가공물 지지체를 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 플라스틱으로 피복가능하며, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)와 같은 고분자의 제1층을 피가공물 지지체 상에 직접 인쇄할 수 있다. 예를 들어, 전도성 또는 유전성 세라믹 재료를 함유하지 않으면서 용제 또는 고분자 바인더를 하기에 기술되는 함량으로 포함하는 잉크 또는 현탁액을 이용하여 한 층을 인쇄할 수 있다.
204 단계에서 설명된 바와 같이, 제1 전극층을 피가공물 상에 인쇄할 수 있다. 제1 전극층은 애노드층 또는 캐소드층일 수 있다. 특히, 제1 전극층은 알루미늄, 구리, 니켈, 주석 또는 이들 전도성 미립자의 조합물과 같은 전도성 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액을 이용하여 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 잉크 또는 현탁액은 1종 이상의 용제, 번-아웃(탈지) 바인더, 및 전도성 미립자를 함유할 수 있다. 잉크 또는 현탁액이 증착되면, 조성물은 전극으로서 기능할 수 있는 전도층을 형성할 수 있다. 일례로, 제1 전극층은 약 1㎛ 내지 약 11㎛의 두께를 가질 수 있다. 특히, 잉크 또는 현탁액은 동시에 고형화되는 하나 이상의 연속 흐름으로 전달된다.
선택적으로, 용제, 번-아웃 유기 바인더 및 유전성 고분자 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액으로 형성된 절연층은 전극층의 평면 내부의 셋 이상의 측면에서 제1 전극층을 둘러싸도록 인쇄될 수 있다. 대안으로는, 용제, 번-아웃 고분자 바인더 및 유전성 유리 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액으로 형성된 절연층은 전극층의 평면 내에서 제1 전극층을 둘러싸도록 인쇄될 수 있다. 한 특정 구현예에 의하면, 전극층 물질은 절연층 물질의 적어도 일부분과 동시에 인쇄될 수 있다. 본원에서 '동시에'는 사건들이 같은 시간에 발생하거나, 또는 사건 발생 시간이 겹치거나, 또는 한 사건이 끝날 때 다른 사건이 시작될 수 있음을 가리키고자 사용된다.
206 단계에서 설명된 바와 같이, 제1 유전체층은 제1 전극층 상부에 인쇄될 수 있다. 제1 유전체층은 유전체 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액을 이용하여 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 잉크 또는 현탁액은 용제, 번-아웃 바인더(예컨대, 셀룰로오스계 바인더), 및 유전체 미립자 물질을 포함할 수 있으며, 증착되었을 때 유전체 물질층을 형성한다. 유전체 미립자 물질은 유전성 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 유전체층은 약 1㎛ 내지 약 11㎛의 두께를 가질 수 있다. 특히, 유전성 잉크의 하나 이상의 연속 스트림을 인쇄 및 동시에 고형화시켜 유전체 물질층을 형성할 수 있다. 선택적으로, 용제 및 번-아웃 유기 바인더를 함유하며 미립자 충전재는 함유하지 않지만 유전성 고분자 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액으로 형성된 절연층은 유전체층의 평면 내부의 네 측면에서 제1 유전체층을 둘러싸도록 인쇄될 수 있다. 일례로, 유전체 물질층은 절연층의 적어도 일부분과 동시에 인쇄될 수 있다.
208 단계에서 설명된 바와 같이, 제2 전극층이 제1 유전체층 상에 인쇄될 수 있다. 제1 전극층에서와 같이, 제2 전극층은 전도성 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액을 이용하여 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극층은 제1 전극층을 형성하는데 사용된 것과 유사한 잉크 또는 현탁액으로부터 형성되거나 또는 상이한 잉크 또는 현탁액으로부터 형성될 수 있다. 제1 전극층에 따라, 제2 전극층은 캐소드층이나 또는 애노드층이 될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극층이 애노드층일 때 제2 전극층은 캐소드층이 될 수 있다. 제2 전극층은 약 1㎛내지 약 11㎛의 두께를 가질 수 있다. 한 특정 구현예에 의하면, 개별적 전기 연결(예컨대, 캐패시터 소자의 반대측 상에서의 개별적 전기 연결)을 허용하기 위해 제2 전극층을 제1 전극층에 대해 오프셋할 수 있다. 선택적으로, 용제 및 고분자 바인더를 함유하며 세라믹 충전재는 함유하지 않지만 유전성 고분자 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액으로 형성된 절연층은 전극층의 평면 내부의 셋 이상의 측면에서 제2 전극층을 둘러싸도록 인쇄될 수 있다. 일례로, 이러한 전극층은 절연층의 적어도 일부분과 동시에 인쇄될 수 있다.
또한, 210 단계에서 설명된 바와 같이, 제2 유전체층이 제2 전극층 상에 인쇄될 수 있다. 제2 유전체층은 유전체 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액을 이용하여 인쇄될 수 있다. 제2 유전체층은 제1 유전체층을 형성하는데 사용된 것과 유사한 잉크 또는 현탁액으로부터 형성되거나 또는 상이한 잉크 또는 현탁액으로부터 형성될 수 있다. 일례로, 제2 유전체층은 약 1㎛내지 약 11㎛의 두께를 가질 수 있다. 선택적으로, 용제 및 고분자 바인더를 함유하며 미립자 충전재는 함유하지 않지만 유전성 고분자 미립자를 함유하는 잉크 또는 현탁액으로 형성된 절연층은 유전체층의 평면 내부의 네 측면에서 제2 유전체층을 둘러싸도록 인쇄될 수 있다. 일례로, 제2 유전체층은 절연층의 적어도 일부분과 동시에 인쇄될 수 있다.
다층 용량 소자를 형성하기 위해, 적층 공정을 반복할 수 있다. 204 단계로 되돌아가, 추가 전극층을 제2 유전체층 상부에 인쇄할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 이러한 공정은 적어도 약 500개의 층이 인쇄될 때까지, 바람직하게는 약 1000개의 층 이상(예컨대, 약 2000개의 층 이상)이 인쇄될 때까지 반복될 수 있다.
바람직한 일 구현예에 의하면, 스트림 인쇄기를 이용하여 층들을 인쇄한다. 잉크가 증착되면, 적외선 에너지원과 같은 에너지원에 의해 잉크를 가열할 수 있다. 잉크가 피가공물에 접근할 때 잉크를 가열하면, 용제의 일부분이 증발되어 잉크가 피가공물에 접촉하기 전에 잉크의 점도를 증가시킬 수 있다. 증가된 점도는 잉크의 확산과 층 두께의 변화를 줄일 수 있다. 그 외에도, 에너지원은 바인더의 일부를 열분해에 의해 층으로부터 제거할 수 있다. 또한, 에너지원은 바인더의 다른 부분을 소결시킬 수 있다. 일 구현예에 의하면, 에너지원은 층을 소결시키는데 충분한 에너지를 제공할 수 있음에 따라, 층의 밀도가 약 75% 이상, 바람직하게는 약 85% 이상(예컨대, 약 95% 이상) 증가된다. 특히, 에너지원에 의해 생성되는 열은 영구적인 고분자 바인더 또는 유전성 고분자 미립자를 분해시키기에 충분하지 않다.
대안으로는, 고온 가스와 같은 가스를 증착된 층들 상부로 안내하여 용제를 증발시키고 번-아웃 바인더를 분해할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스는 깨끗한 건조 공기, 질소, 또는 희가스일 수 있다. 상기 가스는 50℃ 내지 150℃의 온도까지 가열될 수 있다.
추가로 또는 대안으로는, 212 단계에서 설명된 바와 같이, 용량 소자를 열처리하거나, 또는 복수 층들이 인쇄된 후에(예컨대, 실질적으로 모든 층이 인쇄된 후에) 추가 열처리할 수 있다. 특히, 용량 소자는, 80바 이상, 예를 들면 80바 내지 120바의 압력에서와 같이, 열간 정수압처리될 수 있다. 온도는 약 150℃ 이상, 바람직하게는 약 165℃ 이상, 예컨대 약 165℃ 내지 약 215℃ 또는 약 170℃ 내지 약 200℃일 수 있다. 대안으로, 유전체 물질이 유리질 코팅을 포함하거나 유리질 글래스 절연 물질을 사용하는 경우에, 온도는 약 400℃ 이상, 예컨대 약 500℃ 이상, 약 700℃ 이상, 또는 심지어 약 900℃ 이상일 수 있다.
또한, 214 단계에서 설명된 바와 같이 용량 소자를 절단하고, 216 단계에서 설명된 바와 같이 전극에 전기 연결이 적용될 수 있다. 예를 들어, 캐소드가 애노드로부터 오프셋되는 경우에는, 제1 및 제2 전극층과 관련하여 전술한 바와 같이, 용량 소자의 제1 측면에 단일 연결을 적용시켜 캐소드들을 연결할 수 있으며, 용량 소자의 제2 측면에 단일 연결을 적용시켜 애노드들을 연결할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 측면을 용융금속 조에 침지시킬 수 있다. 대안으로는, 전도성 접착제를 이용하여 전기 연결을 설정할 수 있다.
선택적으로는, 218 단계에서 설명된 바와 같이 다층 용량 소자를 극성화할 수 있다. 예를 들어, 용량 소자를 약 150℃ 이상의 온도까지, 바람직하게는 약 165℃ 이상(예컨대, 약 165℃ 내지 약 215℃, 또는 약 170℃ 내지 약 200℃)의 온도까지 가열할 수 있다. 더욱이, 가열 후에 애노드와 캐소드 사이에는 2000V 이상(예컨대, 3000V 이상, 또는 심지어 약 3750V 이상)의 전압차가 인가된다.
또한, 220 단계에서 설명된 바와 같이 다층 용량 소자는 용량성 저장 장치 내로 패키지될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 용량 소자를 단일 물리적 배치 형태로 전기적 결합 및 고정시켜 용량성 저장 장치를 형성할 수 있다. 특히, 용량 소자들을 병렬 또는 직렬 배치, 또는 이들의 조합 형태로 결합시키는 전기적 접촉을 포함한 하우징에 여러(several) 용량 소자들을 위치시킴으로써, 용량성 저장 장치를 형성할 수 있다.
바람직한 일 구현예에서, 상기 방법 및 인쇄 장치는 용량성 저장 장치의 소자들의 패턴층을 형성하는데 이용될 수 있다. 패턴층은 각 층의 성질을 나타내며, 각 층은 증착된 물질의 패턴을 그 내부에 포함한다. 패턴층을 서로의 상부에 증착시켜 용량성 저장 장치의 용량 소자를 형성한다. 예를 들어, 도 3, 도 4 및 도 5는 다층 에너지 저장 장치의 인접한 층들의 예시도를 포함한다. 이들 도면에 사용된 바와 같이, 세로는 한 층의 가장 긴 직교차원을 가리키고, 가로는 두 번째로 긴 직교차원을 가리키며, 두께는 세 번째로 긴 직교차원을 가리킨다. 예를 들어, 도 3은 바람직한 전극층(예컨대, 애노드층)의 예시도를 포함하고, 도 4는 바람직한 유전체층의 예시도를 포함하며, 도 5는 바람직한 상대전극층(예컨대, 캐소드층)의 예시도를 포함한다. 도 3에 예시된 바와 같이, 전극층 내부에서, 전극(302)은 유전성 고분자부와 같은 절연부(304)로 둘러싸여 있다. 대안으로, 유전성 고분자부(304)를 유리질 글래스부로 대체할 수 있다. 특히, 전극(302)은, 전극층의 제1 단부(310)에서, 전극층의 제2 단부(308)로부터 이격된 위치(306)로 연장된다. 도시된 바와 같이, 전극(302)은 3개의 측면이 절연부(304)로 둘러싸인 직사각형을 형성한다. 이러한 전극층은 이하 기술되는 노즐 배열을 변화시킴으로써 형성될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 유전체층은 네 측면이 유전성 고분자부와 같은 절연부(414)로 둘러싸인 유전체 세라믹부(412)를 포함한다. 유전체 세라믹부(412)를 하부 전극(302) 일부분의 상부에 배치할 수 있다. 또한, 유전체 세라믹부(412)는 층들의 가장자리(308 및 310)에서 이격되어 있다. 대안으로는, 유전성 고분자부(414)를 유리질 글래스부로 대체할 수 있다. 상기와 같이, 이러한 유전체 세라믹층 및 이와 관련된 유전체 세라믹부(412)와 절연부(414)는 하기에 기술되는 노즐 배열의 변화를 이용하여 인쇄될 수 있다.
도 5에 또한 예시된 바와 같이, 제2 전극(516)은 한 층의 내부에 인쇄될 수 있으며, 유전성 고분자부와 같은 절연부(518)에 의해 세 측면이 둘러싸일 수 있다. 제2 전극(516)은 가장자리(308)와 접촉가능하며 제1 전극(302)과는 대조적으로 가장자리(310)로부터 이격될 수 있다. 이런식으로, 제2 전극(516)은 제1 전극(302)으로부터 오프셋된다. 대안으로, 유전성 고분자부(518)를 유리질 글래스부로 대체할 수 있다. 여기서도 마찬가지로, 제2 전극(516) 및 유전성 고분자부(516)는 하기에 기술되는 노즐 배열의 변화를 이용하여 인쇄될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5에 예시된 다층 캐패시터 구성을 에너지-저장 장치용 캐패시터의 제조에 활용할 수 있다. 예를 들어, 단일 인쇄헤드를 이용하여 패턴층을 인쇄할 수 있다. 대안으로는, 둘 이상의 인쇄헤드를 이용할 수 있다. 바람직한 인쇄헤드를 도 6에 예시하였다. 특히, 지지체에 대한 인쇄헤드의 위치를 기준으로 개시 및 중단되는 연속 스트림을 이용하여 패턴층을 인쇄할 수 있다. 인쇄 공정과 관련된 적층, 밸브의 턴온 및 턴오프 타이밍, 모터 정지 신호를 도 7에 예시하였다. 생성되는 층들의 바람직한 횡단면을 도 8에 예시하였다. 도 7에 표시된 절단선을 따라 절단한 후 구리 엔드캡과 같은 전도성 엔드캡을 용량 소자에 배치함으로써 용량 장치를 형성할 수 있다.
도 6은 바람직한 노즐 구성(600)의 예시도를 포함한다. 노즐 구성(600)은 인쇄헤드가 602에 표시된 방향으로 전후이동할 때 용량 소자의 층을 인쇄하도록 되어 있다. 세로 방향은 602 방향에 평행하며, 가로는 인쇄헤드에 평행인 면 내부에서 두 번째로 긴 직교차원을 가리킨다. 예를 들어, 노즐 A는 고분자층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 노즐 B는 전도층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 노즐 C는 고분자층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있으며, 노즐 D는 유전체층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 노즐 E 및 F는 공기, 질소, 또는 희가스와 같은 깨끗한 건조 가스를 토출할 수 있다.
일례로, 노즐 A는 1.4 mils 내지 4 mils 범위의 슬릿폭을 가진다. 노즐 C는 4 mils 내지 8 mils 범위의 슬릿폭을 가지며, 노즐 D는 4 mils 내지 8 mils 범위의 슬릿폭을 가진다. 노즐 B는 1.4 mils 내지 4 mils 범위의 슬릿폭을 가질 수 있다. 인쇄헤드의 속도는 10 내지 20 인치/초 범위 내에 있다.
특히, 노즐 A 및 노즐 C는 고분자층을 형성하는 잉크를 토출하도록 구성된다. 예를 들어, 노즐 A는 전극의 면상 단부에 고분자층을 형성하기 위한 잉크를 토출할 수 있다. 특히, 노즐 A는 전극을 형성하는 전도층과 동일한 두께의 고분자 엔드캡을 형성하기에 충분한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 노즐 A는 0.5 마이크론 내지 3 마이크론(예컨대, 0.5 마이크론 내지 2 마이크론, 또는 0.5 마이크론 내지 1.5 마이크론(즉, 대략 1 마이크론) 범위의 두께를 지닌 고분자층을 형성하는데 충분한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 노즐 C가 유사 잉크를 토출하도록 구성된 한편, 노즐 C는 유전체층 및 전도층의 합친 두께를 갖는 고분자층을 형성하는데 충분한 잉크를 토출할 수 있다. 예를 들어, 만일 유전체층이 10 마이크론이고 전도층이 1 마이크론이라면, 노즐 C는 11 마이크론 고분자층을 형성하는데 충분한 잉크를 토출할 수 있다. 특히, 노즐 C는 9 내지 15 마이크론 범위(예컨대, 9 내지 12 마이크론 범위), 또는 심지어 10 내지 12 마이크론 범위의 층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다.
한 특정예에서, 노즐 A 및 C는 수지 분말, 예를 들면, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 플라스틱(PET)을 폴리프로필렌 카보네이트(바인더) 및 아세톤(용제)의 혼합물을 포함하거나 또는 다른 용제(예컨대, 헥사플루오로-2-프로판올 또는 60/40 페놀/테트라클로로에틸렌)를 포함하는 바인더 용액 내에 적층시키도록 구성된다. 적층 또는 인쇄 공정에 적당한 점도를 얻기 위해, 상기 용제 중 하나를 함유하는 PET의 경우에 물질의 농도 수준을 변경시킬 수 있다.
노즐 B는 용량 소자의 전극으로서 유용한 전도층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성된다. 예를 들어, 노즐 B의 작동은 0.5 마이크론 내지 3 마이크론(예컨대 0.5 마이크론 내지 2 마이크론), 또는 심지어 0.5 마이크론 내지 1.5 마이크론(예컨대, 약 1 마이크론) 범위에 속하는 두께의 전도층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 이루어진다.
특히, 노즐 B는 잉크를 함유하는 전도성 미립자의 적층용으로 사용가능하다. 잉크가 폴리(프로필렌)카보네이트의 바인더 용액을 함유하거나 또는 함유하지 않을 수 있다. 다른 예로는, 아세톤을 양쪽 경우에서 사용할 수 있다. 이러한 잉크의 점도는 구성성분들의 농도를 변화시킴로써 정할 수 있다.
노즐 D는 유전체층을 형성하기 위한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다. 일례로, 노즐 D는 8 내지 15 마이크론 범위 내(예컨대 9 내지 12 마이크론 범위 내) 또는 심지어 9 내지 11 마이크론 범위 내(예컨대, 대략 10 마이크론)의 두께를 갖는 유전체층을 형성하는데 충분한 잉크를 토출하도록 구성될 수 있다.
한 특정예에서, 세라믹 분말, 예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 매트릭스 내의 조성-개질형 바륨 티타네이트 분말의 적층을 위해, 구성성분들을 폴리프로필렌 카보네이트(바인더) 및 아세톤(용제)의 바인더 용액과 혼합하거나 또는 다른 용제(예컨대, 헥사플루오로-2-프로판올 또는 60/40 페놀/테트라클로로에틸렌)와 혼합하고, 노즐 D를 이용하여 적층시킨다. 적층 또는 인쇄 공정에 적당한 점도를 얻기 위해, 상기 용제 중 하나를 함유하는 PET의 경우에 4가지 물질 또는 2가지 물질의 농도 수준을 변경시킬 수 있다.
특히, 인쇄헤드의 이동과 관련하여 특정 시간 및 특정 위치에 토출하도록 노즐을 제어할 수 있다. 인쇄헤드가 이동할 때, 잉크 토출의 상대적 초기화로 인해 원하는 두께 및 조성의 층들을 형성할 수 있게 된다. 예를 들어 도 7에 예시된 바와 같이 인쇄헤드가 제1 위치 및 제10 위치 사이에서 이동할 때 노즐을 턴온 및 턴오프시켜, 예를 들면 도 8에 예시된 전도성 또는 용량성 장치의 일련의 층들을 인쇄할 수 있다.
도 7에 예시된 제1 위치에서 출발하여, 노즐 A를 제2 위치에서 턴온시키고 제4 위치에서 턴오프시킬 수 있으며, 노즐 B를 제 4위치에서 턴온시키고 제8 위치에서 턴오프시킬 수 있다. 인쇄헤드를 제어하는 모터를 제9 위치에서 턴오프시키고, 인쇄헤드를 제10 위치에서 정지시킬 수 있다. 그 결과, 제1 전극층(802)이 형성된다. 역방향 경로(reverse pass)를 활용하여 유전체층(804) 및 고분자층(806 및 808)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 역으로 제10 위치에서 시작하여, 노즐 C 및 D를 제9 위치에서 턴온시키고 제3 위치에서 턴오프시킬 수 있으며, 인쇄헤드를 제어하는 모터를 제2 위치에서 턴오프시키고 인쇄헤드를 제1 위치에서 정지시킬 수 있다.
제1 위치에서 출발하는 순방향 경로를 추가 활용하여 유전체층(804) 상부에 후속 전극층(810)을 증착시킬 수 있다. 노즐 B를 제2 위치에서 초기화시켜 제6 위치에서 턴오프시킬 수 있으며, 모터를 제9 위치에서 턴오프시키고 인쇄헤드를 제10 위치에서 정지시킬 수 있다. 이러한 경로는 전극층(802)로부터 오프셋되는 전극층(810)의 전도성부를 형성한다.
제10 위치에서 출발하는 역방향 경로로 추가 유전체층(812), 전도층(810)의 일 부분, 및 고분자층(814 및 816)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 노즐 A를 제9 위치에서 턴온시키고 제7 위치에서 턴오프시켜, 전도층(810)의 고분자부를 형성한다. 노즐 C 및 D를 제9 위치에서 턴온시키고 제3 위치에서 턴오프시켜, 유전체층(812), 및 고분자층(814 및 816)의 측면을 형성한다. 일례로, 인쇄헤드의 드라이버를 제2 위치에서 턴오프시키고, 인쇄헤드를 제1 위치에서 정지시킨다.
도 8에 예시된 구조를 형성하기 전에, 고분자 물질로 된 전체 층들(예컨대, 818, 820 및 822)을 노즐 A 및 C를 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 고분자층의 다중 패스를 토출시키는데 노즐 A를 이용가능함으로써, 노즐 C에 의해 층들이 토출될 때 대등한 두께가 더해진다. 대안으로는, 노즐 A 및 C를 통해 흐르는 제어속도를 조정함으로써, 노즐 A 및 C가 균일한 두께를 갖는 고분자층을 토출하도록 한다.
인터레이스(interlace)된 유전체층 및 전도층을 형성하는 공정을 여러 번 반복함으로써 용량성 에너지 저장 장치에 유용한 용량 소자를 형성할 수 있다 예를 들어, 이러한 공정을 100번 이상, 예컨대 500번 이상, 800번 이상, 또는 심지어 1000번 이상 반복할 수 있다. 도 7에 예시되어 있지는 않지만, 롤러를 인쇄헤드의 전후 방향으로 가로질러 이동시킴으로써 층들 내부의 공극을 줄이도록 할 수 있다. 일례로, 각 층을 증착시킨 후에 롤러를 구조물 상부에 적용시킨다. 대안으로는, 둘 이상의 층을 증착시킨 후에(예컨대, 4개 층마다) 롤러를 적용시킬 수 있다.
층을 증착시키는 4가지 경로 방법을 도 7에 예시하였지만, 이보다 많거나 적은 단계들을 포함한 방법들을 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 도 9에 예시된 바와 같이, 제1 경로는 노즐 B를 제4 위치에서 턴온시키고 제8 위치에서 턴오프시키는 것을 포함한다. 각 순방향 경로의 경우, 인쇄헤드는 제10 위치에서 정지된다. 제1 경로의 반대 방향인 제2 경로에서는, 노즐 C를 제9 위치에서 턴온시키고 제3 위치에서 턴오프시킬 수 있다. 각 역방향 경로의 경우, 인쇄헤드는 제1 위치에서 정지된다. 제3 경로에서는, 노즐 A를 제2 위치에서 턴온시키고 제4 위치에서 턴오프시킨다. 제4 경로에서는, 노즐 D를 제9 위치에서 턴온시키고 제3 위치에서 턴오프시킨다. 제5 경로에서는, 노즐 B를 제2 위치에서 턴온시키고 제6 위치에서 턴오프시킨다. 제6 경로에서는, 노즐 A를 제9 위치에서 턴온시키고 제7 위치에서 턴오프시킨다. 제7 경로에서는, 노즐 C를 제3 위치에서 턴온시키고 제9 위치에서 턴오프시킨다. 제8 경로에서는, 노즐 D를 제9 위치에서 턴온시키고 제3 위치에서 턴오프시킨다. 이러한 공정을 반복하여 추가 용량소자들을 형성할 수 있다. 더욱이, 고분자 물질층은 용량 소자를 인쇄하기 이전 또는 이후에 인쇄가능하다.
한 특정예로, 도 10은 고분자층, 전도층, 및 유전체층을 형성하기 위한 잉크의 토출용으로 유용한 바람직한 노즐의 예시도를 포함한다. 예를 들어, 노즐(1000)은 용액 주입 배관(solution inlet tubing)(1002) 및 수평식 매니폴드(1004)를 포함한다. 층을 형성하는 필름이 토출되도록 슬릿(1006)을 형성할 수 있다. 매니폴드의 양쪽 단부는 캐핑처리될 수 있으며, 이로 인해 잉크가 슬릿(1006)으로부터 토출된다.
용제를 증발시키는데 유용한 가스를 토출하기 위해, 도 6에 예시된 노즐 E 및 F로서 도 11에 예시된 바와 같은 가스 노즐을 활용할 수 있다. 예를 들어, 가스 노즐(1100)은 매니폴드(1104)를 공급하는 가스 주입관(gas inlet tube)(1102)을 포함한다. 매니폴드(1104)의 단부 캡들을 닫을 수 있다. 매니폴드(1104)의 저부면에는 복수의 배출공(1108)이 마련될 수 있다. 일례로, 배출공은 1/64 인치 내지 1/8 인치 범위의 직경을 가진다. 한 특정예로, 노즐(1100)로부터 토출되는 깨끗한 건조 가스의 온도는 50℃ 내지 150℃ 범위에 속한다.
각 잉크는 용제와, 선택적으로 바인더를 함유한다. 바람직한 한 구현예에 의하면 용제는, 예를 들어, 알코올(예컨대, 프로필알코올 또는 이소프로필 알코올); 케톤(예컨대, 메틸 에틸 케톤 또는 아세톤); 글리콜(예컨대, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 또는 디에틸렌 글리콜); 글리콜 에테르(예컨대, 디에틸렌 글리콜 모노에테르, 에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 또는 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르); 글리세롤(글리세린 또는 1,2,3-프로판트리올); 에스테르; 알데하이드; 또는 이들의 임의 조합물을 비롯한 극성 유기용제일 수 있다. 대안으로, 용제는 예를 들어 지방족 탄화수소(예컨대, 헥산 또는 혼합 알칸), 또는 방향족 탄화수소(예컨대, 벤젠 또는 톨루엔)를 비롯한 비극성 유기용제일 수 있다.
또 다른 바람직한 한 구현예에 의하면, 잉크는 2종 이상의 용제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 잉크는 제1 용제 및 제2 용제를 함유할 수 있다. 제1 용제는 제1 온도 범위에 속하는 비점을 갖는 용제일 수 있으며, 제2 용제는 제2 온도 범위에 속하는 비점을 갖는 용제일 수 있는데, 이때 제2 온도 범위는 예컨대 제1 온도 범위보다 높다. 그 결과, 주어진 온도에서 제1 용제의 증발속도는 제2 용제의 증발속도보다 높을 수 있다. 따라서, 잉크의 점도는 제1 용제가 증발함에 따라 변할 수 있으며, 동시에 바람직한 유동학을 제공한다. 특히, 제1 용제의 증발온도와 제2 용제의 증발온도 사이의 차이는 약 10℃ 이상, 예컨대 약 25℃ 이상, 약 50℃ 이상, 또는 심지어 약 75℃ 이상일 수 있다. 한 특정 구현예에 의하면, 제1 용제는 약 140℃ 이하의 비점을 가질 수 잇으며, 제2 용제는 약 170℃ 이상의 비점을 가질 수 있다.
일례로, 바인더는 증착 후에 번아웃되도록 구성될 수 있다. 바람직한 바인더로는 셀룰로스계 바인더가 포함된다. 셀룰로오스계 바인더의 예에는 메틸 셀룰로오스 에테르, 에틸프로필 셀룰로오스 에테르, 하이드록시프로필 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 니트로셀룰로오스, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다.
일례로, 고분자 물질은 10 마이크론 이하의 입도를 가진다. 예를 들어, 고분자의 입도는 5 마이크론 이하, 예컨대 2 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 또는 심지어 0.5 마이크론 이하일 수 있다. 특히, 입도는 3 마이크론 이하, 예컨대 2 마이크론 이하이다. 일례로, 입도는 0.01 마이크론보다 클 수 있다.
또한, 고분자층을 형성하는 잉크와 유전체층을 형성하는 잉크는 분극성 고분자를 함유할 수 있다. 바람직한 고분자로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르가 포함된다. 대안으로는, 제시된 PET-함유 잉크 각각에서의 PET를 다른 고분자로 대체할 수 있다. 예를 들어, 기타 다른 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 특히, 충분한 절연파괴 전압 (voltage breakdown)을 가지며 극성인 고분자 물질이 사용가능하다. 표 1에 기타 다른 고분자 대체물을 열거하였으며, 절연파괴 전압 강도에 대한 정보를 제공하였다.
이러한 기타 다른 고분자로는 폴리에틸렌, 예컨대 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 가교결합형 폴리에틸렌(XLPE), 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE); 기타 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌(PP), 이축-배향 폴리프로필렌, 폴리부틸렌(PB), 또는 폴리이소부텐(PIB); 폴리아크릴레이트, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리메틸 아크릴레이트(PMA), 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 또는 소듐 폴리아크릴레이트; 폴리스티렌, 예컨대 폴리스티렌(PS), 고충격 폴리스티렌(HIPS), 압출형 폴리스티렌(XPS), 또는 발포성 폴리스티렌; 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리술폰, 예컨대 폴리술폰(PSU), 폴리아릴술폰(PAS), 폴리에테르술폰(PES) 또는 폴리페닐술폰(PPS); 폴리아미드, 예컨대 폴리아미드(PA), 폴리프탈아미드(PPA), 비스말레이미드(BMI), 또는 우레아 포름알데하이드(UF); 폴리우레탄, 예컨대 폴리우레탄(PU), 또는 폴리이소시아누레이트(PIR); 클로로폴리머, 예컨대 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 폴리비닐리덴 디클로라이드(PVDC); (클로로)플루오로폴리머; 플루오로폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 또는 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE); 기타 단일중합체, 예컨대 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 폴리아크릴아미드(PAM), 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK); 기타 공중합체, 예컨대 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 폴리부타디엔 아크릴로니트릴(PBAN); 또는 이들의 조합물이 포함된다.
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유전체층을 형성하는 잉크는 유전체 세라믹을 포함한다. 바람직한 유전체 세라믹으로는 고품질 유전체 장치를 제조하는데 이용될 수 있는 고-유전율 조성-개질형 바륨 티타네이트 분말과 같은 고-유전율 세라믹 분말이 포함된다. 일례로, 이러한 미립자는 조성 (Ba1 -α-μ-νAμDνCaα)[Ti1 -x-δ-μ'-νMnδA'μ'D'ν'Zrx]zO3, (식 중, A = Ag 또는 Zn, A' = Dy, Er, Ho, Y, Yb, 또는 Ga; D = Nd, Pr, Sm, 또는 Gd; D' = Nb 또는 Mo, 0.10 ≤ x ≤ 0.25; 0 ≤ μ ≤ 0.01, 0 ≤ μ' ≤ 0.01, 0 ≤ ν ≤ 0.01, 0 ≤ ν' ≤ 0.01, 0 < δ ≤ 0.01, 및 0.995 ≤ z ≤ 1.005, 0 ≤ α ≤ 0.005)을 지닌 도핑된 바륨-칼슘-지르코늄-티타네이트를 포함할 수 있다. 이러한 바륨-칼슘-지르코늄-티타네이트 화합물은 ABO3 일반 조성의 페로브스카이트 구조를 가지며, 식 중에서 A자리에는 희토류 금속 이온 Nd, Pr, Sm, 또는 Gd(큰 이온반경을 가짐)가 배치될 수 있고, B자리에는 희토류 금속 이온 Dy, Er, Ho, Yb, 3B족 이온 Y, 또는 3A족 이온 Ga(작은 이온반경을 가짐)가 배치될 수 있다. 페로브스카이트 재료는 상이한 국소 대칭구조를 가진 격자 자리에 억셉터 이온(받게 이온) Ag, Zn, Dy, Er, Ho, Y 또는 Yb, 또는 도너 이온(주게 이온) Nb, Mo, Nd, Pr, Sm 또는 Gd를 포함할 수 있다. 도너 및 억셉터는 바륨-칼슘-지르코늄-티타네이트의 격자 구조 내부에 도너-억셉터 착물을 형성할 수 있다. 특히, 세라믹 분말은 -40℃ 내지 85℃ 또는 -25℃ 내지 65℃와 같은 온도 범위에서 상자성인 입체형 페로브스카이트 조성-개질형 바륨 티타네이트를 포함한다. 또한, 세라믹 분말은 스트론튬 이온 또는 철 이온을 함유하지 않거나, 낮은 농도로 함유한다. 특히, 세라믹 분말은 15000 이상(예컨대, 30000 이상)의 상대유전율(K)과 같은 고유전율을 가지고 있다.
유전체 물질을 형성하는 세라믹 미립자는, 0.6 마이크론 내지 2 마이크론 범위의, 예컨대 0.6 마이크론 내지 1.5 마이크론 범위, 또는 심지어 0.7 마이크론 내지 1.2 마이크론 범위의 입도를 가질 수 있다.
또한, 전극용 전도층을 형성하는 잉크는 전도성 물질을 함유한다. 바람직한 전도성 물질로는 금속, 금속 합금, 또는 전도성 입자(예컨대, 카본블랙 또는 그래파이트(흑연)), 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 바람직한 금속으로는 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 베릴륨, 망간, 철, 티타늄, 또는 이들의 임의 조합물이 포함된다. 예를 들어, 상기 금속은 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 또는 이들의 임의 조합물을 포함한다.
전도성 분말의 입도는 10 마이크론 이하로, 예컨대 5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 또는 심지어 1 마이크론 이하일 수 있다. 예를 들어, 전도성 분말의 입도는 0.5 마이크론 이하로, 예컨대 0.3 마이크론 이하, 또는 심지어 0.2 마이크론 이하일 수 있다. 일례로, 전도성 분말의 입도는 0.01 마이크론 이상이다.
고분자층을 형성하는 바람직한 잉크에는 용제가 5 중량% 내지 30 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 용제는 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 심지어 5 중량% 내지 15 중량% 함량으로 포함될 수 있다. 잉크에는 또한 고분자 분말이 40 중량% 내지 70 중량%의 함량으로, 예컨대 50 중량% 내지 70 중량%, 또는 심지어 60 중량% 내지 70 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 또한, 잉크에는 바인더가 함유될 수 있다. 이러한 경우에, 바인더는 0 중량% 내지 30 중량%의 양으로, 예컨대 10 중량% 내지 30 중량%, 10 중량% 내지 20 중량%, 또는 심지어 10 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 잉크의 구현예가 추가 성분들을 함유할 수 있지만, 다른 예에 의하면, 상기 잉크의 구현예는 전술된 성분들로 필수적으로 구성된다(이를 테면, 전술된 성분들로 구성됨).
유전체층을 형성하는데 유용한 잉크에는 용제가 5 중량% 내지 30 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 용제는 5 중량% 내지 20 중량%로, 예컨대 5 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 잉크에는 또한 고분자 분말이 5 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 고분자 분말은 7 중량% 내지 15 중량%, 또는 심지어 10 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 또한, 잉크에는 유전체 세라믹이 60 중량% 내지 80 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 유전체 세라믹은 65 중량% 내지 80 중량%으로, 또는 심지어 70 중량% 내지 80 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 바인더를 사용하는 경우, 잉크는 또한 바인더를 0 중량% 내지 30 중량%의 양으로, 예컨대 10 중량% 내지 30 중량%, 10 중량% 내지 20 중량%, 또는 심지어 10 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 잉크의 구현예가 추가 성분들을 함유할 수 있지만, 다른 예에 의하면, 상기 잉크의 구현예는 전술된 성분들로 필수적으로 구성된다(이를 테면, 전술된 성분들로 구성됨).
전도층을 형성하는 잉크에는 용제가 5 중량% 내지 30 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 용제는 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 심지어 5 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 잉크에는 또한 전도성 분말이 40 중량% 내지 80 중량%의 양으로, 예컨대 50 중량% 내지 80 중량%, 또는 심지어 60 중량% 내지 80 중량%의 함량으로 포함된다. 바인더를 사용하는 경우, 바인더는 0 중량% 내지 30 중량%의 양으로, 예컨대 5 중량% 내지 20 중량%, 또는 심지어 5 중량% 내지 15 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 상기 잉크의 구현예가 추가 성분들을 함유할 수 있지만, 다른 예에 의하면, 상기 잉크의 구현예는 전술된 성분들로 필수적으로 구성된다(이를 테면, 전술된 성분들로 구성됨).
상기 세 잉크를 예열시킴으로써 적층공정 동안에 용제가 증발되는 것을 도와주도록 할 수 있다. 적층공정 동안에 고온의 깨끗한 건조 공기를 잉크 상부에 블로우시켜, 적층된 잉크 구성요소들을 완전히 경화(건조)시킨다. 고온의 깨끗한 건조 공기 전달 라인을 도 7에 표시하였다. 층을 추가로 경화시킬 필요가 있는 경우에는 인라인(inline) 소성로를 이용하여 경화공정을 완료할 수 있다.
층 두께를 결정하는 공정변수들로는 잉크의 점도, 노즐 슬릿의 두께, 노즐 속도, 및 저장고 압력이 포함된다. 저장 온도 및 노즐 E 및 F에 의해 공급되는 고온의 깨끗한 건조 공기의 온도 및 체적에 의해 인쇄층의 경화 시간이 설정된다. 적용분야 및 구성요소 혼합, 노즐 속도, 노즐 슬릿의 폭, 저장고 압력 및 온도, 그리고 구성요소들의 조성에 따라, 더 얇은 두께 및 더 낮거나 더 높은 고유저항을 달성할 수 있다.
전술된 방법, 조립체, 및 잉크의 구현예들은 용량 소자들을 제조할 때 기술적 이점을 제공할 수 있다. 스크린-인쇄 기법과 함께 이용되도록 구성된 화합물(예컨대, 잉크 및 현탁액)은 잉크젯 인쇄 또는 층 인쇄 기법과 같은 대안 기법들과 함께 이용되면 만족스럽게 기능하지 못한다. 일반적으로, 잉크 또는 현탁액은 이들 기타 다른 적층 기법들과 함께 사용되면 바람직하지 못한 유동학적 특성을 가진다. 반대로, 본 발명의 잉크는, 전술한 바와 같이 용량성 에너지 저장 장치의 소자를 제조하기 위한 층 인쇄 기법에 이용될 수 있다.
제1 양상에 의하면, 인쇄기는 피가공면, 및 피가공면 상부에 배치되는 인쇄헤드를 포함한다. 인쇄헤드 및 피가공면은 결합된 평행면(associated parallel plane)에서 상대적으로 이동가능하다. 인쇄헤드는 고분자성 잉크를 증착시키는 제1 노즐, 전도성 잉크를 증착시키는 제2 노즐, 및 유전성 잉크를 증착시키는 제3 노즐을 포함한다.
제1 양상의 일례로, 인쇄헤드는 고분자성 잉크를 증착시키는 제4 노즐을 더 포함한다. 제4 노즐은 제3 노즐에 인접하여 잉크를 증착시키도록 위치될 수 있다.
제1 양상의 다른 예에서는, 제1, 제2 및 제3 노즐이 일렬로 정렬된다. 제1 양상의 또 다른 예에서, 제1, 제2 및 제3 노즐은 동일한 영역 상부에 인쇄할 수 있다.
제1 양상의 또 다른 예에 의하면, 제1 노즐은 1.4 mils 내지 4 mils의 폭을 갖는 제1 슬릿을 형성한다. 제2 노즐은 1.4 mils 내지 4 mils의 폭을 갖는 제2 슬릿을 형성할 수 있다. 제3 노즐은 4 mils 내지 8 mils의 폭을 갖는 제3 슬릿을 형성할 수 있다.
제1 양상의 일례로, 제1, 제2 및 제3 노즐은 연속 스트림을 토출한다. 인쇄기는 제1, 제2 및 제3 노즐과 각각 결합되는 제1, 제2 및 제3 밸브를 더 포함할 수 있으며, 이때 제1, 제2 및 제3 밸브는 각각 제1, 제2 및 제3 노즐로부터의 토출을 제어한다.
제2 양상에 의하면, 용량 소자를 형성하는 방법은 인쇄헤드의 제1 노즐로부터의 전도성 잉크를 제1층에 증착시켜 전극을 형성하는 단계와, 인쇄헤드의 제2 노즐로부터의 고분자성 잉크를 전극의 세로방향 단부에서 제1층에 증착시키는 단계와, 인쇄헤드의 제3 노즐로부터의 유전성 잉크를 증착시켜 전극 상부의 제2층에 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계와, 인쇄헤드의 제4 노즐로부터의 고분자성 잉크를 유전체 컴포넌트의 횡단면 상에서 제2층에 증착시키는 단계를 포함한다.
제2 양상의 일례에서, 상기 방법은 인쇄헤드의 제1 노즐로부터의 전도성 잉크를 제3층에 증착시켜 제2 전극을 형성하되, 제2 전극이 상기 전극으로부터 세로방향으로 오프셋되도록 형성하는 단계와, 인쇄헤드의 제2 노즐로부터의 고분자성 잉크를 상기 전극의 세로방향 단부 맞은편 제2 전극의 제2 세로방향 단부에서 제3층에 증착시키는 단계를 더 포함한다.
제2 양상의 다른 예에서, 상기 방법은 인쇄헤드의 제3 노즐로부터의 유전성 잉크를 증착시켜 제2 전극 상부의 제4층에 제2 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계와, 인쇄헤드의 제4 노즐로부터의 고분자성 잉크를 제2 유전체 컴포넌트의 횡단면 상에서 제4층에 증착시키는 단계를 더 포함한다.
제3 양상에 의하면, 잉크는 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와, 40 중량% 내지 70 중량% 함량의 고분자 미립자를 포함한다. 제3 양상의 일례에서, 잉크는 10 중량% 내지 20 중량% 함량(예컨대, 10 중량% 내지 15 중량%)의 바인더를 더 포함할 수 있다. 바인더는 셀룰로오스계 바인더일 수 있다.
제3 양상의 다른 예에 의하면, 용제의 함량은 5 중량% 내지 20 중량%로, 예컨대 5 중량% 내지 15 중량%이다. 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다른 예에 의하면, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
제3 양상의 또 다른 예에서는, 고분자 미립자의 함량이 50 중량% 내지 70 중량%으로, 예컨대 60 중량% 내지 70 중량%이다. 고분자 미립자는 2 마이크론 이하의 입도를 가질 수 있다. 제3 양상의 일례에서, 고분자 미립자는 폴리에틸렌, 기타 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 클로로폴리머, (클로로)플루오로폴리머, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리부타디엔 아크릴로니트릴(PBAN), 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
제4 양상에 의하면, 잉크는 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와, 5 중량% 내지 15 중량% 함량의 고분자 미립자와, 60 중량% 내지 80 중량% 함량의 유전체 미립자를 포함한다.
제4 양상의 일례에서, 잉크는 10 중량% 내지 20 중량% 함량의 바인더를 더 포함한다. 바인더는 셀룰로오스계 바인더일 수 있다.
제4 양상의 다른 예에 의하면, 용제의 함량은 5 중량% 내지 20 중량%이다. 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다른 예에 의하면, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
제4 양상의 또 다른 예에서는, 고분자 미립자의 함량이 7 중량% 내지 15 중량%으로, 예컨대 10 중량% 내지 15 중량%이다. 고분자 미립자는 2 마이크론 이하의 입도를 가질 수 있다. 제4 양상의 일례에서, 고분자 미립자는 폴리에틸렌, 기타 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 클로로폴리머, (클로로)플루오로폴리머, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리부타디엔 아크릴로니트릴(PBAN), 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
제4 양상의 또 다른 예에 의하면, 유전체 미립자의 함량은 65 중량% 내지 80 중량%로, 예컨대 70 중량% 내지 80 중량%이다. 유전체 미립자는 입체형 페로브스카이트 물질일 수 있다. 다른 예에 의하면, 유전체 미립자는 조성-개질형 바륨 티타네이트이다.
제5 양상에 의하면, 잉크는 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와, 40 중량% 내지 80 중량% 함량의 전도성 미립자를 함유한다.
제5 양상의 일례에서, 잉크는 10 중량% 내지 20 중량% 함량의 바인더를 더 포함한다. 바인더는 셀룰로오스계 바인더일 수 있다.
제5 양상의 다른 예에 의하면, 용제의 함량은 5 중량% 내지 20 중량%이다. 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다른 예에 의하면, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
제5 양상의 또 다른 예에서는, 전도성 미립자의 함량이 50 중량% 내지 80 중량%으로, 예컨대 60 중량% 내지 80 중량%이다. 전도성 미립자는 2 마이크론 이하의 입도를 가질 수 있다. 일례로, 전도성 미립자는 금속, 금속 합금, 카본블랙, 그래파이트 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다. 또 다른 예에 의하면, 상기 금속은 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 베릴륨, 망간, 철, 티타늄, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택된다.
일반 설명 또는 실시예들에 전술된 모든 작용이 요구되는 것은 아니며, 특정 작용의 일부가 요구되지 않을 수도 있고, 기술된 작용들 이외에 하나 이상의 추가 작용이 수행될 수도 있다는 것을 주지한다. 또한, 열거된 작용들의 순서가 반드시 작용들이 수행되는 순서는 아니다.
전술된 명세서에서는 특정 구현예들을 참조로 개념을 설명하였다. 그러나, 당해기술 분야의 숙련자라면 하기의 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형과 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적 의미로 간주되어야 하며, 이러한 변형들 모두는 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는(포함하다)" (comprises, comprising, includes, including), "갖는(가진다)"( has, having), 또는 이들의 기타 다른 변형예는 비배타적 포함을 포괄하고자 의도된다. 예를 들어, 일련의 특징들을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 이들 특징에만 반드시 제한되는 것이 아니라, 이러한 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 명확히 열거되지 않거나 고유적이지 않은 기타 다른 특징들을 포함하기도 한다. 또한, 달리 명시되어 있지 않는 한, "또는"은 배제- 의미의 또한이 아닌 포함-의미의 또한을 가리킨다. 예를 들어, A 또는 B 조건은 다음 중 하나를 만족시킨다: A가 참이고(또는 존재함), B는 거짓이다(또는 존재하지 않음), A는 거짓이고(또는 존재하지 않음), B가 참이다(또는 존재함), A도 B도 참이다(또는 존재함).
또한, "하나(한)" (a 또는 an)의 사용은 본원에 기술된 요소들 및 성분들을 기술하고자 이용된다. 이는 단지 편의상 이루어진 것이며 본 발명의 전반적인 의미를 주고자 함이다. 본 표현은 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 이해해야 하며, 또한 단수는 명백하게 단수를 의미하는 것이 아닌 이상 복수를 포함한다.
이점들, 기타 장점들, 및 문제점에 대한 해결책들을 특정 구현예들과 관련해서 전술하였다. 그러나, 어떠한 이점, 장점 또는 해결책을 발생시키거나 두드러지게 하는 이점들, 장점들, 문제점에 대한 해결책들, 및 임의의 특징(들)을 어느 하나 또는 모든 청구범위에 중요하거나, 요구되거나, 필수적인 특징으로서 이해해서는 안된다.
본 명세서를 읽고 난 후에, 당업자라면 명확성을 위해 개별 구현예들과 관련지어 기술된 일부 특징들이 단일 구현예에서 조합으로 제공될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 간결함을 위해 단일 구현예와 관련지어 기술된 다양한 특징들을 분리하여 또는 임의의 하위조합 형태로 제공될 수 있다. 또한, 범위로 명시된 값들에 대한 참조는 상기 범위 내에 속하는 각각의 모든 값을 포함한다.

Claims (50)

  1. 피가공면; 및
    피가공면 상부에 배치되는 인쇄헤드를 포함하는 인쇄기이며, 인쇄헤드 및 피가공면은 결합된 평행면(associated parallel plane)에서 상대적으로 이동가능하고, 인쇄헤드는 고분자성 잉크를 증착시키는 제1 노즐, 전도성 잉크를 증착시키는 제2 노즐, 및 유전성 잉크를 증착시키는 제3 노즐을 포함하는 것인 인쇄기.
  2. 제1항에 있어서, 인쇄헤드는 고분자성 잉크를 증착시키는 제4 노즐을 더 포함하는 것인 인쇄기.
  3. 제2항에 있어서, 제4 노즐은 제3 노즐에 인접하여 잉크를 증착시키도록 위치되는 것인 인쇄기.
  4. 제1항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 노즐이 일렬로 정렬되는 것인 인쇄기.
  5. 제1항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 노즐은 동일한 영역 상부에 인쇄하는 것인 인쇄기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 노즐은 1.4 mils 내지 4 mils의 폭을 갖는 제1 슬릿을 형성하는 것인 인쇄기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 노즐은 1.4 mils 내지 4 mils의 폭을 갖는 제2 슬릿을 형성하는 것인 인쇄기.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 노즐은 4 mils 내지 8 mils의 폭을 갖는 제3 슬릿을 형성하는 것인 인쇄기.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 노즐이 연속 스트림을 토출하는 것인 인쇄기.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 노즐과 각각 결합되는 제1, 제2 및 제3 밸브를 더 포함하며, 제1, 제2 및 제3 밸브는 각각 제1, 제2 및 제3 노즐로부터의 토출을 제어하는 것인 인쇄기.
  11. 인쇄헤드의 제1 노즐로부터의 전도성 잉크를 제1층에 증착시켜 전극을 형성하는 단계와;
    인쇄헤드의 제2 노즐로부터의 고분자성 잉크를 전극의 세로방향 단부에서 제1층에 증착시키는 단계와;
    인쇄헤드의 제3 노즐로부터의 유전성 잉크를 증착시켜 전극 상부의 제2층에 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계와;
    인쇄헤드의 제4 노즐로부터의 고분자성 잉크를 유전체 컴포넌트의 횡단면 상에서 제2층에 증착시키는 단계를 포함하는, 용량 소자의 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    인쇄헤드의 제1 노즐로부터의 전도성 잉크를 제3층에 증착시켜 제2 전극을 형성하되, 제2 전극이 상기 전극으로부터 세로방향으로 오프셋되도록 형성하는 단계와;
    인쇄헤드의 제2 노즐로부터의 고분자성 잉크를 상기 전극의 세로방향 단부 맞은편 제2 전극의 제2 세로방향 단부에서 제3층에 증착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    인쇄헤드의 제3 노즐로부터의 유전성 잉크를 증착시켜 제2 전극 상부의 제4층에 제2 유전체 컴포넌트를 형성하는 단계와;
    인쇄헤드의 제4 노즐로부터의 고분자성 잉크를 제2 유전체 컴포넌트의 횡단면 상에서 제4층에 증착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와;
    40 중량% 내지 70 중량% 함량의 고분자 미립자를 포함하는 잉크.
  15. 제14항에 있어서, 바인더를 10 중량% 내지 20 중량% 함량으로 더 포함하는 잉크.
  16. 제15항에 있어서, 바인더의 함량이 10 중량% 내지 15 중량%인 잉크.
  17. 제15항에 있어서, 바인더는 셀룰로오스계 바인더인 것인 잉크.
  18. 제14항에 있어서, 용제의 함량이 5 중량% 내지 20 중량%인 잉크.
  19. 제18항에 있어서, 용제의 함량이 5 중량% 내지 15 중량%인 잉크.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  21. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  22. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자의 함량이 50 중량% 내지 70 중량%인 잉크.
  23. 제22항에 있어서, 고분자 미립자의 함량이 60 중량% 내지 70 중량%인 잉크.
  24. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자의 입도가 2 마이크론 이하인 것인 잉크.
  25. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자는 폴리에틸렌, 기타 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 클로로폴리머, (클로로)플루오로폴리머, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리부타디엔 아크릴로니트릴(PBAN), 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  26. 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와;
    5 중량% 내지 15 중량% 함량의 고분자 미립자와;
    60 중량% 내지 80 중량% 함량의 유전체 미립자를 포함하는 잉크.
  27. 제26항에 있어서, 바인더를 10 중량% 내지 20 중량% 함량으로 더 포함하는 잉크.
  28. 제27항에 있어서, 바인더는 셀룰로오스계 바인더인 것인 잉크.
  29. 제26항에 있어서, 용제의 함량이 5 중량% 내지 20 중량%인 잉크.
  30. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  31. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  32. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자의 함량이 7 중량% 내지 15 중량%인 잉크.
  33. 제32항에 있어서, 고분자 미립자의 함량이 10 중량% 내지 15 중량%인 잉크.
  34. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자의 입도가 2 마이크론 이하인 것인 잉크.
  35. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자 미립자는 폴리에틸렌, 기타 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 클로로폴리머, (클로로)플루오로폴리머, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트(PC), 폴리락트산(PLA), 폴리아크릴아미드(PAM), 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 폴리부타디엔 아크릴로니트릴(PBAN), 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  36. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체 미립자의 함량이 65 중량% 내지 80 중량%인 잉크.
  37. 제36항에 있어서, 유전체 미립자의 함량이 70 중량% 내지 80 중량%인 잉크.
  38. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체 미립자가 입체형 페로브스카이트 물질인 것인 잉크.
  39. 제26항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체 미립자가 조성-개질형 바륨 티타네이트인 것인 잉크.
  40. 5 중량% 내지 30 중량% 함량의 용제와;
    40 중량% 내지 80 중량% 함량의 전도성 미립자를 포함하는 잉크.
  41. 제40항에 있어서, 바인더를 10 중량% 내지 20 중량% 함량으로 더 포함하는 잉크.
  42. 제41항에 있어서, 바인더는 셀룰로오스계 바인더인 것인 잉크.
  43. 제40항에 있어서, 용제의 함량이 5 중량% 내지 20 중량%인 잉크.
  44. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 알코올, 케톤, 글리콜, 글리콜 에테르, 글리세롤, 에스테르, 알데하이드, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  45. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 용제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 또는 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  46. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 미립자의 함량이 50 중량% 내지 80 중량%인 잉크.
  47. 제46항에 있어서, 전도성 미립자의 함량이 60 중량% 내지 80 중량%인 잉크.
  48. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 미립자의 입도가 2 마이크론 이하인 것인 잉크.
  49. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 미립자는 금속, 금속 합금, 카본블랙, 그래파이트 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
  50. 제49항에 있어서, 금속은 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 니켈, 베릴륨, 망간, 철, 티타늄, 및 이들의 임의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 잉크.
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