KR20120062735A

KR20120062735A - 전기 부품을 제조하는 방법과 전기 부품

Info

Publication number: KR20120062735A
Application number: KR1020127005386A
Authority: KR
Inventors: 악셀 바르토스; 안드레아스 보스
Original assignee: 엠이에이에스 도이치란트 게엠베하
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-06-14
Also published as: JP5631403B2; US20120168222A1; CN102473503A; JP2013504883A; EP2478530B1; CN102473503B; US9176207B2; WO2011029629A2; EP2478530A2; WO2011029629A3

Abstract

본 발명은, 적어도 2개의 전기 접점과, 기판에 배열되고, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자, 자기 물질로 제조된 나노입자 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자를 포함하는 전기 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 잉크는 상기 나노입자 및/또는 커버(cover)로 둘러싸인 나노입자를 함유하고, 상기 잉크는 인쇄 방법에 따라 상기 기판에 도포되는, 전기 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

전기 부품을 제조하는 방법과 전기 부품{METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRIC COMPONENT AND ELECTRIC COMPONENT}

본 발명은, 적어도 2개의 전기 접점과, 기판 위에 배열되고, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자를 갖는 전기 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 부품에 관한 것이다.

빌레펠트 대학의 물리학부용으로 2003년 준비된 Inga Ennen의 졸업 논문인 "Characterization of cobalt-nanoparticles and study for manufacture of granular structures"와, 빌레펠트 대학의 물리학부용으로 2008년 준비된 Inga Ennen의 학위 논문인 "Magnetic nanoparticles as components for granular systems: micro structure, magnetism and transport properties"로부터, 핵 형성, 성장, 숙성, 및 안정화에 의해 나노입자를 형성하는 것이 알려져 있다(학위 논문의 제 2.1장). 또한, 과립형 모델 시스템을 생성하기 위해 8nm의 평균 직경을 갖는 Co-나노입자를 사용하고, 이들을 디핑(dipping) 또는 스핀 코팅(spin coating)에 의해 기판에 전사하고 아울러 나노입자의 유기 커버를 제거한 후 얇은 금속층으로 자기 입자 핵을 덮는 것이 알려져 있다(학위 논문의 제 7.1장과, 학위 논문 및 이에 포함된 학위 논문의 다른 참조 문헌 참조). 이 수법의 특정한 단점은 스핀 코팅 또는 디핑에 의해 입자 단일 층(mono layer)이 발생한다는 것이다. 이 방법은 전기 부품의 산업적 생산에 적합하지 않다.

이러한 배경이 주어지면, 본 발명은, 전기 부품의 산업용 제조를 허용하는 앞에 기술된 전기 부품에 대한 제조 방법을 제시하는 목적을 기초로 한다. 다기능 전기 부품이 또한 제안된다.

이 목적은 청구항 제 1항에 기재된 제조 방법과 청구항 제 12항에 기재된 전기 부품에 의해 해결된다. 유리한 실시예는 종속항과 다음의 상세한 설명에 개시된다.

본 발명은, 나노입자 및/또는 커버로 둘러싸인 나노입자를 유체에 놓아서 인쇄 공정에 의해 기판에 증착(deposition)될 수 있는 잉크를 생성한다는 기본 개념을 기초로 한다. 인쇄 공정, 즉, 잉크가 기판에 증착되는 공정은, 다른 기술 분야로부터, 특히 종이 및 직물 위에 인쇄로부터 공지되고, 이들의 기술에 관련해서 산업상의 규모로 기판에 잉크를 증착하기에 매우 복잡하다.

특히 바람직하게, 비접촉 인쇄(NIP-방법, 분명한 인쇄 형식이 없는 전자식 인쇄 방법)에 속하고 사무기기 기술로부터 공지된 잉크 젯 인쇄 방법이 인쇄 공정으로서 사용된다.

그러나, DIN 16500에 정의된 바와 같이 평판, 릴리프, 그라비아 또는 스크린 인쇄에 따라 동작하는 방법도 인쇄 방법으로 사용될 수 있다. 릴리프 인쇄 방법에서, 인쇄 판의 이미지 영역은 비-이미지 영역(예를 들어, 책 인쇄, 플렉소 인쇄로부터 공지된)에 비해 높다. 평판 인쇄 방법에서, 인쇄 판의 이미지 영역 및 비-이미지 영역은 근사적으로 동일 평면 내에 있다(예를 들어, 옵셋 인쇄로부터 공지). 릴리프 인쇄 방법에서 인쇄 판의 이미지 영역은 비-이미지 영역보다 낮은 위치에 있다. 스크린 인쇄 방법에서, 인쇄 판의 이미지 영역은 염료가 투과할 수 있는 형판 캐리어{플라스틱 또는 금속 스트링으로 제조된 시브(sieve)} 위에 형판으로 구성되며, 비-이미지 영역은 염료가 투과할 수 없다(예를 들어, 시브 인쇄 리소그라피로부터 공지된). 특히 바람직하게, 인쇄된 이미지가 인쇄 판으로부터 곧바로 기판에 전사된다는 사실에 의해 정의되는 직접 인쇄 방법이 사용된다. 그러므로, 인쇄된 이미지는 인쇄 판 위에 거울 반전 방식으로 배열되어야 한다. 직접 인쇄 방법의 예는 라켈 그라비아 인쇄, 책자 인쇄 및 플렉소 인쇄이다. 그러나, 인쇄된 이미지가 먼저 중간 캐리어 위에 전사된다는 사실에 의해 정의되는 간접 인쇄 방법을 사용하는 것도 가능하다. 중간 캐리어는 유연하며 다른 기판에 염료를 옮겨놓는다. 그러므로, 간접 인쇄 방법에서, 인쇄된 이미지는 그대로 읽혀져야 한다. 간접 인쇄 방법의 예는 옵셋 인쇄 및 탐폰 인쇄이다. 또한, 탐폰 인쇄는 잉크를 취하기 위해 잉크 내에 펠트 팁을 담그어 잉크가 (잉크가 없는) 펠트 팁 펜으로 취해지고 잉크를 방출시키기 위해 기판에 펠트 팁을 눌러서 잉크가 방출되는 인쇄 방법에 대한 것이다. 또한, 탐폰 인쇄 방법은 잉크가 채워진 펠트 팁 펜을 이의 펠트 팁으로 기판에 눌러 잉크가 방출되게 하고 선택적으로 누를 상태로 기판의 표면을 따라 이동시키는 인쇄 방법에 대한 것이다. 또한, 레이저 인쇄 방법이 사용될 수 있는데, 여기에서 롤러의 일부 영역이 레이저에 의해 하전되고, 롤러는 반대로 하전된 토너를 통과하며 전하 차이 때문에, 토너의 입자를 취하여, 롤러가 용지를 통과할 때 용지 위에 놓이게 된다. 또한, 입자가 왁스로 둘러싸이고 액적 방식으로 액적으로 녹아 액적이 롤러 위에 떨어져 롤러에 의해 용지상에 증착되는 왁스 잉크 인쇄 방법이 사용될 수도 있다. 평판, 릴리프, 그라비아, 또는 스크린 인쇄 방법에 따라 동작하는 앞에 기술된 가능한 방법 중에서, 잉크가 400℃ 이상의 온도까지 가열되는 방법이 특히 바람직하게 사용된다.

특히 바람직하게 사용된 잉크 젯 인쇄 방법은, 인쇄된 이미지가 작은 잉크 액적을 목적지에 토출시키거나 편향시킴으로써 생성되는 매트릭스 인쇄 방법에 관한 것이다. 인쇄 방법은 단일 또는 복수 젯 방법으로서 수행될 수 있고, 복수의 젯 방법에서는 단위 시간당 더 많은 액적, 즉 병렬 "젯"으로 토출된다. 두 경우에(단일 또는 복수의 젯), 잉크 젯은 노즐을 통해 잉크 헤드로부터 배출된다. 바람직한 실시예에서, 이 젯은 개개의 액적으로 균등하게 분할(Raleigh의 액적 분할)이 달성되게 노즐 뒤에 위치된 압전 변환기를 통해 조절될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이와 같이 하여 형성된 액적은 정전기적으로 더 높거나 낮은 정도로 하전될 수 있다. 10 내지 40 m/s 고속 액적은 더 큰 편향 전극을 통해 비행하는데, 여기에서 이들은 이들의 특정한 전기 전하에 따라, 측방으로 편향된다. 장치의 유형에 따라, 각각 하전되거나 비-하전된 액적은 이제 기판에 도달한다. 불필요한 액적이 이미 인쇄 헤드에 캡처되어 잉크 회로에 피드백될 수 있다. 인쇄 젯 방법은 바이너리-편향 방법 및 복수-편향 방법으로서 동작될 수 있다. 전자에서, 액적은 기판에 도달하거나 액적 캣처 내로 편향된다. 복수-편향 방법에서 액적은 서로 다른 전하 상태에 기초하여 다르게 편향될 수 있다. 이것은 한 노즐을 통해 더 넓은 선이 인쇄될 수 있게 한다. 선의 폭은 노즐에서 기판까지의 거리에 따르며, 이에 의해서 더 큰 거리는 해상도를 감소시킨다.

전하 전극을 사용하는 실시예에 대한 대안적으로, 특히 바람직한 잉크 젯 인쇄 방법은 전하 전극 없이 구성될 수도 있다. 이 경우에, 형성된 액적은 인쇄 헤드에 설치된 채널에 의해 용지에 안내된다. 채널의 출구에서, 형성된 액적이 배출되어 용지 위에 증착된다.

잉크 젯 인쇄 방법의 사용은 인쇄 헤드에 잉크의 형성과 전파가 압력에 기초한 변형을 통해 일어나고 이에 따라 인쇄 헤드 내 및 이와 따른 잉크의 온도가 필수적으로 실온에 상응하거나 최소한 400℃를 넘지 않는다는 이점을 제공한다. 이것은 상 도약(phase jump)을 수행하는 잉크 내에 나노입자가 있다면, HCP(육각 근접 패킹 구조)에서 FCC (면심 입방구조)로의 상 도약이 이미 잉크에서 생성하는 것을 피할 수 있게 한다. 대안 실시예에서, 인쇄 헤드 및 이에 따라 잉크에 온도가 필수적으로 400℃를 초과하는 인쇄 방법이 사용될 수 있다. 이것은 상 도약을 수행하는 잉크 내에 나노입자가 있다면, HCP(육각 근접 패킹 구조)에서 FCC (면심 입방구조)로의 상 도약이 이미 잉크에서 생성하게 한다. 대안 실시예에서, FCC를 갖는 나노입자가 인쇄 공정을 수행하기 전에 잉크 내에 이미 있는 것도 가능하다.

특히 바람직하게, 각각 액적이 생성되거나 토너 입자가 사용되는 인쇄 방법이 사용되는데, 이들은 특히 바람직한 잉크 젯 방법에서 인쇄 헤드에 의해 "토출"되는 액적이 생성될 때 기판에 증착된다. 특히 바람직하게, 각각 액적을 생성하거나 토너 입자가 사용되는 인쇄 방법이 사용되는데, 이들은 500 피코리터, 미만, 특히 바람직하게 100 피코리터, 미만, 특히 바람직하게 50 피코리터, 미만, 특히 바람직하게 10 피코리터 및 바람직하게 대략 1.5 피코리터의 평균 액적 함량을 갖는다. 액적 함량이 작을수록, 인쇄 방법으로 발생되는 "이미지"의 해상도, 즉 기판에 잉크의 배열은 더 커지게 된다.

바람직한 실시예에서, 인쇄 방법은 바람직하게 자기 및/또는 금속 성분이 없는 프린터로, 각각 디스펜서, 또는 마이크로 디스펜서를 사용하여 수행된다. 자기 또는 금속 성분은, 예를 들어, 잉크에 나노입자의 분포에 영향을 미칠 수 있다. 특히 바람직하게, 잉크와 접촉하게 되는 적어도 이들 성분은 자기 또는 금속 성분이 아니며 잉크와 접촉하지 않게 되는 성분은 자기 또는 금속인 프린터가 사용된다. 바람직하게, 프린터는 EMF가 차폐되는데, 즉 전자기장(EMF)에 대해 차폐를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 잉크는 기판에 증착 전에 혼합된다. 바람직하게, 이것은 잉크에 나노입자의 고른 분포에 이르게 할 수 있다. 예를 들어, 잉크는 예를 들어, 저장소에 저장하고 저장소를 흔들거나, 저장소 내에 넣어둔 정적 및/또는 이동(moving) 혼합 요소에 의해 저장소 내에서 혼합될 수 있다. 또한, 잉크는 예를 들어, 저장소에서 꺼낼 때 혼합될 수 있는데, 예를 들어, 저장소에서 잉크를 꺼내기 위해 저장소 내 잉크에 흡입 장치를 급속히 담금으로써 혼합될 수 있다. 또한, 잉크는 인쇄 장치의 도관(가용하다면) 내에서 혼합될 수 있는데, 예를 들어, 이들 도관을 흔들거나, 잉크를 도관 내 설치된 정적 및/또는 이동 혼합 요소를 지나가게 함으로써 혼합될 수 있다. 또한, 잉크에 초음파를 전파시켜 잉크를 혼합하는 초음파 헤드가 제공될 수 있다. 또한, 혼합은 피펫 내 흡입에 의해 피펫에 일부 량의 잉크를 취하고 이어 잉크를 방출시킴으로써 행해질 수도 있다. 남은 잉크에, 방출에 의해 생성되는 유체 젯을 가함으로써 남은 잉크가 혼합될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 잉크 저장소(있을 경우)는 환경 영향, 특히 산소로부터 보호된다. 이것은 금속 나노입자의 산화를 피할 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 잉크 저장소를 위해 보호-기체 장치가 설치될 수 있다. 이것은 필수적으로 저장소 내부에 도달하여 이 안에 잉크를 흡입하게 인쇄 헤드가 천공될 수 있는 멤브레인을 갖는 상자일 수 있다. 상자는 보호 기체, 예를 들어, 질소로 채워질 수 있고, 보호 기체가 멤브레인을 통해 배출될 수 있지만 어떠한 산소도 보호 기체 장치에 들어갈 수 있게 환경에 비해 약간 과잉의 압력을 가질 수 있다.

대안 실시예에서, 다음의 인쇄 방법, 즉, Scher-Jet, 연속형-Jet, MEMS-valve, 열 작동기(버블 젯), 및 롤-온-롤 인쇄가 사용될 수 있다. 기판에 배열될 나노입자는, 전기 전도성 물질로 제조되고, 자기 물질 및/또는 자화 가능 물질로 제조된다. 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자, 자기 물질로 제조된 나노입자 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자 외에, 예를 들어, 나노입자 사이에 절연을 제공하거나 패시베이션을 제공하기 위해 비전도성 물질로 제조된 나노입자가 사용될 수 있다. 자기 물질로 제조된 나노입자는 이미 자기장을 생성하는 이러한 나노입자를 가리킨다.

자화 가능 물질로 제조된 나노입자는 자기장을 스스로 생성하기 위해 추가의 단계에 의해, 예를 들어, 외부 자기장의 인가에 의해 변환될 수 있는 이러한 나노입자에 관한 것이다. 초상자성 나노입자(super paramagnetic nanoparticle)도 생각해 볼 수 있으나, 이들은 외부를 향해 자기장을 생성하지 않지만, 예를 들어, 경계 전이 자석/절연체에서 TMR-효과(터널링 자기-저항 효과)와 같은 자기장에 반응할 수 있다. 나노입자는, 코발트(Co), 사마륨(Sm), 철(FE), 루테늄, 네오딤 또는 그외 희토류 또는 합금으로 제조되고, 이들은 예를 들어, 철/코발트(FeCo)-합금 또는 코발트/구리(CoCu)-합금과 같은 이들 원소 중 하나 이상을 함유하는 것이 특히 바람직하다.

잉크에 함유된 나노입자 또는 커버로 둘러싸인 나노입자는 각각 바람직하게 100nm 미만의 평균 직경을 갖는다(커버로 둘러싸인 나노입자의 경우에 본 명세서는 나노입자 자체의 직경을 지칭한다). 특히 바람직하게, 나노입자는 50nm 미만, 특히 바람직하게 20nm 미만의 평균 직경을 갖는다. 특히 강자성 효과를 갖게 한 전기 부품에 대해 15nm의 평균 직경의 입자가 사용되며, 초상자성 효과를 갖는 전기 부품에 대해 6nm의 평균 직경이 사용된다.

나노입자는 반드시 구형이어야 하는 것은 아니다. 이들은, 예를 들어, 길거나(담배 모양) 또는 난형 또는 타원형일 수 있다. "담배 모양"의 나노입자는 입자가 이방성으로 배열될 수 있게 한다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 나노입자는 필수적으로 구형 또는 난형 또는 타원형이다.

바람직한 실시예에서, 잉크에 함유된 나노입자는 필수적으로 동일 직경을 갖는데, 바람직한 실시예에서, 표준편차(시그마) 나노입자 직경 분포의 표준편차(시그마)는 10%, 특히 바람직하게 5%보다 작다. 이러한 분포의 나노입자 직경에서, 나노입자의 자기 조직화는 특히 잘 형성된다.

바람직한 실시예에서, 나노입자는 산화물 커버를 가지며, 이 자체는 리간드 커버로 둘러싸인다. 이것은 산화에 대해 나노입자를 안정화시켜, 주변 공기에서 리간드 커버의 제거가 가능해진다. 바람직한 실시예에서, 산화 커버는 2nm, 특히 바람직하게 1.5nm, 및 특히 바람직하게 1nm의 산화물 두께를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 잉크는 2 이상의 서로 다른 유형의 나노입자, 예를 들어, 제 1 유형으로서 커버가 없는 나노입자와, 제 2 유형으로서 커버를 구비한 나노입자를 함유할 수 있고, 또는 예를 들어, 제 1 유형으로, 제 1 물질로 제조된 나노입자(예를 들어, 자기 물질 또는 자화 가능 물질로 제조)와, 제 2 유형으로, 제 2 물질로 제조된 나노입자(예를 들어, 비-자기, 비-자화 가능, 전기 전도성 물질로 제조)를 함유할 수 있다. 2개 이상의 서로 다른 유형의 나노입자를 갖는 잉크는 단일 인쇄 단계에서 기판에 서로 다른 유형의 나노입자를 갖는 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, GMR 효과를 생성하는 가능한 한 방법으로서, 먼저 단지 한 가지 유형의 나노입자를 함유하는 나노 입자 평면이 생성될 수 있고, 이 후에 리간드 이 제거되고 전도성 나노입자를 갖는 잉크로 새로운 전도성 평면이 생성된다. 마지막으로, 패시베이션 효과를 갖는 나노입자를 갖는 잉크로 패시베이션 평면이 생성된다. TMR 효과를 생성하는 한 가능한 방법으로서, 나노입자의 혼합물로서 예를 들어, 둘 다 리간드 커버를 갖는 초상자성 나노입자 및 금 입자의 혼합물을 갖는 잉크가 사용될 수 있다. 혼합물의 나노입자는 바람직하게 금 입자에 초상자성 입자의 요망되는 매트릭스 배열을 생성하는 분자결합이 형성되도록 설계된다. TMR 효과는 초상자성 입자와 나노입자-산화층 간 계면에서 일어난다. 금은 서로 사이에 전기 접점으로 기능한다. 혼합비는, 예를 들어, 1:1일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 발명에 따른 제조 방법에서 사용되는 잉크는 나노입자가 용해되는 용매를 갖는다. 발명에 따른 바람직한 실시예에 따라, 용매는 기판에 잉크의 증착 후에 증발된다. 특히 바람직하게 1,2-디클로르벤졸이 용매로서 사용되고, 안정제로는 트리옥틸포스핀옥사이드(TOPO), 올레산, 올라민, 및/또는 아마인유 혼합물이 사용된다. 바람직하게, 주변 공기에서 휘발성이고 보호 분위기 하에서 나노입자에 안정화 효과를 가져 이들의 응결 및 침강을 방지하는 화합물이 사용된다. 주변 온도에서 브라운 운동을 통한 에너지 입력이 가능하다.

잉크의 용매는 바람직하게 발명의 실시예에서 나노입자를 둘러싸는 커버의 물질에 관하여 화학적으로 안정하며, 특히 나노입자의 물질에 관하여 안정하다.

특히 바람직하게, 용매는 낮은 증발 속도를 갖는다. 1,2-디클로르벤졸은 수 분 내에 증발할 수 있는데, 증발 속도는 양과 주변 공기에 대한 상대적 표면(계면)에 따라 다르다. 2 내지 5분 이내에 증발(수동 취급 가능)은 제조 공정에 있어 바람직하다. 그러나, 더 빠르게 증발시키는 것이 바람직할 수도 있다(기계 취급).

잉크는 바람직하게 산소에 잉크의 접촉을 방지하는 저장소로부터 꺼낸다. 예를 들어, 저장소는 기밀하게 하거나 및/또는 보호 분위기(예를 들어, 질소) 내 배치될 수 있다. 이것은 나노입자가 산화되는 것을 방지할 수 있게 한다. 또한, 저장소 내 보관 동안 잉크를 혼합시키는 혼합 장치가 설치될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 커버로 둘러싸인 나노입자를 함유하는 잉크가 사용된다. 커버로 나노입자를 둘러싸면 나노입자가 안정화된다. 잉크에 용해된 나노입자는 응결(agglomeration) 또는 응고물(coagulate)을 형성하는 경향을 가질 수 있다. 이러한 공정은 발명에 기재된 제조 방법의 바람직한 실시예에서 방지된다. 안정화를 위해 가능한 방법은, 전하 안정화, 중합체에 의한 안정화 또는 입체 안정화(steric stabilization)이다.

특히 바람직하게, 입체 안정화는 발명에 따른 제조 방법의 맥락 내에서 사용된다. 전하 안정화는 유사한 전하의 정전기 반발을 통해 일어난다. 전하 안정화는, 예를 들어, 할로겐화은(silver halogenide) 입자에서 일어난다. 예를 들어, PVP(폴리비닐피리딘)와 같은 중합체에 의한 안정화는 중합체 분자의 크기에 기초하여 입자가 공간적으로 분리될 수 있게 한다. 입체 안정화에서, 나노입자의 분리는 리간드 커버를 통해 일어나며, 이것은 입자를 서로 분리시키며 이들을, 예를 들어, 산화로부터 방지할 수 있다. 리간드는 친양쪽성 분자(amphiphile molecule)에 관한 것으로, 이들은 이들의 친수성 헤드 그룹과 함께, 입자 핵(나노입자)과 공유 결합 또는 배위 결합을 형성하며 소수성 알킬 체인은 용매에 위치를 잡는다. 리간드 커버를 갖는 나노입자를 사용할 때, 비-극성 매질이 바람직하게 용매로 사용된다. 헤드 그룹과 핵 사이에 결합 강도는 입자의 성장 및 모양에 영향을 미칠 수 있으며, 알킬 체인의 길이는 입자 사이에 상호작용 잠재력을 결정하는데 기여한다.

발명에 따른 제조 방법의 바람직한 실시예에서, 나노입자는 적어도 다음 방법의 단계에 의해 생성된다:

- 금속염의 환원 또는 용매에서 금속 유기 화합물의 분해(disintegration)에 의한 핵의 생성,

- 핵의 성장, 및

- 오스왈드 숙성 공정(Ostwald ripening process).

나노입자, 예를 들어, 코발트-나노 입자 또는 FeCo-나노입자의 핵 의 생성은 예를 들어, W.F. Puntes, K.M. Krishnan 및 P. Alivisatos, Science 291, 2115 (2001)에 기술된 바와 같이, 특히 바이너리 텐사이드 용액(binary tenside solution)에서 금속 유기 트레커서(trecusor)의 열분해를 통해 일어난다. 나노입자의 제조 방법의 상세한 예시에 대해서는 Ms Ennen의 졸업 논문의 제 2.1장 또는 졸업 논문의 제 3.1장과 제 3.1.1장을 참조한다. 나노입자의 제조를 위해서, 이들 내용은 발명에 따른 제조 방법의 본 설명에 참조로 포함되고, 이에 따라 발명에 따른 제조 방법의 설명의 일부가 된다.

바람직한 실시예에서, 오스왈드 숙성 공정에 이어 나노입자의 안정화가 일어나고, 이들 나노입자는, 예를 들어, 리간드 커버의 생성을 통해 오스왈드 숙성 공정 동안 생성되었다.

바람직한 실시예에서, 기판은 적어도 부분적으로, 특히 필수적으로, 산화실리콘을 포함한다. 대안적으로 또는 추가로, 기판은, 예를 들어, 처리된 실리콘 및/또는 게르마늄으로 제조된 칩 표면 일 수 있다. 또한, 기판은 적어도 부분적으로, 플라스틱 또는 세라믹 또는 유리로 만들어질 수 있다. 기판은 통상적인 유형의 회로 보드, 또는 플렉스프린트(Flexprint)일 수 있다. 구조는 잉크의 증착에 영향을 미치는 회로 보드 위에 집적될 수 있다. 이들은 채널과 같은 기계 구조이거나, 나노입자가 결합하거나, 원한 경우 결합하지 않는 특별한 코팅일 수 있다. 다른 구조는 전류가 공급되었을 때 증착 특성에 영향을 미치는 전기 및/또는 자기장을 생성하는 전기 회로이다. 기판은 포일로 구성될 수 있다. 기판은 절연체일 수 있다. 기판은, 예를 들어, 잉크의 증착 동안 자기장이 발생할 수 있도록 하는 자기장을 생성하는 수단을 구비할 수 있다. 또한, 기판은 백금 표면을 갖거나 가공된 칩 표면일 수 있다. 기판은 표면 위에 가능한 한 많은 나노입자를 결합하기 위해 플라즈마로 미리 처리될 수 있다.

본 발명에 따른 제조 방법으로, 적어도 2개의 전기 접점을 갖는 전기 부품이 제조된다. 이러한 전기 접점은 잉크가 증착된 동일 기판에 배열되는 것이 바람직하다. 제 1 실시예에서, 전기 접점은 각각 기판 위 또는 기판 내에 이미 설치되어 있다. 이어서, 잉크가 예를 들어, 전기 접점 위에 인쇄되거나 이것이 접점과 부분적으로 중첩하게 증착될 수 있다. 또한, 잉크는 전기 접점에 대해 거리를 두고 기판에 증착되고, 이후 접점과 나노입자 사이에 전기 연결은, 예를 들어, 비-자기, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자를 갖는 제 2 잉크로 인쇄하여 전기 전도성 물질 위에 인쇄하여 만들어질 수 있다. 전기 부품의 전기 접점은 잉크가 증착되어 있는 기판 위 또는 기판 내에 설치될 필요는 없다. 예를 들어, 제 2 실시예에서, 전기 접점은 후속 단계에서 기판 위에 배열된 나노입자 위에 증착될 수 있다. 또한, 접점의 이러한 증착은 예를 들어, 비-자기, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자를 갖는 제 2 잉크를 사용한 인쇄 방법에 의해 수행될 수 있다.

나노입자가 기판상에 배열되는 기판의 표면 영역에서 이들이 고르게 배열되면, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조되는 전기 부품에 유리하다(균등 격자 구조). 이 균등 격자 구조는 이미 존재하는 구조(예를 들어, 기판은 인쇄 후에 나노입자가 각각의 홈 내 배열되게 하는 홈인 표면 구조를 가질 수 있다)를 이용하거나, 예를 들어, 특히 바람직하게 나노입자의 자기 조직화를 이용함으로써 달성될 수 있다. 발명의 이러한 설명의 목적을 위해서, 자기 조직화는 잉크에 입자의 무질서 상태에서 도 1에 도시된 바와 같이 기판에 주기적 배열로의 전이를 말한다. 자기 조직화 및 이에 영향을 미치는 파라미터가 상세한 설명을 위해서, Ms Dr. Inga Ennen의 박사학위 논문의 제 2.2f장을 참조하고, 이의 제 2.2장을 자기 조직화의 형성에 관하여 참조로서 이 설명에 전체 포함되고 제 2.2장은 자기 조직화의 형성에 관한 발명의 본 설명의 일부로 간주될 것이다.

바람직한 실시예에서, 용액에서 입자의 부피 분율(volume fraction)은 49%보다 커서, 잉크에 존재할 수 있는 용매와 기타 원소는 51% 미만의 부피 분율을 차지한다. 기판 위 입자의 자기 조직화(self organization)는 49%의 부피 분율 이상에서 특히 쉽게 일어나는 것으로 밝혀졌다. 입자의 자기 조직화를 지지하기 위해, 기판을 잉크로 균일하게 적시고, 나노입자 분포를 특히 작게 유지하고, 적용 가능하면, 용매가 천천히 증발되도록 하는 것이 유리하다.

바람직한 실시예에서, 외부 자기장은 잉크의 증착 동안 및/또는 잉크 액체의 제거 동안 적용된다. 이 외부 자기장은 나노입자의 배열에 영향을 미쳐 이에 따라 기판에 나노입자의 요망되는 배열이 되게 할 수 있다. 예를 들어, 자기 나노입자의 경우, 자기장의 적용은 나노입자가 특정 방향으로 배향되도록 할 수 있다.

발명에 따른 제조 방법의 바람직한 실시예에서, 적어도 부분적으로, 커버로 둘러싸인 나노입자를 갖는 잉크가 사용되며, 이러한 잉크의 경우에 이 바람직한 실시예에 따라 나노 입자를 둘러싼 커버는 기판의 증착 후 제거된다. 커버의 제거는, 예를 들어, 열에 의해 행해진다. 대안적으로, 커버로 둘러싸인 나노입자를 갖는 잉크 사용시, 이 커버의 제거는 생략될 수 있다.

발명에 따른 제조 방법의 바람직한 실시예에서, 전기 접점과 함께 적어도 하나의 나노 입자를 함유하는 전기 전도성 물질이 증착된다. 전기 전도성 물질의 증착은 인쇄에 의해 행해질 수도 있다. 전기 전도성 물질은 인쇄 헤드의 제 1 노즐이, 예를 들어, 자기 또는 자화 가능 물질로 제조된 제 1 유형의 나노입자를 갖는 잉크를 도포하며 인쇄 헤드의 제 2 노즐이, 예를 들어, 비-자기, 전기 전도성 물질로 제조된 제 2 유형의 나노입자를 갖는 잉크를 도포하여 잉크로 동시에 증착될 수 있다. 또한, 전기 전도성 물질은 잉크를 증착한 후 본 방법의 단계에서 증착될 수도 있다. 그러나, 전기 전도성 물질은 복수의 나노입자를 한편 서로 연결하고 다른 한편으로 전기 접점과 연결하게 증착될 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 물질은, 금 또는 은, 탄소 나노튜브, 예를 들어, 전도성 트랙, 또는 전도성 중합체로 구리가 이미 사용되고 있다면 구리일 수 있다. 또한, 전기 전도성 물질은 또 다른 형태로 증착될 수 있고 인쇄 방법에 의해 증착될 필요는 없다. 예를 들어, 전기 전도성 물질은 본드 와이어 또는 이온 빔 주입을 통해 납땜 방법에 의해 증착될 수 있다.

발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 기판에 증착된 적어도 하나의 나노입자를 기판에 증착된 제 2 나노입자에 연결하는 전기 전도성 물질이 증착된다. 예를 들어, 전기 부품은 나노입자가 기판에 또는 기판 내에 위치된 전기 전도성 접점과 접촉하여 구성될 수 있다. 이 (제 1) 나노입자를 다른 (제 2) 나노입자에 연결하는 전기 전도성 물질을 증착하여, 다른 (제 2) 나노입자는 접점에 전도성으로 연결될 수 있다. 전기 전도성 물질의 증착은 (복수의 나노입자가 기판에 증착된 경우) 복수의 나노입자 중 일부 나노입자만 서로 연결되고 기타 나노입자는 서로 전혀 연결되지 않도록 선택적으로 일어날 수 있다 (소위 퍼콜레이션 이론). 전도성 물질의 증착을 통해, 전도성 트랙이 형성될 수 있고, 전도성 트랙은 기판에 증착되어 있는 제 1 그룹의 나노입자를 서로 전도성으로 연결하며, 제 2 전도성 트랙은 제 1 전도성 트랙의 전기 전도성 물질이 제 2 전도성 트랙의 전기 전도성 물질과 접촉하지 않고 기판에 증착되어 있는 제 2 그룹의 나노입자를 서로 연결한다.

발명에 따른 제조 방법의 바람직한 실시예에서, 제 2 층, 예를 들어, 보호층이 나노입자의 증착 후에 적어도 하나의 나노입자 위에 증착된다. 추가된 층은 절연체로서 기능할 수 있다. 추가된 층은 보호층으로서, 예를 들어, 산화에 대한 보호 또는 기계적 영향에 대한 보호로서 기능할 수 있다. 보호층은 중합체, 예를 들어, PMMA(폴리메칠 메타크릴레이트)로부터, 또는 PVC(폴리비닐클로라이드)로부터, 또는 폴리스티렌으로부터 만들어질 수 있다.

바람직한 실시예에서, 나노입자는 인쇄 공정 동안 및/또는 기판에 증착된 후 열로 처리된다. 이 열 입력은 한편으로는 발명의 어떤 실시예에서 제공되는 나노입자 주위에 커버를 제거하거나 잉크에 액체를 증발시키는 목적을 가질 수 있다. 그러나, 열 입력은 나노입자의 자기 특성에 영향을 미치게 할 목적, 예를 들어, 초상자성 특성에서 강자성 특성으로 전이가 일어나도록 할 목적을 가질 수 있다. 이것은, 예를 들어, 400℃로 입자를 가열시켜 이루어질 수 있다. 열 입력, 특히 증착된 나노입자 또는 개개의 증착된 나노입자의 자기 특성을 변경시키기 위한 열 입력은, 예를 들어, 레이저에 의해 행해질 수 있다. 레이저는 임의의 출력 파워를 갖는다. 정의된 에너지 입력은 펄스의 주기뿐만 아니라 펄스 및 펄스의 수를 통해 목표를 갖고 행해질 수 있다. 이것은 특히 정의된 위치에서 hcp에서 fcc로 전이를 이루기 위해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 넓은 개구(즉, 레이저 빔을 넓히는 광학계)를 가지고 작은 지점뿐만 아니라 전체 영역은 이웃 영역을 현저하게 교란시킴이 없이 변형될 수 있다. 어떤 실시예에서 제공되는 것인 나노입자 주위에 커버를 제거하고/제거하거나 잉크에 액체를 증발시키게 작용하는 열 입력은, 특히 바람직하게는 400℃ 미만의 온도에서, 예를 들어, 오븐에서 수행된다. 바람직한 실시예에서, 나노입자는, 이에 더하여 또는 대안적으로, 인쇄 공정 동안 및/또는 기판에 증착된 후 고주파 조사로 또는 마이크로파로 처리될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 기판에 증착된 나노입자 중 일부만이 열로 처리된다. 이것은 일부 나노입자의 자기 특성만을 변경하게 기능할 수 있다. 그래서, 예를 들어, 바이어스 마그네트가 기판에 생성될 수 있다. 바이어스 마그네트의 필드 방향은 열 처리 동안 자기장을 나노입자에 인가함으로써 조절될 수 있다. 이전에 내장되어 있는 전도성 라인에는 열 처리 동안 전류가 공급될 수 있어, 정의된 자기장이 발생할 수 있다.

인쇄 헤드와 기판 사이에 위치되어 있을 때 잉크의 인쇄, 특히 잉크의 열 처리 동안 바람직한 실시예에서 제공된 열 입력은 노즐에서 기판으로 가는 중에 상전이가 일어나게 할 수 있다.

발명에 따른 제조 방법의 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 연속된 인쇄 단계가 수행된다. 제 1 인쇄 단계에서, 나노입자 및/또는 커버로 둘러싸인 나노입자를 함유하는 잉크가 기판에 증착될 수 있고, 이들 나노입자는 자기 또는 자화 가능 물질로부터 만들어질 수 있고, 제 2 인쇄 단계에서 비-자기, 전기 전도성 물질로 만들어진 나노입자를 갖는 잉크가 증착될 수 있다. 인쇄 단계에서, 보호층은 일부 또는 모든 나노입자 위에도 증착될 수 있다. 또한, 몇몇 나노입자 층이 몇몇 인쇄 단계에 증착될 수 있다. 또한, 제 1 나노입자 층(예를 들어, 자기 또는 자화 가능 물질로 제조된)은 제 1 인쇄 단계에 의해 증착될 수 있고, 중간층(예를 들어, 다른 물질 예를 들어, 플라스틱으로 제조된 나노입자를 포함하는)은 제 2 인쇄 단계에 의해 증착될 수 있고, 제 3 인쇄 단계에서 예를 들어, 제 1 나노입자 층에 대응하는 제 2 나노입자 층(예를 들어, 자기 또는 자화 가능 물질로 제조된)이 증착될 수 있다. 또한, 중간층은 다른 증착 공정에 의해 증착될 수 있다.

예 A:

1. 코발트(Co), 사마륨(Sm), 철(Fe) 또는 이들 원소 중 하나 이상, 예를 들어, 철/코발트(FeCo)-합금 또는 코발트/구리(Co/Cu)-합금을 함유하는 합금으로 제조된 나노입자 층.

2. 층: 상기 1의 전기 전도성 층의 나노입자의 적어도 일부를 서로 연결하는 전기 전도성층.

3. 층: 보호층.

예 B:

1. 코발트(Co), 사마륨(Sm), 철(Fe) 또는 이들 원소 중 하나 이상을 함유하는 합금, 예를 들어, 철/코발트(FeCo)-합금 또는 코발트/구리(Co/Cu)-합금으로 제조된 나노입자 층.

2. 층 보호층.

바람직한 실시예에서, 적층(stack)은 여러 개의 적층, 예를 들어, 서로 겹쳐 예 A에 따라 1과 3층의 여러 개의 적층으로 형성된다.

바람직한 실시예에서, 자기장, 또는 자기장의 변화를 감지하기 위해, XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항-효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 각각 사용하는 본 발명에 따른 제조 방법으로 센서가 생성된다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조되고 GMR 효과를 사용하는 센서에서, 자기 물질로 제조된 자기 나노입자("자기 나노입자", 여기서, "자기 나노입자"는 또한 자화 가능 물질로 제조되고 기판에 증착된 후 자체적으로 자기장을 생성하도록 처리된 것을 가리킨다)는 자기 나노입자 사이의 공간에 배치된 전기 전도성 물질("전도성 나노입자")로 제조된 나노입자뿐만 아니라 기판에 제공된다. 기판에 나노입자의 이러한 배열은 전도성 나노입자뿐만 아니라 자기 나노입자는 인쇄 공정에 의해 기판에 증착된 단일 잉크에 함유되므로 발명에 따른 제조 방법으로 달성될 수 있다. 2가지 입자 유형을 함유하는 잉크를 인쇄함으로써, 기판에 자기 나노입자 및 전도성 나노입자의 랜덤한 배열이 일어날 수 있다. 그러나, 자기 및 전도성 나노입자의 이 랜덤한 배열이 이미 작지만 사용 가능한 GMR-효과를 갖는 것으로 가정한다. 예를 들어, 균등 매트릭스 배열은 리간드 커버 위에 어떤 결합 지점에 의해 확립될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 더하여, 발명에 따른 제조 방법에서, 먼저 인쇄 공정에 의해 제 1 잉크가 증착될 수 있고, 제 1 잉크는 자기 나노입자를 함유하며 또는 적어도 대부분 자기 나노입자 및 단지 소 부분의 다른 나노입자를 함유한다. 이후에, 자기 나노입자를 함유하며 또는 적어도 대부분 전도성 나노입자 및 단지 소 부분의 다른 나노입자를 함유하는 제 2 잉크가 증착될 수 있다. 2개의 분리된 인쇄 공정으로 자기 나노입자 및 전도성 나노입자가 개별적으로 증착됨으로써 전도성 나노입자에 대해 자기 나노입자가 배열될 수 있게 된다.

바람직한 실시예에서, GMR-효과를 갖는 앞에 기술된 센서의 제조는 자기 나노입자와 전도성 나노입자를 사용하고, 이들은 커버, 예를 들어, 리간드 커버로 둘러싸인다. 이 실시예의 개선에서, 자기 나노입자와 전도성 나노입자의 동시(하나의 잉크) 또는 순차적인(두 개의 잉크) 증착 후, 리간드 커버는 추가로, 그러나 여러 개의 개재된 공정, 예를 들어, 열 작용에 의해서 제거될 수 있다. 또한, 용매는 리간드 커버를 제거하기 전 또는 리간드 커버의 제거와 동시에 증발될 수 있다.

자기 나노입자 및 전도성 나노입자의 증착과 리간드 커버(나노입자가 커버를 갖는다면)의 제거 후에, 자기 나노입자 및 전도성 나노입자는 안정화되고 기판에서 보호될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이것은 예를 들어, 인쇄될 수도 있는 것인 중합체 층의 증착에 의해 행해진다. 바람직한 실시예에서, 여기에서는 중합체가 사용되고 이의 용매는 나노입자를 분리되지 않는다.

바람직한 실시예에서, GMR-효과를 사용하는 센서의 제조를 위한 방법의 모든 단계는, 400℃ 미만의 온도에서 수행된다. 이것은 자기 나노입자가 HCP-단계에서 FCC-단계로 전이되지 못하게 한다.

대안 실시예에서, TMR-효과를 사용하는 센서는 발명에 따른 제조 방법으로 제조된다. 이 제조 방법에서, 얇은 절연 중간층을 갖는 자기 나노입자가 사용되는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 중간층은 나노입자의 경계에서 타깃 산화에 의해 생성된다. 이어서, 나노입자는 전도성 나노입자, 예를 들어, 금 나노입자를 통해 접점과 접촉될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 리간드 커버는 나노입자의 증착 후에, 특히 바람직하게 열 입력에 의해 제거된다. 바람직하게, 기판에 증착된 나노입자 사이의 입자 거리는 커버 제거 후 유지된다. 바람직한 실시예에서, 앞에 기술된 예시적인 실시예에서 리간드 커버는 레이저에 의해 제거된다. 또한, 리간드 커버는 오븐에서 열 입력에 의해 제거될 수 있다. 이에 더하여, 또는 대안적으로, 리간드 커버는 마이크로파 조사 또는 예를 들어, UV-광 조사를 통해 제거될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 예를 들어, 인쇄에 의해 증착된 입자 위에 산화물 보호가 증착된다. 바람직한 실시예에서, 산화물 보호는 플라스틱이다. 특히 바람직하게, 인쇄 가능 중합체, 유기 물질, 및 특히 바람직하게 PMMA, 폴리스티렌 또는 PVC가 산화물 보호로 사용된다. 바람직한 실시예에서, 자기 및 전도성 나노입자에 관하여 화학적으로 안정된 용매를 사용한 산화물 보호로 플라스틱이 사용된다. 바람직한 실시예에서, 인쇄 가능 산화물 보호는 400℃ 미만의 온도에서 경화한다.

본 발명에 따른 전기 부품은, 적어도 2개의 전기 접점과, 기판 위에 배열되고, 전기 전도성 물질, 자기 물질 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자를 갖는다. 나노입자는 기판의 하나 이상의 표면 영역에서 기판에 배열되고, 격자 구조를 갖는 규칙적인 모양으로 표면 영역 내에 기판에 배열되며, 나노입자의 격자 구조는 전체 각각의 표면 영역에 뻗어있다. 전체의 각각의 표면 영역은 서로 경계를 이루는 균일한 정사각형 부분 영역(정사각형 화소)으로 기하학적으로 분할되거나, 매트릭스에서 서로 연이어 배열된 균일한 원형 또는 타원형의 부분 영역(둥근 화소)을 통해 필수적으로 기하학적으로 분할될 수 있다. 각각의 정사각형 부분 영역은, 4mm 미만, 특히 바람직하게 1mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 에지 길이를 갖거나, 각각의 원형 또는 타원형의 부분 영역은 각각 4mm 미만, 특히 바람직하게 1mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 최대 직경을 갖는다.

표면 영역의 기하학적 모양은 나노입자 및/또는 커버로 둘러싸인 나노입자를 함유하는 잉크의 인쇄에 의해 나노입자가 생성되었다는 사실에 기인한다. 이러한 식으로 생성된 표면 영역은 화소(기하학적 부분 영역)로 구성된다.

4mm 미만, 특히 바람직하게 1mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 에지 길이를 갖는 정사각형 부분 영역, 또는 각각 4mm 미만, 특히 바람직하게 1mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 최대 직경을 갖는 원형 또는 타원형의 부분 영역의 사용은 최소 치수 및/또는 복잡한 모양을 갖는 표면 영역을 생성할 수 있도록 한다. 이것은 다양한 모양 및 크기의 전기 부품을 생성할 수 있게 하여 다목적 부품이 되게 한다.

특히 바람직하게, 적어도 하나의 표면 영역은 적어도 하나의 정사각형 부분 영역, 또는 단지 한 원형 또는 타원형의 부분 영역이, 각각, 단지 한 다른 또는 단지 2개의 다른 정사각형 부분 영역, 또는 원형 또는 타원형의 부분 영역에 인접하여 배열되는 기하학적 모양을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 표면 영역은 각각 적어도 두 행의 정사각형 또는 원형 또는 타원형의 부분 영역을 포함하며, 한 행에 부분적 영역의 수는 두 번째 행에 부분적 영역의 수와 다르다.

바람직한 실시예에서, 나노입자의 격자 구조는 수평 평면으로 확장하는 단일 층의 나노입자를 포함한다. 이것은 특히 얇은 전기 부품을 만들 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 나노입자의 격자 구조는 서로 수직으로 배열된 몇 개의 수평 평면을 포함한다. 이것은 GMR-효과(GMR-효과가 단일 층으로 실현될 수도 있을지라도)와 같은 특별한 효과를 갖는 전기 부품을 달성할 수 있게 한다. 또한, 몇 개의 층은 나노입자에 의해 일어나는 효과의 세기를 증가시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 나노 입자는 보호층에 의해 커버될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 발명에 따른 전기 부품은 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된다.

바람직한 실시예에서, 전기 부품은 XMR-효과(X자기저항-효과), 예를 들어, GMR 효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항 효과)를 나타낸다.

본 발명은, 적어도 2개의 전기 접점과, 기판 위에 배열되고, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자를 갖는 전기 부품을 제조하기 위한 방법과, 전기 부품을 제공하는 효과를 갖는다.

다음에서, 본 발명은 단지 예시적인 실시예를 예시하는 도면에 의해 추가 설명된다.
도 1은, 커버로 둘러싸인 나노입자를 함유하는 나노입자 현탁액의 용매의 증발에서 무질서-질서 전이의 개략도.
도 2는, 제 1 구성에서 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 3은, 부분 측단면도로 제 2 구성에서 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 4는, 부분 측단면도로 제 3 구성에서 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 5는, 부분 측단면도로 제 4 구성에서 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 6은, 평면 사시도로 인쇄회로 보드 형태로 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 7은, ASIC(Deposition Specific Integrated Circuit) 형태로 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 8은, 평면 사시도로 기판으로 포일을 사용한 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 9는, 평면 사시도로 기판으로 바이어스-마그네트를 사용한 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 10은, 평면 사시도로 기판으로 인쇄 바이어스-마그네트를 사용한 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.
도 11은, 평면 사시도로 마이크로 유체 시스템에서 일체화된 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 개략도.

도 1에 도시된 개략도는, Ms Dr. Inga Ennen의 박사학위 논문에서 취한 것이다(10쪽; 도 2.5). 개략도의 좌측 이미지에서 캐리어 위에 증착된 나노입자 현탁액이 도시되었다. 나노입자는 리간드 커버로 둘러싸인다. 개락도의 우측 이미지는 나노 입자 현탁액의 용매의 증발 후 나노입자가 캐리어 위에 어떻게 배열되는가를 도시한 것이다. 이 순서의 공정은 입자의 부피 분율이 값 Фkrit = 0.49를 초과할 때 시작한다.

본 발명에 따른 제조 방법에서, Ms Dr. Inga Ennen의 박사학위 논문에 따라, 스핀 코팅 또는 디핑에 의해 증착되는 개략도에 도시된 나노입자 현탁액은 나노입자 및/또는 커버로 둘러싸인 나노입자를 함유하는 잉크로서, 인쇄 공정에 의해서 기판에 증착된다.

도 2와 도 3은 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품의 실시예를 도시한다. 전기 부품은 기판(1)을 가지며, 이 위에 단일층의 나노입자(2)가 증착되었다. 나노입자(2)는, 전기 전도성 물질, 자기 물질 및/또는 자화 가능 물질로 제조될 수 있다. 도 2는 나노입자 층 위에 증착된 2개의 전기 접점을 갖는 전기 접점(3)을 도시한다. 도 3에서, 전기 접점(3)은 나노입자 층에 인접하여 2개의 전기 접점을 갖도록 증착된다. 도 2와 도 3은 나노입자 및 접점(3) 위에 증착된 보호층(4)을 도시한다.

도 4에 도시된 실시예에서, 전기 부품은 기판을 갖고, 이 위에 과립형 망의 나노입자(10, 11)가 증착되었다. 나노입자(10)는 자기 물질로 제조된 자기 나노입자이다. 나노입자(11)는 전기 전도성 물질로 제조된다. 개개의 전기 전도성 물질이 서로 접촉하고 있기 때문에, 나노입자(11)는 직접적인 전도성 경로(12)를 형성함을 볼 수 있다. 또한, 자기 나노입자(10)를 통한 XMR-감응 전도성 경로(13)를 볼 수 있다. 도 4에 도시된 전기 부품은 보호층(4)을 갖는다. 적어도 하나의 전기 전도성 나노 입자(11)에 접촉하는 접점(도시되지 않음)이 제공된다.

도 5에 도시된 실시예에서, 전기 부품은 기판(1)을 갖고, 이 위에 2층 구조의 나노입자(10, 11)는 발명에 따른 제조 방법에 의해 증착되었다. 나노입자(10)는 자기 물질로 제조된 자기 나노입자이다. 나노입자(11)는 전기 전도성 물질로 제조된다. 개개의 전기 전도성 물질은 서로 접촉하여 있기 때문에, 나노입자(11)는 직접적인 전도성 경로(12)를 형성함을 볼 수 있다. 또한, 자기 나노입자(10)를 통한 XMR-감응 전도성 경로(13)를 볼 수 있다. 도 4에 도시된 전기 부품은 보호층(4)을 갖는다. 적어도 하나의 전기 전도성 나노입자(11)에 접촉하는 접점(미도시)이 제공된다.

도 6은 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품은 인쇄 회로 보드(PCB; 회로 보드)로 구성될 수 있음을 도시한 것이다. 한편, 회로 보드(20)는 전기 라인, 예를 들어, 캐리어 판(기판)(22)에 부착된 전도성 연결(전도성 트랙)을 통해 서로 사이에 연결된 부품(21)용 캐리어를 형성한다. 한편, 나노입자는 도 6에 확대하여 도시된 사행 구조(23)를 형성하는 회로 보드(20)의 기판(22) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조의 양단에 접점(24)이 설치되고 이에 의해 구조는 인쇄된 나노입자에 의해 형성되어 회로 보드(20)의 다른 부품(21)에 연결된다. 사행 구조(23)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR 효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR 효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR 효과(터널 자기저항-효과)를 나타내게, 나노입자가 선택된다.

도 7은 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품이 ASCI(Deposition Specific Integrated Circuit)로 구성될 수도 있음을 도시한다. 한편, 기판(30)은, 전기 라인, 예를 들어, 캐리어 판(기판)(22)에 부착된 전도성 연결(전도성 트랙)을 통해 서로 사이에 연결된 부품(31)용 캐리어를 형성한다. 한편, 나노입자는 도 7에 확대하여 도시된 사행 구조(meandering structure)(33)를 형성하는 회로 보드(20)의 기판(30) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조(33)의 양단에는 접점(34)이 설치되고, 이에 의해 구조(33)는 인쇄된 나노입자에 의해 형성되어 다른 부품(31)에 연결된다. 사행 구조(33)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 나타내게, 나노입자가 선택된다.

도 8은 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품이 기판으로 포일(40)을 가질 수도 있음을 도시한다. 도 8에 확대하여 도시된 사행 구조(43)를 형성하는 나노입자는 포일(40) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조(43)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR효과(터널 자기저항-효과)를 나타내도록 나노입자가 선택된다. 도 8은 점선 분할선을 따라 포일이 절단되어 개개의 센서(전기 부품)를 생성할 수 있음을 도시한다.

도 9는 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품이 기판으로 바이어스-마그네트(50)를 가질 수 있음을 도시한다. 도 9에 확대하여 도시된 사행 구조(53)를 형성하는 나노입자는 기판(50) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조(53)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 나타내게, 나노입자가 선택된다. 사행 구조(53)의 양단에 접점(54)이 설치된다.

도 10은 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 전기 부품이 기판(60) 위에 인쇄된 바이어스-마그네트(61)로 구성될 수도 있음을 도시한다. 사행 구조(63)를 형성하는 나노입자는 기판(60) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조(63)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 나타내도록 나노입자가 선택된다. 사행 구조(63)의 양단에 접점(64)이 설치된다.

도 11은 마이크로 유체 시스템을 도시한다. 기판(70) 위에는 유체가 통과할 수 있는 채널(71)이 형성된다. 사행 구조(73)를 형성하는 나노입자는 기판(70) 위에 직접 인쇄된다. 사행 구조(73)가 구성되며, 부품이 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항 효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 나타내도록 나노입자가 선택된다. 사행 구조(73)의 양 단부에 접점(74)이 설치된다.

Claims

적어도 2개의 전기 접점(electrical contact)(3, 24, 34, 54, 64, 74)과, 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 배열되고, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자(nanoparticle)(2, 10, 11), 자기 물질(magnetic material)로 제조된 나노입자(2, 10, 11) 및/또는 자화 가능 물질(magnetizable material)로 제조된 나노입자(2, 10, 11)를 구비한 전기 부품을 제조하는 방법에 있어서,
상기 나노입자(2, 10, 11) 및/또는 커버(cover)로 둘러싸인 상기 나노입자(2, 10, 11)를 함유하는 잉크는, 인쇄 공정에 의해 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70)에 증착되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 잉크에 함유된 상기 나노입자(2, 10, 11)는 필수적으로 구형인 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 잉크에 함유된 상기 나노입자는 필수적으로 동일 직경을 가지며, 상기 나노입자 직경 분포의 표준편차(SIGMA)는 10%, 바람직하게는 5%보다 작은 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자(2, 10, 11)는 다음 방법 단계, 즉
- 금속염의 환원에 의한 핵의 생성 또는 용매에서 금속 유기 화합물의 분해(decomposition),
- 상기 핵의 성장,
- 오스왈드 숙성(Ostwald-ripening) 공정에
의해 제조된 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 4항에 있어서, 상기 오스왈드 숙성 공정 후에, 상기 오스왈드 숙성 공정 동안의 안정화가 수행되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크는 상기 나노입자(2, 10, 11)가 용해된 용매를 갖고, 상기 용매는 상기 잉크가 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 증착된 후 증발되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자(2, 10, 11)는 상기 잉크의 전체 부피 중 49%를 초과하는 부피 비를 차지하는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 나노 입자(2, 10, 11)를 전기 접점과 연결하는 전기 전도성 물질이 증착되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉크에 함유된 적어도 하나의 나노입자 (2, 10, 11)는 커버(cover)를 갖고, 상기 커버는 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 잉크를 증착한 후 제거되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 보호층(protective layer)(4)은 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 상기 나노입자(2, 10, 11)를 증착한 후 적어도 하나의 나노입자(2, 10, 11) 위에 증착되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, XMR-효과(X-자기저항-효과)(X-MagnetoResistive-effect), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항-효과)(giant MagnetoResistance-effect) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과)(Anisotrope Magnetoresistive Effect) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)(Tunnel MagnetoResistance-effect)를 나타내는 센서가 생성되는 것을 특징으로 하는, 전기 부품 제조 방법.
적어도 2개의 전기 접점(3, 24, 34, 54, 64, 74)과, 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 배열되고, 전기 전도성 물질로 제조된 나노입자(2, 10, 11), 자기 물질로 제조된 나노입자(2, 10, 11) 및/또는 자화 가능 물질로 제조된 나노입자(2, 10, 11)를 구비한 전기 부품에 있어서,
- 상기 나노입자(2, 10, 11)는 상기 기판의 하나 이상의 표면 영역에서 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 배열되고,
- 상기 나노입자(2, 10, 11)는 상기 기판(1, 22, 30, 40, 50, 60, 70) 위에 상기 표면 영역 내에 격자 구조 형태로 배열되고, 상기 격자 구조는 전체 각각의 표면 영역에 걸쳐 확장하며,
- 상기 전체 각각의 표면 영역은 서로 경계를 이루는 정사각형 부분 영역(정사각형 화소)으로 기하학적으로 분할되거나, 매트릭스에서 서로 인접하게 배열된 균일한 원형 또는 타원형의 부분 영역으로 필수적으로 기하학적으로 분할될 수 있고,
- 각 정사각형 부분 영역은 4mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 에지 길이를 갖거나, 각 원형 또는 타원형의 부분 영역은 4mm 미만, 특히 바람직하게 1mm 미만, 특히 바람직하게 100 마이크로미터 미만의 최대 직경을 갖는, 전기 부품.
제 12항에 있어서, 상기 나노입자(2, 10, 11)의 상기 격자 구조는 수평 평면으로 확장하는 단일 층의 나노입자를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 부품.
제 12항에 있어서, 상기 나노입자(2, 10, 11)의 상기 격자 구조는 서로 겹쳐 배열된 복수의 수평 평면을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 부품.
제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 나노입자(2, 10, 11)를 덮는 보호층을 특징으로 하는, 전기 부품.
제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는, 전기 부품.
제 12항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부품은 XMR-효과(X-자기저항-효과), 예를 들어, GMR-효과(거대 자기저항-효과) 또는 AMR-효과(이방성 자기저항 효과) 또는 TMR-효과(터널 자기저항-효과)를 나타내는 것을 특징으로 하는, 전기 부품.