KR20130031095A - 연성적층판 제조 방법 및 이를 이용한 박막 전지 제조 방법 - Google Patents

연성적층판 제조 방법 및 이를 이용한 박막 전지 제조 방법 Download PDF

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KR20130031095A
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김종수
임창균
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Abstract

유연성 있는 기판 상에 연속적으로 박막을 형성하는 동시에 패턴 형성이 가능한 연성적층판 제조 방법 및 이를 이용한 박막 전지의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 연성적층판 제조 방법은, 베이스 필름 상에 순차적으로 적층된 제1 내지 제N 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 베이스 필름 상에 상부로부터 하부로 순차적으로 제1 내지 제N 패턴층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 베이스 필름 상에 상기 제N 마스크 패턴층을 따라 제N 패턴층을 형성한 후, 상기 제N 마스크 패턴층을 제거한다.

Description

연성적층판 제조 방법 및 이를 이용한 박막 전지 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING FLEXIBLE LAMINATE AND METHOD OF MANUFACTURING THIN FILM BATTERY USING THEREOF}
본 발명은 연성적층판 제조 방법 및 이를 이용한 박막 전지 제조 방법에 대한 것이다.
각종 전자 기기들의 고집적화 및 초소형화로 인하여, 초소형의 전지가 필요하게 되었다. 박막 전지는 기판 상에 양극, 음극, 전해질 등을 박막화하여 그 크기를 초소형으로 만든 전지로서, 초소형 전지로서 박막 전지의 사용이 늘어나고 있다.
박막 전지는 기판 상에 양극, 음극, 전해질 등을 증착하고, 이를 패터닝하는 공정를 사용하여 제조된다. 따라서, 박막 전지의 제조 장치는 각각의 물질을 증착시키기 위한 복수의 진공 챔버를 포함하며, 서로 다른 패턴을 가진 양극, 음극 및 전해질을 형성하기 위해서는 각각의 패턴이 형성된 마스크를 교체하는 작업이 필요하므로 공정이 연속적으로 수행될 수 없다.
또한, 기판으로 금속 시트를 사용하는 경우 박막 전지의 소형화를 위해 금속 시트를 소형화하면, 쉽게 부러지기 때문에, 박막 전지에 결함이 발생할 우려가 있다.
박막화에 유리하도록 유연성 있는 기판을 사용하고 롤투롤 방식으로 연속적으로 박막을 증착하는 경우, 기판이 고정되어 있지 않고 이동하므로 패터닝이 어려울 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유연성 있는 기판 상에 연속적으로 박막을 형성하는 동시에 패턴 형성이 가능한 연성적층판 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 하나의 챔버 내에서 유연성 있는 기판 상에 연속적으로 패턴이 형성된 박막을 제조할 수 있는 박막 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법의 일 태양은, 베이스 필름 상에 순차적으로 적층된 제1 내지 제N 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 연성적층판 상에 상부로부터 하부로 순차적으로 제1 내지 제N 패턴층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 베이스 필름 상에 상기 제N 마스크 패턴층을 따라 제N 패턴층을 형성한 후, 상기 제N 마스크 패턴층을 제거한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지 제조 방법의 일 태양은, 제1 롤와, 제2 롤, 및 상기 제1 롤과 제2 롤 사이에 배치된 제1 내지 제4 생성부를 포함하는 패턴 형성 장치를 제공하고, 베이스 필름 상에 순차적으로 제1 내지 제4 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 제1 내지 제4 마스크 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제1 롤에서 상기 제2 롤로 제1 이송시, 상기 제4 생성부를 이용하여 상기 제4 마스크 패턴층을 따라 상기 베이스 필름 상에 제4 패턴층을 형성한 후, 상기 제4 마스크 패턴층을 제거하고, 상기 제4 패턴층이 형성된 연성적층판이 상기 제2 롤에서 상기 제1 롤로 제2 이송시, 상기 제3 생성부를 이용하여 상기 제3 마스크 패턴층을 따라 상기 제4 패턴층 상에 제3 패턴층을 형성한 후, 상기 제3 마스크 패턴층을 제거하고, 상기 제3 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제1 롤에서 상기 제2 롤로 제3 이송시, 상기 제2 생성부를 이용하여 상기 제2 마스크 패턴층을 따라 상기 제3 패턴층 상에 제2 패턴층을 형성한 후, 상기 제2 마스크 패턴층을 제거하고, 상기 제2 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제2 롤에서 상기 제1 롤로 제4 이송시, 상기 제1 생성부를 이용하여 상기 제1 마스크 패턴층을 따라 상기 제2 패턴층 상에 제1 패턴층을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴층을 제거한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법의 공정 순서에 따른 순서도이다.
도 2는 마스크 패턴층을 형성하기 위해 제조된 제1 내지 제4 마스크의 평면도들이다.
도 3, 도 6, 도 9, 도 11, 도 13 및 도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 구조물의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치의 개략도이다.
도 5, 도 8, 도 10 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 다른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 제1 내지 제4 마스크 패턴층의 일 단부를 확대한 확대도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치을 설명하기 위한 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 구조물의 단면도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 박막 전지 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 구조물의 단면도들다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 순서도이며, 도 2는 마스크 패턴층을 형성하기 위해 제조된 제1 내지 제4 마스크의 평면도들이다. 도3, 도 6, 도 9, 도 11, 도 13 및 도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 구조물의 단면도들이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치의 개략도이다. 도 5, 도 8, 도 10 및 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 다른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치의 동작을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 7은 제1 내지 제4 마스크 패턴층의 일 단부를 확대한 확대로이다.
우선, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 베이스 필름(301) 상에 제1 내지 제N 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)을 형성한다(S1010). N은 1 이상의 정수로 본 실시예에서는 N이 4인 경우를 예를 들어 설명한다. 즉, 베이스 필름(301) 상에 제1 내지 제4 마스크 패턴층(211, 212, 213, 214)을 형성한다. 그러나, 당업자의 필요에 따라 베이스 필름(301) 상에 5층 이상의 마스크 패턴층을 형성할 수 있으며, 제1 마스크 패턴층(211)만 형성하는 것도 가능하다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 펀칭(punching) 등의 방법으로 일정한 패턴을 갖는 제1 내지 제4 마스크(201, 202, 203 204)를 제작한다. 제1 마스크(201)는 수평방향으로 W1의 폭을 갖는 제1 개구부(211)를 갖는 제1 패턴을 포함하며, 제2 마스크(202)는 수평방향으로 W2의 폭을 갖는 제2 개구부(212)를 갖는 제2 패턴을 포함한다. 제3 마스크(203)는 수평방향으로 W3의 폭을 갖는 제3 개구부(213)를 갖는 제3 패턴을 포함하며, 제4 마스크(204)는 수평방향으로 W4의 폭을 갖는 제4 개구부(214)를 갖는 제4 패턴을 포함한다. 제1 내지 제4 패턴은 서로 상이할 수 있으며, 원하는 패턴을 다양하게 형성할 수 있다.
제1 내지 제4 마스크(201, 202, 203 204)는 폴리머 또는 금속 시트 등으로 형성할 수 있다. 상기 폴리머는 후속 공정에서의 열안정성이 확보될 수 있다면 그 재료에 구애받지 않으며, 예를 들어, 폴리이미드(PolyImide: PI), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone: PES), 폴리에틸렌나프탈렌(Polyetheylene Napthalene: PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate: PET), 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone: PEEK), 및 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene Sulfide: PPS)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 금속 시트는 예를 들어, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 각각 제1 내지 제4 패턴를 포함하는 제1 내지 제4 마스크(201, 202, 203 204)를 베이스 필름(301) 상에 순차적으로 적층하여 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 221, 223, 224)을 형성한다. 구체적으로 베이스 필름(301) 상에 접착제 또는 점착제를 이용하여 제1 내지 제4 마스크(201, 201, 203, 204)를 순차적으로 접착 또는 점착하여 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 221, 223, 224)을 형성할 수 있다. 상기 점착은 탈부착이 가능한 것을 의미한다.
베이스 필름 (301)은 연성적층판(Flexible Laminate)일 수 있으며, 예를 들어, 폴리머 필름(polymer film)일 수 있다. 폴리머 필름은 구조물을 전체적으로 지지하는 역할을 하며, 유연성, 내열성 및 절연성이 우수한 폴리머로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰 및 폴리페닐렌설파이드로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물로 형성할 수 있다. 연성적층판(301)이 폴리이미드로 이루어진 경우, 폴리이미드는 유연성과 강성이 우수한 소재이기 때문에, 연성적층판(301)을 박막화 하더라도 충격에 쉽게 부러지지 않아 내충격성이 향상된다.
상기 접착제 또는 점착제로는 예를 들어, 에폭시 수지, 실리콘 수지 및 아크릴 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 1 내지 제4 마스크(201, 201, 203, 204)는 후속 공정에서 하나씩 순차적으로 연성적층판(301)으로부터 제거될 것인 바, 접착 강도를 강하게 할 필요가 없으며, 탈부착이 용이하도록 점착할 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 1 내지 제4 마스크(201, 201, 203, 204)의 일 단부에 홀을 형성하고, 연성적층판(301)의 가장자리에 고정핀을 설치하여, 상기 홀을 이용하여 1 내지 제4 마스크(201, 201, 203, 204)를 상기 고정핀에 끼워 고정하는 방식으로 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 221, 223, 224)을 형성할 수 있다. 이러한 경우 접착 또는 점착 공정이 별도로 필요치 않으며, 후속 공정에서 1 내지 제4 마스크(201, 201, 203, 204)의 제거가 용이하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 개구부가 큰 패턴일수록 하부에 배치할 수 있다. 패터닝 과정에서 최상부에 배치된 마스크 패턴층부터 이용하여 연성적층판(301) 상에 패턴층을 형성하므로 개구부가 큰 패턴을 갖는 마스크일수록 하부에 배치하는 것이 패턴 형성에 유리하다. 구체적으로, 수평방향으로 가장 넓은 폭(W1)을 갖는 제1 개구부(211)를 포함하는 제1 마스크(201)를 최하부에 배치하여 제1 마스크 패턴층(221)을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴층(212) 상에 W1 보다 작은 W2의 폭을 갖는 제2 개구부(212)를 포함하는 제2 마스크(202)를 배치하여 제2 마스크 패턴층(222)을 형성할 수 있다. 이어서, W2 보다 작은 W3 폭을 갖는 제3 개구부(213)를 갖는 제3 마스크(203)를 배치하여 제3 마스크 패턴층(223)을 형성하고, 제3 마스크 패턴층(223) 상에 W3 보다 작은 W4의 폭을 갖는 제4 개구부(214)를 포함하는 제4 마스크(204)를 배치하여 제4 마스크 패턴층(224)을 형성한다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)이 형성된 연성적층판(301)을 제1 롤(110)에 로딩한다(S1020). 이하, 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)이 형성된 연성적층판(301)을 연성적층시트(400)로 지칭하기로 한다.
우선, 도 4를 참조하여 본 실시예에 사용되는 패턴 형성 장치(100)에 대해 구체적으로 살펴본다. 패턴 형성 장치(100)는 제1 롤(110), 제2 롤(120) 및 제1 롤(110)과 제2 롤(120) 사이에 배치된 제1 내지 제N 생성부(131, 132, 133, 134)를 포함한다. 또한, 패턴 형성 장치(100)는 공정 챔버(101)를 더 포함할 수 있다. N은 1 이상의 정수이며, 본 실시예에서는 N이 4인 경우를 예를 들어 설명한다. 따라서, 제1 롤(110)과 제2 롤(120) 사이에 제1 생성부(131), 제2 생성부(132), 제3 생성부(133) 및 제4 생성부(134)를 배치한다. 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 생성부를 5개 이상 배치할 수 있다. 또한, 생성부가 단 1개 생성되어도 무방하다.
제1 롤(110)과 제2 롤(120)은 일정한 거리를 두고 배치되며, 제1 롤(110)와 제2 롤(120)에 연성적층시트(400)를 로딩할 수 있고, 로딩된 연성적층시트(400)는 롤투롤(roll to roll) 방식으로 제1 롤(110)와 제2 롤(120) 사이를 왕복할 수 있다. 구체적으로, 제1 롤(110)에서 제2 롤(120)로 연성적층시트(400)을 이송할 때, 제1 롤(110)은 감겨진 연성적층시트(400)을 풀어주는 권출롤의 역할을 하고, 제2 롤(120)은 제1 롤(110)에서 풀어진 연성적층시트(400)을 롤투롤 방식으로 되감는 권취롤 역할을 한다. 반대로, 제2 롤(120)에서 제1 롤(110)로 연성적층시트(400)을 이송할 때, 제2 롤(120)은 감겨진 연성적층시트(400)를 풀어주는 권출롤의 역할을 하고, 제1 롤(110)은 제2 롤(120)에서 풀어진 연성적층시트(400)를 롤투롤 방식으로 되감는 권취롤 역할을 한다. 이 때, 연성적층시트(400)는 제1 롤(100)에서 제2 롤(200)로 연결된 긴 띠 형상을 띤다.
제1 롤(110)와 제2 롤(120)의 사이에 드럼(115)이 배치될 수 있다. 제1 롤(110)에서 풀린 연성적층시트(400)은 드럼(115)에 의해 안내되어 제2 롤(120)로 이송될 수 있다. 드럼(115)의 내부에는 냉각액이 흐를 수 있으며, 냉각액으로 인하여 연성적층시트(400)는 일정 온도를 유지할 수 있다.
제1 생성부(131), 제2 생성부(132), 제3 생성부(133) 및 제4 생성부(134)는 연성적층시트(400) 상에 박막층을 형성하는 장치이다. 구체적으로, 제1 생성부(131), 제2 생성부(132), 제3 생성부(133) 및 제4 생성부(134)를 이용하여 연성적층시트(400)의 일면 상에 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition), 전자빔 증착법(electron-beam evaporation), 진공열 증착법(thermal evaporation)과 같은 물리 기상 증착법(physical vapor deposition), 이온 플레이팅(ion plating), 활성화 반응성 증착법(activated reactive evaporation), 이온빔 보조 증착법(ion beam assisted deposition), 이온화된 클러스터 빔 증착법(ionized cluster beam deposition), 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition) 및 아크 증착법(arc source deposition) 중 어느 하나의 방법으로 박막층을 증착할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 패턴 형성 장치(100)는 히터를 더 포함할 수 있다. 히터는 열을 방출하여 연성적층시트(400) 상에 증착된 물질에 열처리를 할 수 있다.
제1 롤(110), 제2 롤(120) 및 제1 내지 제4 생성부(131, 132, 133, 134)는 모두 하나의 공정 챔버(101) 내에 위치한다. 따라서, 연성적층시트(400) 상에 복수의 박막층을 증착시, 각 박막층마다 각각의 공정 챔버를 형성할 필요가 없으므로, 패턴 형성 장치(100)의 크기를 줄일 수 있다.
도 5를 참조하면, 연성적층시트(400)를 롤투롤 방식으로 제1 롤(110)에서 제2 롤(120)로 이송하기 위해, 패턴 형성 장치(100)의 제1 롤(110)에 연성적층시트(400)를 감는다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 연성적층시트(400)를 제1 롤(110) 에서 제2 롤(120)로 제1 이송하면서 연성적층판(301) 상에 제N 패턴층(314)을 형성한다(S1030). 본 실시예에서는 N이 4인 경우를 예시하므로, S1030 단계에 의해 연성적층판(301) 상에 제4 패턴층(314)이 형성된다.
구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 롤(110)에서 제2 롤(120) 방향으로 연성적층시트(400)를 이송하면서, 제1 내지 제4 생성부(131, 132, 133, 134) 중 어느 하나가 작동하여 연성적층판(301) 상에 증착 공정을 실시하여 제4 패턴층(314)을 형성한다. 도 5는 제1 롤(110)에서 제2 롤(120)로 이송시 제1 생성부(131)가 작동하는 경우를 예시한 것이나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제1 생성부 내지 제4 생성부 중 어느 하나가 작동하여 증착공정을 수행할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 연성적층시트(400)의 최상부에 형성된 제4 마스크 패턴층(224)의 패턴대로 연성적층판(301) 상에 제4 패턴층(314)을 형성한다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 연성적층판(301) 상에 제N 패턴층(314)을 형성한 후, 제N 마스크 패턴층(224)을 제거한다. 구체적으로, 연성적층판(301) 상에 제4 마스크 패턴층(224)의 패턴이 반영된 제4 패턴층(314)을 형성한 후, 제4 마스크 패턴층(224)을 연성적층판(301)으로부터 제거하여 제3 마스크 패턴층(223)을 최상부로 노출시킨다. 제4 마스크 패턴층(224)을 제4 비접착부(234)를 이용하여 연성적층판(301)으로부터 분리할 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)은 일단부에 점착 또는 접착제가 도포되지 않은 제1 내지 제4 비접착부(231, 232, 233, 234)를 포함한다. 제1 비접착부(231)에 의해 제1 마스크 패턴층(211)의 가장자리는 연성적층판(301)과 점착 또는 접착되지 않고, 제2 비접착부(232)에 의해 제2 마스크 패턴층(222)의 가장자리는 제1 마스크 패턴층(211)과 점착 또는 접착되지 않는다. 마찬가지로 제3 비접착부(233) 및 제4 비접착부(234)에 의해 제3 마스크 패턴층(213) 및 제4 마스크 패턴층(214)의 가장자리도 서로 접착 또는 점착되어 있지 않다. 따라서, 로봇암 등을 이용하여 제1 내지 제4 비접착부(231, 232, 233, 234)를 잡고 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)을 연성적층판(301)으로부터 쉽게 분리할 수 있다. 제1 내지 제4 비접착부(231, 232, 233, 234)는 연성적층판(301)으로부터 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)의 분리를 용이하게 하기 위해 서로 상이한 위치에서부터 시작된다.
도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제4 패턴층(314)이 형성된 연성적층시트(401)를 제2 롤(120)로부터 제1 롤(110)로 제2 이송하면서, 제N 패턴층(314) 상에 제N-1 패턴층(3130을 형성한다(S1050).
구체적으로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제4 패턴층(314)이 형성된 연성적층시트(401)를 제2 롤(120)이 풀고 제1 롤(110)이 감는 방식으로 제2 롤(120)로 부터 제1 롤(110)로 제2 이송하면서, 제1 내지 제4 생성부(131, 132, 133, 134) 중 어느 하나가 작동하여 연성적층시트(401) 상에 증착 공정을 실시하여 제4 패턴층(314) 상에 제3 패턴층(313)을 형성한다. 여기서, S1030 단계에서 작동하였던 생성부와 다른 생성부가 작동할 수 있으며, 도 8은 제2 생성부(132)가 작동되는 경우를 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제4 패턴층(314) 상에 제3 마스크 패턴층(213)의 패턴을 따라 제3 패턴층(313)을 형성한다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 제3 패턴층(313) 형성 후에, 제3 마스크 패턴층(223)을 연성적층판(301) 으로부터 제거한다(S1060). 제3 마스크 패턴층(233)은 제4 마스크 패턴층(234)을 제거하는 것과 동일한 공정으로 제거할 수 있다. 제3 마스크 패턴층(233)을 제거하여 최상부에 제2 마스크 패턴층(222)을 노출시킨다.
도 1 및 도 10 내지 도 13을 참조하면, S1030 내지 S1060 단계를 제1 내지 제N 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)이 모두 제거될 때까지 반복한다(S1070). 즉, 연성적층판(301) 상에 상부에서 하부로 순차적으로 제1 내지 제N 패턴층이 형성될 때까지 S1030 내지 S1060 단계를 반복한다.
구체적으로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제3 패턴층(313)이 형성된 연성적층시트(402)를 제1 롤(110)에서 제2 롤(120)로 제3 이송하면서, 제1 내지 제N 생성부(131, 132, 133, 134) 중 어느 하나를 작동시켜 제2 마스크 패턴층(222)을 이용하여 제3 패턴층(313) 상에 제2 패턴층(312)을 형성하고, 제2 마스크 패턴층(222)을 제거한다. 도 10은 제3 이송시 제3 생성부(133)가 작동하는 경우를 예시한 것이나 이에 제한되지 않는다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제3 패턴층(313) 상에 제2 마스크 패턴층(222)에 형성된 패턴을 따라 제2 패턴층(312)을 형성한다.
이어서, 도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 패턴층(312)이 형성된 연성적층시트(403)를 제2 롤(120)에서 제1 롤(110)로 제4 이송하면서, 제1 내지 제N 생성부(131, 132, 133, 134) 중 어느 하나를 작동시켜 제1 마스크 패턴층(221)을 이용하여 제2 패턴층(312) 상에 제1 패턴층(311)을 형성하고, 제1 마스크 패턴층(221)을 제거한다. 이에 의해, 제2 패턴층(312) 상에 제1 마스크 패턴층(221)에 형성된 패턴을 따라 제1 패턴층(311)을 형성한다. 본 실시예에서는 제4 이송시 제4 생성부가 작동하나 이에 제한되는 것은 아니다. 결과적으로 연성적층판(301) 상에는 상부에서 하부로 순차적으로 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)이 형성되고, 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)는 모두 제거된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법에 의해 롤투롤 방식을 이용하여 연성적층판(301) 상에 각기 다른 패턴이 형성된 패턴층(311, 312, 313, 314)을 형성할 수 있다. 또한, 하나의 공정 챔버(101)에서 서로 다른 패턴을 가진 복수의 패턴층(311, 312, 313, 314)을 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 공정 챔버에서 제1 패턴층을 형성한 후, 제2 패턴층을 형성하기 위해 연성적층판을 다른 공정 챔버로 이동시킬 필요가 없다. 따라서, 진공이 유지된 공정 챔버(101) 내에서 복수의 패턴층을 모두 연속적으로 형성하므로 증착과정에서 수분과 산소와 접촉하는 것을 차단할 수 있을 만 아니라 오염을 방지할 수 있다.
도 14를 참조하면, 일면에 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)이 형성된 연성적층판(301)에 비아홀(302)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 펀칭 또는 레이저 드릴(laser drill) 등의 방법으로 연성적층판(301)을 관통하는 비아홀(302)을 형성할 수 있다. 이 때, 레이저 드릴은 레이저의 세기를 조절하여 연성적층판(301)을 관통하면서도 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)은 손상되지 않게할 수 있다. 도 14는 비아홀(302)이 하나인 경우를 예시하나 복수개 형성되어도 무방하며, 제1 비아홀(302)의 단면은 사각형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비아홀(302)을 통해 제4 패턴층(314)의 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다. 제4 패턴층(314)은 비아홀(302)을 통하여 외부 회로와 연결될 수 있다.
이하, 도 15를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 대해 설명한다. 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 사용되는 패턴 형성 장치의 개략도이다. 본 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법이 상술한 제1 실시예와 상이한 점은 패턴 형성 장치(100')가 제3 롤(140)을 더 포함하여 제거된 마스크 패턴층이 제3 롤(140)에 로딩된다는 점이다. 상술한 패턴 형성 장치(100)와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 이에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 15를 참조하면, 제3 롤(140)은 연성적층판(301)으로부터 분리되는 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)를 권취한다. 구체적으로, 제1 롤(110) 에서 제2 롤(120)로 연성적층판(301)을 이송하면서 연성적층판(301) 상에 제N 패턴층을 형성하고, 제N 패턴층이 형성된 연성적층판(301)이 제2 롤(120)로 권취되기 전에 제N 마스크 패턴층을 분리하여 제3 롤(140)로 권취할 수 있다. 도 14는 제1 롤(110)에서 제2 롤(120)로 이송시에 패턴층이 형성되고 제3 롤(140)이 제2 롤(120)과 인접하여 형성되는 경우를 예시하나, 제2 롤(120)에서 제1 롤(110)로 이송시에 패턴층이 형성되는 경우 제3 롤(140)은 제1 롤(110)과 인접하여 형성될 수 있다.
이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법에 대해 설명한다. 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도이다. 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 여기서는 자세한 설명을 생략한다. 본 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은 연성적층판(301) 상에 도전층(310)을 형성한다는 점이다.
도 16을 참조하면, 제1 내지 제4 마스트 패턴층(221, 222, 223, 224)을 형성하기 전에 연성적층판(301) 상에 도전층(310)을 형성한다. 구체적으로, 연성적층판(301) 상에 도전막을 증착하고, 상기 도전막 상에 도전층이 형성될 영역이 정의된 포토레지스트 패턴을 형성한 뒤, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 도전막을 식각하여 도전층(310)을 형성할 수 있다. 도전층(310)을 형성하는 경우, 도전층(310)을 형성한 후, 제1 내지 제4 마스크 패턴층(221, 222, 223, 224)을 형성하기 전에 연성적층판(301)에 비아홀(301)을 형성할 수 있으며, 도전층(310)을 형성 전에 연성적층판(301)에 비아홀(301)을 형성할 수도 있다. 도전층(310)은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물로 형성할 수 있다.
또한, 도전층(310)은 금속박(Metal Foil) 위에 액상의 폴리머(polymer)를 캐스팅(casting)하는 방법으로 연성적층판(301) 상에 도전막을 형성하고 이를 패터닝하여 형성할 수 있다. 이외에도 도전층(310)은 전기도금법 등으로 형성할 수 있다.
이하, 도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지의 제조 방법은 상술한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들에 따른 연성적층판 제조 방법을 이용한다. 도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 구조물의 단면도들이다. 도 1 내지 도 16과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며 이에 대한 자세한 설명을 생략한다.
도 17을 참조하면, 연성적층판(301) 상에 도전층(310)을 형성한다. 도전층(310)은 상술한 제3 실시예와 동일한 방법에 의해 형성할 수 있다. 도전층(310)을 형성하기 전에 연성적층판(301)에 비아홀(303)을 형성할 수 있으며, 도전층(310)을 형성한 후에, 비아홀(302)을 형성하여도 무방하다. 도전층(310)은 제1 집전체의 역할을 수행할 수 있다. 제1 집전체는 전류 집전체(current collector)로서 후술할 제1 전극의 전자를 외부로 전달하는 역할을 한다. 비아홀(302)에 의해 제1 집전체의 일부가 외부로 노출되어 외부로 전자를 전달할 수 있다.
도 18을 참조하면, 연성적층판(301) 및 도전층(310) 상에 상부로부터 하부로 순차적으로 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)을 형성한다. 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)은 상술한 제1 내지 제3 실시예에 따른 연성적층판 제조 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 패턴층(311, 312, 313, 314)은 롤투롤 방식을 이용하여 동일 챔버 내에서 연속 공정으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 각 층별로 서로 상이한 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
제4 패턴층(314)은 제1 전극의 역할을 수행할 수 있다. 제1 전극은 산 환원전극(cathode)이거나 산화전극(anode)일 수 있으며, 제1 전극이 환원전극인 경우, 제1 패턴층(311)은 리튬 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬 산화물은 구체적으로, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, LiNiCoO2, LiNiMnO2, LiCoMnO2, LiV2O5, LiFePO4, LiNiVO4 및 LiCoMnO로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제1 전극이 산화전극인 경우, 제1 전극은 Li, C, 흑연, 금속산화물, 질소계 금속, 규소화합물계 금속 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제3 패턴층(313)은 전해질의 역할을 수행할 수 있다. 전해질은 전자에 대해서는 부도체 역할을 하고, 이온에 대해서는 전도체 역할을 한다. 제3 패턴층(313)이 고체 전해질인 경우, 제3 패턴층(313)은 LiPON, LISiPON, LiSiON, LiBPON 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제2 패턴층(312)은 제2 전극의 역할을 수행할 수 있으며, 이 때, 제2 패턴층(312)은 제4 패턴층(314)과 다른 극성을 갖는다. 예를 들어, 제4 패턴층(314)이 환원전극인 경우에 제2 패턴층(312)은 산화전극이 되고, 반대로, 제4 패턴층(314)이 산화전극인 경우에 제2 패턴층(312)은 환원전극이 된다.
제1 패턴층(311)은 제2 집전체의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 전류 집전체로서 제2 전극의 전자를 외부로 전달시킬 수 있다. 제1 패턴층(311)이 제2 집전체인 경우 제1 패턴층(311)은 높은 전기 전도성을 갖는 물질로 형성할 수 있으며, 구체적으로 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 제1 집전체(310), 제1 전극(314), 전해질(313), 제2 전극(312) 및 제2 집전체(311)를 포함하는 박막 전지를 긴 롤 형태로 제조할 수 있다. 따라서, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 박막 전지의 재단 및 포장 공정을 실시할 수 있다. 구체적으로 공정 챔버(101)에서 롤 형태로 형성된 박막 전지를 꺼내 정해진 규격에 맞추어 재단하여 박막 전지의 기본 유닛을 얻을 수 있다. 이어서 박막 전지 기본 유닛을 포장하는 공정이 수행될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
201, 202, 203, 204: 제1 내지 제4 마스크
221, 212, 223, 224: 제1 내지 제4 마스크 패턴층
311, 312, 313, 314: 제1 내지 제4 패턴층
310: 도전층
100: 패턴 형성 장치
110: 제1 롤
120: 제2 롤

Claims (18)

  1. 베이스 필름 상에 순차적으로 적층된 제1 내지 제N 마스크 패턴층(N은 2 이상의 정수)을 형성하고,
    상기 마스크 패턴층이 형성된 베이스 필름 상에 상부로부터 하부로 순차적으로 제1 내지 제N 패턴층을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 제N 마스크 패턴층을 따라 상기 제N 패턴층을 형성한 후, 상기 제N 마스크 패턴층을 제거하는 연성적층판 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 패턴층을 형성하는 것은,
    서로 이격되어 배치된 제1 롤 및 제2 롤을 포함하는 패턴 형성 장치를 제공하고,
    상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층이 형성된 베이스 필름을 상기 제1 롤에서 제2 롤로 제1 이송시, 상기 베이스 필름 상에 상기 제N 마스크 패턴층을 따라 상기 제N 패턴층을 형성한 후, 상기 제N 마스크 패턴층을 제거하고,
    상기 제N 패턴층이 형성된 베이스 필름을 상기 제2 롤에서 상기 제1 롤로 제2 이송시, 상기 제N 패턴층 상에 상기 제N-1 마스크 패턴층을 따라 제N-1 패턴층을 형성하고, 상기 제N-1 마스크 패턴층을 제거하고,
    상기 제N 패턴층을 형성한 후, 상기 제N 마스크 패턴층을 제거하는 것 및 상기 제N-1 패턴층을 형성한 후, 상기 N-1 마스크 패턴층을 제거하는 것을 상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층이 모두 제거될 때까지 반복하여 제1 내지 제N 패턴층을 완성하는 연성적층판 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 패턴 형성 장치는 상기 제1 롤 및 상기 제2 롤 사이에 배치된 제1 내지 제N 생성부를 더 포함하고,
    상기 베이스 필름이 상기 제1 롤과 상기 제2 롤 사이를 제1 내지 제N 회 반복 이송시 상기 제1 내지 제N 생성부 중 어느 하나의 생성부만이 동작하고,
    상기 베이스 필름이 상기 제1 롤로부터 상기 제2 롤로 제1 이송시 동작하는 생성부와 상기 베이스 필름이 상기 제2 롤로부터 상기 제1 롤로 이송시 동작하는 생성부가 서로 상이한 연성적층판 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층을 형성하기 전에, 상기 베이스 필름 상에 도전층을 형성하는 것을 더 포함하는 연성적층판 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 도전층 상에 상부로부터 하부로 순차적으로 상기 제1 내지 제N 패턴층이 형성되는 연성적층판 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층을 형성하는 것은,
    상기 베이스 필름 상에 순차적으로 상기 제1 내지 제N 마스크 패턴을 접착 또는 점착하여 상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층을 완성하는 연성적층판 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제N 마스크 패턴층의 일측 가장자리는 상기 제N-1 마스크 패턴층과 접착되지 않은 제N 비접착부를 포함하는 연성적층판 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제N 마스크 패턴층이 상기 제N 비접착부에서부터 상기 베이스 필름으로부터 제거되는 연성적층판 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층은 각각 제1 내지 제N 개구부를 포함하며, 상기 제N-1 개구부의 면적이 상기 제N 개구부의 면적보다 넓은 연성적층판 제조 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 마스크 패턴층은 각각 상기 제1 내지 제N 패턴층에 형성될 제1 내지 제N 패턴을 포함하고,
    상기 제N 패턴은 상기 제N-1 패턴과 상이한 연성적층판 제조 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 패턴층이 in-situ로 연속적으로 형성되는 연성 적층판 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항의 방법에 의해 제조된 연성 적층판.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 연성적층판이 연성 박막 전지인 연성 적층판.
  14. 제1 롤와, 제2 롤, 및 상기 제1 롤과 제2 롤 사이에 배치된 제1 내지 제4 생성부를 포함하는 패턴 형성 장치를 제공하고,
    베이스 필름 상에 순차적으로 제1 내지 제4 마스크 패턴층을 형성하고,
    상기 제1 내지 제4 마스크 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제1 롤에서 상기 제2 롤로 제1 이송시, 상기 제1 생성부를 이용하여 상기 제4 마스크 패턴층을 따라 상기 연성금속적층판 상에 제4 패턴층을 형성한 후, 상기 제4 마스크 패턴층을 제거하고,
    상기 제4 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제2 롤에서 상기 제1 롤로 제2 이송시, 상기 제2 생성부를 이용하여 상기 제3 마스크 패턴층을 따라 상기 제4 패턴층 상에 제3 패턴층을 형성한 후, 상기 제3 마스크 패턴층을 제거하고,
    상기 제3 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제1 롤에서 상기 제2 롤로 제3 이송시, 상기 제3 생성부를 이용하여 상기 제2 마스크 패턴층을 따라 상기 제3 패턴층 상에 제2 패턴층을 형성한 후, 상기 제2 마스크 패턴층을 제거하고,
    상기 제2 패턴층이 형성된 베이스 필름이 상기 제2 롤에서 상기 제1 롤로 제4 이송시, 상기 제4 생성부를 이용하여 상기 제1 마스크 패턴층을 따라 상기 제2 패턴층 상에 제1 패턴층을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴층을 제거하는 것을 포함하는 박막 전지의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 마스크 패턴층을 형성하기 전에,
    상기 베이스 필름 상에 도전층를 형성하는 것을 더 포함하는 박막 전지의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 도전층은 제1 집전체이며, 상기 제1 내지 제4 패턴층은 각각 순차적으로 제2 집전체, 제2 전극, 전해질 및 제1 전극인 박막 전지의 제조 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 베이스 필름이 비아홀을 포함하는 박막 전지의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제4 패턴층의 하부에 도전층을 형성하는 것을 더 포함하며,
    상기 비아홀에 의해 상기 도전층의 일면이 노출되는 박막 전지의 제조 방법.
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