KR20150063596A

KR20150063596A - 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치, 방법, 평면 절연 기재 및 이의 칩셋

Info

Publication number: KR20150063596A
Application number: KR1020157013187A
Authority: KR
Inventors: 주하 마이잘라; 페트리 시르비오
Original assignee: 스토라 엔소 오와이제이
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2015-06-09
Also published as: EP2298045A4; JP2011520279A; WO2009135985A1; EP2298045B1; BRPI0822649B8; CN102017818B; ES2768251T3; KR20110006720A; EP2298045A1; US20110147071A1; CN102017818A; AU2008356134A1; RU2010148407A; US8654502B2; BRPI0822649A2; AU2008356134B2; CA2723886A1; RU2478264C2; MX2010012006A; BRPI0822649B1

Abstract

전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 미리 규정된 패턴을 형성하도록 구성된 제 1 모듈을 포함하는, 장치, 방법, 평면 절연 기재 및 칩셋이 기재되어 있다. 제 2 모듈은 평면 절연 기재에 전도성 입자를 전달하도록 구성되며, 여기서 전도성 입자는 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열된다. 소결 모듈은 평면 절연 기재 상에 전도성 입자를 융해시키기 위해 구성되며, 여기서 전도성 입자는 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해되도록 배열된다. 본 발명의 구체예는 섬유 웹 상에 프린팅가능하거나 프린팅 전자기기에 관한 것이다.

Description

평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치, 방법, 평면 절연 기재 및 이의 칩셋 {AN APPARATUS, A METHOD FOR ESTABLISHING A CONDUCTIVE PATTERN ON A PLANAR INSULATING SUBSTRATE, THE PLANAR INSULATING SUBSTRATE AND A CHIPSET THEREOF}

본 발명은 전도성 패턴을 평면 절연 기재 상에 형성시키기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전도성 패턴을 평면 절연 기재 상에 형성시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이에 따라 형성된 전도성 패턴을 포함하는 평면 절연 기재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이에 따라 평면 절연 기재 상에 형성된 칩셋에 관한 것이다.

전자기기, 특히 가요성 기재 상의 프린팅은 전자 부품 및 물류 솔류션(logistical solution)에 대한 적용, 일회용 전자기기, 심지어 프린팅된 디스플레이에서 수행된다. 오늘날, 프린팅된 전자기기 적용은 전기도금 및 스크린 프린팅과 같은 전자 부품의 전통적인 제작에서 잘 알려진 방법을 이용한다. 불행하게도, 이러한 방법들은 느리고, 다공성 기재 및/또는 웹 형태의 기재에 대해 아주 적합하지 않다. 또한, 플렉소(flexo) 및 로토그라비어(rotogravure) 프린팅은 전자 부품을 프린팅하기 위해 사용되었다. 상기 기술된 공지 해법이 갖는 문제점은 이러한 것들이 구조를 불연속적으로 (20 하프톤 도트(halftone dot)로 인함) 형성시키고, 용매의 증발 및 다공성 구조에서 성분들의 흡수(액체 물질과 함께)가 일어난다는 것이다. 전도성 폴리머가 갖는 주요 과제는 불충분한 전기 전도성 및 환경의 영향, 예를 들어 산화에 대한 보호이다.

또한, 전도성 페이스트, 젤 및 잉크를 이용하여 전도성 패턴을 프린팅하기 위한 여러 기술들이 알려져 있다. 그러나, 전도성 패턴을 프린팅하기 위한 알려진 기술들에는 몇가지 문제점들이 있다. 액상 물질의 적용은 이의 복잡한 처리 및 프린팅된 트레이스(printed trace)의 비교적 낮은 전도도 및/또는 해상도로 인해 바람직하지 않다. 초기에 조성물에 포함된 용매 또는 보조제의 제거는 시간 소비적 단계를 필요로 한다.

공지된 해법은 이러한 공지된 해법이 사용될 수 있는 기재에 대한 특정 한계를 초과 설정하는 것에 주목하게 되었다. 이러한 것들 중 어떠한 것도, 매우 높은 온도 또는 사용된 기재-약화 지역 압출로 인하여 페이퍼, 섬유 웹, 보드 기재 등에 대해 적합하지 않았다. 다른 한편으로, 증착 마스크(deposition mask), 스텐실(stencil) 또는 크린(xreen)은 공정의 속도, 특화성(customizability) 및 융통성(flexibility)이 목적인 것에 대해서는 바람직하지 않은데, 왜냐하면 이러한 것들은 증착 공정을 불필요하게 복잡하게 만들고 얻어진 해상도에 한계가 있기 때문이다.

본 발명의 목적은 평면 절연 표면 상에 비교적 효과적이고 간단한 전도성 패턴의 형성을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면,

미리 규정된 패턴에 따라 전도성 입자가 포집(gather)될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 미리 규정된 패턴을 형성시키도록 구성된 제 1 모듈(module),

전도성 입자를 평면 절연 기재로 전달하도록 구성된 제 2 모듈로서, 여기서 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되는 제 2 모듈, 및

전도성 입자를 평면 절연 기재 상에서 융해하기 위해 구성된 소결 모듈(sintering module)로서, 여기서 전도성 입자가 평면 절연 표면 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해하도록 배열되는 소결 모듈을 포함하는 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면,

전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 미리 규정된 패턴을 형성시키는 단계,

전도성 입자를 평면 절연 기재로 전달시키는 단계로서, 여기서 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되는 단계, 및

평면 절연 기재 상에 전도성 입자를 소결시키는 단계로서, 여기서 전도성 입자가 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해되도록 배열되는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면,

전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 위치된 미리 규정된 패턴,

평면 절연 기재 상에서 소결된 전도성 입자를 포함하며,

여기서 전도성 입자가 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해하도록 배열되며, 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열된, 평면 절연 기재가 제공된다.

본 발명의 또다른 양태에 따르면,

평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 소결된 전도성 입자를 포함하며,

*여기서 전도성 입자가 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해되도록 배열되며, 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열된, 칩셋이 제공된다.

본 발명의 여러 다른 구체예는 평면 절연 표면 상에 전도성 평면의 비교적 정확하고 편리한 형성을 가능하게 한다.

본 발명의 여러 다른 구체예들은 단지 예시 목적을 위해 첨부된 도면을 참조로 하여 기술될 것이다:
도 1은 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 개관(overview)을 도시한 것으로서, 여기서 패턴은 본 발명의 일 구체예에 따라 도시된 것이다.
도 2a는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 전도성 입자는 기재 상의 커플링제에 포집되고 부착된다.
도 2b는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 입자는 소결 전에 기재에 커플링된다.
도 3은 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 전기장은 전도성 입자를 전달하도록 사용된다.
도 4a는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 커플링제는 기재로 전달된다.
도 4b는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 마스크 및 전압원은 기재에 미리 규정된 전하를 형성시키도록 사용된다.
도 4c는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 미리 규정된 전하는 전도성 입자를 기재로 끌어들이고 포집한다.
도 4d는 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 본 발명의 일 구체예에 따라 전도성 입자는 소결 전에 기재에 커플링된다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 커플링제는 미리 규정된 패턴에 따라 기재에 확산되고 전동 롤이 사용된다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키도록 구성된 장치의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전동 롤은 기재 상에 하전된 패턴을 형성시키고 이에 따라 기재로 전도성 입자를 전달하도록 사용된다.

도 1은 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 개관을 도시한 것으로서, 여기서 패턴(99)은 본 발명의 일 구체예에 따라 나타낸 것이다. 본 발명의 여러 구체예는 (마이크로)입자(102)(도 1에서 미도시됨)를 기초로 한 것으로서, 이러한 입자는 다양한 기재(101) 상에 침적되고 영구적으로 부착될 수 있으며, 동시에 증착된 패턴(99)의 전도도가 증가한다. 이는 미리 규정된 패턴(99)에 따라 전도성 입자(102)가 포집될 수 있도록 평면 절연 기재(101) 상에 미리 규정된 패턴을 형성시키도록 구성된, 장치(100)의 제 1 모듈에 의해 달성된다. 또한, 장치(100)의 제 2 모듈은 전도성 입자를 평면 절연 기재(101)로 전달하도록 구성되며, 여기서 전도성 입자(102)는 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열된다. 또한, 장치(100)의 소결 모듈은 평면 절연 기재(101) 상에서 전도성 입자(102)를 융해시키기 위해 구성되며, 여기서 전도성 입자(102)는 평면 절연 표면(101) 상에 전도성 평면(99')을 형성시키도록 미리 규정된 패턴(99)에 따라 융해시키기도록 배열된다. 사용된 침적에 따라서, 중간 단계가 요구되지 않는다(건조 형태로 침적된 입자 또는 침적된 물질에 대한 건조 단계(입자가 액체 현탁액으로 침적되는 경우)가 이용되는 경우).

본 발명의 여러 구체예는 특히 건조-상태 전도성(반전도성 포함) 입자(102), 예를 들어 분말 형태의 마이크로입자에 대해 적합하다. 전도성 입자(102)는 금속, 폴리머, 또는 이들의 조합일 수 있다. 생성된 구조의 해상도는 분말화된 물질의 입자 크기에 의존적일 수 있는 반면, 침적 및 소결 공정에서, 물질의 조성이 일반적으로 중요하다.

기재(101)는 대체로 임의의 절연 및 평면 시트, 웹, 또는 섬유 또는 섬유 웹 등일 수 있다. 페이퍼, 보드 및 폴리머 필름(플라스틱)은 본 공정에 대해 적합한 것으로 확인되었지만, 다른 유사한 비-전도성 표면 또한 사용될 수 있다. 페이퍼 또는 보드는 코팅되거나, 코팅되지 않거나, 목재-부재이거나, 목재-함유할 수 있다. 다층 기재가 또한 사용될 수 있다. 다른 가능한 기재는 예를 들어, 직물, 부직포 물질, 전자 산업의 회로판, 성형 물품, 유리, 건설 재료, 예를 들어 벽지 및 바닥 코팅 비소성 및 소성 세라믹, (생)폴리머 베이스 및 복합물을 포함한다. 기술된 기재 중 각 하나는 이의 적용 분야 및 장점들을 갖는다. 특히, 본 발명의 다른 구체예는 300℃ 미만, 특히 250℃ 미만, 심지어 200℃ 미만의 파손(shattering) 또는 변형점(deformation point)을 갖는 기재, 즉 고온에서 허용되지 않는 적어도 여러 페이퍼 및 플라스틱 등급의 기재에 대해 적합하다.

도 2a는 평면 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전도성 입자(102)는 본 발명의 일 구체예에 따라 기재(101) 상에 포집되고 커플링제(103)에 부착된다. 도 2a는 전도성 입자(102)를 평면 절연 기재(101)로 전달하도록 구성된 제 2 모듈의 일 구체예를 도시한 것으로서, 여기서, 전도성 입자(102)는 미리 규정된 패턴(99)에 따라 포집되도록 배열된다. 용기(106)는 전도성 입자(102)를 포함한다. 평면 절연 기재(101)는 커플링제(103)를 포함한다. 본 발명의 일 구체예에서, 커플링제(103)는 접착제 등일 수 있다. 커플링제(103)는, 입자가 여기에 부착할 수 있도록 위치된다. 또한, 커플링제(103)는 도 2a의 구체예에서 기재(102) 상에 미리 규정된 패턴(99)(도 2에 미도시됨)을 형성시킨다. 기재(101)는 또한 전하, 음전하(105) 및 양전하(104)를 함유한다.

다른 구체예에서, 전하(104,105)는 일반적으로 기재(101)에 균일하게(미도시됨) 형성된다. 이러한 다른 구체예에서, 전하는 전자기장에 의해 입자(102)를 기재(101)로 끌어들인다. 커플링제(103)는, 커플링제(103)가 위치되어 있는 기재(101) 상의 적소에 기재(101)에 입자(102)의 추가 부착을 수행한다. 커플링제(103)가 존재하지 않는 다른 위치에서, 입자는 기재(101)에 부착되지 않는다.

일 구체예에서, 전하(104,105)는 미리 규정된 패턴(99)에 따라 절연 기재(101)에 형성된다. 이에 따라, 전하(104,105)는 일반적으로 미리 규정된 패턴(99)에 따라 위치된다. 또한, 전하(104)의 위치는 커플링제(103)의 위치에 해당한다.

전하(104)는 도 2a에서 화살표로 도시된 바와 같이 전도성 입자(102)를 끌어들인다. 전자기장의 힘은 커플링제(103)로 전도성 입자(102)를 끌어들인다. 커플링제(103)는 전도성 입자(102)를 기재(101)에 부착시킨다. 부착은 기재(101)가 심지어 비교적 고속으로 이동하는 동안 수행될 수 있다.

도 2b는 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99')을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전도성 입자(102)는 본 발명의 일 구체예에 따라, 소결 전에 기재(101)에 커플링된다. 도 2b의 구체예에서, 전도성 입자(102)는 커플링제(103)에 의해 기재(101)에 부착되고 커플링된다. 본 구체예의 소결 공정은 기재(101)의 마주보는 측면 상에 위치된 소결 롤(107, 및 108)을 포함한다. 이에 따라, 전도성 입자(102)가 기재(101)의 표면 상에 전달된 후에, 입자(102)는 소결되어 연속적인 전도성 구조(99')를 형성한다(도 2b에 미도시됨). 소결은 예를 들어 도 2b에 예시된 바와 같이, 바람직하게 별개의 또는 반정도 별개(semiseparate)의 소결 닙(nip)에서 온도 및 압력하에서 일어난다. 별개의 소결 닙은 두개의 별개의 롤(107,108)을 포함하는 반면, 반정도 별개의 소결 닙은 소결 롤(미도시됨)을 위한 반대-롤(counter-roll)로서 전극 롤을 이용한다. 롤(107,108) 중 하나 또는 둘 모두는 요망되는 소결 온도를 달성하기 위해 가열된다. 선택된 온도에 따라, 또한 소결시키기 위해 충분한 압력이 소결 닙에서 발생된다. 대안적으로, 롤 닙에서의 소결 대신에, 벨트 또는 긴 닙, 예를 들어 슈-닙(shoe-nip)이 사용될 수 있다. 이러한 다른 구체예에서, 닙 길이는 수 밀리미터, 통상적으로 2-500 mm일 수 있고, 10-20,000 kPa의 압력을 가질 수 있다. 가열을 위한 구성은 상술된 롤 닙 시스템과 동일한 원리를 사용한다. 소결에서, 요망되는 전도성 (사용된 물질의 성질에 따라, 반전도성 포함) 표면 패턴(99')이 형성된다. 이에 의해 최종 칩셋(99')이 기재(101) 상에 형성될 수 있다.

소결 시스템

소결 공정에서, 전도성 입자(102)는 연속적인 전도성 표면(99')을 형성시키도록 함께 소결된다. 소결 과정은 평이한 압력 및 온도를 사용할 수 있다(롤 또는 플레이트 구성에서). 이는 사용된 전도체 물질의 용융 및 소결 온도를 초과하기 위해 사용된다. 롤(107,108) 중 하나 또는 둘 모두에서, 소결 닙에서의 플레이트 또는 벨트는 가열될 수 있다. 가열된 물질의 표면 물질은 현저한 변형 없이 사용된 온도(예를 들어, 50℃-250℃)를 견뎌야 한다. 롤을 위한 가능한 표면 물질에는, 예를 들어 텅스텐 카바이드, 경질 크롬, PTFE 커버 및 이의 유도체 및 반-점착 성질(낮은 표면 에너지)을 갖는 세라믹 물질이 있다. 소결은 가열된 롤(108)과 직접 접촉하여 일어날 수 있거나, 열이 기재 물질(107)을 통해 전달될 수 있다. 또한, 두개 모두의 접촉 롤(107,108)은 닙에서 열전달을 증가시키기 위해 가열될 수 있다. 기재(101)에 대한 전도성 입자(102)의 부착을 개선시키기 위해, 입자-형성된 패턴을 포함하지 않는 기재(101)의 표면과 접촉하는 롤(107) 또는 플레이트(제 2 롤)가 적어도 가열되는 것이 바람직하다. 분말과 접촉하는 롤(108)(제 1 롤)은 상당히 낮은 온도에서 존재할 수 있고, 심지어 가열되지 않을 수 있고 냉각된 온도로 존재할 수 있다.

도 3은 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전기장은 본 발명의 일 구체예에 따라 전도성 입자(102)를 전달하도록 사용된다. 평면 절연 기재(101)는 바람직하게 전도성 입자(102)를 향하는 기재(101)의 표면 상에 위치된, 커플링제(103)를 포함한다. 도 3의 구체예는 전동 롤(109)을 포함한다. 전동 롤(109)은 전압원에 연결되어 있는 전극(110)을 포함한다. 롤의 마주하는 측면 상에, 전도성 입자(102)를 함유하는 용기(106)가 위치되어 있다. 기재(101)는 이러한 두개 사이에 존재한다. 롤(109)이 회전함에 따라 전극(110)이 기재(101)에 가까워지는 경우에, 전자기장의 힘은, 전도성 입자(102')가 커플링제(103)에 접촉하고 부착하고, 이에 의해 기재(101)에 접촉하고 부착하도록 전도성 입자(102)를 끌어당기기 시작한다. 전극(110')은 이러한 것들이 전도성 입자(102,102')를 끌어당기지 않도록 전도성 입자(102)로부터 멀리 이격되어 있다. 도 3의 구체예에서, 미리 규정된 패턴(99)은 롤(109)의 원 상에 전극(110)의 위치 및 패턴에 따라 형성될 수 있다. 또한 또는 대안적으로, 커플링제(103)는 미리 규정된 패턴으로 존재할 수 있다. 이에 따라, 패턴은 커플링제(103) 및 전극(110) 둘 모두의 조합에 따라, 또는 단순히 커플링제(103)에 의해 형성된다. 또한, 롤(109)은 기재(101) 상에 부착된 입자(102')의 특정 패턴(99)을 형성시키도록 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 전극(110)은 미리 규정된 패턴(99)을 형성시키도록 전극(110)의 전압을 제어함으로써 유도될 수 있다.

도 4a는 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 커플링제(103)는 본 발명의 일 구체예에 따라 기재(101)로 전달된다. 도 4a에는 커플링제(103)를 기재(101)로 전달시키는 두개의 대안적인 방법이 도시되어 있다. 캐논(111)은 커플링제(103)를 기재(101)의 표면으로 발사하거나 분무한다. 캐논(111)은 미리 규정된 패턴(99)에 따라 또는 일반적으로 균일하게 커플링제(103)을 분무하도록 배열될 수 있다. 대안적으로, 커플링제(103)는 롤(112)에 의해 기재(101)로 전달될 수 있다. 롤(112)은 커플링제(103)를 함유한 용기(113)로부터 커플링제를 전달한다. 롤(112)은 패턴(99)을 형성시키도록 이동하도록 제어될 수 있다. 또한, 롤은 기재(101) 상에 패턴(99)을 형성시키도록, 미리 규정된 외형 또는 외관, 즉 미리 규정된 패턴을 함유할 수 있다.

도 4b는 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 마스크(115) 및 전압원 및 인출부(drain, 114,114')는 본 발명의 일 구체예에 따라 기재(101)에 미리 규정된 전하(104,105)를 형성시키도록 사용된다. 마스크(105)는 본 구체예에서 기재(101) 상에 전하(105)를 갖는 패턴(99)을 형성하도록 사용된다. 기재(101)는 전압원(114) 및 (114') 사이로 이동된다. 이에 의해, 전기 전압이 가해지고, 이는 기재(101)에 대해 특정 위치에 전하(104,105)를 형성시킨다. 마스크(115)는 이에 의해 미리 규정된 패턴(99)에 따라 전하(104,105)를 형성시키도록 사용된다.

도 4c는 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 이미 규정된 전하(104)는 본 발명의 일 구체예에 따라 기재(101)에 전도성 입자를 끌어들이고 포집한다. 기재(101)는 전도성 입자(102)를 함유하는 용기(106)와 나란히 이동시킨다. 일반적으로, 기재(101)는 기재(101)와 용기(106) 사이의 거리가 실질적으로 존재하도록 용기(106)에 대해 이동시킨다. 기재(101)는 미리 규정된 패턴(99)에 따라 전하(104)를 함유한다. 전하(104)는 기재(101)에 전도성 입자(102)를 끌어들인다. 기재는 전도성 입자(102)를 향하는 측면 상에 커플링제(103)를 함유한다. 이에 따라, 전도성 입자(102)는 전하(104) 쪽으로 포집되고, 커플링제(103)에 의해 기재(101)에 부착된다. 이에 따라, 전도성 입자(102)는 미리 규정된 패턴(99)에 따라 기재(101)에 부착된다.

도 4d는 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 일부의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전도성 입자(102)는 본 발명의 일 구체예에 따라 소결 전에 기재(101)에 커플링된다. 도 4d의 구체예에서, 기재(101)는 커플링제(103)의 일반적으로 균질한 층을 함유한다. 전도성 입자(102)는 미리 규정된 패턴(99)을 형성시키도록 기재(101)로 전달되었다. 다른 점에서, 도 4d의 구체예는 도 2b의 구체예와 유사하다.

도 5는 본 발명의 일 구체예에 따라 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 단면도를 도시한 것으로서, 커플링제(103)는 기재(101)에 미리 규정된 패턴(99)에 따라 확산되며, 전동 롤(109')이 사용된다. 도 5의 구체예에서, 기재(101)는 미리 규정된 패턴(99)으로서 커플링제(103)를 함유한다. 이에 따라, 커플링제(103)는 미리 규정된 패턴(99)를 형성시키도록 기재(101)에 확산된다. 기재(101)는 앞쪽으로 이동한다. 롤(109')은 회전한다. 롤(109')은 전압원 +V을 함유한다. 롤(109")은 전압 인출부 -V를 함유한다. 이에 의해, 롤(109')이 회전할 때, 롤(109')은 용기(106)로부터 롤(109')의 표면으로 전도성 입자(102)를 포집하고 끌어들인다. 롤(109')이 회전하고 기재(101)가 이동할 때, 전도성 입자(102)는 커플링제(103)와 접촉한다. 전도성 입자(102)는 커플링제(103)에 부착된다. 이에 따라, 전도성 입자(102)는 기재(101)의 표면 상에 미리 규정된 패턴(99)을 형성한다. 커플링제(103)과 접촉하지 않는 이러한 전도성 입자(102)는 기재(101)에 부착되지 않고 롤(109')의 표면 상에 잔류한다.

도 6은 본 발명의 일 구체예에 따라 평면 절연 기재(101) 상에 전도성 패턴(99)을 형성시키도록 구성된 장치(100)의 단면도를 도시한 것으로서, 여기서 전동 롤(112, 112', 112")은 기재(101) 상에 하전된 패턴(99,105)을 형성시키고, 이에 따라 기재(101)에 전도성 입자(102)를 부착시키기 위해 사용된다. 전동 롤(112)은 +V코로나 전압을 형성시키기 위한 전압원(113)을 함유한다. 롤(112)은 또한 전하(105)에 의해 패턴(99)을 형성시키기 위한 마스크를 함유한다. 112' -Vaccel과 같은 코로나 전압 또는 전압 인출부(112")에 대한 두개 이상의 대체물이 존재할 수 있다. 마스크는 마스크의 미리 규정된 패턴에 따라, 전하(105)가 이에 따라 기재(101) 상에 형성되도록 디자인된다. 이에 따라, 마스크 및 전하(105)는 도 6의 구체예에서 미리 규정된 패턴(99)을 형성시킨다. 도 6의 구체예는 또한 전동 롤(109')을 함유한다. 도 6의 구체예에서, 기재(101)는 커플링제(103)을 함유하지 않는다. 기재(101)는 앞쪽으로 이동하고 롤은 회전한다. 롤(109')은 바닥(ground)을 함유할 수 있다. 또한, 전기장을 형성시키기 위한 인출부 -V가 존재한다. 이에 의해, 롤(109')은, 롤(109')가 회전할 때, 전도성 입자(102)를 용기(106)에서 롤(109')의 표면으로 포집하고 끌어들인다. 롤(109')이 회전하고 기재(101)가 이동할 때, 전도성 입자(102)는 전하(105)와 접촉한다. 전도성 입자(102)는 전하(105)에 의해 기재(101)에 부착된다. 이에 따라, 전도성 입자(102)는 기재(101) 상에 부착된다. 전도성 입자(102)는 전하(105)의 패턴에 따라 기재(101)의 표면 상에 미리 규정된 패턴(99)을 형성시킨다. 전하(105)와 접촉하지 않는 전도성 입자(102)는 기재(101)에 부착되지 않고 롤(109')의 표면 상에 잔류한다. 소결부는 가열기(115), 예를 들어, 라디에이터/IR을 함유한다. 또한, 소결부는 또한 롤(108 및 107)을 함유한다. 소결 공정은 도 2b 및 도 4d의 구체예에서와 같이 일반적으로 유사하게 작동할 수 있다.

전도성 입자

상기에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 일부 구체예는 전도성 입자(102)를 사용한다. 전도성 입자의 비제한적인 예는 금속 마이크로입자이다. 다른 구체예에 대하여, 저융점 금속 및 금속 합금이 적용된다. 특히, 주석비스무트 합금은 본 적용을 위해 적합한 것으로서 입증되었다. 이러한 문맥에서, 저융점 금속 및 합금은 300℃ 미만, 통상적으로 50-250℃, 특히 100-200℃의 융점을 갖는 물질을 포함한다. 적합한 금속은, 예를 들어 주석, 비스무트, 인듐, 아연, 니켈 또는 유사물을 포함한다. 언급된 금속은 또한 이의 합금들이 저융점 합금을 형성시키는 능력을 갖기 때문에, 다른 구체예에 대해 적합한 합금의 바람직한 성분들이다. 예를 들어, 상이한 비율의 주석-비스무트, 주석-비스무트-아연, 주석-비스무트-인듐 또는 주석-비스무트-아연-인듐이 본 발명의 다른 구체예에서 유리한 것으로 입증되었다. 합금에서 이러한 금속들의 비율의 변경은 합금의 용융 거동을 상당히 변경시킬 수 있다. 합금 중의 주석 비율이 20-90 중량%, 바람직하게 30-70 중량%인 주석-함유 합금. 15.6 중량%의 주석, 36.1 중량%의 비스무트 및 48.3 중량%의 인듐의 조성은 59℃ 정도로 낮은 융점을 초래한다. 이에 따라, 실제 저온 적용이 가능하다.

예를 들어 금속 또는 금속 합금 입자의 전도성 입자의 크기는 0.5 (또는 그 이하) 내지 100 ㎛ (또는 이상), 5배 고해상도 적용에서 때때로 1 내지 20 ㎛일 수 있다. 입자는 필수적으로 100% 금속을 포함할 수 있다. 즉, 다른 구체예를 수행하기 위하여 어떠한 보조제도 입자에 함유될 필요가 없고 분말 중에 혼합되거나 기재 상에 도포될 필요가 없다.

기타 물질들

다른 구체예에서, 전도성 폴리머, 예를 들어 폴리아닐린 (PANI), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT)은 또한 전도성 입자로서 침적시에 사용될 수 있지만, 전도성 폴리머의 불융해성 특성이 물질의 소결에 문제점을 나타낸다. 기본적으로 고유 전도도를 갖는 폴리머는 임의의 통상적인 용매에서 용융되거나 융해되지 않는다. 그러나, 이러한 것들은 200℃ 초과에서 변형되어 여러 합성 폴리머, 예를 들어 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리에틸렌-코-메틸아크릴레이트 (EMA), 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머 (EPDM) 등과 배합될 수 있다. 이러한 복합 물질은 반도체 수준의 전도도를 갖는다.

입자 용기

본 발명의 일부 구체예는 입자 용기(106)를 사용한다. 입자 용기의 예는 분말 용기 등일 수 있다. 용기(106)의 하우징은 절연 구조, 입자 또는 표면과 접촉될 수 있고, 이를 통해 이러한 것들이 전하를 달성한다. 이 후에, 이러한 것들은 전달 롤 표면 상에 예를 들어, 전기장에 의해 전달된다. 대개, 특정 문턱값 전압은 전하를 입자 캐리어에서 입자에 대해 균질하게 분포시키기 위해 요구된다. 문턱값 전압의 수준은 입자의 타입에 의존적이다. 일부 예에서, 주석-비스무트 합금은 통상적으로 약 200 V의 전압을 갖는다.

용기(106)에서의 다른 구체예에서, 유동화(fluidization)는 균일한 분산액을 형성시키도록 적용된다. 이는 전달 롤로 입자를 전달 및 침적시킬 수 있게 한다. 유동화는 공기, 기계적 진동으로, 및 (전도성 입자와의)정전기적 반발력을 이용함으로써 이루어질 수 있다.

롤

본 발명의 일부 구체예는 기준 롤(109, 112)와 같은 여러 롤을 사용한다. 전달 롤은 전기적으로 비활성일 수 있다. 전달 롤은 전극을 포함할 수 있으며, 이는 전달 롤의 표면 상에 침적된 입자와는 다른 전위를 갖는다. 이러한 전위차는 롤, 벨트 등의 표면에서 상이한 표면 전하로 형성될 수 있다. 용기와 전달 롤 사이의 전기장은 이러한 전극으로 형성된다. 전기장이 용기(및 용기 내의 전도성 입자)와 전달 롤 사이에 형성될 때, 하전된 입자는 전기장으로 인하여 전달 롤의 표면으로 전달된다.

전극 롤

본 발명의 일부 구체예는 롤(109, 112)을 사용하며, 이는 대전된다. 이의 단순한 형태의 전극은 금속 롤을 포함하는 롤이며, 이는 다른 시스템 구성요소로부터 절연되고 하전된 입자에 대해 반대 전위를 갖는다. 이의 목적은 입자(102)를 기재(101)의 표면으로 전달하도록 전달 롤(및 이의 표면 상의 입자)과 전극 롤 사이에 전기장을 형성시키기 위한 것이다. 이에 더하여, 입자 전달에서 코로나 충전은 하전된 입자와 기재 사이의 전위차를 형성시키도록 사용될 수 있다. 기재의 마주보는 측면은 코로나 충전으로부터 이온으로 하전될 수 있으며, 기재의 다른 측면은 하전된 입자와 접촉하거나 근위에 위치되며 이에 따라 입자 전달이 이루어진다.

탈착 시스템

입자(102)가 기재(101) 표면으로 전달된 후에, 롤로부터 기재(101) 및 입자(102)의 탈착이 요구될 수 있다. 기재(101)의 유전 성질(체적 및 표면 저항 둘 모두)에 따라, 틱스(tix) 입자는 전극 롤(109) 쪽으로 정전기적 힘을 유지시키려는 경향을 갖는다. 이는 입자(102)와 롤(109) 사이에 전위차에 의해 야기된다. 입자와 전극 롤(109) 사이의 정전기적 힘을 감소시키기 위하여, 여러 작용이 이루어질 수 있다. 먼저, 섬유-계열 물질(페이퍼 및 보드)을 갖는 웹의 수분함량은 입자로부터 섬유-계열 및 폴리머 필름을 갖는 웹 등으로 전하를 전달하도록 증가될 수 있다. 둘째로, 교류 전류 이온화기는 입자의 하전을 중화시키기 위해 사용될 수 있다. 세째로, 전위치는 입자의 전하가 (예를 들어, 장시간 동안 웹을 전극 롤과 접촉시킴으로써) 붕괴될 때까지 안정하게 유지되도록 배열될 수 있다. 네째로, 입자는 전극와 접촉하는 동안에 소결될 수 있다. 페이퍼 또는 보드가 기재로서 사용되며 수분-의존적 탈착이 이용될 때, 공정 환경의 상대 습도는 바람직하게 약 20-90%, 통상적으로 30-60%이다. 이러한 상대 습도는 예를 들어 2-20%의 페이퍼 수분 함량을 의미한다. 이는 하전된 입자에 탈착을 위한 적합한 전하 붕괴 시간을 제공한다.

결과 및 범위

상기 상세한 설명이 여러 특정예를 포함하고 있지만, 이러한 것들은 주로 본 발명을 예시하기 위해 제공된 것으로서 본 발명의 범위를 제한하도록 구성되지 않을 것이다. 또한, 여러 특정예는 단일 또는 다중 구체예에서 여러 방식으로 조합될 수 있는 것으로 인식될 것이다. 이에 따라, 여러 변형예 및 변경예가 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 장치 및 방법에서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다.

Claims

일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 미리 규정된 패턴을 형성하도록 구성된 제 1 모듈로서, 여기서 평면 절연 기재가 300℃ 미만의 온도에서 현저한 파손(shattering) 또는 변형(deformation) 없이 300℃ 미만의 파손 또는 변형점을 구성하는, 제 1 모듈,
금속성 전도성 입자를 평면 절연 기재로 전달하도록 구성된 제 2 모듈로서, 여기서 금속성 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되는, 제 2 모듈, 및
일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자를 평면 절연 기재 상에서 융해(fuse)시키도록 구성된 소결 모듈(sintering module)로서, 여기서 금속성 전도성 입자의 금속이 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성하도록 미리 규정된 패턴에 따라 일부 또는 전부 융해시키도록 배열되는, 소결 모듈을 포함하고,
상기 제 1 모듈이 커플링제가 미리 규정된 패턴을 형성시킴에 따라 전도성 입자가 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 커플링제를 확산시키도록 구성된 확산 모듈(spreading module)을 포함하고, 상기 커플링제가 접착제를 포함하는,
평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 평면 절연 기재가 섬유 웹(fibrous web)과 같은 섬유 기재 제품을 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 2항에 있어서, 섬유 기재 제품이 페이퍼 또는 보드 또는 폴리머 필름을 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 평면 절연 표면 상의 전도성 면이 전기 회로의 일부, 전기 회로 또는 칩셋을 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 제 1 모듈이 미리 규정된 패턴에 따라 기재의 표면 상에 전하를 형성시키기 위해 구성된 전동 롤(electric roll)을 포함하는 장치.
제 5항에 있어서, 제 2 모듈이, 전도성 입자가 전자기장의 힘에 의해 다른 전동 롤에 부착되고 기재로 전달되고 기재의 표면 상에 존재하는 전하에 의해 기재에 부착되도록 용기에서 기재로 전도성 입자를 전달시키기 위해 구성된 다른 전동 롤을 포함하는 장치.
제 1항에 있어서, 제 2 모듈이 전도성 입자를 미리 규정된 패턴에 따라 기재의 표면으로 전달할 수 있도록 전도성 입자용 용기를 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 기재의 표면 상의 전하가 전도성 입자를 표면으로 끌어들이며, 접착제가 미리 규정된 패턴에 따라 전도성 입자를 표면에 부착시키며, 접착제 및 전하 둘 모두가 미리 규정된 패턴에 따라 위치되는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 제 2 모듈이, 전도성 입자가 전자기장의 힘에 의해 전동 롤에 부착되고 기재로 전달되고 기재의 표면 상에 위치된 접착제에 의해 기재에 부착되도록 전도성 입자를 용기에서 기재로 전달시키기 위해 구성된 전동 롤을 추가로 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 제 2 모듈이 기재 상에 미리 규정된 패턴에 따라 전하를 생성시키기 위한 마스크(mask), 전압원 및 전압 인출부(voltage drain)를 추가로 포함하며, 여기서 기재의 표면 상의 전하가 전도성 입자를 표면으로 끌어들이며, 접착제가 미리 규정된 패턴에 따라 전도성 입자를 표면에 부착시키는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 10항에 있어서, 접착제가, 전하가 미리 규정된 패턴에 따라 전도성 입자를 끌어들이고 접착제가 전도성 입자를 기재에 부착시키도록 기재 상에 균일하게 분포되는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 소결 모듈이 2개의 롤을 포함하며, 여기서 2개의 롤 중 하나 이상의 롤이 가열되는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 12항에 있어서, 소결 모듈이 송풍기 가열기(blower heater)를 추가로 포함하는, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 전도성 입자가 건조-상태 전도성 입자인, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 소결 모듈이, 전도성 입자를 소결시키고 평면 절연 기재 상에 전도성 면을 형성시켜서, 하나 이상의 연속적인 전도성 구조를 형성시키도록 구성된 소결 모듈인, 평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 장치.
일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 미리 규정된 패턴을 형성시키는 단계로서, 여기서 평면 절연 기재가 300℃ 미만의 온도에서 현저한 파손 또는 변형 없이 300℃ 미만의 파손 또는 변형점을 구성하는 단계,
금속성 전도성 입자를 평면 절연 기재로 전달시키는 단계로서, 여기서 금속성 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되는 단계, 및
금속성 전도성 입자를 평면 절연 기재 상에서 일부 또는 전부 융해시키는 단계로서, 여기서 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자의 금속이 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 융해되도록 배열되는 단계를 포함하고,
상기 평면 절연 기재는 미리 규정된 패턴으로서 커플링제를 함유하고, 상기 커플링제는 접착제를 포함하는,
평면 절연 기재 상에 전도성 패턴을 형성시키기 위한 방법.
일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 위치된 미리 규정된 패턴으로서, 여기서 평면 절연 기재가 300℃ 미만의 온도에서 현저한 파손 또는 변형 없이 300℃ 미만의 파손 또는 변형점을 구성하는 미리 규정된 패턴, 및
평면 절연 기재 상에서 융해된 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자로서, 여기서 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 일부 또는 전부 융해되도록 배열되어 있으며, 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되어 있는 전도성 입자를 포함하고,
상기 평면 절연 기재는 미리 규정된 패턴으로서 커플링제를 함유하고, 상기 커플링제는 접착제를 포함하는, 평면 절연 기재.
일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집될 수 있도록 평면 절연 기재 상에 위치된 미리 규정된 패턴으로서, 여기서 평면 절연 기재가 300℃ 미만의 온도에서 현저한 파손 또는 변형 없이 300℃ 미만의 파손 또는 변형점을 구성하는 미리 규정된 패턴, 및
평면 절연 기재 상에서 융해된 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자로서, 여기서 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 평면 절연 기재 상에 전도성 평면을 형성시키도록 미리 규정된 패턴에 따라 일부 또는 전부 융해되도록 배열되어 있으며, 일부 또는 전부 금속성의 전도성 입자가 미리 규정된 패턴에 따라 포집되도록 배열되어 있는 전도성 입자를 포함하고,
상기 평면 절연 기재는 미리 규정된 패턴으로서 커플링제를 함유하고, 상기 커플링제는 접착제를 포함하는, 칩셋.