KR20150077609A - 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3d 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품 - Google Patents

레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3d 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린팅에 의한 3차원 형상의 전자부품을 제조하기 위한 것으로서, 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)에 의해 3차원 형상의 전자부품으로 제작 가능한 유기물 소재와, 상기 유기물 소재에 혼합되어 제공되며, 레이저에 의해 상기 3차원 형상의 전자 부품의 특정 영역이 활성화되어 선택적 전도체 패턴의 제작이 가능한 무기물 필러 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소에 의해 3차원 형상의 전자부품을 성형하고, 상기 전자부품의 특정 성분이 활성화되도록 하여 상기 3차원 형상의 전자부품에 전도체 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

Description

레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품{Hybrid Composite materials capable of fabrication of selective conducting pattern by Laser for 3D printing, manufacturing method of 3D electronic devices with the selective conducting pattern and 3D electronic devices thereby}
본 발명은 3D 프린팅을 통해 3차원 형상의 전자부품을 제조하기 위한 것으로서, 3D 프린팅용 복합재료를 이용하여 전도체 패턴이 형성된 복잡한 형상의 전자부품을 제조할 수 있는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품에 관한 것이다.
전자, 정보통신 기술의 발달로 소형화, 고집적화된 전자회로 패턴 및 각종 전자부품의 개발이 요구되고 있다.
이러한 필요성에 의해 최근까지 크게 두가지 관점에서 연구가 되어 왔는데, 하나는 소형화, 고집적화, 패턴화된 전자부품을 제조하기 위한 제작 공정, 하나는 전자부품의 물성의 보완 및 향상을 위한 전자부품 재료의 개발에 대한 것이다.
먼저, 제작 공정 측면에서는 기재 상에 전자부품 재료를 코팅한 후, 감광액을 이용한 포토리소그래피 공정이 전기전자 부품 및 전자회로 패턴의 전 분야에 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 이는 재료의 코팅 및 식각이라는 공정을 반복함으로써 공정 자체가 번거롭고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 재료의 소모가 심하며, 감광액을 비롯한 현상액, 에칭액 등 여러가지 소재가 사용되고 이를 제거함으로 인해 환경 오염의 문제를 야기하고 있다.
그 외에 나노 임프린트 방식, 잉크젯 프린팅 방식 등이 연구되고 있으나, 나노 임프린트 방식은 상기의 포토리소그래피 공정과 유사한 단점이 있으며, 잉크젯 프린팅 방식은 재료 자체를 액상으로 가공하여야 하므로 그 재료 및 적용 분야에 있어서 한계가 있다.
한편, 상기 전자회로 패턴은 대부분 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 제공되며, PCB는 수지 기판 위에 구리 등의 도체 패턴을 상기의 포토리소그래피와 같은 공정에 전자회로 패턴을 형성하여 제조된다.
또한, 전자부품 또한 전기적 신호 전달을 위한 도체 부분과, 이를 고정시키고 PCB 기판이나 전기전자 제품 등에의 집적화가 용이하도록 수지로 된 성형물이 일체로 형성된다.
이러한 PCB 기판이나 전자부품들은 기본적으로 수지 및 도체 재료를 이용하므로 그 제조방법이 수지 부분의 가공과 도체 재료의 가공 부분으로 나누어 지게 된다.
일반적으로 수지 부분은 사출 성형 등에 의해 가공되는데, 이는 금형 제작에 비용 및 시간이 많이 소요되며, 부품 간 편차가 심하고, 패턴 구현 시 복잡한 형태의 패턴 제작에는 한계가 있고, 금형의 경우 소모품으로 수명에도 한계가 있다. 특히, 사출 부품의 경우에는 두께가 1mm 이상이어야 해서 슬림한 형태의 부품의 제작에는 어려움이 있다.
그리고 도체 재료의 가공 부분에 있어서, 전자회로 패턴의 형성은 상기와 같은 방법으로 구현될 수 있으나, 입체적인 형태의 전자부품(전극이나 안테나, 트랜지스터의 핀, 연결잭, 플렉시블한 전기전자 소자 등)의 경우에는 상기와 같은 방법의 구현이 어려우며, 또한, 회로 패턴이나 전자부품을 제조하더라도 상기 수지 부분과 도체 부분의 연결을 위해 열압착, 접착 또는 조립 등의 공정이 추가로 발생하여 그 제작 시간이 상당이 많이 걸리는 단점이 있다.
다음으로, 전자부품 재료의 측면에서는, 수지 부분은 사출성 및 성형성, 가공성이 편리하고 가격대가 맞는 재료로 많은 연구가 진행되어 왔으며, 도체 부분은 전기전도 특성이 우수한 은, 금, 구리 등의 재료가 사용되어 왔다.
그러나, 최근에는 플렉서블한 전기전자 소자로의 많은 요구가 있으며, 또한 고온, 고압 등의 환경에서도 내구성을 유지하면서, 도전성 패턴의 구현이 용이한 재료에 대한 연구가 필요한 실정이다.
이러한 다양한 요구에 맞춰, 최근에는 고경도, 고강도, 내마모성, 내부식성, 내마모성 및 내열성과 같은 우수한 물성을 지니고 있는 무기물 재료와, 상기 무기물 재료의 우수한 물성을 유지하면서 그 가공 및 적용이 편리한 유기물 재료가 혼합된 유무기 복합재료에 대한 연구가 활발하다.
그러나, 종래의 유무기 복합재료는 이를 적용할 수 있는 공정들이 대부분 습식 용액의 제조에 의한 코팅 공정을 포함하는 것과 같이 제한적이어서, 다양한 형태의 전자부품의 구현이 어려워 소비자들의 다양한 욕구와 수요를 충족시키지 못하고 있다.
미국 등록번호 US4910045. 미국 등록번호 US6696173.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 전자부품의 제작 공정에 대한 문제점과 전자부품 재료에 대한 한계를 극복하기 위한 것으로서, 3D 프린팅용 복합재료를 이용하여 전도체 패턴이 형성된 복잡한 형상의 전자부품을 제조할 수 있는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)에 의해 3차원 형상의 전자부품으로 제작 가능한 유기물 소재와, 상기 유기물 소재에 혼합되어 제공되며, 레이저에 의해 상기 3차원 형상의 전자 부품의 특정 영역이 활성화되어 선택적 전도체 패턴의 제작이 가능한 무기물 필러 소재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료를 기술적 요지로 한다.
3또한, 본 발명은 3차원 형상의 전자부품을 제조하는 방법에 있어서, 광경화 또는 열가소성 유기물 소재와 레이저에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 혼합하여 3D 프린팅용 복합재료를 준비하는 제1단계와, 상기 3D 프린팅용 복합재료를 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)시켜 3차원 형상의 전자부품을 제조하는 제2단계와, 상기 3차원 형상의 전자부품에 특정 에너지의 레이저를 조사하여 상기 무기물 필러 소재를 활성화시켜 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역에 시드 패턴을 형성하는 제3단계와, 상기 시드 패턴 상에 전도체 패턴을 형성하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
또한, 제 9항에 있어서, 상기 제 2단계 및 제3단계는, 상기 광경화성 유기물 소재를 이용한 3D 프린팅용 복합재료를 SLA(Stereolithography) 장치에 투입하여, 레이저를 조사함으로써 구현되는 것이 바람직하며, 상기 제2단계는 자외선 파장대의 레이저를 이용하며, 상기 제3단계는 300nm~1064nm 파장대의 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2단계는, 상기 열가소성 유기물 소재를 이용한 3D 프린팅용 복합재료를 FDM(Fused deposition method) 장치에 투입하여, 3차원 형상의 전자부품을 성형하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기물 소재는, 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 포함하는 광경화성 수지를 사용하거나, 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기물 필러 소재는, 구리 질화물계 소재로 Cu3N를 사용하며, 또한 구리 질화물의 착화합물(complex)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기물 필러 소재는, (1)CuCr2O4, ZnO 중 어느 하나이거나, (2)Co, Ni, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 산화물 중 어느 하나이거나, (3)Co, Ni, Cu, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 규산염, 붕산염 및 옥살산염 중 어느 하나이거나, (4)ABO2 형태의 복합체 산화물(A는 Co, Ni, Cu로부터 선택된 금속원소, B는 Ni, Mn, Cr, Al, Fe로부터 선택된 원소, A,B는 서로 다름)이거나, (5)CuCl이거나, (6)구리염으로써, Cu2(OH)PO4, 인산구리, 황산구리, 티오시안제1구리 중 어느 하나이거나, (7)PAN(polyacrylonitride)를 사용하며, 또한 상기 (1) 내지 (7)에서 선택된 재료들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 3D 프린팅용 복합재료에는, 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 마그네시아 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 무기 분말이 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명은 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)을 통해 3차원 형상의 전자부품을 성형하고, 상기 전자부품의 특정 성분이 활성화되도록 하여 상기 3차원 형상의 전자부품에 전도체 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 3D 프린팅에 의해 3차원 형상의 전자부품을 제조하므로 3차원의 슬림하면서 복잡한 형태의 전자부품의 제작이 용이하고, 전자부품의 형태에 상관없이 어떠한 위치나 형상(곡면)에도 전도체 패턴의 형성이 용이한 효과가 있다.
또한, 3D 프린팅용 복합재료를 사용함으로써, 플렉서블한 전자부품에도 전도체 패턴의 형성이 가능하여 그 적용 분야가 매우 다양할 것으로 기대된다.
도 1 - 본 발명에 따른 전도체 패턴이 형성된 전자부품의 제조방법에 대한 순서도.
본 발명은 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)를 실시하여 3차원 형상의 전자부품을 제조하고, 상기 전자부품의 특정 성분이 활성화되도록 레이저를 조사하여, 상기 3차원 형상의 전자부품에 전도체 패턴을 형성하는 것이다.
이에 의해 본 발명은 3D 프린팅 기술에 의해 3차원 형상의 전자부품을 제조하므로 3차원의 슬림하면서 복잡한 형태의 전자부품의 제작이 용이하고, 전자부품의 형태에 상관없이 어떠한 위치나 형상에도 전도체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용 분야가 매우 다양할 것으로 기대된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 전도체 패턴이 형성된 전자부품의 제조방법에 대한 순서도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 3차원 형상의 전자부품은, 광경화 또는 열가소성 유기물 소재와 레이저에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 혼합하여 3D 프린팅용 복합재료를 준비하는 제1단계와, 상기 3D 프린팅용 복합재료를 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)시켜 3차원 형상의 전자부품을 제조하는 제2단계와, 상기 3차원 형상의 전자부품에 특정 에너지의 레이저를 조사하여 상기 무기물 필러 소재를 활성화시켜 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역에 시드 패턴을 형성하는 제3단계와, 상기 시드 패턴 상에 전도체 패턴을 형성하는 제4단계로 크게 이루어진다.
이에 의해 광경화 또는 열가소가 되는 3D 프린팅용 복합재료를 제조하고, 레이저를 조사함으로써, 특정 영역에 전도체 패턴이 형성된 3차원 형상의 전자부품을 제조할 수 있는 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 3D 프린팅용 복합재료는 크게 레이저에 의해 광경화되는 유기물 소재 또는 열에 의해 열가소되는 유기물 소재와 레이저에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재로 구성되어, 고경도, 고강도, 내마모성, 내부식성, 내마모성 및 내열성과 같은 우수한 물성을 지니고 있는 무기물 재료의 특성과, 상기 무기물 재료의 우수한 물성은 유지하면서 그 가공 및 적용이 편리한 유기물 재료의 특성을 이용하고자 하는 것이다. 또한, 그 중 무기물 재료 성분은 특정 영역에서 활성화시켜 전도체 패턴을 형성하는데 이용하고자 하는 것이다.
상기 3D 프린팅용 복합재료는 상기 광경화 또는 열가소성 유기물 소재 80~95 중량부, 상기 무기물 필러 소재 5~20 중량부로 혼합하며, 전자부품의 용도 및 전도체 패턴에 면적에 따라 무기물 필러 소재의 양을 조절할 수 있다.
여기에서, 3D 프린팅 장치 중 SLA(Sterolithography)와 같은 액상 기반의 광경화형 장치의 경우에는 상기 광경화성 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 용매에 분산시켜 광경화 3D 프린팅용 복합 용액을 준비한다. 상기 용매로는 유기용매, 예를 들어 알콜 계열, 글리콜 계열 등이 사용된다.
또한, 상기 유기물 소재는 광경화성 고분자 수지, 광개시제, 반응성 희석제 및 첨가제를 포함하며, 자외선에 의해 경화되는 특성을 가지고 있다. 여기에서 자외선의 조사는 레이저에 의해 구현되며, 본 발명에서는 SLA(Sterolithography) 장치를 이용하여 레이저를 조사한다.
상기 광경화성 고분자 수지는 실제로 광경화가 되는 베이스 수지로써, 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 포함하는 광경화성 수지를 사용하며, 불포화 폴리에스테르계, 아크릴계, 에폭시계, 폴리비닐알콜계 등이 사용된다. 예컨대, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등이 가장 널리 사용된다.
상기 광개시제는 자외선을 흡수하여 라디칼 혹은 양이온을 생성시켜 광중합을 개시하는 역할을 하는 것으로서, 벤조인이서 계열을 사용하며, 상기 반응성 희석제는 상기 광경화성 고분자 수지의 점도와 반응성을 조절하기 위한 것으로서, 말단에 에폭시기를 포함하는 물질로 아크릴레이트 모노머를 사용한다.
또한, 상기 첨가제는 용도에 따라 사용되며, 반응억제제(inhibitor), 증점제, 상승제(synergists), 가소제, 분산제, 안정제 등이 사용되며, 최종 3차원 형상의 전자부품의 플렉서블한 정도에 따라 첨가제 등을 조절하여 플렉서블한 전자부품의 적용이 가능하도록 한다.
한편, 3D 프린팅 장치 중 FDM(fused deposition method)과 같은 고체 기반의 열가소형 장치의 경우에는 상기 열가소성 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 혼합하여 필라멘트 형태로 제조된 3D 프린팅용 복합재료가 제공된다.
여기에서, 상기 유기물 소재는 열가소성 고분자 수지를 사용하며, 상기 열가소성 고분자 수지는 실제로 열가소가 되는 베이스 수지로써, 예컨대 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 아크릴 수지(acrylic), 나일론 수지(nylon), 폴리아미드(polyamid), LCP(Liquid crystal polymer), PPS(polyphenylene sulfide), PC/ABS(polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene), PC(polycarbonates), SAN(Styrene-acrylonitrile), PMMA(polymethyl metacrylate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PBT(polybutylene terephthalate), PEEK(polyethylene terephthalate), POM/ Acetal(polyoxymethylene plastic), PPO(polyphenylene oxide), PSU(polysulphone ), PVC(polyvinyl chloride), UHMWPE(ultra-high-molecular-weight polyethylene) 등이 사용된다.
그리고, 본 발명에서의 상기 무기물 필러 소재는 상기 유기물 소재에 혼합되어 제공되며, 레이저에 의해 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역이 활성화되어 선택적 전도체 패턴의 제작이 가능한 것이다.
여기서, 상기 무기물 필러 소재는 질화물로 구성될 수 있고, 특히 구리 질화물(copper nitride) 소재를 활용하여 레이저 조사에 의해 활성화되는 특성을 발현할 수 있다. 예컨대, 상기 구리 질화물로는 Cu3N 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 구리 질화물의 착화합물(Ccomplex)도 사용할 수 있다.
또한, 상기 무기물 필러 소재는, (1)CuCr2O4, ZnO 중 어느 하나이거나, (2)Co, Ni, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 산화물 중 어느 하나이거나(예를 들어 Ni2O3, Co2O3, Co3O4), (3)Co, Ni, Cu, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 규산염, 붕산염 및 옥살산염 중 어느 하나이거나, (4)ABO2 형태의 복합체 산화물(A는 Co, Ni, Cu로부터 선택된 금속원소, B는 Ni, Mn, Cr, Al, Fe로부터 선택된 원소, A,B는 서로 다름)이거나, (5)CuCl이거나, (6)구리염으로써, Cu2(OH)PO4, 인산구리, 황산구리, 티오시안제1구리 중 어느 하나이거나, (7)PAN(polyacrylonitride)를 사용하며, 또한 상기 (1) 내지 (7)에서 선택된 재료들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 적정량 혼합한 용액에, 부품의 강도나 내열성 증대를 위하여 무기 분말을 더 추가할 수도 있는데, 상기 무기 분말은 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 마그네시아와 같은 재료를 단독 또는 혼합하여 사용한다.
이와 같이 유기물 소재 및 무기물 필러 소재가 준비되고 이를 이용하여 3D 프린팅용 복합재료 용액 또는 필라멘트를 제조하고 나면, 다음 단계로 광경화 3D 프린팅용 복합재료를 3D 프린팅 장치, 바람직하게는 SLA 장치 또는 FDM 장치에 투입하여, 광경화 또는 열가소를 수행하여 3차원 형상의 전자부품을 성형한다.
먼저, SLA 장치에 있어서, 레이저는 광경화 3D 프린팅용 복합재료에 있어서, 유기물 소재의 광경화 반응이 일어날 수 있는 에너지 영역대로 공급되며, 일반적으로 광경화성 유기물 소재는 자외선 영역 대에서 이루어지게 된다.
자외선 영역대의 레이저가 조사되면 유기물 소재는 광경화 반응에 의해 경화되며, 미리 설계된 설계치에 따라 광학계(렌즈 또는 미러)를 제어하면서 레이저의 조사가 이루어지고 전자부품이 제조됨에 따라 조형판이 아래로 움직이면서 소정 형상의 3차원 입체 형상의 전자부품이 완성되게 된다. 이 경우의 레이저의 파장대는 상기 무기물 필러 소재에는 어떠한 광반응을 유발시키지 않는다.
그리고, FDM 장치에 있어서 열가소성 3D 프린팅용 복합재료는 필라멘트 형태로 가공되어 노즐 안에서 녹인 후 얇은 필름 형태로 출력되어 적층해나가는 방식으로 구현되며, 고열로 필라멘트를 녹이고 노즐에서 분사되어 상온에서 고체화가 되면서, 3차원 형상의 전자부품이 성형되게 된다.
상기 유기물 소재의 광경화 또는 열가소 공정에 의해 3차원 형상의 전자부품이 완성되면, 상기 3차원 형상의 전자부품에 특정 에너지의 레이저를 조사하여 상기 무기물 필러 소재를 활성화시켜 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역에 시드 패턴을 형성하게 된다.
즉, 상기 무기물 필러 소재를 구성하는 질화물 성분과 레이저 광이 광화학 반응을 하며, 이를 이용하여 상기 3차원 형상의 전자부품 표면의 특정 영역에는 레이저가 지나간 경로를 따라 일정한 형상의 시드 패턴이 형성되게 된다.
여기에서, 무기물 필러 소재에의 레이저 조사는 상기 SLA 장치를 사용하는 경우에는 그대로 사용하며, 레이저의 파장대만을 변경하여 준다. 만약, 레이저의 파장대의 변경이 불가능하면, 광학계를 이용하여 다른 파장대의 레이저를 조사한다. FDM 장치의 경우에는 별도의 레이저 조사 장치에 투입하여 특정 파장대의 레이저를 조사한다.
특히, 상기 레이저는 광화학 반응을 통해 시드 패턴을 형성할 수 있는 정도면 제한없이 사용할 수 있으며, 예컨대 YV04 레이저 등을 사용할 수 있다.
또한, 레이저 소스는 사용되는 파장에 따라 그 파워 및 처리 속도에 변화를 줄 수 있으며, 300nm~1064nm 파장대의 레이저(308nm, 325nm, 532nm, 1064nm 레이저)를 활용할 수 있으며, 1064nm 레이저의 경우에 그 파워는 2~6watt 주파수는 40Hz의 광원이 사용될 수 있다.
그 다음, 상기 시드 패턴 상에 전도체 패턴을 형성하며, 무전해도금 공정을 이용한다. 이때, 전도체 패턴을 형성하는 도금 금속은 이온화 경향이 낮고 반응성이 낮아 안정적이며 도전성이 뛰어난 금, 은, 구리, 니켈, 주석, 크롬, 타이타늄 또는 그 합금을 이용할 수 있다.
이에 의해, 본 발명은 상기의 전자부품의 제작 공정에 대한 문제점과 전자부품 재료에 대한 한계를 극복하기 위해, 광경화 또는 열가소(fused deposition) 방식으로 3D 프린팅에 의해 3D 프린팅용 복합재료를 이용하여 슬림, 소형, 복잡한 형상의 전자부품을 용이하게 제조할 수 있으며, 상기 전자부품의 특정 성분이 활성화되도록 레이저를 조사하여, 상기 3차원 형상의 전자부품에 전도체 패턴을 간단하게 형성할 수 있는 것이다.
또한, 레이저의 조사에 의해 전도체 패턴이 형성될 부분을 활성화하여 전도체 패턴을 형성하게 되므로, 전자부품의 형태에 상관없이 어떠한 위치나 곡면 등의 형상에도 전도체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용 분야가 매우 다양할 것으로 예상된다.
따라서, 본 발명에 따라 제작된 3차원 입체 형상의 전자부품은 전극이나 트랜지스터의 핀, 연결잭, 플렉시블한 각종 전기전자 소자 등에 적용될 수 있으며, 곡면 케이스 표면에 형성되는 휴대폰 안테나 및 모터구동회로, 센서회로, 의료용 휴대기 등 폭 넓은 분야에 적용할 수 있어, 산업 발달에 기여할 것으로 기대된다.

Claims (20)

  1. 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소(fused deposition)에 의해 3차원 형상의 전자부품으로 제작 가능한 유기물 소재;
    상기 유기물 소재에 혼합되어 제공되며, 레이저에 의해 상기 3차원 형상의 전자 부품의 특정 영역이 활성화되어 선택적 전도체 패턴의 제작이 가능한 무기물 필러 소재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유기물 소재는,
    광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 포함하는 광경화성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유기물 소재는,
    열가소성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
    구리 질화물계 소재인 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 구리 질화물계 소재는
    구리 질화물의 착화합물(complex)도 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 구리 질화물은 Cu3N인 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
    (1)CuCr2O4, ZnO 중 어느 하나이거나,
    (2)Co, Ni, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 산화물 중 어느 하나이거나,
    (3)Co, Ni, Cu, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 규산염, 붕산염 및 옥살산염 중 어느 하나이거나,
    (4)ABO2 형태의 복합체 산화물(A는 Co, Ni, Cu로부터 선택된 금속원소, B는 Ni, Mn, Cr, Al, Fe로부터 선택된 원소, A,B는 서로 다름)이거나,
    (5)CuCl이거나,
    (6)구리염으로써, Cu2(OH)PO4, 인산구리, 황산구리, 티오시안제1구리 중 어느 하나이거나,
    (7)PAN(polyacrylonitride)를 사용하며,
    또한 상기 (1) 내지 (7)에서 선택된 재료들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 3D 프린팅용 복합재료에는,
    알루미나, 실리카, 지르코니아 및 마그네시아 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 무기 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료.
  9. 3차원 형상의 전자부품을 제조하는 방법에 있어서,
    광경화 또는 열가소성 유기물 소재와 레이저에 의해 활성화되는 무기물 필러 소재를 혼합하여 3D 프린팅용 복합재료를 준비하는 제1단계;
    상기 3D 프린팅용 복합재료를 3D 프린팅에 의한 광경화 또는 열가소시켜 3차원 형상의 전자부품을 제조하는 제2단계;
    상기 3차원 형상의 전자부품에 특정 에너지의 레이저를 조사하여 상기 무기물 필러 소재를 활성화시켜 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역에 시드 패턴을 형성하는 제3단계;
    상기 시드 패턴 상에 전도체 패턴을 형성하는 제4단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 유기물 소재는,
    광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 포함하는 광경화성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 유기물 소재는,
    열가소성 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
    구리 질화물계 소재인 것을 특징으로 하는 레이저에 의해 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 구리 질화물계 소재는
    구리 질화물의 착화합물(complex)도 포함되는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 구리 질화물은 Cu3N인 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 무기물 필러 소재는,
    (1)CuCr2O4, ZnO 중 어느 하나이거나,
    (2)Co, Ni, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 산화물 중 어느 하나이거나,
    (3)Co, Ni, Cu, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 규산염, 붕산염 및 옥살산염 중 어느 하나이거나,
    (4)ABO2 형태의 복합체 산화물(A는 Co, Ni, Cu로부터 선택된 금속원소, B는 Ni, Mn, Cr, Al, Fe로부터 선택된 원소, A,B는 서로 다름)이거나,
    (5)CuCl이거나,
    (6)구리염으로써, Cu2(OH)PO4, 인산구리, 황산구리, 티오시안제1구리 중 어느 하나이거나,
    (7)PAN(polyacrylonitride)인 것을 특징으로 하는 로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  16. 제 9항에 있어서, 상기 제 2단계 및 제3단계는,
    상기 광경화성 유기물 소재를 이용한 3D 프린팅용 복합재료를 SLA(Stereolithography) 장치에 투입하여, 레이저를 조사함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제2단계는 자외선 파장대의 레이저를 이용하며, 상기 제3단계는 300nm~1064nm 파장대의 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  18. 제 9항에 있어서, 상기 제 2단계는,
    상기 열가소성 유기물 소재를 이용한 3D 프린팅용 복합재료를 FDM(Fused deposition method) 장치에 투입하여, 3차원 형상의 전자부품을 성형하는 것을 특징으로 한느 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  19. 제 9항에 있어서, 상기 제4단계의 전도체 패턴은,
    무전해도금 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법.
  20. 제 9항 내지 제 19항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 전자부품.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10065860B2 (en) 2014-09-17 2018-09-04 Lg Chem, Ltd. Composition for forming conductive pattern and resin structure having conductive pattern
KR20190105178A (ko) * 2018-02-23 2019-09-16 전자부품연구원 3d 프린팅용 광경화형 복합소재
US11192300B2 (en) 2016-12-14 2021-12-07 Electronics And Telecommunications Research Institute System for and method of manufacturing three-dimensional structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910045A (en) 1987-12-23 1990-03-20 Bayer Aktiengesellschaft Process for improving the adhesive strength of electrolessly deposited metal layers on polyimide surfaces
US6696173B1 (en) 1997-07-22 2004-02-24 Lpkf Laser & Electronics Ag Conducting path structures situated on a non-conductive support material, especially fine conducting path structures and method for producing same
JP2007051237A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Techno Polymer Co Ltd 熱溶解造形用熱可塑性樹脂組成物および造形物
KR20120043393A (ko) * 2010-10-26 2012-05-04 주식회사 씨드 3차원 잉크젯 프린트 시스템 이용이 가능한 전기 또는 전자 재료용 광 경화 잉크젯 잉크 조성물의 제조방법
KR101276237B1 (ko) * 2010-12-02 2013-06-20 한국기계연구원 저온소결 전도성 금속막 및 이의 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4910045A (en) 1987-12-23 1990-03-20 Bayer Aktiengesellschaft Process for improving the adhesive strength of electrolessly deposited metal layers on polyimide surfaces
US6696173B1 (en) 1997-07-22 2004-02-24 Lpkf Laser & Electronics Ag Conducting path structures situated on a non-conductive support material, especially fine conducting path structures and method for producing same
JP2007051237A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Techno Polymer Co Ltd 熱溶解造形用熱可塑性樹脂組成物および造形物
KR20120043393A (ko) * 2010-10-26 2012-05-04 주식회사 씨드 3차원 잉크젯 프린트 시스템 이용이 가능한 전기 또는 전자 재료용 광 경화 잉크젯 잉크 조성물의 제조방법
KR101276237B1 (ko) * 2010-12-02 2013-06-20 한국기계연구원 저온소결 전도성 금속막 및 이의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10065860B2 (en) 2014-09-17 2018-09-04 Lg Chem, Ltd. Composition for forming conductive pattern and resin structure having conductive pattern
US10183866B2 (en) 2014-09-17 2019-01-22 Lg Chem, Ltd. Composition for forming conductive pattern and resin structure having conductive pattern
US11192300B2 (en) 2016-12-14 2021-12-07 Electronics And Telecommunications Research Institute System for and method of manufacturing three-dimensional structure
KR20190105178A (ko) * 2018-02-23 2019-09-16 전자부품연구원 3d 프린팅용 광경화형 복합소재

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