KR20190104182A - 잉크젯 프린팅을 사용한 리지드-플렉시블 인쇄 회로 보드 제조 - Google Patents

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KR20190104182A
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힐라 에리메레츠
마티아스 사멧밴드
델리나 다마토브
알릭 벨리츠키
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나노-디멘션 테크놀로지스, 엘티디.
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Abstract

본 개시내용은 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 직접 프린팅을 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은, 플렉시블 및 리지드 전도성 및 유전성 잉크 조성물과의 프린트 헤드의 조합을 사용하여, 리지드-플렉시블 전자장치, 예를 들면, 리지드-플렉시블 PCB, FPC, TFT, 안테나 태양 전지, RFID 등의 직접적인, 옵션 사항으로 동시적인 잉크젯 프린팅을 위한 방법, 시스템 및 조성물에 관한 것이다.

Description

잉크젯 프린팅을 사용한 리지드-플렉시블 인쇄 회로 보드 제조
본 개시내용은 리지드-플렉시블 인쇄 회로 보드(rigid flexible printed circuit board)의 직접 프린팅을 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은, 플렉시블 및 리지드 전도성 및 유전성 잉크 조성물과의 프린트 헤드의 조합을 사용하는 리지드-플렉시블 회로 보드 및/또는 플렉시블 전자장치의 직접 잉크젯 프린팅을 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다.
플렉시블 리지드 복합 전자장치(flexible-rigid composite electronics)는, 신장(stretching)뿐만 아니라 굴곡 유연성(bending flexibility) 둘 모두의 속성을 나타낼 수 있는 차세대 전자장치를 대표한다. 이들 속성은, 전자 디바이스에게, 굴곡(bending) 및 비틀림(twisting)에 대한 순응성뿐만 아니라 큰 변형률(strain scale)에 걸쳐 신장 및 압축하는 성능을 제공한다. 신장 가능한(stretchable) 전자장치는, 그들의 부드럽고 플렉시블 성질 때문에, 생의학 공학 분야, 예를 들면, 표피 전자 디바이스(epidermal electronic device) 및 이식 가능한 디바이스에서 큰 잠재력을 나타내고 있다. 뿐만 아니라, 웨어러블 전자장치, 및 만곡된 오브젝트(curved object) 상에 배치될 센서, 복잡한 기하학적 형상을 갖는 안테나 또는 RFID와 같은 다른 산업에 대한 증가하는 수요에서도, 큰 잠재력을 나타내고 있다.
플렉시블 전자장치의 분야에서의 진보는, 다수의 중요한 신기술(emerging technology)에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 예를 들면, 플렉시블 센서 어레이, 전자 종이, 웨어러블 전자 디바이스, 및 대면적의 플렉시블 액티브 매트릭스 디스플레이에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 또한, 플렉시블 통합 전자 시스템 및 처리 방법의 개발은 또한, 마이크로 및 나노 유체, 센서 및 스마트 스킨(smart skin), 무선 주파수 식별 시스템(radio-frequency identification system: RFID), 정보 저장, 및 마이크로 및 나노전자기계 시스템을 포함하는 여러 가지 다른 중요한 기술에 상당한 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 그러나, 플렉시블 전자장치 기술의 이들 응용의 성공은, 새로운 재료의 지속적인 개발, 및 굽혀진(flexed), 변형된(deformed) 그리고 굴곡된(bent) 구조에서 양호한 전자적, 기계적 및 광학적 속성을 나타내는 통합 전자 회로 및 디바이스를 만들기 위한 상업적으로 실현 가능하고 확장 가능한 제작 경로에 의존한다.
플렉시블 전자장치는, 현재로서는, 플렉시블 기판 상으로 전자 디바이스를 퇴적하는 것에 의해 전자 회로를 구축하기 위한 기술을 가리킨다. 깨지기 쉬운 반도체 웨이퍼 상에 구축되는 종래의(리지드) 마이크로전자장치와 동일한, 그러나 광학적 투명성에 대응하는, 경량일 수 있고, 신장 가능한/굴곡 가능한 포맷일 수 있으며 큰 면적에 걸쳐 빠르게 프린트하기에 용이할 수 있는 성능을 갖는 플렉시블 전자장치를 제조하는 것은, 플렉시블 디스플레이, 박막 태양 전지, 대면적 센서 및 액추에이터와 같은 다양한 애플리케이션을 가능하게 하는 것으로 나타났다. 이들 애플리케이션 모두에서, 회로 및 그 상에 통합되는 컴포넌트 둘 모두의 유연성은, 통상적인 리지드 회로와의 주요한 차이점을 나타낸다. 현재까지, 무기 재료(inorganic material)에 기초하여 굴곡 가능한(기계적 장력과 대응하는 연신율(elongation) 사이의 비율에 비례하는 재료 속성 또는 파라미터 및 따라서 재료의 강성(stiffness)의 척도를 설명하는 탄성의 계수인 영률(Young's modulus)에 의해 지배됨) 그리고 신축 가능한(길이에서의 변화에 따른 폭에서의 상대적 변화의 측정치, 또는 스트레칭 동안 "넥 인(neck in)하는" 컴포넌트의 경향을 가리키는 푸아송 비(Poisson ratio)에 의해 지배됨) 전자장치를 설계하는 것은, 그들의 작은 파괴 변형(fracture strain)(높은 영률 및 1의 푸아송 비율에 기인하여 도전 과제인 것으로 입증되었다. 플렉시블 전자장치의 통상적인 실시형태는 굴곡 또는 신장에 의해 야기되는 변형을 최소화하기 위해 기판 상에서 반도체, 도체, 및/또는 절연체로서 채택되는 무기물의 박막이다. 다른 실시형태는, 회로 재료 그 자체에서 실질적인 변형 없이 완전히 가역적인 신장성/압축성을 제공할 수 있는 파형 패턴의 회로에 의해 표현된다.
전자 디바이스/커넥터/인쇄 회로 보드/안테나/센서/RFID 등의 제조를 위한 유기 및/또는 금속 재료로 구성되는 플렉시블 및/또는 신장 가능한/굴곡 가능한 리지드 플렉스 2차원 또는 3차원 플렉시블 전자장치(flexible and/or stretchable/bendable rigid-flex two or three-dimensional flexible electronics)가 본 명세서에서 제공된다. 용어 "굴곡 가능한(bendable)"은, 재료, 구조체, 디바이스 또는 디바이스 컴포넌트의 파괴 지점(failure point)을 특성 묘사하는 변형과 같은 유의미한 변형을 도입하는 변형을 받지 않으면서 만곡된 형상(curved shape)(예를 들면, 도 2 내지 도 4c 참조)으로 변형되는 재료, 구조체, 디바이스 또는 디바이스 컴포넌트의 능력을 나타내는 기계적 속성을 가리킨다. 예시적인 실시형태에서, 플렉시블 재료, 구조체, 디바이스 또는 디바이스 컴포넌트는, 약 300% 이상의 변형을 도입하지 않으면서 만곡된 형상으로 변형될 수도 있다. 마찬가지로, "확장 가능한(extensible)" 및 "신장 가능한(stretchable)"은 본 설명에서 동의어적으로 사용될 수 있으며, 파괴를 겪지 않으면서 변형되는 재료, 구조체, 디바이스 또는 디바이스 컴포넌트의 능력을 가리킨다. 본 발명의 몇몇 신장 가능한 재료, 구조체 및 디바이스는, 기계적 파괴 없이 적어도 약간의 팽창 및/또는 압축을 나타낼 수 있다. 하나의 실시형태에서, 본 발명의 신장 가능한 구조체는, 자신의 전체 풋프린트 면적에서 소정의 방향을 따라, 그리고 몇몇 실시형태에서는, 서로 직교하게 배향되는 방향과 같은 두 개의 방향을 따라 약 5%만큼 변화를 겪을 수 있다. 신장 가능성은, 몇몇 실시형태에서, 서로에 대해 이동 또는 변위될 수 있는 사용되는 재료의 구조체 요소에 의해 야기된다.
플렉시블 리지드 복합 오브젝트(플렉시블 리지드 전자장치)는, 단일의 전체 제품이 플렉시블 및 리지드 성분 둘 모두로 구성되는 하이브리드 복합체를 나타내는데, 여기서 플렉시블 및 리지드 성분의 각각, 또는 둘 모두는, 유기 또는 금속 재료 중 어느 하나, 또는 둘 모두로 구성된다. 그러한 리지드 플렉스 전자 디바이스를 형성하는 능력은, 조밀한 집적 회로에서의 트랜지스터의 수가 약 2년마다 두 배가 된다는 것을 주장하는 무어 법칙(Moor Law)으로 알려진 전자 업계의 주요 이슈 중 하나를 해결할 수도 있다. 이 투영은 집적 회로에 의해 점유되는 공간을 확장시키는 것으로 나타났다. 그러나, 이식된 의료 디바이스의 경우와 같이, 전자 디바이스에 의해 점유되는 공간이 제한되는 곳은, 디바이스를 접는 것, 또는 높은 표면적 및 낮은 공간 점유도를 갖는 복잡한 3차원의 기하학적 형상으로 전자 디바이스를 제조하는 능력을 필요로 하게 된다.
플렉시블 리지드 복합 회로 보드는, 플렉시블 및 리지드 회로 보드가 서로 연결되어 단일의 복합 회로 보드를 형성하는 인쇄 회로 보드(printed circuit board: PCB)의 하이브리드 복합체를 나타낸다. 다층 플렉시블 리지드 회로 보드 복합체의 다양한 층은 통상적으로 금속으로 코팅된 관통 개구(through opening)를 통해 연결된다.
플렉시블 연결 브리지를 리지드 또는 보강된(stiffened) PCB에 고정시키는 것은 통상적으로, 고 비용의 전자 컴포넌트 내의 플렉시블 기판을 사용한 패키징, 즉, 구축 및 연결 기술의 이점을 활용하기 위해 수행되는데, 이 경우, 비용의 이유 때문에 훨씬 더 비용 효율적인 리지드 회로 보드가 사용된다. 통상적으로 핫 바 솔더링(hot bar soldering) 또는 레이저 솔더링(laser soldering)에 의한 그러한 연결 단계는, 별개의 단계에서 회로별로 수행된다.
분리된 플렉시블 연결 브리지 및 PCB 구조체의 추가적인 핸들링 및 위치 결정은 자동화하기가 어려운데, 이것은 높은 생산 비용으로 나타나고 플렉시블 연결 생산을 위한 사이클 시간을 감소시킨다. 의료용 임플란트에서 사용되는 것과 같은 소형 PCB 구조체에서, 이들 문제는 여전히 더 증가된다. 또 다른 이슈는, 플렉시블한 것을 반복적으로 변형시킬 때 반복된 사용에서의 박리(delamination) 및 접촉 열화(contact deterioration)이다.
본 개시내용은 상기 식별된 문제점 중 하나 이상을 극복하는 것에 관한 것이다.
다양한 실시형태에서, 플렉시블 및 리지드 전도성 및 유전성 잉크 조성물과의 프린트 헤드의 조합을 사용하는 리지드-플렉시블 전자장치 및/또는 플렉시블 도체의 직접 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법 및 조성물이 개시된다.
일 실시형태에서, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법이 본 명세서에서 제공되는데, 그 방법은 다음의 것을 포함한다: 적어도 하나의 어퍼처(aperture), 리지드 수지 잉크 저장소(rigid resin ink reservoir), 및 어퍼처를 통해 리지드 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 수지 펌프(rigid resin pump)를 구비하는 제1 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 금속 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 리지드 금속 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 금속 잉크 펌프를 구비하는 제2 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 수지 잉크 저장소(flexible resin ink reservoir), 및 어퍼처를 통해 플렉시블 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 제3 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크(flexible conductive inkjet ink)를 공급하도록 구성되는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 제4 프린트 헤드; 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각으로 기판을 이송하도록 구성되는, 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되는 컨베이어; 및 데이터 프로세서; 불휘발성 메모리; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 2D 또는 3D 시각화 파일을 수신하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 프린트하기 위한 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 생성하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택을 수신하기 위한; 그리고 파라미터의 선택 중 적어도 하나에 기초하여 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 수정하기 위한 불휘발성 메모리 상에 저장되는 실행 가능 명령어의 세트를 포함하는 컴퓨터 지원 제조(computer aided manufacturing: "CAM") 모듈로서, CAM 모듈은 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각을 제어하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈을 포함하는 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 것; 리지드 수지 잉크젯 잉크 조성물, 리지드 금속 잉크젯 잉크 조성물, 플렉시블 수지 잉크 조성물, 및 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것으로서, 2D층은 리지드 수지 잉크젯 잉크, 리지드 금속 잉크젯 잉크, 플렉시블 수지 잉크젯 잉크, 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크, 또는 2종 이상을 포함하는 조합물을 나타내는 패턴을 포함하는, 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것; 제1 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 경화시키는 것; 제3 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 고화시키는 것; 제2 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 고화시키는 것; 제4 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 전도성 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 패턴을 고화시키는 것.
다른 실시형태에서, 단일의 리지드 수지 잉크 조성물을 구비하는, 또는 제1 리지드 수지 잉크와는 상이한 또는 동일한 별개의 리지드 수지 잉크를 갖는 전용 추가 프린트 헤드를 갖는 전용 프린트 헤드에서, 리지드 수지 잉크는 광중합성 모노머, 올리고머 또는 그들의 조합, 고분자량 폴리머의 콜로이드 분산액, 폴리머 용액 또는 이들의 조합의 혼합물일 수 있다.
일 실시형태에서, 리지드 금속 잉크는 용매 중의 금속 나노입자의 분산액 또는 금속 전구체 용액 또는 분산액 또는 이들의 조합일 수 있다.
여전히 다른 실시형태에서, 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 방법은 다음의 것을 더 포함한다: 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것, 가교 결합시키는 것 또는 작용화시키는(functionalizing) 것 또는 고화시키는 것으로서, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물은 제1 또는 제2 프린트 헤드에서의 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물과는 상이한 리지드 또는 플렉시블 수지 조성물을 구비하는, 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것, 가교 결합시키는 것 또는 작용화시키는 것 또는 고화시키는 것.
리지드-플렉시블 오브젝트 및/또는 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위해 잉크젯 프린팅을 사용하기 위한 방법 및 조성물의 이들 및 다른 특징부는, 제한적인 것이 아니라 예시적인 도면 및 예와 연계하여 판독될 때, 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
착색된 수지 금속 제조 방법 및 조성물의 더 나은 이해를 위해, 그 실시형태와 관련하여, 수반하는 실시예 및 도면에 대한 참조가 이루어진다:
도 1a는, 전도성 금속 패턴이 플렉시블 수지로 프린트되는 플렉시블 PCB를 예시하는데, 그 개략적인 단면은 도 1b에서 예시된다;
도 2는 플렉시블 수지 상에 금속 패턴이 프린트되는 플렉시블 도체를 예시한다; 그리고
도 3은, 본 명세서의 이하에서 제공되는 시스템, 방법 및 조성물을 사용하여 제조되는 T자 형상의 리지드-플렉시블 리지드(rigid-flexible-rigid) PCB를 예시하는데, 네 개의 리지드 섹션이 세 개의 플렉시블 부분에 의해 연결되어 있다;
도 4a는 T자 다리(leg)의 선단 상의 리지드 부분의 굴곡 가능성(bendability)을 예시하는데, 도 4b에서는, 최대 90°에 있는 교차 암의 굴곡 가능성이 예시되고, 도 4c에서는 최대 90도°에 있는 모든 플렉시블 부분의 굴곡 가능성이 예시된다;
도 5는, 설명되는 방법 및 조성물의 실시형태를 사용하여 제조되는 플렉시블 전도성 스트립의 굴곡 반경(bending radius)을 도시한다;
도 6은, 8㎜ 반경까지 50 회 반복된 굴곡 이후의 도 5의 스트립의 상면도를 도시한다;
도 7은, 설명되는 조성물 및 방법의 실시형태를 사용하여 제조되는 FPC를 예시한다;
도 8은, 도 7의 FPC의 굴곡 반경을 도시한다; 그리고
도 9는, 도 7의 FPC에 대한 수율 테스트의 결과를 도시한다.
플렉시블 및 리지드 전도성 및 유전성 잉크 조성물과의 프린트 헤드의 조합을 사용하는 리지드-플렉시블 오브젝트 및/또는 플렉시블 전자장치의 직접 잉크젯 프린팅을 위한 방법 및 조성물의 실시형태가 본 명세서에서 제공된다.
플렉시블 연결 브리지를 리지드 또는 보강된 PCB에 고정시키는 것은 통상적으로, 고 비용의 전자 컴포넌트 내의 플렉시블 기판을 사용한 패키징, 즉, 구축 및 연결 기술의 이점을 활용하기 위해 수행되는데, 이 경우, 비용의 이유 때문에 훨씬 더 비용 효율적인 리지드 회로 보드가 사용된다. 통상적으로 핫 바 솔더링 또는 레이저 솔더링에 의한 그러한 연결 단계는, 별개의 단계에서 회로별로 수행된다.
분리된 플렉시블 연결 브리지 및 PCB 구조체의 추가적인 핸들링 및 위치 결정은 자동화하기가 어려운데, 이것은 높은 생산 비용으로 나타나고 플렉시블 연결 생산을 위한 사이클 시간을 감소시킨다. 의료용 임플란트에서 사용되는 것과 같은 소형 PCB 구조체에서, 이들 문제는 여전히 더 증가된다.
리지드-플렉시블 전자 컴포넌트의 제조에서의 주요 고려 사항은, 비용, 스루풋, 달성 가능한 특징부 사이즈, 및 각각의 부분(즉, 전자장치 컴포넌트의 리지드 및 플렉시블 부분)에서 사용되는 재료와의 호환성이다. 플렉시블 전자장치(예를 들면, TFT, 센서 등) 제조는 전도성 재료(트레이스(trace))와 관련되는 계속되는 도전 과제를 제시한다. 예를 들면, 소스와 타깃 사이의 길이를 정의하는 고해상도 패턴화 기술은, 전류 출력, 스위칭 속도 등에 대한 그것의 영향에 기인하여, TFT(thin-film transistor: 박막 트랜지스터)의 제조에 중요하다. 선택적 리소그래피에 주로 의존하는 현재의 기술은, 비록 고해상도를 가지지만, 리지드-플렉시블 전자장치에 잘 적합되지 않는데, 그 이유는, 그들의 프로세스가 매우 복잡하고, 비용이 많이 들고, 시간 소모적이며, 낭비적이고, 작은 영역의 패턴화에 대해서만 적절하기 때문이다. 또한, 그것은, 플라스틱 기판과 호환되지 않을 수도 있는 레지스트, 용매 및 현상액과의 많은 단계를 필요로 한다. 더구나, 기저의(underlying) 층을 에칭하고 포토레지스트를 제거하는 것은, 대부분의 유기 전자 재료 및 폴리머 기판의 활동(activity)을 파괴할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 프린팅 방법은, 퇴적 및 패턴화 재료를 단일의 단계에서 구현한다. 현재, 주로 두 종류의 프린팅 방법이 존재한다: (1) 전사 프린팅과 같은, 플렉시블 기판으로의 완성된 회로의 전사 및 본딩; (2) 잉크젯 프린팅 및 마이크로 컨택트 프린팅(소프트 리소그래피)과 같은, 플렉시블 기판 바로 위에서의 직접적인 회로의 제조. 전사 프린팅에서는, 전체 구조체가 Si 웨이퍼 또는 유리판 상에서 표준 방법에 의해 제조되고, 그 다음, 플렉시블 기판으로 전사되는데, 이것은 플렉시블 기판 상에 고성능 디바이스를 제공하는 이점을 갖는다. 그것은 고해상도 리소그래피 및 고온 퇴적 기술로부터 주로 이익을 얻는다. 그것의 단점은, 작은 표면적 커버리지 및 광학 리소그래피와 비교되는 높은 비용이다. 마이크로 컨택트 프린팅은 마스크로서 사용되는 멀티레벨 패턴을 생성하고, 높은 스루풋 배치(batch) 또는 롤 투 롤(Roll-to-Roll: R2R) 기술과 호환된다. 통상적인 프린팅 방법은, 현재로서는, 본 명세서에서 개시되고 청구되는 바와 같은 지지체 또는 기판 없이, 일회용(disposable) 기판 또는 척(chuck)(또는 지지체 분말(support powder)) 바로 위에서의 리지드 부분 및 플렉시블 부분(전도성 및/또는 유전성)의 직접적인(그리고 옵션 사항으로 동시적) 프린팅을 수반하지 않는다.
일 실시형태에서, 본 명세서에서 개시되는 조성물, 방법 및 프린팅 시스템을 사용하여 비접촉 패턴화, 저온 프로세스, 첨가제 패턴화, 실시간 조정, 3차원 구조화, 등록 용이성, 유기/무기 재료의 프린트 가능성, 저비용, 대면적과의 호환성 및 높은 스루풋 처리를 허용할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 방법을 사용하는 잉크젯 프린팅은, 예를 들면, 패턴 품질이 광학기기(optics)의 초점 심도에 의해 더 이상 제한되지 않는 환경에서, 이점을 갖는다. 본 명세서에 설명되는 방법, 조성물 및 시스템은 유기 및 무기 재료와의 우수한 호환성을 가질 수 있다. 또한, 데이터/컴퓨터 구동 프로세스이므로, 본 명세서에서 설명되는 방법, 조성물 및 시스템은 CAD/CAM으로부터 직접적으로 디바이스를 제조할 수 있다. 그것은 다양한 전자장치를, 플렉시블이든 또는 리지드이든 간에, 큰 영역에 걸쳐 동적으로 안팎으로 일치시킬 수 있고 실시간 정렬로 정렬할 수 있다. 비접촉 패턴화로서, 본 명세서에 설명되는 방법, 조성물 및 시스템은 오염을 최소화하도록 적응될 수 있다. 높은 나노스케일 해송도에서의 결합된 플렉시블 및 리지드 부분의 동시적 패턴화에 기인하여, 스택에서의 국소화된 및 층별 왜곡과 같은 불완전함은 대부분 존재하지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 방법, 조성물 및 시스템은 물리적 마스크에 대한 필요성이 없는 드랍 온 디맨드(drop-on-demand: DOD) 프로세스를 제공하고, 재료는 그것이 필요로 되는 곳에서 필요로 되는 양으로만 도포된다. 더구나, 본 명세서에서 설명되는 방법, 조성물 및 시스템은 유저가 복잡한 3차원 형상을 갖는 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 설계하고 신속하게 제조하는 것을 허용할 수 있다. 그리고, 마이크로구조체는 소프트웨어 기반의 프린터 제어 시스템을 통해 신속하게 변경될 수 있다.
본 명세서에 설명되는 방법은, 잉크젯 프린팅 디바이스를 사용하는, 또는 여러 가지 패스(pass)를 사용하는 연속적인 적층 가공 프로세스(additive manufacturing process)에서 플렉시블 및 리지드 전도성 및 유전성 잉크 조성물과의 프린트 헤드의 조합을 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트 및/또는 플렉시블 전자장치를 형성/제조하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 방법을 사용하여, 열경화성 리지드 수지 재료가 복합 컴포넌트의 리지드 수지 부분을 형성하기 위해 사용될 수 있는데, 리지드 수지 부분은, 통상적으로 하나의 실시형태에서 동시에 형성되거나, 또는 다른 실시형태에서는 별개로 착색되고, 플렉시블 부분은, 각각 다시, 리지드 전도성 금속 트레이스 또는 플렉시블 전도성 재료와는 별개로 또는 동시에, 플렉시블 전도성 패턴 또는 트레이스 또는 컨택트를 형성한다. 이들 컴포넌트. 본 명세서에 설명되는 방법 및 조성물을 사용하여, 그 별개의 제조 및 어셈블리는 제거될 수 있고, 본 명세서에 설명되는 방법 및 조성물을 사용하여, 복잡한 기하학적 형상에 대한 더 나은 제어 및 신속한 프로토타이핑(prototyping)뿐만 아니라 리지드 플렉스 전자장치의 대량 생산이 달성될 수 있다.
따라서 그리고 일 실시형태에서, 일회용 박리 가능한 또는 제거 가능한 기판 바로 위로, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법이 본 명세서에서 제공되는데, 방법은 다음의 것을 포함한다: 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 리지드 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 수지 펌프를 구비하는 제1 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 금속 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 리지드 금속 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 금속 잉크 펌프를 구비하는 제2 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 플렉시블 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 제3 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 제4 프린트 헤드; 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각으로 기판을 이송하도록 구성되는, 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되는 컨베이어; 및 데이터 프로세서; 불휘발성 메모리; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 프린트하기 위한 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 생성하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택을 수신하기 위한; 그리고 파라미터의 선택 중 적어도 하나에 기초하여 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 수정하기 위한 불휘발성 메모리 상에 저장되는 실행 가능 명령어의 세트를 포함하는 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈로서, CAM 모듈은 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각을 제어하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈을 포함하는 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 것; 리지드 수지 잉크젯 잉크 조성물, 리지드 금속 잉크젯 잉크 조성물, 플렉시블 수지 잉크 조성물, 및 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것으로서, 2D층은 리지드 수지 잉크젯 잉크, 리지드 금속 잉크젯 잉크, 플렉시블 수지 잉크젯 잉크, 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크, 또는 2종 이상을 포함하는 조합물을 나타내는 패턴을 포함하는, 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것; 제1 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 경화시키는 것; 제3 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 고화시키는 것; 제2 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 소결시키는 것; 제4 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 전도성 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 패턴을 가교 결합시키는 것.
본 명세서에서 사용될 때, 가교 결합은, 전도성 수지이든 또는 플렉시블 유전성 수지이든 간에, 플렉시블 수지의 작용화(functionalization), 다시 말하면, 제한된 양식으로, 장쇄 분지 전구체(long-chain branch precursor)를 따르는 다른 곳에서 하나 이상의 연결(linkage)을 통해 연결되어, 교차 결합된 네트워크가 아닌 이형의 장쇄 분지형 조성물(heteromorphic long chain branched composition)을 형성하는 것을 설명하기 위한 일반적인 용어로서 사용된다. 작용화는 또한, 폴리머 골격(polymer backbone), 또는 폴리머 골격의 일부가 아닌 작용기(functional group) 중 어느 하나에서 치환된 반응물을 갖는 다작용성 폴리머에서 분지형 폴리머의 중합을 개시하는 것을 통할 수 있다. 분지화(branching)를 제어하는 것은, 예를 들면, 다음의 것을 제어하는 것에 의해 행해질 수 있다: 폴리머 수 평균 분자량, (광)개시제의 농도, UV 노출 시간, 온도, 개시제의 타입 등. 분지화는, 예를 들면, 적어도 6개의 탄소의 사슬 길이를 의미하는 장쇄 분지화(long-chain branching: LCB)일 수 있는데, 이를 초과하는 길이는 13C 핵자기공명 분광법(nuclear magnetic resonance spectroscopy)을 사용하여 구별될 수 없다. 각각의 장쇄 분지는 폴리머 골격과 동일한 코모노머 분포를 가지며, 자신이 부착되는 폴리머 골격만큼 길 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 "리지드-플렉시블" 또는 "리지드-플렉시블 리지드" 전자 오브젝트의 "리지드 수지" 또는 "리지드 부분" 또는 그것의 리지드 부분과 와 관련한 용어 "리지드"는, 본 명세서에서, 그 자신의 형상을 스스로 유지하는 그리고 잉크젯 프린팅에 의해 수행될 때 또는 플렉시블 부분(예를 들면, 플렉시블 수지 컴포넌트 및/또는 플렉시블 전도성 수지 부분)에 의해 구속될 때 자기 자신의 중량의 결과로서 유의미하게 변형되지 않는 재료를 의미하기 위해 사용되며, 이 경우, 영률(λ)은, 극도로 플렉시블하게 유지되고 실질적으로 제로인 영률을 갖는 겔과는 달리, 200㎫보다 더 크다. 본 명세서에서 제공되는 재료에 대한 영률은, 약 1 내지 약 3 mPa 사이, 또는 약 1.5 mPa 내지 약 2.7 mPa 사이일 수 있다. 또한, 용어 "플렉시블 인쇄 회로"는 상대적으로 얇은 시트 형상의 인쇄 회로 및 상대적으로 두꺼운 보드 형상의 인쇄 회로를 둘 모두를 포함해야 한다. 플렉시블 인쇄 회로는 또한, "플렉시블 인쇄 회로 케이블(flexible printed circuit cable: FPCC)"로 칭해질 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 다양한 층을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "플렉시블"은, 재료가 실질적으로 흐늘흐늘한 상태로 유지되고, 실질적으로 균일한 약식으로 2차원 또는 3차원 특징부에 순응되는 능력을 갖는다는 것을 의미하도록 의도된다. 따라서, 용어 "플렉시블" 및 유사한 용어는, 수지 폴리에스터 엘라스토머의 굴곡에서의 계수(modulus)가 10000 kgf/㎠ 이하인 것이 바람직하다는 것을 나타낸다. 상기 설명된 정의 내에 속하는 굴곡에서의 사실상 임의의 목적하는 계수는, 가교 결합의 정도 및 중합 동안 사용되는 코모노머 성분의 타입 및/또는 양을 선택적으로 변경하는 것에 의해 본 명세서에서 제공되는 엘라스토머의 구조적 배열을 선택적으로 조정하는 것에 의해 달성될 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트(예를 들면, 리지드-플렉시블 리지드 PCB 및/또는 FPC)를 제조하기 위한 방법 및 시스템에서 사용되는 잉크젯 프린팅 시스템은 추가적인 프린트 헤드를 더 포함할 수 있는데, 추가적인 프린트 헤드는 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하고, 방법은 다음의 것을 더 포함한다: 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것, 가교 결합시키는 것 또는 작용화시키는 것 또는 고화시키는 것으로서, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물은 제1 또는 제2 프린트 헤드에서의 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물과는 상이한 리지드 또는 플렉시블 수지 조성물을 구비하는, 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것, 가교 결합시키는 것 또는 작용화시키는 것 또는 고화시키는 것. 또한, 특정한 잉크 타입을 위해 각각 전용되는 추가적인 프린트 헤드가 전자 컴포넌트의 타입, 애플리케이션 및 그것의 사용 조건에 기초하여 요구에 따라 추가되는 실시형태의 상황이 포괄된다.
더구나, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 형성하는 방법은, 제1 프린트 헤드, 및/또는 제2 프린트 헤드를 사용하는 단계 이전에, 박리 가능한, 또는 제거 가능한 기판을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 옵션 사항인 박리 가능한 기판도 또한 리지드 또는 플렉시블 중 어느 하나일 수 있다. 용어 "박리 가능한(peelable)"은, 일 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 형성하기 위한 방법, 조성물 및 키트에 의해 생성되는 표면과 같은 표면에 제거 가능하게 도포될 수 있고 부착될 수 있으며, 후속하여, 그 표면으로부터 힘에 의해 제거될 수 있는 재료를 가리킨다. 본 발명의 조성물 및 방법에 따르는 박리 가능한 막은 프린터의 컨베이어 벨트 상에 배치되는 척에 접착식으로(adhesively) 그리고 제거 가능하게 도포될 수 있으며, 강제로 제거되는 것에 의해, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 층을 노출시킨다.
제거 가능한 기판은 또한, 척에 도포될 수 있고, 굳혀질 수 있고, 나중에 제거될 수 있는 분말, 예를 들면, 세라믹 분말일 수 있다. 기판의 선택은, 예를 들면, 최종 복합 컴포넌트의 용도 및 구조에 의존할 수 있다. 더구나, 기판의 제거는, 전체 컴포넌트의 제조의 끝에서, 제1의 2D층의 제조의 끝에서, 또는 이들 사이의 임의의 단계에서 발생할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 형성하는 방법은, 상기에서 설명되는 바와 같이, 기판을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 수지 및/또는 금속 잉크를 퇴적하는 프린트 헤드(및 그 파생물; 제어된 방식으로 표면 상에 재료를 퇴적, 전사 또는 생성하는 임의의 디바이스 또는 기술을 가리키는 것으로 이해되어야 함)는, 요구에 따라, 다시 말하면, 컨베이어 속도, 목적하는 플렉시블 전도성 층 두께 및/또는 길이, 층 타입, 요구되는 층 유연성(다시 말하면, 초기 2D 구성에 비해 컴포넌트가 얼마나 멀리 굴곡되어야 하는지) 등과 같은 다양한 미리 선택된 프로세스 파라미터의 함수로서, 잉크 액적(들)을 제공하도록 구성될 수 있다. 제거 가능한 또는 박리 가능한 기판은 또한, 상대적으로 리지드 재료, 예를 들면, 유리 또는 결정(예를 들면, 사파이어)일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 박리 가능한 기판은, 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트로부터 기판의 용이한 박리를 허용하기 위한 플렉시블(예를 들면, 롤러블(rollable)) 기판(또는 막), 예를 들면, 폴리(에틸렌나프탈레이트)(PEN), 폴리이미드(예를 들면, 듀폰사(DuPont)에 의한 KAPTONE®), 실리콘 폴리머, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET, bopth cPET 또는 aPET), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE)막 등일 수도 있다. 또한, 기판은, 예를 들면, 세라믹 분말일 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 물품 및 컴포넌트를 제조 또는 형성함에 있어서, 리지드 또는 플렉시블 성분 수지 및/또는 리지드 금속 재료 또는 플렉시블 전도성 재료의 실질적 2D층을 퇴적하는 것에 의해, 지지 층 또는 구조체가, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 물품 및 컴포넌트의 실질적인 2D 표현의 일부로서 퇴적될 수 있다. 이 지지체는 제거 가능할 수 있고, 후속하여 프린트되는 오버행(overhanging) 부분 아래에 또는 부품 또는 컴포넌트 재료 자체에 의해 지지되지 않는 미래의 캐비티(cavity) 내에 배치될 수 있다. 부품 재료가 퇴적되게 하는 동일한 퇴적 기술을 활용하여, 지지 구조체가 구축될 수도 있다. 일 실시형태에서, CAM 모듈은 형성되는 복합 컴포넌트를 나타내는 3D 시각화 파일의 오버행 또는 자유 공간 세그먼트에 대한, 그리고 다른 상황에서는, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 형성되는 컴포넌트의 측벽에 대한, 지지 구조체로서 작용하는 추가적인 기하학적 구조를 생성할 수 있다. 지지체 재료는, 예를 들면, 제조 동안 부품 재료에 접착되도록, 그리고 프린팅 프로세스가 완료되는 경우 본 명세서에서 설명되는 완성된 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 컴포넌트로부터 제거 가능하도록 구성될 수 있다.
용어 "지지체"는 본 명세서에서 사용될 때, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 본 명세서에서 설명되는 컴포넌트의 제조 동안, 구축된 착색 수지 및/또는 금속 재료의 복수의 층에 구조적 지지를 제공하기 위해 사용되는 지지체 재료의 하나 이상의 층을 가리킨다. 예를 들면, 지지체 재료는, 수지 잉크 재료의 경화를 위해 사용되는 화학 방사선(actinic radiation)에 노출될 때, 수지 잉크 재료와 반응할 수 있는 적어도 하나 이상의 작용기를 포함하는 왁스일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 왁스 내의 작용기는, 구축 재료(build material)의 경화, 및 3D 물품의 후속하는 형성을 위해 통상적으로 사용되며, 중온 가열(mild heating) 하에서 나중에 용융되어 제거되는 광개시제의 존재 하에서 구축 재료와 반응할 수 있다. 추가적인 지지체 재료는, 예를 들면, 가교 결합되지 않은 용매/수용성 재료일 수 있는데, 이것은 - 일단 프린트 프로세스가 완료되면 - 지지 구조체가 상대적으로 쉽게 씻겨 나가는 것을 허용한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 쉽게 망가지는 지지체 재료(breakaway support material)가 또한 가능할 수 있는데, 이것은 그들을 수동으로 스냅핑하는 것에 의해 부품으로부터 제거될 수 있다.
다른 실시형태에서, 본 명세서에 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 시스템에서 사용되는 지지체 재료는, 지지체를 통한 노출을 수용하기 위해 화학 방사선에 대해 투명할 수 있다. 일 실시형태에서, "화학 방사선"은, 임의의 전자기 조사(electromagnetic irradiation), 예를 들면, 적외선, 자외선, 전자 빔, X 레이 또는 방사형 광선(radial ray)과 같은 수지 잉크 조성물을 경화시킬 수 있는 에너지 빔을 가리킨다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 본 명세서에서 설명되는 컴포넌트를 제조함에 있어서 사용될 용어 "화학 방사선 경화성 수지 조성물(actinic radiation-curable resin composition)"은, 상기에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 화학 방사선(에너지 빔)을 사용한 조사시 경화되는 수지 조성물일 수 있다.
그러한 조사(irradiation)는 지지체에 가장 가까운 층에서 광중합성 리지드 수지 잉크 조성물의 적어도 일부를 경화시키는 것으로 나타나거나, 또는 추가적으로(또는 대안적으로) 플렉시블 수지를 고화시키기 위해 사용된다. 적절한 지지체 재료의 예는, 첨가 폴리머(addition polymer) 및 선형 축합 폴리머(linear condensation polymer) 및 투명한 발포체에 의해 형성되는 것과 같은 폴리머 막을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 방법에 사용하기 위한 폴리머 지지체는 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 폴리에스터, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN); 연신 폴리스타이렌(oriented polystyrene: OPS); 연신 나일론(oriented nylon: ONy); 폴리프로필렌(PP), 연신 폴리프로필렌(oriented polypropylene: OPP); 폴리염화비닐(PVC); 및 다양한 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리(비닐아세탈), 폴리에터 및 폴리설폰아마이드, 및 불투명한 백색 폴리에스터일 수 있다. 아크릴 수지, 페놀 수지, 유리 및 금속도 또한 잉크 리시버(ink-receiver)로서 사용될 수도 있다.
따라서 그리고 일 실시형태에서, 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 시스템에서 사용되는 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 지지체 잉크 저장소(support ink reservoir), 및 어퍼처를 통해 지지체 잉크(support ink)를 공급하도록 구성되는 지지체 잉크 펌프(support ink pump)를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함할 수 있고, 방법은 다음의 것을 더 포함한다: 지지체 잉크 조성물(support ink composition)을 제공하는 것; 제1 프린트 헤드 및/또는 제2 프린트 헤드 및/또는 제3 프린트 헤드 및/또는 제4 프린트 헤드를 사용하는 단계 이전에, 동시에, 또는 후속하여, 지지체 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 지지체 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 지지체 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 작용화시키는 것.
용어 "형성하는(forming)"(및 그 변형어 "형성되는(formed)" 등)은, 일 실시형태에서, 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 적절한 방식을 사용하여, 유체 또는 재료(예를 들면, 전도성 금속 잉크)를, 펌핑하는 것, 주입하는 것, 쏟아 붓는 것(pouring), 방출하는 것, 배수하는 것, 스팟팅하는 것(spotting), 순환시키는 것, 또는 다르게는, 다른 재료(예를 들면, 기판, 수지 또는 다른 층)와 접촉하게 배치하는 것을 가리킨다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이 적절한 프린트 헤드에 의해 퇴적되는 리지드 수지 층 또는 패턴을 경화시키는 것은, 예를 들면, 가열, 광중합, 건조, 플라즈마 퇴적, 어닐링, 산화 환원 반응의 촉진, 자외선 빔에 의한 조사 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 달성될 수 있다. 플렉시블 수지를 고화시키기 위해 그리고 재료가 붕괴 없이 고무 상태로 남아 있게 하기 위해, 적절한 조건 하에서 동일한 방법론이 사용된다. 경화는 단일의 프로세스에서 수행될 필요가 없고 여러 프로세스(예를 들면, 건조와 가열 및 추가적인 프린트 헤드를 사용한 가교 결합제의 퇴적)를 동시에 또는 순차적으로 수반할 수 있다.
일반적으로, 리지드 수지는 전자 컴포넌트 또는 플렉시블 전자 오브젝트가 노출되는 동작 온도보다 더 높은 유리 전이를 가질 것이다. 수지의 강성 품질(rigidity quality)은, 잉크 제제(ink formulation)에서 모노머, 및/또는 올리고머 및/또는 폴리머로서 역할을 하는 분자의 성질로부터 발생될 것이며; 예를 들면, 모노머 및/또는 올리고머 및/또는 폴리머 골격의 리지드 모이어티(rigid moiety)는 페닐 고리 또는 시클로헵텐 또는 시클로헥산 모이어티와 같은 최종 수지 매트릭스에게 자신의 강성을 부여할 것이고, 이중 또는 삼중 탄소-탄소 결합에 대해서 동일하게 진행되는데, 이것은 폴리머 사슬을 회전으로부터 막아주고 견고한 리지드 구조체를 강제할 것이다. 그것에 대한 예는, 에폭시 유도된 아크릴레이트, 시클로헥산 유도 아크릴레이트 등일 수 있다. 추가적으로 그리고 나타내어지는 바와 같이, 전술한 폴리머(및 다른 것)의 컨쥬게이트(conjugate), 유도체, 코폴리머, 또는 터폴리머(terpolymer) 중 어느 하나를 잉크 제제에서 특정한 비율로 사용하는 경우, 추가적인 속성(예를 들면, 유전 상수, 손실 탄젠트, 내화성, 내스크래치성(scratch resistance) 등)이 리지드 수지에 부여될 수 있다. 명확히 하기 위해, 용어 "컨쥬게이트"는, 본 명세서에서 사용될 때, 폴리머 골격 상에 필수적으로 존재하지는 않는 두 개 이상의 모이어티의 결합에 의해 형성되는 임의의 화합물을 가리킨다. "모이어티" 또는 "그룹"은, 화학식, 화학적 이름, 또는 구조체에 의해 지정되는 임의의 타입의 분자 배열이다. 소정의 실시형태의 맥락 내에서, 컨쥬게이트는 하나 이상의 모이어티 또는 화학적 그룹을 포함한다고 말하여진다. 이것은, 모이어티의 식이, 결합되어 컨쥬게이트의 분자 배열의 일부가 되도록 몇몇 장소에서 치환된다는 것을 의미한다. 비록 모이어티가 직접 공유 결합될 수도 있지만, 두 개 이상의 모이어티의 결합이 서로에 대해 직접적이어야 한다는 것이 의도되는 것은 아니다. 연결기, 가교 결합기, 또는 결합기(joining group)는 공유 결합에 의해 모이어티를 연결할 임의의 분자 배열을 가리키는데, 예컨대, 하나 이상의 아마이드기(들)가 모이어티를 결합할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 추가적으로, 비록 컨쥬게이트가 치환되지 않을 수도 있지만, 컨쥬게이트는 연결기에 연결되는/되거나 모이어티에 연결되는 다양한 추가적인 치환기를 가질 수도 있다. 예를 들면, 실록산 모이어티는 규소-산소 결합을 함유하는 분자 배열이다. 바람직하게는, 소정의 실시형태에서, 실록산 모이어티는 바구니 구조체(caged structure)이다.
더구나, 그리고 다른 실시형태에서, 가교 결합은, 가교 결합제를 사용한 공유 결합에 의해, 즉, 연결기를 형성하는 것에 의해, 또는 메타크릴레이트, 메타크릴아마이드, 아크릴레이트, 또는 아크릴아마이드와 같은 그러나 이들로 제한되지는 않는 모노머의 라디칼 중합에 의해, 모이어티를 함께 결합시키는 것을 가리킨다. 몇몇 실시형태에서, 연결기는 폴리머 암(polymer arm)의 말단까지 성장된다. 바람직한 실시형태에서, 실록산-폴리머 컨쥬게이트는 알켄일기를 가지며, 메타크릴레이트, 메타크릴아마이드, 아크릴레이트, 또는 아크릴아마이드와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 알켄일기 및 가교 결합제 및 라디칼, 음이온, 양이온 개시제를 포함하는 다른 분자의 부재 또는 존재 하에서 라디칼 중합에 의해 가교 결합된다.
더구나, 용어 "코폴리머"는, 두 개 이상의 모노머(터폴리머, 테트라폴리머 등을 포함함)로부터 유도되는 폴리머를 의미하고, 용어 "폴리머"는 하나 이상의 상이한 모노머로부터의 반복 단위를 갖는 임의의 탄소 함유 화합물을 가리킨다.
마찬가지로, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 FPC에서 사용되는 플렉시블 수지 잉크는, 천연 또는 합성 고무(들) 폴리(헥사플루오로부틸메타크릴레이트), 폴리(실록산)(PS), 폴리다이메틸실록산(PDMS) 폴리(이미드)(PI), 폴리(테트라플루오르에틸렌)(PTFE), 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌나프탈레이트)(PEN), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체를 포함하는 조성물일 수 있다.
플렉시블 수지 잉크는 또한, 탄소의 수가 4 내지 30 사이, 바람직하게는 4 내지 20 사이인 긴 지방족 사슬에 기초한, 모노머 및/또는 올리고머 및 또는 폴리머 용액의 조성물일 수 있는데, 이것은 폴리머 골격의 자유 회전뿐만 아니라, 폴리머의 굴곡 및 비틀림을 허용할 수 있다. 에틸렌 글리콜계 모노머, 올리고머 및 폴리머는 또한 획득된 수지에 유연성을 부여하는 역할을 할 수도 있다. 마찬가지로, 우레탄계 폴리머의 높은 연신율 속성도 또한, 수지에 유연성을 부여하는 역할을 할 수도 있다. 이들 타입의 올리고머 및/또는 모노머는, 옵션 사항으로, 준비가 된 폴리머를 갖는 폴리머 매트릭스를 제공하도록 작용화될 것이다. 경화의 정도는 유연성 속성을 제어하는 데 또한 사용될 것이다.
일 실시형태에서, 플렉시블 전도성 잉크는, 엘라스토머 또는 엘라스토머 용액, 또는 플렉시블 전도성 필러 재료를 갖는 단순한 용매; 및 전도성 필러를 포함하는 조성물이다. 엘라스토머는, 예를 들면, 높은 가역 변형(reversible deformation)(> 200%) 및 낮은 전도성에 의해 특성 묘사되는, 천연 고무(NR), 스타이렌 부타다이엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 모노머(EPDM), 폴리우레탄(PU), 및 폴리(다이메틸실록산)(PDMS)일 수 있다. "고무"는 기술 분야의 숙련된 자에 의해 (예를 들면, 필러 재료에 의한 함침 이전에) "고무", 바람직하게는 가교 결합 가능한 고무인 것으로 간주되는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들면, 고무 성분은 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPM)와 같은 임의의 올레핀 함유 고무일 수 있다. 다른 고무 성분은, 예를 들면, 에틸렌-프로필렌-다이엔(EPDM) 고무 또는 EPDM 타입 고무를 포함할 수 있다. EPDM 타입 고무는, 2 내지 10개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자, 및 5 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 적어도 하나의 폴리불포화 올레핀을 갖는 적어도 두 개의 상이한 모노올레핀 모노머의 중합으로부터 유도되는 터폴리머일 수 있다.
필러는 유기 또는 무기 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 필러는, 은 나노섬유 또는 (Ag) 나노 와이어, 카본 블랙, 단일 벽 탄소 나노튜브(single-wall carbon nanotube: SWCNT), 다중 벽 탄소 나노튜브(multiwall carbon-nanotube: MWCNT), 다이아몬드 스레드(diamond thread), 그래핀 나노입자, 전도성 폴리머 예를 들면, 폴리아닐린, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합물일 수 있다. 이들 필러는, 일 실시형태에서, 설명되는 잉크에서 사용되는 플렉시블 수지 및/또는 엘라스토머의 전도성을 증가시키기 위해 사용될 수도 있다. 이들 필러는, 소정의 실시형태에서, 기계적 속성에 또한 영향을 끼치기 위해 사용될 수도 있다. 전도성을 증가시키기 위해, 필러의 분획 농도(fractional concentration)는, 일 실시형태에서, 3D 퍼콜레이션 임계치(percolation threshold)를 초과하여 유지된다. 일 실시형태에서, 필요한 전도성을 부여하는 데 필요한 필러의 분획 농도는, 카본 블랙보다, 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT), 다중 벽 탄소 나노튜브(MWCNT), 다이아몬드 스레드, 또는 전도성 폴리머에 대해 더 낮다. 다른 도핑 필러는, 예를 들면, EPDM 또는 SBR을 갖는, 예를 들면, 요오드(I2) 및 오염화안티몬(SbCl5)일 수 있다.
마찬가지로, 본 명세서에서 설명되는 방법, 조성물 및 시스템에서 사용되는 전도성 폴리머 수지는, 엘라스토머 또는 플렉시블 폴리머 부분 내에 또는 용매 내에서 현탁되는 금속 나노입자와 같은 필러를 가질 수 있다. 나노입자는 플레이크, 구형 로드(spheres rod), 와이어, 또는 그들의 조합 형상일 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 현탁된 나노입자의 종횡비는 1보다 훨씬 더 클 수 있는데, 이것은 그들의 퍼콜레이션 임계치에 유리하게 영향을 끼칠 수도 있다(감소시킬 수도 있다).
일 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블, 또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 FPC에서 사용되는 전도성 폴리머 수지 조성물의 폴리머 필러 부분은, 예를 들면, 폴리(아세틸렌)(PA), 폴리(아닐린)(PANI), 폴리(피롤)(PPY), 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(4,4'-옥시다이페닐렌-피로멜리티미드) 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체일 수 있다. 필러 폴리머는 상호 침투 네트워크를 형성할 수 있는데, 이로써, 엘라스토머는 요구되는 유연성을 제공할 수 있고, 전도성 폴리머 필러는 요구되는 것을 제공한다.
예를 들면, 본 명세서에서 설명되는 플렉시블 전도성 수지 잉크 조성물에서 사용되는 전도성 폴리머 수지는 폴리(우레탄)-폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜) 블렌드일 수 있는데, PEDOT는 3D 퍼콜레이션 임계치를 초과하는 분획 농도(v/v), 예를 들면, 약 10% 내지 약 16% 사이의 PEDOT/PU를 갖는다. 실제 퍼콜레이션 임계치는, PU 및 PEDOT의 중량 평균 분자량(
Figure pct00001
), 수 평균 분자량(
Figure pct00002
) 및 다분산 지수(polydispersity index: PDI)에 의존할 것이다. 참조 목적을 위해, 용어 "플렉시블 전도성 수지"는, 적어도 10%의 연신율 하에서 99 S/㎝ 초과를 나타낼 수 있는 폴리머 수지 조성물을 가리킨다. 본 명세서에서 설명되는 플렉시블 전도성 잉크 조성물은, 혼화성 향상 폴리머, 예를 들면, 폴리(에틸렌옥사이드)(PEO)를 더 포함할 수 있다.
마찬가지로, 다른 기능 헤드는, 리지드 및 또는 플렉시블 수지 프린트 헤드 및/또는 리지드 금속(금속 함유) 또는 플렉시블 전도성 프린트 헤드(들) 앞에, 사이에 또는 뒤에 위치될 수도 있다. 이들은, 미리 결정된 파장(λ), 예를 들면, 190㎚와 약 400㎚ 사이, 예를 들면, 일 실시형태에서, 리지드 금속 잉크에서 사용되는 금속 나노입자 분산액과 연계하여 사용될 수 있는 광중합성 리지드 및/또는 플렉시블(유전성, 비전도성) 수지를 가속 및/또는 변조 및/또는 촉진시키기 위해 사용될 수 있는 395㎚에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 전자기 방사선의 소스를 포함할 수도 있다. 다른 기능 헤드는 가열 요소, 다양한 잉크(예를 들면, 지지체, 사전 솔더링 연결 잉크(pre-soldering connective ink), 다양한 컴포넌트 예를 들면 커패시터, 트랜지스터 등의 라벨 프린팅)를 갖는 추가적인 프린팅 헤드 및 전술한 것의 조합일 수 있다.
나타내어지는 바와 같이, 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 및 그들의 컴포넌트를 제조하기 위한 방법을 구현하기 위해 사용되는 시스템은, 상이한 금속을 포함할 수도 있는 추가적인 리지드 금속 잉크 프린트 헤드를 구비할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 제2 프린트 헤드는 은(Ag) 나노입자를 포함할 수 있고, 한편 금속 잉크를 위한 추가적인 프린트 헤드는 상이한 금속, 예를 들면, 구리 또는 금을 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 다른 금속(예를 들면, Al) 또는 금속 전구체도 또한 사용될 수 있으며 제공되는 예는 제한으로서 간주되지 않아야 한다.
마찬가지로, 추가적인 프린트 헤드(들)는 상이한 플렉시블 전도성 재료를 전달하는 데 전용될 수 있는데, 예를 들면, 제3 프린트 헤드에서 플렉시블 전도성 재료는 12% PEDOT: PU 블렌드일 수 있고, 한편 다른 플렉시블 전도성 부분의 전달 및 형성에 전용되는 추가적인 프린트 헤드는 SBR: SWCNT(~ 20% SWCNT)일 수 있다.
따라서, 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 방법은 다음의 것을 더 포함한다: 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 고화 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 것으로서, 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물은 제3 또는 제4 프린트 헤드에서의 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물과는 상이한 금속 또는 플렉시블 전도성 조성물을 갖는, 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 고화 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 것. 결과적으로, 방법은, 제2 금속 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 금속 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 복합 컴포넌트의 제1 실질적 2D층에서 제2 금속 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 복합 컴포넌트의 2D층에서 제2 금속 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 소결시키는 것을 더 포함할 수 있다. 제2 금속 잉크 조성물은 제2 프린트 헤드에서의 리지드 금속 잉크 조성물과는 상이한 금속을 가질 수 있거나, 또는 다른 실시형태에서는; 그리고 더 높은 스루풋을 달성하기 위해, 제2 금속 잉크 조성물은 모든 금속 프린트 헤드에서 동일할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 형성하는 방법 및 모든 프린트 헤드는 내부에 제어된 대기(atmosphere)를 갖는 하우징에서 발생하도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제어된 대기는 리지드 및/또는 플렉시블 수지 잉크 조성물에 의해 영향을 받을 수 있다.
수지 잉크 또는 금속 잉크 프린트 헤드의 각각의 앞에 또는 뒤에 (예를 들면, 리지드 금속 층을 소결시키기 위한) 다른 유사한 기능 단계(및 따라서 이들 단계에 영향을 끼치기 위한 수단)가 취해질 수도 있다. 이들 단계는 다음의 것을 포함할 수도 있다(그러나 이들로 제한되지는 않는다): 가열 단계(가열 요소 또는 열풍(hot air)의 영향을 받음); (포토레지스트 마스크 지지체 패턴의) 광표백(photobleaching), 광경화, 또는 임의의 다른 적절한 화학 방사선 소스(예를 들면, UV 광원을 사용함)에 대한 노출; 건조(예를 들면, 진공 영역 또는 가열 요소를 사용함); (반응성) 플라즈마 퇴적(예를 들면, 가압 플라즈마 건 및 플라즈마 빔 컨트롤러를 사용함); 예컨대, 양이온 개시제, 예를 들면, [4-[(2-하이드록시테트라데실)-옥실]-페닐]-페닐요오드늄 헥사플루오로 안티모네이트를 사용하는 것에 의해 플렉시블 수지 폴리머 용액 또는 플렉시블 전도성 수지 용액에 가교 결합함; 사전 코팅; 어닐링, 또는 이들 프로세스가 활용되는 순서에 무관하게 산화 환원 반응 및 그들의 조합을 촉진하는 것. 소정의 실시형태에서, 강성의 수지, 및/또는 플렉시블 부분에 대해 레이저(예를 들면, 선택적 레이저 소결/용융, 직접 레이저 소결/용융), 또는 전자 빔 용융이 사용될 수 있다. 리지드 금속 부분의 소결은, 리지드 금속 부분이 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 리지드 수지 부분의 상부에 프린팅되는 상황 하에서도 발생할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 리지드 부분에서; 리지드 금속 층은 리지드 수지 층 사이에서, 수지 층 위의 코팅 패턴과는 분리되어 별개로 (동시에 그리고 직접적으로) 퇴적될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들면, 리지드 금속 층은 지지 층 위에 퇴적될 수 있는데, 리지드 금속 층은, 제거 이후에는, 어떠한 수지 재료와도 독립적일 것이다. 마찬가지로, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 플렉시블 부분에서, 플렉시블 전도성 재료는 플렉시블 수지와 함께 동시적으로 또는 연속적으로 퇴적될 수 있으며, 각각은 동일한 또는 상이한 기능 프린트 헤드를 사용하여 작용화될 수 있다(다시 말하면, 고화, 경화 및/또는 가교 결합될 수 있다).
따라서, 일 실시형태에서, 제2 프린트 헤드를 사용하고 기판 상으로, 또는 필요하다면 척 상으로 리지드 금속 잉크젯 잉크를 퇴적하고, 그에 의해, 제1 프린트된 리지드 금속(전도성) 패턴 층을 형성하는 단계 및/또는 제거 가능한 기판(또는 척), 및/또는 제거 가능한 지지체 상으로 리지드 수지 함유 잉크젯 잉크를 퇴적하는 단계는, 가열, 광경화, 건조, 플라즈마 퇴적, 가교 결합, 어닐링, 산화 환원 반응 촉진, 소결, 용융의 단계 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 단계의 조합에 선행되거나, 후행되거나 또는 이들과 동시에 발생한다. 사전 또는 사후 부분 처리(다시 말하면, 리지드 수지 및/또는 리지드 금속 및/또는 옵션 사항인 지지체 부분을 작용화시키는 것)는, 플렉시블 부분의 프린트 헤드(들), 추가적인 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 프린트 헤드(들), 추가적인 금속 잉크 프린트 헤드(들), 또는 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크를 사용하는 단계 이전 또는 이후에, 또는 임의의 다른 순열(permutation)에서 발생할 수 있다.
리지드 금속 잉크 조성물(및 플렉시블 전도성 수지 잉크젯 잉크)을 조제하는(formulating) 것은, (예를 들면, 조성물의 점도 및 표면 장력의 관점에서), 만약 있다면, 퇴적 도구에 의해 부과되는 요건 및 퇴적 표면 특성(예를 들면, 박리 가능한 또는 제거 가능한 기판 또는 사용되는 경우 지지체 재료의 친수성 또는 소수성, 및 계면 에너지), 또는 연속적인 층이 퇴적되는 기판 층을 고려할 수도 있다. 피에조 헤드를 통한 잉크젯 프린팅을 사용하는 경우, 리지드 금속 잉크 및/또는 수지 형성 잉크젯 잉크의 점도(프린팅 온도(℃)에서 측정됨)는, 예를 들면, 약 5 cP보다 더 작지 않을 수 있거나, 예를 들면, 약 8 cP보다 더 작지 않을 수 있거나, 또는 약 10 cP보다 더 작지 않을 수 있고, 약 30 cP보다 더 높지 않을 수 있다, 예를 들면, 약 20 cP보다 더 높지 않을 수 있거나, 또는 약 15 cP보다 더 높지 않을 수 있다. 전도성 잉크는, 25℃에서 그리고 50㎳의 표면 노화(surface age)에서 최대 기포 압력 장력 계측법(maximum bubble pressure tensiometry)에 의해 측정되는 약 25 mN/m 내지 약 40 mN/m 사이, 예를 들면, 약 29 mN/m 내지 약 31 mN/m 사이의 동적 표면 장력(잉크젯 잉크 액적이 프린트 헤드 어퍼처에 형성될 때의 표면 장력을 가리킴)을 가지도록 각각 구성될 수 있다(예를 들면, 조제될 수 있다). 동적 표면 장력은, 약 100° 내지 약 165° 사이의, 박리 가능한 기판, 지지체 재료, 수지 층(들), 또는 그들의 조합과의 접촉 각도를 제공하도록 조제될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 제조하는 방법에서 금속 조성물을 사용하는 것은, 본질적으로, 용매 현탁 금속 구리(solvent-suspended metallic copper), 은, 알루미늄 나노입자, 또는 전술한 것 및 다른 금속(예를 들면, 주기율표의 IA(1) 족) 중 하나 이상, 바인더, 및 용매를 포함하는 금속 잉크젯 잉크 조성물로 구성될 수 있는데, 이 경우 잉크 중의 나노입자의 직경, 형상 및 조성비는 최적화되고, 따라서, 층, 또는 고밀도 프린트 패턴의 형성을 가능하게 한다. 금속 잉크의 선택은, 프린트되도록 요구되는 3D 복합 컴포넌트의 최종 특성에 의존할 것이라는 것을 유의해야 한다. 이들 입자는 목적하는 용도에 적절한 사이즈 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시형태에서, 은을 사용하여 형성되는 리지드 금속 부분 패턴은, 나노실버 현탁액의 잉크를 사용하여 프린트된다. 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 2D 표현의 리지드 금속 부분은, 예를 들면, 높은 종횡비를 갖는 얇은 또는 작은 특징부(예를 들면, 플레이크 또는 로드)를 갖는 은 나노입자에 의해 소결 동안 품질에서 크게 향상될 수 있다. 다시 말하면, 1보다 훨씬 더 큰 종횡비(R)(R >> 1)를 갖는 금속 나노입자를 갖는 것에 의해. 높은 종횡비를 갖는 것은, 예를 들면, 척 상의 기판의 운동 방향에서의 잉크의 흐름 방위(flow orientation)에 기인하여, 또는 다른 실시형태에서는, 프린트 헤드의 오리피스(orifice)로부터의 토출 공정에 의해, 나노입자의 정렬을 생성할 수 있다.
일 실시형태에서, 용어 "척(chuck)"은, 기판 또는 가공부품을 지지, 파지(holding), 또는 유지하기 위한 메커니즘을 의미하도록 의도된다. 척은 하나 이상의 조각(piece)을 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 척은 스테이지 및 인서트의 조합, 플랫폼을 포함할 수도 있고, 가열 및/또는 냉각을 위해 커버가 씌워질 수도 있거나 또는 다르게 구성될 수도 있고 다른 유사한 컴포넌트, 또는 그 임의의 조합을 구비할 수도 있다.
일 실시형태에서, 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 직접적인, 연속적 또는 반연속적 잉크젯 프린팅을 허용하는 잉크젯 잉크 조성물, 시스템 및 방법은, 프린트 헤드(또는 기판)가, 예를 들면, 제거 가능한 기판 또는 임의의 후속하는 층 위로 미리 결정된 간격을 두고 두(X-Y)(프린트 헤드는 또한 Z 축에서 이동할 수 있다는 것이 이해되어야 한다) 차원에서 움직임에 따라, 본 명세서에서 제공되는 액체 잉크젯 잉크의 액적을 오리피스로부터 한 번에 하나씩 배출하는 것에 의해 패턴화될 수 있다. 프린트 헤드의 높이는, 예를 들면, 고정된 거리를 유지하면서 층의 수에 따라 변경될 수 있다. 각각의 액적은, 오리피스에 동작 가능하게 결합되는 웰 내에서부터, 일 실시형태에서 변형 가능한 피에조 결정(piezo-crystal)을 통해, 예를 들면, 압력 임펄스(pressure impulse)에 의해, 커맨드에 따라 기판까지의 미리 결정된 궤도를 취하도록 구성될 수 있다. 제1 잉크젯 금속성 잉크의 프린팅은 추가적일 수 있으며 더 많은 수의 층을 수용할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법에서 사용되는 제공되는 잉크젯 프린트 헤드는, 약 3㎛ 내지 10,000㎛ 이하의 최소 층막 두께를 제공할 수 있다
마찬가지로, 용어 "접촉하는(contacting)"은, 일 실시형태에서, 어떤 다른 방식으로 블렌딩, 혼합, 슬러리화(slurried), 용해, 반응, 처리 또는 다르게는 접촉될 수도 있는 재료를 가리키기 위해 사용된다. 따라서, 용어 "접촉하는"은, 두 개 이상의 성분의 "반응"을 포괄하며, 그것은 또한, 서로 반응하지 않는 두 개 이상의 성분의 "혼합" 또는 "블렌딩"을 포괄한다.
설명되는 방법에서 사용되며 설명되는 시스템에서 구현 가능한 다양한 프린트 헤드 사이에서 움직이는 컨베이어는, 약 5㎜/초 내지 약 1000㎜/초 사이의 속도에서 움직이도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 척의 속도는, 예를 들면, 목적하는 스루풋, 프로세스에서 사용되는 프린트 헤드의 수, 프린트되는 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 층의 수 및 두께, 잉크의 경화 시간, 잉크 용매의 증발 레이트, 금속 입자 또는 금속 폴리머 페이스트의 제1 잉크젯 리지드 금속 잉크를 함유하는 프린트 헤드(들)와 제2 열경화성 수지 및 보드 형성 잉크젯 잉크(board forming inkjet ink)를 포함하는 제2 프린트 헤드 사이의 거리 등 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 인자의 조합에 의존할 수 있다.
일 실시형태에서, 다양한 잉크의 동적 점도는, 각각, 약 0.1 내지 약 30 cP·s(mPa·s) 사이에 있을 수 있으며, 예를 들면, 최종 잉크 제제는, 제어될 수 있는 작업 온도에서, 8 내지 12 cP·s의 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 수지 잉크젯 잉크, 또는 전술한 것을 포함하는 금속 나노입자 분산액, 용액, 에멀션, 현탁액, 또는 액체 조성물 각각은, 약 5 cP·s 내지 약 25 cP·s 사이, 또는 약 7 cP·s 내지 약 20 cP·s 사이, 구체적으로는, 약 8 cP·s 내지 약 15 cP·s 사이일 수 있다.
일 실시형태에서, 금속성(또는 금속성) 잉크, 및/또는 제2 수지 잉크의 각각의 액적의 부피는, 0.5에서부터 300 피코리터(picoLiter)(pL)까지의 범위에 이를 수 있고, 예를 들면, 1 내지 4 pL일 수 있고, 구동 펄스의 강도 및 잉크의 속성에 의존한다. 단일의 액적을 배출하는 파형은, 10 V 내지 약 70 V 펄스, 또는 약 16 V 내지 약 20 V일 수 있고, 약 2 kHz 내지 약 500 kHz 사이의 주파수에서 배출될 수 있다.
리지드 수지 잉크는 프린트 헤드 저장소 내에서 안정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 고체 함량(즉, 콜로이드성 현탁액인 경우 현탁 고형물(suspended solid), 또는 용액인 경우 용질)은 약 5 wt% 내지 약 100 wt% 사이에 있을 수 있다. 소정의 실시형태에서, 계면활성제는 필요하지 않을 수도 있고, 잉크는, 어떠한 감지 가능한 침전도 발생하지 않을 수 있는 광활성 모노머/올리고머 및 이들의 조합물을 혼합하는 것에 의해, 100% 활성일 수 있다. 게다가, 잉크 점도는 액적의 토출을 용이하게 하도록 조정될 수 있다. 따라서, 일 실시형태에서, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 형성하는 방법에서 사용되는 수지 잉크 용액의 동적 점도(μ)와 함께 표면 에너지(γ)는 약 25 mN/m 내지 약 35 mN/m 사이 및 약 8 mNs/㎡(cP) 내지 약 15 mNs/㎡(cP) 사이의 범위 내에 각각 있을 수 있다. 예를 들면, 안료 착색 잉크 및 금속 입자 잉크 내의 현탁된 서브미크론 입자로 구성되는, 소정의 실시형태에서 사용되는 잉크뿐만 아니라, 몇몇 실시형태에서는, 수지 잉크는, 프린트 헤드(들)의 마이크로 액체 채널 내부의 몇몇 임계치(예를 들면, 노즐 오리피스 및 노즐 넥)에 의해 결정되는 바와 같은 최적의 동작을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 가교 결합제, 코모노머, 코올리고머, 코폴리머 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조성물은, 제공되는 리지드 및/또는 플렉시블 및/또는 플렉시블 전도성 수지 잉크(들)에서 사용되고, 수지 잉크 조성물 내에서 용액, 에멀션, 또는 현탁액을 형성하도록 구성될 수 있거나, 또는 일부일 수 있다.
리지드 및/또는 플렉시블 및/또는 플렉시블 전도성 수지 잉크(들) 부분의 프린트된 패턴은 수지가 풍부한 잉크 조성물, 예를 들면, 현탁액, 에멀션, 용액 등으로부터 제조될 수 있다. 용어 "수지가 풍부한(resin-rich)"은, 안료 입자를 서로에게 그리고 수지 층을 기저의 기판, 또는 다른 복합 컴포넌트 층, 또는 지지체 부분 및 그들의 조합에 결합하는 데 필요한 것보다 더 큰 비율의 폴리머 수지 컴포넌트가 포함되는 조성물을 가리킨다. 예를 들면, 수지가 풍부한 성분 층은, 안료를 포함하는 총 수지 잉크 중량의 적어도 95 중량%인 양의 폴리머 수지를 포함할 수도 있다. 안료가 별개의 착색 프린트 헤드(들)에 의해 제공되어야 한다는 것을 규정하는 그러한 상황에서, 수지가 풍부한 잉크 조성물은 최대 99.9%까지의 활성 모노머, 올리고머 및 이들의 조합물을 가질 수 있다.
설명되는 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 제조를 위해 사용되는 CAM 모듈에 의해 수행되는 리지드-플렉시블 PCB 및/또는 FPC에 관련되는 파라미터의 선택 단계에서 사용되는 파라미터는 예를 들면, 다음의 것일 수 있다: 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택에서 사용되는 파라미터는 다음의 것이다; 층에서의 리지드 수지 패턴, 층에서의 리지드 금속 패턴, 플렉시블 수지 층, 플렉시블 전도성 수지 패턴, 리지드 수지에 대한 경화 요건, 플렉시블 수지에 대한 가교 결합 요건, 층에서의 리지드 금속 패턴을 위한 소결, 플렉시블 전도성 수지에 대한 경화 및/또는 조사 요건, 스루풋 요건, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터의 조합.
용어 "모듈"의 사용은, 모듈의 일부로서 설명되는 또는 청구되는 컴포넌트 또는 기능성(functionality)이 모두 (단일) 공통 패키지에서 구성된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 실제, 모듈의 다양한 컴포넌트 중 임의의 것 또는 전부는, 제어 로직이든 또는 다른 컴포넌트이든 간에, 단일의 패키지에서 결합될 수 있거나 또는 개별적으로 유지될 수 있고 다수의 그룹 또는 패키지에서 또는 다수의 (원격) 위치에 걸쳐 추가로 분산될 수 있다.
CAM 모듈은 다음을 포함할 수 있다: 복합 컴포넌트의 3D 시각화 파일로부터 변환되는 파일을 저장하는 2D 파일 라이브러리; 라이브러리와 통신하는 프로세서; 프로세서에 의한 실행을 위한 동작 명령어의 세트를 저장하는 메모리 디바이스; 프로세서와 그리고 라이브러리와 통신하는 마이크로기계(micromechanical) 잉크젯 프린트 헤드 또는 헤드들; 및 2D 파일 라이브러리, 메모리 및 마이크로기계 잉크젯 프린트 헤드 또는 헤드들과 통신하는 프린트 헤드(또는 헤드의) 인터페이스 회로로서, 2D 파일 라이브러리는 기능 층에 고유한 프린터 동작 파라미터를 제공하도록 구성되는, 프린트 헤드(또는 헤드의) 인터페이스 회로; 제조될 3D 수지 금속 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트와 관련되는 컴퓨터 지원 설계/컴퓨터 지원 제조(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing: CAD/CAM) 생성 정보를 사전 처리하고, 그에 의해 복수의 2D 파일을 획득하는 것; 복합 컴포넌트 3D 시각화 파일로부터의 사전 처리 단계에서 처리는 복수의 2D 파일(들)을 2D 파일 라이브러리 상으로 로딩하는 것; 및 2D 파일 라이브러리를 사용하여, 복합 컴포넌트의 미리 결정된 층을 미리 결정된 순서로 프린트할 것을 프로세서에 지시하는 것.
본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 제조를 위해 사용되는 복합 컴포넌트를 표현하는 3D 시각화 파일은: .asm, STL, IGES, STEP, 카티아(Catia), 솔리드웍스(SolidWorks), ProE, 3D 스튜디오(3D Studio), 거버(Gerber), 라이노(Rhino) 파일 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일일 수 있고; 적어도 하나의 실질적 2D층을 표현하는(그리고 라이브러리로 업로드되는) 파일은, 예를 들면, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합일 수 있다.
소정의 실시형태에서, CAM 모듈은, 하나 이상의 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트, 예를 들면, 전자 컴포넌트, 머신 부품, 커넥터(예를 들면, 도 1, 도 2 참조) 등을 제조하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 더 포함한다. 프린트된 컴포넌트는, FPC 및/또는 PCB의 리지드 부분 또는 플렉시블 부분 중 어느 하나 상에서, 옵션 사항으로 동시에 또는 순차적으로 그리고 연속적으로 각각 그리고 둘 모두 프린팅되는 별개의 금속(전도성) 성분 및 수지 성분 둘 모두를 포함할 수 있다. 용어 "연속적인(continuous)" 및 그 변형어는, 실질적으로 단절되지 않는 프로세스에서의 프린팅을 의미하도록 의도된다. 다른 실시형태에서, 연속적인은, 층, 부재(member), 또는 구조체에서 그 길이를 따라 어떠한 유의미한 파단(break)도 없는 층, 부재, 또는 구조체를 가리킨다.
본 명세서에서 설명되는 프린팅 프로세스를 제어하는 컴퓨터는, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있되, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드는, 디지털 컴퓨팅 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때, 3차원 잉크젯 프린팅 유닛으로 하여금 다음의 단계를 수행하게 한다: 제조될 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트와 관련되는 컴퓨터 지원 설계/컴퓨터 지원 제조(CAD/CAM) 생성 정보(다시 말하면, 복합 컴포넌트를 표현하는 3D 시각화 파일)를 사전 처리하고, 그에 의해, 각각의 2D 파일이 특정한 순서의 미리 결정된 층에 고유한 복수의 2D 파일(다시 말하면, 복합 컴포넌트를 프린트하기 위한 적어도 하나의 실질적 2D층을 표현하는 파일)을 획득하는 단계; 사전 처리 단계에서 처리되는 복수의 2D 파일을 2D 파일 라이브러리 상으로 로딩하는 단계; 3차원 잉크젯 프린팅 유닛의 제1 잉크젯 프린트 헤드로부터의 금속 재료의 액적의 스트림을 기판의 표면에 지향시키는 단계; 3차원 잉크젯 프린팅 유닛의 제2 잉크젯 프린트 헤드로부터의 착색된 수지 재료의 액적의 스트림을 기판의 표면에 지향시키는 단계; 대안적으로 또는 추가적으로, 3차원 잉크젯 프린팅 유닛의 제3 잉크젯 프린트 헤드로부터의 착색 재료의 액적의 스트림을, 금속 패턴 및/또는 수지 패턴 및/또는 지지체 부분 패턴의 표면에 지향시키는 단계; 옵션 사항으로, 3차원 잉크젯 프린팅 유닛의 제4 잉크젯 프린트 헤드로부터의 지지체 재료의 액적의 스트림을, 금속 패턴 및/또는 수지 패턴의 표면에 지향시키는 단계; 제1, 제2, 옵션 사항으로, 제3, 및 옵션 사항으로 제4 잉크젯 헤드를, 기판의 x-y 평면에서 기판에 대해 이동시키는 단계로서, 제1, 제2, 옵션 사항으로, 제3, 및 옵션 사항으로 제4 잉크젯 헤드를, 기판의 x-y 평면에서 기판에 대해 이동시키는 단계는, 복수의 층의 각각에 대해, 기판 상의 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 층별 제조에서 수행되는, 제1, 제2, 옵션 사항으로, 제3, 및 옵션 사항으로 제4 잉크젯 헤드를, 기판의 x-y 평면에서 기판에 대해 이동시키는 단계.
또한, 컴퓨터 프로그램은, 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단뿐만 아니라, 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터의 메인 메모리에 로딩되어 컴퓨터에 의해 수행될 때, 컴퓨터에 의해 판독될 수 있는 매체, 예컨대 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, DVD, USB 메모리 스틱, 또는 인터넷 또는 인트라넷과 같은 데이터 네트워크를 통해 액세스될 수 있는 저장 매체 상에 저장되는 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 방법에서 사용되는 메모리 디바이스(들)는, 다양한 타입의 불휘발성 메모리 디바이스 또는 저장 디바이스(다시 말하면, 전력이 없을 때 정보를 잃지 않는 메모리 디바이스) 중 임의의 것일 수 있다. 용어 "메모리 디바이스"는, 설치 매체, 예를 들면, CD-ROM, 플로피 디스크, 또는 테이프 디바이스 또는 자기 매체와 같은 불휘발성 메모리, 예를 들면, 하드 드라이브, 광학 스토리지, 또는 ROM, EPROM, FLASH 등을 포괄하도록 의도된다. 메모리 디바이스는 다른 타입의 메모리, 또는 이들의 조합을 또한 포함할 수도 있다. 또한, 메모리 매체는, 프로그램이 실행되는 제1 컴퓨터(예를 들면, 제공되는 3D 잉크젯 프린터)에 위치될 수도 있고, 및/또는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 제1 컴퓨터에 연결되는 제2의 상이한 컴퓨터에 위치될 수도 있다. 후자의 경우에서, 제2 컴퓨터는 또한, 실행을 위해 제1 컴퓨터에 프로그램 명령어를 제공할 수도 있다. 용어 "메모리 디바이스"는 또한, 상이한 위치에, 예를 들면, 네트워크를 통해 연결되는 상이한 컴퓨터에 상주할 수도 있는 두 개 이상의 메모리 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 비트맵 라이브러리는, 제공되는 3D 잉크젯 프린터에 결합되는 CAM 모듈로부터 원격에 있는 메모리 디바이스 상에 상주할 수 있고, (예를 들면, 광역 네트워크에 의해) 제공되는 3D 잉크젯 프린터에 의해 액세스 가능하다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 이하의 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 전반에 걸쳐, "처리", "로딩", "통신하는", "검출하는", "계산하는", "결정하는", 분석하는" 등과 같은 용어를 활용하는 논의는, 트랜지스터 아키텍처와 같은 물리적인 것으로서 표현되는 데이터를 조작하고/하거나 그것을 물리적 구조체(다시 말하면, 수지 또는 금속/금속성) 층으로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환하는, 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및/또는 프로세스를 가리킨다는 것이 인식된다.
더구나, 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "2D 파일 라이브러리"는, 단일의 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트, 또는 주어진 목적을 위해 사용되는 복수의 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트를 함께 정의하는 파일의 주어진 세트를 가리킨다. 그 용어는 또한, 검색이 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트에 대한 것이든, 또는 주어진 특정한 층에 대한 것이든 간에, 주어진 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 구조적 층을 제공하기 위해 인덱싱, 검색, 및 재조립될 수 있는, 2D 파일의 세트 또는 임의의 다른 래스트 그래픽 파일 포맷(일반적으로, 직사각형 그리드의 형태의 픽셀의 집합(collection)으로서의 이미지의 표현, 예를 들면, BMP, PNG, TIFF, GIF)을 가리키기 위해 사용될 수 있다.
변환된 CAD/CAM 데이터 패키지에 기초하여 잉크젯 프린팅을 사용하기 위한 방법, 프로그램 및 라이브러리에서 사용되는 제조될 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트와 관련되는 컴퓨터 지원 설계/컴퓨터 지원 제조(CAD/CAM) 생성 정보는, 예를 들면, IGES, DXF, DMIS, NC 파일, GERBER® 파일, EXCELLON®, STL, EPRT 파일, .asm, STEP, 카티아, 솔리드웍스, ProE, 3D 스튜디오, 라이노 파일 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 패키지일 수 있다. 추가적으로, 그래픽 오브젝트에 부속되는 속성은 제조에 필요한 메타 정보를 전달하고, 본 명세서에서 설명되는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트 이미지 및 이미지의 구조 및 컬러(예를 들면, 수지 또는 금속)를 정확하게 정의할 수 있고, 그 결과, 설계(예를 들면, 3D 시각화 CAD)로부터 제조(예를 들면, CAM)로의 제조 데이터의 효율적이고 효과적인 전달로 나타나게 된다. 따라서 그리고 일 실시형태에서, 사전 처리 알고리즘을 사용하여, 본 명세서에서 설명되는 GERBER®, EXCELLON®, DWG, DXF, STL, EPRT ASM 등이 2D 파일로 변환된다.
실시예
실시예 I. 플렉시블 전도성 잉크
조성물: 은 나노입자(약 20% 내지 약 60% (w/w) 사이)가 폴리에터 아크릴레이트(약 0.1% 내지 약 5% (w/w) 사이) 및 광개시제(들)(약 1% 내지 약 5% (w/w) 사이), 뿐만 아니라, 탄소 나노튜브(carbon nanotube: CNT)(약 0.1% 내지 약 1% (w/w) 사이) 및 분산제(예를 들면, 약 4:1 내지 1:2 사이의 CNT에 대한 비율의 블록 코폴리머)와 혼합되고, 용매(다이프로필렌 글리콜 모노메틸 에터, 100%까지)에서 용해/분산/현탁되었다.
프로세스: 본 명세서의 상기에서 설명되는 바와 같은 잉크젯 프린터를 사용하여 가열된 척(약 120℃ 내지 약 190℃ 사이) 상에 배치되는 폴리에스터 기판 상에 800개의 층(0.27㎜)이 프린트되어, 직사각형(35×35×0.27㎜)을 형성하였다. 각각의 층은 중합을 위해 UV 광 및 소결용 IR 소스에 노출되었다.
결과: 도 5에서 예시되는 바와 같이, 경화되고 소결된 샘플은, 어떠한 균열 및/또는 박리도 없이, 8㎜의 굴곡 반경을 나타내었다. 도 6에서 도시되는 바와 같이, 동일한 반경(~ 8㎜)까지의 스트립을 반복된 굴곡은, 어떠한 균열 또는 층 박리도 발생하지 않았다는 것을 나타내었다. 전도성 플렉시블 잉크 제제는 약 22 mN/m의 표면 장력을 갖는 잉크를 제조하였다.
실시예 II: 플렉시블 인쇄 회로
실시형태 1의 전도성 잉크가 사용되어, 다음의 것의 100%(용매 없음) 조합물을 포함하는 플렉시블 잉크 제제를 사용하여 제조되는 전도성 잉크를 기판 상에 프린팅하는 것에 의해 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 FPC를 프린트하였다: 아이소프로필티오잔톤(ITX); 에틸-4-다이메틸아미노 벤조에이트(EDAB); 다이프로필렌 글리콜 다이아크릴레가트; 트리시클로데칸 다이메탄올 다이아크릴레가트; 우레탄 아크릴레이트 올리고머(들); 지방족 우레탄 다이아크릴레가트; 아크릴레이트 에스터; 2-[(부틸카바모일)옥시]에틸 아크릴레이트; 수지상 아크릴레이트 올리고머; 및 방향족 우레탄 아크릴레이트 올리고머. 결과는 도 7 및 도 8에서 예시된다.
16㎛의 전도성 트레이스의 50 개 층의 전도성 잉크 생성 FPC가, 2 OHM/㎝의 트레이스(0.3㎜×0.15㎜) 내성을 가지면서 2㎜(예를 들면, 도 8 참조)의 굴곡 반격을 갖는 스트립을 생성하였다. 유전체 플렉시블 잉크 제제는, 약 1.9 및 약 2.7 mPa의 영률, 약 12.5 내지 약 15 mPa 사이의 인장 강도, 및 약 23% 내지 약 30% 사이의 파단 연신율을 가지면서, 약 35 mN/m의 표면 장력을 갖는 잉크를 제조하였다.
영률은 일반적으로, 재료에 가해지는 단순한 인장 응력과 그 인장 응력에 평행한 결과적으로 나타나는 변형의 비율을 가리킨다. 영률은 또한 재료에 대한 탄성의 율(modulus)의 척도인데, 탄성의 율은 탄성의 계수(coefficient of elasticity), 탄성률(elasticity modulus) 또는 탄성 계수(elastic modulus)로서 또한 공지될 수도 있다. 실시예 I에서 Kaptone 상에 프린트된 전도성 잉크에 대한 응력/변형률 분석은 도 9에 도시되는데, 항복점(yield point)에서 8% 연신율 및 파단점에서 30% 연신율을 나타낸다.
용어 "포함하는(comprising)" 및 그 파생어는, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징부, 요소, 컴포넌트, 그룹, 정수, 및/또는 단계의 존재를 명시하는 확장 가능한(open ended) 용어인 것으로 의도되지만, 그러나, 다른 언급되지 않은 특징부, 요소, 컴포넌트, 그룹, 정수, 및/또는 단계의 존재를 배제하지는 않는다. 전술한 내용은 또한, 용어 "포함하는(including)", "구비하는(having)" 및 그들의 파생어와 같은 유사한 의미를 갖는 단어에도 적용된다.
본 명세서에서 개시되는 모든 범위는, 종단점(endpoint)을 포함하며, 종단점은 서로 독립적으로 조합 가능하다. "조합(combination)"은, 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. 본 명세서에서 달리 지시되거나 또는 문맥에 의해 명확하게 반박되지 않는 한, 단수 표현의 용어는 본 명세서에서 수량의 제한을 나타내지 않으며, 단수 및 복수를 둘 모두 포괄하도록 해석되어야 한다. 접미사 "(들)"은, 본 명세서에서 사용될 때, 그것이 수식하는 용어의 단수 및 복수 둘 모두를 포함하도록 의도되고, 그에 의해, 그 용어의 하나 이상을 포함한다(예를 들면, 프린트 헤드(들)는 하나 이상의 프린트 헤드를 포함한다). 명세서 전반에 걸친 "하나의 실시형태", "다른 실시형태", "일 실시형태" 등에 대한 언급은, 존재하는 경우, 그 실시형태와 관련하여 설명되는 특정한 요소(예를 들면, 특징부, 구조체, 및/또는 특성)가 본 명세서에서 설명되는 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미하며, 다른 실시형태에서 존재할 수도 있거나 또는 존재하지 않을 수도 있다. 또한, 설명된 요소는 다양한 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 더구나, 용어 "제1", "제2" 등은, 본 명세서에서, 임의의 순서, 수량, 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라, 오히려, 하나의 요소를 다른 것으로부터 나타내기 위해 사용된다.
마찬가지로, 용어 "약"은, 양, 사이즈, 제제, 파라미터, 및 다른 수량 및 특성이 정확하지 않다는 또는 정확할 필요가 없다는 것이 아니라, 허용 오차(tolerance), 변환 인자, 반올림, 측정 에러 등, 및 기술 분야의 숙련된 자에게 알려진 다른 인자를 반영하여, 필요에 따라서, 근사할 수도 있고/있거나 더 클 수도 있거나 또는 더 작을 수도 있다는 것을 의미한다. 일반적으로, 양, 사이즈, 제제, 파라미터 또는 다른 수량 또는 특성은, "약"인 것으로 또는 "근사적"인 것으로 명시적으로 언급되든 또는 그렇지 않든 간에, 그러한 것이다.
따라서 그리고 일 실시형태에서, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법이 본 명세서에서 제공되는데, 그 방법은 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 리지드 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 수지 펌프를 구비하는 제1 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 금속 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 리지드 금속 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 금속 잉크 펌프를 구비하는 제2 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 플렉시블 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 제3 프린트 헤드; 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 제4 프린트 헤드; 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각으로 기판을 이송하도록 구성되는, 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되는 컨베이어; 및 데이터 프로세서; 불휘발성 메모리; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 프린트하기 위한 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 생성하기 위한; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택을 수신하기 위한; 그리고 파라미터의 선택 중 적어도 하나에 기초하여 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 수정하기 위한 불휘발성 메모리 상에 저장되는 실행 가능 명령어의 세트를 포함하는 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈로서, CAM 모듈은 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각을 제어하도록 구성되는, 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈을 포함하는 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 것; 리지드 수지 잉크젯 잉크 조성물, 리지드 금속 잉크젯 잉크 조성물, 플렉시블 수지 잉크 조성물, 및 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것으로서, 2D층은 리지드 수지 잉크젯 잉크, 리지드 금속 잉크젯 잉크, 플렉시블 수지 잉크젯 잉크, 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크, 또는 2종 이상을 포함하는 조합물을 나타내는 패턴을 포함하는, 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것; 제1 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 리지드 수지 표현에 대응하는 패턴을 경화시키는 것; 제3 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 수지 표현에 대응하는 패턴을 가교 결합시키는 것; 제2 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 패턴을 소결시키는 것; 제4 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 플렉시블 전도성 잉크 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 패턴을 가교 결합시키는 것을 포함하고, (i) CAM 모듈을 사용하여, 제1 층에 후속하여 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 것; 및 후속하는 복합 컴포넌트 층을 형성하기 위한 단계를 반복하는 것을 더 포함하고, (ii) 제1 층을 경화시키는 단계는, 가열, 광중합, 건조, 퇴적 플라즈마, 어닐링, 산화 환원 반응 촉진, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하고, (iii) 리지드 금속 잉크 조성물은, 입자 사이즈가 약 20㎚ 내지 약 150㎚ 사이에 있는 평균 직경 D2,1을 갖는 금속 나노입자; 및 옵션 사항으로 용매를 포함하고, (iv) 금속 나노입자의 종횡비는 실질적으로 1보다 더 크고, (v) 리지드 수지 잉크는, 다작용성 아크릴레이트 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 그들의 조합; 가교 결합제(예를 들면, 라디칼, 모노머, 올리고머 또는 그들의 조합); 및 라디칼 광개시제의 용액이고, (vi) 리지드 수지는: 폴리에스터(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 알콜(PVOH), 폴리(비닐아세테이트)(PVA), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리(비닐피롤리돈), 또는 전술한 것 중 1종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하는 조합물이고, (vii) 플렉시블 수지 잉크는, 폴리(헥사플루오로부틸메타크릴레이트), 폴리(실록산)(PS), 폴리(이미드)(PI), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE), 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌나프탈레이트)(PEN), 폴리(4,4'-옥시다이페닐렌-피로멜리티미드), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체를 포함하는 조성물이고, (viii) 플렉시블 전도성 잉크는 엘라스토머; 및 전도성 필러를 포함하는 조성물이고, (ix) 엘라스토머는: 폴리(다이메틸실록산)(PDMS), 스타이렌 부타다이엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 모노머(EPDM), 폴리우레탄(PU), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체이고, (x) 필러는 카본 블랙, 단일 벽 카본 나노튜브(SWCNT), 다중 벽 카본 나노튜브(MWCNT), 카본 나노리본, 다이아몬드 스레드, 전도성 폴리머, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합물이고, (xi) 전도성 폴리머는, 폴리(아세틸렌)(PA), 폴리(아닐린)(PANI), 폴리(피롤)(PPY), 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체이고, (xii) 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택에서 사용되는 파라미터는; 층에서의 리지드 수지 패턴, 층에서의 리지드 금속 패턴, 플렉시블 수지 층, 플렉시블 전도성 수지 패턴, 리지드 수지에 대한 경화 요건, 플렉시블 수지에 대한 가교 결합 요건, 층에서의 리지드 금속 패턴에 대한 소결, 플렉시블 전도성 수지에 대한 경화 및/또는 조사 요건, 스루풋 요건, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터의 조합이고, (xiii) 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 3D 시각화 파일은, .asm, STL, IGES, STEP, 카티아, 솔리드웍스, ProE, 3D 스튜디오, 거버, 라이노 파일 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일이고; 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일은, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합이고, (xiv) 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 방법은 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것 또는 가교 결합시키는 것으로서, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물은 제1 또는 제2 프린트 헤드에서의 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물과는 상이한 리지드 또는 플렉시블 수지 조성물을 구비하는, 미리 결정된 패턴을 경화시키는 것 또는 가교 결합시키는 것을 더 포함하고, (xv) 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 방법은 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것; 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 것으로서, 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물은 제3 또는 제4 프린트 헤드에서의 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물과는 상이한 금속 또는 플렉시블 전도성 조성물을 갖는, 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 것을 더 포함하고, (xvi) 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 지지체 잉크 저장소, 및 어퍼처를 통해 지지체 잉크를 공급하도록 구성되는 지지체 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 방법은 지지체 잉크 조성물(support ink composition)을 제공하는 것; 제1 프린트 헤드 및/또는 제2 프린트 헤드 및/또는 제3 프린트 헤드 및/또는 제4 프린트 헤드를 사용하는 단계 이전에, 동시에, 또는 후속하여, 지지체 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층에서 지지체 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 것; 및 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 2D층에서 지지체 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 작용화시키는 것을 더 포함한다.
비록 변환된 3D 시각화 CAD/CAM 데이터 패키지에 기초한 잉크젯 프린팅을 사용하는 리지드-플렉시블 및/또는 리지드-플렉시블 리지드 전자 오브젝트의 3D 프린팅을 위한 전술한 개시가 몇몇 실시형태의 관점에서 설명되었지만, 본 명세서의 개시로부터 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다른 실시형태가 명백할 것이다. 또한, 설명된 실시형태는 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다. 실제, 본 명세서에서 설명되는 신규의 방법, 프로그램, 라이브러리 및 시스템은, 본 명세서의 취지를 벗어나지 않으면서 다양한 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 따라서, 본 명세서의 개시를 고려하면, 다른 조합예, 생략예, 대체예 및 수정예가 숙련된 기술자에게는 명백할 것이다.

Claims (17)

  1. 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트(rigid-flexible electronic object)를 제조하기 위한 방법으로서,
    a. 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 잉크젯 프린팅 시스템은,
    i. 적어도 하나의 어퍼처(aperture), 리지드 수지 잉크 저장소(rigid resin ink reservoir), 및 상기 어퍼처를 통해 리지드 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 수지 펌프를 구비하는 제1 프린트 헤드;
    ii. 적어도 하나의 어퍼처, 리지드 금속 잉크 저장소(rigid metallic ink reservoir), 및 상기 어퍼처를 통해 리지드 금속 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 리지드 금속 잉크 펌프를 구비하는 제2 프린트 헤드;
    iii. 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 수지 잉크 저장소(flexible resin ink reservoir), 및 상기 어퍼처를 통해 플렉시블 수지 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 제3 프린트 헤드;
    iv. 적어도 하나의 어퍼처, 플렉시블 전도성 잉크 저장소(flexible conductive ink reservoir), 및 상기 어퍼처를 통해 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크를 공급하도록 구성되는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 제4 프린트 헤드;
    v. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각으로 기판을 이송하도록 구성되는, 상기 제1, 상기 제2, 상기 제3, 및 상기 제4 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되는 컨베이어; 및
    vi. 데이터 프로세서; 불휘발성 메모리; 및 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하기 위한; 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 프린트하기 위한 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 생성하기 위한; 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 선택을 수신하기 위한; 그리고 파라미터의 상기 선택 중 적어도 하나에 기초하여 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일을 수정하기 위한 상기 불휘발성 메모리 상에 저장되는 실행 가능 명령어의 세트를 포함하는 컴퓨터 지원 제조(computer aided manufacturing: "CAM") 모듈로서, 상기 CAM 모듈은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 프린트 헤드의 각각을 제어하도록 구성되는, 상기 컴퓨터 지원 제조("CAM") 모듈을 포함하는, 상기 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계;
    b. 리지드 수지 잉크젯 잉크 조성물, 리지드 금속 잉크젯 잉크 조성물, 플렉시블 수지 잉크 조성물, 및 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 단계;
    c. 상기 CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 단계로서, 상기 2D층은 상기 리지드 수지 잉크젯 잉크, 상기 리지드 금속 잉크젯 잉크, 상기 플렉시블 수지 잉크젯 잉크, 상기 플렉시블 전도성 잉크젯 잉크, 또는 2종 이상을 포함하는 조합물을 나타내는 패턴을 포함하는, 상기 제1 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 단계;
    d. 상기 제1 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 리지드 수지 표현에 대응하는 상기 패턴을 형성하는 단계;
    e. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 리지드 수지 표현에 대응하는 상기 패턴을 경화시키는 단계;
    f. 상기 제3 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 플렉시블 수지 표현에 대응하는 상기 패턴을 형성하는 단계;
    g. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 플렉시블 수지 표현에 대응하는 상기 패턴을 가교 결합시키는(crosslinking) 단계;
    h. 상기 제2 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 상기 패턴을 형성하는 단계;
    i. 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 리지드 금속 잉크 표현에 대응하는 상기 패턴을 소결시키는 단계;
    j. 상기 제4 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 플렉시블 전도성 잉크 표현에 대응하는 상기 패턴을 형성하는 단계; 및
    k. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 상기 패턴을 가교 결합시키는 단계를 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    a. 상기 CAM 모듈을 사용하여, 상기 제1 층에 후속하여 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 실질적 2D층을 나타내는 생성된 파일을 획득하는 단계; 및 후속하는 복합 컴포넌트 층을 형성하기 위한 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 층을 경화시키는 단계는, 가열, 광중합, 건조, 퇴적 플라즈마, 어닐링, 산화 환원 반응 촉진, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 리지드 금속 잉크 조성물은 입자 사이즈가 약 20㎚ 내지 약 150㎚ 사이에 있는 평균 직경 D2,1을 갖는 금속 나노입자; 및 옵션 사항으로 용매를 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 나노입자의 종횡비는 실질적으로 1보다 더 큰, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리지드 수지 잉크는 다작용성 아크릴레이트 모노머, 올리고머, 폴리머 또는 이들의 조합물; 가교 결합제; 및 라디칼 광개시제의 용액인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 리지드 수지는 폴리에스터(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐 알콜(PVOH), 폴리(비닐아세테이트)(PVA), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리(비닐피롤리돈), 또는 전술한 것 중 1종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함하는 조합물인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 플렉시블 수지 잉크는, 폴리(헥사플루오로부틸메타크릴레이트), 폴리(실록산)(PS), 폴리(이미드)(PI), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(PTFE), 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET), 폴리(에틸렌나프탈레이트)(PEN), 폴리(4,4'-옥시다이페닐렌-피로멜리티미드), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트(conjugate), 코폴리머, 터폴리머(terpolymer), 또는 유도체를 포함하는 조성물인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 플렉시블 전도성 잉크는 엘라스토머; 및 전도성 필러를 포함하는 조성물인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 엘라스토머는 폴리(다이메틸실록산)(PDMS), 스타이렌 부타다이엔 고무(SBR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 모노머(EPDM), 폴리우레탄(PU), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 필러는 카본 블랙, 단일 벽 카본 나노튜브(single-wall carbon nanotube: SWCNT), 다중 벽 카본 나노튜브(multiwall carbon-nanotube: MWCNT), 다이아몬드 스레드(diamond thread), 전도성 폴리머, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합물인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는, 폴리(아세틸렌)(PA), 폴리(아닐린)(PANI), 폴리(피롤)(PPY), 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(PEDOT), 또는 전술한 것 중 2종 이상을 포함하는 컨쥬게이트, 코폴리머, 터폴리머, 또는 유도체인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트에 관련되는 파라미터의 상기 선택에서 사용되는 상기 파라미터는; 상기 층에서의 상기 리지드 수지 패턴, 상기 층에서의 상기 리지드 금속 패턴, 상기 플렉시블 수지 층, 상기 플렉시블 전도성 수지 패턴, 상기 리지드 수지에 대한 경화 요건, 상기 플렉시블 수지에 대한 가교 결합 요건, 상기 층에서의 상기 리지드 금속 패턴에 대한 소결, 상기 플렉시블 전도성 수지에 대한 경화 및/또는 조사(irradiating) 요건, 스루풋 요건, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터의 조합인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 나타내는 상기 3D 시각화 파일은, .asm, STL, IGES, STEP, 카티아(Catia), 솔리드웍스(SolidWorks), ProE, 3D 스튜디오(3D Studio), 거버(Gerber), 라이노(Rhino) 파일 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일이고; 적어도 하나의 실질적 2D층을 나타내는 파일은, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합인, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 저장소, 및 상기 어퍼처를 통해 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 상기 방법은,
    a. 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물을 제공하는 단계;
    b. 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 단계; 및
    c. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 표현에 대응하는 상기 미리 결정된 패턴을 경화 또는 가교 결합시키는 단계로서, 상기 제2 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물은 상기 제1 또는 제2 프린트 헤드에서의 상기 리지드 또는 플렉시블 수지 잉크 조성물과는 상이한 리지드 또는 플렉시블 수지 조성물을 구비하는, 상기 미리 결정된 패턴을 경화 또는 가교 결합시키는 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 저장소, 및 상기 어퍼처를 통해 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크를 공급하도록 구성되는 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 펌프를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 상기 방법은,
    a. 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물을 제공하는 단계;
    b. 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 단계; 및
    c. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 제2 리지드 금속 또는 플렉시블 전도성 표현에 대응하는 상기 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 단계로서, 상기 제2 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물은 상기 제3 또는 제4 프린트 헤드에서의 상기 리지드 금속 잉크 또는 플렉시블 전도성 잉크 조성물과는 상이한 금속 또는 플렉시블 전도성 조성물을 갖는, 상기 미리 결정된 패턴을 소결, 및/또는 가교 결합 및/또는 조사하는 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 잉크젯 프린팅 시스템은, 적어도 하나의 어퍼처, 지지체 잉크 저장소(support ink reservoir), 및 상기 어퍼처를 통해 지지체 잉크(support ink)를 공급하도록 구성되는 지지체 잉크 펌프(support ink pump)를 구비하는 추가적인 프린트 헤드를 더 포함하고, 상기 방법은,
    a. 지지체 잉크 조성물(support ink composition)을 제공하는 단계;
    b. 상기 제1 프린트 헤드 및/또는 상기 제2 프린트 헤드 및/또는 상기 제3 프린트 헤드 및/또는 상기 제4 프린트 헤드를 사용하는 단계 이전에, 동시에, 또는 후속하여, 지지체 잉크 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 제1 실질적 2D층에서 상기 지지체 표현에 대응하는 미리 결정된 패턴을 형성하는 단계; 및
    c. 상기 리지드-플렉시블 전자 오브젝트의 상기 2D층에서 상기 지지체 표현에 대응하는 상기 미리 결정된 패턴을 작용화시키는(functionalizing) 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 사용하여 리지드-플렉시블 전자 오브젝트를 제조하기 위한 방법.
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