KR20190131189A - 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법 - Google Patents

잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅 방법만을 이용하여 간단하게 20um보다 작은 미세한 폭을 갖는 선 패턴을 갖는 기판을 제조할 수 있도록 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 기판 상에 속건성(速乾性) 액체를 잉크젯 프린팅하여 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성하는 격벽 형성단계; 및 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;를 포함하여 구성된다.

Description

잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법{METHOD FOR FORMING MICRO LINE PATTERN USING INKJET PRINTING}
본 발명은 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 잉크젯 프린팅 방법만을 이용하여 간단하게 20um보다 작은 미세한 폭을 갖는 선 패턴을 갖는 기판을 제조할 수 있도록 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법에 관한 것이다.
잉크젯 기술을 이용하여 전도성 패턴을 인쇄하는 방법은 인쇄전자 기술 개발 초기에 개발되어 80~150um의 선 폭을 이용한 PCB 제조 기술이 개발되었다.
그러나, 이러한 잉크젯 기술은 잉크젯 기술의 많은 장점에도 불구하고 PCB 제조에 많이 사용되지 않고 있는데, 그 이유는 PCB에서 높은 두께의 선 폭을 달성하기 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라 스크린 프린팅 기술에 비해 제조비용이 높고, 생산성이 떨어지기 때문이다.
이러한 이유로, 현재의 잉크젯 기술은 50~80um의 선 폭으로 이루어진 소량 다품종 PCB 제품을 제작하거나 소량의 PCB 샘플을 제작하는 것과 같이, 매우 제한된 범위에서만 적용되고 있는 실정이다.
한편, 최근의 차세대 PCB 또는 HDI(High Density Interconnect) 보드는 고직접화가 가능하도록 대략 20um보다 작은 미세한 선 폭의 패턴을 갖도록 제작되어야 하는데, 스크린 프린팅 기술은 고직접화 및 균일화가 떨어져 고집적화된 PCB의 제작에 이용되기 어려운 문제가 있기 때문에 리소그래피나 레이저를 이용한 방법으로 고집적화된 PCB 또는 HDI를 제조하고 있고, 특히, 휴대기기용 고밀도 PCB 또는 HDI등은 리소그래피나 레이저 방식과 같은 고비용의 제조방법으로 제조되고 있다.
한편, 잉크젯 프린팅 기법은 기존의 노광, 에칭, 도금 공정에 의하지 않고 배선을 직접 형성할 수 있는 방법으로서, 미세 노즐을 통하여 용액이나 현탁액을 수 내지 수십 pl(pico liter)의 방울로 분사하여 수십 마이크로미터 폭의 미세 선을 형성하는 패터닝 기술이다.
구체적으로, 미세 선 패턴 부분이 친수성 특성을 갖고, 그 외 나머지 부분이 소수성 특성을 갖도록 기판의 표면을 먼저 표면처리한 후 친수성 특성을 갖는 부분에 전도성 잉크로 미세 선 패턴을 형성하였다. 더욱 구체적으로, 리소그래피 방식 또는 소수성 막을 도포하고 UV 광으로 식각 처리를 이용한 소수성 패턴에 전도성 재료를 도포하는 방식으로 소수성 그리고 친수성을 구분하게 하여 만든 후 전도성 잉크를 도포함에 따라 도포된 모든 잉크가 친수성 영역으로 모이게 하는 방식을 적용하여 미세 선 패턴을 구현하였다.
상술한 바와 같은 종래의 잉크젯 프린팅 기법은 설계변경이 용이하고, 포토마스크의 제작비용감소, 제조공정 시간의 감소로 점차 그 사용이 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 소수성/친수성을 갖도록 기판의 표면처리를 하는 공정으로 인하여 높은 제조비용을 야기하는 단점이 있었다.
한편, 잉크젯 프린팅 기법은 상용화된 잉크젯 헤드의 제한으로 잉크젯 방식으로 구현할 수 있는 잉크 방울의 크기가 1pl(직경 12.6um)이기 때문에 잉크젯 기술만으로 20um의 미세 선 패턴을 구현하는 것은 사실상 불가능하다.
구체적으로, 1pl(12.6um 직경) 크기의 잉크 방울이 토출되어 기판의 표면에 안착되면, 표면 상태에 따라서 잉크가 다양한 크기로 퍼지게 되는데, 일반적인 표면 상태에서는 보통 잉크 방울의 약 3배(35um) 또는 4배(47um) 의 선 폭이 형성되는 것이고, 기판의 표면 상태를 소수성으로 처리하면 잉크 방울의 2배(22um)까지 구현할 수도 있지만, 실제적으로 다양한 응용 분야에서 요구되는 이 보다 더 작은 선 폭의 라인을 구현하기 어렵고 더욱이 이런 공정으로 제품 생산을 하는 것은 더욱 어렵다.
또한, 잉크 방울이 작아지면 미세 선 패턴의 두께도 따라서 낮아지게 되어 더 높은 두께의 미세 선을 구현하는 것은 더 어렵고, 구현이 되더라도 미세 선의 경계가 균일하지 않아서 많은 전송 손실이 발생하게 되어 실제 응용 분야에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 가열된 기판으로 잉크 방울을 토출하여, 기판을 열로 인해 잉크 방울을 건조하여 프린팅을 하기도 하는데, 이처럼 기판을 가열하여 잉크를 건조시키게 되면, 이에 따른 영향으로 헤드의 노즐 내 잉크 중에 포함된 솔벤트의 증발로 인하여 헤드의 노즐 자체가 막혀서 인쇄가 불량하게 이루어지거나 인쇄 자체가 불가능한 문제가 있다.
또한, 기판을 가열하는 방식은 기판 자체와 잉크젯 헤드의 열팽창을 발생시키기 때문에, 이로 인한 오차로 인해 정밀한 미세 선 구현이 불가능한 문제가 있다.
등록특허 10-0833110(등록일자 2008년05월22일)
등록특허 10-0858722(등록일자 2008년09월09일)
등록특허 10-1116762(등록일자 2012년02월08일)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 잉크젯 프린팅 방법만을 이용하여 간단하게 20um보다 작은 미세한 선 폭의 패턴을 갖는 기판을 제조할 수 있고, 특히, 기판의 가열에 따른 잉크 건조가 아닌 UV 잉크를 이용한 피닝(pinning) 기법을 이용함에 따라 인쇄의 정밀도를 높여 균일한 경계를 갖는 양호한 미세 선 패턴을 구현할 수 있는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 제공함에 있다.
또한, 가열된 기판에서 전달된 열로 인하여 헤드의 노즐 내 잉크 중 포함된 솔벤트가 증발됨에 따른 헤드의 노즐 막힘 문제를 원천적으로 방지하여 더 작은 미소 크기의 잉크 방울 구현이 가능하고, 위치가 정밀한 미세 선 구현이 가능한 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 기판 상에 속건성(速乾性) 액체를 잉크젯 프린팅하여 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성하는 격벽 형성단계; 및 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 광에 의해 겔화(gelling)가 이루어지는 광경화성 잉크일 수 있다.
바람직하게, 상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 온도차로 인한 상변화로 인해 겔화(gelling)가 이루어지는 핫멜트(Hot melt) 잉크일 수 있다.
바람직하게, 상기 속건성 액체는, 건조 후 표면의 특성이 소수성을 갖는 것일 수 있다.
바람직하게, 상기 기판의 표면은 소수성 처리될 수 있다.
바람직하게, 격벽 형성단계는, 속건성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 미소 격벽의 높이가 증가되도록 할 수 있다.
바람직하게, 패턴 형성단계는, 전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 전도성 패턴의 높이가 증가되도록 할 수 있다.
바람직하게, 상기 격벽 형성단계에서 상기 속건성 액체의 잉크젯 프린팅 및 패턴 형성단계에서 상기 전도성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅일 수 있다.
바람직하게, 상기 패턴 형성단계 이후에, 상기 격벽 형성단계에서 형성된 미소 격벽을 제거하는 격벽 제거단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 기판을 일방향으로 이동시키는 이동수단, 상기 기판의 이동방향 선두부에서 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 속건성 액체를 토출하는 제1헤드, 상기 제1헤드에 인접하여 설치되는 광조사기, 상기 기판의 이동방향 후미부에 설치되어 상기 기판의 이동방향에 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 전도성 액체를 토출하는 제2헤드를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치에 의해 상기 격벽 형성단계 및 패턴 형성단계가 수행되되, 상기 격벽 형성단계는 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출 후 상기 광조사기에서 조사된 광에 의해 겔화가 이루어진 상태로 상기 기판 상으로 탄착되어 상기 미소 격벽을 형성하도록 이루어지고, 상기 패턴 형성단계는 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하도록 이루어지며, 상기 미소 격벽의 형성과 상기 전도성 패턴의 형성이 동시에 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제1헤드, 광조사기가 일체로 함께 이동하거나 상기 제1헤드, 광조사기, 제2헤드가 일체로 함께 이동할 수 있다.
바람직하게, 상기 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되며, 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출되어 미소 격벽을 형성하는 과정 및 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하는 과정이 헬륨가스 분위기에서 진행될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 잉크젯 프린팅 방법만을 이용하여 기판을 가열하지 않고 간단하게 20um보다 작은 미세한 선 폭의 패턴을 열팽창을 배제하여 정밀한 위치 정밀도를 갖는 기판을 제조할 수 있다는 이점이 있다.
또한, UV 잉크를 이용한 피닝(pinning) 기법을 이용함에 따라 기판 가열을 배제하여 정밀도가 높고, 균일한 경계를 갖는 양호한 미세 선 패턴을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 리소그래피 방식과 비교하여 낮은 제조 비용으로 미세 선 패턴을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 넓은 면적 처리가 용이하고 리소그래피 방식으로 쉽게 처리할 수 없는 기판의 좁은 측면, 단차가 있는 기판 또는 다른 표면 특성의 다수의 재료로 만들어진 기판 등에도 적용이 가능한 이점이 있다.
또한, 헬륨가스 분위기에서 잉크젯 프린팅 공정이 이루어짐에 따라 동일 노즐 크기의 헤드를 사용하더라도 더 작은 잉크 방울을 더 빠른 속도를 유지하여 더 멀리 날아가게 하여 더 작은 미세선 폭을 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 도시한 순서도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 구현하기 위한 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 구성을 도시한 평편 구성도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계로 이루어진다.
상기 기판 준비단계는, 미세 선 패턴을 형성하기 위한 기판을 준비하는 단계이다.
상기 기판은 20 um 이하의 미세한 폭을 갖는 전도성 패턴이 요구되는 다양한 응용 분야에서 사용되는 기판, 예컨대, SLP(Substrate Like PCB)를 적용하는 휴대폰용 PCB용 기판, 고직접도를 요구하는 HDI(High Density Interconnect)용 기판, 베젤을 최소화한 터치스크린패널용 기판, 마이크로 LED용 기판, FoWLP(Fan Out Wafer Level Package)용 기판 등이 될 수 있다.
상기 기판 처리단계는, 상기 기판의 표면 상태를 균일하게 만들어줌과 함께 소수성 처리하는 단계이다.
상기 기판의 표면이 소수성으로 처리됨에 따라 기판 표면에 부착되는 잉크의 부착면적을 작게할 수 있다.
한편, 기판 준비단계에서 준비되는 기판이 이미 소수성 특성을 가지고 있거나 소수성 표면 처리가 되어 있는 기판이라면, 상기 기판 처리단계는 생략될 수 있다.
또한, 상기 소수성 표면 처리는 선택적인 과정으로서, 소수성 처리가 이루어지지 않은 기판을 사용할 수도 있음은 물론이다.
상기 격벽 형성단계는, 상기 기판 상에 속건성(速乾性) 액체를 잉크젯 프린팅하여 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 속건성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅 방식을 적용할 수 있다.
한편, 상기 기판은 가열을 하고 있지 않은 상온 온도로 유지되는 기판이다.
상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 급속하게 겔화(gelling)가 이루어지는 액체를 의미하며, 예를 들어, 광에 의해 속건성이 이루어지는 광경화성 잉크 또는 온도차로 인한 상변화로 인해 속건성이 이루어지는 핫멜트(Hot melt) 잉크일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 광경화성 잉크가 분사노즐의 인접하여 UV광을 조사하는 광조사기를 배치함에 따라, 상기 분사노즐을 통해 분사된 광경화성 잉크가 광조사기에서 조사된 UV광에 의해 급속하게 겔화(gelling)가 진행되어 점도가 높아짐에 따라 기판의 표면에 탄착 시 옆으로 퍼지는 것이 방지된다.
또한, 상기 핫멜트 잉크가 히팅수단에 의해 가열되어 액상인 상태로 분사노즐을 통해 분사된 후 공기 중에 노출되어 냉각되면서 온도차에 의해 급속하게 겔화가 진행되어 점도가 높아짐에 따라 기판의 표면에 탄착 시 옆으로 퍼지는 것이 방지된다.
상술한 바와 같이, 속건성 액체가 분사노즐로 노출된 후 기판 표면에 탄착되기 전에 급속하게 겔화가 이루어져 기판의 표면에 탄착 시 옆으로 퍼지는 것이 방지되도록 하는 것을 피닝(pinning)이라고 한다.
상기 기판의 소수성 처리 및 속건성 액체의 피닝을 통해 상기 미소 격벽의 폭이 5um 내지 20um가 되도록 미소 크기로 형성할 수 있게 된다.
한편, 상기 광경화성 잉크나 핫멜트 잉크 등과 같은 속건성 액체는 광에 의해 건조가 이루어진 후의 표면상태가 소수성 특성을 갖는 것이 바람직하며, 이는 후술하게 될 패턴 형성단계의 전도성 액체가 미리 정해진 전도성 패턴에만 프린팅될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 패턴 형성단계는, 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 전도성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅 방식을 적용할 수 있다.
상기 전도성 잉크는 Ag, Cu, Au, Pt, CNT, AgNW, Graphene, Graphene Oxide, 전도성 고분자 또는 이와 같은 재료의 합성된 형태의 전도성 잉크를 의미한다.
구체적으로, 상기 격벽 형성단계를 통해 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성된 상태, 즉, 미리 정해진 전도성 패턴 이외의 부분에 미소 격벽이 형성된 상태에서 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하는 것이다. 달리 설명하면, 미리 정해진 전도성 패턴 이외의 부분에 형성된 미소 격벽의 사이에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하는 것이다.
한편, 전술한 바와 같이, 건조된 표면상태가 소수성 특성을 갖는 속건성 액체를 이용하여 미소 격벽을 형성함에 따라, 상기 미소 격벽의 건조된 표면상태도 소수성 특성을 가지게 되고, 이로 인하여 상기 미소 격벽의 사이에 전도성 잉크를 분사 시 일부 전도성 잉크가 격벽의 상부로 분사되더라도 미소 격벽의 사이로 흘러들어가 양호한 패턴 형성이 가능하게 된다.
전도성 잉크가 건조됨에 따라 전도성 잉크 내에 포함된 전도성분이 전도성 패턴을 형성하게 되고, 상기 미소 격벽은 전기적으로 절연되어야 하는 전도성 패턴 간을 절연시키는 절연의 기능으로 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 5um 내지 20um의 폭을 갖도록 형성된 미소 격벽 사이로 전도성 잉크를 프린팅하여 전도성 패턴을 형성함에 따라, 상기 전도성 패턴의 폭이 5um 내지 20um가 되도록 형성할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계, 격벽 제거단계로 이루어지며, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계는 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 격벽 제거단계에 대해서만 설명하도록 한다.
상기 격벽 제거단계는, 상기 패턴 형성단계 이후에 상기 격벽 형성단계에서 형성된 미소 격벽을 제거하는 단계이다.
상기 속건성 잉크 액체는 아크릴 기반으로 하는 포토 폴리머로 이루어지며, 이러한 소재로 이루어진 속건성 액체로 형성된 미소 격벽을 향하여 순수한 물 또는 0.5% NaOH를 포함한 물을 스프레이 또는 워터젯 방식으로 분사하면 격벽이 쉽게 분해되어 제거가 되고, 미소 격벽의 제거 후 건조를 통해 전도성 미세 패턴만 남도록 할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계로 이루어지며, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계는 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 패턴 형성단계에 대해서만 설명하도록 한다.
상기 패턴 형성단계는, 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 전도성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅 방식을 적용할 수 있고, 특히, 전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 전도성 패턴의 높이가 증가되도록 한다.
상기 전도성 잉크는 Ag, Cu, Au, Pt, CNT, AgNW, Graphene, Graphene Oxide, 전도성 고분자 또는 이와 같은 재료의 합성된 형태의 전도성 잉크를 의미한다.
구체적으로, 상기 격벽 형성단계를 통해 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성된 상태, 즉, 미리 정해진 전도성 패턴 이외의 부분에 미소 격벽이 형성된 상태에서 상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅하는 것이다.
더욱 구체적으로, 미리 정해진 전도성 패턴 이외의 부분에 형성된 미소 격벽의 사이에 전도성 액체를 1차 잉크젯 프린팅하여 건조한 후 다시 전도성 액체를 2차 잉크젯 프린팅하여 건조하는 방식으로 반복하여 잉크젯 프린팅을 한다.
이처럼 전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 도전성 패턴의 전체적인 두께를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 양호한 도전 특성을 구현할 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계로 이루어지며, 기판 준비단계, 기판 처리단계는 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계에 대해서만 설명하도록 한다.
상기 격벽 형성단계는, 상기 기판 상에 속건성(速乾性) 액체를 잉크젯 프린팅하여 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 속건성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅 방식을 적용할 수 있고, 특히, 속건성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 미소 격벽의 높이가 증가되도록 한다.
상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 급속하게 겔화(gelling)가 이루어지는 액체를 의미하며, 제1실시예의 속건성 액체와 동일 내지 유사하다.
속건성 액체가 분사노즐로 노출된 후 기판 표면에 탄착되기 전에 급속하게 겔화가 이루어져 기판의 표면에 탄착 시 옆으로 퍼지는 것이 방지되며, 이러한 피닝 기술을 이용하여 같은 위치 또는 패턴데로 속건성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 미소 격벽의 높이가 증가되도록 할 수 있다.
상기 패턴 형성단계는, 상기 높이가 증가된 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 단계이며, 예를 들어, 상기 전도성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅 방식을 적용할 수 있고, 특히, 전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 전도성 패턴의 높이가 증가되도록 하며, 구체적인 내용은 제3실시예와 동일 내지 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 제5실시예에 따른 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계, 패턴 제거단계로 이루어지며, 기판 준비단계, 기판 처리단계, 격벽 형성단계, 패턴 형성단계는 제4실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 격벽 제거단계에 대해서만 설명하도록 한다.
상기 격벽 제거단계는, 상기 패턴 형성단계 이후에 상기 격벽 형성단계에서 형성된 미소 격벽을 제거하는 단계이며, 제2실시예의 격벽 제거방법과 동일 내지 유사하게 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법의 구현을 위한 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 구성을 도 6 및 도 7에 도시하였으며, 제1실시예의 미세 선 패턴 형성방법을 예시하여 장치의 작동에 대해 설명하도록 한다.
도 6에 도시된 잉크젯 프린팅 장치는, 하나의 프린터에 속건성 액체를 토출하는 제1헤드와, 전도성 액체를 토출하는 제2헤드가 일체형으로 함께 움직이도록 구성되며, 제1헤드와 제2헤드에 의해 연속 또는 동시에 프린팅이 이루어짐에 따라 제1헤드에 의해 형성되는 패턴과 제2헤드에 의해 형성되는 패턴이 서로 위치를 정렬하지 않아도 되는 장점이 있다. 즉, 두 패턴의 위치를 정렬하기 위한 위치 인식 장치 등이 필요없다.
상기 잉크젯 프린팅 장치는 전도성 패턴을 형성하고자 하는 기판을 일방향으로 이동시키는 이동수단, 상기 기판의 이동방향 선두부에서 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 속건성 액체를 토출하는 제1헤드, 상기 제1헤드의 앞뒤에 인접하여 설치되는 광조사기, 상기 기판의 이동방향 후미부에 설치되어 상기 기판의 이동방향에 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 전도성 액체를 토출하는 제2헤드를 포함하여 구성된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법을 구현하기 위한 잉크젯 프린팅 장치의 개략적인 구성을 도시한 평면 구성도이다.
먼저, 도 6에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 구성을 기준으로 설명하도록 한다.
상기 기판 이동 장치(이동수단)는 Y1 Stage를 따라 기판을 직선이동시키도록 구성된다.
제1헤드, 광조사기, 제2헤드, 잉크방울 정밀도 측정 카메라, 기판 높이 측정 장치는 상하로 이동이 가능하게 구성된 Z Stage에 설치되며, 상기 Z Stage는 X Stage를 따라 직선이동이 가능하도록 구성된다.
예를 들어, X Stage 상에서 직선이동이 가능한 이동블록이 구성되고, 상기 이동블록에 상하로 이동이 가능하도록 Z Stage가 구성될 수 있다.
상기 Z Stage의 상하이동, 상기 이동블록의 직선이동은 리니어모터, 리니어가이드 등의 구동수단에 의해 이루어질 수 있다.
상기 광조사기는 상기 기판의 이동방향을 기준으로 상기 제1헤드의 전후 부분에 각각 위치하도록 구성되며, 상기 제1헤드와 함께 이동될 수 있도록 상기 Z Stage 상에 조립되어 상기 제1헤드를 이동시키기 위한 구동수단에 의해 함께 이동된다.
상기 제2헤드도 상기 Z Stage 상에 조립되어 상기 제1헤드를 이동시키기 위한 구동수단에 의해 함께 이동된다.
상술한 바와 같이, 상기 제1헤드, 광조사기, 제2헤드는 Z Stage에 조립되어 하나의 구동수단에 의해 함께 이동된다.
한편, 상기 Y1 Stage에 이웃하여 병렬로 배치되도록 Y2 Stage가 구비되며, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드 및 제2헤드에서 토출되는 잉크 방울의 정밀도를 측정하기 위해 잉크 방울이 탄착되는 잉크 방울 정밀도 측정용 기판이 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드 및 제2헤드를 보수하기 위한 헤드 유지 보수 장치가 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드 및 제2헤드에서 토출되는 잉크 방울의 구 형성 높이를 측정하기 위한 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라가 구비된다.
상기 잉크 방울 정밀도 측정용 기판, 헤드 유지 보수 장치, 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라는 모두 하나로 조립되어 Y2 Stage를 따라 직선이동이 가능하다.
다음으로, 도 7에 도시된 잉크젯 프린팅 장치의 구성을 기준으로 설명하도록 한다.
상기 기판 이동 장치(이동수단)는 Y1 Stage를 따라 기판을 직선이동시키도록 구성된다.
제1헤드, 광조사기, 잉크방울 정밀도 측정 카메라, 기판 높이 측정 장치는 상하로 이동이 가능하게 구성된 Z1 Stage에 설치되며, 상기 Z1 Stage는 X1 Stage를 따라 직선이동이 가능하도록 구성된다.
예를 들어, X1 Stage 상에서 직선이동이 가능한 이동블록이 구성되고, 상기 이동블록에 상하로 이동이 가능하도록 Z1 Stage가 구성될 수 있다.
상기 Z1 Stage의 상하이동, 상기 이동블록의 직선이동은 리니어모터, 리니어가이드 등의 구동수단에 의해 이루어질 수 있다.
제2헤드, 잉크방울 정밀도 측정 카메라, 기판 높이 측정 장치는 상하로 이동이 가능하게 구성된 Z2 Stage에 설치되며, 상기 Z2 Stage는 X2 Stage를 따라 직선이동이 가능하도록 구성된다.
예를 들어, X2 Stage 상에서 직선이동이 가능한 이동블록이 구성되고, 상기 이동블록에 상하로 이동이 가능하도록 Z2 Stage가 구성될 수 있다.
상기 Z2 Stage의 상하이동, 상기 이동블록의 직선이동은 리니어모터, 리니어가이드 등의 구동수단에 의해 이루어질 수 있다.
즉, 제1헤드와 제2헤드가 각각 개별적으로 좌측 또는 우측으로 이동이 가능한 것이다.
한편, 상기 Y1 Stage에 이웃하여 병렬로 배치되도록 Y2 Stage가 구비되며, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드에서 토출되는 잉크 방울의 정밀도를 측정하기 위해 잉크 방울이 탄착되는 제1 잉크 방울 정밀도 측정용 기판, 상기 제2헤드에서 토출되는 잉크 방울의 정밀도를 측정하기 위해 잉크 방울이 탄착되는 제2 잉크 방울 정밀도 측정용 기판이 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드를 보수하기 위한 제1 헤드 유지 보수 장치, 상기 제2헤드를 보수하기 위한 제2 헤드 유지 보수 장치가 구비된다.
또한, 상기 Y2 Stage에는 상기 제1헤드에서 토출된 잉크 방울의 구 형성 높이를 측정하기 위한 제1 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라, 상기 제2헤드에서 토출된 잉크 방울의 구 형성 높이를 측정하기 위한 제2 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라가 구비된다.
상기 제1 잉크 방울 정밀도 측정용 기판, 제1 헤드 유지 보수 장치, 제1 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라는 일체로 조립되어 Y2 Stage를 따라 함께 직선이동이 가능하다.
상기 제2 잉크 방울 정밀도 측정용 기판, 제2 헤드 유지 보수 장치, 제2 잉크 방울 구 형성 높이 측정 카메라는 일체로 조립되어 Y2 Stage를 따라 함께 직선이동이 가능하다.
한편, 상술한 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되며, 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출되어 미소 격벽을 형성하는 과정 및 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하는 과정이 헬륨가스 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.
이는, 헬륨의 밀도(0.1785 kg/m3)가 공기의 밀도(1.2 kg/m3) 대비 15% 정도밖에 되지 않기 때문에 이에 따른 잉크 방울의 종단 속도가 향상되기 때문이며, 구체적으로, 헬륨 분위기는 헬륨의 낮은 분자량 때문에 0.6pl 이하의 더 작은 잉크 방울이 분사되어도 충분한 토출 속도와 비행 거리를 유지할 수 있게 공기(기체) 저항을 줄여 줄 수 있다.
상술한 바와 같은 잉크젯 프린팅 장치의 구성에 따르면, 상기 제1헤드에 의해 격벽 형성단계가 이루어지고, 상기 제2헤드에 의해 상기 패턴 형성단계가 이루어지며, 상기 광조사기에 의해 광경화성 잉크의 겔화가 이루어진다.
구체적으로, 상기 격벽 형성단계는 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출 후 상기 광조사기에서 조사된 광에 의해 겔화가 이루어진 상태로 상기 기판 상으로 탄착되어 상기 미소 격벽을 형성함에 따라 이루어진다.
또한, 상기 패턴 형성단계는 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성함에 따라 이루어진다.
한편, 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출됨과 동시에 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 잉크젯 토출될 수 있으며, 이에 따라 상기 미소 격벽의 형성과 상기 전도성 패턴의 형성이 동시에 이루어질 수 있다.
한편, 상기에서는 하나의 잉크젯 프린팅 장치에 제1헤드와 제2헤드가 모두 구비된 경우에 대해 예시하였지만, 단위 프린터 당 생산성을 더 높이려면 제1헤드가 설치된 하나의 잉크젯 프린팅 장치와 제2헤드가 설치된 다른 하나의 잉크젯 프린팅 장치를 별도로 구비하고, 두 잉크젯 프린팅 장치의 사이에 기판 이송 장치가 구비된 공정 라인을 만들어서 2 단계로 인쇄를 할 수도 있음은 물론이다.
이때, 2 단계로 인쇄를 하는 경우에는 두 잉크젯 프린팅 장치 사이에 기판을 이송하고 이송된 기판에 기인쇄된 패턴의 정밀한 위치 정렬을 위해서 정밀한 위치 인식 표시를 위한 장치가 추가로 필요할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.
100:기판
200, 200':미소 격벽
300, 300':전도성 패턴

Claims (12)

  1. 기판 상에 속건성(速乾性) 액체를 잉크젯 프린팅하여 미리 정해진 전도성 패턴을 구획하기 위한 미소 격벽을 형성하는 격벽 형성단계; 및
    상기 미소 격벽에 의해 구획된 영역에 전도성 액체를 잉크젯 프린팅하여 상기 미리 정해진 전도성 패턴데로 전도성 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;를 포함하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 광에 의해 겔화(gelling)가 이루어지는 광경화성 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 속건성 액체는, 잉크젯 토출 후 온도차로 인한 상변화로 인해 겔화(gelling)가 이루어지는 핫멜트(Hot melt) 잉크인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 속건성 액체는, 건조 후 표면의 특성이 소수성인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면은 소수성 처리된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    격벽 형성단계는,
    속건성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 미소 격벽의 높이가 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  7. 제1항에 있어서,
    패턴 형성단계는,
    전도성 액체를 반복하여 잉크젯 프린팅함에 따라 전도성 패턴의 높이가 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 형성단계에서 상기 속건성 액체의 잉크젯 프린팅 및 패턴 형성단계에서 상기 전도성 액체의 잉크젯 프린팅은 DOD(Drop on demand) 방식의 잉크젯 프린팅인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 형성단계 이후에,
    상기 격벽 형성단계에서 형성된 미소 격벽을 제거하는 격벽 제거단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 기판을 일방향으로 이동시키는 이동수단, 상기 기판의 이동방향 선두부에서 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 속건성 액체를 토출하는 제1헤드, 상기 제1헤드에 인접하여 설치되는 광조사기, 상기 기판의 이동방향 후미부에 설치되어 상기 기판의 이동방향에 수직한 방향으로 왕복이동이 가능하고 상기 전도성 액체를 토출하는 제2헤드를 포함하는 잉크젯 프린팅 장치에 의해 상기 격벽 형성단계 및 패턴 형성단계가 수행되되,
    상기 격벽 형성단계는 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출 후 상기 광조사기에서 조사된 광에 의해 겔화가 이루어진 상태로 상기 기판 상으로 탄착되어 상기 미소 격벽을 형성하도록 이루어지고,
    상기 패턴 형성단계는 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하도록 이루어지며,
    상기 미소 격벽의 형성과 상기 전도성 패턴의 형성이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1헤드, 광조사기가 일체로 함께 이동하거나 상기 제1헤드, 광조사기, 제2헤드가 일체로 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린팅 장치는 헬륨가스 분위기로 조정된 밀폐된 공간에 설치되며, 상기 제1헤드에 의해 속건성 액체가 잉크젯 토출되어 미소 격벽을 형성하는 과정 및 상기 제2헤드에 의해 전도성 액체가 상기 미소 격벽의 사이로 잉크젯 토출되어 상기 전도성 패턴을 형성하는 과정이 헬륨가스 분위기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅을 이용한 미세 선 패턴 형성방법.
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