KR20210121482A - 금속패턴이 형성된 연성소재 및 연성소재 금속패턴 형성방법 - Google Patents

금속패턴이 형성된 연성소재 및 연성소재 금속패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연성소재 금속패턴 형성방법은 제1표면거칠기를 가지는 금속박막에 경화되지 않는 연성소재를 도포하여 결합하는 제1연성소재 도포단계, 상기 도포된 연성소재를 경화시키는 제1연성소재 경화단계 및 상기 금속박막의 일부를 제거하여 연성소재 상에 금속패턴을 형성하는 패턴형성단계 및 상기 패턴형성단계에서 노출되고, 금속박막이 제거됨에 따라 제1표면거칠기를 가지도록 노출되는 연성소재 표면의 노출영역의 표면거칠기를 제2표면거칠기로 저감시키는 표면거칠기 저감단계를 포함한다.

Description

금속패턴이 형성된 연성소재 및 연성소재 금속패턴 형성방법{Metal Patterned Flexible Material and Metal Patterning Method of the Same}
본 발명은 연성소재에 금속패턴을 형성하는 과정에서 발생하는 연성소재의 표면거칠기로 인한 빛의 난반사를 저감하여 연성소재의 투명도를 향상시킬 수 있는 패턴이 형성된 연성소재 및 연성소재 패턴성형방법에 관한 것이다.
최근 다양한 종류의 전장을 실장하는 기판으로 연성소재에 대한 관심이 높다. 특히 전장부품의 전기적인 연결을 위한 금속을 증착을 하는 등 연성소재에 금속패턴을 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
연성소재에 금속패턴을 증착을 하는 경우 증착을 위한 장비가 구비되어야 한다는 문제점이 있다. 나아가 연성소재에 금속을 증착을 하더라도 양자 간의 접합력이 강하지 않다는 문제점이 있다.
특히, 연성소재를 기판으로 사용하는 가장 큰 장점은 기판의 자유로운 변형이 가능하다는 점이지만, 기판의 변형에 따라 증착된 금속패턴이 박리된다는 문제점이 필연적으로 발생하게 된다.
따라서 변형이 가능하다는 연성소재를 다양한 전장부품의 실장을 위한 기판으로 사용하면서도, 연성소재의 변형에 따라 기판의 박리가 적고, 나아가 연성소재 자체의 투과성 등의 특성을 유지할 수 있는 새로운 금속패턴 형성방법에 대한 연구가 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1161301호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 연성기판 및 금속패턴의 접합강도를 위하여 특정 표면거칠기를 가지는 금속박막에 연성기판의 소재를 도포를 하여 이송소재를 접합한 다음 원하는 형태의 금속패턴을 식각을 하는 방식으로 연성기판에 금속패턴을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 금속박막의 식각과정에서 발생하는 연성기판표면의 표면거칠기를 저감시켜서 연성기판의 투명도를 확보할 수 있는 연성기판 금속패턴형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 연성소재 금속패턴 형성방법은 제1표면거칠기를 가지는 금속박막에 경화되지 않는 연성소재를 도포하여 결합하는 제1연성소재 도포단계, 상기 도포된 연성소재를 경화시키는 제1연성소재 경화단계 및 상기 금속박막의 일부를 제거하여 연성소재 상에 금속패턴을 형성하는 패턴형성단계를 포함한다.
그리고 상기 패턴형성단계에서 노출되고, 금속박막이 제거됨에 따라 제1표면거칠기를 가지도록 노출되는 연성소재 표면의 노출영역의 표면거칠기를 제2표면거칠기로 저감시키는 표면거칠기 저감단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 표면거칠기 저감단계는 상기 연성소재 노출영역의 표면거칠기를 플라즈마처리를 통하여 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제1연성소재 도포단계에서는 제1연성소재를 도포하고, 상기 표면거칠기 저감단계에서는 상기 연성소재 표면의 노출영역에 제2연성소재를 도포할 수 있다.
한편, 연성소재는 PDMS, PET, PI, PEN, Epoxy, Urethane 중 하나일 수 있고, 상기 금속박막은 Ag, Cu, Au, Al, Ni, Pd, Pt, Mg, Fe, Co, Cr, Ti 중 하나일 수 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속패턴이 형성된 연성소재는 제1표면거칠기를 가지는 패턴영역 및 제2표면거칠기를 가지는 노출영역으로 구획되는 연성소재 및 상기 패턴영역에 구비되고, 제1표면거칠기를 가지는 금속박막을 포함한다.
그리고 제2표면거칠기를 가지고, 상기 제1연성소재의 노출영역의 상부에 위치하는 제2연성소재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예의 금속패턴이 형성된 연성소재는 제1표면거칠기를 가지는 패턴영역 및 제1표면거칠기를 가지는 노출영역을 포함하는 제1연성소재, 상기 패턴영역에 구비되고, 제1표면거칠기를 가지는 전도성 금속포일 및 상기 패턴영역에 구비되고, 일면에 제1표면거칠기를 가지는 제2연성소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예의 금속패턴이 형성된 연성소재는 패턴영역 및 노출영역으로 구획되는 연성소재, 상기 패턴영역에 위치하는 금속박막 및 상기 금속박막을 연성소재에 접합하기 위하여 상기 패턴영역에 구비되는 접착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속패턴이 형성된 연성소재 및 연성소재 금속패턴 형성방법은 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 금속패턴의 증착을 위한 복잡한 장비를 구비하지 않더라도 간단한 공정으로 금속패턴이 형성된 연성소재를 대량생산할 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 금속패턴이 식각됨에 따라 발생하는 연성소재 표면의 표면거칠기를 저감하여 채택되는 소재의 투명도를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예의 재단된 구리박막을 나타내는 사진;
도2는 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 건조하는 과정을 나타내는 사진;
도3은 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 플라즈마 처리하는 과정을 나타내는 사진;
도4는 본 발명의 제1실시예의 구리박막에 PDMS를 도포하는 과정을 나타내는 사진;
도5는 본 발명의 제1실시예의 구리박막에 도포된 PDMS를 경화시키는 과정을 나타내는 사진;
도6은 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면;
도7은 본 발명의 제1실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법의 순서를 나타내는 도면;
도8은 본 발명의 제2실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면;
도9는 본 발명의 제3실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면;
도10은 본 발명에 따라 표면거칠기가 저감된 연성소재의 투명도를 설명하기 위한 사진;
도11은 본 발명의 제4실시예의 금속패턴이 형성된 연성소재의 형성방법을 나타내는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도1는 본 발명의 제1실시예의 재단된 구리박막을 나타내는 사진, 도2는 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 건조하는 과정을 나타내는 사진, 도3은 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 플라즈마 처리하는 과정을 나타내는 사진, 도4는 본 발명의 제1실시예의 구리박막에 PDMS를 도포하는 과정을 나타내는 사진, 도5는 본 발명의 제1실시예의 구리박막에 도포된 PDMS를 경화시키는 과정을 나타내는 사진이고, 도6은 본 발명의 제1실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도7은 본 발명의 제1실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법의 순서를 나타내는 도면이다.
도1 내지 도7를 참조하여 본 발명의 제1실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 연성소재 금속패턴 형성방법은 종래의 증착, 도금 등의 방식이 아닌 경화되지 않은 연성소재를 금속박막에 도포를 하여 금속박막의 표면거칠기를 통한 양자의 결합력을 확보하는 방법이다. 나아가 금속박막의 식각과정에서 연성소재에 형성될 수 밖에 없는 표면거칠기를 저감시켜서 연성소재의 투명도를 확보할 수 있는 방법이다.
구체적으로 본 실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법은 금속박막 재단단계(S10), 금속박막 건조단계(S20), 금속박막 표면처리단계(S30), 제1연성소재 도포단계(S40), 제1연성소재 경화단계(S50), 패턴형성단계(S60), 표면거칠기 저감단계(S70)을 포함한다.
본 발명의 금속박막으로는 다양한 종류가 사용될 수 있고, 바람직하게는 전도성(Conductivity)가 있는 금속박막이 사용된다. 예를 들어 전도성이 우수하다고 알려진 Ag, Cu, Au, Al, Ni, Pd, Pt, Mg, Fe, Co, Cr, Ti 중 하나가 사용될 수 있을 것이다.
그리고 본 발명에서는 금속박막의 표면거칠기 및 연성소재의 경화시점을 활용하여 금속박막과 연성소재를 접합한다. 따라서 최종결과물의 접합성을 고려할 때 금속박막의 표면거칠기는 중심선 평균거칠기(Ra)가 14μm이하인 것이 바람직할 것이다. 그리고 본 실시예에서는 사용되는 금속박막의 표면거칠기를 제1표면거칠기로 정의하여 설명한다.
한편, 본 발명의 연성소재로는 PDMS(폴리디메틸실로산, Polydimerthylsiloxane), PET(폴리에틸렌 테레프타레이트, Polyethylene terephthalate), PI(폴리이미드, Polyimide), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트, Polyethylene naphthalate), 에폭시(Epoxy), 우레탄(Urethane) 등이 사용될 수 있을 것이다.
구체적으로 본 실시예에서는 금속박막으로 Cu, 연성소재로 PDMS가 사용되는 것을 기준으로 설명한다.
금속박막 재단단계(S10)에서는 원하는 크기로 Cu 금속박막을 재단한다(도1 참조). 재단되는 금속박막(10)은 후술하는 연성소재(20)가 도포되는 베이스를 형성할 수 있는 크기로 재단하는 것이 바람직할 것이다.
금속박막 건조단계(S20)에서는 후술하는 금속박막표면처리단계(S30)에서 효과적인 표면처리 및 제1연성소재도포단계(S40)에서의 접합력을 향상시키기 위하여 금속박막의 접합면을 건조시킨다(도2 참조).
금속박막표면처리단계(S30)에서는 연성소재(20)가 도포되어 경화되는 과정에서 연성소재(20)와 금속박막(10)의 접합이 잘 될 수 있도록 금속박막의 표면처리를 진행한다. 표면처리는 다양한 방식이 사용될 수 있으나 본 실시예에서는 금속박막의 접합면에 플라즈마를 통하여 금속박막의 표면을 활성화 시켜서 접합력을 높힐 수 있을 것이다(도3 참조).
제1연성소재도포단계(S40)에서는 경화가 되지 않는 연성소재(20)를 금속박막의 표면에 도포한다. 도포를 한 다음 도포된 연성소재가 일정한 두께가 될 수 있도록 두께를 조절하는 작업이 수행될 수 있을 것이다(도4 참조).
그리고 제1연성소재경화단계(S50)에서는 금속박막(10)에 도포된 연성소재(20)를 경화시키고, 보다 효과적인 경화를 위하여 공지된 다양한 경화방법이 적용될 수 있을 것이다(도5 및 도6(a) 참조).
패턴형성단계(S60)에서는 금속박막(10)의 일부를 제거하여 연성소재(20) 상에 금속패턴을 형성하게 된다. 금속박막을 제거하는 방법에는 공지의 다양한 방법이 사용될 수 있고, 본 실시예에서는 리소그래피(Lithography) 및 식각(etching)에 의하여 사용자가 원하는 금속패턴을 형성하게 된다(도6(b) 참조).
현편, 금속박막(10)이 제거되게 되면 연성소재의 표면은 금속박막의 제1표면거칠기에 따라 제1표면거칠기를 가지도록 형성되게 된다. 그리고 연성소재(20)의 표면이 제1표면거칠기의 조도를 가짐에 따라 빛의 난반사로 인하여 불투명해지게 된다(도10의 B 참조).
표면거칠기 저감단계(S70)은 패턴형성단계(S60)에서 노출되고, 금속패턴(10)이 제거됨에 따라 제1표면거칠기를 가지도록 노출되는 연성소재(20) 표면의 노출영역의 표면거칠기를 제2표면거칠기로 저감시킨다(도6(c) 참조).
즉, 연성소재(20) 표면의 거칠기가 제1표면거칠기보다 작은 제2표면거칠기로 가공됨에 따라 빛의 난반사로 인한 연성 고분자 소재가 불투명해지는 현상이 저감되게 된다(도10의 A 참조).
제1표면거칠기의 연성 고분자 표면의 거칠기를 제2표면거칠기로 저감시키는 공정은 다양한 방법으로 수행될 수 있을 것이다. 구체적으로 본 실시예에서는 금속박막 표면처리단계(S30)에서 플라즈마 장비를 사용하므로, 이를 이용하여 제1표면거칠기의 연성 고분자의 표면에 플라즈마 처리를 통하여 거칠기를 저감시킨다.
한편, 제2표면거칠기는 플라즈마 처리 공정의 조건에 따라 달라질 수 있고, 선택된 플라즈마 처리 공정 조건에 따라 제1표면거칠기보다 낮은 조도의 표면거칠기로 정의한다.
본 실시예의 금속패턴이 형성된 연성소재(20)는 상기 설명한 공정에 따라 만들어진다. 구체적으로 도6(a)에 도시된 것과 같이 금속박막(10)는 제1표면거칠기를 가지는 것이 사용된다. 금속박막(10)에 연성소재(20)가 도포되어 경화됨에 따라 연성소재(20) 역시 제1표면거칠기를 가지게 된다.
도6(b)에서와 같이 설계된 형태의 패턴을 형성하도록 금속박막(10)이 제거되게 되면, 연성소재(20)는 금속박막(10)이 위치하는 패턴연역(21)과 금속박막(10)이 제거되어 노출되는 노출영역(22)로 구획되게 된다.
그리고 도6(c)에서와 같이 표면거칠기 저감단계(S70)에서 노출영역(22)의 표면거칠기를 제1표면거칠기에서 제2표면거칠기로 저감시킴에 따라, 연성소재(20)의 패턴영역(21)은 제1표면거칠기를 가지게 되고, 노출영역(22)는 제2표면거칠기를 가지게 된다.
따라서 금속박막(10)이 제거되어 외부로 노출되는 노출영역(22)의 표면거칠기가 제2표면거칠기로 저감됨에 따라 빛의 산란에 의하여 연성소재가 불투명하게 보이는 현상을 최대한 줄일 수 있게 된다.
도8은 본 발명의 제2실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법에서 금속박막재단단계(S10), 금속박막 건조단계(S20), 금속박막 표면처리단계(S30), 제1연성소재도포단계(S40), 제1연성소재경화단계(S50), 패턴형성단계(S60)는 상기 설명한 실시예와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.
도8을 참조하면, 본 실시예에서의 표면거칠기 저감단계(S70)는 제1연성소재(120)의 노출영역(122)을 제2연성소재(130)를 도포한다. 따라서 금속박막(110)이 제거됨에 따라 제1표면거칠기를 가지는 제1연성소재(120)의 노출영역(122)은 제2연성소재(130)의 도포하고, 경화시킴에 따라 표면의 조도가 사라지게 된다.
따라서 제1표면거칠기를 가지는 경우 빛의 난반사에 의하여 불투명하게 보이는 현상을 제거할 수 있다.
도9는 본 발명의 제3실시예의 구리박막을 식각하고, 노출영역의 표면거칠기를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 연성소재 금속패턴 형성방법에서 금속박막재단단계(S10), 금속박막 건조단계(S20), 금속박막 표면처리단계(S30), 제1연성소재도포단계(S40), 제1연성소재경화단계(S50), 패턴형성단계(S60)는 상기 설명한 실시예와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.
도9를 참조하면, 본 실시예에서의 표면거칠기 저감단계는(S70)은 상기 제1실시예와 같이 1차적으로 연성소재(220)의 노출영역(222)의 표면조도를 제1표면거칠기에서 제2표면거칠기로 저감시킨다. 즉 연성소재(220)의 패턴영역(221)의 조도는 제1표면거칠기로 형성되고, 노출영역(222)의 조도는 제2표면거칠리고 형성된다.
그리고 본 실시예에서는 제2실시예에서와 같이 제1연성소재(220)의 노출영역(222)에 제2연성소재(230)을 도포하여 표면거칠기를 다시 한 번 낮추게 된다.
따라서 상기 실시예들과 같이 금속박막(210)의 식각에 따라 제1연성소재(220)의 노출영역(222)의 표면조도를 낮춰서, 연성소재의 투명도를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도11은 본 발명의 제4실시예의 금속패턴이 형성된 연성소재의 형성방법을 나타내는 도면이다.
도11을 참조하면, 상기 실시예에서는 연성소재(320)가 경화되는 과정이 있었던 반면, 본 실시예에서는 경화된 상태의 연성소재(320)를 접착제(340)를 이용하여 금속박막(310)에 접합시킨다.
그리고 상기 실시예에서의 패턴형성단계에 따라 사용자가 원하는 형태의 금속패턴을 연성소재(320)의 상부에 형성하게 된다.
결론적으로 본 실시예에 따르면, 연성소재(320)는 상기 실시예와 같이 패턴영역(321) 및 노출영역(322)로 구획하고, 패턴영역(321)의 상부에는 금속박막(310)이 구비되며, 접착제(321)가 금속박막(310)의 연성소재(320)의 패턴영역(321)에 고정시키게 된다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10 : 금속박막 20: 연성소재
21: 패턴영역 22: 노출영역

Claims (14)

  1. 제1표면거칠기를 가지는 금속박막에 경화되지 않는 연성소재를 도포하여 결합하는 제1연성소재 도포단계;
    상기 도포된 연성소재를 경화시키는 제1연성소재 경화단계; 및
    상기 금속박막의 일부를 제거하여 연성소재 상에 금속패턴을 형성하는 패턴형성단계; 및
    를 포함하는 연성소재 금속패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴형성단계에서 노출되고, 금속박막이 제거됨에 따라 제1표면거칠기를 가지도록 노출되는 연성소재 표면의 노출영역의 표면거칠기를 제2표면거칠기로 저감시키는 표면거칠기 저감단계를 더 포함하는 연성소재 금속패턴 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면거칠기 저감단계는 상기 연성소재 노출영역의 표면거칠기를 플라즈마 처리를 통하여 저감시키는 연성소재 금속패턴 형성방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1연성소재 도포단계에서는 제1연성소재를 도포하고,
    상기 표면거칠기 저감단계에서는 상기 연성소재 표면의 노출영역에 제2연성소재를 도포하는 연성소재 금속패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    연성소재는 PDMS, PET, PI, PEN, EPOXY, Urethane 중 하나인 연성소재 금속패턴 형성방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속박막은 Ag, Cu, Au, Al, Ni, Pd, Pt, Mg, Fe, Co, Cr, Ti 중 하나인 연성소재 금속패턴 형성방법.
  7. 제1표면거칠기를 가지는 패턴영역 및 제2표면거칠기를 가지는 노출영역으로 구획되는 연성소재; 및
    상기 패턴영역에 구비되고, 제1표면거칠기를 가지는 금속박막;
    을 포함하는 금속패턴이 형성된 연성소재.
  8. 제7항에 있어서,
    연성소재는 PDMS, PET, PI, PEN, EPOXY, Urethane 중 하나인 금속패턴이 형성된 연성소재.
  9. 제7항에 있어서,
    금속박막은 Ag, Cu, Au, Al, Ni, Pd, Pt, Mg, Fe, Co, Cr, Ti 중 하나인 금속패턴이 형성된 연성소재.
  10. 제7항에 있어서,
    제2표면거칠기를 가지고, 상기 제1연성소재의 노출영역의 상부에 위치하는 제2연성소재를 더 포함하는 금속패턴이 형성된 연성소재.
  11. 제1표면거칠기를 가지는 패턴영역 및 제1표면거칠기를 가지는 노출영역을 포함하는 제1연성소재;
    상기 패턴영역에 구비되고, 제1표면거칠기를 가지는 금속박막; 및
    상기 패턴영역에 구비되고, 일면에 제1표면거칠기를 가지는 제2연성소재;
    을 포함하는 금속패턴이 형성된 연성소재.
  12. 제11항에 있어서,
    연성소재는 PDMS, PET, PI, PEN, EPOXY, Urethane 중 하나인 금속패턴이 형성된 연성소재.
  13. 제11항에 있어서,
    금속박막은 Ag, Cu, Au, Al, Ni, Pd, Pt, Mg, Fe, Co, Cr, Ti 중 하나인 금속패턴이 형성된 연성소재.
  14. 패턴영역 및 노출영역으로 구획되는 연성소재;
    상기 패턴영역에 위치하는 금속박막; 및
    상기 금속박막을 연성소재에 접합하기 위하여 상기 패턴영역에 구비되는 접착제;를 포함하는 금속패턴이 형성된 연성소재.
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