KR20220048766A

KR20220048766A - 고분자층을 포함하는 연성회로기판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 소자

Info

Publication number: KR20220048766A
Application number: KR1020200132036A
Authority: KR
Inventors: 김선국; 백승호; 이선종; 윤경호; 김동민
Original assignee: 한국생산기술연구원; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-20

Abstract

본원은 유연성 고분자 기판, 상기 유연성 고분자 기판 상에 형성된 전도성 회로 패턴부 및 상기 전도성 회로 패턴부 상에 형성된 고분자층을 포함하는 연성회로기판에 있어서, 상기 전도성 회로 패턴부는 유리질 탄소(glassy carbon)를 포함하는 것인 연성회로기판을 제공한다.

Description

고분자층을 포함하는 연성회로기판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 소자{FLEXIBLE CIRCUIT BOARD COMPRISING POLYMER LAYER, PREPARING METHOD OF THE SAME, AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}

본원은 고분자층을 포함하는 연성회로기판, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.

연성인쇄회로기판(FPCB; flexible printed circuits board)은 인쇄회로기판(PCB; printed circuits board)의 한 종류로, 구부릴 수 있기 때문에 3 차원 배선이 가능하고 소형화, 경량화가 가능하다는 장점이 있다. 이와 같은 장점 때문에 연성인쇄회로기판은 기존의 경성인쇄회로기판(RPCB; rigid printed circuits board)을 대체하여 스마트폰, 카메라, 노트북 등의 전자 소자를 포함하는 중소형 전자제품에 널리 이용되고 있다.

종래의 연성인쇄회로기판은 일반적으로 폴리이미드(Polyimide)를 주요 소재로 하여 전기 전도성이 양호한 금속 도체 회로를 증착하여 사용하였다. 이와 같은 종래의 연성인쇄회로기판은 고분자 상에 금속을 증착하므로 이종 소재간의 물성 불일치에 따른 문제점이 있다. 또한 금속 증착 공정에서 시약의 조성에 따라 회로 패턴 전체의 물성이 일정하지 않고, 국부적으로 상이한 물성을 가지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 제조 공정의 특성상 뭉침이나 기포가 발생하기 쉽고, 다양한 시약을 이용하므로 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 이와 같은 기술과 관련된 종래의 연성기판용 동박적층판(Copper Clad Laminate, 이하 CCL)은 일반적으로 폴리이미드계 필름 위에 구리를 증착하여 사용하였다. 이와 같은 종래의 구리증착 방식은 매우 얇은 두께의 구리막 형성이 가능하며 연성기판의 말림현상이 없어 고급 제품용으로 사용이 가능하나, 생산성이 떨어지고 가격이 고가인 문제점이 있다.

본원의 배경이 되는 기술인 대한민국 공개특허 제 10-2017-0101208 호는 3 차원 기재를 위한 전도성 중합체 코팅에 관한 것으로서, 구체적으로 일반적으로 전도성 폴리머 코팅의 제조를 위한 조성물 및 방법, 및 3 차원 기판에 대한 코팅의 적용을 위한 방법에 관한 것이다. 그러나, 유리질 탄소를 포함하는 전도성 회로 패턴부 상에 형성된 고분자층을 포함하는 연성회로기판에 대해서는 언급하지 않고 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고분자층을 포함하는 연성회로기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원은 상기 연성회로기판을 포함하는 전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 유연성 고분자 기판, 상기 유연성 고분자 기판 상에 형성된 전도성 회로 패턴부 및 상기 전도성 회로 패턴부 상에 형성된 고분자층을 포함하는 연성회로기판에 있어서, 상기 전도성 회로 패턴부는 유리질 탄소(glassy carbon)를 포함하는 것인 연성회로기판을 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 탄화되어 상기 유리질 탄소로 변환되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 적외선 레이저 조사에 의한 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 상기 유리질 탄소로 변환되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층은 전도성 고분자, 비전도성 고분자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 고분자는 PEDOT : PSS, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리에틸렌다이옥실티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene, PPV), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPP), 폴리알킬티오펜(polyalkylthiophene), 폴리피리딘(polypyridine, PPy), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층은 상기 유리질 탄소의 나노 입자간 공극을 메꿔주는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유연성 고분자는 방향족 탄화 수소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유연성 고분자는 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리스타일렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 폴리틸렌테레프탈레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리페닐설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 2 측면은, 유연성 고분자 기판 상에 레이저를 조사하여 전도성 회로 패턴부를 형성하는 단계 및 상기 전도성 회로 패턴부 상에 고분자층을 형성하는 단계를 포함하는 연성회로기판의 제조 방법에 있어서, 상기 레이저는 적외선 영역대의 파장을 가지는 것이고, 상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 탄화되어 형성되는 것인 연성회로기판의 제조 방법을 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유연성 고분자가 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 유리질 탄소를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저의 에너지 밀도에 따라 상기 유연성 고분자 기판 상에 형성되는 상기 전도성 회로 패턴부의 깊이가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저를 이동시키며 조사하여 상기 전도성 회로 패턴부를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화된 전도성 회로 패턴부는 면저항이 감소하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저의 조사 시간에 따라 상기 면저항이 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 바코팅(bar coating), 자기조립(self assembly), 스프레이법(spary), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아(gravure), 그라비아 오프셋(gravure-offset), 플렉소 인쇄법(flexography), 스크린 프린팅(screen-printing), 직접 주입법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 탄화되지 않은 일부 유연성 고분자 기판 표면 상의 상기 고분자층을 제거하기 위해 세척하는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 연성회로기판을 포함하는 전자 소자를 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 소자는 온도에 따라 상이한 저항값을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판은 전도성 물질로서 금속을 증착하지 않고도 전도성 회로 패턴부를 형성할 수 있다. 종래의 연성인쇄회로기판은 고분자 상에 금속을 증착하므로 이종 소재간의 물성 불일치에 따른 문제점이 있었으나, 본원에 따른 연성회로기판은 유연성 고분자 기판의 일부가 적외선 레이저 조사에 의한 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 전도성을 가지는 유리질 탄소를 형성한 것이므로 물성의 차이에 따른 문제점을 해결한 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판은 고분자가 상기 유리질 탄소의 결함을 통해 유리질 탄소의 내부로 침투하여 탄소 나노 입자간 공극을 메꿔줌으로써, 전도도가 향상된 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판은 상기 고분자가 나노입자간 결합을 강화하고 결함을 제거함으로써, 전기적 안정성 및 기계적 특성이 강화된 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판은 상기 고분자층이 보호층을 형성함으로써, 시간이 지남에 따라 유리질 탄소가 산소와 반응하거나 마찰로 인해 회로를 이탈하는 등의 문제를 방지할 수 있기 때문에 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 복잡한 금속 증착 공정 없이 상기 유연성 고분자 기판 상에 레이저를 조사하여 전도성 회로 패턴부를 형성하기 때문에 제작 공정이 단순화될 수 있어 경제성이 우수할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 파장이 긴 적외선 레이저 조사에 의해 상기 전도성 회로 패턴부를 형성하기 때문에 초점이 맞춰지는 지점에서 광열효과(Photothermal Effect)가 시작되므로 상기 유연성 고분자 기판 상에 형성되는 상기 전도성 회로 패턴부의 깊이를 조절할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 상기 광열효과로 인하여 상기 유연성 고분자 기판 및 상기 유리질 탄소가 유기적으로 연결됨으로써 우수한 접착력을 가진 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층을 포함하는 연성회로기판은 전도도, 안정성 및 기계적 특성이 강화된 특성을 가지므로, 안정적인 구동이 가능한 전자 소자로서 활용될 수 있다.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 연성회로기판의 제조 공정 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 연성회로기판의 모식도이다.
도 3 은 본원의 실시예에 따른 연성회로기판의 사진이다.
도 4 는 본원의 실시예 및 비교예에 따른 연성회로기판의 현미경 사진이다.
도 5 는 본원의 실시예 및 비교예에 따른 연성회로기판의 저항값을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6 은 본원의 실시예 및 비교예에 따른 연성회로기판의 접착력을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.

이하, 본원의 고분자층을 포함하는 연성회로기판에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 유연성 고분자 기판(100), 상기 유연성 고분자 기판(100) 상에 형성된 전도성 회로 패턴부(200) 및 상기 전도성 회로 패턴부(200) 상에 형성된 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판에 있어서, 상기 전도성 회로 패턴부(200)는 유리질 탄소(500, glassy carbon)를 포함하는 것인 연성회로기판을 제공한다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 연성회로기판의 제조 공정 모식도이고, 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 연성회로기판의 모식도이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 회로 패턴부(200)는 상기 유연성 고분자 기판(100)의 일부가 탄화(carbonization)되어 상기 유리질 탄소(500)로 변환되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

종래의 연성인쇄회로기판은 고분자 상에 금속을 증착하므로 이종 소재간의 물성 불일치에 따른 문제점이 있다.

본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 전도성 물질로서 금속을 증착하지 않고도 전도성 회로 패턴부(200)를 형성할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 상기 유연성 고분자 기판(100) 상의 상기 유연성 고분자가 변환되어 전도성을 가지는 상기 유리질 탄소(500)를 형성한 것이므로 물성의 차이에 따른 문제점을 해결한 연성회로기판을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

유리질 탄소(500)는 유리 탄소(glassy carbon, glassreous carbon) 등으로 불리우며, 유리(glass) 및 세라믹의 장점과 흑연의 장점을 동시에 가지는 순수 탄소 물질이다. 상기 유리질 탄소(500)는 sp² 혼성 탄소로 이루어져 있으며, 비정질 혹은 메시형태의 구조를 가진다. 이러한 구조에 의해, 상기 유리질 탄소(500)는 물리적으로 등방성의 성질을 가지며, 저항이 낮고, 전기화학반응이 활발하며, 내식성, 강도, 내열성 등이 우수하며 그 밖에도 고유한 장점을 가진다.

구체적으로, 유리질 탄소(500)는 다른 탄소 물질과는 달리 표면 품질이 우수하여 입자를 발생시키지 않으므로 반도체 등의 정밀 산업에 이용 가능하다. 이와 관련하여 상기 유리질 탄소(500)는 극한의 조건에서도 그래파이트(graphite)화 되지 않는다. 예를 들어, 그래핀(graphene)은 고온 열처리할 경우 그래파이트(graphite)화 되어, 상기 그래파이트를 이루는 그래핀층이 분리되어 입자가 발생하는 문제가 있으나, 본원에 따른 연성회로기판은 유리질 탄소(500)를 포함하므로 입자 발생의 문제를 방지할 수 있다.

또한, 유리질 탄소(500)는 강도 등의 기계적 특성이 세라믹과 유사한 수준으로 우수하고, 이와 유사한 수준의 기계적 특성을 가지는 다른 물질에 비하여 밀도가 낮으므로 본원에 따른 연성회로기판은 경량화, 소형화가 필요한 분야에 이용할 수 있다.

이 밖에도, 유리질 탄소(500)는 생체 적합성이 우수하여, 이를 포함하는 본원에 따른 연성회로기판은 의료 기술 및 생명 공학 분야에도 응용할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 회로 패턴부(200)는 상기 유연성 고분자 기판(100)의 일부가 적외선 레이저(400) 조사에 의한 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 상기 유리질 탄소(500)로 변환되어 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 파장이 길고 에너지가 작은 적외선 레이저(400)로 상기 유연성 고분자 기판(100)을 조사함으로써, 광열효과(Photothermal Effect)가 적용되어, 상기 유연성 고분자 기판(100)에 있는 산소 혹은 질소등의 결합이 열에너지에 의해 끊어진다.

이에 따라, 본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 상기 광열효과로 인하여 상기 유연성 고분자 기판(100) 및 상기 유리질 탄소(500)가 유기적으로 연결됨으로써 우수한 접착력을 가진 연성회로기판을 제공할 수 있는 장점이 있다.

상기 유리질 탄소(500)의 형성 정도는 레이저의 출력, 주파수등에 의해 결정될 수 있으며, 상기 유리질 탄소(500) 형성 과정에서 적외선 레이저(400)를 포함하여 2 가지 이상의 레이저가 동시에 적용 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층(300)은 전도성 고분자, 비전도성 고분자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

기계적 향상을 위해 비전도성 고분자가 활용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

바람직하게는, 상기 전도성 고분자는 PEDOT : PSS 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층(300)은 상기 유리질 탄소(500)의 나노 입자간 공극을 메꿔주는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 고분자가 상기 유리질 탄소(500)의 결함을 통해 유리질 탄소(500)의 내부로 침투하여 탄소 나노 입자간 공극을 메꿔줌으로써, 전도도가 향상된 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 상기 고분자가 나노입자간 결합을 강화하고 결함을 제거함으로써, 전기적 안정성 및 기계적 특성이 강화된 연성회로기판을 제공할 수 있다.

또한, 본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판은 상기 고분자층(300)이 보호층을 형성함으로써, 시간이 지남에 따라 유리질 탄소(500)가 산소와 반응하거나 마찰로 인해 회로를 이탈하는 등의 문제를 방지할 수 있기 때문에 안정성이 향상될 수 있다.

상기 방향족 탄화 수소를 포함하여, 탄화 과정에서 밀도 높은 탄소를 제공함으로써, 치밀한 유리질 탄소(500)를 구성하는 효과를 가진다. 바람직하게는 상기 방향족 탄화 수소는 벤젠(C₆H₆)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

바람직하게는, 상기 유연성 고분자는 폴리이미드 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 2 측면은, 유연성 고분자 기판(100) 상에 레이저를 조사하여 전도성 회로 패턴부(200)를 형성하는 단계 및 상기 전도성 회로 패턴부(200) 상에 고분자층(300)을 형성하는 단계를 포함하는 연성회로기판의 제조 방법에 있어서, 상기 레이저는 적외선 영역대의 파장을 가지는 것이고, 상기 전도성 회로 패턴부(200)는 상기 유연성 고분자 기판(100)의 일부가 탄화되어 형성되는 것인 연성회로기판의 제조 방법을 제공한다.

본원의 제 2 측면의 상기 연성회로기판의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.

본원에 따른 연성회로기판의 제조 방법은 복잡한 금속 증착 공정 없이, 상기 유연성 고분자 기판(100) 상에 레이저를 조사하는 단순한 공정을 통하여 상기 전도성 회로 패턴부(200)를 형성할 수 있다. 금속 증착 공정이 불필요하므로, 일반적으로 금속 증착 단계 전에 수행하는 패터닝 공정 또한 불필요하기 때문에 제작 공정이 단순화될 수 있어 경제성이 우수한 장점이 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유연성 고분자가 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 유리질 탄소(500)를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 파장이 길고 에너지가 작은 적외선 레이저(400)로 상기 유연성 고분자 기판(100)을 조사함으로써, 광열효과(Photothermal Effect)가 적용되어, 상기 유연성 고분자 기판(100)에 있는 산소 혹은 질소등의 결합이 열에너지에 의해 끊어진다.

이에 따라, 본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 상기 광열효과에 따라 상기 유연성 고분자 기판(100) 및 상기 유리질 탄소(500)가 유기적으로 연결됨으로써 우수한 접착력을 가진 연성회로기판을 제공할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저의 에너지 밀도에 따라 상기 유연성 고분자 기판(100) 상에 형성되는 상기 전도성 회로 패턴부(200)의 깊이가 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 레이저의 에너지 밀도가 높을수록 상기 전도성 회로 패턴부(200)의 깊이가 깊고, 면저항이 낮고, 전도성이 높다.

본원에 따른 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판의 제조 방법은 파장이 긴 적외선 레이저(400) 조사에 의해 상기 전도성 회로 패턴부(200)를 형성하기 때문에 초점이 맞춰지는 지점에서 광열효과(Photothermal Effect)가 시작되므로 상기 유연성 고분자 기판(100) 상에 형성되는 상기 전도성 회로 패턴부(200)의 깊이를 조절할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저를 이동시키며 조사하여 상기 전도성 회로 패턴부(200)를 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 레이저를 이동시키며 목적에 맞도록 패턴의 모양 및 전도성을 조절하여 상기 전도성 회로 패턴부(200)를 형성할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄화된 전도성 회로 패턴부(200)는 면저항이 감소하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

즉, 상기 유연성 고분자 기판(100) 상에 상기 레이저를 조사함으로써 상기 유연성 고분자가 탄화되고, 이에 따라 상기 유연성 고분자가 상기 유리질 탄소(500)로 변환되면서 상기 면저항이 감소하고, 전도성이 증가하므로, 상기 전도성 회로 패턴부(200)를 형성할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 레이저의 조사 시간에 따라 상기 면저항을 조절하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적으로는, 레이저의 조사 시간에 따라 상기 탄화 정도를 조절할 수 있고 이에 따라 회로 패턴 상의 면저항 및 전도성을 조절할 수 있으므로, 상기 레이저를 이동시키는 속도를 조절하여 상기 패턴의 모양을 형성하면서, 동시에 전도성 회로 패턴부(200) 상의 면저항 및 전도성을 조절할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자층(300)은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 바코팅(bar coating), 자기조립(self assembly), 스프레이법(spary), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아(gravure), 그라비아 오프셋(gravure-offset), 플렉소 인쇄법(flexography), 스크린 프린팅(screen-printing), 직접 주입법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 고분자층(300)은 스핀코팅(spin coating) 방법으로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 탄화되지 않은 일부 유연성 고분자 기판(100) 표면 상의 상기 고분자층(300)을 제거하기 위해 세척하는 단계를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 제 3 측면의 상기 전자 소자에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.

본원에 따른 전자 소자는 유연한 소재를 사용하고, 박형으로 제조 가능하므로 활용범위가 넓다.

또한, 본원에 따른 전자 소자는 고분자층(300)을 포함하는 연성회로기판을 사용함으로써 전도도, 안정성 및 기계적 특성이 강화된 특성을 가지므로, 안정적인 구동이 가능한 장점이 있다.

상기 전자 소자는, 예를 들어, 온도 센서, 반도체 소자, 습도 센서, 압력 센서, 인장 센서, 촉각 센서, 생체집적전자소자, 전기 생리 센서(EMG, ECG, EOG, EEG 등), 진동 센서, 마찰전기 나노자가발전기, 캐패시터, 인덕터, 안테나, 자이로센서, 물분해반응장치(HER)등을 포함할 수 있다.

본원에 따른 전자 소자는 온도에 따라 저항이 변화하는 특성을 이용하여 온도를 감지할 수 있는 온도 센서로 활용될 수 있다. 구체적으로, 상기 온도 센서는 전기 전도성 물질로서 상기 전도성 회로 패턴부(200) 상에 유리질 탄소(500)를 포함하므로 금속과는 달리 온도가 증가할수록 저항이 감소하는 특징이 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

125 μm 두께의 캡톤® 폴리이미드를 구입하여 약 6 x 4 cm 로 절단한 뒤에, 양면테이프를 이용하여 상단 및 하단에 스테인 글라스를 부착한 뒤에 펄스폭 4 ns, 펄스 반복률 150 kHz, 파워 20 W 의 레이저를 600 mm/s 의 속도로 이동시키며 조사하였다. 레이저를 조사하며, FPCB 배선 마스크의 설계에 따라 패턴을 형성하였다.

이어서, 유리질 탄소 표면에 바 코팅으로 알코올계 PEDOT : PSS를 코팅한 뒤에 열처리 하였다. 이어서, 유리질 탄소가 형성되지 않은 부분에 코팅된 PEDOT : PSS를 제거하기 위하여 알코올계 용액으로 세척하여 고분자층을 포함하는 연성회로기판을 제조하였다.

도 3 은 본원의 실시예에 따른 연성회로기판의 사진이고, 도 4 는 본원의 실시예(B) 및 비교예(A)에 따른 연성회로기판의 현미경 사진이다. 도 4 에서 어둡게 보이는 부분은 탄화가 진행되어 유리질 탄소가 형성된 것을 의미한다.

이를 통하여, 레이저에 의해 탄화가 진행되어 유리질 탄소가 형성되었고, 고분자가 상기 유리질 탄소의 결함을 통해 유리질 탄소의 내부로 침투하여 탄소 나노 입자간 공극을 메꾸는 것을 확인할 수 있었다.

[비교예]

125 μm 두께의 캡톤® 폴리이미드를 구입하여 약 6 x 4 cm 로 절단한 뒤에, 양면테이프를 이용하여 상단 및 하단에 스테인 글라스를 부착하였다. 이어서, 펄스폭 4 ns, 펄스 반복률 150 kHz, 파워 20 W 의 레이저를 600 mm/s 의 속도로 이동시키며 조사하였다. 레이저를 조사하며, FPCB 배선 마스크의 설계에 따라 패턴을 형성하였다.

[실험예 1]

도 5 는 본원의 실시예(B) 및 비교예(A)에 따른 연성회로기판의 저항값을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다.

구체적으로, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연성회로기판의 유리질 탄소의 저항값을 멀티미터기로 측정하였다.

이를 통하여, 본원에 따른 연성회로기판은 비교예에 비해 면저항(Sheet resistance)이 감소됨을 확인할 수 있었다.

[실험예 2]

도 6 은 본원의 실시예(B) 및 비교예(A)에 따른 연성회로기판의 접착력을 측정한 결과를 나타낸 이미지이다.

구체적으로, 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연성회로기판의 유리질 탄소 부분을 면봉으로 닦은 후, 유리질 탄소가 묻어 나오는 정도에 따라 접착력을 육안으로 분석하였다.

이를 통하여, 본원에 따른 연성회로기판은 비교예에 비해 유리질 탄소가 필름을 이탈하는 양이 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는, 고분자층이 보호층을 형성함으로써, 시간이 지남에 따라 유리질 탄소가 산소와 반응하거나 마찰로 인해 회로를 이탈하는 등의 문제를 방지할 수 있다는 점을 시사하는 것이다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 유연성 고분자 기판
200: 전도성 회로 패턴부
300: 고분자층
400: 적외선 레이저
500: 유리질 탄소

Claims

유연성 고분자 기판;
상기 유연성 고분자 기판 상에 형성된 전도성 회로 패턴부; 및
상기 전도성 회로 패턴부 상에 형성된 고분자층;
을 포함하는 연성회로기판에 있어서,
상기 전도성 회로 패턴부는 유리질 탄소(glassy carbon)를 포함하는 것인,
연성회로기판.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 탄화되어 상기 유리질 탄소로 변환되어 형성된 것인, 연성회로기판.
제 2 항에 있어서,
상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 적외선 레이저 조사에 의한 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 상기 유리질 탄소로 변환되어 형성된 것인, 연성회로기판.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자층은 전도성 고분자, 비전도성 고분자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 연성회로기판.
제 4 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 PEDOT : PSS, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리에틸렌다이옥실티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene, PPV), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPP), 폴리알킬티오펜(polyalkylthiophene), 폴리피리딘(polypyridine, PPy), 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 연성회로기판.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자층은 상기 유리질 탄소의 나노 입자간 공극을 메꿔주는 것인, 연성회로기판.
제 1 항에 있어서,
상기 유연성 고분자는 방향족 탄화 수소를 포함하는 것인, 연성회로기판.
제 1 항에 있어서,
상기 유연성 고분자는 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리스타일렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 폴리틸렌테레프탈레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리페닐설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 연성회로기판.
유연성 고분자 기판 상에 레이저를 조사하여 전도성 회로 패턴부를 형성하는 단계; 및
상기 전도성 회로 패턴부 상에 고분자층을 형성하는 단계를 포함하는 연성회로기판의 제조 방법에 있어서,
상기 레이저는 적외선 영역대의 파장을 가지는 것이고,
상기 전도성 회로 패턴부는 상기 유연성 고분자 기판의 일부가 탄화되어 형성되는 것인,
연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 유연성 고분자가 광열효과(Photothermal Effect)에 의해 탄화되어 유리질 탄소를 형성하는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 레이저의 에너지 밀도에 따라 상기 유연성 고분자 기판 상에 형성되는 상기 전도성 회로 패턴부의 깊이가 조절되는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 레이저를 이동시키며 조사하여 상기 전도성 회로 패턴부를 형성하는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 탄화된 전도성 회로 패턴부는 면저항이 감소하는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 레이저의 조사 시간에 따라 상기 면저항이 조절되는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 고분자층은 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 바코팅(bar coating), 자기조립(self assembly), 스프레이법(spary), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 그라비아(gravure), 그라비아 오프셋(gravure-offset), 플렉소 인쇄법(flexography), 스크린 프린팅(screen-printing), 직접 주입법 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 형성되는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
탄화되지 않은 일부 유연성 고분자 기판 표면 상의 상기 고분자층을 제거하기 위해 세척하는 단계를 추가 포함하는 것인, 연성회로기판의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 연성회로기판을 포함하는, 전자 소자.
제 17 항에 있어서,
상기 전자 소자는 온도에 따라 상이한 저항값을 가지는 것인, 전자 소자.