KR20230125780A

KR20230125780A - 미세 금속 라인의 lift 인쇄

Info

Publication number: KR20230125780A
Application number: KR1020237019917A
Authority: KR
Inventors: 샤로나 코헨; 오퍼 포겔; 즈비 코틀러
Original assignee: 오르보테크 엘티디.
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2023-08-29
Also published as: WO2022144608A1; TW202243851A; JP2024501009A; CN116529047A; US20230422402A1

Abstract

회로 제조를 위한 방법은 회로 기판 상에 형성될 전도성 트레이스의 궤적을 정의하는 단계를 포함한다. 금속의 용융된 액적은 레이저 유도 순방향 전사(LIFT)의 프로세스에 의해 회로 기판에 근접한 도너 기판으로부터 정의된 궤적 상으로 방출되고, 이에 의해 액적은 정의된 궤적의 길이를 따라 회로 기판에 부착되고 회로 기판 상에서 경화된다. 액적이 경화된 후에, 레이저 빔은 경화된 액적 내의 금속이 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층으로 용융 및 융합되게 하기에 충분한 에너지로 정의된 궤적을 향해 지향된다.

Description

미세 금속 라인의 LIFT 인쇄

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 미국 출원 제63/130854호로 할당되어 2020년 12월 28일에 출원된 가특허 출원에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시내용은 본원에 참조에 의해 통합된다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 전자 디바이스의 제조에 관한 것으로, 특히 기판 상에 전도성 라인을 인쇄하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

레이저 직접-기록(laser direct-write; LDW) 기술에서, 제어된 재료 애블레이션(ablation) 또는 퇴적에 의해 공간적으로 분해된 3차원 구조를 갖는 패턴화된 표면을 생성하기 위해 레이저 빔이 사용된다. 레이저 유도 순방향 전사(laser-induced forward transfer; LIFT)는 표면 상에 마이크로 패턴을 퇴적하는데 적용될 수 있는 LDW 기술이다.

LIFT에서, 레이저 광자는 도너 필름으로부터 억셉터 기판을 향해 소량의 재료를 캐터링하기 위한 구동력을 제공한다. 전형적으로, 레이저 빔은 비흡수성 캐리어 기판 상에 코팅되는 도너 필름의 내측면과 상호작용한다. 즉, 입사 레이저 빔은 광자가 필름의 내부 표면에 의해 흡수되기 전에 투명 캐리어 기판을 통해 전파된다. 특정 에너지 임계값을 초과하면, 재료는 도너 필름으로부터 억셉터 기판의 표면을 향해 방출된다. 도너 필름 및 레이저 빔 펄스 파라미터를 적절히 선택하면, 레이저 펄스는 도너 재료의 용융된 액적이 필름으로부터 방출되게 하고, 이어서 억셉터 기판 상에 안착되고 경화되게 한다.

LIFT 시스템은 전자 회로 제조의 목적을 위해 전도성 금속 액적 및 트레이스를 인쇄하는데 특히(배타적이지는 않지만) 유용하다. 이러한 종류의 LIFT 시스템은, 예를 들어, 미국 특허 9,925,797에 설명되어 있으며, 이의 개시 내용은 본원에 참조에 의해 통합된다. 이 특허는 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 투명 도너 기판 및 억셉터 기판 상의 타겟 영역에 근접하게 도너 필름을 위치시키도록 제2 표면 상에 형성된 도너 필름을 제공하도록 구성된 도너 공급 어셈블리를 포함하는 인쇄 장치를 설명한다. 광학 어셈블리는 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 도너 필름 상에 충돌하여 도너 필름으로부터 억셉터 기판 상으로 재료의 방출을 유도함으로써 미리 정의된 패턴을 억셉터 기판의 타겟 영역 상에 기록하기 위해 미리 정의된 공간 패턴으로 레이저 방사선의 다수의 출력 빔을 동시에 지향시키도록 구성된다.

LIFT 인쇄는 또한 인쇄된 회로 트레이스의 결함을 보수하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 시스템 및 방법은, 예를 들어, 한국 특허 출원 공개 KR20150070028에 설명되어 있으며, 이의 개시내용은 본원에 참조에 의해 통합된다.

또한, LIFT 시스템은 기판 상의 내장된 저항기의 직접 인쇄에 사용될 수 있다. 예를 들어, PCT 국제 공개 WO 2019/138404(이의 개시내용은 본원에 참조에 의해 통합됨)는 특정 저항을 갖는 저항기가 궤적(locus)의 제1 엔드포인트와 제2 엔드포인트 사이에 형성되어야 하는 회로 기판 상의 궤적을 식별하는 단계를 포함하는 전기 디바이스의 제조 방법을 설명한다. 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 투명 도너 기판 및 제2 표면 위에 형성된 저항성 재료를 포함하는 도너 필름은 회로 기판 상의 식별된 궤적에 근접하게 위치되며, 제2 표면은 회로 기판을 향해 대향한다. 레이저 방사선의 펄스는 도너 필름 상에 충돌하도록 지향되어, 제1 엔드포인트와 제2 엔드포인트 사이에 특정 저항을 갖는 회로 트레이스를 형성하도록 선택된 이웃하는 위치들 사이의 분리로 궤적을 따라 각각의 이웃하는 위치에서 도너 필름으로부터 회로 기판 상으로 저항성 재료의 액적의 방출을 유도한다.

이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 기판 상의 금속 트레이스의 LIFT 기반 제조를 위한 신규 방법 및 시스템뿐만 아니라 이러한 방법에 의해 생성된 회로를 제공한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 회로 기판 상에 형성될 전도성 트레이스의 궤적을 정의하는 단계를 포함하는 회로 제조 방법이 제공된다. 금속의 액적(droplet)은 레이저 유도 순방향 전사(laser-induced forward transfer; LIFT)의 프로세스에 의해 회로 기판에 근접한 도너 기판으로부터 정의된 궤적 상으로 방출되고, 이에 의해 액적은 정의된 궤적의 길이를 따라 회로 기판에 부착되고 회로 기판 상에서 경화된다. 액적이 경화된 후에, 레이저 빔은 경화된 액적 내의 금속이 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층 내로 용융 및 융합(coalesce)되게 하기에 충분한 에너지로 정의된 궤적을 향해 지향된다.

일부 실시예에서, 도너 기판은 투명하고 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 금속을 포함하는 도너 필름은 도너 필름이 정의된 궤적에 근접하도록 제2 표면 상에 배치되고, 용융된 액적을 방출하는 단계는 도너 필름으로부터 금속의 용융된 액적의 정의된 궤적 상으로의 방출을 유도하기 위해 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 도너 필름에 충돌(impact)하도록 레이저 방사선의 펄스를 지향시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, LIFT의 프로세스에서 레이저 방사선의 펄스를 지향시키는 단계 및 레이저 빔을 정의된 궤적을 향해 지향시키는 단계는, 용융된 액적을 방출하는 것 및 경화된 액적 내의 금속을 용융시키는 것 둘 모두를 위해 가변 펄스 지속기간을 갖는 단일 레이저를 사용하는 단계를 포함한다.

대안적으로 또는 추가적으로, 도너 필름은 제1 금속을 포함하고, 제2 금속을 포함하는 접착 필름이 도너 기판 상의 도너 필름 위에 배치되어, 제2 금속이 제1 금속의 용융된 액적 위에 외부 층을 형성하게 하고, 외부 층은 회로 기판 상의 용융된 액적의 충돌 시에 회로 기판에 접착된다. 개시된 실시예에서, 제1 금속은 구리를 포함하고, 제2 금속은 티타늄, 주석, 비스무트, 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

일부 실시예에서, 용융된 액적을 방출하는 단계 및 레이저 빔을 정의된 궤적을 향해 지향시키는 단계는, 용융된 액적의 제1 층을 회로 기판 상으로 방출하고 레이저 빔을 제1 층 내의 경화된 액적을 용융시키도록 지향시켜 전도성 트레이스의 하부 층을 형성하는 단계, 및 용융된 액적의 적어도 제2 층을 하부 층 상으로 방출하고 레이저 빔을 적어도 제2 층 내의 경화된 액적을 용융시키도록 지향시켜 전도성 트레이스를 완성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 레이저 빔을 사용하여, 전도성 트레이스 내의 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키기에 충분한 에너지를 경화된 액적에 인가하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 레이저 빔을 사용하여, 정의된 궤적의 길이를 따라 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키지 않고, 경화된 액적의 외부 층만을 용융시키기에 충분한 에너지를 경화된 액적에 인가하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 외부 층은 보호 스킨을 형성하고, 이는 전도성 트레이스 내의 경화된 액적의 체적을 둘러싼다.

개시된 실시예에서, 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 정의된 궤적의 길이를 따라 경화된 액적에 충돌하도록 레이저 에너지의 펄스의 시퀀스를 지향시키는 단계를 포함한다. 이들 실시예 중 일부에서, 펄스 각각은 10㎲ 미만이고 1㎲ 이하일 수 있는 펄스 지속시간을 갖는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 펄스를 지향시키는 단계는, 펄스 각각이 시퀀스 내의 선행 펄스와의 미리 정의된 중첩을 갖도록 궤적을 따라 레이저 빔을 스캔하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 용융된 액적을 방출하는 단계는, 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 단일 행(single row)으로 회로 기판 상에 액적을 퇴적하는 단계를 포함하고, 이에 의해 전도성 트레이스는 단일 행의 용융에 의해 형성된다. 하나의 이러한 실시예에서, 각각의 액적은 액적의 직경의 50% 이하만큼 단일 행 내의 선행 액적과 중첩된다.

추가 실시예에서, 궤적을 정의하는 단계는 회로 기판 상의 제1 단자와 제2 단자 사이의 갭을 식별하는 단계를 포함하고, 용융된 액적을 방출하는 단계는 갭을 채우도록 용융된 액적을 퇴적하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 단자 및 제2 단자는 제1 금속을 포함하고, 액적은 제1 금속과는 상이한 조성의 제2 금속을 포함하고, 레이저 빔을 지향시키는 단계는 제1 단자 및 제2 단자에서 이종(heterogeneous) 금속 본딩을 형성하도록 제1 금속 및 제2 금속을 용융시키는 단계를 포함한다. 대안적으로, 갭을 식별하는 단계는 회로 기판 상에 형성된 회로 트레이스 내의 결함을 검출하는 단계를 포함하고, 결함은 용융된 액적을 퇴적한 후 레이저 빔을 지향시켜 경화된 액적을 용융시킴으로써 수리(repair)된다.

개시된 실시예에서, 궤적은 미리 정의된 폭을 갖고, 레이저 빔을 지향시키는 단계는 궤적의 미리 정의된 폭 내에서 회로 기판 상에 퇴적된 경화된 액적만을 용융시키는 단계를 포함하고, 방법은 궤적의 미리 정의된 폭 외부에서 회로 기판 상에 퇴적된 경화된 액적을 제거하도록 레이저 빔을 지향시킨 후에 에칭 프로세스를 적용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치가 또한 제공된다. 장치는 레이저 유도 순방향 전사(LIFT)의 프로세스에 의해 회로 기판에 근접한 도너 기판으로부터 전도성 트레이스의 정의된 궤적 상으로 금속의 용융된 액적을 방출함으로써 액적이 정의된 궤적의 길이를 따라 회로 기판에 부착되고 회로 기판 상에 경화되도록 구성되는 퇴적 모듈을 포함한다. 레이저 모듈은 경화된 액적 내의 금속이 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층 내로 용융 및 융합되게 하기에 충분한 에너지로 레이저 빔을 정의된 궤적을 향해 지향시키도록 구성된다.

본 발명은 도면과 함께 취해진 본 발명의 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 상에 전도성 트레이스를 인쇄하기 위한 시스템의 개략적인 측면도이다;
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 상에 인쇄된 금속 액적의 라인의 현미경 사진이다;
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 용융에 후속하는 도 2a의 라인의 현미경 사진이다;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 조사 하에서 필름으로부터 용융된 액적의 방출을 예시하는, 도너 필름의 개략적인 단면도이다;
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 트레이스를 정의하는, LIFT 프로세스에서 기판 상에 퇴적된 금속 액적의 응집의 개략적인 단면도이다;
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4a의 금속 액적의 응집의 풀 레이저 용융에 의해 형성된 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 4c는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 도 4a의 금속 액적의 응집의 부분적인 레이저 용융에 의해 형성된 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 트레이스 내의 갭에서 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된 금속 액적의 응집의 개략적인 단면도이다;
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 응집에 대한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시하는, 도 5a의 응집의 개략적인 단면도이다;
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 5b의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회로 트레이스 내의 갭에서 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된 금속 액적의 응집에 대한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시하는 개략적인 단면도이다;
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 6a의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 부분적인 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 6b의 부분적인 회로 트레이스에 걸쳐 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된 금속 액적의 응집에 대한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시하는 개략적인 단면도이다;
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 6c의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 풀 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, LIFT 프로세스에 의해 인쇄된 이종 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다;
도 8a, 8b, 8c, 8d 및 8e는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 회로 트레이스 내의 갭을 수리하는 LIFT 기반 프로세스에서의 연속적인 단계을 나타내는 대상 상의 회로 트레이스의 개략적인 평면도이다.

개요

LIFT 프로세스는 높은 정밀도 및 속도로 회로 기판 상에 전도성 트레이스 및 다른 회로 컴포넌트를 인쇄할 수 있다. 그러나, LIFT 프로세스의 특성으로 인해, 결과적인 트레이스는 기판 상으로 방출된 경화된 액적에 대응하는 금속 그레인의 응집(aggregation)으로 구성된다. 이들 그레인은 통상적으로 얇은 산화 층에 의해 커버되고 분리되며, 그레인 사이에 산재된 공극 및 에어 포켓이 존재할 수 있다. 이들 현상은 더 많은 종래의 방법들을 사용하여 퇴적되는 고체 금속 트레이스와 비교하여, 전기 저항을 증가시키고 회로 트레이스의 기계적 무결성을 손상시키는 경향이 있다.

본 명세서에 설명되는 본 발명의 실시예는 퇴적 프로세스에서 제어된 레이저 용융의 스테이지를 추가함으로써 이들 문제점을 해결한다. 이들 실시예에서, 회로 기판 상에 형성될 전도성 트레이스의 궤적을 정의한 후에, LIFT 프로세스는 정의된 궤적 상으로 회로 기판에 근접한 도너 기판으로부터 금속의 용융된 액적을 방출하기 위해 적용된다("궤적"는 통상적으로 2개의 엔드포인트 사이, 예를 들어 기판 상의 한 쌍의 금속 단자 사이에서 연장되는 특정 폭의 라인을 포함하지만; 다른 형상의 궤적을 따라 연장되는 트레이스가 유사하게 정의되고 제조될 수 있음). 액적은 트레이스의 궤적의 길이를 따라 회로 기판에 부착되고 회로 기판 상에서 경화되지만, 이 스테이지에서 여전히 그들의 별개의 그레인 구조를 유지한다.

따라서, 액적이 경화된 후에, 레이저 빔은 경화된 액적 내의 금속이 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층으로 용융 및 융합되게 하기에 충분한 에너지로 트레이스의 궤적을 향해 지향된다. 용어들 "합체" 및 "벌크 층"은 본 설명의 맥락에서 그리고 청구항에서 용융 이전의 경계들에 비해 경화된 액적 사이의 경계가 크기 및 분포에서 상당히 감소되는 층을 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, LIFT 퇴적 후에 그러나 레이저 용융 이전에 경화된 액적 사이에 존재했던 경계의 적어도 50%는 더 이상 레이저 용융 후에 현미경 검사에서 감지할 수 있는 정도가 아니다.

개시된 실시예들에서, 레이저 빔은 펄싱되고, 레이저 에너지의 펄스의 시퀀스는 궤적의 길이를 따라 인가된다. 펄싱된 방사선의 사용은 트레이스의 금속 내에 결과적인 열을 국부적으로 집중시키고 트레이스로부터 회로 기판으로의 열의 전도에 의한 열 손실 및 가능한 손상을 최소화하는데 유리하다. 트레이스의 두께 및 폭에 따라, 펄스 지속기간은 10㎲ 미만, 또는 좁은 트레이스의 경우 심지어 1㎲ 미만일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 금속 액적은 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 단일 행으로 회로 기판 상에 퇴적될 수 있으며, 액적 사이에 미리 정의된 중첩이 있다. 이어서, 짧은 레이저 펄스는 경화된 액적이 10㎲의 폭을 갖거나 심지어 그 미만의 폭을 갖는 회로 트레이스로 용융 및 융합되게 하기 위해 인가된다.

본 발명의 실시예에 의해 제공되는 제어된 레이저 용융 프로세스는 트레이스 내의 경화된 액적의 전체 체적에(특히, 트레이스가 얇을 때, 상술된 예에서와 같이) 적용될 수 있다. 대안적으로, 레이저 용융은 경화된 액적의 외부 층에만 적용될 수 있고, 따라서, 트레이스의 나머지 볼륨을 둘러싸는 보호 "스킨"을 형성한다. 어느 경우든, 제어된 레이저 용융 프로세스는 결과적인 트레이스의 기계적 및 전기적 무결성 둘 모두를 개선한다. 일부 경우에, 용융 프로세스는 또한 기판에 대한 트레이스의 접착 및 후속 에칭 단계를 견디는 능력을 개선한다. 본 기술은 또한 LIFT 인쇄된 회로 트레이스가 회로 기판 상의 기존의 단자와 접촉하게 하는 궤적의 단부에 적용될 수 있고, 따라서 트레이스와 단자 사이의 전기적 및 기계적 연결을 강화한다. 이러한 종류의 제어된 레이저 용융은, 단자 및 액적이 상이한 금속 조성물을 포함할 때 이종 금속 결합을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

시스템 설명

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판(24) 상에 전도성 트레이스(22)를 인쇄하기 위한 시스템(20)의 개략적인 측면도이다. 기판(24)은 당업계에 공지된 바와 같이 반도체, 세라믹, 금속, 유기 및 다른 유전체 기판과 같은 당업계에 공지된 임의의 적합한 종류의 회로 기판을 포함할 수 있다. 기판(24)은 강성 또는 가요성일 수 있으며; 본 명세서에 설명된 기술은 특히 인쇄 회로 제조에 통상적으로 사용되는 열 및 부식성 화학물을 견딜 수 없는 섬세한 기판 상에 회로 트레이스 및 다른 전도성 구조물을 인쇄하는 데 특히 적합하다. 인쇄 프로세스 동안, 기판(24)은 적합한 마운트, 예를 들어 병진 스테이지(50)와 같은 조정 가능한 마운트 상에 유지된다.

시스템(20)은 하나 이상의 레이저 및 적절한 레이저 빔 또는 빔들을 기판(24)을 향해 지향시키기 위한 적합한 광학기를 포함하는 레이저 모듈(26)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 레이저 모듈(26)은 LIFT 레이저(28) 및 용융 레이저(30) 둘 모두를 포함한다. 간략화를 위해, 이들 레이저의 기능 및 특성은 레이저가 별개의 유닛인 것처럼 본원에 설명된다(레이저 모듈(26)의 하나의 가능한 구현예임). 대안적으로, 가변 펄스 지속시간을 갖는 짧은 고에너지 펄스를 방출하는 단일 레이저가 LIFT 레이저(28) 및 용융 레이저(30) 둘 모두의 기능을 수행할 수 있다. 레이저(28 및 30)는 본원에 설명된 기능을 수행하기 위해 적합한 파장 및 적합한 시간적 펄스 길이 및 초점 품질을 갖는 가시광, 자외선 및/또는 적외선 범위의 광학 방사선을 방출하며, 이는 하기 설명에서 더 상세히 설명된다.

제어 회로(52)는 레이저 모듈(26)의 동작뿐만 아니라 시스템(20)의 다른 요소의 동작을 자율적으로 또는 인간 조작자의 제어 하에 제어한다. 기판(24) 상의 피처와 인쇄 프로세스의 평가 및 정렬을 위해, 하나 이상의 광학 센서를 포함하는 검사 모듈(54)이 시스템(20)에 통합되어, 기판의 이미지를 캡처하고 이미지 데이터를 분석을 위해 제어 회로(52)로 전달할 수 있다. 제어 회로(52)는 전형적으로 시스템(20)의 다른 컴포넌트와 통신하고 이를 제어하기 위한 적합한 인터페이스와 함께 본원에 설명된 기능을 수행하도록 소프트웨어로 프로그래밍된 범용 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 회로(32)의 기능 중 적어도 일부는 하드와이어드(hard-wired) 또는 프로그래머블될 수 있는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP) 또는 하드웨어 로직 구성요소에 의해 수행될 수 있다.

LIFT 레이저(28)는 제어 회로(52)의 제어 하에 도너 어셈블리(36)를 향해 전형적으로 약 1ns의 펄스 지속시간을 갖는 짧은 펄스를 방출한다. 도너 어셈블리(36)는 LIFT 레이저(28)에 의해 구동되는 LIFT 프로세스에 의해 금속의 용융된 액적(42)을 전도성 트레이스(22)의 한정된 궤적 상으로 방출하는 퇴적 모듈로서 기능한다. 도너 어셈블리(36)는 전형적으로 투명 재료의 얇은 가요성 시트를 포함하는 도너 기판(38)을 포함하며, 이는 회로 기판(24)에 근접한 면 상에 특정 금속 또는 금속의 조합을 포함하는 도너 필름(40)으로 코팅된다(도너 필름은 도 3을 참조하여 하기 설명되는 바와 같이 접착 필름과 같은 하위층을 포함할 수 있음). 대안적으로, 도너 기판(38)은 강성 또는 반강성 재료를 포함할 수 있다. 제어 회로(52)에 의해 결정된 공간 패턴에 따라, 회전 미러 및/또는 음향-광학 디바이스와 같은 빔 편향기(32), 및 포커싱 광학기(34)는 LIFT 레이저(28)로부터의 방사선의 펄스를 도너 기판(38)의 상부 표면을 통과하여 하부 표면 상의 도너 필름(40)에 충돌하도록 지향시킨다.

각각의 레이저 펄스는 도너 필름(40)으로부터 기판(24) 상으로의 금속의 하나 이상의 용융된 액적(42)의 방출을 유도한다. 레이저 펄스의 지속기간 및 에너지(전형적으로 나노초 범위의 펄스 지속기간을 가짐) 및 도너 필름(40)의 두께는 각각의 레이저 펄스가 단일 용융된 액적(42)이 정확한 지향성을 가지고 고속으로 도너 필름으로부터 회로 기판을 향해 방출되게 하도록 선택될 수 있다. 이러한 종류의 LIFT 동작의 추가의 상세는 상기 언급된 미국 특허 제9,925,797호에 설명되어 있다. 액적(42)은 기판에 부착되고 기판 상에서 경화되어, 도시된 예에서, 경화된 액적(44)의 라인을 정의한다. 각각의 액적은 라인에 특정 양의 금속 재료를 추가한다. 제어 회로(52)는 라인(22)의 원하는 두께에 따라 연속적인 액적 사이의 간격 및 퇴적될 액적의 수를 설정한다. 따라서, 매우 얇은 라인을 생성하기 위해, 액적(42)은 연속적인 액적 사이에 단지 부분적인 중첩으로 퇴적될 수 있어서, 라인(22)의 폭 및 높이는 단일 액적(44)의 폭 및 높이와 대략 동일할 것이다. 이러한 접근법을 사용하여, 미크론 범위까지의 폭을 갖는 매우 미세한 라인을 생성하는 것이 가능하다. 대안적으로, 더 넓고 더 깊은 라인을 생성하기 위해 액적(44)의 더 두꺼운 응집이 사용될 수 있다.

액적(44)의 퇴적 후에, 용융 레이저(30)는 금속을 용융시키기에 충분한 에너지로 액적의 라인을 조사하여, 액적이 라인(22)을 따라 벌크 재료로 함께 융합되게 한다. 스캔 미러 및/또는 음향 광학 디바이스와 같은 빔 편향기(46), 및 포커싱 광학기(48)는 용융 레이저(30)로부터 방사선을 타겟 라인 상에 충돌하도록 지향시킨다. 빔 에너지 및 용융 레이저(30)의 다른 파라미터는 기판(24) 및 주위 구조체에 대한 열 손상을 최소화하면서 액적(44) 내의 금속을 용융시키도록 선택된다. 빔은 라인의 전체 체적을 용융시키거나 체적의 일부만을 용융시키도록(예를 들어, 전체 체적을 반드시 용융시키지 않고, 두꺼운 체적의 액적의 외부 스킨을 융합시키도록) 충분히 에너지를 공급받을 수 있다.

일부 실시예에서, 용융 레이저(30)는 기판(24) 및 주위 구조체에 대한 최소 효과로 용융 단계의 열 효과가 잘 국소화되는 것을 보장하기 위해, CW 빔보다는 레이저 에너지의 펄스의 시퀀스를 방출한다. 짧은 펄스의 사용은 또한 금속 액적이 볼 내로 융합되는 것을 방지하여, 트레이스가 원하는 형상을 유지하는데 유리하다. 광학기(48)는 빔을 이웃 구조체를 용융시키지 않을 정도로 충분히 작은 빔 직경으로 타겟 라인 상에 충돌하도록 포커싱한다. 이러한 목적을 위해, 빔 직경은 라인 폭보다 작을 수 있다. 그러나, 빔 직경은 액적(44)으로 덮인 트레이스의 궤적의 전체 영역을 용융시키기에 충분히 크다. 빔 편향기(46)는 각각의 펄스가 시퀀스에서 선행 펄스와의 미리 정의된 중첩을 갖도록 트레이스(22)의 궤적을 따라 용융 레이저(30)의 빔을 스캔한다. 스캔 레이트는 적절한 열 선량이 전체 트레이스를 따라 균일하게 인가되도록 조정된다.

전형적으로, 용융 레이저(30)에 의해 출력된 펄스의 펄스 지속시간은 100㎲ 미만이고; 미세 피처를 용융시키기 위해, 펄스는 훨씬 더 짧다, 예를 들어 10㎲ 미만이다. 액적의 조성 및 원하는 용융 깊이에 따라, 각각의 펄스의 지속시간은 심지어 1㎲ 미만일 수 있다. 펄스 에너지는 전형적으로 재료 및 트레이스 치수에 따라 0.1μJ 내지 100μJ의 범위 내이다. 짧고 강한 레이저 펄스의 사용은 기판(24)으로의 열 전달을 감소시키는 것 및 용융 프로세스 동안 금속의 산화를 감소시키는 것 모두에 유리하여, 프로세스가 주위 대기 조건 하에서 수행될 수 있게 한다. 짧은 레이저 펄스의 사용은 또한 액적 내의 금속이 별개의 볼로 융합되어 트레이스(22)의 원하는 형상 특성을 상실하는 경향을 감소시키는데 유리하다. 시퀀스 내의 펄스 사이의 시간은 이전 펄스로부터의 열이 소산되기에 충분히 길 수 있어서, 열 축적이 문제가 되지 않는다.

펄스 지속시간이 상이한 트레이스 치수 및 용융 깊이에 대해 조정될 수 있게 하기 위해, 용융 레이저(30)는 예를 들어 적합한 섬유 레이저 또는 고출력 다이오드 레이저를 포함할 수 있다. 레이저가 나노초 범위까지 충분히 넓은 범위의 펄스 지속시간의 조정을 갖는 경우, 레이저는 또한 LIFT 레이저(28)로서 기능할 수 있다.

하기 도면 및 첨부된 설명은 제어된 레이저 용융과 함께 금속 트레이스의 LIFT 인쇄에 적용될 수 있는 다수의 기술을 제시한다. 명확성 및 상세함을 위해, 이들 기술은 시스템(20)의 요소를 참조하여 하기에서 설명된다. 그러나, 이들 기술은 도 1에 도시된 특정 시스템 구성에 결코 제한되지 않고; 본 발명의 원리는 본 설명을 읽은 후에 당업자에게 명백할 바와 같이 필요한 능력을 갖는 다른 시스템에 대안적으로 적용될 수 있다. 이러한 모든 대안적인 구현예는 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려된다.

상이한 폭 및 두께의 금속 라인 인쇄

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른, LIFT 레이저(28)에 의해 회로 기판(24) 상에 인쇄된 금속 액적(44)의 라인의 현미경 사진이다. 액적(44)은 직경이 약 1㎛이고, 트레이스(22)의 궤적의 길이를 따라 연장되는 단일 행으로 인쇄되며, 시퀀스 내의 연속적인 액적 사이의 액적 직경의 약 50%의 중첩을 갖는다. 대안적으로, 연속적인 액적 사이의 중첩은 매우 좁은 트레이스가 요구될 때 50% 미만일 수 있다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 용융 레이저(30)에 의한 레이저 용융 이후의 트레이스(22)의 현미경 사진이다. 중첩 레이저 펄스의 시퀀스는 액적(44) 위로 스캔되어, 이들을 이 도면에 도시된 단일 트레이스(22) 내로 융합되게 하고, 라인 폭은 대략 1㎛이다. 이러한 종류의 균일한 금속 트레이스를 달성하기 위한 최적의 레이저 펄스 파라미터는 수반되는 재료 및 기하학적 치수에 의존하고, 계산 및 경험적 시행 및 오차에 의해 각각의 경우에 최적화될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 조사 하에서 도너 필름(40)으로부터 용융된 액적(42)의 방출을 예시하는 도너 어셈블리(36)의 개략적인 단면도이다. 이 실시예는 특히 매우 미세한 트레이스를 인쇄하고 유리와 같은 매끄러운 기판 상에 인쇄할 때 발생할 수 있는, 액적(44)과 기판(24) 사이의 불량한 접착의 문제를 해결하는 것에 관한 것이다.

이 문제를 해결하기 위해, 도너 필름(40)은 도너 기판(38) 상에 1차 금속 도너 필름(60) 위에 놓이는 접착 필름(62)을 포함한다. 예를 들어, 필름(60)이 양호한 전도체이지만 유전체 기판에 잘 접착되지 않을 수 있는 구리를 포함한다고 가정하면, 접착 필름(62)은 티타늄, 주석, 비스무트, 또는 이들 금속의 합금과 같은 구리보다 더 빠르게 산화되는 다른 금속을 포함할 수 있다. 선택적으로, 도너 기판에 대한 도너 필름의 접착을 향상시키고 기판/필름 계면에서의 레이저 에너지의 반사를 감소시키기 위해, 중간 층(64)이 또한 도너 기판(38)과 1차 금속 도너 필름(60) 사이에 퇴적된다. 본 실시예에서, 1차 금속 도너 필름은 전형적으로 50 내지 700 nm의 두께인 반면, 접착 필름은 예를 들어 50 내지 200 nm의 두께로 더 얇다.

도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 펄스가 도너 필름(40)에 부딪힐 때, 접착 필름(62) 내의 금속은 필름(60)으로부터의 1차 금속을 둘러싸는 액적(42) 위에 외부 층을 형성한다. 이 외부 층은 회로 기판 상의 용융된 액적의 충돌 시에 회로 기판(24)에 접착된다. 분사 프로세스의 속도 때문에, 외부 층은 액적이 비행 중인 동안 액적(42)의 금속 코어 내로 실질적으로 혼합되지 않을 것이다. 그러나, 이 접근법에 대한 대안으로서, 도너 필름(40)은 향상된 접착 특성을 갖는 합금을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LIFT 분사 전에 접착을 개선하기 위해 기판의 표면이 거칠어지거나 달리 준비될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 트레이스를 정의하는, LIFT 프로세스에서 기판(24) 상에 퇴적된 금속 액적(44)의 응집의 개략적인 단면도이다. 이 실시예에서, 트레이스는 도 2a 및 도 2b에 도시된 예보다 더 넓고 더 깊다.

도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4a에 도시된 금속 액적(44)의 응집의 완전한 레이저 용융에 의해 형성된 회로 트레이스(70)의 개략적인 단면도이다. 이 경우에, 용융 레이저(30)는 트레이스(70) 내의 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키기 위해 경화된 액적(44)에 충분한 에너지를 인가한다. 이러한 접근법은 기계적 무결성 및 열 전도율을 최대화하고 트레이스의 전기 저항을 최소화하는데 유익하지만, 회로 기판(24) 및 주변 구조물에 대한 손상을 회피하기 위해 주의를 기울여야 한다. 일 실시예(도면에 도시되지 않음)에서, 빔 편향기(46)는 더 균일한 용융을 달성하기 위해 용융 레이저(30)로부터의 빔을 소정 범위의 입사각에 걸쳐 액적(44)의 체적에 충돌하도록 지향시킨다.

도 4c는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 도 4a에 도시된 금속 액적(44)의 응집의 부분 레이저 용융에 의해 형성된 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다. 이 경우에, 용융 레이저(30)는 트레이스의 길이를 따라 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키지 않고, 경화된 액적의 외부 층만을 용융시키기에 충분한 에너지를 경화된 액적에 인가한다. 이러한 외부 층은 보호 스킨(72)을 형성하고, 이는 전도성 트레이스 내에 경화된 액적(44)의 체적을 둘러싼다. 스킨(72)은 트레이스의 기계적 및 전기적 무결성 및 에칭 및 부식에 대한 저항을 향상시킨다. 이러한 접근법은 레이저 에너지의 훨씬 더 작은 투입을 필요로 하고, 따라서 트레이스의 체적의 완전 용융에 비해, 기판(24)에 대한 손상 및 트레이스의 변형의 위험을 감소시키면서 프로세스 처리량을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 용융 프로세스에서 사용되는 레이저 빔은 트레이스의 폭보다 작은 스폿 크기에 포커싱되고, 전체 영역이 커버될 때까지 트레이스의 표면 상에서 스캔된다.

다음의 표는 다양한 치수의 LIFT 퇴적된 금속 트레이스의 제어된 레이저 용융에서 사용될 수 있는 프로세스 파라미터의 예를 열거한다. 이들 예에서, 액적(44)은 구리를 포함하고, 기판(24) 상의 액적의 응집은 도 4a에 도시된 일반적인 형태를 갖는다. 각각의 경우에 트레이스를 따라 각각의 위치에 인가되는 용융 레이저 펄스의 수는 원하는 용융 깊이에 따라 선택될 수 있고, 이는 (도 4c에서와 같이) 약 1㎛ 내지 (도 4b에서와 같이) 트레이스의 전체 두께의 범위일 수 있다.

표 1 - 제어된 레이저 용융의 예

트레이스 폭	레이저 파장	펄스 반복률	레이저 스폿 사이즈	펄스 폭	펄스 피치	펄스 에너지
20-40㎛	근적외선	20kHz	20㎛	250ns	0.5-2㎛	15-30μJ
20-40㎛	근적외선	40kHz	20㎛	1-2㎲	0.5-2㎛	20-40μJ
7-12㎛	근적외선	20kHz	20㎛	0.5-2㎲	0.5㎛	12-25μJ
20㎛	가시광(532nm)	20kHz	20㎛	600ns	1㎛	30-45μJ
5-10㎛	근적외선	20kHz	7㎛	0.5-2㎲	0.5㎛	5-10μJ

상기 예는 특히 안정한 좁은 트레이스를 형성할 때, 본 기술에 의해 제공되는 제어가능한 파라미터의 범위 및 광범위한 적용가능성을 예시하고, 이는 다른 기술에 의해 제조하기 어렵거나 불가능하다. 펄스 폭은 용융 깊이에 따라 선택될 수 있고, 두꺼운 트레이스의 완전 용융이 요구될 때 다수의 LIFT/용융 사이클을 수행할 가능성이 있다. 펄스 피치 및 반복률은 또한 전체 열 프로파일에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 용융 깊이에 영향을 미칠 수 있다. 레이저 스폿 크기는 일반적으로 트레이스의 폭과 대략 일치하도록 선택된다. 레이저 파장은 또한 레이저 에너지가 기판에 의해서가 아니라 트레이스에 의해 잘 흡수되도록 선택될 수 있고, 이에 의해 레이저 스폿이 트레이스보다 넓은 영역에 걸쳐 연장될 때 기판에 대한 손상을 최소화한다.

회로 요소의 제조 및 수리

다시 도 1을 참조하면, 일부 실시예들에서, 트레이스(22)가 인쇄될 궤적은 회로 기판 상의 한 쌍의 단자들 사이의 갭을 포함한다. 예를 들어, 제어 회로(52)는 회로 기판(24)의 검사 모듈(54)에 의해 캡처된 이미지들을 분석함으로써 그러한 갭을 식별할 수 있다. 제어 회로(52)는 그 후, 레이저 모듈(26)을, 갭을 채우기 위해 도너 필름(40)으로부터 기판(24) 상으로 용융된 액적(42)을 방출하도록 지향시킨다. 일부 실시예에서, 이렇게 식별된 갭은 회로 기판(24) 상에서 검출되는 오형성된(misformed) 또는 개방 회로 트레이스와 같은 결함에 기인할 수 있다. 이 경우, 갭을 충전하기 전에, 결함있는 트레이스 및 하부 기판은, 예를 들어, 상기 언급된 한국 특허 출원 공개 KR20150070028에 설명된 바와 같이 레이저 애블레이션을 사용하여 세정 및 준비될 수 있다. 이 준비는 액적(42)이 부착될 잘 정의된(well-defined) 단자를 형성하기 위해 갭에 인접한 회로 트레이스의 단부를 성형하는 것을 포함할 수 있다. 그 후, 결함은 단자 사이의 갭에 용융된 액적(42)을 퇴적하고, 그 후 용융 레이저(30)의 빔을 경화된 액적(44)을 용융하도록 지향시킴으로써 수리된다.

다른 실시예에서, 갭을 포함하는 회로 트레이스는 예를 들어, 포토리소그래피 기술에 의해 회로 기판(24) 상에 의도적으로 형성된다. 그 후, 이들 갭은 회로 트레이스와는 상이한 재료, 예를 들어, NiCr과 같은 저항성 재료로 LIFT 인쇄에 의해 채워질 수 있다. 도 7에 예시된 이 프로세스는 저항기 및 스트레인 게이지와 같은 회로 컴포넌트를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른, 회로 트레이스에서 갭(82)을 채우는 프로세스에서의 스테이지를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 5a는 회로 트레이스(80)에서의 갭(82)에 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된 경화된 금속 액적(44)의 응집을 도시한다. 이 경우, 트레이스(80)의 초기 제조에서의 결함으로 인해 갭(82)이 생성되었다고 가정된다. 갭(82)의 에지는 갭의 에지에서 계단 형상을 포함하는 잘 정의된 단자를 생성하기 위해 사각형이 되었다. 이 종류의 사전 프로세싱은 갭에서의 액적(44)의 균일한 퇴적 및 액적과 단자 사이의 양호한 전기적 접촉을 가능하게 한다. 이 예에서, 액적(44)은 갭(82)의 전체 깊이를 채우기 위해 단일 LIFT 퇴적 단계에서 퇴적되었다.

도 5b는 액적(44)의 응집에 대한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시한다. 용융 레이저(30)로부터의 펄싱된 빔(84)은 화살표(86)에 의해 표시된 바와 같이, 응집된 액적의 외부 표면 상에 포커싱되고, 갭(82)을 가로질러 스캔된다.

도 5c는 도 5b의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 회로 트레이스(80)를 도시한다. 액적(44)의 상부 층(88)은 트레이스(80)의 금속에 용융 및 본딩되어, 하부 경화된 액적(44)을 커버하는 스킨을 형성한다. 층(88)의 깊이는 레이저 빔(84)의 강도 및 스캔 패턴에 의해 결정된다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 회로 트레이스(80) 내의 갭을 채우는 프로세스에서의 스테이지를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 6a는 회로 트레이스(80) 내의 갭 내에 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된 금속 액적(90)의 응집에 대한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시한다. 이 경우에, 액적(90)이 갭의 전체 깊이를 채우지 않고 오히려 회로 기판 상에 제1 층을 형성하도록 적층 접근법이 적용된다. 레이저 빔(84)은 이 제1 층 내의 경화된 액적을 용융시키기 위해 갭을 가로질러 스캔된다.

도 6b는 도 6a의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 부분 회로 트레이스를 도시한다. 이 예에서, 액적(90)의 전체 깊이는 회로 트레이스(80) 내의 갭 내에 전도성 트레이스의 하부 층(92)을 형성하도록 레이저 빔(84)에 의해 용융되었다.

도 6c는 금속 액적(94)의 추가 응집에 대해, 빔(84)의 스캔에 의한 레이저 용융 프로세스의 적용을 예시한다. 액적(94)은 하부 층(92) 위에 LIFT 프로세스에 의해 퇴적되고, 그 다음에 레이저 빔(84)은 경화된 액적을 용융시키기 위해 이 추가된 액적(94)의 응집 위에 스캔된다.

도 6d는 도 6c의 레이저 용융 프로세스에 의해 형성된 전체 회로 트레이스를 도시한다. 도 6c의 제어된 레이저 용융 프로세스는 하부 층(92) 위에 전도성 트레이스의 상부 층(96)을 형성하여 트레이스(80) 내의 갭을 채우고 따라서 트레이스를 완성하였다. 이 다중 적층 접근법은 트레이스(80) 및 기판(24) 내로의 열 소산을 감소시키면서(그리고 따라서 가능한 열 손상을 완화시킴) 트레이스가 전체 깊이를 통해 벌크 재료로 완전히 용융 및 융합되는 것을 보장하는데 유용하다. 도 6a 내지 도 6d는 간략화를 위해 단지 2개 층의 프로세스를 도시하지만, 본 기술의 원리는 요구되는 트레이스 두께에 따라, 3개 이상의 층을 생성하는데에도 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른, LIFT 프로세스에 의해 인쇄된 이종 회로 트레이스의 개략적인 단면도이다. 이 실시예에서, 트레이스(80)는 단자(100)를 정의하도록 에칭되거나 애블레이션되는 제1 금속, 예를 들어 구리를 포함한다. 도너 필름(40)은 제1 금속과는 상이한 조성의 상이한 금속, 예를 들어 NiCr을 포함한다. LIFT 레이저(28)는 단자(100) 사이의 갭 내에 NiCr의 액적을 퇴적시키도록 동작된다. 그 다음에, 용융 레이저(30)는 NiCr 액적이 트레이스(102) 내로 용융 및 융합되게 할 뿐만 아니라 단자에서 이종 금속 본딩을 형성하도록 단자(100)의 적어도 상부 층을 용융시키도록 동작한다. 이들 본딩은 낮은 저항 및 높은 기계적 강도를 갖는 금속 대 금속 접촉부를 생성하는데에 유용하다. 앞서 언급된 바와 같이, 트레이스(102)는 예를 들어 내장된 저항기 또는 스트레인 게이지로서 기능할 수 있다.

유사한 방식으로, 트레이스 및 단자가 동일한 금속을 포함할 때에도, 용융 레이저(30)의 동작은 트레이스와 단자 사이에 동종 금속 본딩을 형성하는데에 유용하다. 이종 본딩의 경우에서와 같이, 이들 금속 본딩은 에칭 및 부식에 대한 저항 및 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 전기적 저항을 감소시킨다.

다음의 표는 도 7에 도시된 바와 같이 구리 회로 트레이스와 계면하는 LIFT 퇴적된 NiCr 트레이스의 제어된 레이저 용융에 사용될 수 있는 프로세스 파라미터의 예를 열거한다:

표 2 - NiCr 트레이스의 제어된 레이저 용융의 예

트레이스 폭	레이저 파장	펄스 반복률	레이저 스폿 크기	펄스 폭	펄스 피치	펄스 에너지
10㎛	가시광(532nm)	1000Hz	20㎛	600ns	0.5-1㎛	20-40μJ
10㎛	가시광(532nm)	1000Hz	20㎛	600ns	10㎛	50-75μJ

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 회로 트레이스 내의 갭(112)을 수리하는 LIFT 기반 프로세스에서의 연속적인 단계를 도시하는 기판(24) 상의 회로 트레이스(110)의 개략적인 평면도이다. 도 8a는 LIFT 프로세스가 개시되기 전의 갭(112)을 도시한다. 이 경우, 도 8b에 도시된 바와 같이, 액적(114)은 갭(112)보다 넓은 영역에 걸쳐 LIFT 프로세스에 의해 퇴적된다. 이러한 종류의 퇴적 패턴은, 예를 들어 LIFT 레이저(28)가 예를 들어 피코초 범위에서 더 짧은 펄스를 더 높은 피크 전력으로 방출할 때 생성될 것이며, 따라서 각각의 펄스은 많은 서브미크론 액적이 기판(24)을 향해 방출되게 한다. 이 체제에서의 동작은 경화된 액적이 더 작고 기판에 더 잘 부착될 수 있다는 점에서 유리할 수 있지만, 액적 방출의 방향성이 덜 정확하다.

액적(114)에 의해 커버되는 영역의 폭을 감소시키기 위해, 용융 레이저(30)는 트레이스의 궤적의 미리 정의된 폭 내에서 기판(24) 상에 퇴적된 경화된 액적만을 용융시키도록 인가된다. 따라서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 트레이스 영역(116)은 용융되고 융합되어 회로 트레이스(110)에 본딩하는 고체 트레이스를 형성한다. LIFT 퇴적된 트레이스의 두께를 증가시키기 위해, LIFT 단계는 도 8d에 도시된 바와 같이, 갭(112)의 영역에 걸쳐 액적(118)의 하나 이상의 추가 층을 퇴적하기 위해 반복될 수 있다. 각각의 이러한 단계 후에, 도 8c의 제어된 레이저 용융 단계는 트레이스 영역(116) 내의(그러나 그 외부는 아님) 추가 액적을 용융 및 융합시키기 위해 반복된다.

트레이스 영역(116) 내의 금속이 원하는 깊이에 도달하면, 트레이스 영역(116) 외부의 회로 기판 상에 퇴적된 경화된 액적을 제거하기 위해 에칭 프로세스가 회로 기판(24)에 적용된다. 이 단계는 예를 들어, 영역(116) 외부의 개별 액적이 그 체적에 비해 큰 표면적을 가지며 따라서 에칭 프로세스에 더 민감하기 때문에, 당업계에 공지된 화학적 에칭 또는 갈바닉 에칭의 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 경화된 액적은 레이저 애블레이션에 의해 제거될 수 있다. 에칭 단계 이후의 클린 트레이스가 도 8e에 도시된다.

상술된 실시예는 예로서 인용되며, 본 발명은 특히 도시되고 상술된 것으로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는 상술된 다양한 피처의 조합 및 하위 조합 둘 모두를 포함할 뿐만 아니라, 상기 설명을 읽을 때 당업자에게 발생할 수 있고 이전 기술에 설명되지 않은 그들의 변형 및 수정을 포함한다.

Claims

회로 제조를 위한 방법에 있어서,
회로 기판 상에 형성될 전도성 트레이스의 궤적(locus)을 정의하는 단계;
레이저 유도 순방향 전사(laser-induced forward transfer; LIFT)의 프로세스에 의해 상기 회로 기판에 근접한 도너(donor) 기판으로부터 상기 정의된 궤적 상으로 금속의 용융된 액적을 방출(ejecting)하는 단계 - 이 단계에 의해, 상기 액적은 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 회로 기판에 부착되고 상기 회로 기판 상에서 경화됨 - ; 및
상기 액적이 경화된 후에, 상기 경화된 액적 내의 상기 금속이 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층으로 용융 및 융합(coalesce)되게 하기에 충분한 에너지로 레이저 빔을 상기 정의된 궤적을 향해 지향시키는 단계
를 포함하는, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 도너 기판은 투명하고 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 상기 금속을 포함하는 도너 필름은 상기 도너 필름이 상기 정의된 궤적에 근접하도록 상기 제2 표면 상에 배치되고,
상기 용융된 액적을 방출하는 단계는, 상기 도너 필름으로부터 상기 금속의 용융된 액적의 상기 정의된 궤적 상으로의 방출을 유도하기 위해, 상기 도너 기판의 상기 제1 표면을 통과하고 상기 도너 필름에 충돌(impact)하도록 레이저 방사선의 펄스를 지향시키는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 LIFT의 프로세스에서 상기 레이저 방사선의 펄스를 지향시키는 단계 및 상기 레이저 빔을 상기 정의된 궤적을 향해 지향시키는 단계는, 상기 용융된 액적을 방출하는 것과 상기 경화된 액적 내의 금속을 용융시키는 것 둘 모두를 위해 가변 펄스 지속시간을 갖는 단일 레이저를 사용하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 도너 필름은 제1 금속을 포함하고, 제2 금속을 포함하는 접착 필름이 상기 도너 기판 상의 상기 도너 필름 위에 배치되어, 상기 제2 금속이 상기 제1 금속의 용융된 액적 위에 외부 층을 형성하게 하고, 상기 외부 층은 상기 회로 기판 상의 상기 용융된 액적의 충돌 시에 상기 회로 기판에 접착되는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 금속은 구리를 포함하고, 상기 제2 금속은 티타늄, 주석, 비스무트 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융된 액적을 방출하는 단계 및 상기 레이저 빔을 상기 정의된 궤적을 향해 지향시키는 단계는,
상기 용융된 액적의 제1 층을 상기 회로 기판 상으로 방출하고 상기 레이저 빔을 상기 제1 층 내의 상기 경화된 액적을 용융시키도록 지향시켜 상기 전도성 트레이스의 하부 층을 형성하는 단계, 및
상기 용융된 액적의 적어도 제2 층을 상기 하부 층 상으로 방출하고 상기 레이저 빔을 상기 적어도 제2 층 내의 상기 경화된 액적을 용융시키도록 지향시켜 상기 전도성 트레이스를 완성하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 상기 레이저 빔을 사용하여, 상기 전도성 트레이스 내의 상기 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키기에 충분한 에너지를 상기 경화된 액적에 인가하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 상기 레이저 빔을 사용하여, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키지 않고, 상기 경화된 액적의 외부 층만을 용융시키기에 충분한 에너지를 상기 경화된 액적에 인가하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 경화된 액적에 충돌하도록 레이저 에너지의 펄스의 시퀀스를 지향시키는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제9항에 있어서,
상기 펄스 각각은 10㎲ 미만의 펄스 지속시간을 갖는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제9항에 있어서,
하나 이상의 펄스를 지향시키는 단계는, 상기 펄스 각각이 상기 시퀀스 내의 선행 펄스와의 미리 정의된 중첩을 갖도록 상기 궤적을 따라 상기 레이저 빔을 스캔하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 용융된 액적을 방출하는 단계는, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 단일 행(single row)으로 상기 회로 기판 상에 상기 액적을 퇴적하는 단계를 포함하고, 이 단계에 의해 상기 전도성 트레이스가 상기 단일 행의 용융에 의해 형성되고, 상기 액적 각각은 상기 액적의 직경의 50% 이하만큼 상기 단일 행 내의 선행 액적과 중첩되는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 궤적을 정의하는 단계는 상기 회로 기판 상의 제1 단자와 제2 단자 사이의 갭을 식별하는 단계를 포함하고, 상기 용융된 액적을 방출하는 단계는 상기 갭을 채우도록 상기 용융된 액적을 퇴적하는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 액적은 상기 제1 금속과는 상이한 조성의 제2 금속을 포함하며, 상기 레이저 빔을 지향시키는 단계는 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에서 이종(heterogeneous) 금속 본딩을 형성하도록 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 용융시키는 단계를 포함하는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
제13항에 있어서,
상기 갭을 식별하는 단계는 상기 회로 기판 상에 형성된 회로 트레이스 내의 결함을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 결함은 상기 용융된 액적을 퇴적한 후 상기 레이저 빔을 지향시켜 상기 경화된 액적을 용융시킴으로으로써 수리되는 것인, 회로 제조를 위한 방법.
회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치에 있어서,
레이저 유도 순방향 전사(laser-induced forward transfer; LIFT)의 프로세스에 의해 상기 회로 기판에 근접한 도너 기판으로부터 상기 전도성 트레이스의 정의된 궤적 상으로 금속의 용융된 액적을 방출함으로써 상기 액적이 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 회로 기판에 부착되고 상기 회로 기판 상에서 경화되도록 구성된 퇴적 모듈; 및
상기 경화된 액적 내의 상기 금속이 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 벌크 층 내로 용융 및 융합되게 하기에 충분한 에너지로 레이저 빔을 상기 정의된 궤적을 향해 지향시키도록 구성된 레이저 모듈
을 포함하는, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 도너 기판은 투명하고 대향하는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 상기 금속을 포함하는 도너 필름은 상기 도너 필름이 상기 정의된 궤적에 근접하도록 상기 제2 표면 상에 배치되고,
상기 레이저 모듈은, 상기 도너 필름으로부터 상기 금속의 용융된 액적의 상기 정의된 궤적 상으로의 방출을 유도하기 위해, 상기 도너 기판의 제1 표면을 통과하고 상기 도너 필름에 충돌하도록 레이저 방사선의 펄스를 지향시키도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제17항에 있어서,
상기 레이저 모듈은, LIFT의 프로세스에서 레이저 방사선의 펄스를 지향시키는 것 및 상기 경화된 액적 내의 금속을 용융시키도록 상기 레이저 빔을 지향시키는 것 둘 모두를 위해 가변 펄스 지속시간을 갖는 단일 레이저를 포함하는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 퇴적 모듈 및 상기 레이저 모듈은, 상기 용융된 액적의 제 1 층을 상기 회로 기판 상으로 방출하고 상기 레이저 빔을 상기 제 1 층 내의 상기 경화된 액적을 용융시키도록 지향시켜 상기 전도성 트레이스의 하부 층을 형성하고, 상기 용융된 액적의 적어도 제 2 층을 상기 하부 층 상으로 방출하고 상기 레이저 빔을 상기 적어도 제2 층 내의 상기 경화된 액적을 용융시도록 지향시켜 상기 전도성 트레이스를 완성하도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 레이저 모듈은, 상기 레이저 빔을 사용하여, 상기 전도성 트레이스 내의 상기 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키기에 충분한 에너지를 상기 경화된 액적에 인가하도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 레이저 모듈은, 상기 레이저 빔을 사용하여, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 경화된 액적의 전체 체적을 용융시키지 않고, 상기 경화된 액적의 외부 층만을 용융시키기에 충분한 에너지를 상기 경화된 액적에 인가하도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제21항에 있어서,
상기 레이저 모듈은, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 상기 경화된 액적에 충돌하도록 레이저 에너지의 펄스의 시퀀스를 지향시키도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제22항에 있어서,
상기 펄스 각각은 10㎲ 미만의 펄스 지속시간을 갖는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제22항에 있어서,
상기 레이저 모듈은, 상기 펄스 각각이 상기 시퀀스에서 선행 펄스와 미리 정의된 중첩을 갖도록 상기 궤적을 따라 상기 레이저 빔을 스캔하도록 구성되고, 상기 액적 각각은 상기 액적의 직경의 50% 이하만큼 단일 행 내의 선행 액적과 중첩하는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 퇴적 모듈은, 상기 정의된 궤적의 길이를 따라 연장되는 단일 행으로 상기 회로 기판 상에 상기 액적을 퇴적하도록 구성되고, 상기 전도성 트레이스는 상기 단일 행으로부터 형성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제16항에 있어서,
상기 회로 기판 상의 제 1 단자와 제 2 단자 사이의 갭을 식별하고, 상기 갭을 채우기 위해 상기 용융된 액적을 퇴적하도록 상기 퇴적 모듈을 제어하도록 구성되는 제어 회로
를 포함하는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.
제26항에 있어서,
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 제1 금속을 포함하고, 상기 액적은 상기 제1 금속과는 상이한 조성의 제2 금속을 포함하며, 상기 레이저 모듈은 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에서 이종 금속 본딩을 형성하도록 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 용융시키도록 상기 레이저 빔을 지향시키도록 구성되는 것인, 회로 기판 상에 전도성 트레이스를 제조하기 위한 장치.