WO2023075348A1 - 다층의 박막 fpcb 및 히터 제작방법 - Google Patents

다층의 박막 fpcb 및 히터 제작방법 Download PDF

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WO2023075348A1
WO2023075348A1 PCT/KR2022/016321 KR2022016321W WO2023075348A1 WO 2023075348 A1 WO2023075348 A1 WO 2023075348A1 KR 2022016321 W KR2022016321 W KR 2022016321W WO 2023075348 A1 WO2023075348 A1 WO 2023075348A1
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thin film
metal nanoparticles
pattern
laser
flexible substrate
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고승환
최준화
김현석
김권규
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서울대학교산학협력단
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    • G—PHYSICS
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02F1/1516—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising organic material
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a multilayer thin film FPCB (Flexible Printed Circuit Board), and more particularly, to form a pattern on a thin film flexible substrate and form a via hole in the thin film flexible substrate to form a gap between the patterns of each layer. It relates to a method of manufacturing a multi-layer thin film FPCB that connects.
  • FPCB Flexible Printed Circuit Board
  • the present invention relates to a method for manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multilayer structure, and a display and a device including the same.
  • FPCB In order to manufacture FPCB, it was produced by methods such as metal deposition, exposure by mask, and etching on an insulating base film having high heat resistance and high flexibility, but the manufacturing process is complicated, requiring a lot of time and manufacturing cost. There was a problem.
  • the mainstream cathode ray tube or cathode ray tube has a problem in that it is heavy and bulky.
  • Such a flat panel display device includes a plurality of thin film patterns, and each thin film pattern is formed by a photolithography process and an etching process.
  • a metal layer is formed on a substrate for a flat panel display through a deposition method such as sputtering.
  • a photoresist pattern is formed by performing a photolithography process including photoresist application, exposure, and development processes.
  • a metal layer that does not overlap with the photoresist pattern is removed by performing a dry or wet etching process using the photoresist pattern as a mask.
  • the photoresist pattern 5 is removed by a strip process to form a first thin film pattern.
  • the thickness of the insulating layer and the metal layer are manufactured to be tens of micrometers or more, there is a limit to rapid temperature control because the heat capacity per unit area is high and the temperature change is small compared to the amount of energy.
  • an object of the present invention is to solve such conventional problems, and to reduce the manufacturing cost and to form multi-layered structures at high speed by using a visible light/ultraviolet laser to form patterns and via holes in an environment of room temperature, normal pressure, and no masking. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a multilayer thin film FPCB capable of manufacturing a thin film FPCB.
  • the present invention has been made to solve the above technical problem, by making it possible to express an ultra-thin film heater of a multi-layered structure coated with a thermochromic resin that reacts to heat or infrared rays as an image using an overlapping pattern. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multi-layer structure capable of implementing high-resolution images by reducing temperature change even with a low thermal capacity, and a display and a device including the same.
  • the movement path of heat transfer can be adjusted to the shortest distance by means of an ultra-thin heater having a thickness of several micrometers including a plurality of pattern layers having a structure electrically connected in the vertical direction, thereby enabling heat transfer in the horizontal direction. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multilayer structure capable of minimizing loss, and a display and a device including the same.
  • a technique proposed in one embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a flexible printed circuit board (FPCB), comprising the steps of coating metal nanoparticles on a first flexible substrate of a thin film;
  • Patterning is performed by applying a laser to the metal nanoparticles to sinter the metal nanoparticles.
  • the flexible substrate may be a polyimide substrate.
  • the metal nanoparticles may be any one of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al).
  • the laser forming the via hole is a UV laser.
  • the step of modifying the pattern formed on the flexible substrate may be further included.
  • modifying the pattern may include selectively erasing the pattern using a UV laser.
  • the step of modifying the pattern comprises coating metal nanoparticles on the flexible substrate; patterning by applying a laser to the metal nanoparticles to sinter the metal nanoparticles; and cleaning the unsintered metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticles may be coated on the flexible substrate by spin coating.
  • a technology proposed in another embodiment of the present invention relates to a multilayer thin film FPCB, including a plurality of laminated flexible substrates having a thickness of several tens of ⁇ m or less on which different patterns are formed of sintered metal nanoparticles, and the laminated plurality It includes a via hole commonly penetrating the two flexible substrates, and both the pattern and the via hole are formed by irradiating a laser.
  • the metal nanoparticles include any one selected from the group consisting of gold, silver, copper, and aluminum, the pattern can be modified using a laser, and the via hole It may have a diameter of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the metal nanoparticle sintered body may include a polymer additive component for dispersing the metal nanoparticles.
  • the surface of the pattern may have a non-uniform morphology of a bumpy surface having a size of several nm to several tens of nm.
  • a mound may be formed in the center of the via hole, and an uneven surface may be formed on a sidewall of the via hole.
  • a display manufacturing method including an ultra-thin film heater of a multi-layer structure includes the steps of applying an insulating organic material solution on a substrate, coating and elapsed to form an ultra-thin film substrate; irradiating laser light to perform metal nanoparticle coating; performing first patterning of the metal nanowires using laser light; forming a first electrically insulating layer by coating and curing an insulating organic material solution after the first patterning; Forming at least one via hole (Vertical Interconnect Access, VIA) as a passage on the substrate; performing coating of metal nanoparticles and second patterning of metal nanowires using laser light; After the second patterning, coating and curing an insulating organic material solution to form a second electrical insulating layer; may include.
  • VIA Very Interconnect Access
  • the metal nanoparticle coating may include a stencil and spray coating mixing method and inkjet printing.
  • the metal nanoparticles and metal nanowires may preferably include noble metals such as silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), and the like.
  • the insulating organic material may be applied by spraying or spin coating.
  • thermochromic resin on the heating heater area
  • the via hole (Vertical Interconnect Access, VIA) may be formed in a vertical direction with respect to the ground.
  • a substrate prepared by coating and curing an insulating organic material on at least one surface; and a plurality of pattern layers in which metal nanowires are patterned on at least one surface of the substrate and vertical through holes are formed in at least a portion thereof, wherein the pattern layers are electrically connected to each other through the through holes.
  • a display including an ultra-thin film heater having a multilayer structure including a structure is provided.
  • the ultra-thin film heater may be formed to a thickness of 0.1 to 100 micrometers.
  • a non-uniform morphology of a surface having a size of several nm to several tens of nm may be confirmed on the surface of the pattern layer.
  • a mound is formed in the center of the vertical through hole, and a sidewall of the vertical through hole may have an uneven surface.
  • the present invention provides a device including a display including an ultra-thin film heater having a multilayer structure as described above, for example, a wearable device, a flexible electronic device, a semiconductor device, a transparent electrode, or a visual image representation such as a bio device. It can be applied to applicable devices.
  • the manufacturing cost can be lowered and the FPCB can be manufactured at high speed by using a visible light/ultraviolet laser in a room temperature, normal pressure, and no masking environment.
  • a method for manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multi-layer structure according to the present invention, and a display and a device including the same include an ultra-thin film heater having a thickness of several micrometers including a plurality of pattern layers having a structure electrically connected in a vertical direction.
  • the movement path of heat transfer can be adjusted to the shortest distance, thereby providing an effect of minimizing heat loss in the horizontal direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a sequence of a method of manufacturing a multi-layer thin film FPCB according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a view showing the sequence of a method for modifying a pattern on a flexible substrate on which the pattern is formed according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a part of the manufacturing method according to Figure 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of modifying a pattern according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing each layer of a multilayer thin film FPCB manufactured according to the present invention in isolation.
  • FIG. 6 is an actual photograph of a multilayer thin film FPCB fabricated according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of a display including an ultra-thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a heat spreading phenomenon of a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating image expression by a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention.
  • FIG. 10 is an example of image implementation through a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention.
  • FIG. 11 are photographs showing an application example of a heater including a substrate according to the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing an exemplary laminated structure of a heater including a substrate according to the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram and a photomicrograph showing the structure of a heater including a substrate according to the present invention.
  • FIG. 14 and 15 are images comparing and confirming the light spreading effect when a heater including a substrate according to a comparative example (FIG. 14) and an embodiment of the present invention (FIG. 15) is used.
  • 16 to 18 show that when a substrate or a heater including a substrate according to an embodiment of the present invention is manufactured, non-uniform morphology is confirmed on the surface of nanoparticles sintered by a laser and a mound is formed at the center of a via hole. This is a picture to confirm that it is.
  • Embodiments of the present disclosure are illustrated for the purpose of explaining the technical idea of the present disclosure.
  • the scope of rights according to the present disclosure is not limited to the specific description of the embodiments or these embodiments presented below.
  • the present invention relates to a multi-layered thin film FPCB and a substrate multilayer heater manufactured using a laser processing method, and embodiments of the present invention will be described in detail, focusing on two types of applications.
  • FIG. 1 is a diagram showing a sequence of a method for manufacturing a multilayer thin film FPCB according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sequence of a method for modifying a pattern on a flexible substrate on which a pattern is formed according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a view showing a part of the manufacturing method according to FIG. 1
  • FIG. 4 is a view showing a process of modifying a pattern according to an embodiment of the present invention.
  • a multi-layered thin film FPCB manufacturing method includes the steps of coating metal nanoparticles 20-1 on a thin film first flexible substrate 10-1 (S110), the metal nanoparticles 20-1 2) applying a laser to sinter the metal nanoparticles 20-1 to perform patterning (S120), cleaning the unsintered metal nanoparticles 20-1 (S130), and forming a pattern Laminating a second flexible substrate 10-2 of a thin film on the first flexible substrate 10-1 (S140), using a laser to form a via hole (through hole) in the second flexible substrate 10-2 Forming (15) (S150), coating the second flexible substrate 10-2 with metal nanoparticles 20-2 (S160), applying a laser to the metal nanoparticles 20-2. It may include a step of sintering and patterning the metal nanoparticles 20-2 (S170) and a step of cleaning the unsintered metal nanoparticles 20-2 (S180).
  • the metal nanoparticles 20-1 may be coated on the first flexible substrate 10-1 of the thin film (S110).
  • the material of the flexible substrate 10 may be polyimide, but is not limited thereto.
  • the multi-layered thin film FPCB fabrication process according to the present invention is performed at room temperature and pressure, there is no need to consider deformation due to temperature and pressure, so a flexible substrate 10 made of inexpensive plastic can be used.
  • a flexible substrate made of polyimide can be created by spin-coating polyimide dissolved in a solvent to obtain a thin film according to the required thickness and curing it at a high temperature of about 300 degrees for a predetermined time.
  • a flexible substrate 10 having a thickness of several micrometers or less may be used.
  • the metal nanoparticles 20-1 are uniformly coated on the first flexible substrate 10-1 to form a layer of the metal nanoparticles 20-1.
  • -1) Form a layer.
  • a layer in which silver nanoparticles are uniformly coated can be formed by a spin coating method in which a solution of silver nanoparticles in ethanol is dropped on the flexible substrate 20 and the stage on which the flexible substrate 20 is seated is rotated.
  • silver (Ag) is used as a material for the metal nanoparticles 20, but is limited thereto
  • any one of gold (Au), copper (Cu), and aluminum (Al) conductive material may be used.
  • patterning may be performed by applying a laser to the metal nanoparticles 20-1 to sinter the metal nanoparticles 20-1 (S120).
  • a pattern is formed by applying laser light according to a designed pattern shape using a visible laser.
  • a UV laser may be used as well as a visible light laser.
  • the metal nanoparticles 20 are sintered so that the metal nanoparticles 20 may be connected, and a pattern may be formed on the flexible substrate 10 according to a spot to which the laser is applied.
  • a pattern may be formed by scanning the entire surface of the flexible substrate 10 using a Galvano scanning laser system, and a highway pattern of approximately 20 mm 2 /s may be formed.
  • the unsintered metal nanoparticles 20-1 may be cleaned using a predetermined cleaning solution such as water or ethanol (S130). Therefore, by removing all of the metal nanoparticles 20-1 other than the patterns bound on the sintered flexible substrate 10-1, the first flexible substrate 10-1 having a pattern can be manufactured.
  • a predetermined cleaning solution such as water or ethanol (S130). Therefore, by removing all of the metal nanoparticles 20-1 other than the patterns bound on the sintered flexible substrate 10-1, the first flexible substrate 10-1 having a pattern can be manufactured.
  • the second flexible substrate 10-2 is laminated on the first flexible substrate 10-1 on which the pattern is formed so that a multi-layer FPCB can be manufactured (S140).
  • the second flexible substrate 10-2 is also spin-coated with polyimide dissolved in a solvent on the first flexible substrate 10-1 as described above to obtain a thin film according to the required thickness and hardened at a high temperature. , can be laminated on the first flexible substrate 10-2.
  • the second flexible substrate 10-2 may also be a thin flexible substrate.
  • a via hole 15 may be formed in the second flexible substrate 10-2 by using a laser (S150).
  • the via hole 15 is a hole for conducting between patterns formed on different layers.
  • a method for manufacturing a two-layer FPCB is described, but a multi-layer FPCB having three or more layers including a third flexible substrate may be manufactured using the technical idea of the present embodiment.
  • the via hole may electrically connect the pattern of the third flexible substrate and the pattern of the second flexible substrate or between the pattern of the third flexible substrate and the pattern of the first flexible substrate by drilling the third flexible substrate and the second flexible substrate together. there is.
  • the via hole 15 It is preferable to form the via hole 15 with a UV laser.
  • the absorption rate of light in the visible light range is significantly lowered and most of the irradiated light is transmitted.
  • more than 80% of the light is transmitted. Therefore, it may be considered to irradiate laser light in the visible light range in order to absorb energy for forming a via hole on the flexible substrate, but this is not preferable in terms of precision and energy efficiency of the via hole.
  • the present invention most of the energy in the ultraviolet range can be absorbed by the substrate by using the UV laser in the ultraviolet range, and through precise control of the UV laser energy, via holes are precisely processed on the flexible substrate having a thickness of several micrometers or less. I can.
  • the flexible substrate 10 can be selectively pierced well, and the piercing depth can be controlled very precisely by adjusting the power, so that the first flexible substrate 10-1 and the first flexible substrate 10
  • the via hole 15 may be formed only in the second flexible substrate 10-2 without affecting the pattern formed in -1).
  • the second flexible substrate 10-2 is coated with metal nanoparticles 20-2 (S160), and the coated metal nanoparticles ( 20-2) to sinter the metal nanoparticles 20-2 for patterning (S170), and clean the unsintered metal nanoparticles 20-2 (S180) to form the second lead Patterning may be performed on the substrate 10-2.
  • each step of patterning on the second flexible substrate 10-2 is the same as each step of patterning on the first flexible substrate 10-1 described above, a detailed description thereof will be omitted. .
  • a pattern is formed by sintering the metal nanoparticles 20 using a laser, and via holes 15 are formed in the flexible substrate 10 of a thin film using a UV laser.
  • a multi-layer thin film FPCB can be fabricated quickly and at low cost by the no-masking method.
  • the pattern shape may be modified after patterning the flexible substrate 10 (S200).
  • the existing method once the pattern is formed, it cannot be corrected, so there is a problem in that the pattern must be re-manufactured on a new substrate.
  • a pattern correction process may be performed after forming a pattern for each layer. That is, each pattern may be modified after forming a pattern on the first flexible substrate 10-1 (S130) or after forming a pattern on the second flexible substrate 10-2 (S180) (S200) .
  • the process of modifying the pattern may include selectively erasing the pattern using a laser (S210). At this time, even when erasing the pattern, it is preferable to remove it using a UV laser. In the case of using a UV laser, only the pattern can be easily removed without damaging the flexible substrate 10 by selectively applying the laser to only the pattern.
  • Figure 4 (a) shows a state in which the previous pattern is removed by applying a UV laser to a predetermined area.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a multi-layered thin film FPCB in isolation manufactured according to the present invention
  • FIG. 6 is an actual photograph of the multi-layered thin film FPCB manufactured according to the present invention.
  • a technology proposed in another embodiment of the present invention relates to a multilayer thin film FPCB, including a plurality of laminated flexible substrates having a thickness of several tens of ⁇ m or less on which different patterns are formed of sintered metal nanoparticles, and the laminated plurality It includes a via hole commonly penetrating the two flexible substrates, and both the pattern and the via hole are formed by irradiating a laser.
  • the metal nanoparticles include any one selected from the group consisting of gold, silver, copper, and aluminum, the pattern can be modified using a laser, and the via hole It may have a diameter of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the metal nanoparticle sintered body may include a polymer additive component for dispersing the metal nanoparticles.
  • the surface of the pattern may have a non-uniform morphology of a bumpy surface having a size of several nm to several tens of nm.
  • a mound may be formed in the center of the via hole, and an uneven surface may be formed on a sidewall of the via hole.
  • a predetermined rear electrode may be disposed on the lower surface of the first flexible substrate 10-1, and the metal nanoparticles 20-1 are sintered on the upper surface using the laser in the above-described method.
  • a predetermined pattern can be formed.
  • a second flexible substrate 10-2 may be laminated on the first flexible substrate 10-1 on which the pattern is formed, and a predetermined pattern may be formed on the second flexible substrate 10-2 in the same manner. can form Before forming a pattern on the second flexible substrate 10-2, a via hole 15 is drilled using a UV laser, and the pattern of the second flexible substrate 10-2 and the first flexible substrate ( 10-1) patterns can be electrically connected.
  • FIG. 6 shows a state in which a commercial chip is coupled to the FPCB fabricated as described above.
  • Commercial chips can bond between chips and FPCBs through lead patterning through stencil masking.
  • the FPCB fabricated according to the present invention can be flexibly bent according to the shape of the bottom surface, and a thin film FPCB that can be folded by water pressure falling from above can be manufactured in multiple layers.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multi-layer structure, and a display and a device including the same, by coating an ultra-thin film heater in which a multi-layer pattern layer is stacked with a thermochromic resin that reacts to heat or infrared rays, etc.
  • a structure capable of expressing images in a desired wavelength range such as infrared, visible, and ultraviolet regions.
  • FIG. 7 illustrates a process of manufacturing a display including an ultra-thin film substrate according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a display including an ultra-thin film heater having a multi-layer structure includes steps (a) of applying an insulating organic material solution on a substrate, coating, and passing to form an ultra-thin film substrate; Step (b) of performing silver nanoparticle (AgNP) coating by irradiating light; step (c) of performing first patterning of silver nanowire (AgNW) using laser light; Forming a first electrical insulation layer by coating and curing an insulating organic material solution after patterning (d), Forming at least one vertical interconnect access (VIA) as a passage on the substrate using an ultraviolet pulse laser (e), coating silver nanoparticles (AgNP) using laser light and performing second patterning of the silver nanowires (AgNW) (f) and, after the patterning, an insulating organic material solution A step (g) of coating and curing to form a second electrical insulation layer may be included.
  • the pattern layer by the patterning may be formed of at least two layers or more depending on conditions. That is, the pattern layer may form a desired number of pattern layers in a shape in which a plurality of pattern layers are stacked by repeatedly performing steps (d) to (g).
  • step (a) of first applying an insulating organic material solution, for example, a clear polyimide (CPI) solution on a substrate, then coating and elapsed to form an ultra-thin film substrate may proceed.
  • the substrate is a material having a predetermined flexibility, preferably, for example, may include glass, plastic, silicon or synthetic resin and metal. In some cases, it may include, but is not limited to, a substrate made of an organic thin film or a transparent polymer material.
  • the substrate may be made of polyimide, polyethyleneterephthalate, polycarbonate, and polymethyl. It may include at least one or more of methacrylate (Poly(methyl methacrylate), PMMA).
  • thermochromic liquid crystal may be used as the thermochromic organic material, and, for example, a display coated with various materials whose optical characteristics change with temperature may be included.
  • the insulating organic material solution is not particularly limited as long as it can be a paint that can be converted into heat that reacts to heat or infrared rays, and may include a known photosensitive material that can be efficiently converted by the heat or light energy.
  • the insulating organic material may be applied on the substrate by a spin coating method or a spray method, but is not limited thereto.
  • performing silver nanoparticle (AgNP) coating on the substrate by irradiating a laser (b) and performing first patterning of silver nanowires (AgNW) using a laser ( c) may be performed.
  • the silver nanoparticles may be replaced with other metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticles may be coated in a state in which a solution for coating is prepared, and the metal nanoparticles may be mixed with a polymer additive - for example, a polyvinylpyrrolidone (PVP) component - for homogeneous dispersion.
  • a polymer additive for example, a polyvinylpyrrolidone (PVP) component - for homogeneous dispersion.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • first patterning is performed with silver nanowires (AgNW) to form an electrode.
  • the first patterning may be a low-conductivity region where heat is generated when a voltage is applied.
  • a process (d) of forming an electrode including a first electrically insulating layer by coating and curing the insulating organic material solution after the first patterning is performed.
  • a process (e) of forming a via hole (Vertical Interconnect access, VIA) that can be provided as a passage on the substrate using an ultraviolet pulse laser is performed .
  • a step (f) of performing silver nanoparticle (AgNP) coating and silver nanowire (AgNW) second patterning using laser light is performed.
  • a process of forming a via hole (Vertical Interconnect access, VIA) that can be provided as a passage on the substrate using an ultraviolet pulse laser may be performed on the additional pattern layer by the second patterning.
  • a method for forming such a via hole may be, but is not limited to, the ultraviolet pulse laser, and for example, a pulse laser in a different wavelength band, a micro drill, reactive ion etching (RIE), and the like may be included.
  • a pattern layer is formed by the first patterning and an additional pattern layer is formed by additionally performing a second patterning in the same manner.
  • the pattern layer by the first patterning and the additional pattern layer by the second patterning are electrically connected to electrodes through the via hole (Vertical Interconnect access, VIA) by the silver nanoparticle (AgNP) coating.
  • a step (g) of forming a second electrical insulation layer by coating and curing an insulating organic material solution after the second patterning may be performed. If a plurality of additional pattern layers (n) are to be formed, the electrodes may be formed by repeating steps (d) to (f).
  • silver nanowire (AgNW) is patterned to form a signal input terminal, and a thermochromic resin is coated on the heating heater area to include an ultra-thin film heater having a multi-layer structure. display can be made.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a heat spreading phenomenon of a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing image expression by a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention. Examples of image implementation through a heater including an ultra-thin film substrate according to the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph showing an application example of a heater including a substrate according to the present invention
  • FIG. 12 is a diagram showing a laminated structure of a heater including a substrate according to the present invention by way of example
  • FIG. It is a schematic diagram and a photomicrograph showing the structure of a heater including a substrate according to the invention.
  • FIG. 14 and 15 are images comparing and confirming the light spreading effect when using the comparative example (FIG. 14) and the heater including the substrate according to the embodiment of the present invention (FIG. 15).
  • the multi-layered ultra-thin film heater according to the present invention manufactured by the above-described method is composed of a plurality of vertically stacked layers, and the optical properties are discolored in response to heat or infrared rays.
  • the heat or infrared rays are instantly transmitted in a relatively very short distance in a vertical direction within the heater, so that a phenomenon in which a thermal image is distorted can be dramatically reduced. That is, in the multi-layer structure of the ultra-thin film heater according to the present invention, compared to conventional structures such as film heaters, heat diffusion is transmitted in a vertical direction rather than a horizontal direction, so that heat spread can be prevented.
  • the ultra-thin film heater having a multi-layer structure as described above is configured such that a plurality of pattern layers are vertically electrically connected through the via hole (Vertical Interconnect Access, VIA), so that various and complex patterns can be implemented. That is, in the multi-layer structure ultra-thin film heater according to the present invention, compared to the conventional single-layer structure heater, heat spread due to heat transfer in the vertical direction described above can be prevented. Furthermore, in the multi-layered ultra-thin film heater according to the present invention, since the number of control variables is proportional to the area, only as many control variables as the number of patterns are possible in image expression through a grid of pixels. Therefore, the multi-layered ultra-thin film heater according to the present invention can be controlled using only low-cost electronic circuits and can express images with a high resolution according to the shape of the heater, compared to the conventional one. there is.
  • VIA Very Interconnect Access
  • the ultra-thin film heater manufactured by the manufacturing method according to the present invention may be formed to a thickness of 0.1 to 100 micrometers. That is, when the thickness of the ultra-thin film heater is configured within the above range, heat transfer in the heater can be rapidly transferred in the vertical direction, so the above range is most preferable.
  • a display including an ultra-thin film heater having a multi-layer structure provided by another embodiment of the present invention includes a substrate manufactured by coating and curing an insulating organic material on at least one surface; and a plurality of pattern layers in which metal nanowires are patterned on at least one surface of the substrate and vertical through holes are formed in at least a portion thereof, wherein the pattern layers are electrically connected to each other through the through holes.
  • the display may be manufactured by a manufacturing method proposed in an embodiment of the present invention.
  • 16 to 18 show that when a substrate or a heater including a substrate according to an embodiment of the present invention is manufactured, non-uniform morphology is confirmed on the surface of nanoparticles sintered by a laser and a mound is formed at the center of a via hole. This is a photo to confirm that it is.
  • FIG. 16 shows a via through one layer
  • FIG. 17 shows a via through two layers
  • FIG. 18 shows a photomicrograph of a via through three layers.
  • the non-uniform morphology may be a structure in which uneven projections of several nm to several tens of nm are formed in the morphology.
  • the heterogeneous morphology may be formed to various degrees depending on the amount of polymer additives - for example, polyvinylpyrrolidone (PVP) - mixed to disperse the metal nanoparticles.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • pores such as bubbles may be formed on the morphology, which may be generated while the polymer additive component vaporizes when irradiated with a laser.
  • a hill may be formed at the center of the vertical through hole, and a sidewall of the vertical through hole may have an uneven surface. This is a phenomenon that occurs when a laser is repeatedly moved along the circumference of a via in one embodiment of the present invention and processed, and the via may have a diameter of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the ultra-thin film heater according to the present invention manufactured as described above may be applied to a wearable device, a flexible electronic device, or a bio device.
  • the heater including the plurality of stacked structures may be used in fields requiring visual expression such as next-generation displays, camouflage military uniforms, clothing, automobiles, buildings, robot exteriors, and artificial skin.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 다층의 박막 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 제작방법은 박막의 제1 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계, 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 금속 나노입자를 소결시켜 패턴닝을 하는 단계, 소결되지 않은 금속 나노입자를 세정시키는 단계, 패턴이 형성된 제1 유연 기판 위에 박막의 제2 유연 기판을 적층시키는 단계, 제2 유연 기판에 레이저를 이용하여 비아홀을 형성하는 단계, 제2 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계, 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계 및 소결되지 않은 금속 나노입자를 세정시키는 단계를 포함한다.

Description

다층의 박막 FPCB 및 히터 제작방법
본 발명은 다층의 박막 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막의 유연 기판에 패턴을 형성하고 박막의 유연 기판에 비아홀(via hole)을 형성하여 각 층의 패턴 사이를 연결하는 다층의 박막 FPCB 제작방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스에 관한 것이다.
최근, 전자제품의 집적화, 소형화, 박막화, 고밀도화, 고굴곡화 추세에 따라, 보다 협소한 공간에서도 내장이 용이한 인쇄회로기판(Printed Circuit Board,PCB)의 필요성이 증대되었으며, 이러한 시장의 요구에 따라, 소형화와 고밀도화가 가능하고, 반복적인 굴곡성을 갖는 연성인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board, FPCB)이 개발되었다. 이러한 FPCB은 웨어러블 기기, 스마트폰, 롤러블 전자기기, 로봇 등의 기술 발전으로 인해 사용이 급격하게 증가하면서 그 수요는 더욱 늘어가고 있는 실정이다.
종래에는 FPCB을 제조하기 위해서 고내열성, 고굴곡성을 가진 절연성 기재 필름에 메탈 증착, 마스크에 의한 노광, 및 에칭 등의 방법으로 제작되었는데, 제작 공정이 복잡하여 시간이 많이 소요되고 제작 비용이 많이 든다는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 고온의 환경에서 공정이 이루어지기 때문에 Polyimide 기판 등으로 기판 소재가 한정되고 수 마이크로 두께의 박막으로 FPCB를 제작할 수 없다는 단점이 있었다.
한편, 최근의 정보화 사회에서 표시소자는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 어느 때보다 강조되고 있다. 현재 주류를 이루고 있는 음극선관(Cathode Ray Tube) 또는 브라운관은 무게와 부피가 큰 문제점이 있다.
이러한, 평판표시소자는 다수의 박막 패턴들을 포함하고, 각각의 박막 패턴들은 포토리쏘그래피 공정 및 식각공정에 의해 형성된다.
일반적으로, 평판표시소자용 기판상에 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 금속층을 형성시킨다. 이어서, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상공정을 포함하는 포토리쏘그래피 공정이 실시됨으로써 포토레지스트 패턴이 형성된다. 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 건식(dry) 또는 습식wet) 식각 공정이 실시됨으로써 포토레지스트 패턴과 비중첩되는 금속층이 제거된다. 이후, 스트립 공정에 의해 포토레지스트 패턴(5)이 제거됨으로써 제1 박막 패턴이 형성된다.
일반적으로 패턴이 형성된 필름형의 히터의 경우에 절연층 및 금속층의 두께가 수십 마이크로미터 이상으로 제조되므로 단위 면적당 열용량이 높아 에너지량 대비 온도 변화가 적으므로 신속한 온도 제어에 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상온, 상압, 노마스킹의 환경에서 가시광/자외선 레이저를 이용하여 패턴 및 비아홀을 형성하는 방법으로 제작 단가를 낮추고 초고속으로 다층의 박막 FPCB를 제작할 수 있는 다층의 박막 FPCB 제작방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열 또는 적외선에 반응하는 열변색성 수지가 코팅된 적층된 다층 구조의 초박막 히터를 중첩된 패턴을 이용한 이미지로 표현이 가능하도록 함으로써, 낮은 열용량으로도 온도 변화를 감소시켜 고해상도의 이미지 구현이 가능할 수 있는 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 수직방향으로 전기적으로 연결되는 구조의 복수의 패턴층을 포함하는 수 마이크로미터 두께의 초박막 히터에 의하여 열 전달의 이동 경로가 최단거리로 조절이 가능함으로써, 수평 방향으로의 열손실이 최소화될 수 있는 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에서 제안하는 기술은, FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 제작 방법에 관한 것으로, 박막의 제 1 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계;
상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을
하는 단계; 소결되지 않은 상기 금속 나노입자를 세정시키는 단계; 패턴이 형성된 상기 제 1 유연 기판 위에 박막의 제 2 유연 기판을 적층시키는 단계; 상기 제 2
유연 기판에 레이저를 이용하여 비아홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 유연 기판에
금속 나노입자를 코팅시키는 단계; 상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기
금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계; 및 소결되지 않은 상기 금속 나노
입자를 세정시키는 단계를 포함하는 다층의 박막 FPCB 제작방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 유연 기판은 폴리이미드(polyimide) 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 금속 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 비아홀을 형성하는 레이저는 UV 레이저인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 유연 기판에 형성된 패턴을 수정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 패턴을 수정하는 단계는 UV 레이저를 이용하여 패턴을 선택적으로 지우는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 패턴을 수정하는 단계는 상기 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계; 상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계; 및 소결되지 않은 상기 금속 나노입자를 세정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유연 기판에 상기 금속 나노입자를 스핀 코팅으로 코팅할 수 다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 제안하는 기술은 다층의 박막 FPCB에 관한 것으로, 금속 나노입자 소결체로 서로 다른 패턴이 형성된, 수십 ㎛ 이하 두께의 복수 개의 적층된 유연 기판을 포함하고, 상기 적층된 복수 개의 유연 기판을 공통적으로 관통하는 비아홀을 포함하는 것이며, 상기 패턴과 상기 비아홀은 모두 레이저를 조사하여 형성된 것이다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 금속 나노입자는, 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이고, 상기 패턴은, 레이저를 이용하여 수정이 가능한 것이며, 상기 비아홀은 직경이 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 금속 나노입자 소결체는 금속 나노입자를 분산시키기 위한 고분자 첨가제 성분을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 패턴의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 오돌토돌한 표면의 불균일 모폴로지가 확인되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 비아홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고, 상기 비아홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에서 제안하는 본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법은, 기판 상에 절연성 유기물질 용액을 도포하고 코팅 및 경과하여 초박막 기판을 형성시키는 단계; 레이저 광을 조사하여 금속 나노입자 코팅을 수행하는 단계; 레이저 광을 이용하여 금속 나노와이어 제1 패터닝을 수행하는 단계; 상기 제1 패터닝 후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제 1 전기적 절연층 형성시키는 단계; 상기 기판 상에 통로인 적어도 하나 이상의 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 형성시키는 단계; 레이저 광을 이용하여 금속 나노입자 코팅 및 금속 나노와이어 제2 패터닝을 수행하는 단계; 상기 제2 패터닝 이후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제2 전기적 절연층 형성시키는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 금속 나노입자 코팅은 스텐실과 스프레이 코팅 혼합 방식 및 잉크젯 프린팅을 포함할 수 있다.
또, 상기 금속 나노입자 및 금속 나노와이어는 바람직하게는 귀금속, 예를 들어, 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 절연성 유기물질은 스프레이 방식 또는 스핀 코팅 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 제2 전기적 절연층 형성 후에 금속 나노와이어를 추가 패터닝 하여 신호 입력단자를 형성시키고, 열변색성 수지를 발열 히터 영역 상에 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)는, 지면에 대해서, 수직 방향으로 형성될 수 있다.
또, 본 발명은, 적어도 일면에 절연성 유기물질이 도포 및 경화되어 제조되는 기판; 및 상기 기판의 적어도 일면에 금속 나노와이어가 패터닝되고 적어도 일부에 수직 관통홀(vertical through hole)이 형성되는 복수의 패턴층;을 포함하고, 상기 패턴층은 상기 관통홀을 통하여 상호 전기적으로 연결되는 구조를 포함하는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이를 제공한다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 초박막 히터는 0.1 ~ 100 마이크로미터 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 패턴층의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 표면의 불균일 모폴로지가 확인되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 수직 관통홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고, 상기 수직 관통홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이를 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 예를 들어, 웨어러블 소자, 유연전자 소자, 반도체 소자, 투명 전극 또는 바이오 소자 등 시각적 이미지 표현이 적용 가능한 디바이스에 적용될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다층의 박막 FPCB 제작방법에 따르면 상온, 상압, 노마스킹의 환경에서 가시광/자외선 레이저를 이용한 공법으로 제작 단가를 낮추고 초고속으로 FPCB를 제작할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 기존과 비교하여 수마이크로 두께의 다층의 박막 FPCB를 제작할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 상온, 상압의 공정으로 제작하므로 유연 기판의 소재에 제한이 없어서 플라스틱과 같은 저렴한 소재의 기판을 사용하여 제작할 수 있다는 장점도 있다.
본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스는, 열 또는 적외선에 반응하는 열 변색성 수지가 코팅된 적층된 다층 구조의 초박막 히터를 중첩된 패턴을 이용한 이미지로 표현이 가능하도록 함으로써, 낮은 열용량으로도 온도 변화를 감소시켜 고 해상도의 이미지 구현이 가능하도록 할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스는, 수직방향으로 전기적으로 연결되는 구조의 복수의 패턴층을 포함하는 수 마이크로미터 두께의 초박막 히터에 의하여 열 전달의 이동 경로가 최단거리로 조절이 가능함으로써, 수평 방향으로의 열손실이 최소화될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층의 박막 FPCB 제작방법의 순서를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴이 형성된 유연 기판에 패턴을 수정하는 방법의 순서를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 제작방법 중 일부를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 수정하는 공정하는 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 다층의 박막 FPCB의 각층을 분리하여 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따라 제작된 다층의 박막 FPCB의 실제 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 초박막 기판을 포함하는 디스플레이 제조과정을 나타내는 도면들이다.
도 8은, 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터의 열 번짐 현상을 나타내는 개념도이다.
도 9는, 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터에 의한 이미지 표현을 나타내는 개념도이다.
도 10은, 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터를 통한 이미지 구현예 들이다.
도 11은, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 적용예를 나타낸 사진들이다.
도 12는, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 적층 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13은, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 구조를 나타내는 모식도와 현미경 사진이다.
도 14 및 도 15는, 비교예(도 14)와 본 발명의 실시예(도 15)에 따른 기판을 포함하는 히터를 이용한 경우의 빛 번짐 효과를 비교 확인한 이미지이다.
도 16 내지 도 18은, 본 발명의 실시예에 따른 기판을 포함하는 기판 또는 히터를 제조한 경우에, 레이저에 의해 소결된 나노파티클의 표면에서 불균일한 모폴로지가 확인되고 비아홀의 중심에서 둔덕이 형성되는 것을 확인할 수 있는 사진이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 다층의 박막 FPCB 제작방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은 레이저 가공 방식을 이용하여 제조한 다층의 박막 FPCB 및 기판 적층형 히터에 대한 것으로서, 두 가지 종류의 어플리케이션을 중심으로 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
1. 다층의 박막 FPCB 제조 기술
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층의 박막 FPCB 제작방법의 순서를 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴이 형성된 유연 기판에 패턴을 수정하는 방법의 순서를 도시하는 도면이고, 도 3은 도 1에 따른 제작방법 중 일부를 도시하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 수정하는 공정하는 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층의 박막 FPCB 제작방법은 박막의 제 1 유연 기판(10-1)에 금속 나노입자(20-1)를 코팅시키는 단계(S110), 상기 금속 나노입자(20-2)에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자(20-1)를 소결시켜 패터닝을 하는 단계(S120), 소결되지 않은 상기 금속 나노입자(20-1)를 세정시키는 단계(S130), 패턴이 형성된 상기 제 1 유연 기판(10-1) 위에 박막의 제 2 유연 기판(10-2)을 적층시키는 단계(S140), 상기 제 2 유연 기판(10-2)에 레이저를 이용하여 비아홀(관통홀)(15)을 형성하는 단계(S150), 상기 제 2 유연 기판(10-2)에 금속 나노입자(20-2)를 코팅시키는 단계(S160), 상기 금속 나노입자(20-2)에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자(20-2)를 소결시켜 패터닝을 하는 단계(S170) 및 소결되지 않은 상기 금속 나노입자(20-2)를 세정시키는 단계(S180)를 포함할 수 있다.
먼저, 박막의 제 1 유연 기판(10-1)에 금속 나노입자(20-1)를 코팅시킬 수 다(S110).
유연 기판(10)의 재질은 폴리이미드(polyimide)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 특히, 본 발명에 따른 다층의 박막 FPCB 제작 공정은 상온 및 상압에서 공정이 이루어지기 때문에 온도와 압력에 따른 변형을 고려할 필요가 없어서 저렴한 플라스틱 재질의 유연 기판(10)을 사용할 수도 있다.
본 실시예에서는 용매에 녹인 폴리이미드를 스핀 코팅을 하여 필요한 두께에 따른 박막을 얻고 이를 약 300도의 고온으로 소정 시간 경화시키는 방법으로 폴리 미드 재질의 유연 기판을 생성시킬 수 있다.
이때, 본 발명에서는 수 마이크로미터 이하의 두께를 가지는 유연 기판(10)을 사용할 수 있다.
제 1 유연 기판(10-1) 위에 금속 나노입자(20-1)를 균일하게 도포하여 금속 나노입자(20-1) 층을 형성하는데, 본 실시예에서는 스핀 코팅의 방법으로 금속 나노입자(20-1) 층을 형성한다. 예를 들어, 에탄올에 은 나노입자를 섞은 용액을 유연 기판(20) 상에 떨어뜨리고 유연 기판(20)이 안착된 스테이지를 회전시키는 스핀코팅 방법으로 은 나노입자가 균일하게 도포된 층을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 금속 나노입자(20)의 재질로 은(Ag)을 사용하나, 이에 한정
되지 않고 은 이외에 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나의 도전 물질을 사용할 수 있다.
다음, 금속 나노입자(20-1)에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자(20-1)를 소결시켜 패터닝을 할 수 있다(S120).
본 실시예에서는 가시광 레이저(visible laser)를 이용하여 설계된 패턴 형상에 따라 레이저 광을 인가하여 패턴을 형성한다. 이때, 가시광 레이저뿐만 아니라 UV 레이저를 이용할 수도 있다. 레이저가 인가되면 금속 나노입자(20)가 소결되어 금속 나노입자(20) 사이가 연결될 수 있으며 유연 기판(10) 상에 레이저가 인가되는 스팟에 따라 패턴이 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 Galvano 스캐닝 방식의 레이저 시스템을 이용하여 유연 기판(10) 전면을 스캐닝하여 패턴을 형성할 수 있는데, 대략 20mm2/s의 고속도로 패턴을 형성할 수 있다.
다음, 소결되지 않은 금속 나노입자(20-1)에 물 또는 에탄올과 같은 소정의 세정 용액을 이용하여 깨끗이 세정시킬 수 있다(S130). 따라서, 소결되어 유연 기판(10-1) 상에 바인딩된 패턴 이외의 금속 나노입자(20-1)를 모두 제거시켜, 패턴이 형성된 제 1 유연 기판(10-1)을 제작할 수 있다.
다음, 패턴이 형성된 제 1 유연 기판(10-1) 상에 제 2 유연 기판(10-2)을 적층시켜 다층의 FPCB를 제작할 수 있도록 한다(S140). 제 2 유연 기판(10-2)도 전술한 방법과 같이 제 1 유연 기판(10-1) 상에 용매에 녹인 폴리이미드를 스핀 코팅을 하여 필요한 두께에 따른 박막을 얻고 이를 고온으로 경화시키는 방법으로, 제 1 유연 기판(10-2) 상에 적층시킬 수 있다.
상기 제 2 유연 기판(10-2)도 제 1 유연 기판(10-1)과 마찬가지로 박막의 유연 기판이 사용될 수 있다.
다음, 제 2 유연 기판(10-2)에 레이저를 이용하여 비아홀(15)을 형성할 수 있다(S150).
비아홀(15)은 서로 다른 층에 형성된 각 패턴 사이를 도통시키기 위한 홀이다. 본 실시예에서는 2층의 FPCB의 제작 방법에 관하여 설명하나, 본 실시예의 기술적 사상을 이용하여 제 3 유연 기판을 포함하는 3층 이상의 다층 FPCB를 제작할 수도 있다. 이때, 비아홀은 제 3 유연 기판과 제 2 유연 기판을 함께 뚫어 제 3 유연 기판의 패턴과 제 2 유연 기판의 패턴 또는 제 3 유연 기판의 패턴과 제 1 유연 기판의 패턴 사이를 전기적으로 연결시킬 수도 있다.
상기 비아홀(15)은 UV 레이저로 형성하는 것이 바람직하다. 유연 기판의 경우 가시광 영역대의 빛은 흡수율이 현저히 떨어지고 조사된 빛의 대부분이 투과한다. 특히, 본 발명에서와 같이 투명 폴리이미드 기판에 가시광 영역대의 빛을 조사하는 경우 80% 이상의 빛이 투과한다. 이에, 유연 기판 상에 비아홀 형성을 위한 에너지를 기판에 흡수시기키 위해 더 강한 가시광 영역대의 레이저 빛을 조사하는 것을 고려할 수 있지만, 이는 비아홀의 정밀성과 에너지 효율면에서 바람직하지 않다. 이에, 본 발명에서는 자외선 영역대의 UV 레이저를 이용하여 자외선 영역대의 에너지 대부분을 기판이 흡수시킬 수 있고, UV 레이저 에너지의 정밀한 조절을 통해 수 마이크로미터 이하의 두께를 가지는 유연 기판 상에 비어홀을 정밀 가공할 수가 있다.
UV 레이저를 사용하는 경우 선택적으로 유연 기판(10)을 잘 뚫을 수가 있고, 파워를 조절하여 뚫는 깊이를 아주 정밀하게 제어할 수 있어서, 제 1 유연 기판(10-1) 및 제 1 유연 기판(10-1)에 형성된 패턴에 영향을 미치지 않고 제 2 유연기판(10-2)에만 비아홀(15)을 형성할 수 있다.
제 2 유연 기판(10-2)에 비아홀(15)을 형성한 이후에 제 2 유연 기판(10-2)에 금속 나노입자(20-2)를 코팅시키고(S160), 코팅된 금속 나노입자(20-2)에 레이저를 인가하여 금속 나노입자(20-2)를 소결시켜 패터닝을 하고(S170), 소결되지 않은 금속 나노입자(20-2)를 세정시키는 단계(S180)를 통해 제 2 유연 기판(10-2) 상에 패터닝을 수행할 수 있다.
제 2 유연 기판(10-2) 상에 패터닝을 수행하는 각 단계는 전술한 제 1 유연 기판(10-1) 상에 패터닝을 하는 각 단계와 동일하기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제 2 유연 기판(10-2) 상에 스핀 코팅의 방법으로 금속 나노입자(20-2)를 코팅할 때, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 비아홀(15) 가장자리에도 금속 나노입자(20-2)가 유입되어 제 1 유연 기판(10-1)의 패턴과 제 2 유연 기판(10-2) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 레이저를 이용하여 금속 나노입자(20)를 소결시켜패턴을 형성하고, UV 레이저를 이용하여 박막의 유연 기판(10)에 비아홀(15)을 형성하는 방법으로 상온, 상압, 노마스킹의 방법으로 다층의 박막 FPCB를 빠르고 저렴한 공정 비용으로 제작할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 다층의 박막 FPCB 제작방법에 따르면 유연 기판(10)에 패터닝을 한 이후에 패턴 형상을 수정할 수도 있다(S200). 기존 방법에 따르면 패턴을 한 번 형성하면 이를 수정할 수 없어서 새로운 기판에 패턴을 다시 제작해야 하는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 유연 기판(10)에 형성된 패턴에 결함이 있을 경우 이를 수정할 수가 있다. 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 각 층에 대하여 패턴을 형성한 이후에 패턴 수정 공정을 수행할 수 있다. 즉, 제 1 유연 기판(10-1)에 패턴을 형성(S130)한 이후에 또는 제 2 유연 기판(10-2)에 패턴을 형성(S180)한 이후에 각각 패턴을 수정할 수 있다(S200).
패턴을 수정하는 공정은 레이저를 이용하여 패턴을 선택적으로 지우는 단계를 포함할 수 있다(S210). 이때, 패턴을 지울 때에도 UV 레이저를 이용하여 제거하는 것이 바람직하다. UV 레이저를 이용하는 경우 패턴에만 선택적으로 레이저를 인가하여 유연 기판(10)에 손상을 가하지 않고 패턴만 용이하게 제거시킬 수 있다.
도 4의 (a)에서는 소정 영역에 UV 레이저를 인가하여 이전의 패턴이 제거된 상태를 도시한다.
다음, 패턴이 제거된 유연 기판 상의 영역에 금속 나노입자(20)를 코팅시키는 단계(S220), 금속 나노입자(20)에 레이저를 인가하여 금속 나노입자(20)를 소결시켜 패터닝을 하는 단계(S230), 소결되지 않은 금속 나노입자(20)를 세정시키는 단계(S240)를 거쳐 다시 수정된 패턴을 형성할 수 있다. 각 단계는 전술한 내용과 동일하므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
도 4의 (c)와 (d)에는 각각 소정의 영역에 상기 단계를 거쳐 소정 패턴이 추가된 상태를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 제작된 다층의 박막 FPCB을 분리하여 도시하는 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따라 제작된 다층의 박막 FPCB의 실제 사진이다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 제안하는 기술은 다층의 박막 FPCB에 관한 것으로, 금속 나노입자 소결체로 서로 다른 패턴이 형성된, 수십 ㎛ 이하 두께의 복수 개의 적층된 유연 기판을 포함하고, 상기 적층된 복수 개의 유연 기판을 공통적으로 관통하는 비아홀을 포함하는 것이며, 상기 패턴과 상기 비아홀은 모두 레이저를 조사하여 형성된 것이다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 금속 나노입자는, 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이고, 상기 패턴은, 레이저를 이용하여 수정이 가능한 것이며, 상기 비아홀은 직경이 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 금속 나노입자 소결체는 금속 나노입자를 분산시키기 위한 고분자 첨가제 성분을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 패턴의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 오돌토돌한 표면의 불균일 모폴로지가 확인되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 상기 비아홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고, 상기 비아홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것일 수 있다.
상기 모폴로지 및 비아홀의 중앙에 둔덕이 형성 가능한 부분은, 동일한 방식으로 가공이 진행되는 히터에 대한 설명 부분에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 제 1 유연 기판(10-1)의 저면에 소정의 후면 전극이 배치될 수 있고, 상면에는 전술한 방법으로 레이저를 이용한 금속 나노 입자(20-1)의 소결로 소정의 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 패턴이 형성된 제1 유연 기판(10-1) 상에 제 2 유연 기판(10-2)을 적층시킬 수 있고, 제 2 유연 기판(10-2) 상에 동일한 방법으로 소정의 패턴을 형성할 수 있다. 제 2 유연 기판(10-2)에 패턴을 형성하기 전에 UV 레이저를 이용하여 비아홀(15)을 뚫어, 비아홀(15)을 통해 제 2 유연 기판(10-2)의 패턴과 제 1 유연 기판(10-1)의 패턴 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 6에서는 상기와 같이 제작되는 FPCB에는 상용칩을 결합한 상태를 도시한 다. 상용칩은 스텐실 마스킹을 통한 납 패터닝을 통해 칩과 FPCB 사이를 결합시킬 수 있다.
도 6에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명에 따라 제작된 FPCB는 바닥면의 형상에 따라 유연하게 구부러지고, 위에서 떨어지는 수압에 의해 접어질 정도의 박막의 FPCB를 다층으로 제작할 수 있음을 확인할 수 있다.
2. 다층 구조의 초박막 히터 제조 기술
한편, 본 발명은 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법 및 이를 포함하는 디스플레이, 디바이스에 관한 것으로서, 다층의 패턴층이 적층된 초박막 히터에 열 또는 적외선 등에 반응하는 열변색성 수지를 코팅하여 적외선, 가시광, 자외선 영역 등의 소망하는 파장대에서 이미지 표현이 가능한 구조를 제공한다.
도 7에는 본 발명의 일실시예에 따른 초박막 기판을 포함하는 디스플레이 제조과정을 나타내는 도면들이 도시되어 있다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법은, 기판 상에 절연성 유기물질 용액을 도포하고 코팅 및 경과하여 초박막 기판을 형성시키는 단계(a), 레이저 광을 조사하여 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP) 코팅을 수행하는 단계(b), 레이저 광을 이용하여 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW) 제1 패터닝을 수행하는 단계(c), 상기 제1 패터닝 후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제1 전기적 절연층 형성시키는 단계(d), 자외선 펄스레이저를 이용하여 상기 기판 상에 통로인 적어도 하나 이상의 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 형성시키는 단계(e), 레이저 광을 이용하여 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP)를 코팅하고 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW) 제2 패터닝을 수행하는 단계(f) 및 상기 패터닝 이후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제2 전기적 절연층 형성시키는 단계(g)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따르면, 상기 패터닝에 의한 패턴층은 조건에 따라서 적어도 2개의 층(layer) 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 패턴층은 상기 단계(d) 내지 단계(g)를 반복 수행하여 복수의 패턴층이 적층되는 형상으로 소망하는 개수의 패턴층을 형성시킬 수 있다.
구체적으로, 먼저 기판 상에 절연성 유기물질 용액, 예를 들어 투명 폴리이미드(Clear Polyimide: CPI) 용액을 도포하고 코팅 및 경과하여 초박막 기판을 형성시키는 단계(a)가 진행될 수 있다. 이 때, 본 발명에 따르면, 상기 기판은 소정의 유연성을 갖는 소재로써, 바람직하게는 예를 들어, 유리, 플라스틱, 실리콘 또는 합성수지 및 금속을 포함할 수 있다. 경우에 따라서, 유기 박막 또는 투명성 고분자 소재의 기판을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 기판은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
열변색성 유기물질로 열변색성 액정을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 온도에 따라 광학적 특성이 변하는 다양한 물질이 코팅된 디스플레이를 포함할 수 있다.
또, 상기 절연성 유기물질 용액은 열 또는 적외선에 반응하는 열로 변환할 수 있는 도료일 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기 열 또는 광 에너지에 의해 효율적으로 변환할 수 있는 공지된 감광 소재를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 기판 상에 절연성 유기물질은 스핀 코팅 방식 또는 스프레이 방식으로 도포되는 방식으로 수행될 수 있으나 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
다음으로, 상기 기판상에 레이저를 조사하여 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP) 코팅을 수행하는 단계(b) 및 레이저를 이용하여 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW) 제1 패터닝을 수행하는 단계(c)가 수행될 수 있다.
전술한 절연성 유기물질이 스핀 코팅된 상기 기판상에 레이저 등의 광 에너지를 이용하여 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP)로 코팅한 후에 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW)로 제1 패터닝을 수행하여 전극을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 은 나노입자 코팅으로 고전도성 영역으로 전압 인가시에 열발생량이 낮을 수 있다.
이 때, 상기 은 나노입자는 다른 금속 나노입자로 대체될 수 있다. 상기 금속 나노입자는 코팅을 위한 용액으로 준비된 상태에서 코팅될 수 있는데, 상기 금속 나노입자는 균질한 분산을 위하여 고분자 첨가제 - 예를 들어 PVP(Polyvinylpyrrolidone) 성분 - 와 혼합된 것일 수 있다.
따라서, 이어서 상기 기판상에 레이저 등의 광 에너지 또는 스텐실을 이용하여 은 나노(Silver nanoparticle, AgNP)로 코팅한 후에 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW)로 제1 패터닝을 수행하여 전극을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제1 패터닝은 저전도성 영역으로 전압 인가시에 열이 발생하는 영역일 수 있다.
이후, 상기 제1 패터닝 후에 상기 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제1 전기적 절연층을 포함하는 전극을 형성시키는 과정(d)이 수행된다. 여기서, 본 발명에 따른 다층의 적층된 구조의 초박막 히터는, 자외선 펄스레이저를 이용하여 상기 기판 상에 통로로 제공될 수 있는 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 형성시키는 과정(e)이 수행된다.
이어서, 레이저 광을 이용하여 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP) 코팅 및 은 나노와이어(Silver nanowire, AgNW) 제2 패터닝을 수행하는 단계(f)가 수행된다. 마찬가지로, 경우에 따라서는, 상기 제2 패터닝에 의한 추가 패턴층에도 자외선 펄스레이저를 이용하여 상기 기판 상에 통로로 제공될 수 있는 비아 홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 형성시키는 과정이 진행될 수 있다. 이러한 비아홀을 형성시키는 방법으로 상기 자외선 펄스레이저일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 예들 들어 상이한 파장대의 펄스 레이저, 미세 드릴, 반응성 이온식각(RIE, Reactive Ion etching) 등이 포함될 수 있다.
즉, 상기 제1 패터닝에 의한 패턴층을 형성시키고 동일한 방법으로 추가적으로 제2 패터닝을 수행하여 추가 패턴층을 형성시킨다. 이 때, 제1 패터닝에 의한 패턴층과 제2 패터팅에 의한 추가 패턴층은 상기 은 나노입자(Silver nanoparticle, AgNP) 코팅에 의하여 상기 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 통하여 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 패터닝 이후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제2 전기적 절연층 형성시키는 단계(g)가 수행될 수 있다. 만약 추가적인 복수의 패턴층(n)을 형성시키고자 하는 경우에는 상기 단계(d) 내지 단계(f)를 반복 수행하여 전극을 형성시킬 수 있다.
최종적으로, 상기 제2 전기적 절연층 형성 후에 은 나노 와이어(Silver nanowire, AgNW)를 패터닝하여 신호 입력단자를 형성시키고, 열변색성 수지를 발열 히터 영역 상에 코팅하여 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이를 제조할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터의 열 번짐 현상을 나타내는 개념도이고, 도 9는 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터에 의한 이미지 표현을 나타내는 개념도이고, 도 10은 본 발명에 따른 초박막 기판을 포함하는 히터를 통한 이미지 구현예들이다.
도 11은, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 적용예를 나타낸 사진들이고, 도 12는, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 적층 구조를 예시적으로 나타낸 도면이며, 도 13은, 본 발명에 따른 기판을 포함하는 히터의 구조를 나타내는 모식도와 현미경 사진이다.
도 14 및 도 15는, 비교예(도 14)와 본 발명의 실시예에 따른 기판을 포함하는 히터(도 15)를 이용한 경우의 빛 번짐 효과를 비교 확인한 이미지이다.
이들 도면을 참조하면, 전술한 방법으로 제조된 본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터는, 수직으로 적층된 복수의 층(layer) 구조로 구성되고, 열 또는 적외선에 반응하여 광학적 특성이 변색되는 열변색성 액정 용액을 코팅하여 경화시켜 제조됨으로써, 상기 열 또는 적외선이 상기 히터 내에서 수직방향으로 상대적으로 매우 짧은 거리로 즉각적으로 전달되어 열 이미지가 왜곡되는 현상을 극적으로 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 구조의 초박막 히터는 필름형 히터와 같은 종래의 구조와 대비하여 열확산이 수평 방향이 아닌 수직방향으로 전달되어 열번짐 현상이 방지될 수 있다.
또, 상기와 같은 다층 구조의 초박막 히터는, 복수의 패턴층들이 상기 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)를 통하여 수직적으로 전기적 연결되도록 구성됨으로써, 다양하고 복잡한 패턴의 구현이 가능할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 상기 다층 구조의 초박막 히터는, 단층 구조의 종래의 히터와 대비하여 전술한 수직방향 열전달에 의한 열번짐 현상이 방지될 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 상기 다층 구조의 초박막 히터는, 제어변수의 수가 면적에 비례하므로, 픽셀의 격자를 통한 이미지 표현에서 패턴의 수만큼만 제어 변수가 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 다층 구조의 초박막 히터는, 종래와 대비하여, 저가의 전자회로만을 이용하여 제어가 가능하고 상기 히터의 형상에 따른 부드러운 이미지 표현이 가능하여 높은 해상도의 이미지 표현이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 상기 초박막 히터는 0.1 ~ 100 마이크로미터 두께로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 초박막 히터의 두께가 상기의 범위로 구성되는 경우에 상기 히터에서의 열전달이 수직방향으로 빠르게 전달이 가능할 수 있으므로 상기의 범위가 가장 바람직하다.
본 발명의 다른 일 실시예에서 제공하는 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이는, 적어도 일면에 절연성 유기물질이 도포 및 경화되어 제조되는 기판; 및 상기 기판의 적어도 일면에 금속 나노와이어가 패터닝되고 적어도 일부에 수직 관통홀(vertical through hole)이 형성되는 복수의 패턴층;을 포함하고, 상기 패턴층은 상기 관통홀을 통하여 상호 전기적으로 연결되는 구조를 포함한다.
상기 디스플레이는 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
도 16 내지 도 18은, 본 발명의 실시예에 따른 기판을 포함하는 기판 또는 히터를 제조한 경우에, 레이저에 의해 소결된 나노파티클의 표면에서 불균일한 모폴로지가 확인되고 비아홀의 중심에서 둔덕이 형성되는 것을 확인할 수 있는 사진이다.
도 16은 한 개 층만 뚫은 비아이며, 도 17은 두개 층을 뚫은 비아이고 도 18은 가장 아래 이미지는 세개 층을 뚫은 비아의 현미경 사진이다.
도 16 내지 도 18에서 확인되는 것과 같이, 상기 패턴층의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 표면의 불균일 모폴로지가 형성되는 것을 확인할 수 있다.
상기 불균일 모폴로지는 수 nm 내지 수십 nm 수준의 오돌토돌한 돌기가 모폴로지에 형성된 구조인 것일 수 있다.
상기 불균일 모폴로지는 금속 나노입자의 분산을 위하여 혼합된 고분자 첨가제 - 예를 들어 PVP(Polyvinylpyrrolidone) -의 양에 따라서 다양한 정도로 형성될 수 있다.
도 16 내지 도 18에서 보이는 것과 같이, 모폴로지 상에는 기포와 같은 구멍들이 형성될 수 있는데, 이는 레이저를 조사하였을 때 고분자 첨가제 성분이 기화하면서 발생하는 것일 수 있다.
또한, 상기 수직 관통홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고, 상기 수직 관통홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것일 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에서 레이저를 원형으로 비아의 원주를 따라 반복적으로 움직이며 가공할 때 일어나는 현상으로서, 상기 비아의 지름은 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 수준으로 형성될 수 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 초박막 히터는, 웨어러블 소자, 유연 전자 소자, 또는 바이오 소자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 적층식 구조를 포함하는 히터는 차세대 디스플레이, 위장용 군복, 의류, 자동차, 건물, 로봇 외장, 인공피부 등의 시각적 표현이 필요한 분야에 활용될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
<부호의 설명>
10-1: 제 1 유연 기판
10-2: 제 2 유연 기판
15: 비아홀
20: 금속 나노입자

Claims (20)

  1. FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 제작방법에 관한 것으로,
    박막의 제 1 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계;
    상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계;
    소결되지 않은 상기 금속 나노입자를 세정시키는 단계;
    패턴이 형성된 상기 제 1 유연 기판 위에 박막의 제 2 유연 기판을 적층시키는 단계;
    상기 제 2 유연 기판에 레이저를 이용하여 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 제 2 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계;
    상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계; 및
    소결되지 않은 상기 금속 나노입자를 세정시키는 단계를 포함하는 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 기판은 폴리이미드(polyimide) 기판인 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 어느 하나인 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비아홀을 형성하는 레이저는 UV 레이저인 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 기판에 형성된 패턴을 수정하는 단계를 더 포함하는 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    패턴을 수정하는 단계는
    UV 레이저를 이용하여 패턴을 선택적으로 지우는 단계를 포함하는 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    패턴을 수정하는 단계는
    상기 유연 기판에 금속 나노입자를 코팅시키는 단계;
    상기 금속 나노입자에 레이저를 인가하여 상기 금속 나노입자를 소결시켜 패터닝을 하는 단계; 및
    소결되지 않은 상기 금속 나노입자를 세정시키는 단계를 더 포함하는 다층의 박막 FPCB 제작방법.
  8. 금속 나노입자 소결체로 서로 다른 패턴이 형성된, 수십 ㎛ 이하 두께의 복수 개의 적층된 유연 기판을 포함하고,
    상기 적층된 복수 개의 유연 기판을 공통적으로 관통하는 비아홀을 포함하는 것이며,
    상기 패턴과 상기 비아홀은 모두 레이저를 조사하여 형성된 것인,
    다층의 박막 FPCB.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는, 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이고,
    상기 패턴은, 레이저를 이용하여 수정이 가능한 것이며,
    상기 비아홀은 직경이 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것인,
    다층의 박막 FPCB.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 금속 나노입자 소결체는 금속 나노입자를 분산시키기 위한 고분자 첨가제 성분을 포함하는 것인,
    다층의 박막 FPCB.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 패턴의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 오돌토돌한 표면의 불균일 모폴로지가 확인되는 것인,
    다층의 박막 FPCB.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 비아홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고,
    상기 비아홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것인,
    다층의 박막 FPCB.
  13. 기판 상에 절연성 유기물질 용액을 도포하고 코팅 및 경과하여 초박막 기판을 형성시키는 단계;
    레이저 광을 조사하여 금속 나노입자 코팅을 수행하는 단계;
    레이저 광을 이용하여 금속 나노와이어 제1 패터닝을 수행하는 단계;
    상기 제1 패터닝 후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제1 전기적 절연층을 형성시키는 단계;
    상기 기판 상에 통로인 적어도 하나 이상의 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)을 형성시키는 단계;
    레이저 광을 이용하여 금속 나노입자 코팅 및 금속 나노와이어 제2 패터닝을 수행하는 단계; 및
    상기 제2 패터닝 이후에 절연성 유기물질 용액을 코팅 및 경화하여 제2 전기적 절연층을 형성시키는 단계;를 포함하는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절연성 유기물질은 스프레이 방식 또는 스핀 코팅 방식으로 수행되는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    제2 전기적 절연층 형성 후에 금속 나노와이어를 추가 패터닝 하여 신호 입력단자를 형성시키고,
    열변색성 수지를 발열 히터 영역 상에 코팅하는 과정을 더 포함하는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 비아홀(Vertical Interconnect access, VIA)은, 지면에 대해서, 수직 방향으로 형성되는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이 제조방법.
  17. 적어도 일면에 절연성 유기물질이 도포 및 경화되어 제조되는 기판; 및
    상기 기판의 적어도 일면에 금속 나노와이어가 패터닝되고 적어도 일부에 수직 관통홀(vertical through hole)이 형성되는 복수의 패턴층;을 포함하고,
    상기 패턴층은 상기 관통홀을 통하여 상호 전기적으로 연결되는 구조를 포함하는, 다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 패턴층의 표면에는 수 nm 내지 수십 nm 크기의 표면의 불균일 모폴로지가 확인되는 것인,
    다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 수직 관통홀의 중앙에는 둔덕이 형성되는 것이고,
    상기 수직 관통홀의 측벽은 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것인,
    다층 구조의 초박막 히터를 포함하는 디스플레이.
  20. 제17항에 따른 디스플레이를 포함하는 웨어러블 소자, 유연 전자 소자, 또는 바이오 소자에서 선택되는 디바이스.
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