KR101454106B1 - 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치 및 패턴라인을 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 장치 및 패턴라인을 형성하는 방법에 대한 것으로, PCB, FPD 등의 기판에 패턴을 형성하거나 이미 형성된 패턴라인에 발생한 결함을 리페어하기 위해 잉크가 토출되는 노즐과 기판사이에 전기장을 형성하고 이를 통해 전도성, 기능성 잉크를 미세하게 토출하여 기판에 패턴라인을 형성하는 장치 및 패턴라인을 형성하는 방법에 대한 것이다.
본 발명의 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치는 기판에 패턴라인 형성용 잉크를 토출하는 노즐유닛과, 노즐유닛에서 토출되는 잉크에 의해 패턴라인이 형성될 기판이 놓여지는 스테이지와, 기판에 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위한 조명유닛과 촬영유닛을 포함하는 광학유닛과, 기판과 노즐유닛 사이에 전기장이 형성하여 노즐유닛으로부터 잉크가 토출되도록 노즐유닛에 전원을 공급하는 전원공급유닛과, 기판과 노즐유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조절유닛과, 기판에 미리 설정된 패턴라인이 형성하고 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위해 노즐유닛, 스테이지, 광학유닛, 전원공급유닛 및 거리조절유닛을 포함하여 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치를 제어하는 제어유닛을 포함한다.
본 발명의 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치 및 패턴라인 형성방법에 따르면 가스공급을 위한 챔버 없이도 미세한 패턴라인의 형성 및 배선 리페어를 수행할 수 있고, 단락 배선 리페어 시 열 발생이 없어 기판 및 하부막 재료의 열손상, 미세한 갈라짐이 없어 단차피복성이 우수하며, 기판의 면적 및 재질에 상관없이 빠르고 효율적으로 패턴라인의 형성 및 배선 리페어를 수행할 수 있으며, 패턴형성과정을 정확하게 촬영하여 미세하고 복잡한 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치 및 패턴라인을 형성하는 방법{Apparatus and Method for forming pattern line by electrohydrodynamics}

본 발명은 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 장치 및 패턴라인을 형성하는 방법에 대한 것으로, PCB, FPD 등의 기판에 패턴을 형성하거나 이미 형성된 패턴라인에 발생한 결함을 리페어하기 위해 잉크가 토출되는 노즐과 기판사이에 전기장을 형성하고 이를 통해 전도성, 기능성 잉크를 미세하게 토출하여 기판에 패턴라인을 형성하는 장치 및 패턴라인을 형성하는 방법에 대한 것이다.

최근 다양한 전자제품들이 출시되고 그 내부에는 다양한 기능을 수행하는 반도체 소자들을 포함하고 있으며, 경량화, 박형화 경향에 따라 반도체 소자들이 크기뿐만 아니라 반도체 소자들을 연결하는 배선들의 선폭도 점점 얇아지고 있는 추세이다.

반도체 소자 뿐만 아니라 FPD(Flat Panel Display)로 통칭되는 LCD, OLED 등의 평면 패널 디스플레이들은 단위면적당 더 많은 픽셀을 구현하기 위해 각 픽셀을 구동하는 회로소자들이 더욱 작아지고 있다. 또한, 패널의 생산성을 높이기 위해 패널 생산 장비의 규격이 8세대를 넘어 10세대 이상으로 이동하고 있다.

패널의 고해상도 추세와 더불어 스마트폰, TV, 모니터, 노트북 등 각종 디스플레이기기들의 경량화 소형화 추세에 따라 디스플레이기기들을 구동하는 회로들이 집적된 PCB 기판에 형성되는 도선들 또한 복잡 다양하게 형성될 뿐만 아니라 미세하게 형성되고 있다.

반도체, FPD, PCB 등에서 공통적으로 나타나는 현상은 각 기판에 형성된 회로소자의 크기가 작아지고 있을 뿐만 아니라 각 소자들을 연결하는 패턴라인의 폭이 매우 좁아지고 있다는 것이고, 이러한 기판들에 패턴라인을 형성하는 장치나 형성된 패턴라인에 발생한 결함을 수리하는 리페어기기들도 더 얇은 도선을 더 빠른 시간 안에 형성하여야 하는 문제가 있다.

종래 FPD에 형성된 결함을 수리하는 리페어기기들은 예를 들어 FPD에 포함된 배선들이 합선된 경우 합선된 부분을 레이저로 커팅하거나, 배선이 끊어진 경우 끊어진 배선을 Metal source와 레이저를 이용하여 연결하는 작업을 수행한다. 종래의 리페어 장비는 끊어진 배선을 연결하는 경우 통상 CVD 기술을 이용하여 결함이 나타난 부분에 Metal source를 기화시켜 배선의 끊어진 부분에 공급하고 레이저를 조사하여 증착시키는 방식을 사용하는데 이러한 방식은 기화된 Metal source를 공급해주는 챔버와 레이저광학계를 이용하여 리페어가 이루어져야하기 때문에 구조가 복잡하여 장비의 유지 보수가 어렵고 기화된 Metal source 등의 노출을 막기 위한 안전장치 등 다양한 구성요소들이 필요한 문제가 있다.

또한, 레이저를 이용하여 증착과정을 수행함에 따라 기판의 재질이 내열성이 낮은 경우 기판에 손상 및 변형을 주기 때문에 리페어를 수행할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래 잉크를 이용하여 패턴을 형성하는 장치의 경우 공압을 사용하거나 피에조모터를 이용하여 잉크를 토출함에 따라 토출되는 잉크의 양을 미세하게 조절하는데 제약이 많고 특정 수준 이하의 극미량의 잉크 토출이 불가능함에 따라 미세한 배선을 형성하거나 리페어하는 것이 불가능하다.

또한, 잉크를 이용하여 패턴을 형성하는 장치의 경우 패턴이 형성되는 과정을 촬영하여 패턴형성이 제대로 되었는지 또는 리페어가 성공적으로 이루어졌는지를 판단하는데 종래의 잉크를 이용한 패턴형성장치의 경우 도 8에 도시된 바와 같이 잉크를 토출하는 노즐(50)이 기판 중앙부에 위치함에 따라 패턴형성 과정은 노즐(50) 주변에 기울어져 설치된 카메라를 이용할 수밖에 없어 패턴형성과정을 정확히 촬영할 수 없고 형성된 패턴의 형상, 길이, 폭 등을 정확하게 산출하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기화된 금속 가스를 공급해줄 필요가 없고, 패턴라인을 형성할 기판의 크기제한이 없으며, 아주 얇은 패턴라인을 형성하거나 리페어할 수 있고, 다양한 성분의 패턴라인 또는 배선을 손쉽게 형성할 수 있으며, 패턴형성과정을 정확하게 촬영하여 매우 얇은 패턴라인을 정밀하게 형성할 수 있는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치 및 패턴라인을 형성하는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치는 기판에 패턴라인 형성용 잉크를 토출하는 노즐유닛과, 노즐유닛에서 토출되는 잉크에 의해 패턴라인이 형성될 기판이 놓여지는 스테이지와, 기판에 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위한 조명유닛과 촬영유닛을 포함하는 광학유닛과, 기판과 노즐유닛 사이에 전기장이 형성하여 노즐유닛으로부터 잉크가 토출되도록 노즐유닛에 전원을 공급하는 전원공급유닛과, 기판과 노즐유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조절유닛과, 기판에 미리 설정된 패턴라인이 형성하고 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위해 노즐유닛, 스테이지, 광학유닛, 전원공급유닛 및 거리조절유닛을 포함하여 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치를 제어하는 제어유닛을 포함한다.

또한, 스테이지는 투명재질로 이루어진 투명 척을 포함하며, 조명유닛은 투명척의 하부에 위치하여 기판의 상부에 위치한 촬영유닛에 촬영용 조명을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 촬영유닛과 조명유닛은 기판을 사이로 서로 마주보도록 위치하며, 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐은 그 끝단이 촬영유닛의 촬영범위 내에 위치하되 기판과 일정 각도로 기울어진 상태로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐은 유리, 플라스틱을 포함하는 부도성 물질로 이루어지거나 규소를 식각하여 형성하며, 전원공급유닛과의 전기적 연결을 위해 노즐의 표면은 금속물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 노즐의 표면에 코팅되는 금속물질은 증착을 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 노즐의 끝단에는 토출되는 잉크의 표면장력을 감소시키기 위해 불소 또는 소수성 물질로 코팅하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전기장에 의해 토출되는 잉크의 토출을 보조하기 위해 노즐유닛에 공압(air pressure)을 공급하는 공압유닛을 더 포함한다.

또한, 공압유닛은 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐의 끝단이 막히는 것을 방지하기 위해 제어유닛의 제어를 통해 노즐에 음압을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전원공급유닛은 상기 노즐유닛으로부터의 잉크 토출을 위해 노즐유닛에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법은 잉크가 토출되는 노즐유닛에 전원공급유닛을 통해 전원을 공급하여 상기 노즐유닛의 노즐을 통해 잉크를 토출하는 단계와 노즐에서 토출된 잉크가 기판에 도달하여 패턴라인을 형성하는 과정을 촬영유닛과 조명유닛을 포함하는 광학유닛으로 촬영하는 단계를 포함한다.

또한, 잉크를 토출하는 단계에서, 잉크의 토출이 원활이 이루어지도록 공압유닛을 통해 노즐유닛에 공압을 공급하는 단계를 더 포함한다.

또한, 잉크를 토출하는 단계에서 잉크를 토출한 후 노즐 끝단이 막히는 것을 방지하기 위하여 공압유닛이 노즐에 음압을 형성하는 단계를 더 포함한다.

또한, 노즐은 유리, 플라스틱을 포함하는 부도성 물질로 이루어지거나 규소를 식각하여 형성하며, 전원공급유닛과의 전기적 연결을 위해 노즐의 표면은 금속물질로 코팅되어 있고, 전원공급유닛은 잉크토출을 위해 노즐유닛에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 노즐의 표면에 코팅되는 금속물질은 증착을 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 스테이지는 투명재질로 이루어진 투명 척을 포함하며, 촬영하는 단계에서 조명유닛은 투명척의 하부에, 촬영유닛은 기판을 사이로 조명유닛과 마주한 상부에 위치하며, 노즐은 그 끝단이 촬영유닛의 촬영범위 내에 위치하되 기판과 일정 각도로 기울어진 상태로 설치되어 잉크를 토출하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 금속 가스를 이용한 CVD 장치 없이도 미세한 패턴라인의 형성 및 배선 리페어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 레이저를 이용한 배선의 단락 리페어 시 증착공정에서는 레이저를 이용하지 않기 때문에 열 발생이 적어 기판 및 하부막 재료의 열손상, 미세한 갈라짐이 없어 단차피복성이 우수한 효과가 있다.

또한, 레이저에 의한 가공열이 발생하지 않으므로 주변부에 부수적으로 증착되는 부산물이 발생하지 않은 효과가 있다.

또한, 기판의 면적 및 재질에 상관없이 빠르고 효율적으로 패턴라인의 형성 및 배선 리페어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 패턴형성과정을 정확하게 촬영하여 미세하고 복잡한 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성과정을 촬영하는 과정에 대한 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐유닛의 일례를 설명하는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성방법에 대한 순서도이고,
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 광학유닛을 이용하여 촬영한 패턴라인의 사진이고,
도 6은 종래 잉크젯 장치에서 잉크가 토출되는 과정을 설명한 도면이고,
도 7은 종래 잉크젯 장치에서 패턴라인 형성과정을 촬영하는 과정에 대한 개략도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치 및 패턴라인을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성과정을 촬영하는 과정에 대한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐유닛의 일례를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 전기 수력학을 이용하는 패턴라인 형성장치에 대해 설명하면 본 발명의 전기 수력학을 이용하는 패턴라인 형성용 잉크 토출장치는 기판(10)으로 잉크를 토출하는 노즐유닛(100)과 연결되며 토출되는 잉크가 저장되는 잉크저장유닛(800)과, 잉크저장유닛(800)으로부터 잉크를 공급받아 기판(10)으로 잉크를 토출하는 노즐유닛(100)과, 패턴라인을 형성하거나 이미 형성된 패턴라인 상의 결함을 리페어할 기판(10)이 놓여져 원하는 위치로 기판(10)을 이동시키는 스테이지(200)와, 기판(10)에 패턴라인이 형성되는 과정 또는 배선을 리페어하는 과정을 촬영하기 위한 촬영유닛(320)과 촬영유닛(320)에 촬영용 조명을 공급하는 조명유닛(300)을 포함하는 광학유닛과, 노즐유닛(100)으로부터 잉크가 토출되도록 기판(10)과 노즐유닛(100)에 포함된 노즐(150) 사이에 전기장을 인가하기 위해 노즐유닛(100)에 전원을 공급하는 전원공급유닛(400)과, 기판(10)과 노즐유닛(100) 사이의 거리를 조절하는 거리조절유닛(270) 및 미리 설정된 형태로 패턴라인을 형성하거나 결합을 수리하도록 노즐유닛(100), 스테이지(200), 광학유닛, 전원공급유닛(400) 및 거리조절유닛(270)을 포함하여 패턴라인 형성장치를 제어하는 제어유닛(600)을 포함하여 이루어진다.

위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치는 앞서 설명한 바와 같이 종래 레이저를 이용한 기상화학증착법(CVD)을 통해 패턴라인을 형성하거나 이미 형성된 패턴라인 상의 결함을 수정하는 방식에서 나타나는 기판의 손상 및 미세한 갈라짐에 의한 단차피복성 등의 문제점과 피에조 소자, 공압 등을 이용하여 잉크를 토출하는 장치에서 극미량의 토출이 어려워 정밀한 패턴라인 형성 및 결함의 수정이 어려웠던 문제점 및 패턴라인의 정확한 촬영이 어려웠던 문제점을 해결한 것이다. 본 발명의 패턴라인 형성장치는 위 구성을 통해 장비의 구성 및 공정과정이 간단하고, 증착 과정에 고에너지의 펄스레이저를 사용하지 않음에 따라 기판의 손상 및 단차피복성의 문제가 발생하지 않으며, 전기 수력학을 이용하여 잉크를 토출함에 따라 미세량의 잉크를 정밀하게 토출할 수 있고, 투과 조명 및 상부 촬영유닛(320)을 이용하여 패턴형성과정을 정확하게 촬영하여 매우 얇은 패턴라인을 정밀하게 형성하거나 패턴라인의 결함을 정확하게 리페어할 수 있다.

본 발명의 잉크저장유닛(800)은 노즐유닛(100)과 연통되는 구성으로서 토출되는 잉크를 저장하는 역할을 수행한다. 수 미크론 단위의 패턴라인을 형성하는 경우에는 토출되는 잉크의 양이 많지 않기 때문에 소용량의 실린지 타입으로 형성될 수도 있고, 노즐유닛(100)과 일체형으로 형성할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 잉크의 종류, 사용량, 교체주기 등 패턴형성의 공정조건에 따라 적절한 재질, 용량, 형태를 취사선택하여 사용할 수 있다. 다만, 잉크의 토출이 노즐유닛(100)과 기판사이에 형성되는 전기장(E)과 더불어 공압이 사용될 경우 공압을 공급하기 위해 잉크저장유닛(800) 또는 노즐유닛(100)에 공압유닛(700)이 연결될 수 있으며 잉크저장유닛(800)은 전기가 노즐-기판 부 외의 다른 방향으로 흐르지 않도록 절연 재질 혹은 절연 처리된 것이 바람직하다.

본 발명의 노즐유닛(100)은 잉크저장유닛(800)으로부터 공급되는 잉크를 토출하는 노즐(150)과 이를 둘러싸는 하우징을 포함하여 이루어진다. 도 3은 노즐유닛(100)의 확대도로서 잉크의 토출과정 및 노즐(150)의 상세구성을 나타내는 도면으로서 이를 참조하여 노즐유닛(100)에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 전기 수력학을 이용하여 극소량의 잉크를 정밀하게 토출하는 잉크토출장치로서 기본적으로 노즐(150)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하고 이를 통해 잉크 내부에 형성된 이온들이 노즐(150)과 기판(10)사이에 형성된 전기장에 의해 토출되는 원리를 이용한 것이다.

노즐(150)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하기 위해서는 노즐유닛(100)의 노즐(150)이 전극의 역할을 수행하여야 하고 이를 위해서 종래에는 노즐의 재질을 금속으로 하거나 노즐 내부에 전극의 기능을 수행하는 금속 배선을 넣어 전기장을 형성하였다. 하지만 노즐의 재질을 금속으로 할 경우 노즐의 끝단 면적을 작게 형성하는데 한계가 있어 극미량의 잉크토출이 어려운 문제가 있고, 노즐 내부에 금속배선을 넣는 경우 전기장이 금속배선을 중심으로 형성되어 균일한 전기장의 형성이 어렵고 잉크에 균일한 힘을 가하기 어렵기 때문에 토출되는 잉크의 양을 정밀하게 조절하기가 어려운 문제가 있어왔다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 노즐(150)은 노즐 자체(152)는 끝단 면적을 원하는 만큼 작게 형성할 수 있도록 유리나 플라스틱 등 금속에 비해 가공처리가 용이한 재질 또는 규소(Si)를 식각하여 만들고 형성된 노즐의 표면에 금속재질로 코팅하여 금속 코팅막(154)을 형성하여 전극의 기능을 수행하도록 하였다. 이렇게 함으로써 극미량의 잉크 토출이 가능하도록 끝단 면적을 아주 작게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 노즐의 외곽 표면에 금속재질로 균일하게 코팅함으로써 균일한 전기장이 형성되도록 하여 노즐 내부의 잉크에 균일한 힘을 가할 수 있으므로 잉크의 토출량을 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

금속재질의 코팅은 도금 등 다양한 방법이 있을 수 있으나 증착을 이용한다면 노즐의 끝단이 코팅과정에서 막힐 수 있는 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라 금속 코팅막(154)을 수 나노 단위로 노즐의 표면에 균일하게 형성할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 전기 수력학을 이용하는 패턴라인 형성장치를 통해 형성된 패턴을 나타내는 것인데 대략 5미크론 이하 두께의 패턴이 정확하게 형성되는 것을 알 수 있으며 투과조명을 활용한 촬영을 통해 형성 중인 패턴의 형상을 왜곡없이 정확하게 촬영할 수 있음을 나타내고 있다.

도 7은 잉크가 토출되는 순간 표면장력에 의해 잉크가 노즐 끝단의 외곽표면을 타고 올라가는 현상을 설명하는 도면이다. 본 발명은 잉크의 표면장력에 의해 노즐 끝단의 외곽 표면을 타고 올라가는 부분(A)이 생기지 않도록 노즐(150)의 끝단에 플로린(F, 불소) 막(156)이 형성되도록 하였다. 이를 통해 토출되는 잉크가 표면장력에 의해 노즐 끝단을 타고 올라가는 현상(A)이 발생하지 않도록 하여 극미량의 잉크 토출이 가능한 효과가 있다. 즉, 모든 액체는 표면장력이 있어 노즐 끝단으로 잉크가 토출되는 순간 노즐 끝단의 외부표면으로 잉크가 붙는 현상이 발생하는데 플로린은 소수성의 성질을 갖고 있으므로 친수성인 잉크를 밀어내는 역할을 수행하며 이 때문에 토출되는 잉크가 노즐 끝단의 외곽 표면으로 밀려올라가지 않고 외부로 토출된다. 이를 통해 토출되는 잉크의 양을 매우 정밀하게 조절할 수 있고 형성되는 패턴의 폭을 매우 얇고 정밀하게 조절할 수 있게 된다. 본 발명에서는 일례로서 소수성의 물질 중 플로린을 예로 들었지만 노즐 끝단에 처리하기에 용이하고 보다 오랫동안 유지할 수 있는 소수성 물질이라면 어떤 것이라도 상관이 없음은 물론이다. 플로린 이외에도 CF4-H2-He Gas Plasma 표면 처리, HMDS(Hexamethylldisiloxane, C6H18OSi2) 표면 처리 등의 방식으로 소수성처리를 하여도 무방하다.

스테이지(200)는 패턴라인이 형성될 기판(10)을 적절한 위치로 이동시키는 구성으로 미리 설정된 패턴라인의 형성을 위해 상부에 놓여진 기판(10)을 적절한 위치로 이동시킨다. 정밀하고 미세한 패턴라인을 형성하기 위해서는 기판(10)이 정확한 위치로 이동하여야 하므로 스테이지(200)에서 가장 중요한 특성은 이동 시의 위치 정밀도이다. 또한, 극미량의 잉크가 전기장에 의해 토출되므로 노즐유닛(100)과 기판(10) 사이의 거리가 수십 미크론 정도로 매우 가깝게 위치하므로 상부 표면의 평탄도도 중요한 특성이다. 스테이지(200)는 패턴라인의 형성을 위해서는 XY 평면에서의 이동이 일반적이지만 노즐유닛(100)과의 거리를 조절하기 위해 Z축으로도 이동할 수 있으며 경우에 따라서는 기판(10)의 feed-in/out을 위한 장치와 연동될 수도 있다.

앞서 스테이지(200)가 Z축으로 이동하는 경우를 설명하였지만 전기 수력학을 이용하여 잉크를 토출하는 경우에 노즐(150)과 기판 사이의 거리조절은 토출되는 잉크의 양, 형태에 영향을 미치므로 중요한 요소이다. 따라서 스테이지(200)가 Z축으로 이동하는지 여부와 무관하게 노즐(150)과 기판(10) 사이의 거리를 미세하게 조절하기 위해 노즐유닛(100)에 기판(10)과의 거리를 조절하기 위한 거리조절유닛(270)을 부착하는 것이 바람직하다. 거리조절유닛(270)은 필요한 정밀도만 확보된다면 리니어 모터를 사용하던 서보모터와 기어구조를 이용하던 그 방식은 무관하다.

조명유닛(310)과 촬영유닛(320)을 포함하는 광학유닛은 노즐유닛(100)에서 토출되는 잉크에 의해 기판(10)에 패턴이 형성되는 과정을 촬영하기 위한 구성이다. 본 발명은 노즐유닛(100)에서 토출되는 잉크를 이용하여 패턴라인을 형성하거나 리페어하는 장치인데 통상적인 잉크 토출장치의 경우 정확한 패턴라인의 형성을 위해 기판(10)에 수직 중앙부에 노즐(150)이 위치하고 패턴라인의 형성과정을 촬영하는 카메라가 기판(10)의 중앙에서 벗어난 위치에 기울어진 상태로 설치게 되므로 패턴라인의 형성과정을 정확하게 촬영할 수 없고 촬영된 영상데이터에서 측정된 패턴라인의 형상, 폭 등에 왜곡이 있는 문제가 있다. 본 발명에서는 잉크의 토출이 노즐(150)과 기판(10)에 형성된 전기장을 통해 이루어지게 되므로 노즐(150)이 기판에 수직으로 위치하지 않아도 된다. 따라서 기판(10)의 수직 중앙부에 촬영유닛(320)이 위치하고 조명유닛(310)을 통해 촬영용 조명을 공급하게 되므로 패턴라인의 형성과정을 정확하게 촬영할 수 있는 장점이 있다.

또한, 스테이지(200)에서 기판(10)이 위치하는 부분을 투명한 재질의 투명 척(250)으로 구성하고 투명 척(250)의 하부에 촬영용 조명을 공급하는 조명유닛(310)을 설치하여 균일한 빛을 공급함으로써 투과조명을 이용한 촬영을 할 수 있는 장점이 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 촬영유닛(320)과 조명유닛(310)이 기판을 사이에 두고 마주한 위치에 각각 설치하여 패턴라인 형성과정을 있는 그대로 왜곡없이 촬영할 수 있는 효과가 있다. 도 6은 광학유닛을 통해 촬영된 영상으로서 도 6에 도시된 바와 같이 왜곡없이 형성된 패턴라인이 촬영된 것을 알 수 있다. 물론 노즐(150)은 촬영유닛(320)의 촬영범위(A)내에 위치하도록 하여 노즐(150)의 상태도 촬영유닛(320)을 통해 체크할 수 있는 장점이 있다.

전원공급유닛(400)은 노즐유닛(100)과 기판(10) 사이에 전기장이 형성되도록 노즐유닛(100)에 전원을 공급하는 구성이다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 잉크 토출장치는 노즐유닛(100)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하고 잉크 내에 존재하는 이온이 형성된 전기장에 의해 노즐(150)에서 토출되도록 하는 장치이다. 이를 위해서는 노즐(150)의 외부 표면에 형성된 금속코팅막(154)이 전원공급유닛(400)에 연결되어 전원이 공급되고 이를 통해 노즐(150) 전체가 기판(10)을 기준으로 일정한 전위를 갖게 되며 노즐(150)과 기판(10) 사이의 전위차에 의해 전기장이 형성된다. 직류는 기판 혹은 스테이지(200)에 전극이 연결되어야 하지만 교류의 경우 기판(10)과 스테이지(200)에 Ground 접지를 할 필요가 없어 장치 구성이 용이한 장점이 있고 전극을 연결할 필요가 없어지기 때문에 금속재질의 스테이지를 사용하지 않고 투명 척(250)을 통해 투과조명을 이용할 수 있는 장점이 있다.

잉크의 토출량 및 방울형태(droplet)의 형태로 토출할 것이냐 연속적으로 토출할 것이냐는 전원공급유닛(400)에서 공급하는 전원의 세기, 주파수, 전류의 양 등에 의해 결정되며 형성되는 패턴의 형태에 따라 제어유닛(600)의 제어에 의해 조절된다. 이를 보다 상세히 설명하면 전원의 세기가 높아질수록 노즐(150)에서 토출되는 형태가 Droplet 토출 형태에서 Spray 분사형태로 변한다. 주파수에 따라서 초당 토출되는 Droplet의 수량이 변하므로 주파수를 조절하여 토출량을 제어한다. 또한, 전원 뿐만 아니라 공압을 보조하여 토출량을 조절하는 경우 공압의 세기를 달리하면 공압에 의해 형성되는 Meniscus(모세관 현상으로 잉크가 노즐 끝에서 볼록한 형상을 갖는 것) 형상이 달라지게 되므로 그에 따라 토출량의 제어가 된다.

제어유닛(600)은 미리 설정된 패턴라인이 기판(10) 상에 정확하게 형성되도록 전원공급유닛(400), 노즐유닛(100), 스테이지(200)을 포함하여 본 발명의 잉크 토출장치를 전반적으로 제어하는 구성이다. 제어유닛(600)은 공업용 컴퓨터 등의 하드웨어와 잉크 토출장치를 제어하는 소프트웨어를 포함하여 이루어지며 용이한 제어를 위해 잉크 토출장치의 전반적인 상황을 표시하는 디스플레이 기기를 포함할 수 있다. 물론 적절한 제어를 위해 입출력 장치가 포함된다. 또한, 잉크 토출장치를 적절히 제어할 수 있다면 형태가 컴퓨터일 필요는 없으며 잉크 토출장치와의 적절한 연결을 위해 다양한 형태의 PCB 등의 인터페이스를 포함한다.

공압유닛(700)은 노즐유닛(100)에 미리 설정된 크기의 공압을 공급하는 구성이다. 본 발명이 노즐유닛(100)과 기판(10) 사이에 형성된 전기장에 의해 잉크가 토출되기는 하지만 잉크의 특성에 따라 공급하여야 하는 전원의 세기가 매우 클 수도 있다. 이런 경우 안전성의 문제도 있지만 정밀한 토출량의 조절이 어려운 문제가 있다. 따라서 노즐유닛(100)에 일정한 크기의 공압을 공급한다면 노즐유닛(100)에 공급될 전원이 세기를 줄일 수 있으므로 안전성을 확보할 수 있고 정밀한 토출량의 조절도 가능한 효과가 있다.

또한, 노즐(150)이 막혔을 경우 노즐(150)에 음압을 형성할 경우 기판(10)을 오염시키지 않고 막힌 노즐(150)을 뚫을 수 있는 효과도 있다. 즉, 잉크를 토출하는 동안에는 양압을 노즐(150)에 공급하고, 노즐(150)이 막힌 경우에는 반대로 음압을 노즐(150)에 공급하여 노즐 끝단에 굳어 있는 금속물질을 다시 회수하여 잉크 내부의 용매에 의해 녹도록 하여 노즐(150)을 교체하지 않고서도 끝단 막힘을 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴라인 형성방법에 대한 순서도이다. 도 5를 참조하여 본 발명의 패턴라인 형성방법을 설명하되 패턴라인 형성용 잉크 토출장치의 설명과 중복되는 부분은 생략한다.

본 발명의 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법은 우선 노즐유닛(100)에 전원공급유닛(400)을 통해 전원을 공급하여 노즐유닛(100)과 기판(10) 사이에 전위차를 형성하고 이를 통해 형성된 전기장에 의해 잉크를 토출한다.(S100) 기판(10)에 도달한 잉크에 의해 기판(10)을 사이로 마준한 위치에 설치된 촬영유닛(320)과 조명유닛(310)을 포함하는 광학유닛으로 패턴형성과정을 촬영한다.(S110) 촬영된 영상으로 패턴형성이 정확하게 이루어지고 있는지를 실시간으로 체크할 수도 있고 노즐(150)의 상태를 체크할 수도 있다.

기판 : 10 노즐유닛 : 100
노즐 : 150 스테이지 : 200
투명 척 : 250 조명유닛 : 310
촬영유닛 : 320 전원공급유닛 : 400
제어유닛 : 600 공압유닛 : 700
잉크저장유닛 : 800

Claims (15)

1. 전기 수력학을 이용하여 토출되는 잉크로 기판에 패턴라인을 형성하는 장치에 있어서,
   상기 기판에 패턴라인 형성용 잉크를 토출하는 노즐유닛과,
   상기 노즐유닛에서 토출되는 잉크에 의해 패턴라인이 형성될 기판이 놓여지는 스테이지와,
   상기 기판에 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위한 조명유닛과 촬영유닛을 포함하는 광학유닛과,
   상기 기판과 노즐유닛 사이에 전기장이 형성하여 상기 노즐유닛으로부터 잉크가 토출되도록 상기 노즐유닛에 전원을 공급하는 전원공급유닛과,
   상기 기판과 노즐유닛 사이의 거리를 조절하기 위한 거리조절유닛과,
   상기 기판에 미리 설정된 패턴라인이 형성하고 형성되는 패턴라인을 촬영하기 위해 상기 노즐유닛, 스테이지, 광학유닛, 전원공급유닛 및 거리조절유닛을 포함하여 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치를 제어하는 제어유닛을 포함하되,
   상기 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐은 유리, 플라스틱을 포함하는 부도성 물질로 이루어지거나 규소를 식각하여 형성하며, 상기 전원공급유닛과의 전기적 연결을 위해 상기 노즐의 표면은 금속물질로 코팅되어 있으며,
   상기 노즐의 표면에 코팅되는 금속물질은 증착을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 스테이지는 투명재질로 이루어진 투명 척을 포함하며,
   상기 조명유닛은 상기 투명 척의 하부에 위치하여 상기 기판의 상부에 위치한 촬영유닛에 촬영용 조명을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
3. 청구항 2에서,
   상기 촬영유닛과 조명유닛은 기판을 사이로 서로 마주보도록 위치하며,
   상기 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐은 그 끝단이 상기 촬영유닛의 촬영범위 내에 위치하되 상기 기판과 일정 각도로 기울어진 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에서,
   상기 노즐의 끝단에는 토출되는 잉크의 표면장력을 감소시키기 위해 불소 또는 소수성 물질로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
7. 청구항 1에서,
   상기 전기장에 의해 토출되는 잉크의 토출을 보조하기 위해 상기 노즐유닛에 공압(air pressure)을 공급하는 공압유닛을 더 포함하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
8. 청구항 7에서,
   상기 공압유닛은 상기 노즐유닛에 포함되어 잉크를 토출하는 노즐의 끝단이 막히는 것을 방지하기 위해 상기 제어유닛의 제어를 통해 상기 노즐에 음압을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
9. 청구항 1에서,
   상기 전원공급유닛은 상기 노즐유닛으로부터의 잉크 토출을 위해 노즐유닛에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치.
   
10. 전기 수력학을 이용한 패턴라인 형성장치를 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법에 있어서,
    잉크가 토출되는 노즐유닛에 전원공급유닛을 통해 전원을 공급하여 상기 노즐유닛의 노즐을 통해 잉크를 토출하는 단계;
    상기 노즐에서 토출된 잉크가 기판에 도달하여 패턴라인을 형성하는 과정을 촬영유닛과 조명유닛을 포함하는 광학유닛으로 촬영하는 단계를 포함하되,
    상기 노즐은 유리, 플라스틱을 포함하는 부도성 물질로 이루어지거나 규소를 식각하여 형성하며, 상기 전원공급유닛과의 전기적 연결을 위해 상기 노즐의 표면은 금속물질로 코팅되어 있고,
    상기 노즐의 표면에 코팅되는 금속물질은 증착을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법.
    
11. 청구항 10에서,
    상기 잉크를 토출하는 단계에서,
    상기 잉크의 토출이 원활이 이루어지도록 공압유닛을 통해 상기 노즐유닛에 공압을 공급하는 단계를 더 포함하는 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법.
    
12. 청구항 11에서,
    상기 잉크를 토출하는 단계에서 잉크를 토출한 후 상기 노즐 끝단이 막히는 것을 방지하기 위하여 상기 공압유닛이 노즐에 음압을 형성하는 단계를 더 포함하는 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법.
    
13. 청구항 10에서,
    상기 전원공급유닛은 상기 잉크를 토출시키기 위해 상기 노즐유닛에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법.
    
14. 삭제
15. 청구항 10에서,
    상기 기판이 놓여지는 스테이지는 투명재질로 이루어진 투명 척을 포함하며,
    상기 촬영하는 단계에서 상기 조명유닛은 상기 투명척의 하부에, 상기 촬영유닛은 기판을 사이로 조명유닛과 마주한 상부에 위치하며, 상기 노즐은 그 끝단이 상기 촬영유닛의 촬영범위 내에 위치하되 상기 기판과 일정 각도로 기울어진 상태로 설치되어 잉크를 토출하는 것을 특징으로 하는 전기 수력학을 이용하여 패턴라인을 형성하는 방법.

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