KR101562026B1

KR101562026B1 - 금속분말입자를 포함한 전도성 잉크를 이용한 사출물의 금속패턴 제조방법

Info

Publication number: KR101562026B1
Application number: KR1020140060524A
Authority: KR
Inventors: 방국현
Original assignee: 주식회사 다이나트론
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-10-20

Abstract

금속패턴 제조방법에서, 사출물 상에 금속분말입자를 포함하는 전도성 잉크를 도포한다. 상기 전도성 잉크에 레이저를 조사하여, 상기 전도성 잉크를 경화시켜 금속 패턴을 형성한다. 상기 레이저가 조사되지 않은 부분의 전도성 잉크를 제거한다. 이 경우, 상기 레이저는 상기 전도성 잉크의 금속분말입자에서 산란되어 상기 전도성 잉크의 내부로 균일하게 입사된다.

Description

금속분말입자를 포함한 전도성 잉크를 이용한 사출물의 금속패턴 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A METAL PATTERN ON A MOULD}

본 발명은 금속패턴 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속분말입자를 포함한 전도성 잉크를 이용하여 3차원 형상의 사출물 상에 금속패턴을 형성하는 금속패턴 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어, 인테나(intenna)가 내부에 장착된 스마트 폰 등의 단말기가 다수 출시되면서, 상기 인테나의 효과적인 제작을 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 특히, 인테나의 경우, 휴대폰의 외형인 플라스틱 사출물 상에 금속 패턴이 직접 형성되는 것으로, 종래에는 주로 도금 등의 기술이 다수 활용되어 왔다.

그러나, 도금공정의 경우, 제작 공정이 복잡하고, 특히 최근 제품 사양의 증가와 함께 박막의 미세패턴에 대한 요구가 증가하면서, 그 활용성이나 기술적 장점이 소멸되고 있는 상황이다.

이에, 최근 들어, 전기 전도성을 가지는 잉크가 개발되어 이를 금속패턴의 제작에 활용하는 기술이 다수 개발되고 있으며, 대한민국 특허출원 제10-2009-0107041호는 낮은 온도에서 열처리 공정을 수행할 수 있으며 잉크젯 방법에 적합하여 전극배선 패턴으로 형성하기에 적합한 배선용 잉크 조성물 및 이를 이용한 배선 형성방법에 관한 기술을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허출원 제10-2011-0076444호는 전도성 잉크로서 비닐계 수지를 포함한 전도성 잉크로 안테나 패턴과 고강성 수지 및 금속 인서트 단자와의 부착력을 공고히 할 수 있는 이동통신 단말기용 케이스 안테나 및 이동통신 단말기에 관한 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같은 전도성 잉크 또는 배선용 잉크를 이용하여 금속 패턴을 사출물 상에 형성하는 경우, 잉크를 금속 패턴으로 경화하기 위하여 레이저 광을 사용하는데, 레이저 광을 이용한 잉크의 소결 공정에서는 형성된 잉크의 두께가 두꺼운 경우 레이저 광의 투과가 제한되므로 잉크의 소결을 통한 금속 패턴의 형성이 어려운 문제가 있다.

따라서, 인테나 제작을 위한 금속 패턴의 형성시에 레이저 광을 이용하는 것이 제한되어 이에 대한 문제 해결이 필요한 상황이다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 상대적으로 두꺼운 두께의 금속 패턴의 형성이 가능한 금속패턴 제조방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 금속패턴 제조방법에서, 사출물 상에 금속분말입자를 포함하는 전도성 잉크를 도포한다. 상기 전도성 잉크에 레이저를 조사하여, 상기 전도성 잉크를 경화시켜 금속 패턴을 형성한다. 상기 레이저가 조사되지 않은 부분의 전도성 잉크를 제거한다. 이 경우, 상기 레이저는 상기 전도성 잉크의 금속분말입자에서 산란되어 상기 전도성 잉크의 내부로 균일하게 입사된다.

일 실시예에서, 상기 금속분말입자는 구형상을 가지며, 상기 전도성 잉크의 내부에 분포될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 금속분말입자는 상기 전도성 잉크와 동일한 물질이 입자화될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 금속분말입자의 직경은 2~5μm일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전도성 잉크는 UV 전도성 잉크이며, 상기 UV 전도성 잉크에 조사되는 레이저는 UV 레이저일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전도성 잉크는 바인더를 더 포함하며, 상기 바인더는 상기 사출물과 반응하여 고분자로 변환되어 상기 사출물과의 결합성을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바인더는 폴리에스터(polyester), 아크릴(acrylic)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 사출물에 도포된 전도성 잉크에 레이저를 조사하여 경화시켜 금속 패턴을 형성하므로, 종래에 사출물 상에 금속 패턴을 형성하기 위한 도금 등의 복잡한 공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성 및 생산성의 향상이 가능하다.

특히, 상기 전도성 잉크의 내부에 금속분말입자가 포함되므로, 입사된 레이저가 산란되어 상기 전도성 잉크의 내부로 균일하게 입사될 수 있으며, 이에 따라 상기 전도성 잉크가 상대적으로 두껍게 형성되어도 상기 레이저의 입사가 가능하게 된다. 따라서, 상대적으로 두꺼운 전도성 잉크의 소결이 가능하며, 이에 따라 인테나와 같은 상대적으로 두꺼운 금속 패턴의 형성이 가능하다.

또한, 상기 금속분말입자는 구형상을 가지므로 레이저의 산란 효과가 극대화되며, 전도성 잉크와 동일한 물질로 전도성을 가지므로, 최종적으로 형성되는 금속 패턴의 전도성 및 균일성이 유지될 수 있다.

나아가, 상기 전도성 잉크는 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 상기 사출물과의 결합성을 향상시키므로 상기 금속 패턴의 내구성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 금속패턴 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 금속패턴 제조방법을 나타낸 공정도들이다.
도 3은 도 2b의 레이저 조사 단계에서, 조사된 레이저의 산란 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1 및 도 2a를 참조하면, 본 실시예에 의한 금속패턴 제조방법에서는, 우선 사출물인 베이스부(10) 상에 금속분말입자(21) 및 바인더(22)를 포함하는 전도성 잉크(20)를 도포한다(단계 S10).

본 실시예에서는, 상기 금속패턴은 이동 통신용 단말기, 모바일 단말기 등의 외형에 형성되는 내장형 안테나인 인테나(intenna)로 형성되며, 상기 이동 통신용 단말기, 모바일 단말기 등의 외형은 금형에 의한 사출물로 형성된다. 따라서, 상기 사출물은 상기 이동 통신용 단말기, 모바일 단말기 등의 외형을 의미하며, 상기 베이스부(10)는 인테나가 형성되는 면으로, 일반적으로는 상기 사출물의 내면에 해당되지만, 필요에 따라서는 상기 사출물의 측면의 내면 또는 외면에도 인테나가 형성될 수 있는 바, 상기 베이스부(10)가 반드시 상기 사출물의 내면으로 제한되지는 않는다.

한편, 상기 금속패턴은 상기 사출물의 내면 또는 외면의 일부에 형성되며, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 상기 사출물의 베이스부(10)는 인테나 형성을 위한 회로 패턴이 필요한 국부적인 부분을 도시한 것이다.

상기 사출물, 즉 상기 베이스부(10)는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 등의 재질을 포함할 수 있다.

한편, 상기 금속패턴이 인테나로 형성되기 위해서는, 상기 전도성 잉크(20)는 20~30μm의 두께로 도포되는 것이 필요하다.

이 경우, 상기 전도성 잉크(20)는 도포유닛(100)을 통해 상기 베이스부(10) 상에 도포되며, 이미 설명한 바와 같이, 상기 사출물의 전체 형상 중에서 회로 패턴의 형성이 필요한 부분에만 국부적으로 도포될 수 있다. 이 경우, 상기 도포유닛(100)은 스프레이(spray) 유닛, 닥터블레이드(Dr. Blade) 유닛 등일 수 있으며, 이에 따라 상기 전도성 잉크(20)는 상기 베이스부(10) 상에 스프레이나 닥터블레이드 등의 공법으로 도포될 수 있다.

상기 전도성 잉크(20)는 내부에 은(Ag) 등의 금속성 재료가 포함되어 전도성을 향상시킨 잉크(ink)로서, 레이저 등의 조사 또는 가열 등으로 소결되어 금속성 패턴으로 형성된다. 또한, 상기 전도성 잉크(20)는 UV 전도성 잉크로, 후술할 UV레이저를 통해 경화될 수 있다.

다만, 본 실시예에서는, 상기 전도성 잉크(20)는 내부에 금속분말입자(21) 및 바인더(22)를 포함한다.

상기 금속분말입자(21)는 상기 전도성 잉크(20)의 재료와 동일한 재료가 입자화되어 상기 전도성 잉크(20)의 내부에 포함된다. 즉, 상기 전도성 잉크(20)가 은(Ag) 재료의 잉크라면, 상기 금속분말입자(21)는 은(Ag) 입자일 수 있다.

이와 달리, 상기 전도성 잉크(20)는 금(Au), 구리(Cu) 등의 금속 재료의 잉크일 수 있으며, 상기 금속분말입자(21)도 금 입자, 구리 입자 등의 입자일 수 있다. 이와 같이, 상기 금속분말입자(21)가 상기 전도성 잉크(20)와 동일한 재료로 형성되므로, 최종적으로 형성된 금속 패턴 또는 회로 패턴의 내부의 균일성 및 전기 전도성 등의 물리적 특성이 동일하게 유지될 수 있다.

상기 바인더(21)는 폴리에스터(polyester), 아크릴(acrylic)을 포함하여, 상기 사출물과 반응하여 고분자로 변환되고, 이에 따라 상기 사출물과의 결합성이 향상된다. 즉, 상기 바인더(21)는 상기 베이스부(10)와 반응하여 고분자로 변환되며, 상기 베이스부(10)와의 사이에서 바인딩(binding)되는 구조를 형성한다. 그리하여, 상기 바인더(21)에 의해 상기 베이스부(10)와 상기 전도성 잉크(20) 사이의 결합성이 향상될 수 있다.

도 1 및 도 2b를 참조하면, 이 후, 상기 전도성 잉크(20)가 도포된 상기 베이스부(10) 상에 레이저를 조사하여, 상기 전도성 잉크(20)를 경화시켜 금속패턴(30)을 형성한다(단계 S20).

상기 전도성 잉크(20)는 UV 전도성 잉크로서, UV 레이저가 조사되는 부분은 경화되어 금속패턴으로 형성된다. 따라서, 레이저 조사부(200)는 기 입력된 회로 패턴의 형상이 고려된 설정 패스(path)대로 이동하며 상기 전도성 잉크(20) 상에 UV 레이저를 조사한다. 즉, 본 실시예에서 상기 전도성 잉크(20)로 조사되는 레이저는 UV 레이저일 수 있다.

그리하여, 상기 전도성 잉크(20)는 상기 레이저의 조사로 소결되어 금속 패턴으로 형성되며, 이 때, 상기 전도성 잉크(20)에 포함된 상기 바인더(21)는 상기 레이저의 조사에 따라 가열되어 상기 베이스부(10)와의 결합력이 향상된다.

한편, 도 3을 동시에 참조하면, 본 실시예에서는, 상기 레이저 조사부(200)로부터 조사된 레이저는 상기 베이스부(10)에 도포된 상기 전도성 잉크(20)를 투과하면서, 상기 전도성 잉크(20)의 내부에 분포된 상기 금속분말입자(21)에서 산란된다.

즉, 상기 레이저 조사부(200)에서 조사된 레이저(201)는 상기 전도성 잉크(20)의 내부로 수직으로 입사되지만, 상기 금속분말입자(21)가 위치한 곳에서는 상기 금속분말입자(21)에 의해 산란되어 산란 레이저(202)로 상기 전도성 잉크(20)의 내부에서 산란된다.

이와 같이, 상기 금속분말입자(21)에 의해 상기 전도성 잉크(20)의 내부에서 레이저가 산란되면, 상기 산란 레이저(202)는 상기 전도성 잉크(20)의 내부 깊숙하게 조사되거나, 상기 전도성 잉크(20)의 내부에서 다양한 방향으로 분산되며 조사될 수 있다. 그리하여, 상기 전도성 잉크(20)의 내부에 균일하게 상기 산란 레이저(202)가 분산되어, 상기 전도성 잉크(20)는 상대적으로 균일하게 소결되어 금속패턴(30)으로 형성될 수 있다.

특히, 일반적으로 상기 레이저 조사부(200)에서 조사된 레이저(201)는 최대 6μm 정도의 깊이까지면 상기 전도성 잉크(20)의 내부로 투과될 수 있으므로, 상기 전도성 잉크(20)가 6μm 보다 두껍게 도포되는 경우, 상기 전도성 잉크(20)의 소결이 불완전하여 최종적으로 형성되는 금속 패턴(30) 및 회로패턴(40)의 전도성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 상기 전도성 잉크(20)의 내부에 상기 레이저(201)의 산란을 유도하는 금속분말입자(21)가 고르게 분포되어 있으므로, 상기 레이저(201)가 산란되면서 상기 전도성 잉크(20)의 내부까지 균일하게 산란 레이저(202)가 공급될 수 있고, 이에 따라 상기 전도성 잉크(20)가 6μm 보다 두껍게 도포되는 경우에도 균일한 소결이 가능하게 된다.

특히, 본 실시예에서 최종적으로 형성되는 회로패턴(40)이 인테나로 사용되기 위해서는 적어도 20~30μm 두께의 전도성 잉크(20)가 도포되어야 하므로, 상기 금속분말입자(21)의 레이저 산란을 통해 두꺼운 두께의 전도성 잉크(20)의 균일한 소결이 가능하게 된다.

또한, 상기 금속분말입자(21)는 상기 레이저(201)의 산란도를 향상시키기 위한 형상으로 입자화될 수 있으며, 예를 들어, 구형상의 입자일 수 있다. 또한, 상기 금속분말입자(21)의 직경은 예를 들어, 2~5μm 일 수 있다.

도 1 및 도 2c를 참조하면, 이 후, 상기 레이저가 조사되지 않은 상기 전도성 잉크(20)를 제거하여 회로패턴(40)을 형성한다(단계 S30).

즉, 상기 레이저가 조사되지 않은 전도성 잉크(20)는 상기 바인더(21)와 상기 베이스부(10) 사이의 결합력도 상대적으로 약하며, 금속으로 소결되지 않은 잉크(ink) 상태이므로 수용성에칭액 등을 이용하여 용이하게 제거될 수 있다.

그리하여, 최종적으로, 상기 베이스부(10) 상에 금속패턴(30)만 남아, 곧 인테나용 회로 패턴(40)이 상기 사출물인 베이스부(10) 상에 국부적으로 형성된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 사출물에 도포된 전도성 잉크에 레이저를 조사하여 경화시켜 금속 패턴을 형성하므로, 종래에 사출물 상에 금속 패턴을 형성하기 위한 도금 등의 복잡한 공정을 생략할 수 있어, 공정의 효율성 및 생산성의 향상이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 금속패턴 제조방법은 스마트폰 등의 단말기에 형성되는 인테나의 제작에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10 : 베이스부 20 : 전도성 잉크
21 : 금속분말입자 22 : 바인더
30 : 금속패턴 40 : 회로패턴
100 : 도포유닛 200 : 레이저 조사부
201 : 입사 레이저 202 : 산란 레이저

Claims

사출물 상에 금속분말입자를 포함하는 전도성 잉크를 도포하는 단계:
상기 전도성 잉크에 레이저를 조사하여, 상기 전도성 잉크를 경화시켜 금속 패턴을 형성하는 단계:
상기 레이저가 조사되지 않은 부분의 전도성 잉크를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 레이저는 상기 전도성 잉크의 금속분말입자에서 산란되어 상기 전도성 잉크의 내부로 균일하게 입사되고,
상기 금속분말입자는 상기 전도성 잉크와 동일한 물질이 입자화된 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 금속분말입자는 구형상을 가지며, 상기 전도성 잉크의 내부에 분포되는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
삭제
제2항에 있어서,
상기 금속분말입자의 직경은 2~5μm인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크는 UV 전도성 잉크이며, 상기 UV 전도성 잉크에 조사되는 레이저는 UV 레이저인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 전도성 잉크는 바인더를 더 포함하며, 상기 바인더는 상기 사출물과 반응하여 고분자로 변환되어 상기 사출물과의 결합성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 바인더는 폴리에스터(polyester), 아크릴(acrylic)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.