KR101672734B1

KR101672734B1 - 롤투롤 ｉｒ-ｉｐｌ 열처리 장치를 구비하는 인쇄 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101672734B1
Application number: KR1020150014943A
Authority: KR
Inventors: 김인영; 이택민; 권신; 우규희
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-11-08
Also published as: KR20160094491A

Abstract

본 발명은 기존에 비해 공정 속도를 높일 수 있으면서도 기판에의 손상 위험성을 최소화하고 회로 표면 균일도도 향상할 수 있도록 하는, 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

롤투롤 ＩＲ-ＩＰＬ 열처리 장치를 구비하는 인쇄 장치 및 방법 {Printer having roll-to-roll IR-IPL heat treatment apparatus and printing method with the printer}

본 발명은 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄 전자(printed electronics)에 사용되는 인쇄 장치에 있어서 고속의 인쇄 공정을 실현할 수 있도록 개선된 열처리 장치를 구비하는 인쇄 장치에 관한 것이다.

기존의 전자 소자 제작 기술에서는 리소그래피(lithography) 기술이 널리 사용되어 왔다. 그런데 리소그래피 기술을 사용하여 실제 공정을 구성하자면, 진공 증착, 노광, 현상, 도금 또는 에칭 등 다양하고 복잡한 세부 공정들이 필요하여, 공정 설계 및 장치 구성이 복잡해지는 등의 문제가 있었다. 더불어 다양한 분야에서의 미세 기술의 발전으로 인하여, 굳이 포토 리소그래피가 아니고서도 다른 방식으로 집적 회로를 만들 수 있는 방법이 모색되어 왔다.

인쇄 전자 기술이란 간단히 인쇄(printing) 공정을 수행함으로써 전자 소자를 제작하는 방식의 기술이다. 인쇄 전자 기술은 앞서 설명한 포토 리소그래피 공정을 대체함으로써 포토 리소그래피 공정에 내재되어 있는 공정 복잡성을 근본적으로 제거해 줄 수 있기 때문에, 최근 다양한 분야로 적용 범위가 확대되는 등 그에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 활용되고 있는 인쇄 기술로, 비접촉식 인쇄 기술로는 잉크젯, 스프레이, 슬롯다이 코팅 등이 있으며, 접촉식 인쇄 기술로는 그라비아, 그라비아 옵셋, 리버스 옵셋, 스크린 인쇄를 대표적으로 들 수 있다.

인쇄 전자 기술은 다양한 세부 공정들이 필요한 기존의 반도체 공정과는 달리 인쇄 공정 및 열처리 공정만으로 공정 단계가 최소화될 수 있다는 큰 장점이 있으며, 기존의 반도체 공정에서 필수적으로 발생할 수밖에 없었던 식각액 등과 같은 유해성 높은 부산물도 발생하지 않기 때문에 작업자의 건강이나 환경에 끼치는 기존의 악영향 역시 훨씬 낮출 수 있다. 또한 원하는 위치에만 재료를 인쇄할 수 있기 때문에 재료비 또한 크게 절감할 수 있고, 동일 생산 장비를 가지고 변경 설계의 제작이 훨씬 자유롭다는 등 매우 많은 장점을 가지고 있어, 최근 인쇄 전자 기술의 적용이 점차 확대되어 가고 있는 실정이다.

한편, 최근 반도체 제작 기술에 있어서 단단한 재질의 기판이 아닌 유연한 재질의 필름 형태의 기판이 사용되는 경우가 증가하고 있다. 이러한 필름 형태의 기판을 사용할 경우 공정 속도가 증대되어 대량 양산이 가능해지는 장점이 있다. 이 때 여기에 상술한 바와 같은 인쇄 전자 기술이 결합되면 더욱 생산 효율이 증가할 수 있다는 점에서, 이러한 롤투롤(roll-to-roll) 생산 방식과 인쇄 전자 기술의 결합에 대한 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다.

상술한 바와 같은 롤투롤 생산 방식 및 인쇄 전자 기술의 결합은 대면적 인쇄를 통한 생산성 향상을 실현할 수 있게 하나, 현재 공정 속도 향상 문제에 있어 보다 개선이 필요한 실정이다. 앞서 설명한 바와 같이 인쇄 전자 기술에 따른 공정은, 크게 보자면 실제 회로를 인쇄 기법을 통해 기판 위에 형성하는 인쇄 공정과 회로를 형성하는 전도성 잉크를 경화시키는 열처리 공정 이 두 가지로 이루어진다. 그런데, 인쇄 공정에서는 공정 속도가 저하될 요인이 별로 없는 반면 열처리 공정에서 공정 속도의 저하 영향이 크게 일어난다는 점이 잘 알려져 있다.

보다 구체적으로는 다음과 같다. 인쇄 전자 기술에 사용되는 잉크는 도전성 물질이 용매에 녹아 있는 형태로 되어 있으며, 이 잉크가 기판에 회로 형상으로 인쇄된 후에는 용매 증발 및 전기적, 기계적 물성 구현을 위한 건조, 소결 또는 경화 등의 과정이 필요하다. 이러한 건조, 소결 또는 경화 등은 근본적으로는 시료에 에너지를 가하는 것으로서, 구체적으로는 열을 이용하는 방법, 광을 이용하는 방법 등이 있다. 열을 이용하는 방법으로서 대표적으로는 열풍을 이용하는 장치가 널리 사용되며, 광을 이용하는 방법으로서 대표적으로는 한국특허공개 제2013-0110695호("IR(Infra Red) 저열 경화 잉크젯 프린터") 등에 개시된 바와 같이 적외선(infrared, IR) 또는 자외선(ultraviolet, UV) 등을 이용하는 장치가 사용된다.

한편 롤투롤 공정에 사용되는 기판은 필름 형태의 유연 기판인데, 열을 이용하는 방법의 경우 유연 기판이 고분자 재료로 이루어져 있을 때 열처리 온도에 한계가 발생하게 된다. 일반적으로 통상적으로 사용되는 유연 기판의 재질은 PET, PI, PEN 등으로서 열처리 가능 온도 범위는 100~250℃ 정도이다. 도전성 잉크를 충분히 건조, 소결 또는 경화시키기 위해 열처리를 가하는 시간은 온도 자체와 열처리를 가하는 시간에 좌우되는데, 상술한 바와 같이 온도 범위는 제한되어 있기 때문에 (통상적으로 도전성 잉크로 사용되는 물질들을 고려할 때) 물질에 따라 5분에서 1시간 정도로 공정 시간이 걸리게 된다. 이는 대량 생산에 있어서 생산성에 치명적인 문제가 될 정도로 긴 시간이기 때문에, 이러한 공정에 걸리는 시간을 줄여야 할 필요성이 있다.

열을 이용하는 방법에서의 이러한 한계를 극복하기 위해 IPL(Intense Pulsed Light) 기술의 도입이 연구되고 있다. IPL 기술의 원리는 짧은 시간 동안 고에너지의 광을 조사하여 에너지를 인가하는 것으로서, 현재 의학 분야 등에서는 실제 활용도 이루어지고 있는 기술이다. 다만 이러한 회로 제작 공정의 경우 의학 분야에서 요구되는 에너지 레벨 등의 공정 조건이 전혀 다를 수밖에 없기 때문에, 현재 인쇄 전자 기술분야에의 IPL 기술의 최적 적용에 대한 연구 및 논의가 실험실 수준에서 이루어지기 시작하는 실정이다.

IPL 기술을 사용할 경우 ms 단위의 짧은 시간 동안 매우 높은 광에너지를 가함으로써 순간적으로 용매를 제거할 수 있다는 점에서 공정 시간을 줄일 수 있는 큰 장점이 있다. 그러나 실제로는, 이와 같이 용매가 급작스럽게 기화될 경우 제작된 회로에서 표면 불균일 현상이 발생한다는 점이 알려져 있으며, 이는 제품 불량의 원인이 되는 바 이러한 문제를 해결할 필요가 여전히 남아 있다.

1. 한국특허공개 제2013-0110695호("IR(Infra Red) 저열 경화 잉크젯 프린터")

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존에 비해 공정 속도를 높일 수 있으면서도 기판에의 손상 위험성을 최소화하고 회로 표면 균일도도 향상할 수 있도록 하는, 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치는, 권출롤러(111) 및 권취롤러(112)에 의하여 이동되는 유연 기판(500)에, 용매에 전도성 입자가 함유된 형태로 이루어지는 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 인쇄하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 장치에 있어서, 상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되며, 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴을 형성하는 인쇄기(120); 상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되되 상기 인쇄기(120) 후단에 배치되어, 인쇄 패턴에 열처리를 수행하여 경화시키는 열처리기(130); 를 포함하여 이루어지되, 상기 열처리기(130)는, 상기 인쇄기(120) 후단에 배치되며, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매를 IR(infrared)을 조사하여 건조시키는 IR 건조기(131), 상기 IR 건조기(130)의 후단에 배치되며, 상기 IR 건조기(131)에 의하여 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자를 IPL(Intense Pulsed Light)을 이용하여 소결시키는 IPL 소결기(132)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 때 상기 열처리기(130)는, 상기 IR 건조기(131)에 의하여 인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키고, 상기 IPL 소결기(132)에 의하여 잔존된 용매 기화 및 전도성 입자의 소결이 수행되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 열처리기(130)는, 상기 IR 건조기(131)의 길이가 1 ~ 2 m 범위 내로 형성되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 IR 건조기(131)는, 함체 형태로 형성되는 몸체(1311), 상기 몸체(1311) 일측에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 상기 유연 기판(500)을 유입시키는 유입슬릿(1312), 상기 몸체(1311) 타측에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 상기 유연 기판(500)을 배출시키는 배출슬릿(1313), 상기 몸체(1311) 내측 상단에 구비되어 상기 유연 기판(500)으로 IR을 조사하는 다수 개의 IR램프(1314), 상기 몸체(1311) 하부에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 열풍을 유입시키는 열풍유입구(1315), 상기 몸체(1311) 상부에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 공기를 배출하는 공기배출구(1316), 상기 몸체(1311) 내부 상기 유입슬릿(1312) 측에 구비되어 상기 유연 기판(500) 측 온도를 측정하는 기판온도센서(1317), 상기 몸체(1311) 내부 상기 IR램프(1314) 측에 구비되어 상기 IR램프(1314) 측 온도를 측정하는 IR온도센서(1318), 상기 몸체(1311) 내부 상기 열풍유입구(1315) 측에 구비되어 유입되는 열풍 온도를 측정하는 열풍온도센서(1319)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 방법은, 상술한 바와 같은 인쇄 장치를 이용하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 방법에 있어서, 상기 인쇄기(120)에 의하여, 상기 권출롤러(111)로부터 풀려나온 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴이 형성되는 인쇄 단계; 상기 IR 건조기(131)에 의하여, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매가 건조되는 IR 건조 단계; 상기 IPL 소결기(132)에 의하여, 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자가 소결되는 IPL 소결 단계; 상기 IR 건조기(131) 및 상기 IPL 소결기(132)에 의하여 열처리가 완료된 패턴이 인쇄된 상기 유연 기판(500)이 상기 권취롤러(112)에 감기는 전자 소자 제작 완료 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 때 상기 IR 건조 단계는, 인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키도록, 60 ~ 120 초 범위 내의 시간 동안 IR이 조사되도록 이루어질 수 있다.

또한 상기 IPL 소결 단계는, 상기 IR 건조 단계 이후 잔존된 용매를 기화시키고 전도성 입자를 소결시키도록, 10 ~ 20 ms 범위 내의 시간 동안 2 ~ 60 J/cm² 범위 내의 에너지밀도를 가지는 IPL이 조사되도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 인쇄 전자 기술 분야에서의 인쇄 장치에 비하여 열처리 공정 속도를 훨씬 높일 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 현재 롤투롤 인쇄 공정 속도가 수 m/min인 것으로 알려져 있는데, 이를 수십 배 가량 획기적으로 높일 수 있는 효과가 있는 것이다. 물론 이에 따라 기존의 인쇄 장치에서 열처리 공정에서 지나치게 많은 시간을 소비함으로써 생산성 향상에 있어서의 한계가 있었던 문제를 해소하여, 결과적으로는 생산성 및 경제성을 크게 향상할 수 있는 큰 효과가 있다.

뿐만 아니라 본 발명에 의하면, IR 건조기를 이용하여 저열 공정에 의해 용매를 먼저 어느 정도 증발시킨 후 IPL 소결기를 이용하여 도전성 나노 입자의 소결을 진행함으로써, 기존에 IPL만을 이용하여 잉크 경화 시 용매의 급작스런 기화로 인하여 발생되던 표면 불균일 악영향을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다. 더불어 이로 인하여 결과적으로 최종 생산되는 제품의 불량률을 효과적으로 낮출 수 있다.

한편 기존의 열풍 건조기만을 사용하는 경우 공정에 걸리는 시간을 고려하여 열처리 장치 자체의 길이가 매우 길어짐으로써, 공정 설비가 차지하는 공간이 지나치게 커지는 문제가 있었다. 반면 본 발명에서는 상술한 바와 같이 IR 건조 - IPL 소결의 과정을 거치므로, 열풍 건조만으로 걸리던 긴 시간을 줄일 수 있으며, 이에 따라 건조기 자체의 부피를 크게 줄일 수 있어, 공정 설비 공간에서의 공간 활용성을 극대화할 수 있는 큰 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 인쇄 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 인쇄 장치에서의 IR 건조기 구성의 한 실시예.
도 3은 종래의 인쇄 장치 및 본 발명의 인쇄 장치의 비교예.
도 4는 본 발명의 인쇄 방법의 흐름도.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 인쇄 장치의 개략도를 도시하고 있다. 본 발명에 의한 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치(100)는, 기본적으로 권출롤러(111) 및 권취롤러(112)에 의하여 이동되는 유연 기판(500)에, 용매에 전도성 입자가 함유된 형태로 이루어지는 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 인쇄하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 장치이다. 앞서 설명한 바와 같이 이러한 전자 소자 제작을 위한 인쇄 장치는 일반적으로 인쇄기(120)로 인쇄 패턴을 형성하고, 열처리기(130)로 인쇄 패턴을 경화하여 고정함으로써 전자 소자 제작을 완료하도록 이루어진다.

상기 인쇄기(120)는, 도시된 바와 같이 상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되며, 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴을 형성하는 역할을 한다. 상기 인쇄기(120)의 형태는 다양하게 이루어질 수 있는데, 일반적으로 널리 사용되는 인쇄 기법인 스크린 인쇄, 그라비아 옵셋 인쇄, 리버스 그라비아 옵셋 인쇄 등의 기법이 적용될 수 있다. 물론 각 기법에 따라 상기 인쇄기(120)의 세부적인 형태는 그에 맞게 달라질 수 있으며, 상기 인쇄기(120)의 구체적인 구성은 각 인쇄 기법에 따라 개시되어 있는 인쇄 장치의 구성을 적절히 채용할 수 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.

상기 열처리기(130)는, 상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되되 상기 인쇄기(120) 후단에 배치되어, 인쇄 패턴에 열처리를 수행하여 경화시키는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 상기 인쇄기(120)는, 용매에 전도성 입자가 함유된 형태로 이루어지는 전도성 잉크를 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄하여 패턴을 형성한다. 이 때 이 전도성 잉크가 액체 상태를 유지하고 있는 상태에서 상기 유연 기판(500)이 상기 권취롤러(112)에 감기게 되면 전도성 잉크로 형성된 인쇄 패턴이 망가지므로, 전도성 잉크 내 용매를 기화시켜 전도성 입자만으로 된 회로 패턴이 형성되도록 하여야 한다. 이렇게 하기 위하여 열처리가 이루어지는 것으로, 상기 열처리기(130)는 즉 전도성 잉크 내 용매를 제거하고 전도성 입자는 서로 연결되면서 상기 유연 기판(500) 상에 안정적으로 고정시키는 역할을 하는 것이다.

종래에는, 이 열처리기에 있어서 앞서 설명한 바와 같이 열풍을 이용하여 건조하는 방식이 널리 사용되었다. 이 때 PET, PI, PEN 등과 같은 고분자 재료로 이루어지는 유연 기판(500)의 열처리 가능 온도 범위는 100~250℃인 바, 전도성 잉크 내 용매를 충분히 기화시키고 전도성 입자를 고정시키기 위해서는 수 내지 수십 분 가량의 시간이 소비되었다. 이에 따라 인쇄 공정이 빠르게 이루어진다 해도 열처리 공정에 걸리는 시간 때문에 결과적으로 전체 공정 시간이 불필요하게 증가하는 문제가 있었던 것이다.

유연 기판(500) 재질의 문제로 인한 열처리 가능 온도 범위의 한계를 극복하기 위해, 짧은 시간 동안 강한 광을 조사함으로써 유연 기판(500)에 변형이 발생하기 전에 전도성 잉크의 건조를 완료시킬 수 있도록 하는 IPL(Intense Pulsed Light) 기법도 기존에 인쇄 전자 기술에 적용하고자 하는 시도가 이루어졌다. 그러나 IPL 기법의 경우 급작스러운 용매의 기화로 인하여 잔존된 전도성 입자로 이루어지는 인쇄 패턴의 표면이나 테두리가 균일하게 형성되지 못하게 되는 문제가 있었으며, 이는 제품 불량률을 높이는 원인이 되었다.

본 발명에서는, 이러한 종래의 기법들을 적절히 조합함으로써, 기존에 비해 열처리 시간을 획기적으로 줄이면서도 인쇄 패턴의 표면 균일도 역시 적절한 수준으로 확보할 수 있도록, 상기 열처리기(130)가 IR 건조기(131) 및 IPL 소결기(132)로 이루어지도록 한다.

상기 IR 건조기(131)는, 상기 인쇄기(120) 후단에 배치되며, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매를 IR(infrared)을 조사하여 건조시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 상기 IR 건조기(131)에 의하여 인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키도록 이루어진다.

상기 IPL 소결기(132)는, 상기 IR 건조기(130)의 후단에 배치되며, 상기 IR 건조기(131)에 의하여 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자를 IPL(Intense Pulsed Light)을 이용하여 소결시키는 역할을 한다. 이 때, 앞서 설명한 바와 같이 전도성 잉크 내 용매 전체를 상기 IPL 소결기(132)만을 이용하여 기화시킬 경우 많은 양의 용매가 급작스럽게 기화됨으로써 표면 불균일 현상이 발생하게 된다. 그러나 본 발명에서는, 인쇄 패턴이 형성된 상기 유연 기판(500)이 상기 IPL 소결기(132)로 유입되기 전에, 상기 IR 건조기(130)를 이용하여 미리 용매 일부를 기화시킴으로써, 상술한 바와 같은 급작스러운 용매의 기화에 의한 표면 불균일 현상 발생 경향을 훨씬 억제할 수 있다. 즉 상기 IPL 소결기(132)에 의하여 잔존된 용매 기화 및 전도성 입자의 소결이 수행됨으로써, 기존에 IPL만을 이용하여 인쇄 패턴을 경화시킬 경우 발생하게 되는 표면 불균일 문제를 해소하여, 원하는 정도의 적절한 표면 균일도를 확보하는 인쇄 패턴 제작을 실현할 수 있는 것이다.

즉 본 발명에서는, 기존에 IR만을 이용하거나 또는 IPL만을 이용할 경우 각각 발생되는, 지나친 공정 시간 필요 문제 또는 표면 불균일 발생 문제를 해소하도록, IR 건조기 및 IPL 소결기를 순차적으로 사용하여 전도성 잉크를 경화시키되, 그 적절한 비율을 맞추어 줌으로써 공정 시간 단축 및 표면 균일도 확보의 최적화를 이룰 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 인쇄 장치에서의 IR 건조기 구성의 한 실시예를 도시한 것이다. 상기 IR 건조기(131)는, 도시된 바와 같이 몸체(1311) 내에 다수 개의 IR램프(1314)가 구비되어 유연 기판(500)에 열을 가할 수 있도록 이루어진다. 보다 구체적으로 각부에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 몸체(1311)는 도시된 바와 같이 함체 형태로 형성되어, 어느 정도 내부와 외부를 격리할 수 있도록 이루어진다. 이에 따라 상기 몸체(1311) 내부의 온도가 외부의 온도보다 높게 형성된 상태가 잘 유지될 수 있다. 상기 몸체(1311)에는, 상기 몸체(1311) 일측에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 상기 유연 기판(500)을 유입시키는 유입슬릿(1312) 및 상기 몸체(1311) 타측에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 상기 유연 기판(500)을 배출시키는 배출슬릿(1313)이 구비되어, 상기 유연 기판(500)의 유입 및 배출이 원활하게 이루어질 수 있다. 상기 슬릿들(1312)(1313)은 물론, 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄에 의하여 전도성 잉크로 형성되어 있는 인쇄 패턴을 손상시키지 않도록, 상기 유연 기판(500)의 두께 및 인쇄 패턴의 두께 합보다 크게 이루어진다.

상기 IR램프(1314)는 상기 몸체(1311) 내측 상단에 구비되어 상기 유연 기판(500)으로 IR을 조사하도록 이루어지며, 넓은 면적에 대하여 고르게 열을 조사할 수 있도록, 도시된 바와 같이 다수 개가 정렬되어 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 IR램프(1314)만으로 열에너지를 가할 경우 전도성 잉크의 상면에만 열이 가해지게 되어 인쇄 패턴 내 용매의 균일한 기화가 이루어지지 못할 수 있으므로, 하측에서 열풍을 가해줄 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상기 열처리기(131)에는, 상기 몸체(1311) 하부에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 열풍을 유입시키는 열풍유입구(1315)가 구비되도록 한다. 또한 유입된 열풍으로 인하여 상기 몸체(1311) 내부의 기압이 상승하는 것을 방지하도록, 상기 몸체(1311) 상부에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 공기를 배출하는 공기배출구(1316)도 함께 구비되도록 한다. 도 2에서는 상기 열풍유입구(1315) 및 상기 공기배출구(1316)가 단일 개씩 구비되는 것으로 도시되었으나, 균일한 열풍 유입 및 공기 배출을 위해 다수 개가 분산 배치되어 구비될 수도 있으며, 또한 공기를 강제 송풍하는 블로워들이 상기 열풍유입구(1315) 및 상기 공기배출구(1316) 각각에 더 구비될 수도 있는 등, 다양하게 변경 실시될 수 있다.

이처럼 상기 IR 건조기(131) 내에는 IR 조사 및 열풍 유입에 의하여 지속적이고 균일한 열에너지가 가해지게 되는데, 이 때 상기 몸체(1311) 내부의 온도가 지나치게 높아지게 되면 상기 유연 기판(500)을 구성하는 재질인 고분자 재료에 변형이 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 상기 IR램프(1314)의 IR 조사량 및 열풍유입구(1315)로의 열풍 유입량을 적절히 조절하여야 하는데, 이러한 조절 제어를 위해 각부의 온도를 측정할 수 있도록 온도센서들(1317)(1318)(1319)이 더 구비된다. 보다 구체적으로는, 상기 몸체(1311) 내부 상기 유입슬릿(1312) 측에 구비되어 상기 유연 기판(500) 측 온도를 측정하는 기판온도센서(1317), 상기 몸체(1311) 내부 상기 IR램프(1314) 측에 구비되어 상기 IR램프(1314) 측 온도를 측정하는 IR온도센서(1318), 상기 몸체(1311) 내부 상기 열풍유입구(1315) 측에 구비되어 유입되는 열풍 온도를 측정하는 열풍온도센서(1319)가 구비될 수 있다. 도 2에서는 이러한 온도센서들(1317)(1318)(1319)이 종류별로 단일 개씩 도시되어 있으나, 물론 상기 온도센서들(1317)(1318)(1319)은 각각 다수 개가 구비될 수도 있는 등, 다양하게 변경 실시될 수 있다.

도 3은 종래의 인쇄 장치 및 본 발명의 인쇄 장치의 비교예를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 인쇄 장치에서는, IR 및 열풍만을 이용하여 건조를 수행하던 종래의 인쇄 장치와는 달리, IR 및 열풍을 이용하여 용매 일부만을 기화시켜 건조하고, 나머지는 IPL을 이용하여 잔존 용매의 기화 및 전도성 입자의 소결이 이루어지도록 한다. 즉, 종래의 인쇄 장치의 경우 훨씬 많은 건조 소결 시간이 필요함에 따라 열풍 건조기의 길이가 매우 길게 이루어져야 했다. 그러나 본 발명에서는 상기 IR 건조기(131)가 용매 일부만을 기화시켜도 되기 때문에, 도시된 바와 같이 종래의 인쇄 장치에 구비되던 IR 건조기에 비하여 훨씬 짧게 형성되어도 된다. 보다 구체적으로는, 본 발명에서는 상기 열처리기(130)에서 상기 IR 건조기(131)의 길이가 1 ~ 2 m 범위 내로 형성될 수 있다.

상기 열처리기(130)는 앞서 설명한 바와 같이 상기 IR 건조기(131) 및 상기 IPL 소결기(132)가 순차적으로 배열된 형태로 이루어지나, 상기 IR 건조기(131)의 길이가 기존에 비해 훨씬 줄어들 뿐만 아니라, 상기 IPL 소결기(132)는 그 자체의 부피가 크지 않기 때문에, 본 발명의 IR-IPL 하이브리드 방식으로 된 상기 열처리기(130)는 종래의 열풍 건조기에 비하여 훨씬 짧게 이루어질 수 있다. 물론 이에 따라, 본 발명의 구성을 적용할 경우 인쇄 설비가 차지하는 공간을 크게 절약할 수 있어, 설비 공간의 공간 활용성이 극대화되는 효과도 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명의 인쇄 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 앞서 인쇄 장치(100)에서 이루어지는 공정 단계와 유사하므로 간략히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 방법은, 상술한 바와 같은 인쇄 장치를 이용하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 방법으로서, 인쇄 단계, IR 건조 단계, IPL 소결 단계, 전자 소자 제작 완료 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 인쇄 단계에서는, 상기 인쇄기(120)에 의하여, 상기 권출롤러(111)로부터 풀려나온 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴이 형성된다.

상기 IR 건조 단계에서는, 상기 IR 건조기(131)에 의하여, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매가 건조된다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키도록 하기 위해서, 구체적으로는 60 ~ 120 초 범위 내의 시간 동안 IR가 조사되는 것이 바람직하다.

상기 IPL 소결 단계에서는, 상기 IPL 소결기(132)에 의하여, 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자가 소결된다. 이 때에도 앞서 설명한 바와 같이, 상기 IR 건조 단계 이후 잔존된 용매를 기화시키고 전도성 입자를 소결시키도록, 10 ~ 20 ms 범위 내의 시간 동안 2 ~ 60 J/cm² 범위 내의 에너지밀도를 가지는 IPL이 조사되는 것이 바람직하다.

상기 전자 소자 제작 완료 단계에서는, 상기 IR 건조기(131) 및 상기 IPL 소결기(132)에 의하여 열처리가 완료된 패턴이 인쇄된 상기 유연 기판(500)이 상기 권취롤러(112)에 감김으로써, 전자 소자의 제작이 완료된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: (본 발명의) 인쇄 장치
111: 권출롤러 112: 권취롤러
120: 인쇄기 130: 열처리기
131: IR 건조기 132: IPL 소결기
1311: 몸체 1312: 유입슬릿
1313: 배출슬릿 1314: IR램프
1315: 열풍유입구 1316: 공기배출구
1317: 기판온도센서 1318: IR온도센서
1319: 열풍온도센서
500: 유연 기판

Claims

권출롤러(111) 및 권취롤러(112)에 의하여 이동되는 유연 기판(500)에, 용매에 전도성 입자가 함유된 형태로 이루어지는 전도성 잉크를 사용하여 패턴을 인쇄하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 장치에 있어서,
상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되며, 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴을 형성하는 인쇄기(120);
상기 권출롤러(111) 및 상기 권취롤러(112) 사이에 배치되되 상기 인쇄기(120) 후단에 배치되어, 인쇄 패턴에 열처리를 수행하여 경화시키는 열처리기(130);
를 포함하여 이루어지되, 상기 열처리기(130)는
상기 인쇄기(120) 후단에 배치되며, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매를 건조시키되, 함체 형태로 형성되어 상기 유연 기판(500)을 통과시키면서 상기 유연 기판(500)의 상부로부터 IR(infrared)을 조사하고 하부로부터 열풍을 유입시켜 용매를 건조시키도록 이루어지는 IR 건조기(131),
상기 IR 건조기(130)의 후단에 배치되며, 상기 IR 건조기(131)에 의하여 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자를 IPL(Intense Pulsed Light)을 이용하여 소결시키는 IPL 소결기(132)
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서, 상기 열처리기(130)는
상기 IR 건조기(131)에 의하여 인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키고,
상기 IPL 소결기(132)에 의하여 잔존된 용매 기화 및 전도성 입자의 소결이 수행되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서, 상기 열처리기(130)는
상기 IR 건조기(131)의 길이가 1 ~ 2 m 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치.
제 1항에 있어서, 상기 IR 건조기(131)는
함체 형태로 형성되는 몸체(1311),
상기 몸체(1311) 일측에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 상기 유연 기판(500)을 유입시키는 유입슬릿(1312),
상기 몸체(1311) 타측에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 상기 유연 기판(500)을 배출시키는 배출슬릿(1313),
상기 몸체(1311) 내측 상단에 구비되어 상기 유연 기판(500)으로 IR을 조사하는 다수 개의 IR램프(1314),
상기 몸체(1311) 하부에 형성되어 상기 몸체(1311) 내로 열풍을 유입시키는 열풍유입구(1315),
상기 몸체(1311) 상부에 형성되어 상기 몸체(1311)로부터 공기를 배출하는 공기배출구(1316),
상기 몸체(1311) 내부 상기 유입슬릿(1312) 측에 구비되어 상기 유연 기판(500) 측 온도를 측정하는 기판온도센서(1317),
상기 몸체(1311) 내부 상기 IR램프(1314) 측에 구비되어 상기 IR램프(1314) 측 온도를 측정하는 IR온도센서(1318),
상기 몸체(1311) 내부 상기 열풍유입구(1315) 측에 구비되어 유입되는 열풍 온도를 측정하는 열풍온도센서(1319)
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 장치.
제 1항에 의한 인쇄 장치를 이용하여 전자 소자를 제작하는 인쇄 방법에 있어서,
상기 인쇄기(120)에 의하여, 상기 권출롤러(111)로부터 풀려나온 상기 유연 기판(500) 상에 인쇄를 통해 전도성 잉크로 이루어지는 인쇄 패턴이 형성되는 인쇄 단계;
상기 IR 건조기(131)에 의하여, 상기 인쇄기(120)에 의하여 만들어진 인쇄 패턴의 용매가 건조되는 IR 건조 단계;
상기 IPL 소결기(132)에 의하여, 용매가 건조된 인쇄 패턴에 잔존된 전도성 입자가 소결되는 IPL 소결 단계;
상기 IR 건조기(131) 및 상기 IPL 소결기(132)에 의하여 열처리가 완료된 패턴이 인쇄된 상기 유연 기판(500)이 상기 권취롤러(112)에 감기는 전자 소자 제작 완료 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 방법.
제 5항에 있어서, 상기 IR 건조 단계는
인쇄 패턴 내 용매를 80 ~ 100 % 범위 내의 양만큼 기화시키도록,
60 ~ 120 초 범위 내의 시간 동안 IR가 조사되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 방법.
제 5항에 있어서, 상기 IPL 소결 단계는
상기 IR 건조 단계 이후 잔존된 용매를 기화시키고 전도성 입자를 소결시키도록,
10 ~ 20 ms 범위 내의 시간 동안 2 ~ 60 J/cm² 범위 내의 에너지밀도를 가지는 IPL이 조사되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 IR-IPL 열처리기를 사용하는 인쇄 방법.