KR20130038425A - 미세 인쇄전자 제작 기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 인쇄전자 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 늘어나거나 임계점 이상의 열 및 빛으로 수축되는 기판을 사용하고 접촉 및 비접촉으로 인쇄한 후 수축시켜 보다 미세한 선폭과 크기를 갖는 인쇄 전자 기술에 관한 것이다.

Description

미세 인쇄전자 제작 기술{Manufacture technology of fine printed electronics}

본 발명은 미세 인쇄전자 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 늘어나거나 임계점 이상의 열 및 빛으로 수축되는 기판을 사용하고 접촉 및 비접촉으로 인쇄한 후 수축시켜 보다 미세한 선폭과 크기를 갖는 인쇄 전자 기술에 관한 것이다.

어렸을 때 풍선을 불어 크게 부풀린 후 글씨를 쓴 다음 바람을 빼게 되면 원래 글씨 크기보다 훨씬 작게 줄어드는 것을 볼 수 있다.

뿐만 아니라 노출된 전선을 감싸는 피복에도 수축되는 튜브가 사용되는데, 보통 전선 두께보다 두꺼운 지름의 수축튜브를 사용하고 피복할 부분에 위치시킨 후 열을 가하면 부피가 줄어들면서 전선을 꽉 조여주는 역할을 하는 것을 볼 수 있다.

요즘 다양한 곳에 고분자 및 저분자의 폴리머가 사용되고 있다.

최근에 구부릴 수 있는 플렉서블한 기판으로써 태양전지, 발광소자, 디스플레이 제품 등에 사용되고 있다. 뿐만 아니라 인쇄전자 기판에도 사용이 되고 있다.

하지만 접촉 및 비접촉 방식의 한계로 현재 수 ?m의 선폭이 한계이며 이로 인해 저항 및 미세한 패턴 등에 영향이 미치는데 상기의 수축되는 기판을 사용할 경우 현재보다 월등히 미세하게 인쇄가 가능할 것으로 판단된다.

종래의 기술은 고정된 크기의 얇은 플라스틱, 종이, 섬유 등의 소재에 접촉 및 비접촉 방식으로 인쇄하는 방법이지만, 본 발명에서는 인쇄 후에 열 및 빛으로 기판을 수축시켜 보다 미세한 선폭과 구조를 갖는 인쇄 방식을 제시한다.

기본적으로 플라스틱, 종이, 섬유 등으로 사용된 기판은 늘어나거나 수축되지 않은 소재이다.

이 기판 소재를 열 수축 튜브 및 필름에 사용되는 폴리염화 비닐이나 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 플라스틱 그리고 폴리스티렌, 폴리에스테르, 염화비닐리덴 필름 등으로 사용하거나 두 가지를 섞는 형태로 재가공하여 수축 기판을 제작하게 된다.

일반적으로 사용되는 접촉 방식 및 비접촉 방식을 사용하여 수축 기판에 회로를 인쇄하게 된다.

인쇄 후에 열이나 빛을 가하여 기판이 처음 크기보다 수축되게 만든다.

수축될 때 인쇄된 부분 또한 줄어들게 되며 수축되는 정도에 따라 수 ?m 이하의 선폭 및 해상도를 갖는 기술로 사용될 수 있다.

현재 인쇄전자 기술에서 최소 선폭은 약 수 ?m 정도이다.

하지만 수축되는 기판에 인쇄하면 수축 정도에 따라 sub-?m의 미세한 선폭 및 해상도를 갖는 인쇄전자 기술을 확립할 수 있다.

수축된 정도에 따라 금속 입자들은 더 치밀하게 근접하며 어닐링 과정으로 더 나은 전도 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 더 적은 양의 금속 잉크를 사용할 수 있다.

도 1은 이해를 돕기 위해 간략히 도식화된 신축성 기판을 사용한 인쇄 과정이다.
도 2는 기판에 인쇄를 한 후 열 및 빛을 가하여 수축시키고 보다 미세한 선폭의 인쇄와 해상도를 갖는 인쇄 방식을 나타낸다.
도 3은 요철로 제작된 점 및 선 형태의 기판을 평평하게 만들고 인쇄한 후 원 상태로 돌아오게 하는 인쇄 방식을 나타낸다.
도 4는 도3에 언급된 선 형태로 접힌 기판 및 요철 형태의 기판을 나타내며, 원 상태뿐만 아니라 육각형, 사각형 등의 다각형 모양으로 제작될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하기 때문에 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.

본 발명에서 기판은 플라스틱, 섬유, 고무, 폴리머 기판을 말하지만 플렉서블하거나 고정된 기판이 아닌 수축되는 기판(1,5,7,9,10)으로 구성된다.

인쇄하는 방식은 접촉식으로 롤투롤 방식 혹은 비접촉식으로 프린팅 방법 등으로 Ag, Au, Cu 등의 금속 입자를 원하는 크기 및 모양으로 인쇄하게 된다.

도 1에서의 경우, 늘어나고 수축되는 기판을 사용하며 진공 흡착하여 늘이거나 기계적으로 혹은 풍선처럼 공기를 주입하여 원래 면적보다 늘린 후 상기의 방식으로 인쇄하게 된다. 그리고 늘린 시편을 수축되게 만들면 일정한 면적만큼 줄어들게 되며 인쇄한 면적보다 미세한 선폭 및 형태를 갖도록 만들 수 있다.

도 2의 경우, 늘릴 필요가 없는 기판이며 열을 가하거나 빛으로써 기판을 수축시킬 수 있는 기판이다. 수축시키기 전에 원하는 모양으로 인쇄를 한 후 수축시켜 더 미세한 인쇄 회로를 제작할 수 있다.

도 3의 경우, 기판 자체를 주름이 가게 혹은 원형, 팔각형 등 다각형으로 엠보싱 형태로 제작한 후 기판을 늘린다. 늘어난 기판 위에 인쇄를 한 후 수축시키면 줄어든 면적 및 요철 부분은 상대적으로 밀착하게 됨으로 고밀도의 미세한 인쇄회로를 만들 수 있다.

도 4의 경우, 도 3의 예제로 선 형태로 주름이 간 기판의 경우 9를 나타내고 엠보싱 형태의 기판은 10을 나타낸다.

현재 기판에는 투명 플라스틱이나 그 외의 다양한 폴리머 기판, 종이, 섬유 등으로 응용되고 있으며, 이 수축 기판을 위해서 기존의 투명 플라스틱, 폴리머 기판을 올레핀계 플라스틱인 폴리염화 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 혹은 폴리스티렌, 폴리에스테르, 염화비닐리덴으로 사용하거나 이를 섞어 제작할 수 있다.

1: 기판
2: 1 기판이 흡착된 상태로 혹은 기계적으로 늘어난 상태.
3: 늘어난 기판 위에 접촉 및 비접촉 방식으로 인쇄된 금속, 비금속, 반도체 입자 및 박막.
4: 기판이 수축됨과 동시에 줄어든 인쇄된 입자 및 박막.
5: 수축 기판
6: 열 및 빛을 가하여 수축된 기판.
7: 요철 형태로 제작된 기판의 단면.
8: 힘을 가하여 평평하게 펴진 기판 7.
9: 선 형태의 7 기판.
10: 원 형태 및 다각형 형태의 7 기판.

Claims (3)

1. a) 늘어나거나 수축이 가능한 기판에 금속(metal), 유전체(dielectric), 반도체(semiconductor) 입자를 접촉 및 비접촉 방식으로 제공하는 단계;
   b) 열처리 및 빛(레이저, 발광 다이오드)을 제공하거나 압력 및 기계적인 힘을 제거함으로써 기판을 수축시키는 단계;
   c) 열처리 및 빛(레이저, 발광 다이오드)를 이용하여 금속 입자를 신터링 (sintering)하는 단계;
   를 포함하는 미세 인쇄 기술.
   
2. 제 1항에 있어서, 수축이 가능한 기판으로 폴리염화 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 (PS), 폴리에스테르, 염화비닐라덴, 아크릴, 불소수지 등의 플라스틱 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS) 및 저분자 및 고분자 폴리머인 그라핀, 그라파이트, 카본나노튜브, 실리콘 수지, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 Ag, Au, Cu, Al, Ni 금속입자 및 TiO2, SnO2, ZrO2, SiO2, CIGS, CIS, CISSe 등의 반도체입자 및 이의 합금 또는 합성된 재료의 인쇄를 포함하는 미세 인쇄 기술.
   
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 금속 입자의 크기는 1 내지 500nm 범위인 것을 특징으로 하며, 인쇄하고 수축된 후 선폭이 1 내지 9000 nm 범위인 것을 특징으로 하며, 두께는 1 내지 5000 nm 범위인 것을 특징으로 하는 미세 인쇄 기술.
   

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