KR20140088169A - 전도성 패턴 형성 방법 - Google Patents

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conductive
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히로시 우치다
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

전도성 패턴의 전도성을 향상시킬 수 있는 전도성 패턴 형성 방법이 제공된다. 금속 산화물 입자, 환원제, 및/또는 금속 입자를 포함하는 합성물(잉크)을 기판(10)의 표면 상에 인쇄함으로써 잉크층(12)이 형성되고, 잉크층(12)이 광 조사 또는 마이크로파 조사에 의해 가열되어 가열된 부분 상에 전도성이 발현되고, 잉크층(12)이 전도층(14)으로 변환된다. 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자가 단시간에 급속히 가열되고, 광 조사 또는 마이크로파 조사 동안 기포가 생성되어 전도층(14) 내에 공극이 생성되므로, 전도성 패턴(18)을 얻기 전에 공극을 분쇄하여 전도층(14)의 전도성을 향상시키기 위해, 적절한 가압 장치(16)에 의해 전도층(14)이 가압된다. 전도층(14)이 가압될 때, 전도층(14)이 형성되는 기판의 표면 상에 절연 보호 필름(20)이 함께 가압 밀봉될 수 있다.

Description

전도성 패턴 형성 방법{CONDUCTIVE PATTERN FORMATION METHOD}
본 발명은 향상된 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
종래, 구리박과 포토레지스트를 결합하는 리소그래피 방법에 의해 회로 패턴을 형성하는 방법이 미세한 회로 패턴을 제작하기 위한 기술로서 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나 이러한 방법은 많은 수의 공정이 필요하고 폐수/폐액 처리의 비용이 높으므로, 환경적 사안을 고려하여 방법의 향상이 요구되고 있다. 또한, 패턴을 형성하기 위해, 가열 증착 방법 또는 스퍼터링 방법에 의해 제조된 금속 박막이 가공되는 포토리소그래피 방법을 사용하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 가열 증착 방법 및 스퍼터링 방법을 위해 진공 환경이 필수적이고, 비용이 매우 높으므로, 배선 패턴에 이 기술이 적용되면 제조 비용을 감소시키기 어렵다.
따라서, (환원제를 사용하여 금속으로 환원될 수 있는 산화 금속을 포함하는 잉크를 포함하는) 금속 잉크를 사용하여 인쇄함으로써 회로를 제조하는 기술이 제안된다. 인쇄에 의한 회로 형성 기술은 낮은 비용 및 높은 속도로 양질의 제품을 제조할 수 있으므로, 전자 장치를 제조하는 실용적인 방법이 몇몇 제조자에 의해 이미 연구되고 있다.
그러나, 가열로를 사용하여 금속 잉크를 가열하고 소결하는 방법에 따르면, 가열 공정이 시간 소모적 공정이고, 플라스틱 기판이 금속 잉크를 소결하기 위해 필요되는 가열 온도를 견딜 수 없으면, 플라스틱 기판이 견딜 수 있는 온도에서 소결할 수 밖에 없어, 만족스러운 전도성이 달성될 수 없다는 문제가 제기된다.
따라서, 특허문헌 1~ 특허문헌 3에 설명된 바와 같이, 나노 입자를 포함하는 합성물(잉크)을 광 조사에 의해 금속 와이어로 변환하여 사용하는 시도가 이루어져 왔다.
가열을 위해 광 에너지 또는 마이크로파를 사용하는 방법은 잉크 부분만 가열할 수 있어 매우 좋은 방법이지만, 금속 입자 자체가 사용될 경우, 얻어진 전도성 필름의 전도성이 만족스럽게 향상되지 않는 문제, 또는 산화 구리가 사용될 경우, 얻어진 전도성 필름의 공극의 비율이 크거나 산화 구리의 일부가 환원되지 않고 산화 구리 입자로 남아있는 문제가 일어날 수 있다.
또한, 지름이 1㎛ 이하인 금속 또는 금속 산화물 입자가 소결을 위해 사용될 필요가 있어, 그러한 나노 입자의 준비가 많은 비용을 발생시키는 문제가 제기된다.
또한, 특허문헌 4는 전도성 미립자로 채워진 접착성 물질을 분산적 방식으로 가압하면서 접착성 물질을 가열함으로써, 유연성을 갖는 필름 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 기술을 개시하지만, 그러한 가압 공정은 광 조사 또는 마이크로파 조사에 의해 수행되는 가열 공정에 적용될 수 없다.
일본 특허 공개 제 2008-522369 호 국제 특허 공개 제 WO 2010/110969 호 일본 특허 공개 제 2010-528428 호 일본 특허 공개 제 2008-124446 호
일반적으로, 기판 상에 형성되는 전도성 패턴은 전도성을 증가시킴(체적 저항률을 감소시킴)과 함께 보다 높은 성능을 갖는 것으로 생각된다. 따라서, 종래 기술에 의해 형성되는 전도성 패턴의 전도성을 더욱 향상시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 (환원제를 사용하여 금속으로 환원될 수 있는 산화 금속을 포함하는 잉크를 포함하는) 금속 잉크를 사용하는 인쇄에 의해 형성된 전도성 패턴의 전도성을 향상시킬 수 있는 전도성 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
[과제의 해결 수단]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시형태는, 금속 산화물 입자, 환원제, 및/또는 금속 입자를 포함하는 합성물을 기판의 표면 상에 인쇄하고, 내부 열 생성 시스템에 의해 인쇄된 합성물의 적어도 일부를 가열하여 가열된 부분 상에 전도성이 발현되도록 하고, 전도성을 발현하는 부분을 가압하여 전도성 패턴을 얻는 것을 포함하는 전도성 패턴 형성 방법이다.
가압 공정에서, 전도성을 발현하는 부분이 가압될 때, 전도성 패턴이 형성된 기판의 표면 상에 절연 보호 필름이 함께 가압 밀봉된다.
내부 열 생성 시스템은 광 조사에 의해 가열하거나 또는 마이크로파 조사에 의해 가열한다.
금속 입자용 재료는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 코발트이며, 금속 산화물 입자용 재료는 산화 은, 산화 구리, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 아연, 산화 주석, 또는 산화 인듐 주석이다.
합성물에 조사되는 광은 200~3000㎚의 파장을 갖는 펄스광이다.
합성물에 조사되는 마이크로파는 1m~1㎜의 파장을 갖는다.
환원제는 폴리하이드릭 알콜 또는 카르복시산이다. 폴리하이드릭 알콜로서, 폴리알킬렌 글리콜, 폴리글리세린 및 폴리알킬렌 글리콜과 같은 저 분자 중량 폴리하이드릭 알콜이 사용될 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면, 전도성 필름의 전도성을 향상시킬 수 있는 전도성 패턴 형성 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전도성 패턴 형성 방법의 공정도이다.
도 2는 펄스광의 정의를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 전도성 패턴 형성 장치의 개략도이다.
도 4는 가압 이전 및 이후의 전도성 필름의 SEM 사진을 도시하는 도면이다.
도 5는 가압 이전 및 이후의 전도성 필름의 SEM 사진을 도시하는 도면이다.
도 6은 가압 이전 및 이후의 전도성 필름의 SEM 사진을 도시하는 도면이다.
도 7은 가압 이전 및 이후의 전도성 필름의 SEM 사진을 도시하는 도면이다.
도 8은 인쇄, 가열, 및 가압 공정을 나타내는 도면이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시형태라 한다)를 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1(a)~도 1(e)는 일 실시형태에 따른 전도성 패턴 형성 방법의 공정도를 도시한다. 도 1에 있어서, 기판(10)이 준비되고(a), 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자, 및 환원제를 포함하는 합성물(잉크)이 소정 패턴으로 기판(10) 상에 인쇄되어 잉크층(12)을 형성한다(b). 패턴의 형상에 대해 특별한 제한은 없다. 패턴은 배선 패턴 또는 평평하고 균일한 패턴일 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 전도성 패턴은 패턴으로 형성되는 금속의 전도성 금속 박막인 전도성 필름이고, 필름은 바인더 수지 내에 분산된 금속 입자 또는 금속 산화물 입자를 갖는 합성물을 인쇄 패턴으로 형성하고, 인쇄 패턴을 광 조사 처리하여 금속 입자 또는 금속 산화물 입자를 소결함으로써 얻어진다.
인쇄 배선판 또는 절연 기판으로 사용되는 기판이 기판(10)으로 사용될 수 있고, 그러한 기판은 알루미나 등의 세라믹 기판, 글래스 기판, 페이퍼 기판, 페이퍼 페놀 기판, 글래스 에폭시 기판과 같은 복합 기판, 및 폴리이미드 기판, 폴리에스테르 기판, 폴리카보네이트 기판과 같은 필름 기판을 포함한다. 필름 기판의 경우, 필름이 너무 얇으면 가압이 효과적으로 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 바람직하게, 필름은 적어도 10㎛(MIC 10-6m) 두께, 보다 바람직하게 적어도 50㎛ 두께이어야 한다.
이 기판의 표면 상에, 접착성을 향상시키기 위해, 플라즈마 또는 코로나 처리와 같은 표면 처리가 실시되거나, 또는 필요하다면, 에폭시 수지 또는 폴리아믹산과 같은 접착성 수지가 잉크에 대한 접착성을 향상시키기 위해 코팅될 수 있다.
금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트 등이 금속 입자의 재료로서 사용될 수 있고, 산화 은, 산화 구리, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 아연, 산화 주석, 산화 인듐 주석 등이 금속 산화물 입자의 재료로서 사용될 수 있다. 환원제는 이후에 설명될 것이다.
사용될 금속 입자 또는 금속 산화물 입자의 입자 사이즈는 목적으로 하는 인쇄 정확도에 따르지만, 입자 사이즈가 너무 작으면 잉크 혼합을 설계하기 어려워지므로, 응집 방지용으로 사용되는 보호 콜로이드의 양이 상대적으로 증가될 필요가 있다. 한편, 입자 사이즈가 너무 크면 미세한 패턴이 인쇄될 수 없고 입자 사이의 접촉 불량으로 인해 소결이 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 구형 입자에 대해서, 입자 사이즈는 일반적으로 5㎚(나노미터)~10㎛, 바람직하게 10㎚~5㎛로 선택된다. 플랫 입자 및 와이어 형상 입자가 구형 입자 외에 사용될 수 있다. 플랫 입자에 대해서, 입자 두께는 5㎚~10㎛, 바람직하게 10㎚~5㎛로 선택되고, 플랫 입자의 형상은 원형 또는 다각형이며, 최단 길이(예를 들면, 형상이 원형일 때 지름, 형상이 타원형일 때 단축, 또는 형상이 다각형일 때 최단측)를 갖는 플랫 입자의 부분은 두께 부분의 적어도 5~1000배, 바람직하게 10~100배의 길이를 갖는다. 와이어 형상 입자에 대해서, 와이어 지름은 5㎚~2㎛, 바람직하게 10㎚~1㎛로 선택되고, 와이어 길이는 1㎛~200㎛, 바람직하게 2㎛~100㎛로 선택된다.
본원에 사용되는 금속(산화물, 환원된 금속의 경우)의 물리적 특성에 대해서는, 변형이 쉬워지기 때문에 탄성률이 낮은 것이 바람직하다. 그러나, 탄성률이 너무 낮으면, 실용적으로 충분한 강성이 보장될 수 없다. 영률에 대한 탄성률은 바람직하게 30×109N/㎡~500×109N/㎡, 보다 바람직하게 50×109N/㎡~300×109N/㎡이다.
구형 입자의 경우, 입자 사이즈는 레이저 회절/산란 방법 또는 동적 광 산란 방법에 의해 측정될 수 있는 숫자 표준의 평균 입자 사이즈 D50(중앙 지름)을 의미한다. 플랫 입자 또는 와이어 형상 입자의 경우, 입자 사이즈는 SEM 관측에 의해 측정되는 사이즈를 의미한다.
또한, 당연히, 잉크가 인쇄될 때, 인쇄 이후 코팅된 부분의 입자 밀도가 가능한 한 균일한 것이 바람직하다.
이어서, 내부 열 생성 시스템으로서 광 조사 또는 마이크로파 조사에 의해 잉크층(12)이 가열되고, 잉크층(12)이 전도층(14)으로 변환되도록 가열함으로써 가열된 부분에 전도성이 발현된다. 내부 열 생성 시스템에 있어서, 잉크 내의 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자가 가열되고 기판(10)은 가열되지 않으므로, 플라스틱으로 제작된 기판(10)이 사용되더라도, 기판(10)이 변형되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 잉크층(12) 내에서 전도성이 충분히 발현될 때까지 잉크층(12)이 가열될 수 있다. 잉크층(12)에 조사되는 광 및 마이크로파는 이후에 설명될 것이다.
공정 (c)에서 잉크층(12)이 광 및 마이크로파로 조사될 때, 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자가 단시간에 급속히 가열되어 기포가 생성되며, 이는 잉크층(12)으로부터 변환되는 전도층(14) 내의 공극이 생성되기 쉽게 한다. 공극의 생성 메커니즘과 양상은 금속 산화물 입자가 사용될 때의 경우와 금속 입자가 사용될 때의 경우 사이에 있어서 다소 차이가 있다. 금속 산화물 입자가 사용될 때, 금속의 연속적 소결체가 생성되고, 환원 시에 생성된 가스로 인해 공극이 생성된다. 한편, 금속 입자가 사용될 때, 입자의 넥킹으로 인해 전도성이 발현되고, 입자 사이에 남아 있는 공간이 공극을 형성한다. 어느 경우에나, 본 실시형태에서는, 적절한 가압 장치(16)에 의해 전도성을 발현하는 전도층(14)을 가압하고, 전도층(14) 내에 존재하는 공극을 분쇄하여 전도층(14)의 전도성을 향상시킴으로써 전도성 패턴(18)이 얻어진다(d). 가압 방법은 제한되지 않고, 공정 (c)에서 얻어진 전도층(14)이 형성된 기판(10)을 경질 평면에 고정하고 경질 바(hard bar)에 의해 점 가압이 인가되는 가압점을 이동시킴으로써 면 가압을 인가하는 방법, 선형 가압을 인가하는 2개의 롤 사이에 기판(10)을 개재하고 롤을 회전시킴으로써 전체 표면을 가압하는 방법, 배치(batch)식 방법으로서 기판(10)을 2개의 플랫 플레이트 사이에 개재하고 일반적인 가압 장치를 사용하여 가압하는 방법 등이 있을 수 있다.
공정 (d)에서 전도성 패턴(18)을 가압할 때, 전도성 패턴(18)이 형성된 기판의 표면 상에 절연 보호 필름(20)이 함께 가압 밀봉될 수 있다. 따라서, 도 1(e)에 나타낸 바와 같이, 전도성 패턴(18)이 절연 보호 필름(20)으로 피복되어 전도성 패턴(18)의 산화가 방지될 수 있어 전도성 패턴(18)의 전도성 감소가 억제될 수 있다.
도 1(d) 및 도 1(e)에 도시된 실시예에서는, 전도성 패턴(18)이 기판(10)의 일 측에 형성되지만, 전도성 패턴(18)의 형성 위치를 제어하면서 전도성 패턴(18)이 기판(10)의 양 측에 형성될 수 있고, 절연 보호 필름(20)이 양 측에 가압 밀봉될 수 있다.
잉크에 사용되는 환원제로서, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜, 부탄올, 사이클로헥사놀, 및 테르피네올과 같은 알콜 화합물, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 및 글리세린과 같은 폴리하이드릭 알콜, 포름산, 아세트산, 옥살산, 숙신산과 같은 카르복시산, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 벤즈알데히드, 및 옥틸 알데히드와 같은 카르보닐 화합물, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 페닐 아세테이트와 같은 에스테르 화합물, 또는 헥산, 옥탄, 톨루엔, 나프탈렌, 데칼린, 및 시클로헥산과 같은 하이드로카본 화합물이 사용될 수 있다. 이 중에서, 환원제의 효과를 고려하면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 및 글리세린과 같은 폴리하이드릭 알콜, 또는 포름산, 아세트산, 및 옥살산과 같은 카르복시산이 적합하다.
바인더 수지에 대해 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자를 포함하는 전도성 패턴 형성 합성물이 잉크로서 사용되는 것이 필요하고, 환원제로서도 작용하는 바인더 수지가 사용될 수 있다. 폴리비닐 피롤리돈 및 폴리비닐 카프로락탐과 같은 폴리-N-비닐 화합물, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 및 폴리 THF와 같은 폴리알킬렌 글리콜, 폴리우레탄, 셀룰로오스 화합물 및 그 유도물과 같은 열가소성 수지와 열경화성 수지, 에폭시 화합물, 폴리에스테르 화합물, 염소화 폴리올레핀, 및 폴리아크릴 화합물이 환원제로서도 작용하는 중합성 화합물로 사용될 수 있다. 그 중에서, 바인더 효과를 고려하면 폴리비닐 피롤리돈이 바람직하고, 환원 효과를 고려하면 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 또는 폴리우레탄 화합물이 바람직하다. 또한, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜이 다가 알콜로 분류되어, 특히 환원제로서 적합한 특성을 갖는다.
바인더 수지의 존재는 필수적이지만, 많은 양의 바인더 수지를 사용하는 것은 전도성의 발현이 적게 일어나게 하는 문제를 발생시키고, 그 양이 너무 적으면 입자를 바인딩하는 능력이 낮아진다.
따라서, 금속 입자 및/또는 금속 산화물 입자 총량의 100질량부에 대해 1~50질량부, 바람직하게 3~20질량부의 바인더 수지의 양이 바람직하다.
사용되는 용매는 목적으로 하는 인쇄 방법에 따르지만, 공지된 유기 용매, 물 용매 등이 사용될 수 있다.
잉크층(12)에 조사되는 광으로서 파장 200㎚~3000㎚의 펄스광이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 "펄스광"은 광 조사 주기(조사 시간)이 수㎲~수십㎳에 이르는 범위이며, 광 조사가 복수회 반복될 때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 광 조사 주기(온)과 제 2 광 조사 주기(온) 사이에 광 조사가 없는 주기[조사 간격(오프)]이 존재하는 광을 의미한다. 도 2에는 펄스광의 광 강도가 일정하게 나타나 있지만, 1회의 광 조사 주기(온) 내의 광 강도는 변할 수도 있다. 펄스광은 제논 플래시 램프와 같은 플래시 램프를 포함하는 광원으로부터 방출된다. 그러한 광원을 사용함으로써 펄스광이 잉크층(12)에 조사된다. 조사가 n회 반복될 때, 도 2에서 1회의 사이클(온+오프)은 n회 반복된다. 조사가 반복될 때, 다음 펄스광 조사 전에 기판 측으로부터 냉각하여 기판이 실온까지 냉각될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
펄스광의 1회 조사 시간(온)으로서, 약 20㎲~약 10㎳의 범위가 바람직하다. 조사 시간(온)이 20㎲보다 짧을 때, 소결이 진행되지 않아 전도성 패턴의 성능 향상 효과가 감소한다. 조사 시간(온)이 10㎳보다 길면, 광 저하 및 열 저하로 인해 역효과가 나타난다. 펄스광의 단일 조사가 효과적이지만, 상술한 바와 같이 조사가 반복될 수 있다.
잉크층(12)이 마이크로파에 의해 가열될 수도 있다. 잉크층(12)이 마이크로파에 의해 가열될 때, 사용되는 마이크로파는 파장 범위가 1m~1㎜(300㎒~300㎓의 주파수 범위)인 전자파이다.
절연 보호 필름(20)으로 사용되는 재료는 특별히 제한되지 않고, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 셀룰로오스 수지, 비닐 알콜 수지, 염화 비닐 수지, 초산 비닐 수지, 시클로올레핀 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 및 ABS 수지 등과 같은 열가소성 수지, 광 큐어링 수지(photo-curing resin), 및 열경화성 수지를 포함하는 공지된 코팅 재료가 사용될 수 있다. 절연 보호 필름(20)의 두께는 1㎛ 이상, 188㎛ 이하가 바람직하고, 5㎛ 이상, 100㎛ 이하가 특히 바람직하다. 보호 필름의 표면 상에는, 접착성을 향상시키기 위해, 플라즈마 또는 코로나 처리와 같은 표면 처리가 실시되거나, 잉크에 대한 접착성을 향상시키기 위해, 에폭시 수지 또는 폴리아믹산과 같은 접착성 수지가 코팅될 수 있다.
도 3은 본 실시형태에 따른 전도성 패턴 형성 장치의 개략도를 도시한다. 도 3에서, 기판(10)을 형성하기 위해 플라스틱 필름 롤(22)로부터 플라스틱 필름(23)이 공급되고, 접착층 도포 유닛(24)에 의해 플라스틱 필름(23)의 소정 위치에 적절한 접착제가 도포된다. 잉크층(12)을 형성하기 위해, 인쇄 유닛(26)에 의해, 접착제가 도포된 플라스틱 필름(23)의 소정 위치 상에 소정 패턴으로 잉크가 인쇄된다. 전도층(14)을 형성하기 위해, 광 조사 또는 마이크로파 조사를 통한 내부 열 생성 시스템에 의해 타겟을 가열하는 가열 유닛(28)에 의해 잉크층(12)이 가열된다. 이어서, 전도층(14)을 갖는 플라스틱 필름(23)이 가압롤로 구성된 가압 유닛(30)에 공급된다.
한편, 절연 필름 롤(32)로부터 절연 보호 필름(20)으로 되는 절연 필름(33)이 공급되고, 접착층 도포 유닛(34)에 의해 절연 필름(33)의 소정 위치에 적절한 접착제가 도포된다. 이어서, 인쇄 회로[전도층(14)]의 전화(electrification)에 필수적인 대응 부분이 펀칭 유닛(36)에 의해 천공되는 절연 필름(33)이 가압 유닛(30)에 공급된다.
가압 유닛(30)은 플라스틱 필름(23)과 절연 필름(33)을 정렬하고, 가압 유닛(30)을 구성하는 가압 롤에 의해 양자를 가압하여 플라스틱 필름(23)의 전도층(14)이 형성된 표면 상에 접착제에 의해 절연 필름(33)을 적층한다. 이 시점에, 가압 롤에 의해 전도층(14)이 가압되어 전도층(14) 내에 존재하는 공극이 분쇄된다.
가압 유닛(30)에 의해 가압되는 동안의 압력은 전도층(14)이 그에 따라 변형되지 않는 한 특별히 제한되지 않지만, 가압 롤에 의해 가압 밀봉될 때 선형 압력은 바람직하게 1kgf/㎝(980Pa*m) 이상, 100kgf/㎝(98kPa*m) 이하가 바람직하고, 10kgf/㎝(9.8kPa*m) 이상, 50kgf/㎝(49kPa*m) 이하가 특히 바람직하다. 기판[플라스틱 필름(23) 및 절연 필름(33)]의 이송 속도(라인 속도)는 실용적인 범위로부터 적절히 선택될 수 있고, 일반적으로 이송 속도는 10㎜/min 이상, 10000㎜/min 이하가 바람직하고, 10㎜/min 이상, 100㎜/min 이하가 특히 바람직하다. 이것은 이송 속도가 너무 빠르면, 충분한 가압 시간이 얻어질 수 없기 때문이다. 그러나, 가압 롤의 수를 증가시킴으로써 가압 본딩(pressure-bonding)의 횟수가 증가될 수 있고, 가압 시간을 증가시킴으로써 이송 속도가 빨라질 수 있다. 일반적인 가압 장치를 사용하여 2개의 플랫 플레이트 사이에 개재시킴으로써 가압되는 경우에는, 가압 롤을 사용하여 경우보다 가압 균일성이 떨어지지만, 일반적인 가압 장치를 사용하는 것도 가능하다. 압력은 0.1~200㎫가 바람직하고, 1~100㎫가 보다 바람직하다.
또한, 본딩을 강하게 하기 위해, 가압시키는 동안 가열이 수행될 수 있다. 가압으로 인해, 체적 저항률이 감소되고, 또한 밴딩 강성과 같은 기계적 특성이 증가될 수 있다. 기본적으로, 증가된 압력은 체적 저항률의 감소 및 기계적 강성의 향상에 있어서 높은 효과를 제공한다. 그러나, 압력이 너무 높을 때, 가압 장치를 위한 비용이 극히 높아지는 반면 얻어지는 효과는 그리 높지 않고, 기판 자체가 손상을 입을 것이다. 따라서, 전술한 상한값이 바람직하다.
마지막으로, 제품을 마무리하기 위해, 절단 유닛(38)에 의해 플라스틱 필름(23) 및 절연 필름(33)이 절단된다.
도 3에 나타낸 실시형태에 따라, 상술한 바와 같이 연속 공정에 의해 전도성 패턴이 형성된다.
실시예
본 발명의 실시예가 이하에 구체적으로 설명될 것이다. 이하에 설명된 실시예는 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 의도되었으며, 그러한 실시예에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
이하의 실시예 및 비교예에 있어서, 체적 저항률은 미츠비시 케미컬 아날리테크사(Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.)에 의해 제조된 로레스타지피(LorestaGP)에 의해 측정되었고, 히타치 하이테크놀로지스사(Hitachi High-Technologies Corporation)에 의해 제조된 FE-SEM S-5200은 사진 촬영을 위한 SEM으로 사용되었다. 입자 사이즈가 500㎚ 이상일 때, 입자의 숫자 표준의 평균 입자 사이즈 D50(중앙 지름)의 측정을 위해, 레이저 회절/산란 방법[니끼소사(Nikkiso Co., Ltd.)에 의해 제조된 마이크로트랙 입자 사이즈 분포 측정 장치 MT3000II 시리즈 USVR(microtrack grain size distribution measuring device MT3000II series USVR)]이 사용되었고, 입자 사이즈가 500㎚ 이하일 때, 구형 근사(spherical approximation)에 의해 입자 사이즈를 판별하기 위해, 동적 산란 방법[니끼소사에 의해 제조된 나노트랙(nanotrack) UPA-EX150]이 사용되었다.
실시예 1
환원제로서 에틸렌 글리콜 및 글리세린[칸토 케미컬사(Kanto Chemical Co., Inc.)에 의해 제조된 시약]의 혼합 수용액(중량비, 에틸렌 글리콜:글리세린:물=70:15:15)에, 바인더로서 [니폰 쇼쿠바이사(Nippon Shokubai Co., Ltd.)에 의해 제조된] 폴리비닐 피롤리돈을 용해시켜 40질량%의 바인더 용액이 준비되었다. 이 용액 1.5g과 상기 혼합 수용액 0.5g이 혼합되고, 또한 은 입자로서 토쿠센 코교 주식회사(Tokusen Kogyo., Ltd.)에 의해 제조된 N300(평균 입자 사이즈 D50=470㎚) 6.0g이 혼합되고, 용액을 잘 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제작하기 위해 [딩키사(Thinky Corporation)에 의해 제조된] 유성 원심 진공 믹서 딩키 믹서 ARV-310(Planetary Centrifugal Vacuum Mixer THINKY MIXER ARV-310)[아와토리 렌타로(AWATORI RENTARO)]이 사용되었다.
얻어진 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 2㎠의 패턴으로 폴리이미드 필름[듀퐁/토레이사(Du Pont/Toray Co., Ltd.)에 의해 제조된 캡톤(Kapton) 100V, 두께:25㎛] 상에 9㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 제논(Xenone)에 의해 제조된 신터론(Sinteron)3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 펄스폭이 2000㎲로 설정되고 전압이 3000V로 설정된 조사 조건 하에서, 20㎝의 조사 거리에서 단일 조사가 적용되었으며, 이때의 펄스 에너지는 2070J이었다. 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 24㎛였고, 그 체적 저항률은 1.3×10-4Ω*㎝였다.
얻어진 전도성 패턴 상에 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 각각 5㎜의 두께를 갖는 2개의 20㎠ 경면 마무리된 스테인레스 플레이트 사이에 개재해서 [토쿄 세이키 세이사쿠쇼사(Toyo Seiki Seisaku-Sho, Ltd.)에 의해 제조된 미니 테스트 프레스 MP-SCL에 의해] 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압하여 전도성 패턴을 얻었다. 가압 이후의 전도성 패턴의 두께는 14㎛였고, 그 체적 저항률은 6.82×10-5Ω*㎝였다. 결과는 표 1에 도시된다.
도 4 및 도 5는 가압 이전 및 이후의 전도성 패턴의 SEM 사진을 도시한다. 도 4는 250배, 1000배, 및 25000배의 평면 사진을 도시하고, 도 5는 2500배, 5000배, 및 25000배의 단면 사진을 도시한다. 가압 이전과 비교하여 (광 조사 직후로 설명된)가압 이후에 많은 공극이 분쇄된 것이 명확하다. 상술한 일련의 작업은 대기 하에서 실시되었다.
실시예 2
환원제로서 에틸렌 글리콜 및 글리세린(칸토 케미컬사에 의해 제조된 시약)의 혼합 수용액(중량비, 에틸렌 글리콜:글리세린:물=70:15:15)에, 바인더로서 (니폰 쇼쿠바이사에 의해 제조된) 폴리비닐 피롤리돈을 용해시켜 40질량%의 바인더 용액이 준비되었다. 이 용액 1.5g과 상기 혼합 수용액 0.5g이 혼합되고, 또한 이츠이 마이닝 & 스멜팅사(itsui Mining & Smelting Co., Ltd.)에 의해 제조된 구리 입자 1050Y(평균 입자 사이즈 D50=470㎚) 6.0g이 혼합되고, 용액을 잘 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제작하기 위해 (딩키사에 의해 제조된) 유성 원심 진공 믹서 딩키 믹서 ARV-310(아와토리 렌타로)이 사용되었다.
얻어진 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 2㎠의 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛) 상에 10㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 제논에 의해 제조된 신터론3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 펄스폭이 2000㎲로 설정되고 전압이 3000V로 설정된 조사 조건 하에서, 20㎝의 조사 거리에서 단일 조사가 적용되었으며, 이때의 펄스 에너지는 2070J이었다. 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 22㎛였고, 그 체적 저항률은 3.45×10-2Ω*㎝였다.
실시예 1과 동일한 방식으로, 얻어진 전도성 패턴 상에 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압하여 전도성 패턴을 얻었다. 가압 이후의 전도성 패턴의 두께는 16㎛였고, 그 체적 저항률은 5.33×10-3Ω*㎝였다. 결과는 표 1에 도시된다.
실시예 3
환원제로서 에틸렌 글리콜 및 글리세린(칸토 케미컬사에 의해 제조된 시약)의 혼합 수용액(중량비, 에틸렌 글리콜:글리세린:물=70:15:15)에, 바인더로서 (니폰 쇼쿠바이사에 의해 제조된) 폴리비닐 피롤리돈을 용해시켜 40질량%의 바인더 용액이 준비되었다. 이 용액 1.5g과 상기 혼합 수용액 0.5g이 혼합되고, 또한 시. 아이. 카세이사(C. I. Kasei Co., Ltd.)에 의해 제조된 나노테크(NanoTek) CuO(평균 입자 사이즈 D50=270㎚) 6.0g이 혼합되고, 용액을 잘 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제작하기 위해 (딩키사에 의해 제조된) 유성 원심 진공 믹서 딩키 믹서 ARV-310(아와토리 렌타로)이 사용되었다.
얻어진 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 2㎠의 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛) 상에 9㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 제논에 의해 제조된 신터론3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 펄스폭이 2000㎲로 설정되고 전압이 3000V로 설정된 조사 조건 하에서, 20㎝의 조사 거리에서 단일 조사가 적용되었으며, 이때의 펄스 에너지는 2070J이었다. 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 17㎛였고, 그 체적 저항률은 1.29×10-4Ω*㎝였다.
실시예 1과 동일한 방식으로, 얻어진 전도성 패턴 상에 폴리이미드 필름(두 폰트/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압하여 전도성 패턴을 얻었다. 가압 이후의 전도성 패턴의 두께는 11㎛였고, 그 체적 저항률은 9.17×10-5Ω*㎝였다. 결과는 표 1에 도시된다.
도 6 및 도 7은 가압 이전 및 이후의 전도성 필름의 SEM 사진을 도시한다. 도 6은 250배, 1000배, 및 25000배의 평면 사진을 도시하고, 도 7은 2500배, 5000배, 및 25000배의 단면 사진을 도시한다. 가압 이전과 비교하여 (광 조사 직후로 설명된)가압 이후에 많은 공극이 분쇄된 것이 명확하다.
실시예 4
환원제로서 에틸렌 글리콜 및 글리세린(칸토 케미컬사에 의해 제조된 시약)의 혼합 수용액(중량비, 에틸렌 글리콜:글리세린:물=70:15:15)에, 바인더로서 (니폰 쇼쿠바이사에 의해 제조된) 폴리비닐 피롤리돈을 용해시켜 40질량%의 바인더 용액이 준비되었다. 이 용액 1.5g과 상기 혼합 수용액 0.5g이 혼합되고, 또한 미츠이 마이닝 & 스멜팅사(Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.)에 의해 제조된 5.4g의 구리 입자 1020Y(평균 입자 사이즈 D50=380㎚)와 산화 구리 입자로서 시. 아이. 카세이사에 의해 제조된 0.6g의 나노테크 CuO(평균 입자 사이즈 D50=270㎚)가 혼합되고(구리 입자:산화 구리 입자=90:10), 용액을 잘 혼합하여 인쇄용 페이스트를 제작하기 위해 (딩키사에 의해 제조된) 유성 원심 진공 믹서 딩키 믹서 ARV-310(아와토리 렌타로)이 사용되었다.
얻어진 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 2㎝제곱의 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100N, 두께:25㎛) 상에 12㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 제논에 의해 제조된 신터론3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 펄스폭이 2000㎲로 설정되고 전압이 3000V로 설정된 조사 조건 하에서, 20㎝의 조사 거리에서 단일 조사가 적용되었으며, 이때의 펄스 에너지는 2070J이었다. 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 24㎛였고, 그 체적 저항률은 2.43×10-4Ω*㎝였다.
실시예 1과 동일한 방식으로, 얻어진 전도성 층 상에 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압하여 전도성 패턴을 얻었다. 가압 이후의 전도성 패턴의 두께는 13㎛였고, 그 체적 저항률은 1.35×10-4Ω*㎝였다. 결과는 표 1에 도시된다.
실시예 5
노바센트릭스(NovaCentrix)에 의해 제조된 산화 구리 잉크 ICI-020(산화 구리 평균 입자 사이즈 D50=192㎚)가 스크린 인쇄에 의해 2㎝제곱의 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛) 상에 11㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 제논에 의해 제조된 신터론3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 펄스폭이 2000㎲로 설정되고 전압이 3000V로 설정된 조사 조건 하에서, 20㎝의 조사 거리에서 단일 조사가 적용되었으며, 이때의 펄스 에너지는 2070J이었다. 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 23㎛였고, 그 체적 저항률은 3.22×10-4Ω*㎝였다.
실시예 1과 동일한 방식으로, 얻어진 전도성 층 상에 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압하여 전도성 패턴을 얻었다. 가압 이후의 전도성 패턴의 두께는 16㎛였고, 그 체적 저항률은 9.27×10-5Ω*㎝였다. 결과는 표 1에 도시된다.
실시예 6
실시예 1에 의해 얻어진 페이스트가 도 8(a)에 도시된 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛) 상에 5㎛의 두께로 인쇄되었다. 패턴을 전도성 패턴으로 변환시키기 위해 노바센트릭스에 의해 제조된 펄스 포지(Forge)3300을 이용하여 상술한 바와 같이 얻은 샘플에 펄스광이 조사되었다. 테스터[산와 일렉트릭 인스트루먼트사(Sanwa Electric Instrument Co., Ltd.)에 의해 제조된 디지털 멀티미터 PC5000a RS-232C]에 의해 측정되었을 때, 상술한 바와 같이 형성된 전도성 패턴의 두께는 12㎛였고, 대향 단부에서 터미널 사이의 저항은 19Ω이었다.
도 8(b)에 도시된 바와 같이, 파나프로텍트(Panaprotect) ETK50B[파낙사(Panac Corporation)에 의해 제조된, 아크릴 접착층, 두께:5㎛, 및 PET 기판, 두께:50㎛]가 잘라 내어져, 상술한 바와 같이 얻어진 샘플 상에 위치되어 접착성 표면이 인쇄된 표면과 접촉하게 되고, 각각 5㎜의 두께를 갖는 2개의 20㎠ 경면 마무리된 스테인레스 플레이트 사이에 개재해서 60초 동안 10㎫로 샘플을 가압했다. 테스터로 측정했을 때, 얻어진 샘플의 대향 단부에서 터미널 사이의 저항은 12Ω이었다.
조사되기만 한 샘플 및 조사되고 가압된 샘플은 MIT 테스터[미스 테스터사(Mys-Tester Co., Ltd.)에 의해 제조된 702 MIT 타입 내절 강도 테스터(No. 702 MIT type folding endurance tester), 제품 번호 H9145]에 의해, 테스트 부하가 500g, 내절 각도가 90°, 곡률 반경이 R0.38㎜인 조건 하에서 내절 강도 테스트되었다. 100,000회의 내절 강도 테스트 이후에도, 두 회로 모두에서 회로 파손이 일어나지 않았다. 그러나, 조사만 되고 가압되지 않은 샘플에 있어서 내절 강도 테스트 동안 저항값이 변화된 반면, 조사되고 가압된 샘플의 저항값에 있어서는 거의 변화가 없었고 이는 회로의 강도가 증가되었다는 사실로 이어진다.
비교예 1
스크린 인쇄에 의해 2㎠의 패턴으로 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛) 상에 실시예 2에서의 페이스트가 인쇄되었다. 이러한 방식으로 얻어진 샘플은 250℃의 오븐 내에서, 대기 하에서, 1시간 동안 가열되었다. 두께 11㎛의 얻어진 패턴에 의해, 빽빽하게 채워진 구리 입자가 암시되지만, 체적 저항률은 106Ω*㎝ 이상의 값이었다.
실시예 1과 동일한 방식으로, 전도성 패턴 상에 폴리이미드 필름(듀퐁/토레이사에 의해 제조된 캡톤 100V, 두께:25㎛)이 위치되고, 60초 동안 10㎫로 폴리이미드 필름을 가압했다. 결과적으로, 패턴 두께는 9㎛로 변화되었지만, 체적 저항률은 변화되지 않았다. 결과는 표 1에 도시된다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 방식으로 인쇄된 샘플은 250℃의 오븐에 의한 가열 대신에, 실시예 1과 동일한 방식으로 60초 동안 10㎫로 250℃에서 가압되었다. 결과적으로, 패턴 두께는 8㎛로 변화되었지만, 체적 저항률은 106Ω*㎝ 이상의 값이었다. 결과는 표 1에 도시된다.
표 1에 도시된 바와 같이, 펄스광 조사 후의 패턴 두께는 실시예 1~실시예 5의 모든 경우에서의 펄스광 조사 전보다 두꺼웠다. 이것은 펄스광 조사에 의해 유발된 급속 가열에 의해 전도성 패턴 내에 공극이 생성되었기 때문이다.
Figure pct00001
비교예 1은 광 조사 없이 오븐에 의해 가열되었을 때, 가압 이전 및 이후의 두께 및 체적 저항률을 나타낸다.
비교예 2는 광 조사 없이, 가열 및 가압이 동시에 실시되었을 때의 두께와 체적 저항률을 나타낸다.
한편, 실시예 1~실시예 5에 나타난 바와 같이, 전도성 패턴 두께는 가압에 의해 공극을 분쇄한 모든 경우에 있어서의 가압 이전보다 얇아졌고, 전도성 패턴의 전도성은 모든 경우에서 향상되었다(체적 저항률 감소).
실시예 2와 동일한 페이스트가 사용된 비교예 1, 비교예 2에 있어서, 전도성은 향상되지 않은 것이 관찰되었다. 이것은, 시간을 소모하여 대기 하에서 단순히 가열되어 시스템 내에서 공극의 발생이 감소하였지만, 표면 산화가 먼저 일어나고, 펄스광 조사의 경우와 달리 구리 입자 사이의 소결이 적절히 실행될 수 없었기 때문이다.
10 : 기판 12 : 잉크층
14 : 전도층 16 : 가압 장치
18 : 전도성 패턴 20 : 절연 보호 필름
22, 32 : 롤 23 : 플라스틱 필름
24 : 접착층 도포 유닛 26 : 인쇄 유닛
28 : 가열 유닛 30 : 가압 유닛
33 : 절연 필름 34 : 접착층 도포 유닛
36 : 펀칭 유닛 38 : 절단 유닛

Claims (8)

  1. 금속 산화물 입자, 환원제, 및/또는 금속 입자를 포함하는 합성물을 기판의 표면 상에 인쇄하는 단계,
    내부 열 생성 시스템에 의해, 인쇄된 합성물의 적어도 일부를 가열하여, 가열된 부분에 전도성이 발현되도록 가열하는 단계와,
    전도성이 발현되는 부분을 가압하여 전도성 패턴을 얻도록 가압하는 단계를 포함하는 전도성 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전도성이 발현되는 부분이 가압될 경우, 절연 보호 필름이 전도성 패턴이 형성된 기판의 표면 상에 함께 가압 밀봉되는 전도성 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    내부 열 생성 시스템은 광 조사에 의해 가열하거나 또는 마이크로파 조사에 의해 가열하는 전도성 패턴 형성 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 입자용 재료는 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 코발트이며, 금속 산화물 입자용 재료는 산화 은, 산화 구리, 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 아연, 산화 주석, 또는 산화 인듐 주석인 전도성 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합성물에 조사되는 광은 200~3000㎚의 파장을 갖는 펄스광인 전도성 패턴 형성 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    합성물에 조사되는 마이크로파는 1m~1㎜의 파장을 갖는 전도성 패턴 형성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    환원제는 폴리하이드릭 알콜 또는 카르복시산인 전도성 패턴 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    폴리하이드릭 알콜은 폴리알킬렌 글리콜인 전도성 패턴 형성 방법.
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