KR20180002305A - Conducting a pattern formation method for 3D printing structure - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for forming a conductive pattern for a 3d printing structure, which comprises the following steps: a multiple material preparation step for a 3D printer for preparing an inorganic filler material for forming a conductive circuit pattern through activation by an organic material and a heat source for producing a shape of a product; a material laminating step for manufacturing a product using the organic material and the inorganic filler material; and a conductive circuit pattern forming step using the heat source for heating the product by using the heat source in order to form the conductive circuit pattern on the product, wherein the conductive circuit pattern forming step forms the conductive circuit pattern without an additional process by adjusting the energy content and an overlap ratio of the heat source during the irradiation of the heat source.

Description

3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법{Conducting a pattern formation method for 3D printing structure}[0001] The present invention relates to a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure,

실시예는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 생산된 전자부품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적인 공정없이 레이저 조사를 통해 전도 패턴을 형성하기 위한 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법 및 이를 이용하여 생산된 전자부품에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure and an electronic component manufactured using the same, and more particularly, to a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure for forming a conductive pattern through laser irradiation, And electronic parts produced using the same.

일반적으로 3D 프린터는 상품을 출시하기 전 시제품을 만들기 위해 개발되었다. 3D 프린터는 실제상품과 똑같은 시제품을 생산이 가능하며, 비용과 시간을 절약하며 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있는 장점이 있다.In general, 3D printers have been developed to create prototypes before launching products. 3D printers are capable of producing the same prototype as real products, saving cost and time, and being able to identify problems with actual products.

3D 프린터는 캐드 시스템과 같은 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 테이터로 변경한 후에 이를 사용하여 판형 시트를 조형하고, 이를 적층하여 조형물을 완성하고 있다. The 3D printer converts a three-dimensional shape modeled through software such as a CAD system into a slice data obtained by dividing the slice into a plurality of thin cross-sectional layers, and then uses the slice data to form a plate-shaped sheet and laminate the same to complete the molding.

3D 프린터 기술이 발달함에 따라, 더욱 정교한 제품이 생산 가능해지고 있으며 다양한 제품에 응용이 가능해 지고 있다. 이러한 3D 프린터는 다양한 방식으로 제품을 제조한다. 3D 프린터의 제품생산 방식으로 광중합 방식(Photopolymerization), 분말 소결 방식(Powder Bed Fusion, PBF), 소재 분사 방식(Material Jetting), 소재 압출 방식(Material Extrusion, ME) 등 다양한 방법이 사용되고 있다.With the development of 3D printer technology, more sophisticated products are becoming available and are being applied to various products. These 3D printers produce products in a variety of ways. Various methods such as Photopolymerization, Powder Bed Fusion (PBF), Material Jetting, and Material Extrusion (ME) have been used as production methods of 3D printers.

최근에는 맞춤형 소량생산의 자본주의 제조업에서 3D 프린팅 구조물에 대한 제품생산 수요가 증가하고 있으며, 이러한 3D 프린터로 생산되는 제품에 전도체 패턴을 형성하기 위한 다양한 방법이 개발되고 있다.In recent years, there has been an increasing demand for production of 3D printing structures in customized small-volume capitalist manufacturing industries, and various methods for forming conductor patterns in products produced by such 3D printers are being developed.

종래에 3D 프린터로 제품을 생산하고, 이후 전기가 흐르도록 패턴을 형성하는 방법으로는 전도성 잉크인 실버 페이스트 등을 표면에 인쇄하여 전자 회로 기판을 만드는 것이 대표적이다.Conventionally, as a method of producing a product using a 3D printer and then forming a pattern so that electricity flows, it is typical to make an electronic circuit board by printing a conductive paste such as silver paste on the surface.

또한, 최근에는 전도성 물질을 포함하는 단일 소재의 3차원 적층 제조 후, LDS(Laser Direct Structuring)공정과 유사하게 레이저를 가하여 금속 시드 물질을 활성화하고 이를 활용하여 구리, 니켈 등을 무전해 도금하는 방법이 있었다. 하지만, 전체 구조물이 금속 시드를 포함하고 있어 전류 누설이 있을 수 있으며 전도성 패턴 형성을 위해서는 반드시 전체 구조물을 유독한 무전해 증착 용액에 추가적으로 침지해야 한다는 단점이 있다. 즉, 무전해 도금의 불확실성으로 인해 정교한 배선 형성이 어려우며 표면 오염, 공정 비용 증가 등의 문제가 발생할 수 있다.Recently, after manufacturing a three-dimensional laminate of a single material containing a conductive material, activating the metal seed material by applying a laser similarly to the LDS (Laser Direct Structuring) process and electrolessly plating copper, nickel, . However, current leakage may occur because the entire structure includes a metal seed, and in order to form a conductive pattern, the whole structure must be additionally immersed in a toxic electroless deposition solution. That is, due to the uncertainty of the electroless plating, elaborate wiring formation is difficult, and surface contamination and an increase in the process cost may occur.

실시예는 이종소재를 이용하여 3차원 형상을 프린트하고 이후 원하는 영역에 열원을 조사하여 선택적 전도체를 형성하는 3D 프린팅 구조물에 전도 패턴 형성 방법을 제공한다.Embodiments provide a method of forming a conductive pattern in a 3D printing structure that prints a three-dimensional shape using a different material and then irradiates a desired region with a heat source to form a selective conductor.

열원의 에너지 및 중첩도를 조절하여 무전해 도금과 같은 추가적 공정을 생략할 수 있는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법을 제공한다.The present invention provides a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure capable of omitting additional processes such as electroless plating by adjusting the energy and superposition of heat sources.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned here can be understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시예는, 제품의 형상을 제조하기 위한 유기물 재료와 열원에 의한 활성화를 통해 전도성 회로패턴을 형성하기 위한 무기물 필러 재료를 준비하는 3D 프린터용 다종재료 준비단계; 상기 유기물 재료와 상기 무기물 필러 재료를 이용하여 제품을 제조하는 재료적층단계; 및 상기 제품에 전도성 회로패턴을 형성하기 위해 열원을 이용하여 상기 제품을 가열하는 열원을 이용한 전도성 회로 패턴 형성단계를 포함하며, 상기 전도성 회로 패턴 형성단계는 열원의 조사시 에너지 함유량과 열원의 중첩률을 조절하여 추가적 공정없이 전도성 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.An embodiment of the present invention is a multi-material preparation step for a 3D printer, which prepares an inorganic filler material for forming a conductive circuit pattern through activation by an organic material and a heat source for producing a shape of a product; A material laminating step of producing a product using the organic material and the inorganic filler material; And forming a conductive circuit pattern using the heat source to heat the product using a heat source to form a conductive circuit pattern on the product, wherein the conductive circuit pattern forming step includes the steps of: To form a conductive circuit pattern without further processing.

바람직하게는, 상기 에너지 함유량은 0.5~1.257J/cm2이며, 상기 열원으로는 레이저가 사용되고, 상기 레이저는 중첩률이 75%이상이 되는 것을 특징으로 할 수 있다.Preferably, the energy content is 0.5 to 1.257 J / cm 2 , and a laser is used as the heat source, and the overlap ratio of the laser is 75% or more.

바람직하게는, 상기 무기물 필러 재료는 전체 재료에서 적어도 30%이상의 함유량을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.Preferably, the inorganic filler material has a content of at least 30% or more in the entire material.

바람직하게는, 상기 전도성 회로 패턴의 양단에 전력을 가하여 상기 전도 회로 패턴의 전도성을 향상시키는 전도성 향상 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a conductivity enhancing step of applying electric power to both ends of the conductive circuit pattern to improve the conductivity of the conductive circuit pattern.

바람직하게는, 상기 전도성 회로 패턴이 형성된 제품에 칩을 실장하는 경우, 열원을 통해 제품과 상기 칩의 연결부위를 가열하여 전기적으로 연결하는 용융기반 칩 실장 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the method further includes a melting-based chip mounting step of heating and electrically connecting the connection part between the product and the chip through the heat source when the chip is mounted on the product on which the conductive circuit pattern is formed.

실시예에 따르면, 레이저를 통해 활성화되는 영역에만 전도체를 형성할 수 있으며, 이를 이용하여 높은 절연효과를 얻을 수 있다. According to the embodiment, a conductor can be formed only in a region to be activated by a laser, and a high insulation effect can be obtained by using the conductor.

또한, 열원의 에너지와 중첩도를 조절하여 추가적 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.Further, it is possible to omit the additional process by controlling the energy and overlap degree of the heat source.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and can be more easily understood in the course of describing a specific embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention are not intended to be limited to the specific embodiments but include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the embodiments.

제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the embodiments, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiments, in the case where one element is described as being formed "on or under" another element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법은 3D 프린터용 다종재료 준비단계(S100), 재료적층단계(S200), 열원을 이용한 전도성 회로 패턴 형성단계(S300), 전도성 회로 패턴의 전도성 향상단계(S400) 및 용융 기반 칩 실장단계(S500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure according to an exemplary embodiment of the present invention includes preparing multiple materials for a 3D printer (S100), stacking a material (S200), forming a conductive circuit pattern using a heat source S300), a step of improving conductivity of the conductive circuit pattern (S400), and a step of melting-based chip mounting (S500).

3D 프린터용 다종재료 준비단계(S100)는 3D 프린터를 이용하여 제품을 생산하기 위한 재료를 준비한다. 3D 프린터를 이용하여 제품을 생산한 후 생산한 제품에 전도성 패턴을 형성하기 위해서, 다종재료 준비단계는 제품의 형상을 만드는 유기물 소재와 열원, 즉 레이저 등의 국부 열원을 사용하여 전도성 패턴을 형성하기 위한 무기물 필러 소재를 준비한다. The multi-material preparation step (S100) for the 3D printer prepares a material for producing the product using the 3D printer. In order to form a conductive pattern on a product manufactured after using a 3D printer, a multi-material preparing step is a step of forming a conductive pattern by using an organic material forming a product shape and a local heat source such as a laser Prepare an inorganic filler material.

3D 프린터에 사용되는 재료는 3D 프린터의 종류에 따라 달라지게 된다.The materials used for 3D printers will depend on the type of 3D printer.

3D 프린팅 장치 중 SLA(Sterolithography Apparatus)와 같은 액상 기반의 광경화형 장치의 경우에는 상기 광경화성 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 용매에 분산시켜 광경화 3D 프린팅용 복합 용액을 준비한다. 상기 용매로는 유기용매, 예를 들어 알콜 계열, 글리콜 계열 등이 사용된다.In the case of a liquid-based photocurable device such as a SLA (Sterolithography Apparatus) among 3D printing apparatuses, the photocurable organic material and inorganic filler material are dispersed in a solvent to prepare a photocurable 3D printing complex solution. As the solvent, an organic solvent such as an alcohol series or a glycol series may be used.

또한, 상기 유기물 소재는 광경화성 고분자 수지, 광개시제, 반응성 희석제 및 첨가제를 포함하며, 특정 파장의 빛에 의해 경화되는 특성을 가지고 있다. 여기에서 특정 파장의 빛의 조사는 레이저에 의해 구현되며, 본 발명에서는 SLA(Sterolithography Apparatus) 장치를 이용하여 레이저를 조사한다.In addition, the organic material includes a photo-curable polymer resin, a photoinitiator, a reactive diluent, and an additive, and is cured by light of a specific wavelength. Here, the irradiation of light of a specific wavelength is realized by a laser, and in the present invention, a laser is irradiated using a SLA (Sterolithography Apparatus) apparatus.

상기 광경화성 고분자 수지는 실제로 광경화가 되는 베이스 수지로써, 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 1관능기 이상 포함하는 광경화성 수지를 사용하며, 불포화 폴리에스테르계, 아크릴계, 에폭시계, 폴리비닐알콜계등이 사용된다. 예컨대, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등이 가장 널리 사용된다.The photo-curable polymer resin is a photo-curable base resin that is photo-curable. The photo-curable polymer resin is a photo-curable resin containing at least one functional group and capable of photo-curing. Examples thereof include unsaturated polyester, acrylic, epoxy, and polyvinyl alcohol do. For example, acrylic resins or epoxy resins are most widely used.

상기 광개시제는 자외선을 흡수하여 라디칼 혹은 양이온을 생성시켜 광중합을 개시하는 역할을 하는 것으로서, 벤조인이서 계열을 사용하며, 상기 반응성 희석제는 상기 광경화성 고분자 수지의 점도와 반응성을 조절하기 위한 것으로서, 말단에 에폭시기를 포함하는 물질로 아크릴레이트 모노머를 사용한다.The photoinitiator is used to absorb ultraviolet light to generate radicals or cations to initiate photopolymerization. The benzoin ethers are used. The reactive diluent is used to control the viscosity and reactivity of the photo-curable polymer resin. An acrylate monomer is used as a material containing an epoxy group.

또한, 상기 첨가제는 용도에 따라 사용되며, 반응억제제(inhibitor), 증점제, 상승제(synergists), 가소제, 분산제, 안정제 등이 사용되며, 최종 3차원 형상의 전자부품의 플렉서블한 정도에 따라 첨가제 등을 조절하여 플렉서블한 전자부품의 적용이 가능하도록 한다.The additive may be used depending on the application, and may be an inhibitor, a thickener, a synergist, a plasticizer, a dispersant, a stabilizer or the like. Depending on the degree of flexibility of the final three- So that flexible electronic components can be applied.

한편, 3D 프린팅 장치 중 FDM(fused deposition method)과 같은 고체 기반의 열가소형 장치의 경우에는 상기 열가소성 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 혼합하여 필라멘트 형태로 제조된 3D 프린팅용 복합재료가 제공된다. On the other hand, in the case of a solid-based thermoplastic device such as a fused deposition method (FDM) among 3D printing apparatuses, a composite material for 3D printing produced by mixing the thermoplastic organic material and the inorganic filler material in a filament form is provided.

여기에서, 상기 유기물 소재는 열가소성 고분자 수지를 사용하며, 상기 열가소성 고분자 수지는 실제로 열가소가 되는 베이스 수지로써, 예컨대 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), 아크릴 수지(acrylic), 나일론 수지(nylon), 폴리아미드(polyamid), LCP(Liquid crystal polymer), PPS(polyphenylenesulfide), PC/ABS(polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene), PC(polycarbonates), SAN(Styreneacrylonitrile), PMMA(polymethyl metacrylate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PBT(polybutylene terephthalate), PEEK(polyethylene terephthalate),Herein, the organic material is a thermoplastic polymer resin, and the thermoplastic polymer resin is a base resin that actually becomes a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include PS (polystyrene), PE (polyethylene), PP (polypropylene), acrylic resin, Poly (vinylidene fluoride), PC (polycarbonate / acrylonitrile-butadiene-styrene), PC (polycarbonate), SAN (styreneacrylonitrile), polymethyl methacrylate (PMMA) ), Polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PEEK)

POM/ Acetal(polyoxymethylene plastic), PPO(polyphenylene oxide), PSU(polysulphone ), PVC(polyvinylchloride), UHMWPE(ultra-high-molecular-weight polyethylene) 등이 사용된다.Polyoxymethylene plastic (POM), polyphenylene oxide (PPO), polysulphone (PSU), polyvinylchloride (PVC) and ultra high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE).

본 발명에서의 상기 무기물 필러 소재는 SLA 혹은 FDM 방식에 사용되는 유기물 소재에 혼합되어 제공되며, 레이저에 의해 상기 3차원 형상의 전자부품의 특정 영역이 활성화되어 선택적 전도체 패턴의 제작이 가능한 것이다. In the present invention, the inorganic filler material is mixed with an organic material used for SLA or FDM, and a specific region of the three-dimensional electronic component is activated by a laser to produce a selective conductor pattern.

여기서, 상기 무기물 필러 소재는 금속 원소에 기반하고 있고, 특히 구리나 니켈 등의 소재를 활용하여 레이저 조사에 의해 활성화되는 특성을 발현할 수 있다. 또한, 무기물 필러 소재는 금속 질화물 형태로도 사용될 수 있으며, 금속 질화물의 착화합물 형태로도 사용할 수 있다.Here, the inorganic filler material is based on a metal element, and particularly, a material such as copper or nickel can be used to exhibit a characteristic activated by laser irradiation. Further, the inorganic filler material can be used in the form of a metal nitride, and can also be used in the form of a complex of a metal nitride.

또한, 상기 무기물 필러 소재는, (1)CuCr2O4, ZnO 중 어느 하나이거나, (2)Co, Ni, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 산화물 중 어느 하나이거나(예를 들어 Ni2O3, Co2O3, Co3O4), (3)Co, Ni, Cu, Ag로부터 선택된 금속 원소들의 규산염, 붕산염 및 옥살산염 중 어느 하나이거나, (4)ABO2 형태의 복합체 산화물(A는 Co, Ni, Cu로부터 선택된 금속원소, B는 Ni, Mn, Cr, Al, Fe로부터 선택된 원소, A,B는 서로 다름)이거나, (5)CuCl이거나, (6)구리염으로써, Cu2(OH)PO4, 인산구리, 황산구리, 티오시안제1구리 중 어느 하나이거나, 또한 상기 (1) 내지 (6)에서 선택된 재료들을 둘 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The inorganic filler material may be any one of (1) CuCr 2 O 4 and ZnO, (2) oxides of metal elements selected from Co, Ni and Ag (for example, Ni 2 O 3, Co 2 O 3 and Co 3 O 4) (4) a composite oxide in the form of ABO2 (A is a metal element selected from Co, Ni and Cu, B is at least one element selected from the group consisting of Ni, Mn (OH) PO 4, copper phosphate, copper sulfate, and copper thiocyanate as the copper salt, or (6) a copper salt such as copper Or a mixture of two or more materials selected from the above (1) to (6) may be used.

또한, 유기물 소재와 무기물 필러 소재를 적정량 혼합한 용액에, 부품의 강도나 내열성 증대를 위하여 무기 분말을 더 추가할 수도 있는데, 상기 무기 분말은 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 마그네시아와 같은 재료를 단독 또는 혼합하여 사용한다.Further, an inorganic powder may be further added to the solution of the organic material and the inorganic filler in an appropriate amount in order to increase the strength and heat resistance of the part. The inorganic powder may be a mixture of materials such as alumina, silica, zirconia and magnesia, .

상기의 설명에서는 재료의 종류를 3D 프린팅 장치 중 SLA(Sterolithography Apparatus)와 같은 액상 기반의 광경화형 장치의 경우와 FDM(fused deposition method)과 같은 고체 기반의 열가소형 장치의 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제품의 형상을 제조하기 위한 다양한 종류의 유기물 재료와 레이저에 의한 활성화를 통해 전도성 회로패턴을 형성하기 위한 다양한 종류의 무기물 필러 재료가 사용될 수 있다. In the above description, the types of materials are described as examples of liquid-based photocurable devices such as SLA (Sterolithography Apparatus) of 3D printing apparatus and solid-based thermoelectric devices such as FDM (fused deposition method) Various types of inorganic filler materials may be used to form conductive circuit patterns through activation by laser and various types of organic materials for manufacturing the shape of the product.

본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성방법은 별도의 추가적 공정 없이 열원을 이용하여 전도성 회로 패턴을 형성하는 것을 목적으로 하는바, 무기물 필러 재료의 함량이 중요하다.The method of forming a conductive pattern for a 3D printing structure according to an embodiment of the present invention aims at forming a conductive circuit pattern using a heat source without any additional process, and the content of the inorganic filler material is important.

본 발명에서는 재료에 함유되는 무기물 필러 재료에 열원이 가해지는 경우 금속입자간의 충분한 연결이 되도록 전체 재료에서 무기물 필러 재료의 함량이 결정되어야 한다. 일실시예로, 최소 무기물 함유량은 전체 재료에서 최소 30%이상이 포함되어야 한다.In the present invention, when the heat source is applied to the inorganic filler material contained in the material, the content of the inorganic filler material in the whole material should be determined so as to ensure a sufficient connection between the metal particles. In one embodiment, the minimum mineral content should include at least 30% of the total material.

재료 적층단계(S200)는 다종 재료 준비단계(S100)에서 준비된 재료를 이용하여 부품을 성형한다. The material stacking step (S200) forms the part using the material prepared in the multi-material preparing step (S100).

재료 적층단계(S200)는 3D 프린터를 이용하여 원하는 형상의 제품을 형성하게 된다. 이때, 재료의 적층은 층상구조로 적층된다. 최근에는 이종의 재료를 이용하여 필요한 부분을 이종의 재료로 적층하는 다양한 3D 프린터가 개발되고 있다.The material stacking step (S200) forms a desired shape product using a 3D printer. At this time, the lamination of the materials is laminated in a layered structure. In recent years, various 3D printers have been developed that use different kinds of materials to laminate necessary parts with different kinds of materials.

일실시예로, 재료의 적층단계(S200)는 두 가지 재질, 유기물 재료와 무기물 필러 재료를 나누어서 적층할 수 있다. 전도성이 필요없는 구조체 부분은 전류 누설을 방지하기 위해 무기물 필러 재료가 없는 유기물 재료로 구조를 적층하고, 전도성 회로패턴을 형성하기 위한 층은 무기물 필러 재료와 유기물 재료가 혼합된 재료로 적층을 할 수 있다. 이는 무기물 필러가 전체적으로 혼합된 재료를 이용하여 제품을 적층하고, 여기에 열원을 가하는 경우 원치 않는 부분까지 활성화되어 정밀한 형상의 전도체 제작이 불가능하다는 문제점을 해결할 수 있다. 상기 실시예를 따르는 경우, 국부적 열원을 조사하여 선택적 전도체를 제작할 수 있으며, 이를 통해 전체를 활성화하더라도 무기물 필러 재료가 포함되는 영역에서만 전도체가 형성되어, 높은 절연효과를 얻을 수 있다.In one embodiment, the step of laminating the material (S200) can be laminated by dividing the two materials, the organic material and the inorganic filler material. In order to prevent leakage of electric current, a structure portion which does not require conductivity is laminated with an organic material having no inorganic filler material, and a layer for forming a conductive circuit pattern can be laminated with a mixture of an inorganic filler material and an organic material have. This can solve the problem that when a product is laminated by using a material in which an inorganic filler is mixed as a whole and a heat source is applied thereto, activation of an undesired portion is impossible and it is impossible to produce a precise conductor. According to this embodiment, a selective conductor can be fabricated by irradiating a local heat source. Even if the whole is activated, a conductor can be formed only in a region including the inorganic filler material, and a high insulation effect can be obtained.

열원을 이용한 전도성 회로 패턴 형성단계(S300)는 재료 적층단계(S200)를 통해 만들어지는 제품에 열원을 가하여 전도성 패턴을 형성할 수 있다. The conductive circuit pattern forming step (S300) using a heat source may form a conductive pattern by applying a heat source to the product formed through the material laminating step (S200).

회로 패턴 형성단계에서는 세밀한 전도성 패턴을 형성하기 위해 다양한 파장의 레이저가 열원으로 사용될 수 있다. 열원의 종류에는 제한이 없으며, 무기물 필러를 가열하여 전도성 패턴을 형성하기 위한 다양한 제품이 사용될 수 있다.In the circuit pattern formation step, a laser of various wavelengths can be used as a heat source to form a fine conductive pattern. There is no limitation on the kind of the heat source, and various products for forming the conductive pattern by heating the inorganic filler can be used.

본 발명의 실시예는 레이저를 통해 활성화되는 무기물 필러 재료 금속 입자 사이의 충분한 연결을 일으키기 위해 레이저 조사시 에너지 함유량과 레이저의 중첩률을 조절하여 추가적 공정없이 전도성 회로 패턴을 형성할 수 있다.Embodiments of the present invention can form a conductive circuit pattern without further processing by adjusting the energy content and the overlapping ratio of the laser during laser irradiation in order to cause a sufficient connection between the inorganic filler material metal particles activated by the laser.

레이저의 에너지 함유량은 유기물 재료를 제거하고 금속 입자(무기물 필러 재료)간의 반응을 유발한다. 또한, 임계값 이상(에너지 밀도 0.5 J/cm2 이상, 중첩률 75% 이상)의 레이저 에너지는 추가적으로 금속입자상에 흔히 존재하는 금속산화물 형태 재료를 금속과 산소로 완전히 분리하여 원활한 전도성 패턴을 위한 금속입자로 환원한다.The energy content of the laser removes the organic material and causes a reaction between the metal particles (inorganic filler material). In addition, the laser energy above the threshold value (energy density of 0.5 J / cm2 or more, overlap ratio of 75% or more) additionally completely separates the metal oxide type material usually present on the metal particles into metal and oxygen, .

적정 에너지 이하Below appropriate energy 적정 에너지Proper energy 적정 에너지 이상Above proper energy 가공이 이루어지지 않아 표면형상이 깨끗하나 전도성을 띄지 않음No machining is done, the surface shape is clean but not conductive 전도성을 띄며 가공 형상이 깨끗함Conductive and clean form 전도성을 띄지 않으며, 과도한 에너지로 폴리머가 재융착되거나 타버림It is not conductive, the polymer is re-fused or burned with excessive energy

표 1은 레이저의 에너지 함유량에 따른 전도성 회로 패턴의 변화를 나타내는 표이다.Table 1 shows the change of the conductive circuit pattern according to the energy content of the laser.

표 1을 참조하면, 적정에너지 이하에서는 레이저를 이용해서 가공하더라도 표면가공이 제대로 일어나지 않는다. 이때, 표면의 형상은 깨끗하나, 금속 입자가 연결되지 않아서 전도성을 띄지 않는다. 이는 저항이 높아 전류가 흐르지 않게 된다.Referring to Table 1, surface processing does not occur properly even if laser processing is performed below the optimum energy. At this time, the shape of the surface is clean, but the metal particles are not connected to each other, so that they are not electrically conductive. This is because the resistance is high and the current does not flow.

적정에너지 이상에서는 레이저를 이용한 가공의 정도가 심해 전도성이 매우 불균일하며, 과도한 에너지로 유기물 재료가 재융착되거나 타버리는 현상이 발생할 수 있다.Above the optimum energy, the degree of processing using the laser is so severe that the conductivity is very uneven and the organic material may re-fuse or burn out due to excessive energy.

적정에너지에서는 전도성을 띄며, 가공되는 전도성 회로 패턴이 깨끗하게 형성된다. 레이저의 에너지 함유량은 최소 0.5~최대 30J/cm2의 범위에서 설정될 수 있다. 일 실시 예로, 레이저 에너지 함유량은 1.257J/cm2 을 가질 수 있다.At a suitable energy, it is conductive, and the conductive circuit pattern to be processed is formed neatly. The energy content of the laser can be set in the range of at least 0.5 to at most 30 J / cm 2 . In one embodiment, the laser energy content is 1.257 J / cm 2 Lt; / RTI >

또한, 레이저를 이용하여 전도성 회로패턴을 형성하는 경우 레이저의 중첩률은 레이저 조사에 의한 금속 입자 간의 반응을 유발한다.In addition, when forming a conductive circuit pattern using a laser, the overlapping ratio of the laser causes a reaction between the metal particles by laser irradiation.

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1은 중첩률을 구하는 식을 나타낸다. 중첩률은 레이저 스캔 스피드와 레이저 빔의 직경과 빈도를 고려하여 구해진다.Equation (1) represents an equation for obtaining the overlap ratio. The overlap rate is obtained by considering the laser scanning speed and the diameter and frequency of the laser beam.

중첩률이 낮은 경우When the overlap ratio is low 적정한 중첩률Appropriate Overlap Rate 과도한 중첩률Excess overlap ratio 전도성을 띄지 않으며, 가공 표면이 거침It is not conductive and has a rough surface 전도성을 띄며, 가공형상이 깨끗함Conductive and clean form 전도성을 띄지만, 가공 표면에 탄화가 발생함Conductive, but carbonized on the machined surface

표 2는 레이저 중첩률에 따른 전도성 회로 패턴의 변화를 나타낸다.Table 2 shows the variation of the conductive circuit pattern with the laser overlay ratio.

재료 표면에 레이저를 조사하여 회로 패턴을 형성할 때, 중첩률이 낮은 경우는 금속 입자간의 연결이 되지 않아 전도도가 수백 KΩ에서 수십 MΩ까지 측정된다. 따라서 레이저에 의해 형성되는 회로 패턴이 전도성을 띄지 않으며, 가공 표면도 매우 거칠어 지게 된다. 이 경우에는 금속 입자를 연결하기 위한 추가적인 증착과정이 필요해진다.When a laser beam is applied to the surface of a material to form a circuit pattern, when the overlap ratio is low, the metal particles are not connected to each other, and the conductivity is measured from several hundred KΩ to tens of MΩ. Therefore, the circuit pattern formed by the laser does not become conductive, and the processed surface becomes very rough. In this case, an additional deposition process is required to connect the metal particles.

중첩률이 높은 경우, 금속 입자가 연결되어 전도성을 띄지만, 가공 표면에 탄화가 발생하여 지저분해지는 단점이 존재한다.When the overlapping ratio is high, the metal particles are connected to each other to exhibit conductivity, but there is a disadvantage that carbonization is generated on the surface to be machined, resulting in dirt.

적당한 중첩률로 중첩이 되는 경우 회로 패턴이 전도성을 가지며, 가공형상이 깨끗해진다. 레이저 중첩률은 최소 75%이상의 중첩률을 가지도록 조사되어 전도도를 가지는 회로 패턴을 형성할 수 있다.When superimposed with a proper overlap ratio, the circuit pattern has conductivity and the processed shape is cleaned. The laser overlay rate can be irradiated to have an overlap ratio of at least 75% to form a circuit pattern having conductivity.

전도성 회로 패턴의 전도성 향상단계(S400)는 레이저를 조사하여 전도성을 띄는 회로 패턴을 형성한 후, 회로 패턴의 양단에 전력을 가하여 전도 회로 패턴의 전도성을 향상시킨다.In the step S400 of improving the conductivity of the conductive circuit pattern, a conductive circuit pattern is formed by irradiating a laser beam, and electric power is applied to both ends of the circuit pattern to improve the conductivity of the conductive circuit pattern.

레이저를 조사하여 전도성 회로 패턴을 형성하고 회로 패턴이 일정한 전도성을 구비하더라도, 금속 입자가 일정하게 연결되었다고 보장할 수 없다.It can not be guaranteed that the metal particles are uniformly connected even if the conductive pattern is formed by irradiating a laser and the circuit pattern has a constant conductivity.

따라서, 금속 입자가 연결된 회로 패턴의 양단에 전원을 연결하고 전류를 흘려주어 금속 입자 간의 연결을 강화할 수 있다. Therefore, the connection between the metal particles can be strengthened by connecting a power source to both ends of the circuit pattern to which the metal particles are connected and flowing current.

용융 기반 칩 실장단계(S500)는 전도성 회로 패턴이 형성된 제품에 칩을 실장하는 경우, 다양한 열원을 이용하여 제품과 칩의 연결부위를 가열하여 전기적으로 연결하는 단계이다. 열원으로는 3D구조물과 칩 사이의 접촉 저항을 이용하는 방법이 사용될 수 있으며, 둘 사이에 전기적 열원을 인가하여 국부적 용융을 일으켜 칩을 실장할 수 있다In the melting-based chip mounting step (S500), when a chip is mounted on a product on which a conductive circuit pattern is formed, a connecting portion of the product and the chip is heated and electrically connected using various heat sources. As a heat source, a method using a contact resistance between a 3D structure and a chip may be used, and an electric heat source may be applied between the two to cause local melting to mount the chip

종래에는 전도성 회로 패턴이 형성된 제품에 칩을 실장하는 경우 납땜 등을 이용하여 칩과 제품을 연결하였다. 그러나 이는 별도의 공정과 재료를 이용해야 하는 번거로움이 존재하였다. Conventionally, when a chip is mounted on a product in which a conductive circuit pattern is formed, a chip and a product are connected using soldering or the like. However, this necessitated the use of separate processes and materials.

그러나, 칩의 연결부위와 제품에서 무기물 필러 재료가 혼합된 영역에 전기나 레이저를 등의 열원을 이용하여 열을 가하는 경우 금속 입자 및 주변 유기물의 국부 용융에 의해 칩의 연결부위와 연결시킬 수 있다.However, when heat is applied to the region where the inorganic filler material is mixed with the chip connecting portion and the product by using a heat source such as electric or laser, local melting of the metal particles and the surrounding organic material can be connected to the connecting portion of the chip .

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (5)

제품의 형상을 제조하기 위한 유기물 재료와 열원에 의한 활성화를 통해 전도성 회로패턴을 형성하기 위한 무기물 필러 재료를 준비하는 3D 프린터용 다종재료 준비단계;
상기 유기물 재료와 상기 무기물 필러 재료를 이용하여 제품을 제조하는 재료적층단계; 및
상기 제품에 전도성 회로패턴을 형성하기 위해 열원을 이용하여 상기 제품을 가열하는 열원을 이용한 전도성 회로 패턴 형성단계
를 포함하며,
상기 전도성 회로 패턴 형성단계는 열원의 조사시 에너지 함유량과 열원의 중첩률을 조절하여 추가적 공정없이 전도성 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법.A multiple material preparation step for a 3D printer for preparing an inorganic filler material for forming a conductive circuit pattern through activation by an organic material and a heat source for manufacturing a shape of a product;
A material laminating step of producing a product using the organic material and the inorganic filler material; And
Forming a conductive circuit pattern using a heat source that heats the product using a heat source to form a conductive circuit pattern on the product
/ RTI >
Wherein the conductive circuit pattern forming step forms a conductive circuit pattern by adjusting an energy content and an overlapping ratio of the heat source during the irradiation of the heat source without additional process. 제1 항에 있어서,
상기 에너지 함유량은 0.5~30J/cm2이며,
상기 열원으로는 레이저가 사용되고, 상기 레이저는 중첩률이 75%이상이 되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법.The method according to claim 1,
The energy content is 0.5 to 30 J / cm 2 ,
Wherein the heat source is a laser, and the laser has an overlap ratio of 75% or more. 제1 항에 있어서,
상기 무기물 필러 재료는 전체 재료에서 적어도 30%이상의 함유량을 가지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the inorganic filler material has a content of at least 30% or more in the entire material. 제1 항에 있어서,
상기 전도성 회로 패턴의 양단에 전력을 가하여 상기 전도 회로 패턴의 전도성을 향상시키는 전도성 향상 단계
를 더 포함하는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법.The method according to claim 1,
A conductive enhancing step of applying electric power to both ends of the conductive circuit pattern to improve the conductivity of the conductive circuit pattern
≪ / RTI > further comprising the step of: 제1 항에 있어서,
상기 전도성 회로 패턴이 형성된 제품에 칩을 실장하는 경우, 열원을 통해 제품과 상기 칩의 연결부위를 가열하여 전기적으로 연결하는 용융기반 칩 실장 단계
를 더 포함하는 3D 프린팅 구조물에 대한 전도 패턴 형성 방법.The method according to claim 1,
A chip mounting step of mounting a chip on a product on which the conductive circuit pattern is formed,
≪ / RTI > further comprising the step of:
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