KR20230011462A - Method of manufacturing Printed circuit nano-fiber web, Printed circuit nano-fiber web thereby and electronic device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인쇄회로 나노섬유웹에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 가요성, 복원성, 방수성 및 통기성이 있는 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법, 이로 제조된 인쇄회로나노웹 및 이를 이용한 전자 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a printed circuit nanofiber web, and more particularly, to a method for manufacturing a flexible, resilient, waterproof and breathable printed circuit nanofiber web, a printed circuit nanoweb manufactured thereby, and an electronic device using the same. .
일반적으로 인쇄회로기판(PCB)은 다양한 분야의 전기, 전자제품의 기초가 되는 부품이며, 생활 가전 제품은 물론 반도체용 모듈, 검사장치, 자동차, 방위산업 및 인공위성에 이르기까지 인쇄회로기판의 활용도가 점차 확대되어 가고 있다.In general, a printed circuit board (PCB) is a basic part of electrical and electronic products in various fields, and its utilization ranges from household appliances to semiconductor modules, inspection devices, automobiles, defense industries, and satellites. is gradually expanding.
최근에는 유연한 전자 소자(Flexible electronics)에 대한 기대 및 요구가 높아짐에 따라 기존의 포토리소그래피법(Photo-Lithography)을 이용한 공정을 통해 양산할 수 없는 필름 형태에 유연한 기판에 대하여 회로패턴의 인쇄가 가능함과 동시에 단가가 저렴하고, 공정 시간을 크게 단축시킬 수 있는 인쇄전자(Printed Electronic)기법이 주목받고 있다. In recent years, as expectations and demands for flexible electronics have increased, it is possible to print circuit patterns on flexible substrates in the form of films that cannot be mass-produced through processes using conventional photo-lithography. At the same time, the printed electronic technique, which is inexpensive and can greatly shorten the process time, is attracting attention.
상기 인쇄전자 기법은 다이렉트 프린팅(Direct Printing) 기법이라고도 하며, 목적하는 회로패턴 부분만을 기판이나 필름 등에 전도성 전자잉크로 인쇄하여 제조하는 공정이다. 종래 포토리소그래피법은 회로패턴 형성을 위해 기판 전체에 구리나 알루미늄을 도금한 후, 마스크 등을 이용하여 필요한 부분만을 남기고 제거하기 때문에 상대적으로 낭비되는 전도성 소재의 양이 많아 비경제적이나, 인쇄전자 기법을 이용하면 재료의 낭비가 거의 없어 제조 단가를 크게 낮출 수 있다. 또한 종래 포토리소그래피법은 최소 5단계 이상의 공정을 필요로 하지만 인쇄전자 기법을 이용하면 최소 2단계의 공정으로 회로패턴을 인쇄할 수 있어 공정 단순화에 크게 기여할 수 있다. 나아가 상기 인쇄전자 기법은 얇고 작은 물체에 회로패턴을 형성할 수 있으며, 회로패턴 형성의 정확성이 향상되며 친환경적인 제조 공정이 가능한 점에서 장점이 있다. The printed electronics technique is also referred to as a direct printing technique, and is a process of printing only a desired circuit pattern portion with conductive electronic ink on a substrate or film. The conventional photolithography method is uneconomical because there is a relatively high amount of wasted conductive material because copper or aluminum is plated on the entire substrate to form a circuit pattern, and then only necessary parts are removed using a mask, etc. By using, there is almost no waste of material, so the manufacturing cost can be greatly reduced. In addition, the conventional photolithography method requires at least 5 steps or more, but using a printed electronics technique can print a circuit pattern in at least 2 steps, which can greatly contribute to process simplification. Furthermore, the printed electronics technique has advantages in that a circuit pattern can be formed on a thin and small object, the accuracy of circuit pattern formation is improved, and an environmentally friendly manufacturing process is possible.
이러한 점에서 상기 인쇄전자 기법은 모든 물체가 통신기능을 갖추도록 하는 사물인터넷 기술로 가장 각광 받는 기술이며 박막 트랜지스터, 저항, 인덕터, 콘덴서 등의 기본적인 회로 부품에서부터, 전지, 디스플레이, 센서, RFID(Radio Frequency Identification), 태양 전지 등의 다수의 응용 제품까지 넓게 응용이 가능하다. In this respect, the printed electronics technique is the most popular technology as an Internet of Things technology that allows all objects to have communication functions, and it is a technology that is most popular as a technology that enables all objects to have communication functions. Frequency Identification), solar cells, and many other applications.
*6한편, 미래에 개발되어 활용될 미래형 스마트 기기는 현존의 디바이스와는 구조적, 개념적으로 차이가 있을 것으로 예상되며 특히, 최근 스마트 기기는 인체에 착용되어 인간 생활을 편리하게 하기 위한 안경, 의복 등에 전자적인 부품을 함께 내장시켜 개발되고 있다. 이러한 변화의 추이 속에 사용자가 착용 가능한 인쇄회로기판의 개발은 스마트 의류와 같은 미래형 디바이스의 개발을 촉진할 수 있으므로, 가요성이 보다 향상됨으로 인해 인체에 착용이 가능한 형태로 구현되는 인쇄회로기판의 연구 및 기술개발이 반드시 필요하다.*6 Meanwhile, future smart devices to be developed and utilized in the future are expected to be structurally and conceptually different from existing devices. It is being developed by embedding electronic components together. In the midst of these changes, the development of wearable printed circuit boards by users can promote the development of future devices such as smart clothes, so research on printed circuit boards implemented in a form that can be worn on the human body due to improved flexibility and technology development are essential.
한국 등록특허공보 제10-1139970호(특허문헌 1)에는 연성의 절연기판 상에 형성된 시드층 상에 회로패턴을 형성하는 1단계; 상기 회로패턴 상에 제1감광물질을 도포하는 2단계; 상기 제1감광물질을 노광, 현상하여 상기 회로패턴 상에 보호패턴을 형성하는 3단계; 상기 시드층을 에칭하는 4단계; 및 상기 보호패턴을 박리하는 5단계를 포함하며, 상기 제1감광물질은 액상 또는 필름형 감광제인 것을 특징으로 하는 플렉서블 인쇄회로기판의 제조방법이 개시되어 있다. Korean Patent Registration No. 10-1139970 (Patent Document 1) includes a first step of forming a circuit pattern on a seed layer formed on a flexible insulating substrate; a second step of applying a first photosensitive material on the circuit pattern; a third step of exposing and developing the first photosensitive material to form a protective pattern on the circuit pattern; a fourth step of etching the seed layer; and a fifth step of peeling the protective pattern, wherein the first photosensitive material is a liquid or film-type photosensitive material.
상기 특허문헌 1의 제조방법을 이용하면 가요성이 있는 인쇄회로기판을 구현할 수 있으나, 베이스부재가 폴리이미드 필름과 같은 연성의 절연기판이므로, 충분한 가요성을 가지지 못하고, 접히거나 구겨진 후 다시 펴지는 복원 특성 또한 기대할 수 없으며, 통기성을 가지지 못하여 웨어러블이 요구되는 스마트 기기 등에는 적용할 수 없는 단점이 있다. Using the manufacturing method of Patent Document 1, it is possible to implement a flexible printed circuit board, but since the base member is a flexible insulating substrate such as a polyimide film, it does not have sufficient flexibility, and does not unfold again after being folded or crumpled. Restoration characteristics cannot be expected, and there is a disadvantage that it cannot be applied to smart devices requiring wearable devices because it does not have air permeability.
이에 가요성, 복원성 및 통기성을 가짐과 동시에 착용가능한 형태로 제작되어 유연한 전자 소자 또는 미래형 웨어러블 스마트기기에도 적용이 가능한 인쇄회로기판에 대한 기술 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a technology for a printed circuit board that has flexibility, resilience, and air permeability and is manufactured in a wearable form and can be applied to flexible electronic devices or future wearable smart devices.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 나노섬유웹에 회로패턴을 인쇄하여 가요성 및 복원성을 가지는 인쇄회로기판의 제조 방법 및 이를 이용한 스마트 기기를 제공하는데 발명의 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above points, and an object of the invention is to provide a method for manufacturing a printed circuit board having flexibility and resilience by printing a circuit pattern on a nanofiber web and a smart device using the same.
또한, 본 발명은 인쇄전자 공정을 이용하여 회로패턴의 형성 정확도를 향상시킴과 동시에 전도성 재료의 제조 단가를 낮추고 전도성 재료의 낭비를 최소화하여 경제적이고 친환경적인 인쇄회로기판의 제조 방법 및 이를 이용한 스마트 기기를 제공하는데 발명의 다른 목적이 있다.In addition, the present invention improves the formation accuracy of circuit patterns using a printed electronics process, at the same time lowers the manufacturing cost of conductive materials and minimizes the waste of conductive materials, thereby manufacturing an economical and environmentally friendly printed circuit board manufacturing method and smart device using the same There is another object of the invention to provide.
더불어, 본 발명은 나노 사이즈의 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 가지는 나노섬유웹을 인쇄회로기판의 베이스 기재로 적용하여 웨어러블 스마트 의류에 요구되는 가요성, 복원성 및 통기성을 만족하는 인쇄회로기판의 제조 방법 및 이를 이용한 스마트 기기를 제공하는데 발명의 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention applies a nanofiber web having a plurality of pores formed by accumulating nano-sized fibers as a base substrate for a printed circuit board, thereby satisfying the flexibility, resilience and air permeability required for wearable smart clothing. Another object of the invention is to provide a manufacturing method and a smart device using the same.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 섬유형성성분이 포함된 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유웹을 제조하는 단계 및 (2) 상기 나노섬유웹 상에 인쇄전자(Printed Electronic) 기법을 통해 회로패턴층을 인쇄시키는 단계를 포함하는 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides (1) the steps of preparing a nanofiber web by electrospinning a spinning solution containing a fiber forming component, and (2) a printed electronic technique on the nanofiber web. It provides a method for manufacturing a printed circuit nanofiber web comprising the step of printing a circuit pattern layer through.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계는 (2-1) 나노섬유웹에 전도성 잉크를 분사하는 단계 및 (2-2) 상기 분사된 전도성 잉크를 소결하여 회로패턴층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (2) comprises (2-1) spraying conductive ink on the nanofiber web and (2-2) sintering the sprayed conductive ink to form a circuit pattern layer. steps may be included.
또한, 상기 전도성 잉크는 금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄 및 카본 중 적어도 하나의 전도성 입자를 포함할 수 있다.In addition, the conductive ink may include conductive particles of at least one of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, aluminum, and carbon.
또한, 상기 인쇄전자 기법은 잉크젯프린팅(Inkjet Printing) 및 플렉소인쇄법(Flexography) 중 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.In addition, the printed electronics technique may be performed by any one of inkjet printing and flexography.
또한, 상기 나노섬유웹의 평균공경은 0.1 ~ 10㎛ 일 수 있다.In addition, the average pore diameter of the nanofiber web may be 0.1 to 10 μm.
또한, 상기 회로패턴층은 나노섬유웹 표면으로부터 0.1 ~ 10㎛의 두께로 인쇄될 수 있다.In addition, the circuit pattern layer may be printed to a thickness of 0.1 to 10 μm from the surface of the nanofiber web.
또한, 상기 회로패턴층은 상기 나노섬유웹의 상부면에 형성된 제1회로패턴층 및 하부면에 형성된 제2회로패턴층을 포함하고, 상기 제1회로패턴층 및 제2회로패턴층은 통전 또는 비통전 될 수 있다.In addition, the circuit pattern layer includes a first circuit pattern layer formed on the upper surface of the nanofibrous web and a second circuit pattern layer formed on the lower surface, and the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer are electrically conductive or can be de-energized
또한, 상기 나노섬유는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrlene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리카보네이트, PC(polycarbonate), 폴리이더이미드(polyetherimide), 폴리이더술폰(polyethersulfone), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate),, 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 및 불소계화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 섬유형성성분으로 포함할 수 있다.In addition, the nanofiber is polyurethane, polystyrene, polyvinylalcohol, polymethyl methacrylate, polylactic acid, polyethyleneoxide, polyvinyl acetate (polyvinyl acetate), polyacrylic acid, polycaprolactone, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylchloride, polycarbonate, PC (polycarbonate) , polyetherimide, polyethersulfone, polybenzimidazol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and any one selected from the group consisting of fluorine-based compounds. One or more compounds may be included as fiber-forming components.
또한, 상기 나노섬유웹의 기공도는 10 ~ 80%일 수 있다.In addition, the porosity of the nanofiber web may be 10 to 80%.
또한, 인쇄회로 나노섬유웹은 회로패턴층이 인쇄된 나노섬유웹 일면에 대향하는 반대 면에 강도보강용 지지체를 더 구비할 수 있다.In addition, the printed circuit nanofiber web may further include a support for strength reinforcement on the opposite side of the nanofiber web on which the circuit pattern layer is printed.
또한, 본 발명은 다수 개의 나노섬유 및 상기 다수 개의 나노섬유의 교차로 형성되는 다수 개의 기공을 가지며, 회로패턴층이 상기 나노섬유 및 기공을 덮도록 형성되는 인쇄회로 나노섬유웹을 제공한다.In addition, the present invention provides a printed circuit nanofiber web having a plurality of nanofibers and a plurality of pores formed by crossing the plurality of nanofibers, and a circuit pattern layer formed to cover the nanofibers and pores.
또한, 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 인쇄회로 나노섬유웹 및 상기 인쇄회로 나노섬유웹에 실장된 적어도 하나 이상의 전자 부품을 포함하는 전자기기를 제공한다.In addition, the present invention provides an electronic device including a printed circuit nanofiber web manufactured by the above-described manufacturing method and at least one or more electronic components mounted on the printed circuit nanofiber web.
또한, 상기 전자기기는 사용자의 신체 상태를 검출하기 위한 바이오 센서와 주변환경을 감지하기 위한 환경감지센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서유닛, 근거리 무선 통신에 사용되는 근거리 통신 모듈, 무선 통신에 사용되는 안테나 패턴 및 신호처리 기능을 수행하기 위한 제어유닛을 포함하는 전자 기기일 수 있다.In addition, the electronic device is a sensor unit including at least one of a biosensor for detecting a user's body state and an environment sensor for detecting a surrounding environment, a short-range communication module used for short-range wireless communication, and a wireless communication It may be an electronic device including a control unit for performing antenna pattern and signal processing functions.
본 발명에 따른 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법에 의하면, 미래형 스마트 기기에 적합하도록 가요성 및 복원성을 가지는 회로패턴이 인쇄된 인쇄회로 나노섬유웹을 구현할 수 있다. 또한, 인쇄전자 공정을 이용하여 전도성 재료의 제조 단가를 낮추고 전도성 재료의 낭비를 최소화하여 경제적이고 친환경적인 동시에 다수의 기공을 가지는 나노섬유웹을 통해 방수성과 통기성 특성을 만족함에 따라서 각종 미래산업분야에서 다양하게 응용될 수 있다.According to the manufacturing method of the printed circuit nanofiber web according to the present invention, it is possible to implement a printed circuit nanofiber web printed with circuit patterns having flexibility and resilience to be suitable for future smart devices. In addition, it is economical and eco-friendly by lowering the manufacturing cost of conductive materials using the printed electronics process and minimizing waste of conductive materials, while satisfying waterproofness and air permeability through a nanofiber web having a large number of pores. It can be applied in various ways.
도 1은 종래 증착-리소그래피 공정을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄전자 공정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄회로 나노섬유웹을 나타내는 사시도 및 부분 확대도, 그리고
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 제조방법으로 제조된 인쇄회로 나노섬유웹을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional deposition-lithography process;
2 is a diagram showing a printed electronics process according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a perspective view and a partially enlarged view showing a printed circuit nanofiber web according to an embodiment of the present invention, and
4 and 5 are views showing a printed circuit nanofiber web manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are added to the same or similar components throughout the specification.
본 발명에 따른 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법은 (1) 섬유형성성분이 포함된 방사용액을 전기 방사하여 나노섬유웹을 제조하는 단계 및 (2) 인쇄전자(Printed Electronic) 기법을 이용하여 상기 나노섬유웹에 회로패턴층을 형성하는 단계를 포함하여 구현된다.The method for manufacturing a printed circuit nanofiber web according to the present invention includes (1) preparing a nanofiber web by electrospinning a spinning solution containing a fiber forming component, and (2) using a printed electronic technique. It is implemented by including the step of forming a circuit pattern layer on the nanofiber web.
상기 (1) 단계는 섬유형성성분이 포함된 방사용액을 전기 방사하여 회로패턴층을 형성시키는 기재인 나노섬유웹을 제조하는 단계이다. 본 발명의 제조방법에 따른 (1) 단계를 설명하기에 앞서, 회로패턴층을 형성시키는 기재로써 나노섬유웹을 사용하는 이유에 대하여 먼저 설명하기로 한다.The step (1) is a step of preparing a nanofiber web, which is a substrate for forming a circuit pattern layer, by electrospinning a spinning solution containing a fiber forming component. Prior to explaining step (1) according to the manufacturing method of the present invention, the reason for using the nanofibrous web as a substrate for forming the circuit pattern layer will be explained first.
일반적인 인쇄회로기판은 에폭시 수지에 유리 섬유 등의 보강재를 첨가시키고, 동박을 접착시킨 경성인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board; Rigid PCB), 폴리이미드(polyimide) 기재상에 동박을 접착시킨 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB) 및 경성인쇄회로기판과 연성인쇄회로기판의 장점을 결합시킨 경성-연성인쇄회로 기판(Rigid- Flexible Printed Circuit Board; R-F PCB)으로 나누어질 수 있다. 특히 최근 추세를 반영한 스마트 기기와 같은 미래 디바이스용 인쇄회로기판의 경우, 우수한 가요성이 요구되며 접거나 구겨지더라도 원래의 편평한 상태를 유지할 수 있는 복원력 및 높은 휘어짐 특성이 요구되고 있다. 그러나 종래의 연성인쇄회로기판에 사용되는 폴리이미드는 일정 수준의 가요성을 나타내고 있으나, 접거나 구겨지면 다시 원래의 편평한 상태로 돌아가는 복원력이 매우 낮으며, 휘어짐에도 취약한 특성을 가짐에 따라서 미래형 디바이스에는 다소 부적절한 면이 있다.A typical printed circuit board is a Rigid Printed Circuit Board (Rigid PCB) in which reinforcing materials such as glass fibers are added to epoxy resin and copper foil is adhered to it, and a flexible printed circuit in which copper foil is adhered to a polyimide substrate. It can be divided into a flexible printed circuit board (FPCB) and a rigid-flexible printed circuit board (R-F PCB) combining the advantages of a rigid printed circuit board and a flexible printed circuit board. In particular, in the case of printed circuit boards for future devices such as smart devices reflecting recent trends, excellent flexibility is required, and resilience and high bending characteristics that can maintain the original flat state even when folded or crumpled are required. However, polyimide used in conventional flexible printed circuit boards exhibits a certain level of flexibility, but has very low resilience to return to its original flat state when folded or crumpled, and is vulnerable to bending, so it is suitable for future devices. There are some inappropriate aspects.
이에 본 발명은 다수 개의 나노섬유가 랜덤하게 축적되어 이루어지는 나노섬유웹에 회로패턴을 인쇄하는 제조방법을 통해 상술한 미래형 스마트 기기에 적합하도록 우수한 가요성과 복원성을 가짐과 동시에 우수한 휘어짐 특성을 나타내는 인쇄회로 나노섬유웹을 구현한다.Therefore, the present invention has excellent flexibility and resilience to be suitable for the above-mentioned future smart devices through a manufacturing method of printing a circuit pattern on a nanofiber web formed by randomly accumulating a plurality of nanofibers, and at the same time exhibits excellent bending characteristics A printed circuit Realization of nanofiber web.
즉, 본 발명에 따른 제조방법으로 구현되는 인쇄회로 나노섬유웹은 나노섬유웹을 구성하는 섬유 표면 및 상기 나노섬유로 형성되는 기공을 덮도록 회로패턴층을 형성하여, 나노섬유 자체의 우수한 가요성을 충분히 활용할 수 있으며, 랜덤하게 적층된 상기 나노섬유로 인해 접히거나 구겨진 이후 다시 회복되는 복원 특성도 향상될 수 있다. 나아가, 웹 구조의 시트를 이용함으로써 초경박 기기나 웨어러블 디바이스 등의 미래 지향적인 디바이스에도 적용이 가능하다.That is, the printed circuit nanofibrous web implemented by the manufacturing method according to the present invention forms a circuit pattern layer to cover the surface of the fibers constituting the nanofiber web and the pores formed by the nanofibers, resulting in excellent flexibility of the nanofibers themselves. can be sufficiently utilized, and restoration properties recovered after being folded or crumpled due to the randomly stacked nanofibers can also be improved. Furthermore, by using a web-structured sheet, it can be applied to future-oriented devices such as ultra-thin devices and wearable devices.
상기 (1) 단계로써, 나노섬유웹을 제조하는 단계는 나노섬유를 구비하고 3차원 네트워크 형상의 섬유웹을 형성시키는 공지의 방법이 사용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 나노섬유웹은 섬유형성성분을 포함하는 방사용액을 전기 방사하여 형성할 수 있다.In step (1), a known method for preparing a nanofibrous web may include nanofibers and form a fibrous web having a three-dimensional network shape. However, preferably, the nanofiber web may be formed by electrospinning a spinning solution containing a fiber forming component.
상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 공지된 섬유형성성분 및 용매를 포함하여 형성된 것일 수 있다.The nanofibers forming the nanofiber web may be formed by including a known fiber-forming component and a solvent.
상기 섬유형성성분은 목적에 따라서 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystrlene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리카보네이트, PC(polycarbonate), 폴리이더이미드(polyetherimide), 폴리이더술폰(polyethersulfone), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 및 불소계화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. Depending on the purpose, the fiber-forming component is polyurethane, polystyrene, polyvinylalcohol, polymethyl methacrylate, polylactic acid, polyethyleneoxide, poly Polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polycaprolactone, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylchloride, polycarbonate, PC ( polycarbonate), polyetherimide, polyethersulfone, polybenzimidazol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and fluorine-based compounds selected from the group consisting of One or more may be included.
또한, 상기 불소계화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the fluorine-based compound is polytetrafluoroethylene (PTFE)-based, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA)-based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP)-based, Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) system, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) system, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) system, chlorotrifluoro It may include at least one compound selected from the group consisting of ethylene-ethylene copolymer (ECTFE)-based and polyvinylidene fluoride (PVDF)-based.
이때, 상기 나노섬유가 섬유형성성분으로 PVDF를 포함할 경우 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 300,000 ~ 600,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. At this time, when the nanofibers include PVDF as a fiber-forming component, the weight average molecular weight of the PVDF may be 10,000 to 1,000,000, preferably 300,000 to 600,000, but is not limited thereto.
상기 섬유형성성분은 방사용액에 5 ~ 30중량%, 바람직하게는 8 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 섬유형성성분이 5중량% 미만일 경우 섬유로 형성되기 어려우며, 방사 시 섬유상으로 방사되지 않고 액적상태로 분사되어 방사가 이루어지더라도 비드가 많이 형성되고 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아 기공이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 만일 섬유형성성분이 30중량%를 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 크기의 섬유상을 만들 수 없을 수 있다.The fiber-forming component is preferably included in 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight in the spinning solution, and if the fiber-forming component is less than 5% by weight, it is difficult to form a fiber, and it is not spun into a fiber during spinning. Even if it is sprayed in the form of droplets and spinning is performed, a lot of beads are formed and the volatilization of the solvent is not well done, which may cause pores to be clogged. In addition, if the fiber-forming component exceeds 30% by weight, the viscosity rises and solidification occurs on the surface of the solution, making it difficult to spin for a long time, and the fiber diameter increases, making it impossible to create fibers having a size of less than a micrometer.
상기 용매는 섬유형성성분의 침전물을 생성시키지 않고 후술하는 나노섬유의 방사성에 영향을 미치지 않는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 아세톤 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일예로 상기 용매는 디메틸아세트아미드와 아세톤의 혼합용매일 수 있다.The solvent may be used without limitation in the case of solvents that do not produce precipitates of fiber-forming components and do not affect the radioactivity of nanofibers described later, but preferably γ-butyrolactone, cyclohexanone, 3-hexanone, 3 - It may include at least one selected from the group consisting of heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, acetone dimethylsulfoxide, and dimethylformamide. For example, the solvent may be a mixed solvent of dimethylacetamide and acetone.
상기 제조된 방사용액은 공지된 전기방사장치 및 방법을 통해 나노섬유을 제조될 수 있다. 일 예로, 상기 전기방사장치는 방사 노즐이 1개인 단일 방사팩을 구비한 전기방사장치를 사용하거나 양산성을 위하여 단일 방사팩 복수개로 구비하거나 노즐이 복수개인 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용해도 무방하다. 또한, 전기방사 방식에 있어서 건식방사 또는 외부응고조를 구비하는 습식방사를 이용할 수 있고 방식에 따른 제한은 없다.The prepared spinning solution may be prepared into nanofibers through a known electrospinning apparatus and method. For example, the electrospinning device uses an electrospinning device having a single spinning pack having one spinning nozzle, or using an electrospinning device having a single spinning pack with a plurality of single spinning packs or a spinning pack having a plurality of nozzles for mass production. also free In addition, in the electrospinning method, dry spinning or wet spinning having an external coagulation bath may be used, and there is no limitation according to the method.
상기 전기방사장치에 교반시킨 방사용액을 투입시켜 콜렉터, 일예로 종이 상에 전기방사시킬 경우 나노섬유로 형성된 나노섬유웹을 수득할 수 있다. 상기 전기방사를 위한 구체적 조건은 일 예로써, 방사팩의 노즐에 구비되는 에어분사노즐은 에어 분사의 에어압은 0.01 ~ 0.2MPa 범위로 설정될 수 있다. 만약 에어압이 0.01MPa 미만인 경우 포집, 집적에 기여를 하지 못하며, 0.2MPa를 초과하는 경우 방사노즐의 콘을 굳게 하여 니들을 막는 현상이 발생하여 방사 트러블이 발생할 수 있다. 또한, 상기 방사용액을 방사할 때, 노즐 당 방사용액의 주입속도는 10 ~ 30㎕/min일 수 있다. 또한, 상기 노즐의 팁과 콜렉터까지의 거리는 10 ~ 30㎝일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 실시할 수 있다.When electrospinning is performed on a collector, for example, paper, by injecting the stirred spinning solution into the electrospinning apparatus, a nanofiber web formed of nanofibers can be obtained. As an example of the specific conditions for the electrospinning, the air pressure of the air injection nozzle provided in the nozzle of the spinning pack may be set in the range of 0.01 to 0.2 MPa. If the air pressure is less than 0.01 MPa, it does not contribute to collection and accumulation, and if it exceeds 0.2 MPa, the cone of the spinning nozzle is hardened and the needle is blocked, which may cause spinning trouble. In addition, when spinning the spinning solution, the injection rate of the spinning solution per nozzle may be 10 to 30 μl/min. In addition, the distance between the tip of the nozzle and the collector may be 10 to 30 cm. However, it is not limited to this and can be changed and implemented according to the purpose.
상기 (1) 단계를 통해 제조된 나노섬유웹은 상기 다수 개의 나노섬유의 교차로 형성되는 다수 개의 기공을 가질 수 있다. 이 경우, 회로패턴이 형성된 인쇄회로 나노섬유웹에 통기성을 부여할 수 있으므로, 인체에 착용하는 의복 및 각종 미래형 스마트 기기의 각종 부품을 상호 연결하고 회로를 구성하는데 필요한 최적의 기능 및 구조를 가질 수 있다. 즉, 인체에서는 외부 환경에 따라 체온 조절을 위해 땀이 발생되고, 이 땀은 증발되어 수증기 상태로 외부로 방출되는데, 통기성을 가지는 상기 인쇄회로 나노섬유웹을 통해 땀에서 증발된 수증기를 외부로 방출시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기공을 통하여 각종 회로배선을 연결할 수 있어 웨어러블 스마트 기기와 같은 미래형 디바이스에 보다 적합한 기능 및 구조를 가질 수 있다.The nanofibrous web prepared through step (1) may have a plurality of pores formed by crossing the plurality of nanofibers. In this case, since breathability can be given to the printed circuit nanofiber web on which the circuit pattern is formed, it is possible to have the optimal function and structure required to interconnect various parts of clothes worn on the human body and various future smart devices and configure circuits. there is. That is, in the human body, sweat is generated to regulate body temperature according to the external environment, and this sweat is evaporated and released to the outside in the form of water vapor. The water vapor evaporated from the sweat is released to the outside through the printed circuit nanofiber web having air permeability. In addition, various circuit wires can be connected through pores, so that it can have functions and structures more suitable for future devices such as wearable smart devices.
이를 위해 상기 나노섬유웹의 기공도는 10 ~ 80%일 수 있고, 일예로 50% ~ 60% 일 수 있다. 또한, 상기 나노섬유는 평균직경이 0.1 ~ 10㎛ 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 나노섬유웹의 두께는 5 ~ 200㎛로 형성될 수 있고, 일예로 10 ~ 20㎛일 수 있다. 만일 상기 나노섬유웹이 5㎛ 미만의 두께를 가지면 나노섬유웹 표면에 인쇄된 회로패턴층에 대한 지지기능이 저하될 수 있고, 이로 인한 인쇄회로 나노섬유웹의 내구성 및 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 또한, 만일 상기 나노섬유웹이 200㎛를 초과하는 두께를 가지면 회로패턴층에 과도한 두께로 인한 공정 핸들링 특성이 저하될 수 있으며, 특히 양면에 회로패턴층을 인쇄하는 경우 전도성 잉크가 용이하게 침투하지 못하여 균일한 회로패턴층 형성에 제한이 따를 수 있고, 침투력 저하에 따른 전도성 잉크에 뭉침현상으로 인한 나노섬유웹 자체에 물성 저하를 야기할 수 있다.To this end, the porosity of the nanofiber web may be 10 to 80%, for example, 50% to 60%. In addition, the nanofibers may have an average diameter of 0.1 to 10 μm, but are not limited thereto. In addition, the nanofiber web may have a thickness of 5 to 200 μm, for example, 10 to 20 μm. If the nanofibrous web has a thickness of less than 5 μm, the support function for the circuit pattern layer printed on the surface of the nanofibrous web may deteriorate, and thus the durability and mechanical properties of the printed circuit nanofibrous web may deteriorate. In addition, if the nanofibrous web has a thickness exceeding 200 μm, process handling characteristics may be deteriorated due to the excessive thickness of the circuit pattern layer, and in particular, when the circuit pattern layer is printed on both sides, conductive ink does not penetrate easily. Therefore, the formation of a uniform circuit pattern layer may be restricted, and the physical properties of the nanofiber web itself may be deteriorated due to aggregation in the conductive ink due to a decrease in penetration.
또한, 상기 나노섬유웹의 평균공경은 0.1 ~ 10㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 3㎛일 수 있고, 일예로, 0.25㎛일 수 있다. 또한, 상기 나노섬유웹의 평량은 2 ~ 100g/㎡일 수 있고, 일예로 10g/㎡ ~ 20g/㎡ 일 수 있다. In addition, the average pore diameter of the nanofibrous web may be 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm, and for example, 0.25 μm. In addition, the basis weight of the nanofiber web may be 2 ~ 100g / ㎡, for example, 10g / ㎡ ~ 20g / ㎡.
이때, 나노섬유웹 자체의 부족한 강도를 보강하여 상기 나노섬유웹 상에 형성되는 회로패턴층의 안정성을 향상시키기 위해 상기 나노섬유웹은 목적하는 용도에 맞도록 강도 보강용 지지체를 추가적으로 더 구비할 수 있으며, 상기 강도 보강용 지지체의 일면 또는 양면에 적층된 제1나노섬유웹 또는 제2나노섬유웹을 더 포함하여 구현될 수 있다.At this time, in order to improve the stability of the circuit pattern layer formed on the nanofibrous web by reinforcing the insufficient strength of the nanofibrous web itself, the nanofibrous web may further include a support for reinforcing strength to suit the intended use. And, it may be implemented by further including a first nanofiber web or a second nanofiber web laminated on one side or both sides of the support for strength reinforcement.
한편 도 1을 참조하면, 종래 포토-리소그래피 기법은 (a) 연성 또는 경성 기판상에, (b) 시드층을 형성하는 단계, (c) 포토 레지스트를 도포하는 단계, (d) 마스크를 이용하여 노광하는 단계, (e) 현상하는 단계, (f) 에칭 단계 및 회로패턴을 형성하는 단계(g)를 포함하여 수행되기 때문에, 요구되는 공정 단계 복잡하고 제조시간이 길며, 또한 마스크 등을 이용하여 필요한 부분만을 남기고 제거하기 때문에 상대적으로 낭비되는 전도성 소재의 양이 많아 비경제적이다. 그러나 본 발명에 따른 인쇄전자 기법은 목적하는 회로패턴 부분만을 기판이나 필름 등에 전도성 전자잉크로 인쇄하여 제조하기 때문에 2단계의 공정으로 회로패턴을 인쇄할 수 있어 공정 단순화에 크게 기여할 수 있으며, 회로 패턴 형성의 정확성이 향상되고, 낭비되는 재료가 거의 없어 제조 단가를 크게 낮출 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, the conventional photo-lithography technique includes (a) forming a seed layer on a flexible or rigid substrate, (c) applying a photoresist, and (d) using a mask. Since it is performed including the exposure step, (e) developing step, (f) etching step, and circuit pattern forming step (g), the required process steps are complicated and the manufacturing time is long, and also using a mask or the like It is uneconomical because the amount of conductive material that is relatively wasted is large because it is removed leaving only the necessary parts. However, since the printed electronics technique according to the present invention is manufactured by printing only the desired circuit pattern portion with conductive electronic ink on a substrate or film, the circuit pattern can be printed in a two-step process, which can greatly contribute to process simplification, and the circuit pattern The accuracy of formation is improved, and there is little wasted material, so the manufacturing cost can be greatly reduced.
이에, 본 발명에 따른 제조방법은 도 2에 도시된 것과 같이, (a) 내지 (c)의 단계만으로 공정 단계를 최소화할 수 있으며, 이러한 (2) 단계는 인쇄전자(Printed Electronic) 기법을 이용하여 나노섬유웹에 회로패턴층을 인쇄하며, 상기 인쇄전자 기법은 잉크젯프린팅(Inkjet Printing) 및 플렉소인쇄법(Flexography) 중 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다. 다만 본 발명에서의 인쇄전자 기법은 상기 언급된 방법에 한정되는 것은 아니며, 인쇄전자 기법으로 이용될 수 있는 모든 방법을 포함할 수 있다.Therefore, the manufacturing method according to the present invention can minimize process steps only by steps (a) to (c), as shown in FIG. 2, and this step (2) uses a printed electronic technique. Thus, a circuit pattern layer is printed on the nanofiber web, and the printed electronics technique may be performed by any one of inkjet printing and flexography. However, the printed electronics technique in the present invention is not limited to the above-mentioned methods, and may include all methods that can be used as printed electronic techniques.
이때, 상기 잉크젯프린팅(Inkjet Printing) 방법은 헤드로부터 미세한 크기의 전도성 잉크 방울(이하, 액적이라 한다)을 토출하여 목적하는 기재에 충돌시켜 회로 패턴을 형성하는 방식이며, 액적 토출 방식에 따라 연속적으로 액적을 토출시키는 컨티뉴어스(Continuous) 방식과 선택적으로 액적을 토출시키는 드롭 온 디맨드(Drop On Demand) 방식으로 분류할 수 있다. 이때, 컨티뉴어스 방식은 일반적으로 대형의 장치가 요구되고 저해상도의 패터닝(Patterning)에 이용됨에 반해, 드롭 온 디맨드 방식은 고해상도의 패터닝이 필요한 경우에 사용되는 특징이 있다.At this time, the inkjet printing method is a method of ejecting fine-sized conductive ink droplets (hereinafter referred to as droplets) from a head and colliding them with a target substrate to form a circuit pattern, and continuously according to the droplet ejection method. It can be classified into a continuous method for discharging droplets and a drop on demand method for selectively discharging droplets. In this case, the continuous method generally requires a large device and is used for low-resolution patterning, whereas the drop-on-demand method is characterized in that it is used when high-resolution patterning is required.
또한, 상기 드롭 온 디맨드(Drop On Demand) 방식은 다시 압전소자를 이용해 잉크에 압력을 인가하여 액적을 토출시키는 피에조(Piezo) 방식 및 잉크에 열을 가해 순간적으로 기포를 발생시킨 후 기포의 압력에 의해 액적을 토출시키는 버블젯(Bubblejet) 방식으로 분류할 수 있다. 상기 피에조(Piezo) 방식의 경우 잉크에 열을 가하지 않기 때문에 헤드 수명이 비교적 길다는 점 및 잉크의 선택에 있어 열변성을 고려해야 하는 제한이 없다는 점은 유리하나 고해상도의 패터닝을 위해서는 헤드의 생산비용이 상승한다는 점에서 불리할 수 있다.In addition, the Drop On Demand method uses a piezoelectric element to apply pressure to the ink to eject droplets, and a Piezo method that applies heat to the ink to instantaneously generate bubbles, and then to the pressure of the bubbles It can be classified as a bubble jet method in which liquid droplets are ejected by In the case of the piezo method, since it does not apply heat to the ink, the life of the head is relatively long and there is no limitation to consider thermal denaturation in the selection of ink. However, for high-resolution patterning, the production cost of the head is high. It can be disadvantageous in that it rises.
상기 플렉소 인쇄법(Flexography) 방법은 균일한 그레이팅(Grating)을 갖는 아니록스 롤러(Anilox Roller) 위에 전도성 잉크를 도포하고, 닥터 블레이드를 통해 균일하게 펼친 후, 상기 아니록스 롤러(Anilox Roller)와 인쇄롤을 접촉시켜 상기 인쇄롤의 유연성 수지판 위에 양각된 패턴으로 전도성 잉크를 전사함으로써 목적하는 기재 표면에 프린팅 하는 방식이다.In the flexography method, conductive ink is applied on an anilox roller having a uniform grating, spread evenly through a doctor blade, and then the anilox roller and It is a method of printing on the surface of a target substrate by contacting a printing roll to transfer conductive ink in an embossed pattern on a flexible resin plate of the printing roll.
이때, 상기 (2) 단계는 (2-1) 나노섬유웹에 전도성 잉크를 분사하는 단계 및(2-2) 상기 분사된 전도성 잉크를 소결하여 회로패턴층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구현될 수 있다.At this time, the step (2) may further include (2-1) spraying conductive ink on the nanofiber web and (2-2) sintering the sprayed conductive ink to form a circuit pattern layer. can
상기 (2-1) 단계의 상기 전도성 잉크는 금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄 및 카본 입자 중 적어도 하나 이상의 전도성 입자를 포함할 수 있으며, 도전성 및 내화학성을 고려하면 금, 은, 백금이 바람직하고, 비용 및 후술할 소결 온도를 고려하면 은이 보다 바람직할 수 있다. 다만, 상기 전도성 잉크에 포함되는 전도성 입자는 상기 언급된 금속에 한정되지 아니하며, 전도성 잉크의 재료로 사용될 수 있는 모든 금속 또는 비금속을 포함한다. 예를 들어 포름산 금, 포름산 은, 포름산 구리, 포름산 백금, 포름산 팔라듐, 포름산니켈, 포름산 알루미늄, 아세트산 금, 아세트산 은, 아세트산 구리, 아세트산 백금, 아세트산 팔라듐, 아세트산 니켈, 아세트산 알루미늄, 옥살산 금, 옥살산 은, 옥살산 구리, 옥살산 백금, 옥살산 팔라듐, 옥살산 니켈, 옥살산 알루미늄, 말론산 금, 말론산 은, 말론산 구리, 말론산 백금, 말론산 팔라듐, 말론산 니켈, 말론산 알루미늄, 프탈산 금, 프탈산 은, 프탈산 구리, 프탈산 백금, 프탈산 팔라듐, 프탈산 니켈, 프탈산 알루미늄 등을 상기 전도성 잉크의 전도성 입자로써 포함할 수 있다. 이 상기 전도성 입자는 나노 또는 마이크로 스케일 수 있으며, 회로패턴층의 물성에 따라 전도성 입자의 종류와 전도성 잉크의 함유되는 비율을 적절히 선택 가능함에 따라 특별히 한정하지 않는다.The conductive ink in step (2-1) may include at least one conductive particle selected from among gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, aluminum, and carbon particles. Considering conductivity and chemical resistance, gold and silver , platinum is preferable, and silver may be more preferable considering cost and sintering temperature to be described later. However, the conductive particles included in the conductive ink are not limited to the above-mentioned metals, and include all metals or non-metals that can be used as materials for the conductive ink. For example gold formate, silver formate, copper formate, platinum formate, palladium formate, nickel formate, aluminum formate, gold acetate, silver acetate, copper acetate, platinum acetate, palladium acetate, nickel acetate, aluminum acetate, gold oxalate, silver oxalate , copper oxalate, platinum oxalate, palladium oxalate, nickel oxalate, aluminum oxalate, gold malonate, silver malonate, copper malonate, platinum malonate, palladium malonate, nickel malonate, aluminum malonate, gold phthalate, silver phthalate, Copper phthalate, platinum phthalate, palladium phthalate, nickel phthalate, aluminum phthalate, and the like may be included as the conductive particles of the conductive ink. The conductive particles may be nano- or micro-scaled, and the type of conductive particles and the content ratio of the conductive ink may be appropriately selected according to the physical properties of the circuit pattern layer, so there is no particular limitation.
또한 상기 전도성 잉크는 상기 전도성 입자의 균일한 분산을 위하여 용매 및 바인더를 더 포함할 수 있으며 목적하는 용도 및 필요에 따라, 본 발명의 효과에 영향을 주지 않는 범위에서 인쇄전자에 적용되는 첨가제를 함유시키는 것이 가능하다. 일 예로 점도 조제제, 도전 조제, 초킹(Chalking) 방지제, 산화 방지제, pH 조제제, 건조 방지제, 밀착 부여제, 방부제, 소포제, 레벨링제(leveling agent), 계면활성제 등을 예시할 수 있으며, 바인더를 첨가하는 경우 나노섬유웹과의 접착성이 향상되어, 전도성 잉크의 균일한 분산을 유도할 수 있다. 이와 같이 추가적인 첨가제들의 조성과 조성비는 후술할 소결 과정을 통해 전부 증발하여 균일한 회로패턴층을 형성할 수 있도록, 회로패턴층의 물성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.In addition, the conductive ink may further include a solvent and a binder for uniform dispersion of the conductive particles, and contain additives applied to printed electronics within a range that does not affect the effects of the present invention, depending on the intended use and need. it is possible to do Examples include viscosity modifiers, conductive aids, chalking inhibitors, antioxidants, pH modifiers, drying inhibitors, adhesion imparting agents, preservatives, antifoaming agents, leveling agents, surfactants, and the like, and binders When added, adhesion to the nanofiber web is improved, and uniform dispersion of the conductive ink can be induced. In this way, the composition and composition ratio of the additional additives may be appropriately selected in consideration of the physical properties of the circuit pattern layer so that all of them evaporate through a sintering process to be described later to form a uniform circuit pattern layer.
한편 상기 전도성 잉크에 포함되는 전도성 입자를 상술한 것과 같이 용매(solvent)에 분산시켜 제작할 수 있는데, 분산 초기 전도성 입자는 매우 불안정한 상태로 분산되어 있기 때문에, 전도성 입자들이 다시 응집되는 현상이 발생할 수 있다. 특히 본 발명과 같이 전도성 입자를 나노 사이즈로 사용하는 경우 이러한 응집에 의해, 인쇄 공정을 통해 회로패턴 형성 시 회로패턴층의 균일성(uniformity) 및 전기전도 특성이 나빠지는 전기적 특성 저하가 발생될 수 있다. 따라서 후술하는 (2-2) 단계에서 소결 단계를 수행하여 특별히 분산을 제어하는 분산제 등을 사용하지 않고 균일한 회로패턴층을 형성시킬 수 있다.Meanwhile, the conductive particles included in the conductive ink may be prepared by dispersing the conductive particles in a solvent as described above. Since the conductive particles are dispersed in a very unstable state at the initial stage of dispersion, a phenomenon in which the conductive particles aggregate again may occur. . In particular, when conductive particles are used in a nano-size as in the present invention, such aggregation may cause deterioration in electrical properties that deteriorate the uniformity and electrical conductivity of the circuit pattern layer when forming a circuit pattern through a printing process. there is. Therefore, by performing the sintering step in step (2-2) to be described later, a uniform circuit pattern layer can be formed without using a dispersant for controlling dispersion.
다음, (2-2) 단계로써, 상기 분사된 전도성 잉크를 소결하여 회로패턴층을 형성하는 단계를 수행한다.Next, as step (2-2), a step of forming a circuit pattern layer by sintering the sprayed conductive ink is performed.
상기 제 (2-2) 단계는 전도성 잉크를 고화시켜 회로패턴층을 형성시키는 단계이며, 상술한 것과 같이 추가적 효과로써, 전도성 잉크의 분산 안정성 및 균일도를 향상시켜 보다 균일한 회로패턴층이 형성시키는 단계이다.The (2-2) step is to form a circuit pattern layer by solidifying the conductive ink, and as an additional effect as described above, the dispersion stability and uniformity of the conductive ink are improved to form a more uniform circuit pattern layer. It is a step.
소결(sintering)이란 분체가 외부로부터 강한 에너지를 받을 경우 분체 입자 간에 결합이 일어나서 응고하는 현상을 의미하며, 상기 금속 입자들로 구성된 전도성 잉크의 경우, 소결 과정을 거치면 단순히 입자들이 서로 결합하여 입자 사이즈가 커져 이상적으로 공극이 존재하지 않는 박막 형태로 변할 뿐만 아니라 분산안정성을 향상시키기 위해 금속 입자의 표면에 추가적으로 포함된 첨가제 등의 물질이 열분해 또는 휘발되어 사라지게 되므로, 전도도 특성을 극대화시킬 수 있다.Sintering refers to a phenomenon in which bonding occurs and solidifies between powder particles when powder receives strong energy from the outside. In the case of the conductive ink composed of the metal particles, the sintering process simply bonds the particles to each other to reduce the size of the particles. becomes larger and ideally changes into a thin film form without voids, and substances such as additives additionally included on the surface of metal particles to improve dispersion stability disappear by thermal decomposition or volatilization, so conductivity characteristics can be maximized.
본 발명의 일 예에 따른 소결 처리 방식은 기판에 인쇄된 잉크를 oven이나 furnace를 이용하여 열처리를 수행할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않으며, 회로패턴층이 형성되는 나노섬유웹의 물성에 영향을 주지 않는 범위에서 공지된 다양한 소결 처리 방식을 수행할 수 있다. In the sintering treatment method according to an example of the present invention, heat treatment may be performed on the ink printed on the substrate using an oven or a furnace. However, it is not limited thereto, and various known sintering methods may be performed within a range that does not affect the physical properties of the nanofibrous web on which the circuit pattern layer is formed.
다음, 상기 (2) 단계를 통해 나노섬유웹에 형성된 상기 회로패턴층은 나노섬유웹 표면으로부터 0.1 ~ 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 만일 상기 회로패턴층이 나노섬유웹 표면으로부터 0.1㎛ 미만의 두께를 가질 경우 회로패턴층을 통한 전기적 특성에 대한 안정성이 저하될 우려가 있으며, 만일 상기 회로패턴층이 나노섬유웹 표면으로부터 10㎛를 초과하는 두께를 가질 경우 회로패턴층의 과도한 두께로 인해 나노섬유웹의 크랙이 발생하거나 나노섬유웹을 이루는 나노섬유의 분절이 발생하여 신축성이 저하될 수 있어, 이로 인한 인쇄회로 나노섬유웹 전기 전도성이 떨어질 수 있다. 나아가 소형 전자제품에 적용 시, 경량화 및 박형화 면에서 불리할 수 있다.Next, the circuit pattern layer formed on the nanofiber web through step (2) may have a thickness of 0.1 to 10 μm from the surface of the nanofiber web. If the circuit pattern layer has a thickness of less than 0.1 μm from the surface of the nanofiber web, there is a risk of deterioration in stability of electrical properties through the circuit pattern layer, and if the circuit pattern layer is 10 μm from the surface of the nanofiber web If the thickness exceeds this, the excessive thickness of the circuit pattern layer may cause cracks in the nanofiber web or segmentation of the nanofibers constituting the nanofiber web, resulting in reduced elasticity, resulting in electrical conductivity of the printed circuit nanofiber web. this may fall Furthermore, when applied to small electronic products, it may be disadvantageous in terms of weight reduction and thinning.
이때, 상기 회로패턴층은 상기 나노섬유웹의 상측면과 하측면에 각각 형성되고, 상측면과 하측면에 형성된 회로패턴층은 서로 통전되도록 형성될 수 있다. At this time, the circuit pattern layers may be formed on the upper and lower surfaces of the nanofibrous web, respectively, and the circuit pattern layers formed on the upper and lower surfaces may be formed to conduct each other.
종래 폴리이미드를 사용한 기판에 회로패턴층을 형성시키는 경우, 상하 통전이 이루어지지 않아 별도에 비아홀을 구비하는 등의 추가적인 공정이 필요함으로 인하여 다양한 산업 분야로의 응용에 제한이 있었지만, 본 발명에 따른 인쇄회로 나노섬유웹에 사용되는 회로패턴층을 형성시키는 경우 별도의 비아홀을 구비시키지 않아도 기공을 통한 상하 통전을 이룰 수 있기 때문에 보다 다양한 산업 분야로의 이용이 가능하다. 일 예로 의료용 패치에 사용되는 경우, 가요성, 통기성, 박형 구조 및 복원성이 요구될 뿐만 아니라 나아가 상하 통전이 필수적으로 요구되어 본 발명에 따른 인쇄회로 나노섬유웹의 활용도를 제고할 수 있다. In the case of forming a circuit pattern layer on a substrate using conventional polyimide, there is a limitation in application to various industrial fields due to the need for an additional process such as providing a separate via hole because the top and bottom conduction is not performed, but according to the present invention In the case of forming a circuit pattern layer used in a printed circuit nanofiber web, it is possible to use it in more diverse industrial fields because it can achieve top and bottom conduction through pores without having to provide a separate via hole. For example, when used in a medical patch, not only flexibility, air permeability, thin structure and resilience are required, but also top and bottom conduction are essential, so the utilization of the printed circuit nanofiber web according to the present invention can be improved.
또한, 상기 회로패턴층은 상기 나노섬유웹의 상측면과 하측면에 각각 형성되고, 상측면과 하측면에 형성된 회로패턴층은 서로 통전되지 않도록 형성될 수 있다.In addition, the circuit pattern layers may be formed on the upper and lower surfaces of the nanofibrous web, respectively, and the circuit pattern layers formed on the upper and lower surfaces may not conduct each other.
상술한 회로패턴층의 통전 및 비통전상태는 나노섬유웹의 두께를 조절함으로써 구현할 수 있다. 즉 나노섬유웹을 일정 두께 이상으로 형성하여 나노섬유웹의 상부 및 하부 표면에 형성된 회로패턴층이 서로 통전되지 않도록 구현할 수 있으며, 나노섬유웹을 일정 두께 미만으로 형성하여 나노섬유웹의 상부 및 하부 표면에 형성된 회로패턴층이 서로 통전되도록 구현할 수 있다. 또한, 상술한 전도성 잉크에 포함되는 전도성 입자의 농도를 조절하거나 나노섬유웹의 기공도 및 공경크기 등을 조절하여 나노섬유웹의 상부 및 하부 표면에 형성된 회로패턴층의 통전 및 비통전 상태를 제어할 수 있다.The above-described energized and non-conductive state of the circuit pattern layer can be implemented by adjusting the thickness of the nanofiber web. That is, by forming the nanofiber web to a certain thickness or more, it is possible to implement circuit pattern layers formed on the upper and lower surfaces of the nanofiber web so that they do not conduct electricity to each other, and by forming the nanofiber web to a thickness less than a certain thickness, the upper and lower parts of the nanofiber web Circuit pattern layers formed on the surface may be implemented to conduct electricity to each other. In addition, by adjusting the concentration of the conductive particles included in the above-described conductive ink or adjusting the porosity and pore size of the nanofibrous web, the conduction and non-conduction states of the circuit pattern layers formed on the upper and lower surfaces of the nanofibrous web are controlled. can do.
이와 같이 본 발명에 따른 인쇄회로 나노섬유웹을 구현하는 제조방법은 제조 공정이 극적으로 간편해짐으로 인해 공정 시간이 크게 감소함과 동시에 전도성 재료의 낭비를 최소화시킬 수 있어서 자원 절약 및 에너지 절약을 동시에 꾀할 수 있다. 또한, 미래형 스마트 기기에 적합하도록 우수한 가요성, 복원성, 통기성 등을 가지고 있어서 다양한 산업분야로의 응용이 가능하다.As such, the manufacturing method for realizing the printed circuit nanofiber web according to the present invention dramatically simplifies the manufacturing process, greatly reducing the process time and minimizing the waste of conductive materials, thereby saving resources and energy at the same time. can conceive In addition, it has excellent flexibility, resilience, air permeability, etc. to be suitable for future smart devices, so it can be applied to various industrial fields.
이에 본 발명은 도 3을 참조하면, 다수 개의 나노섬유(110), 상기 다수 개의 나노섬유(110)의 교차로 형성되는 다수 개의 기공을 포함하는 나노섬유웹(100) 및 상기 나노섬유웹 일면의 소정의 영역 내에 노출된 다수개의 나노섬유 및 다수개의 기공 적어도 일부를 덮도록 형성되는 회로패턴층(120)을 포함하는 인쇄회로 나노섬유웹을 구현한다. 기타 인쇄회로 나노섬유웹에 대한 설명은 상술한 제조방법에 따른 설명과 동일하므로 생략하기로 한다.Accordingly, referring to FIG. 3, the present invention provides a
본 발명의 일 예에 따른 인쇄회로 나노섬유웹은 일면에 회로패턴층이 형성되어 있으며, 특히 도 4에 도시된 것과 같이 종래 연성인쇄회로기판보다 현저히 우수한 가요성 및 복원력을 가지고 있을 뿐 아니라 우수한 유연성 및 신축성을 보유함에 따라 최근 각광받고 있는 의료산업 분야의 바이오패치로써의 활용도를 제고할 수 있다. 또한 도 5에 도시된 것과 같이, 실질적으로 신체 어느 부위에나 부착할 수 있는 다양한 센서의 형태로도 제작이 가능하여, 향후 사물인터넷을 비롯한 전자기기와 관련된 다양한 산업분야로의 활용도를 제고하여 관련 산업분야 발전을 촉진시킬 수 있다.The printed circuit nanofiber web according to an example of the present invention has a circuit pattern layer formed on one side, and in particular, as shown in FIG. 4, it has significantly better flexibility and resilience than conventional flexible printed circuit boards, as well as excellent flexibility and elasticity, it is possible to improve its utilization as a bio patch in the medical industry field, which has recently been in the limelight. In addition, as shown in FIG. 5, it can be manufactured in the form of various sensors that can be attached to virtually any part of the body, improving its utilization in various industrial fields related to electronic devices including the Internet of Things in the future. can promote field development.
또한, 본 발명은 상술한 인쇄전자 기법을 이용하여 나노섬유웹에 회로패턴층이 형성된 인쇄회로 나노섬유웹 및 상기 인쇄회로 나노섬유웹에 실장된 적어도 하나 이상의 전자부품을 포함하는 전자기기를 구현한다.In addition, the present invention implements an electronic device including a printed circuit nanofiber web having a circuit pattern layer formed on the nanofiber web using the above-described printed electronics technique and at least one electronic component mounted on the printed circuit nanofiber web. .
상기 전자부품은 목적하는 다양한 산업에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 일예로 상기 전자 부품은 사용자의 신체 상태를 검출하기 위한 바이오 센서과 주변환경을 감지하기 위한 환경감지센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서유닛, 근거리 무선 통신에 사용되는 근거리 통신 모듈, 무선 통신에 사용되는 안테나 패턴 및 신호처리 기능을 수행하기 위한 제어유닛을 포함하는 전자 기기일 수 있다. The electronic component may be appropriately selected according to various target industries. For example, the electronic component includes a sensor unit including at least one of a biosensor for detecting a user's body state and an environment sensor for detecting a surrounding environment; It may be an electronic device including a short-distance communication module used for short-distance wireless communication, an antenna pattern used for wireless communication, and a control unit for performing a signal processing function.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add elements within the scope of the same spirit. However, other embodiments can be easily proposed by means of changes, deletions, additions, etc., but these will also fall within the scope of the present invention.
Claims (5)
상기 방사용액을 방사팩의 노즐에서 분사할 때의 에어 분사의 에어압은 0.01 ~ 0.2 Mpa로 하여 방사하며,
평균공경이 0.1 ~ 10㎛이고, 두께가 10 ~ 20㎛인 나노섬유웹을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 나노섬유웹 상에 전도성 잉크를 인쇄하여 회로패턴층을 인쇄시키는 단계;를 포함하되,
상기 (2) 단계는
2-1) 나노섬유웹 상에 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 및 플렉소 인쇄법(Flexography) 중 어느 하나의 방법을 통해 전도성 잉크를 인쇄하는 단계; 및
2-2) 상기 전도성 잉크를 소결하여 회로패턴층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (2) 단계에서는 상기 회로패턴층을 상기 나노섬유웹의 상부면 및 하부면에 각각 형성하되, 상부면에 제1회로패턴층을, 하부면에 제2회로패턴층을 형성하고, 상기 나노섬유웹의 공경을 통하여 상기 전도성 잉크를 침투시켜 별도의 비아홀을 구비하지 않고 상기 제1회로패턴층과 제2회로패턴층 간에 통전되도록 하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법.
(1) Electrospinning a spinning solution containing a fiber-forming component in an amount of 8 to 20% by weight,
When the spinning solution is sprayed from the nozzle of the spinning pack, the air pressure of the air spray is 0.01 to 0.2 Mpa,
Preparing a nanofiber web having an average pore diameter of 0.1 to 10 μm and a thickness of 10 to 20 μm; and
(2) printing a circuit pattern layer by printing conductive ink on the nanofiber web;
Step (2) above
2-1) printing conductive ink on the nanofiber web through any one of inkjet printing and flexography; and
2-2) forming a circuit pattern layer by sintering the conductive ink;
In the step (2), the circuit pattern layers are formed on the upper and lower surfaces of the nanofiber web, respectively, forming a first circuit pattern layer on the upper surface and a second circuit pattern layer on the lower surface, The manufacturing method of the printed circuit nanofiber web, characterized in that by infiltrating the conductive ink through the pores of the fiber web to conduct electricity between the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer without having a separate via hole.
상기 전도성 잉크는 금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 니켈, 알루미늄 및 카본 중 적어도 하나의 전도성 입자를 포함하는 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법.
According to claim 1,
The conductive ink is a method for producing a printed circuit nanofiber web comprising at least one conductive particle of gold, silver, copper, platinum, palladium, nickel, aluminum and carbon.
상기 회로패턴층은 나노섬유웹 표면으로부터 0.1 ~ 10 ㎛의 두께로 인쇄된 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법.
According to claim 1,
The circuit pattern layer is a method of manufacturing a printed circuit nanofiber web printed to a thickness of 0.1 to 10 μm from the surface of the nanofiber web.
상기 나노섬유의 섬유형성성분은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이더이미드(polyetherimide), 폴리이더술폰(polyethersulfone), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 및 불소계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법.
According to claim 1,
The fiber-forming component of the nanofiber is polyurethane, polystyrene, polyvinylalcohol, polymethyl methacrylate, polylactic acid, polyethyleneoxide, poly polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polycaprolactone, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylchloride, polycarbonate Any one selected from the group consisting of polyetherimide, polyethersulfone, polybenzimidazol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and fluorine-based compounds A method for producing a printed circuit nanofiber web comprising the above compounds.
상기 나노섬유웹의 기공도는 10 ~ 80 %인 인쇄회로 나노섬유웹의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a printed circuit nanofiber web having a porosity of 10 to 80% of the nanofiber web.
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