(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) H05K 3/14 (2006.01) (21) 출원번호 10-2009-0132946 (22) 출원일자 2009 년 12 월 29 일 심사청구일자 2009 년 12 월 29 일 (65) 공개번호 10-2011-0076279 (43) 공개일자 2011 년 07 월 06 일 (56) 선행기술조사문헌 KR1020060049103 A* KR1020080000077 A* KR1020070071723 A KR1020080058141 A * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2011년11월30일 (11) 등록번호 10-1088345 (24) 등록일자 2011년11월24일 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충청남도천안시서북구입장면홍천리 35-3 (72) 발명자 김명기 경기도안산시상록구사 1 동 1305-2 401 호 이상호 서울관악구봉천 9 동 635-353 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 공인복 전체청구항수 : 총 1 항심사관 : 신재경 (54) 마이크로몰드를이용한기판표면처리방법 (57) 요약 본발명은마이크로몰드를이용한기판표면처리방법에관한것으로, 기판으로패턴형성을위해상기기판표면영역을선택적으로친수성또는소수성으로표면처리한후패턴을형성하기위한기판표면처리방법에있어서, 상기기판의표면과접촉하여기판의표면에너지가변화될수있는마이크로몰드를제작하는단계, 준비된상기마이크로몰드를기판과접촉시키는단계및접촉된상기마이크로몰드를제거하는단계를포함하는것을특징으로한다. 이와같이구성되는본발명은공정을간소화시키며, 공정비용을크게낮출수있는이점이있다. 대표도 - 도 2-1 -
(72) 발명자강경태서울서초구반포본동반포주공아파트 110동 105호강희석서울강남구대치1동 888 아이파크 106동 802호 황준영 경기용인시수지구동천동수진마을써니벨리 101-806 호 김민수 서울특별시강남구압구정동한양아파트 26 동 701 호 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 기판으로패턴형성을위해상기기판표면영역을선택적으로친수성또는소수성으로표면처리한후잉크젯프린팅, 롤프린팅을포함하는패터닝기법을통해패턴을형성하기위한기판표면처리방법에있어서, 상기기판의표면과접촉하여기판의표면에너지가변화될수있는마이크로몰드를제작하는단계 ; 상기기판과접촉하는마이크로몰드표면으로 UV 처리하는단계 ; 준비된상기마이크로몰드를기판과 1시간이상동안접촉시키는단계 ; 및접촉된상기마이크로몰드를제거하는단계 ; 를포함하고, 상기마이크로몰드는실리콘폴리머 (PDMS) 또는액상실리콘수지 (LSR) 로형성되며, 상기마이크로몰드는상기기판과접촉시롤프린팅방식으로접촉하기위해원통형상으로형성되고, 상기기판과접촉시키는단계는접촉횟수, 접촉시간, 온도를제어하며, 상기기판과접촉시키는단계는상기기판과마이크로몰드를접촉시킨후열처리하는단계를더포함하고, 상기기판과마이크로몰드는서로접촉시얼라인먼트를위한얼라인마크가각각형성되어있으며, 상기마이크로몰드제작단계는상기기판과접촉시접촉및비접촉면을가지도록양각과음각을형성하는것을특징으로하는마이크로몰드를이용한기판표면처리방법. 청구항 2 삭제청구항 3 삭제청구항 4 삭제청구항 5 삭제청구항 6 삭제청구항 7 삭제청구항 8 삭제청구항 9 삭제 명세서 발명의상세한설명 - 3 -
[0001] 기술분야 본발명은마이크로몰드를이용한기판표면처리방법에관한것으로, 몰드를이용하여기판의표면을처리함 으로써소수성코팅을제어하는기판표면처리방법에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] 배경기술 PCB 공정에서패턴을형성하는방식은전면에걸쳐동이입혀진기판에서필요한패턴부분만남기고불필요한부분의동은에칭 (etching) 공정을통해없애는방식이다. 반면에잉크젯분사방식은패턴을형성하고자하는부분을따라전도성물질을함유한액체를분사한후분사한액체중전도성물질만남기고분사를위해서필요했던전도성물질을포함하고있었던액체는없애는즉, 비산시키는방식 ( 열을가해주어없애는방식을사용 ) 을사용한다. 산업기술의발전으로다양한기능구현과소형화가요구되어지는추세에따라가볍고, 얇고, 강하며, 작은크기의 PCB 기판이요구되고있다. 이러한요구사항을확보하기위하여기본적으로미세패턴구현이따라야하고, 미세하게구현한패턴의신뢰성이확보되어야한다. 따라서현재 PCB 공정에서공통적으로요구되어지는사항은 ' 경박단소 ' 이다. 미세패턴의신뢰성을확보하기위해최근주로사용되는기술은회로기판의미세패턴을잉크젯패터닝으로형성시키는기술을사용한다. 잉크젯방식은미세패턴을기판상에직접형성할수있기때문에종래의리소그래피를사용한인쇄기술과같이, 진공성막, 포토리소, 에칭, 레지스트박리공정의비용이드는공정을생략할수있어저렴한가격으로회로기판을제작할수있는효과가있다. 잉크젯패터닝방식은기판을처리하지않은상태에서잉크를 50μm노즐에서분사를하면잉크가노즐에서토출될때액적 (drop) 의지름이 1.5배정도증가하며무처리기판에액적이떨어질때수배로퍼지는현상이있어미세패턴 ( 배선 ) 의폭은분사노즐의수배가되는문제점이있다. 또한, 잉크젯패터닝기술은잉크젯노즐의분사조건만을가지고선폭을조절하므로잉크의점성, 토출량, 잉크젯노즐의직경에따라미세선폭구현이좌우되며, 기존기판의특성을조절하여선폭제어를위한방법으로는분사시기판가열방법을사용하는것이대부분이였다. 하지만, 분사시기판을가열하는방법은잉크토출시노즐의막힘현상을유발할뿐만아니라패턴형상의 coffee stain effect를야기한다. 또한, 단순히기판을소수성처리만하여잉크의접촉각을높여미세패턴을형성하는기술을제안되고있으나, 잉크의특성에따라분사직후기판에서의인쇄된액적의뭉침현상으로패턴의형상이불규칙해지는현상이발생한다. 도 1a 내지도 1d는종래기판표면처리의예를도시하고있다. 종래방법으로는플라즈마처리, UV/Ozone, 스핀코팅, 스탬프를이용한표면처리로표면처리용물질 ( 주로소수성, 반응가스 ) 과고가의장비를필요로하는공정으로써경제적으로어려움이따르게된다. 발명의내용 [0010] 해결하고자하는과제 상기와같은문제점을해결하기위한본발명은공정비용을크게낮추고간단하게기판의표면처리를달성하여 효과적인패터닝을수행할수있는기판표면처리방법을제공하고자하는데그목적이있다. [0011] 과제해결수단상기와같은목적을달성하기위한본발명은기판으로패턴형성을위해상기기판표면영역을선택적으로친수성또는소수성으로표면처리한후패턴을형성하기위한기판표면처리방법에있어서, 상기기판의표면과접촉하여기판의표면에너지가변화될수있는마이크로몰드를제작하는단계, 준비된상기마이크로몰드를기판과접촉시키는단계및접촉된상기마이크로몰드를제거하는단계를포함하는것을특징으로한다. - 4 -
[0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] 또한, 상기마이크로몰드는, 실리콘폴리머 (PDMS) 로형성되는것을특징으로한다. 또한, 상기마이크로몰드는, 상기기판과접촉시롤프린팅방식으로접촉하기위해원통형상으로형성되는것을특징으로한다. 또한, 상기기판과접촉시키는단계는, 접촉횟수, 접촉시간, 온도를제어하는것을특징으로한다. 또한, 상기기판과접촉시키는단계는, 상기기판과마이크로몰드를접촉시킨후열처리하는단계를더포함하는것을특징으로한다. 또한, 상기기판과접촉시키는단계전에는, 기판과접촉하는상기마이크로몰드표면으로 UV 처리하는단계를더포함하는것을특징으로한다. 또한, 상기기판과마이크로몰드는, 서로접촉시얼라인먼트를위한얼라인마크가각각형성되어있는것을특징으로한다. 또한, 상기마이크로몰드제작단계는, 상기기판과접촉시접촉및비접촉면을가지도록양각과음각을형성하는것을특징으로한다. 또한, 상기마이크로몰드는, 액상실리콘수지 (LSR) 로구비되는것을특징으로한다. [0020] 효과 상기와같이구성되고작용되는본발명은공정비용을크게낮출수있고, 공정단계를간소화하여기판의표면 처리를용이하게달성할수있는장점이있으며, 결과적으로패턴을용이하게형성할수있는효과가있다. [0021] [0022] [0023] 발명의실시를위한구체적인내용이하, 첨부된도면을참조하여본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의바람직한실시예를상세히설명하면다음과같다. 도 2는본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의개략적으로도시한단면도, 도 3은본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의일예를나타낸단면도, 도 4는마이크로몰드의다른실시예를나타낸단면도, 도 5는본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의순서도, 도 6은본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의순서를나타낸사시도, 도 7은마이크로몰딩접촉후기판으로패턴형성상태를나타낸실물확대도, 도 8은유리기판으로마이크로몰딩접촉후시간, 온도, 접촉횟수에따른물의접촉각변화를나타낸실물도이다. 도 9는마이크로몰드와기판접촉시시간, 온도, 횟수에따른접촉각변화를나타낸그래프이다. [0024] [0025] [0026] 본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법은기판 (100) 으로패턴형성을위해상기기판표면영역을선택적으로친수성또는소수성으로표면처리한후패턴을형성하기위한기판표면처리방법에있어서, 상기기판의표면과접촉하여기판의표면에너지가변화될수있는마이크로몰드 (200) 를제작하는단계, 준비된상기마이크로몰드를기판과접촉시키는단계및접촉된상기마이크로몰드를제거하는단계를포함하는것을특징으로한다. 잉크젯프린팅, 롤프린팅등의패터닝기법을통해기판 (100) 으로전도성패턴 ( 회로패턴 ) 을효과적으로형성하기위하여기판의표면처리를통해친수성 (Hydrophilic) 영역과소수성 (Hydrophobic) 영역으로각각선택적표면처리를한후친수성영역과소수성영역에따른액적의접촉각 (Contact angle) 의변화를통해패턴형성을달성한다. 상기기판 (100) 은일예로일반적인유리기판또는 SiO 2 기판이많이적용되며, 이뿐만아니라공지의다양한인 쇄회로기판이적용될수있다. [0027] 준비된기판으로표면처리를위해본발명의주요기술적요지로써는표면으로미세패턴이형성된마이크로 - 5 -
몰드 (200) 를제작하고이를기판과일정시간, 일정횟수로접촉시켜기판의표면에너지를제어한다. 여기서상 기마이크로몰드표면에형성된미세패턴이랑기판과접촉시선택적으로표면처리즉, 친수성, 소수성제어 를위하여기판과접촉 / 비접촉되는음각 (220) 과양각 (210) 을말한다. [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] 기판과접촉되는마이크로몰드의영역은표면에너지가낮은소수성영역으로바뀌며기판과접촉되지않는면은기판고유의표면에너지를갖게된다. 따라서본발명의설명에서는기판의고유표면에너지를기준으로마이크로몰드와접촉되어표면에너지가낮아진면을소수성이라말하며접촉되지않은면은표면에너지변화가없지만, 소수성영역과의구분에있어친수성이라고언급하기로한다. 상기마이크로몰드 (200) 는가장바람직한예로 PDMS( 실리콘폴리머 ) 로제작되며, 몰드제작의예로는표면이매끈한 Si 웨이퍼위에 PDMS 솔루션 ( 실리콘폴리머용액 ) 을붓고오븐기를이용하여건조시킨다. 이때몰드를제작하기몰드 ( 마스터 ) 로양각 (210) 과음각 (220) 에대응하는구조를갖도록형성시켜놓고여기에폴리머용액을부어서제작하면된다. 양각, 음각구조가아닌기판전영역을표면처리하고자할때에는평면마이크로몰드를제작하면된다. 여기서상기몰드 ( 마스터 ) 에는기판과마이크로몰드접촉시얼라인먼트를위한얼라인마크 (230) 형성을위해얼라인마크몰드형상이구비되어마이크로몰드제작시얼라인마크 (230) 가형성되며, 이에대응하도록상기기판으로도얼라인마크가형성되어있다. 상기마이크로몰드는 PDMS 뿐만아니라, 다양한액상실리콘수지 (LSR) 가적용될수있으며, 사용성에유리하기위해상온에서액상으로존재하고열을통해탄성을갖는고형화되는제품은대부분사용할수있다. 예를들어탄성중합체를형성하는물질들에는폴리부타디엔, 부타디엔 or 이소프렌 + 스티렌등이있다. 한편, 본발명에따른다른실시예를표면처리를위해기판과마이크로몰드를롤프린팅과같은연속접촉을위해서마이크로몰드를원통형으로제작할수있다. 도 4에도시된바와같이표면으로양각과음각이형성된롤형상의몰드를제작하고회전시키면서기판과접촉되도록구현할수있다. 이때몰드는별도의구동수단을통해회전시키거나이송하는기판에의해자유회전등의기계적원리를통해용이하게구현할수있다. 따라서, 기판과마이크로몰드를접촉시키면소수성기를갖는 PDMS 몰드표면의원자가기판으로미세한옴스트롱단위의원자가기판표면에붙게된다. 한편, 마이크로몰드와기판을접촉시키기전에는몰드표면으로 UV/Ozone 처리를통해표면처리효과를높일수있으며, 기판과접촉시일정시간동안열처리하여표면처리할수도있다. 이렇게하여표면처리된기판으로전도성패턴을형성한상태를도 7에나타내었다. 패터닝방법으로잉크젯패터닝을수행하였으며, 전도성물질은실버잉크, 기판온도는 40도, 기판재질은 SiO 2 를사용하였다. 몰드와 접촉 / 비접촉한면을가로질러패터닝한결과접촉면에서는표면에너지가낮아졌으며, 패터닝이잘이루어졌음을 알수있다. [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] 또한, 상기마이크로몰드를통해표면처리시표면에너지제어는몰드와기판간의접촉시간과접촉횟수, 온도제어를통해결정할수있다. 도 8은유리기판으로마이크로몰딩접촉후시간차이, 온도차이, 접촉횟수차이를통한액적의접촉각을나타낸것이다. 접촉시간은 1, 2, 3, 4, 5, 22시간에서각각측정하였으며, 1시간접촉시에서는상온, 50도, 100도각각온도를변경하여접촉각을측정하였다. 또한, 마이크로몰드의접촉횟수를변경하여접촉각을 1, 2, 3, 4, 5회각각접촉시켰을때의접촉각변화를나타내고있다. 몰드접촉이없을때와 22시간이상의몰드접촉시간을가졌을때접촉각이 5도에서 84.1도로매우큰변화가있음을알수있다. 이와같이구성되는본발명은기판표면처리공정비용을크게낮출수있으며, 공정을크게간소화시킬수있는효과가있다. 이상, 본발명의원리를예시하기위한바람직한실시예와관련하여설명하고도시하였지만, 본발명은그와같이도시되고설명된그대로의구성및작용으로한정되는것이아니다. 오히려, 첨부된청구범위의사상및범주를일탈함이없이본발명에대한다수의변경및수정이가능함을당업자들은잘이해할수있을것이다. 따라서그러한모든적절한변경및수정과균등물들도본발명의범위에 - 6 -
속하는것으로간주되어야할것이다. [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] 도면의간단한설명도 1a 내지도 1d는종래기판표면처리방법을도시한도면, 도 2는본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의개략적으로도시한단면도, 도 3은본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의일예를나타낸단면도, 도 4는마이크로몰드의다른실시예를나타낸단면도, 도 5는본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의순서도, 도 6은본발명에따른마이크로몰드를이용한기판표면처리방법의순서를나타낸사시도, 도 7은마이크로몰딩접촉후기판으로패턴형성상태를나타낸실물확대도, 도 8은유리기판으로마이크로몰딩접촉후시간, 온도, 접촉횟수에따른물의접촉각변화를나타낸실물도, 도 9는마이크로몰드와기판접촉시시간, 온도, 횟수에따른접촉각변화를나타낸그래프. < 도면의주요부분에대한부호의설명 > 100 : 기판 200 : 마이크로몰드 210 : 양각 220 : 음각 230 : 얼라인마크 도면 도면 1a 도면 1b - 7 -
도면 1c 도면 1d 도면 2-8 -
도면 3 도면 4-9 -
도면 5-10 -
도면 6-11 -
도면 7 도면 8-12 -
도면 9-13 -