[논문]인쇄전자를 위한 그라비아 옵셋 인쇄

김충환; 최병오; 류병순; 김동수

인쇄전자를 위한 그라비아 옵셋 인쇄
Gravure Offset Printing for Printed Electronics 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.25 no.5 = no.206, 2008년, pp.96 - 102

김충환 (한국기계연구원 나노기계연구본부) , 최병오 (한국기계연구원 나노기계연구본부) , 류병순 (한국기계연구원 나노기계연구본부) , 김동수 (한국기계연구원 나노기계연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

Manufacturing of printed electronics using printing technology has begun to get into the hot issue in many ways due to the low cost effectiveness to existing semi-conductor process. This technology, with low cost and high productivity, can make it possible to produce printed electronics such as TFT, solar cell, RFID Tag, printed battery, and so on. In this study, apparatus of gravure-offset printing are developed for fine line-width/gap printing and the results obtained from the apparatus shows that it is possible to make around 20 micro-meter line-width/gap printing patterns. The roll-to-roll printing system for fine line-width printing based on primary experiment is presented. The printing results obtained from the system shows around 30 micro-meter line-width/gap printing patterns.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

수준이 요구된다.3 따라서 본 연구에서는 20 pm 수준의 미세 선폭 인쇄를 선행 연구의 목표로 삼았다. Fig.
정립되어야 한다. 이 논문에서는 이러한 전자소자 인쇄에 사용될 미세 선폭 롤 프린팅 공정 기술과 이를 생산 시스템으로 구현한 롤투롤 장비 연구에 대해 기술하고자 한다.

제안 방법

먼저 피인쇄체의 공급방식을 결정하고 이에 따라 언와인더 장치의 구조를 설계하였다. 언와인더는 프레임, 급지 축 롤러, 파우더 브레이크 및 동력전달 기어 등으로 구성된다.
미세 선폭 패터닝을 위한 기초 실험으로 Fig. 1 과 같이 간이 실험 장치를 구현하여 옵셋 인쇄와 그라비아 방식의 두 가지 인쇄 방식에 대해 선행실험을 수행하였다. 옵셋 또는 그라비아 옵셋 인쇄는 제판에서 피 인쇄체로 직접 잉크를 전이하지 않고 중간 전이체인 고무 블랑켓을 사용하여 간접인쇄를 한다.
언와인더에서 풀려 나온 웹은 인쇄 유닛에 일정한 위치로 정확하게 진입되어야 한다. 이를 위해서는 필름의 이송 방향이 인쇄 실린더 축 방향 정위치에 수직으로 고정되도록 EPC (Edge Position controller)를 설치 하였다. EPC는 웹의 에 지 또는 인쇄된 일정 라인을 기준으로 이 부분을 일정하게 위치하도록 맞추는 장치이며, 광학적인 검출 센서가 비접촉식으로 에지의 위치를 검출한다.
인쇄가 이루어진 인쇄물에 대한 건조는 열풍 방식으로 건조하는 공정으로 설계하였다. 기능성 잉크의 건조 또는 경화 속도에 의하여 전체 인-라인 구조의 생산성이 지배를 받으며 잉크의 특성에 따라 자외선 경화, 적외선 경화 등의 선택적 경화 방식을 적용해야 한다.
종이와 플라스틱 필름과 같은 재질은 일정한 안정권의 장력범위 이상으로 장력이 발생하면 변형이 발생하고 급격한 감속 시에는 구김 문제가 생기므로 적절한 인쇄속도와 장력조절이 필요하다. 장력의 검출은 로드 셀 방식으로 채택하여 정확한 장력 값을 검출하도록 하였다. 언와인더에서 풀려 나온 웹은 인쇄 유닛에 일정한 위치로 정확하게 진입되어야 한다.
제작된 롤투롤 그라비아 프린팅 시스템의 인쇄성능 평가를 위해 일반 인쇄용 유성 잉크를 이용하여 인쇄 실험을 수행하였다.
피인쇄체에 인쇄된 회로 선을 보호하기 위한 도포나 박막유전체 도포를 위하여 코팅하는 방식은 그라비아.코팅 방식으로 설계하였다.

대상 데이터

5는 개략적인 도면을 보여준다. 시스템은 두 개의인쇄 유닛과 한개의 코팅 유닛으로 구성되며 웹이 송을 위한 다양한 부가 장치가 구성된다. 먼 저피 인쇄체인 인쇄용지나 플라스틱 필름의 두루마리를 일정한 장력의 제어 하에 인쇄부로 공급할 수 있는 언와인더가 필요하다.
인쇄 유닛은 그라비아 옵셋 방식으로 설계 되었고 판통 실린더, 블란켓 실린더, 가압 실린더의 3 개의 인쇄 롤러로 구성된다. 기존 인쇄 시스템에서는 1 개의 모터와 기어에 의해 3개의 실린더가 구동되나, 기어에 의한 백래쉬 등에 의해 발생하는 정밀도 저해 요소를 없애기 위해 3개의 실린더는 각각의 서보 모터로 구동된다.
2개의 인쇄 유닛은 동일한 구조와 방식에 의하여 제 1, 제 2 인쇄가 이루어지는 인라인 구조로 되어 있다. 제 1, 제 2 로 이루어진 각각의 정렬 마크를 정확하게 측정 평가하고 조정하는 장치로서 고해상도의 CCD 카메라, 화상처리장치 및 제어 시스템이 구성되었다.
피 인쇄체로는 일반 백상지와 PET 필름을 사용하였고 인쇄 속도는 30m/min 에서 실험을 수행하였다. Fig.

성능/효과

(2) 20 p m 수준의 정밀 패터닝 의 가능성을 확인하였으나 30pm 이하의 패터닝의 경우 제판 품질, 즉 제판 정밀도와 제판 깊이 향상으로 고른 품질의 인쇄가 구현 가능하다.
선폭이 얇을수록 게인의 증가 현상이 더 커지는데 이것은 30pm 이하의 제판의 경우 제판 정밀도가 크게 떨어져 제판 자체의 정밀도가 30pm 이하의 구현이 어렵기 때문이다. 또한 60pm 선폭의 경우 선의 끊김이 거의 없이 인쇄 품질이 우수하게 나타났으나 30 pm 이하의 경우 선의 끊김 현상과 인쇄 불량 현상이 나타났다. 이것은 제판의 선폭이 얇아질수록 선의 깊이를 깊게 하는데 한계가 있어 최대 10pm 정도의 깊이로만 가공이 가능하고 또한 제판의 선 깊이도 일정하게 가공하는데 어려움이 있어 제판 자체에 잉크가 충분히 묻지 못해 일어난 현상이다.
이 논문에서는 일반 옵셋 방식과 그라비아옵셋 프린팅을 이용하여 20 ㎛ 수준의 미세 선 패턴 인쇄를 수행하였고 그라비아 옵셋 인쇄가 잉크의 충분한 전이를 위해 효과적임을 알아내었다. 이를 바탕으로 그라비아 옵셋 인쇄기를 설계, 제작하였고 미세 패턴에 대한 인쇄 실험을 수행하여 약 20 ㎛ 수준의 미세 선폭 인쇄가 가능함을 보였다.
이를 바탕으로 그라비아 옵셋 인쇄기를 설계, 제작하였고 미세 패턴에 대한 인쇄 실험을 수행하여 약 20 ㎛ 수준의 미세 선폭 인쇄가 가능함을 보였다. 특히, 중첩 인쇄 실험을 통하여 30ym 수준의 선 패턴의 중첩 인쇄에서는 기인쇄된 패턴에 의해 중첩 인쇄 성능이 크게 영향을 받음을 알아내었다.
3(b)는 블랑켓에 전이된 잉크를 알루미늄 실린더 표면에 전이시킨 결과의 사진이다. 제판에서 블랑켓, 블랑켓에서 피 인쇄체로 잉크가 전이되어 가면서 전이되는 잉크의 양은 줄고 선폭은 증가함을 확인할 수 있다. 이러한 이유로 보다 많은 잉크전이와 정밀한 선폭 구현을 위해서는 전이 시 게인을 고려한 정밀 제판과 충분한 깊이 의제 판이 필요함을 알 수 있다.
이를 바탕으로 그라비아 옵셋 인쇄기를 설계, 제작하였고 미세 패턴에 대한 인쇄 실험을 수행하여 약 20 ㎛ 수준의 미세 선폭 인쇄가 가능함을 보였다. 특히, 중첩 인쇄 실험을 통하여 30ym 수준의 선 패턴의 중첩 인쇄에서는 기인쇄된 패턴에 의해 중첩 인쇄 성능이 크게 영향을 받음을 알아내었다. 향후 이러한 전자소자인쇄용 인쇄기에서는 선폭의 늘어남과 중첩인쇄에서 발생하는 잉크의 퍼짐 등을 고려하여 제판의 정밀 가공이 동반되어야 한다.

후속연구

이것은 제판의 선폭이 얇아질수록 선의 깊이를 깊게 하는데 한계가 있어 최대 10pm 정도의 깊이로만 가공이 가능하고 또한 제판의 선 깊이도 일정하게 가공하는데 어려움이 있어 제판 자체에 잉크가 충분히 묻지 못해 일어난 현상이다. 따라서 향후 제판의 가공 기술에 대한 연구가 이루어져가공 정밀도를 높이고 선의 깊이를 깊게 해서 잉크가 충분히 묻도록 제판 성능을 개선할 필요가 있음을 알 수 있다.
특히, 중첩 인쇄 실험을 통하여 30ym 수준의 선 패턴의 중첩 인쇄에서는 기인쇄된 패턴에 의해 중첩 인쇄 성능이 크게 영향을 받음을 알아내었다. 향후 이러한 전자소자인쇄용 인쇄기에서는 선폭의 늘어남과 중첩인쇄에서 발생하는 잉크의 퍼짐 등을 고려하여 제판의 정밀 가공이 동반되어야 한다.

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상세보기
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