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1. WO2012064051 - METHOD FOR MANUFACTURING THREE-DIMENSIONAL CONDUCTOR PATTERN USING LASER AND APPARATUS FOR SAME

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1   2  

배경기술

3   4   5  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

6  

과제 해결 수단

7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17  

발명의 효과

18   19  

도면의 간단한 설명

20   21   22   23   24   25   26   27   28  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8  

명세서

발명의 명칭 : 레이저를 이용한 입체적인 도체 패턴의 제조 방법 및 이를 위한 장치

기술분야

[1]
본 출원은 2010년 11월 9일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2010-0111075호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
[2]
본 발명은 기재(基材) 위에 도체 패턴 특히, 입체적인 형상을 가지는 도체 패턴을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 입체적인 도체 패턴을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

배경기술

[3]
휴대 전화와 같은 휴대용 통신기기에는 안테나가 장착되는데, 이러한 안테나는 기기의 소형화에 부응하여 종래의 출몰형 안테나 대신에, 최근에는 기기의 내부에 일반적인 전기 회로 패턴과 유사하게 도체 패턴으로 형성하여 내장되는 형태의 안테나로 가고 있는 추세이다.
[4]
다만, 여기서 내장형 안테나가 일반적인 전기 회로 패턴과 유사하다고 했지만, 다음과 같은 점에서 일반적인 전기 회로 패턴과는 전혀 다르다. 즉, 일반 전기 회로 패턴은 통상적으로 프린트 회로 기판(PCB)의 형태로 제공되는 데에 반해, 안테나는 캐리어 또는 베이스라고도 불리는 기재 위에 별도로 제작된 도체 패턴을 부착하여 제공된다. PCB는 주지하다시피 한정된 재료의 수지 기판 위에 구리 등의 도체 패턴을 사진식각 등과 같은 미세 패턴 형성 방법에 의해 형성하지만, 안테나를 위한 도체 패턴은 기재와는 별도로 금속판을 프레스 가공하여 마련하여 이 프레스 가공된 도체 패턴을 보통 사출 성형에 의해 준비된 기재 위에 융착, 접착 또는 조립함으로써 제조된다. 따라서, PCB의 형태로 제공되는 일반 전기 회로 패턴과 프레스 성형되는 도체 패턴인 안테나는 그 사이즈나 제조 방법에서 비교가 되지 않을 정도로 다르다. 또한, PCB 형태로 제공되는 일반 전기 회로 패턴은, 복수층을 적층한 구조가 있기는 하지만, 그 기본 형상이 평면임에 반해, 특히 최근 들어 안테나를 이루는 도체 패턴은 입체적인 형상이 요구되고 있다. 이는 전파를 송수신 할 때의 지향성 또는 방향에 따른 감도 편차가 없어야 한다는 안테나에 고유하게 요구되는 특성 때문이기도 하고, 또한 보통 사출 성형되어 휴대용 통신기기의 케이스를 이루는 기재가 입체적인 형상을 가지기 때문이기도 하다.
[5]
한편, 최근에는 안테나용 도체 패턴을 프레스 가공 대신에 플렉시블(flexible) PCB의 형태로 제조하여 이를 상술한 사출 성형물인 기재에 접착 또는 부착하는 방식으로 내장 안테나를 제조하는 기술이 알려져 있다. 이 방법에 의하면 고가의 금형 제작이 필요하여 다양한 형태의 안테나 도체 패턴을 제작하기에 적합하지 않은 프레스 가공에 비해, 설계의 자유도가 높고 종래의 플렉시블 PCB 제조 기술을 활용할 수 있다는 점에서 유리하지만, 여전히 플렉시블 PCB 형태로 제조된 안테나를 상술한 입체적인 형상의 기재 위에 접착 또는 부착하여야 하는 불편함이 있고, 시간이 지남에 따라 또는 제조자나 사용자의 부주의에 의해 안테나인 플렉시블 PCB가 기재로부터 들뜨거나 분리되는 등의 문제가 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[6]
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로서, 간단한 방법과 높은 생산성으로 입체적인 형상의 기재 위에 도체 패턴을 직접 형성할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

과제 해결 수단

[7]
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일측면에 따른 입체적인 도체 패턴의 제조 방법은, 입체 형상의 기재 표면에 도체 패턴이 형성된 입체적인 도체 패턴을 제조하는 방법으로서, (a) 사출 성형에 의해, 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 입체 형상의 기재를 복수 개 준비하는 단계; (b) 가공 중에 상기 기재를 고정 지지하는 지그로서, 상면에는 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제1고정부와, 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제2고정부가 형성되어 있는 지그를 준비하는 단계; (c) 상기 지그의 제1고정부에 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 하나의 기재를 고정하고, 상기 지그의 제2고정부에 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 다른 하나의 기재를 고정하는 단계; (d) 상기 지그의 제1 및 제2고정부에 각각 고정된 상기 기재의 앞면 및 뒷면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 조사하여, 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 기재의 앞면 및 뒷면을 가공하는 단계; 및 (e) 상기 레이저의 조사에 의해 가공된 상기 기재에 대하여, 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금을 실시하여 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금층을 형성함으로써 상기 도체 패턴을 형성하는 단계;를 포함한다.
[8]
여기서, 상기 기재는 앞면, 뒷면 및 측면을 가지는 것으로 기재하였으나, 기재는 임의의 3차원 입체 형상을 가질 수 있고, 각 면은 반드시 편평한 평면이 아니더라도 상관없다. 따라서, 상기 도체 패턴은 상기 입체 형상의 기재의 앞면과 일측면에서 서로 연결되고, 이 도체 패턴이 연결되는 부분의 상기 기재의 앞면과 일측면은 곡면으로써 연결될 수 있다.
[9]
또한, 상기 입체 형상의 기재에는 상기 앞면과 뒷면을 관통하는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 도체 패턴은 상기 입체 형상의 기재의 앞면과 뒷면에서 상기 관통홀을 통해 서로 연결될 수 있다.
[10]
또한, 상기 지그의 상면과 직교하는 일측면에는 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제3고정부가 더 형성되어 있을 수 있고, 이에 따라 상기 (c) 단계에서는, 상기 지그의 제3고정부에 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 또 다른 하나의 기재를 더 고정하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 지그의 제3고정부에 고정된 상기 기재의 일측면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 더 조사하여, 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 기재의 일측면을 더 가공하게 된다.
[11]
실시예에 따르면, 본 발명의 도체 패턴의 제조 방법은, 상기 (c) 단계 이전에, 하지(下地) 도금에 의해, 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 상기 기재의 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 전체 표면에 도전성 금속 피막을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 레이저를 조사함으로써, 상기 기재 표면의 도전성 금속 피막을 선택적으로 제거하여, 상기 도전성 금속 피막을 도체 패턴을 형성할 영역과 도체 패턴을 형성하지 않을 영역으로 분리하는 것으로 할 수 있다.
[12]
이때, 상기 (e) 단계에서는, 상기 도체 패턴을 형성할 영역의 상기 도전성 금속 피막 위에만 상기 도금층이 형성됨과 동시에, 상기 도체 패턴을 형성하지 않을 영역의 상기 도전성 금속 피막이 제거되는 것이 바람직하다.
[13]
다른 실시예에 따르면, 본 발명의 도체 패턴의 제조 방법은, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 상기 기재의 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 전체 표면 중 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금 전처리를 행하는 단계; 및 상기 도금 전처리가 행해진 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 하지 도금에 의해, 상기 도금 전처리가 행해진 영역에만 도전성 금속 피막을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 레이저를 조사함으로써, 상기 도체 패턴을 형성할 영역을 벗어난 위치에 형성된 도전성 금속 피막을 제거하는 것으로 할 수 있다.
[14]
본 발명의 다른 측면에 따르면 입체적인 도체 패턴의 제조장치가 제공된다. 즉, 본 발명의 입체적인 도체 패턴의 제조 장치는, 입체 형상의 기재의 표면에 입체적인 도체 패턴을 제조하는 장치로서, 상기 기재 표면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 조사하여 상기 기재 표면을 선택적으로 가공할 수 있는 레이저 조사장치; 및 상기 레이저 조사장치에 의한 레이저 조사 중에 상기 기재를 고정 지지하는 지그로서, 상면에는 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제1고정부와, 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제2고정부가 형성되어 있는 지그;를 구비한다.
[15]
또한, 상기 지그의 상면과 직교하는 일측면에는 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제3고정부가 더 형성되어 있을 수 있다.
[16]
또한, 상기 지그의 상면에는, 상기 제1고정부 및 제2고정부가 각각 동수로 복수 개 형성되어 있을 수 있고, 상기 일측면에 형성된 제3고정부도 복수 개 형성되어 있을 수 있다.
[17]
또한, 상기 레이저 조사장치와 상기 지그는, 서로 상대적으로 평행이동 가능하게 구성될 수 있다.

발명의 효과

[18]
본 발명의 입체적인 도체 패턴 제조 방법에 따르면, 레이저 가공과 도금을 이용함으로써 입체 형상의 기재 표면에 직접 입체 형상의 도체 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 종래의 프레스 가공 방식이나 플렉시블 PCB 방식에서 필요했던 평면 형상의 도체 패턴을 입체 형상의 기재 표면에 부착, 접착, 융착하는 등의 공정이 필요 없으므로, 공정이 단순해지고 도체 패턴이 기재 표면에서 들뜨거나 분리되는 등의 문제가 없을 뿐만 아니라, 부착, 접착, 융착 등에 필요한 두께만큼 슬림화할 수 있다. 또한, 부착 방식이 아니기 때문에 기재의 형상을 자유롭게 할 수 있어 진정한 의미의 입체적인 형상의 도체 패턴을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 갈수록 소형화, 슬림화 되어가고 입체 형상이 절실히 요구되는 휴대용 통신기기의 내장형 안테나에 특히 적합하게 이용할 수 있다.
[19]
또한, 본 발명의 입체적인 도체 패턴 제조 장치에 따르면, 입체 형상의 기재를 고정 지지하는 독특한 구조의 지그를 이용함으로써 레이저 가공의 생산성과 안정성을 향상시켜 전체적인 생산성과 제품 품질을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

도면의 간단한 설명

[20]
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
[21]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도체 패턴의 제조 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
[22]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도체 패턴의 제조 방법이 적용되는 사출 성형에 의해 제조된 입체 형상의 기재를 나타낸 사시도이다.
[23]
도 3은 도 2의 기재의 전체 표면에 도금 처리에 의해 도전성 금속 피막을 형성한 상태를 나타낸 평면도이다.
[24]
도 4는 도 1에 도시된 입체적인 도체 패턴의 제조 장치의 지그를 도시한 사시도이다.
[25]
도 5은 도 4에 도시된 지그에 도 3에 도시된 기재를 고정한 상태를 나타낸 평면도이다.
[26]
도 6은 기재의 표면을 레이저 가공하여 도체 패턴의 윤곽을 따라 도전성 금속 피막을 선택적으로 제거한 상태의 기재의 앞면(a), 뒷면(b), 일측면(c)을 나타낸 도면이다.
[27]
도 7은 도 6의 도체 패턴의 윤곽 내부에 전해 도금층을 형성하여 도체 패턴을 형성하고, 윤곽 바깥의 도전성 금속 피막을 제거하여 입체적인 도체 패턴을 완성한 상태의 기재의 앞면(a), 뒷면(b), 일측면(c)을 나타낸 도면이다.
[28]
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 입체적인 도체 패턴을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[29]
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 이하의 설명에서 상하좌우 전후 등의 방향을 나타내는 용어는 설명의 편의상 도면에 도시된 방향을 지칭하지만, 보는 방향에 따라 이러한 방향은 바뀔 수 있다.
[30]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체적인 도체 패턴의 제조 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
[31]
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 입체적인 도체 패턴의 제조 장치는, 입체 형상의 기재의 전체 표면에 형성된 도전성 금속 피막을 가공하여 입체적인 도체 패턴을 제조하는 장치로서, 레이저 조사장치(100) 및 지그(200)를 구비하고, 필요에 따라 스테이지(300)를 구비하여 이루어진다.
[32]
레이저 조사장치(100)는, 상세히는 후술하겠지만, 입체 형상의 기재(10) 표면에 형성된 도전성 금속 피막(21)에 레이저 빔(La, Lb)을 조사하여 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 도전성 금속 피막을 선택적으로 제거하는 장치로서, 레이저 소스(110)와 필요한 광학계(120~150) 및 제어부(미도시)로 이루어진다.
[33]
레이저 소스(110)는 도전성 금속 피막(21)을 이루는 니켈이나 구리 등의 금속 피막을 선택적으로 제거할 수 있는 정도의 레이저 빔을 생성하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대 YVO4 레이저 등을 이용할 수 있다.
[34]
광학계는 레이저 소스(110)로부터 발생된 레이저 빔(L)을 지그(200)에 고정된 입체 형상의 기재(20) 표면으로 조사하기 위하여 필요한 미러나 렌즈 등을 말하는 것으로서, 본 실시예에서는 레이저 빔(L)을 평행광으로 바꾸는 콜리메이터(120), 평행광으로 바뀐 레이저 빔을 두 개의 빔으로 분할하여 하나의 빔을 반사하는 빔 스플리터(130), 분할된 나머지 하나의 빔을 반사하는 미러(140), 분할된 두 빔(La, Lb)을 각각 기재(20) 표면에 집속하여 조사하는 대물 렌즈(150a, 150b)를 포함한다. 따라서, 본 실시예에 의하면 하나의 레이저 소스(110)로부터 두 개의 레이저 빔(La, Lb)을 생성하여 활용할 수 있다. 하지만, 본 발명에서 활용하는 레이저 빔의 수는 하나만으로 할 수도 있고, 3 개 이상의 복수로 할 수도 있음은 물론이다.
[35]
또한, 도시하지는 않았지만, 레이저 조사장치(100)는 미리 저장된 패턴 데이터와 프로그램에 따라 빔 스플리터(130)나 미러(140) 또는 대물 렌즈(150a, 150b)의 각도를 조절하거나, 아니면 스테이지(300)를 평행이동시킴으로써 원하는 패턴으로 기재(20) 표면에 집속되는 레이저 빔의 위치를 변경하는 제어부 및 구동부를 구비한다.
[36]
지그(200)는 상기 레이저 조사장치(100)에 의한 레이저 빔의 조사 중에 기재(20)를 고정 지지하는 수단으로서, 기재(20)의 형상에 맞추어 성형된 수지로 이루어져 있다.
[37]
구체적으로, 지그(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기본적으로 직육면체의 형상을 가지고 있고, 상면에는 각각 2 개씩의 제1고정부(210) 및 제2고정부(220)가 형성되어 있고, 측면(도 1에서 정면)에는 2 개의 제3고정부(230)가 형성되어 있다. 이 제1 내지 제3고정부(210~230)는 각각 지그(200)의 표면으로부터 소정 형상으로 돌출되어 형성되는데, 그 형상과 크기는 기재(20)에 형성된 고정홀(14, 24)과 일치하도록 되어 있다. 따라서, 제1 내지 제3고정부(210~230)에는 각각 기재(20)가 간단하고 안정적으로 고정되는데, 제1고정부(210)에는 기재(20)의 앞면이 위를 향하도록 고정되고, 제2고정부(220)에는 기재(20)의 뒷면이 위를 향하도록 고정되며, 제3고정부(230)에는 기재(20)의 앞면이 정면을 향하도록 고정된다.
[38]
이와 같이, 본 실시예에 따르면 기재(20)의 형상에 맞추어 기재(20)를 고정하는 지그(200)를 마련함으로써 용이하고 안정되게 레이저 가공을 수행할 수 있게 된다. 또한, 고정부의 수를 복수로 함으로써 레이저 가공시의 생산성을 향상시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에서 고정부(210~230)의 수와 배치는 얼마든지 변경가능하다. 예를 들어, 기재(20)의 측면에 도체 패턴을 형성하지 않는 경우에는 제3고정부(230)를 생략할 수도 있다.
[39]
스테이지(300)는 지그(200)를 놓는 작업대로서 지면에 안정적으로 고정되어 있거나, 장치의 구성에 따라서는 지면에 평행한 방향으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 나아가, 생산성을 더욱 높일 수 있도록 지그(200)에 더욱 많은 수의 고정부를 마련하고 각 기재(20)에 대한 레이저 가공이 완료되면 다음 고정부에 고정된 기재의 레이저 가공을 위해 정해진 양만큼 평행이동하는 형태로 구성될 수도 있다.
[40]
이어서, 상술한 본 발명의 입체적인 도체 패턴의 제조 장치를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 입체적인 도체 패턴을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
[41]
본 발명에서는 입체 형상을 가지는 기재(10)의 표면에 도전성 금속으로 소정의 패턴을 형성함으로써 입체적인 도체 패턴을 형성한다. 따라서, 먼저, 입체 형상의 기재(10)를 복수 개 제조한다. 입체 형상의 기재(10)는 휴대용 통신기기 등의 케이스 일부일 수 있으며, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 도체 패턴의 제조에 사용되는 입체 형상의 기재(10)는, 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하고, 앞면과 뒷면을 관통하는 관통홀(12)이 형성되어 있고, 전술한 지그(200)의 각 고정부(210~230)가 끼워져 고정되는 고정홀(14)이 형성되어 있다. 또한, 기재(10)의 앞면과 일측면은 곡면으로써 연결되어 있다. 물론, 기기의 최종 형상에 따라 또는 도체 패턴의 형상에 따라 기재(10)의 구체적인 형상은 얼마든지 변경가능하다. 즉, 기재에는 관통홀이 없거나, 기재의 측면 형상이 곡면이 아닐 수 있다. 또한, 기재가 실질적으로 판상의 형태를 가져, 이 경우에는 기재의 측면이 두께에 해당하는 모서리 부분을 의미할 수 있다.
[42]
본 실시예에서 기재(10)는, 한정된 재질과 한정된 방법에 의해 한정된 형상으로 제조되는 종래의 PCB와 달리, 다양한 재질로 다양한 방법에 의해 다양한 형상으로 제조할 수 있다.
[43]
구체적으로, 본 실시예의 기재(10)는 그 전체 표면에 후술하는 도전성 금속 피막(21)을 형성할 수 있다면 임의의 절연성 재질로 형성할 수 있는데, 예를 들어 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리에스테르 수지, PC(Polycarbonate) 수지, PC/ABS 수지 혼합물, 폴리아미드 수지, 변성 폴리페닐렌에테르 수지, 액정 폴리머, 엔지니어링 플라스틱 등을 들 수 있다. 여기서, 성형성과 비용 등을 고려하여 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지, 폴리 에스테르 수지, PC(Polycarbonate) 수지 등의 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다.
[44]
기재(10)는 원하는 형상을 만들 수 있다면 사출 성형, 절삭 가공 등 어떠한 방법에 의해 제조하여도 좋으나, 양산성을 고려하여 사출 성형에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 상기의 관통홀(12)이나 고정홀(14)은 기재의 기본 형상을 성형한 후에 별도의 드릴링이나 펀칭 등의 가공을 통해 형성할 수도 있고, 사출 성형시 함께 형성할 수도 있다.
[45]
이어서, 기재(10)의 전체 표면에 후술하는 도체 패턴을 형성하기 위한 전해 도금시 시드(seed)가 되는 도전성 금속 피막(21)을 형성하는데, 그 전에 도전성 금속 피막(21)의 밀착력 향상을 위해 사출에 의해 성형된 기재(10)의 표면에 플라즈마 처리를 하거나, 크롬산-황산의 혼산으로 처리하는 것도 바람직하다.
[46]
도전성 금속 피막(21)은 기재(10)의 앞면, 뒷면, 측면 및 관통홀(12)의 측벽을 포함하는 전체 표면에 형성되는데, 물리 증착 방식이나 도전성 금속 페이스트를 도포하는 방법으로 형성할 수도 있지만, 무전해 도금 방식으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에서는 하지 도금에 의해 도전성 금속 피막(21)을 형성한다. 도전성 금속의 종류는 니켈이나 구리가 적절한데, 본 실시예에서는 후속하는 도체 패턴의 형성을 위한 전해 도금시 도체 패턴이 형성되지 않는 영역에서 제거하기 용이하도록 무전해 구리 도금으로 형성한다. 이렇게 기재의 전체 표면에 무전해 구리 도금을 실시한 상태의 기재(20)를 도 3에 나타낸다.
[47]
이어서, 전술한 본 발명의 지그(200)에, 도전성 금속 피막(21)이 형성된 기재(20)를 고정한다. 구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 기재(20)의 앞면이 위를 향하도록 하여 고정홀(24)에 상기 지그(200)의 제1고정부(210)를 끼워 기재(20)를 고정하고, 기재(20)의 뒷면이 위를 향하도록 기재(20)를 뒤집어서 그 고정홀(24)에 지그(200)의 제2고정부(220)를 끼워 고정하며, 도체 패턴을 형성할 기재(20)의 일측면이 위를 향하도록 하여 그 고정홀(24)에 지그(200)의 제3고정부(230)를 끼워 고정한다.
[48]
이어서, 도 5에 도시된 상태 즉, 각 고정부(210~230)에 기재(20)들이 고정된 상태의 지그(200)를 도 1의 스테이지(300) 상에 올려놓고 레이저 조사장치(100) 아래에 위치 정렬한다. 또는, 순서를 바꾸어, 지그(200)가 스테이지(300) 상에서 레이저 조사장치(100) 아래에 정렬된 상태에서, 지그(200)의 각 고정부(210~230)에 기재(20)들을 고정할 수도 있다. 그러면, 각 고정부(210~230)에 고정된 기재(20)들의 레이저 조사장치(100)와 대면하는 표면에 레이저 가공을 위한 준비가 끝난다.
[49]
이어서, 레이저 조사장치(100)를 동작시킴으로써, 전술한 바와 같이 제어부(미도시)에 미리 저장된 패턴 데이터와 프로그램에 따라 원하는 패턴대로 각 고정부(210~230)에 고정된 각각의 기재(20) 표면의 도전성 금속 피막(21)에 레이저 빔(La, Lb)을 조사하여, 조사된 부분의 도전성 금속 피막(21)을 제거한다. 여기서, 제거되는 도전성 금속 피막(21)의 패턴은, 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 폐 루프를 형성한다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔(La, Lb)에 의해 제거된 부분(31)은 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 형성하고, 이 제거된 부분(31)에 의해 도전성 금속 피막(21)이 도체 패턴 형성 영역(33)과 도체 패턴 비형성 영역(34)으로 분리된다.
[50]
이때, 도 6의 (a)와 (c)에 나타낸 바와 같이, 기재(30)의 앞면 윗 부분과 측면의 각각만으로는 도체 패턴의 윤곽(31)이 폐 루프를 형성하지 않지만 기재(30)의 앞면과 측면 모두에 레이저 가공을 한 결과 기재(30)의 앞면 윗 부분과 측면에 걸쳐 도체 패턴의 윤곽(31)이 폐 루프를 형성하여 도체 패턴 형성 영역(33)과 도체 패턴 비형성 영역(34)으로 분리된다. 또한, 도 6의 (a)와 (c)에 나타낸 바와 같이, 기재(30)의 앞면 윗 부분과 측면은 곡면을 이루면서 연결되어 있는데, 레이저 빔(La, Lb)의 초점심도를 조절함으로써 이 곡면부에도 도체 패턴의 윤곽(31)이 연결되어 형성된다.
[51]
나아가, 도 6의 (a)와 (b)에 나타낸 바와 같이, 기재(30)의 앞면과 뒷면을 관통하는 관통홀(22) 주위에 도체 패턴 윤곽(31)을 형성함으로써, 도체 패턴 형성 영역(33)은 관통홀(22)을 통해 기재(30)의 앞면과 뒷면에 걸쳐 전기적으로 연결된 상태가 된다.
[52]
이렇게 하여 기재(30)의 앞면, 뒷면 및 측면에 걸쳐 도전성 금속 피막(21)이 도체 패턴 형성 영역(33)과 도체 패턴 비형성 영역(34)으로 분리된 상태의 기재(30)를 지그(200)에서 분리하여, 도금조에 넣고 전해 도금을 실시한다. 즉, 상기 도체 패턴 형성 영역(33)의 도전성 금속 피막(21) 부분에 전해 도금을 위한 일방 전극을 접속하고 전해 도금을 실시하면 도체 패턴 형성 영역(33)의 도전성 금속 피막(21) 위에만 선택적으로 전해 도금층(43)이 형성된다. 이때, 전해 도금을 위한 일방 전극은 전술한 관통홀(22)에 끼움으로써 도체 패턴 형성 영역(33)에 접속된다. 한편, 관통홀(22)이 없는 경우에는 집게 형태의 전극으로 도체 패턴 형성 영역(33) 중 임의의 한 곳을 집음으로써 접속할 수 있다.
[53]
여기서, 도체 패턴 형성 영역(33)이 기재의 앞면과 측면에서 곡면으로 연결되어 있었기 때문에 형성된 전해 도금층(43)도 입체 형상의 기재의 앞면과 측면에서 곡면으로 연결되고, 또한 도체 패턴 형성 영역(33)을 형성하는 도전성 금속 피막(21)이 관통홀(22)의 측벽에도 형성되어 있었기 때문에 전해 도금층(43)도 관통홀(42)의 측벽에 형성되어 기재의 앞면과 뒷면을 전기적으로 연결하여 입체적인 도체 패턴(43)이 얻어진다.
[54]
이때, 전해 도금층(43)을 형성하는 도금 금속은 이온화 경향이 낮고 반응성이 낮아 안정적이며 도전성이 뛰어난 금, 은, 구리, 니켈 또는 그 합금을 이용할 수 있으나, 전술한 바와 같이 도전성 금속 피막(21)이 구리로 이루어진 경우에, 다음과 갈은 이유에서 황산동 전해 도금액을 이용하여 구리 도금을 하는 것이 바람직하다.
[55]
본 전해 도금 공정에 의해 도체 패턴 형성 영역(33)의 도전성 금속 피막(21) 위에만 선택적으로 전해 도금층(43)이 형성되는데, 도체 패턴 비형성 영역(34)의 도전성 금속 피막(21)은 완성된 입체 도체 패턴에서 제거되어야 하는 부분으로서, 이를 위한 별도의 공정을 마련할 수도 있지만, 전해 도금 공정에서 도체 패턴 비형성 영역(34)의 도전성 금속 피막(21)이 동시에 제거되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 구리 전해 도금을 위한 황산동 전해 도금액에는 황산이 소정 농도로 포함되어 있어 전해 도금시 전극이 연결된 도체 패턴 형성 영역(33)의 도전성 금속 피막(21) 위에는 구리가 석출되어 전해 도금층(43)이 형성됨과 함께, 전극이 연결되지 않은 도체 패턴 비형성 영역(34)에서는 전해 도금액 중의 황산에 의해 구리로 이루어진 도전성 금속 피막(21)이 용해되어 제거되게 된다. 이때, 도체 패턴 비형성 영역(34)의 도전성 금속 피막(21)을 보다 완벽하게 제거하기 위해 일반적인 황산동 전해 도금액보다 도금액 중의 황산 농도를 약간 더 높게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일반적인 황산동 전해 도금액 1 리터에는 통상 6% 정도의 황산이 함유되는데, 본 실시예에서는 10% 정도의 황산 농도가 되도록 황산동 전해 도금액을 조정하여 사용한다.
[56]
이어서, 형성된 도체 패턴(43)의 신뢰성을 높이고 후속하는 납땜 등의 공정에 더욱 적합하도록 구리로 이루어진 도체 패턴(43) 위에 니켈이나 금 등을 무전해 또는 전해 도금하는 공정을 추가로 실시할 수 있다. 이 무전해 니켈 도금을 실시한 후의, 도체 패턴이 완성된 기재(40)의 사진을 도 7에 나타낸다.
[57]
한편, 상기의 전해 도금 공정에서 도체 패턴 비형성 영역(34)의 도전성 금속 피막(21)이 용해되어 제거됨은 전술한 바와 같으나, 기재(40)에서 도전성 금속 피막이 제거된 부분의 표면 상태는 도 2에 나타낸 기재(10)의 표면 상태에 비해 거칠고 손상되어 있다. 이를 원래의 표면 상태로 복구하기 위해 시너와 실리콘 수지의 혼합액으로 기재(40) 표면을 처리하는 공정을 추가로 실시하는 것도 바람직하다. 즉, 기재(40) 표면에 시너와 실리콘 수지의 혼합액을 뿌려주거나 시너와 실리콘 수지의 혼합액으로 기재(40) 표면을 닦아주면 기재 표면이 매끄럽게 된다.
[58]
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 입체적인 도체 패턴을 제조하는 과정을 나타낸 도면으로서, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 패턴의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 8에서 전술한 실시예에서와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 이하의 설명에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
[59]
본 실시예가 전술한 실시예와 크게 다른 점은, 전술한 실시예에서는 도전성 금속 피막(21)을 기재(10)의 앞면, 뒷면 및 측면의 전체 표면에 형성하고 레이저 조사에 의해 도체 패턴 형성 영역(33)과 도체 패턴 비형성 영역(34)을 분리하였지만, 본 실시예에서는 도전성 금속 피막을 도체 패턴 형성 영역(33)에만 형성한다는 점이다.
[60]
이를 위해, 먼저 도 8의 (a)에 도시된 바와 같은 마스크(50,51)를 준비한다. 앞면 마스크(50)는 기재(10)의 앞면 및 측면을 덮을 수 있도록 기재(10)와 동일한 형상을 가지되, 도체 패턴 형성 영역(33)을 노출하는 투과홀(52)이 형성되어 있다. 또한, 뒷면 마스크(51)는 기재(10)의 뒷면을 덮을 수 있도록 기재(10)와 동일한 형상을 가지되, 기재(10)의 뒷면에 형성되는 도체 패턴 형성 영역(33)을 노출하는 투과홀(52)이 형성되어 있다. 마스크(50,51)는 기재(10)와 동일한 또는 다른 재질의 수지로 이루어지고 사출 성형에 의해 제조할 수 있다.
[61]
이렇게 준비된 마스크(50,51)를 각각 기재(10)의 앞면과 뒷면에 부착하면 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 투과홀(52) 사이로 도체 패턴 형성 영역(33)에 대응되는 부분의 기재(10)가 노출된다. 기재(10)에 마스크(50,51)를 부착하는 것은, 기재(10)와 마스크(50,51)의 접하는 표면 또는 앞뒷면 마스크(50,51)가 만나는 부위에 결합 돌기와 결합 홈을 형성하여 두고 이 돌기와 홈을 체결함으로써 행해질 수 있다. 또는, 예를 들어 마스크(50,51)를 실리콘 수지와 같은 필름 형태로 준비한 경우에는 쉽게 분리할 수 있는 접착제를 개재하여 접착함으로써 기재(10)에 마스크(50,51)를 부착할 수도 있다.
[62]
이렇게 기재(10)에 마스크(50,51)를 부착한 상태에서 투과홀(52)에 의해 노출된 기재(10)의 표면에 도금 전처리를 행한다. 도금 전처리란, 수지로 이루어진 기재(10) 표면에 도전성 금속 피막을 도금하기 위한 전처리로서, 프라이머라고도 불리우는 도금 정착용 잉크를 예컨대 스프레이 방식으로 분사하여 투과홀(52)에 의해 노출된 부분의 기재(10) 표면에만 인쇄하는 것이다. 도금 정착용 잉크는 본 기술 분야에서 잘 알려진 잉크, 예를 들어 스틸렌 수지, 경화제, 스틸렌 고무, 부타디엔 고무 등으로 이루어진 수지 조성물에 용제를 혼합한 수지 조성물로 이루어진다. 이때, 필요에 따라 도금되는 금속의 밀착력 향상을 위해 전술한 플라즈마 처리나 크롬산-황산의 혼산 처리를 행할 수도 있다.
[63]
도금 전처리가 끝나면, 앞뒷면 마스크(50,51)를 기재(10)로부터 떼어내고, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 무전해 금속 도금 등의 방법으로 기재(10) 표면에 도전성 금속 피막을 형성한다. 그러면, 도 8의 (c)와 같이 도금 전처리가 행해진 영역에만 도전성 금속 피막(21')이 형성된다. 그런데, 도 8의 (c)에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 마스크(50,51)를 이용한 도금 전처리는 투과홀(52)의 경계선 부분에서 잉크의 번짐 현상 등에 의해 말끔하게 이루어지지 않게 되고, 그 결과 형성된 도전성 금속 피막(21')도 도체 패턴 형성 영역(33)의 경계선에서 울퉁불퉁하게 형성된다.
[64]
이렇게 경계선이 울퉁불퉁한 도전성 금속 피막(21')이 형성된 기재(20')를 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 지그(200)에 고정하고, 레이저 조사장치(100)를 이용하여 전술한 실시예와 마찬가지로 도체 패턴 형성 영역(33)의 윤곽을 따라 레이저를 조사한다. 그러면, 도체 패턴 형성 영역(33)의 경계선을 벗어나 형성된 도전성 금속 피막(21')이 깨끗하게 제거되어 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 도체 패턴 형성 영역(33)이 선명하게 정리되게 된다.
[65]
이어서, 기재(30')를 지그(200)에서 분리하여, 전술한 실시예에서와 마찬가지로 도금조에 넣고 전해 도금을 실시한다. 즉, 상기 도체 패턴 형성 영역(33)의 도전성 금속 피막(21') 부분에 전해 도금을 위한 일방 전극을 접속하고 전해 도금을 실시하면, 도 8의 (e)에 도시된 바와 같이, 도체 패턴 형성 영역(33)에만 선택적으로 전해 도금층(43)이 형성된다.
[66]
이때, 전술한 실시예에서는 도체 패턴 비형성 영역(34)에 도전성 금속 피막(21)이 형성되어 있었기 때문에, 도체 패턴 형성 영역(33)에 전해 도금층(43)을 형성한 후 또는 전해 도금층(43)의 형성과 동시에, 도체 패턴 비형성 영역(34)에 형성된 도전성 금속 피막(21)을 제거하여야 하였지만, 본 실시예에서는 도전성 금속 피막(21')이 도체 패턴 형성 영역(33)에만 형성되었기 때문에, 불필요한 부분에 형성된 도전성 금속 피막을 제거하기 위한 별도의 공정이나 전해 도금 공정에서의 공정 조건의 제어가 불필요하다. 나아가, 본 실시예에서는 도체 패턴 형성 영역(33)에만 도전성 금속 피막이 형성되어 있으므로, 도체 패턴을 형성하기 위한 도금을 반드시 전해 도금으로 행하지 않아도 된다. 즉, 무전해 도금으로 도체 패턴을 형성하더라도 시드가 되는 도전성 금속 피막이 형성된 도체 패턴 형성 영역(33)에만 도금층(43)이 형성되어 원하는 형상의 도체 패턴을 형성할 수 있다.
[67]
이어서, 전술한 실시예와 마찬가지로, 필요에 따라 시너와 실리콘 수지의 혼합액으로 기재(40) 표면을 닦아주는 등의 후처리를 함으로써, 입체적인 형상의 기재 표면에 입체적인 형상의 도체 패턴을 제조할 수 있다.
[68]
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[69]

청구범위

[청구항 1]
입체 형상의 기재 표면에 도체 패턴이 형성된 입체적인 도체 패턴을 제조하는 방법에 있어서, (a) 사출 성형에 의해, 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 입체 형상의 기재를 복수 개 준비하는 단계; (b) 가공 중에 상기 기재를 고정 지지하는 지그로서, 상면에는 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제1고정부와, 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제2고정부가 형성되어 있는 지그를 준비하는 단계; (c) 상기 지그의 제1고정부에 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 하나의 기재를 고정하고, 상기 지그의 제2고정부에 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 다른 하나의 기재를 고정하는 단계; (d) 상기 지그의 제1 및 제2고정부에 각각 고정된 상기 기재의 앞면 및 뒷면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 조사하여, 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 기재의 앞면 및 뒷면을 가공하는 단계; 및 (e) 상기 레이저의 조사에 의해 가공된 상기 기재에 대하여, 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금을 실시하여 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금층을 형성함으로써 상기 도체 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에, 하지 도금에 의해, 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 상기 기재의 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 전체 표면에 도전성 금속 피막을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 레이저를 조사함으로써, 상기 기재 표면의 도전성 금속 피막을 선택적으로 제거하여, 상기 도전성 금속 피막을 도체 패턴을 형성할 영역과 도체 패턴을 형성하지 않을 영역으로 분리하는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 3]
제2항에 있어서, 상기 (e) 단계에서는, 상기 도체 패턴을 형성할 영역의 상기 도전성 금속 피막 위에만 상기 도금층이 형성됨과 동시에, 상기 도체 패턴을 형성하지 않을 영역의 상기 도전성 금속 피막이 제거되는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 4]
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 상기 기재의 앞면, 뒷면 및 측면을 포함하는 전체 표면 중 상기 도체 패턴을 형성할 영역에 도금 전처리를 행하는 단계; 및 상기 도금 전처리가 행해진 상기 복수 개의 기재 각각에 대하여, 하지 도금에 의해, 상기 도금 전처리가 행해진 영역에만 도전성 금속 피막을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 레이저를 조사함으로써, 상기 도체 패턴을 형성할 영역을 벗어난 위치에 형성된 도전성 금속 피막을 제거하는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 5]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지그의 상면과 직교하는 일측면에는 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제3고정부가 더 형성되어 있으며, 상기 (c) 단계에서는, 상기 지그의 제3고정부에 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 복수 개의 기재 중 또 다른 하나의 기재를 더 고정하고, 상기 (d) 단계에서는, 상기 지그의 제3고정부에 고정된 상기 기재의 일측면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 더 조사하여, 형성하고자 하는 도체 패턴의 윤곽을 따라 상기 기재의 일측면을 더 가공하는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 6]
제5항에 있어서, 상기 도체 패턴은 상기 입체 형상의 기재의 앞면과 일측면에서 서로 연결되고, 이 도체 패턴이 연결되는 부분의 상기 기재의 앞면과 일측면은 곡면으로써 연결되는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 7]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입체 형상의 기재에는 상기 앞면과 뒷면을 관통하는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 도체 패턴은 상기 입체 형상의 기재의 앞면과 뒷면에서 상기 관통홀을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 방법.
[청구항 8]
입체 형상의 기재의 표면에 입체적인 도체 패턴을 제조하는 장치에 있어서, 상기 기재 표면에 원하는 궤적을 따라 레이저를 조사하여 상기 기재 표면을 선택적으로 가공할 수 있는 레이저 조사장치; 및 상기 레이저 조사장치에 의한 레이저 조사 중에 상기 기재를 고정 지지하는 지그로서, 상면에는 상기 기재의 앞면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제1고정부와, 상기 기재의 뒷면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제2고정부가 형성되어 있는 지그;를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 장치.
[청구항 9]
제8항에 있어서, 상기 지그의 상면과 직교하는 일측면에는 상기 기재의 일측면이 위를 향하도록 상기 기재를 고정하는 제3고정부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 장치.
[청구항 10]
제9항에 있어서, 상기 지그의 일측면에는, 상기 제3고정부가 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 장치.
[청구항 11]
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지그의 상면에는, 상기 제1고정부 및 제2고정부가 각각 동수로 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 장치.
[청구항 12]
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 조사장치와 상기 지그는, 서로 상대적으로 평행이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 입체적인 도체 패턴의 제조 장치.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]