10um 급 Aerosol 3D 프린팅 시스템 Direct Writing 디스펜싱의 국산화 설계 및 성능 시험

초록

본 연구에서는 에어로졸 3D 프린팅 방식은 반도체 패키징의 고정밀화에 필요한 다양한 EMI 차폐, Wire Bonding 대체, 안테나 Direct Writing 등 반도체 산업 현장에서의 디자인 요구에 따른 구조적 문제를 해결하고, 선택적 위치에 높은 해상도로 미세 패터닝 할 수 있도록 하는 에어로졸 3D 프린팅 시스템을 국산화하여 설계 구현하고, AgNP, PEDOT:PSS 잉크를 활용하여, 10um 선폭까지 구현한다. Glass, PR4 등 Substrate 에 직접 프린팅하는 방법과 그 성능에 대한 연구를 다룬다. 본 연구에 사용되는 에어로졸 3D 프린팅 시스템은 공압 분무 방식(Pneumatic Atomization)으로 Carrier GAS를 주입하여, 입자가 작은 에어로졸을 형성하고, 가상의 임팩터(virtual impactor)를 통해 관성 분리 방식으로 직진성이 있는 에어로졸을 통과시켜 미세 노즐로 토출하는 방식으로 설비를 제작하였으며, 에어로졸 3D 프린팅의 안정적이고, 균일한 미세 패턴이 토출 될 수 있도록 장비의 내,외부 조건을 개선하여, 토출 및 증착 상태를 실험하고, 평가하였다. 또한, 기존의 G-code 방식은 물론, 반도체 디스펜서와 연동하여, SW 를 개발, 반도체 패키징 저작도구를 활용하여,반도체 산업에 바로 적용할 수 있게 하였다.. 제작된 장비를 활용하여, 구조물에 직접적이고, 정밀한 패터닝을 하였으며, 프린팅 후, 열처리를 통해 잉크를 소결하였다. 기존 방식으로 제작된 PCB의 구조물에 에어로졸 디스펜싱 다이렉트 패터닝의 성능을 측정하여 분석하여, 비교 하였다. 구조물의 제한된 공간에서 효율적인 패터닝을 가능하게 하여, 디바이스 설계에 에어로졸 3D 프린팅 활용에 대한 잠재력을 입증하였으며, 향후, 다양한 응용 분야에서 활용할 수 있는 가능성을 보였다.