패턴화 토포그래피 및 자가 조립 단층을 사용한 미세제작 document_id A220623038062

본 발명은 기판 상에 패턴화 금속성 침착물을 형성하기 위한 방법, 및 제조된 물품에 관한 것이다. 금속성 물질의 패턴을 갖는 중합체 필름은 매우 다양한 상업적 용도를 갖는다. 몇몇 경우에, 전도성 그리드 (grid)는 육안으로 보이지 않도록 충분히 미세하고 투명 중합체 기판 상에 지지되는 것이 바람직하다. 투명한 전도성 시트는 예를 들어 저항식 가열 창, 전자기파 간섭 (EMI) 차폐층, 정전기 분산 성분, 안테나, 컴퓨터 디스플레이용 터치 스크린, 및 전기변색 창, 광전지 소자, 전기발광 소자 및 액정 디스플레이용 표면 전극을 비롯한 다양한 용도를 갖는다. EMI 차폐와 같은 용도를 위한 본질적으로 투명한 전기 전도성 그리드의 사용은 공지되어 있다. 그리드는 투명 시트 사이에 샌드위치 또는 라미네이션되거나, 기판 내에 내장된 금속 와이어의 네트워크 또는 스크린으로부터 형성될 수 있다 (미국 특허 3,952,152; 4,179,797; 4,321,296; 4,381,421; 4,412,255). 와이어 스크린을 사용하는 한가지 단점은 매우 미세한 와이어를 취급하거나 매우 미세한 와이어 스크린을 제조하고 취급하는데 있어서의 어려움이다. 예를 들어, 20 미크론 직경의 구리 와이어는 인장 강도가 단지 1 온스 (28 그람력)이고, 따라서 쉽게 손상된다. 20 미크론 직경의 와이어로 제작된 와이어 스크린이 이용가능하지만, 매우 미세한 와이어를 취급하는데 있어서의 어려움으로 인해 매우 고가이다. 기존 와이어 스크린을 기판 내에 내장하는 대신, 먼저 그루브 (groove) 또는 채널의 패턴을 기판 내에 형성한 다음, 그루브 또는 채널을 전도성 물질로 채움으로써 현장에서 (in-situ) 전도성 패턴을 제작할 수 있다. 상기 방법은 다양한 수단에 의해 전도성 회로 라인 및 패턴을 제조하기 위해 사용되었지만, 보통 비교적 큰 크기의 라인 및 패턴에 사용되었다. 그루브는 성형 (molding), 엠보싱, 또는 리소그래피 (lithographic) 기술에 의해 기판 내에 형성될 수 있다. 이어서, 그루브는 전도성 잉크 또는 에폭시 (미국 특허 5,462,624), 증발, 스퍼터링 또는 도금된 금속 (미국 특허 3,891,514; 4,510,347; 및 5,595,943), 용융된 금속 (미국 특허 4,748,130), 또는 금속 분말 (미국 특허 2,963,748; 3,075,280; 3,800,020; 4,614,837; 5,061,438; 및 5,094,811)로 채울 수 있다. 중합체 필름 상의 전도성 그리드는 전도성 페이스트를 인쇄함으로써 (미국 특허 5,399,879) 또는 포토리소그래피 (photolithography) 및 에칭에 의해 (미국 특허 6,433,481) 제조되었다. 상기 선행기술의 방법은 한계가 있다. 예를 들어, 전도성 잉크 또는 에폭시를 사용할 때의 한가지 문제는 전기 전도도가 인접한 전도성 입자간 접촉부의 형성에 의존적이고, 총 전도도가 보통 고체 금속의 전도도보다 훨씬 더 작다는 점이다. 금속의 증착 또는 전기도금은 일반적으로 느리고, 종종 그루브 사이에 침착된 과잉의 금속을 제거하기 위한 후속 단계를 필요로 한다. 용융된 금속은 그루브 내에 놓일 수 있지만, 보통 그루브 내에 금속을 습윤시킬 물질의 침착을 필요로 한다. 그렇지 않으면 용융된 금속은 용융된 금속의 표면 장력 때문에 그루브 내에 침투하지도 머무르지도 않을 것이다. 회로는 금속 분말을 그루브 내에 넣은 후, 입자들 사이의 전기적 접촉을 향상시키기 위해 분말을 압축시킴으로써 제조할 수 있다. 미국 특허 5,061,438 (Lillie 등) 및 미국 특허 5,094,811 (Kane 등)에서는 상기 방법을 사용하여 인쇄 회로 기판을 형성하였다. 그러나, 상기 방법은 미세 회로 및 미세 금속 패턴을 제조하는데 실용적이지 않다. 미세 크기에서는, 금속 압축을 수행하기 위해 엠보싱된 패턴 상에 공구 (tool)를 제자리에 놓거나 재정합시키는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 폭 20 미크론 채널의 패턴을 갖는 시트는 공구가 시트의 한 측으로부터 다른 측으로 대략 3 미크론의 정확도로 패턴 상에 놓일 것을 요구할 것이다. 많은 용도에 대해, 시트는 30 cm x 30 cm 크기일 수 있다. 형성 온도로부터 실온으로 냉각하는 동안 열가소성 시트의 열 수축으로 인한 치수 변화는 대개 약 1% 이상이다. 따라서, 30 cm x 30 cm 시트의 경우, 1% 수축은 0.3 cm의 총 수축을 일으킬 것이다. 상기 값은 요구되는 3 미크론 배치 정확도보다 1000배 더 크고, 이는 공구의 정확한 재배치를 어렵게 만든다. 003c#발명의 개요003e# 본 발명은 패턴화 금속성 침착물을 갖는 기판을 포함하는 물품에 관한 것이다. 보다 특히, 물품은 금속을 금속성 미세구조화 (microstructured) 표면을 갖는 기판 상에 선택적으로 무전해 침착시킴으로써 제조된다. 제1 측면은 금속성 미세구조화 표면을 갖는 기판을 제공하고, 금속성 미세구조화 표면 상에 자가 조립 단층을 형성하고, 자가 조립 단층을 침착 금속의 가용성 형태로 함유하는 무전해 도금 용액에 노출시키고, 침착 금속을 금속성 미세구조화 표면 상에 선택적으로 무전해 침착시키는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 금속성 미세구조화 표면을 갖는 기판을 형성하기 위해 다양한 방법을 이용할 수 있다. 한 실시태양에서, 미세구조는 기계식 공구를 사용하여 금속성 표면 상에 형성할 수 있다. 기계식 공구는 미세구조를 금속성 표면 상에 엠보싱하거나 스크라이빙 (scribing)하거나 성형할 수 있다. 추가 실시태양에서, 미세구조는 기계식 공구를 사용하여 기판 표면에 형성되고, 이어서 금속층이 미세구조화 표면 상에 배치되어 금속성 미세구조화 표면을 형성할 수 있다. 기계식 공구는 미세구조를 기판 표면 상에 엠보싱하거나, 스크라이빙하거나 성형할 수 있다. 또다른 추가 실시태양에서, 미세구조는 금속을 기판 표면 상에 침착시키거나 금속성 기판 표면으로부터 금속을 제거함으로써 기판 표면에 형성될 수 있다. 다른 측면에서, 물품이 제공된다. 한 실시태양에서, 물품은 기판 표면 및 기판 표면 상에 배치된 토포그래피 특징부 (topographical feature)를 갖는 기판을 포함한다. 연속 균질 금속층이 토포그래피 특징부에 인접한 기판 표면 상에 및 토포그래피 특징부 상에 배치된다. 자가 조립 단층이 연속 균질 금속층 상에 배치되고, 침착 금속은 토포그래피 특징부 상의 연속 균질 금속층 상에 배치되고, 토포그래피 특징부에 인접한 연속 균질 금속층 표면 상에 배치되지 않는다. 다른 실시태양에서, 물품은 기판 표면 및 기판 표면 상에 배치되어 그로부터 멀리 연장되는 토포그래피 특징부를 갖는 기판을 포함한다. 토포그래피 특징부는 곡률 반경이 500 나노미터 이하이다. 금속층은 토포그래피 특징부에 인접한 기판 표면 상에 및 토포그래피 특징부 상에 배치된다. 자가 조립 단층은 금속층 상에 배치되고, 침착 금속은 토포그래피 특징부 상의 금속층 상에 배치되고, 토포그래피 특징부에 인접한 금속층 기판 표면 상에 배치되지 않는다. 본 발명의 상기 요약은 본 발명의 모든 개시된 실시태양 또는 모든 실행을 각각 설명하는 것으로 의도되지 않는다. 하기하는 도면, 상세한 설명 및 실시예가 이들 실시태양을 보다 구체적으로 예시한다.