• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.245-245
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• 2015

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. 특히 CIGS 태양전지에서는 Na의 역할이 매우 중요한데 유연기판의 경우 이러한 Na이 없을 뿐만 아니라 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 또한 플라스틱기판의 경우 내열성이 낮아 저온에서 공정을 진행해야하는 단점이 있다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 유연기판으로 STS 430 stainless steel과 poly-imide를 이용하여 특성 개선을 진행하였다. 먼저 stainless steel과 Poly-imide, soda-lime glass, coning glass의 기판을 이용하여 기판에 따른 흡수층의 특성을 비교 분석하였으며 stainless steel 기판을 이용하여 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 이때 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.6%로 증가하였다. 또한 poly-imide 기판을 이용하여 $400^{\circ}C$이하에서 흡수층을 제조하여 특성평가를 진행하였으며 소자 제조 후 효율은 약 12.2%를 달성하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.58.1-58.1
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• 2011

CIS(CuInSe2)계 화합물 태양전지는 높은 광흡수계수와 열적 안정성으로 고효율 태양전지 제조가 가능하여 태양전지용 광흡수층으로 매우 이상적이다. 미국 NREL에서는 이러한 CIGS 태양전지를 Co-evaporation 방법으로 제조 20%이상의 에너지 변환 효율을 달성하였다고 보고하였다. CIGS 태양전지의 경우 기존의 유리 기판 대신 유연한 철강 기판을 사용해 태양 전지를 flexible하게 제조 할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 flexible 태양전지의 경우 기존의 rigid 태양전지의 적용분야 뿐만 아니라 BIPV, 선박, 장난감, 군용, 자동차등 더욱 더 많은 분야에 활용이 가능하다. 본 연구에서는 기존의 rigid한 기판인 soda lime glass와 flexible 기판인 stainless steel 기판으로 소자를 제조하여 효율을 비교 분석 및 stainless steel 기판의 표면 처리 방법에 따라서 표면 조도의 특성을 분석하여 stainless steel 기판별 효율 특성도 비교 분석 하였다. 후면전극으로는 약 $1{\mu}m$의 Mo를 DC Sputtering 방법을 이용하여 증착하였고, CIGS 광흡수층은 약 $2.5{\mu}m$의 두께로 미국의 NREL과 같은 3 stage 방식을 이용하여 광흡수층을 Co-Evaporation 방법으로 제조하였고, 버퍼층인CdS는 약 50nm의 두께로 CBD 방법으로 제조 하였으며, 창층인 ZnO는 약 500nm 두께로 RF Sputtering 방법으로 제조 하였고, 마지막으로 약 $1{\mu}m$ 두께의 Al 전면전극은 Thermal Evaporation 방법으로 제조 하였다. 소자의 물리적, 전기적 특성을 분석하기위해 FE-SEM, AFM, Solar Cell Simulator 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.399.2-399.2
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• 2016

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. Poly-imide와 같은 유연기판은 공정온도가 $400^{\circ}C$이하로 낮고 기판이 매우 얇아 기존 Mo 공정을 개선하여야한다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 기존 bi-layer Mo의 bottom layer의 두께를 조절하여 박막의 strain을 조절하였다. 유연기판으로는 SKC KOLON에서 제조된 GL type의 기판을 사용하였다. 기판의 두께는 50um이다. 먼저 Mo의 bottom layer 두께 비율을 기존 12.5%에서 50%로 증가 시켰으며 전체 박막의 두께 역시 900nm에서 500nm로 두께를 감소시키며 실험을 실시하였다. 그 후 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 이때 공정온도는 기존 공정온도에서 450, $400^{\circ}C$로 낮추어 흡수층을 제조하였다. 소자 제조 후 초기 Mo의 strain 개선과 저온공정이 적용되지 않은 경우 4.4%에서 공정 최적화 후 13%로 효율이 증가하였다. 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.93-93
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• 2017

고전력 펄스 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(high-power impulse magnetron sputtering; HiPIMS)과 직류(direct current; DC) 전원공급장치를 이용한 마그네트론 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 이용하여 제조한 티타늄 질화물(titanium nitride; TiN) 박막의 특성을 비교하였다. HiPIMS와 DC 스퍼터링 공정 중에 빗각증착을 적용하여 TiN 박막의 미세구조와 기계적 특성의 변화를 확인하였다. TiN 박막을 코팅하기 위한 기판으로 스테인리스 강판(SUS304)과 초경(cemented carbide; WC-10wt.%Co)을 사용하였다. 기판은 알코올과 아세톤으로 초음파 처리를 실시하여 기판 표면의 불순물을 제거하였다. 기판 청정 후 진공용기 내부의 기판홀더에 기판을 장착하고 $2.0{\times}10^{-5}torr$의 기본 압력까지 진공배기를 실시하였다. 진공 용기의 압력이 기본 압력에 도달하면 아르곤(Ar) 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-2}torr$의 압력으로 주입하고 기판홀더에 라디오 주파수(radio frequency; rf) 전원공급장치를 이용하여 - 800 V의 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 30 분간 기판 표면의 산화막을 제거하는 기판청정을 실시하였다. 기판청정이 완료되면 기본 압력까지 진공배기를 실시하고 Ar과 질소($N_2$)의 혼합 가스를 진공용기 내부로 ${\sim}10^{-3}torr$의 압력으로 주입하여 HiPIMS와 DC 스퍼터링으로 TiN 박막 제조를 실시하였다. 빗각의 크기는 $45^{\circ}$와 $-45^{\circ}$이었다. 제조된 TiN 박막은 주사전자 현미경, 비커스 경도 측정기 그리고 X-선 회절 분석기를 이용하여 특성을 분석하였다. HiPIMS로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않아도 색상이 노란색을 보이지만, DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막은 기판 전압을 인가하지 않으면 노란색을 보이지 않고 어두운 갈색에 가까운 색을 보였다. TiN 박막의 경도는 HiPIMS로 제조한 TiN 박막이 DC 스퍼터링으로 제조한 TiN 박막보다 높았다. 이러한 TiN 박막의 특성 차이는 DC 스퍼터링과 비교하여 높은 HiPIMS의 이온화율에 의한 결과로 판단된다. 빗각을 적용한 TiN 박막은 미세구조 변화를 보였으며 이러한 미세구조 변화는 TiN 박막의 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.131-131
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• 1999

비정질 카본 박막은 다이아몬드와 유사한 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 전기절연성, 화학적 안정성, 그리고 광학적 특성을 가진 재료로서 플라즈마 CVD를 이용한 합성방법으로 제조된 박막이 주로 연구되고 있다. 본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 다양한 조건의 카본 박막을 제조하였다. 카본 박막의 제조는 이온빔이 장착된 고진공 증착 장치를 이용하였고 시편의 청정시 사용된 이온빔의 조건은 빔 전압이 500V, 빔 전류는 0.1mA/cm2로 기판 청정을 거친 후 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 흑연을 증발시켜 박막을 제조하였다. 기판과 타겟의 거리는 13cm로 고정시킨 후 타겟 전류는 1A로 유지하면서 30분간 증착하였다. 기판은 Si-wafer와 glass를 주로 사용하였으며 기판 인가전압, 아세틸렌 유량, 기판 온도등을 변화시켜가면서 각각 카본 박막을 제조하였다. 비정질 카본박막의 막은 평균 두께는 0.4~1.2$\mu\textrm{m}$이며 SEM을 이용하여 단면의 성장구조를 관찰하였다. 라만 분광분석과 FTIR 분광분석을 통하여 비정질 카본 박막의 결합특성을 조사하였고 scratch tester를 이용하여 박막의 밀찰력을 관찰하였다. 제조된 박막의 두께는 아세틸렌 가스 이용시 1$\mu\textrm{m}$ 이상의 박막의 제조가 가능하였으며 카본 박막의 라만 분광특성은 고체 탄소 물질의 S와 G-peak으로 구성되어 있으며 기판 인가전압, 아세틸렌 가스 유량 변화에 따른 peak의 위치 이동 및 FWHM의 변화를 관찰하였다. RFIR 결과는 아세틸렌 가스의 유량이 증가에 따라 C-H 결합 분포가 증가며 기판 인가 전압이 증가할수록 C-H 결합분포가 감소하는 경향이 나타냈다. 이는 이온 충돌 효과에 따라 결합력이 약한 C-H 결합이 우선적으로 파괴되는 현상으로 생각되어 진다. Scartch tester 측정 결과 박막의 밀착력은 실험조건에 따른 경샹성은 보이고 있지 않으나 10N 정도이며 60N 이상의 강한 밀착력을 가진 박막도 제조되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.393-393
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• 2016

Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) 박막 태양전지는 높은 효율과 낮은 제조비용, 높은 신뢰성으로 인해 박막 태양전지 중 가장 각광받고 있다. 특히 유리기판 대신 가볍고 유연한 철강소재나 플라스틱 소재를 이용하여 발전분야 외에 건물일체형, 수송용, 휴대용등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 이러한 유연 기판을 이용한 CIGS 태양전지의 개발을 위해서는 기판의 특성에 따른 다양한 공정개발이 선행되어야 한다. Stainless steel과 같은 철강기판의 경우 Fe, Ni, Cr등의 불순물이 확산되어 흡수층의 특성을 저하시켜 효율을 감소시킨다. 따라서 이러한 철강 기판의 경우 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막이 필수적이다. 이러한 유연기판의 특성을 고려하여 본 연구에서는 기존의 두껍고 추가 장비가 요구되는 SiOx나 Al2O3 대신 200nm 이하의 ZnO 박막을 이용하여 확산방지막을 제조하였다. 유연기판으로 STS 430 stainless steel을 이용하였다. 먼저 stainless steel 기판을 이용하여 기판에 의한 흡수층의 특성을 분석하였으며 ZnO 확산 방지막의 유무 및 두께에 따른 흡수층 및 소자의 특성을 분석하였다. 이때 확산 방지막은 기존 TCO 공정에서 사용되는 i-ZnO를 사용하였으며 RF sputter를 이용하여 50~200nm로 두께를 달리하며 특성 비교를 실시하였다. 효율은 확산방지막을 적용하지 않았을 때 약 5.9%에서 확산 방지막 적용시 약 10.7%로 증가하였다. 그 후 기판으로부터 확산되는 불순물의 유입에 의한 결함을 분석하기 위해 DLTS를 이용하여 소자 특성을 분석하였다. 온도는 80~300K으로 가변하며 측정을 실시하였으며 그 후 계산을 통해 activation energy와 capture cross section 값을 구하였다. DLTS 분석 결과 Ni이 CIGS 흡수층으로 확산되어 NiCu anti-site를 형성하여 태양전지의 효율을 감소시키는 것을 확인하였다. 모든 흡수층은 Co-Evaporation 방법을 이용하여 제조하였으며 제조된 흡수층은 SEM, XRF, XRD, GD-OES, PL, Raman등을 이용하여 분석하였으며 그 외 일반적인 방법을 이용하여 Mo, CdS, TCO, Al grid를 제조하였다. AR 코팅은 제외 하였으며 제조된 소자는 솔라 시뮬레이터를 이용하여 효율 특성 분석을 실시하였으며 Q.E. 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.46.1-46.1
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• 2009

산업이 점차 발달함에 따라 발생하는 환경오염으로 인해 인간의 삶에 있어 불가분의 관계에 있는 물에 대한 관심이 지속적으로 높아지고 있는 추세이다. 각종 질병의 요인이 되는 박테리아는 주로 물을 운송 매개체로 하기 때문에 이로 인한 물의 오염으로 인도의 경우 모든 질병 발생의 80%를 차지하는 것으로 세계보건기구(WHO)에 의해 보고되었다. 현재까지물 또는 공기의 항균 및 살균 정화를 위해 화학적, 생물학적 방식 등 다양한 기술이 개발되었으나 박테리아와같은 세균제거에는 무리가 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 여러 물질 중에서도 특히 항균작용(Antibacterial activity)이 탁월한 은(Ag)을 나노입자화하여 in-situ 코팅을 통한 다공성 알루미늄 하이드록사이드 나노복합재의 제조함으로써 생물학, 생체의용공학, 약학 등에 응용될 수 있는 새로운 형태의 항균재료제조방법을 제안하였다. 우선, 다공성 알루미늄 하이드록사이드기판은 알루미늄 기판에 알칼리 표면개질을 실시함으로서 표면에 마이크로포어가 형성된 알루미늄 하이드록사이드 기판을 제조하였다. 이렇게 제조된 다공성 기판에 Polyol 공정으로 은나노입자를 합성 및 분산시킴으로서 in-situ로 은나노입자가 분산된 알루미늄 하이드록사이드 나노복합재 기판을 만들수 있었다. 본 연구를 통하여 제조된 은나노입자가 분산된 알루미늄 하이드록사이드 나노복합재 기판은 주사전자현미경(SEM) 및 투과전자현미경(TEM)을 통하여 미세구조와 상분석을 실시하였으며 X선 광전자분석(XPS)를 이용하여 기판 표면의 화학적 상태를 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.85.2-85.2
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• 2018

금속 나노구조체에서의 localized surface plasmon resonance와 surface-enhanced Raman scattering 현상은 센서를 비롯한 다양한 응용분야를 가지고 있다. 나노구조체 array 형성을 위한 대표적인 top-down 방식인 e-beam lithography 공정은 제조비용이 매우 높고 대량생산 및 대면적화에도 한계가 있기에 polystyrene(PS) bead의 self-assembly를 이용한 nanosphere lithography와 같은 bottom-up 방식이 폭넓게 연구되고 있다. Closed-packing된 PS bead의 monolayer를 얻기 위해서는 기판의 친수성 처리가 필요한데, 기존의 많은 연구에서는 기판의 표면개질에 화학적 공정을 이용하고 있다. 하지만 이는 기판 선택의 자유도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 금속이나 실리콘 기판에서는 산성 용액을 이용한 화학적 처리방법을 적용할 수 있지만 SU-8과 같은 감광액 및 폴리머 기판에서는 산에 대한 내구성이 떨어져 화학적 공정의 도입이 불가능 하기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해 $UV-O_3$ 공정으로 친수성 처리된 다양한 기판에서 spin coating을 통한 PS monolayer를 제조하였는데, UV 램프의 에너지 조절을 통해 기판에 붙어있는 유기물들을 효과적으로 제거할 수 있었고 $O_3$ 생성 및 분해 과정에서 기판 표면에 친수성 화학 작용기를 생성시킬 수 있었다. 제조된 PS layer를 mask로 사용하여 Ag, Al, Au 등 다양한 나노구조체 array를 형성하여 array 주기에 따른 플라즈몬 공명 특성을 분석하였다. 레이저 조사로 나노구조체의 형상을 변화시킴으로써 동일한 물질과 주기를 가진 array에서도 플라즈몬 특성의 변조가 가능함을 확인하였는데, 이는 금속 나노구조체의 응용측면에서 매우 고무적인 발견이다.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2003.05a
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• pp.12-12
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• 2003

초전도 선재로의 응용을 위하여 Pulsed laser deposition(PLD)법으로 고온 초전도 체 YBa₂Cu₃O/sub 7-δ/(YBCO) coated conductor를 제조하였다. coated conductor는 금속기판/완충층/초전도층의 구조를 이루고 있는데 완충층은 금속 기판의 집합조직을 초전도층까지 전달하는 역할과 금속기판의 금속이 초전도층으로 확산되어 초전도층의 전기적 특성을 열화시키는 것을 막아주는 확산장벽으로의 역할 등을 수행한다. 완충층의 박막 성장이 제대로 이루어지지 않으면 우수한 초전도 특성을 가지는 초전도층을 얻을 수 없다. 완충층은 금속기판과의 lattice match, thermal match등이 요구되고, 화학적으로 금속기판 및 초전도층과 반응하지 않아야 하며, 긍속기판의 산화없이 epitaxial하게 박막증착이 이루어질 수 있는 재료이어야 한다. 이러한 조건을 만족하는 YBCO, CeO₂, YSZ 등이 주로 사용되고 있다. 전기연구원에서 YBCO coated conductor 선재를 제조하기 위하여 사용하고 있는 다층 박막의 구조는 YBCO/CeO₂/YSZ/CeO₂/Ni(002)과 YBCO/CeO₂/YSZ/Y₂O₃/Ni(002)이며, 최적의 증착조건을 찾기 위하여 성장시 챔버의 산소분압, 완충층의 두께, 기판 온도 등을 변화시켰다. 증착된 완충층 및 초전도층의 집합 조직은 D8-Discover with GADDS(General Area Detector Diffraction System)로 XRD분석을 했고, 미세구조는 SEM으로 관찰하였으며 4단자법을 이용하여 초전도 특성을 측정하였다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.11a
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• pp.67-67
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• 2002

패키지 기술의 개발은 저비용, 고성능, 높은 패키징 효율의 추세로 가고 있다. 이러한 추세에 따라 기판재료의 개발 및 구조의 변형이 요구된다. 패키지의 한 형태인 MCM(Multi-Chip Module)에 연성기판을 사용할 경우 fine pattern이 가능하고 부피가 작기 때문에 패키지의 효율이 좋고 또한 reel to reel process에 적용이 가능하기 때문에 대량생산의 이점을 가지고 있다. 연성기판은 좋은 전기적 특성을 가진 polyimide와 구리 층으로 구성된다. 그러나 polyimide와 구리 계층 사이에 약한 접착력과 구리로의 polyamic acid의 diffusion, 다층 기판의 제조의 어려움 등의 문제점을 남겨두고 있다. 본 연구는 일반적인 polyimide/copper가 구조가 가지고 있는 문제점을 해결하고 구리 패턴을 제작하기 위해 에칭을 쓰는 것을 배제함으로 fine pattern을 이루어 내었으며 전기도금으로 완전하게 채워진 pluged via을 사용함으로 각층간의 연결에 신뢰성을 부여하였다. 또한, 연성기판의 구조적인 문제점인 해결하여 다층 연성기판을 제조하려고 한다.