KR100997108B1 - 촉각센서와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부로부터 촉각센서에 작용하는 작용힘(Fin)의 크기가 작은 경우에도, 작용힘(Fin)을 감지할 수 있는 측정 감도가 우수하고 소형화된 촉각센서를 제공함과 동시에, 제조공정이 단순화되어 제조비용, 제조시간의 감소와 생산성의 향상에 기여할 수 있는 촉각센서의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 구체적 수단으로서 촉각센서는 소정의 두께를 갖는 제1고분자 층(101)과; 제1고분자 층(101)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제1전도층(104)과; 제1전도층(104) 위에 형성되고, 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변화되는 저항체(105);로 구성된 제1구조체(100); 및 소정의 두께를 갖는 제2고분자 층(201)과; 제2고분자 층(201)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제2전도층(204);으로 구성된 제2구조체(200);을 포함하고, 제1구조체(100)와 상기 제2구조체는 저항체(105)를 중심으로 결합된 것을 특징으로 한다.
촉각센서, 작용힘(Fin), 저항체
Description
본 발명은 외부로부터 촉각센서에 작용하는 작용힘(Fin)의 크기가 작은 경우에도, 작용힘(Fin)을 감지할 수 있는 측정 감도가 우수하고 소형화된 촉각센서를 제공함과 동시에, 제조공정이 단순화되어 제조비용, 제조시간의 감소로 생산성의 향상에 기여할 수 있는 촉각센서의 제조방법에 관한 것이다.
현재, 접촉을 통한 주변 환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 획득하는 촉각기능은 차세대 정보수집 매체로 인식되고 있으며, 촉각감각을 대체할 수 있는 생체 모방형 촉각센서는 혈관내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술에서 중요한 촉각제시 기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 더해지고 있다.
생체모방형 촉각센서는 이미 산업용 로봇의 손목에 사용되고 있는 6자 유도의 힘/토크 센서와 로봇의 그립퍼(gripper)용으로 접촉 압력 및 순간적인 미끄러짐을 감지할 수 있는 것이 개발된 바 있으나, 이는 감지부의 크기가 비교적 큰 관계 로 민감도가 낮은 문제점이 있다.
그리고, 미소기전 집적시스템(MEMS;micro electro mechanical systems) 제작기술을 이용하여 촉각센서의 개발가능성을 보여준 바 있다. 종래 기술에 따른 촉각 센서로, 프린스턴 대학의 Wagner 그룹에 의해 2005년 발표된 것이 있다. 이 기술에 따르면, PDMS(polydimethylsiloxane) 기판 상에 메탈라인을 형성하고 메탈 라인 사이에 고정형 셀을 형성한다. 그러나, 메탈 라인과 기판 상 사이에 박리가 일어나거나 약간의 변형에 의해 메탈 라인에 크랙이 발생하는 문제점이 있으며, 지속적인 접촉에 따라 마모되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작은 작용힘(Fin)에도 측정감도가 우수한 촉각센서를 제공하는데 있다. 또한 제조공정이 단순하여 제조가 용이하고, 제조비용을 감소하여 생산성이 크게 향상된 촉각센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단으로서 촉각센서는, 소정의 두께를 갖는 제1고분자 층(101)과; 제1고분자 층(101)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제1전도층(104)과; 제1전도층(104) 위에 형성되고, 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변화되는 저항체(105);로 구성된 제1구조체(100); 및 소정의 두께를 갖는 제2고분자 층(201)과; 제2고분자 층(201)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제2전도층(204);으로 구성된 제2구조체(200);을 포함하고, 제1구조체(100)와 상기 제2구조체는 상기 저항체(105)를 중심으로 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 제1고분자 층(101) 또는 제2고분자 층(201)은 폴리이미드 필름을 사용할 수 있다.
또한, 제2전도층(204) 상에는 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변화하는 저항체(205)가 더 형성될 수 있다.
또한, 저항체(105,205)의 폭은 제1전도층(104) 또는 상기 제2전도층(204)의 폭보다 작게 구성함이 바람직하다.
또한, 저항체(105,205)의 둘레에는 스페이서(300)가 더 구비될 수 있다.
또한, 스페이서(300)의 두께값에서 저항체(105,205)의 두께값을 뺀 결과값은 0~50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 저항체(105,205)는 압력가변 저항재료를 사용함이 바람직하다.
또한, 제1고분자 층(101)과 제1전도층(104) 사이에, 제1고분자 층에 적층된 제1접지층(102); 및 제1접지층(102)과 상기 제1전도층(104) 사이에 고분자 층(103);을 더 포함할 수 있다.
또한, 제2고분자 층(201)과 제2전도층(204) 사이에, 제2고분자 층(201)에 적층된 제2접지층(202); 및 제2접지층(202)과 제2전도층(204) 사이에 고분자 층(203);을 더 포함할 수 있다.
또한, 고분자 층(103,203)은 폴리이미드 필름을 사용할 수 있다.
또한, 사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 1]에 의할 수 있다.
[수학식 1]
(Rc: 회로층의 등가저항, Ra: 촉각센서의 저항체(105,205)의 저항, Vg: 전압원의 전압)
또한, 사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 2]에 의할 수 있다.
[수학식 2]
(Rc: 회로층의 등가저항, Ra: 촉각센서의 저항체(105,205)의 저항, Vg: 전압원의 전압)
또한, 사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 3]에 의할 수 있다.
[수학식 3]
(단, Rc: 회로층의 등가저항, Ra:저항체의 저항, Vg:전압원의 전압, Vi:외부공급 전압)
이 때, 회로층이 반전증폭기와 등가를 이루는 경우, -Vcc 는 0 [V] 이고, Vcc는 Vi<Vg<Vcc 의 관계를 갖음이 바람직하다.
(단, Vg: 전압원의 전압, -Vcc, Vcc: 반전증폭기에 공급되는 외부전압)
본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 촉각센서의 제조방법은 소정의 두께를 갖는 고분자 층(401) 상에 금속을 증착하여 소정의 신호선을 갖는 전도층(404)을 형성하는 전도층형성단계(S13); 및 전도층(404)의 부식을 방지하기 위하여 도금하는 도금단계(S14);를 포함하는 구조체형성단계로부터 복수 개의 구조체를 형성하는 단계(S10); 복수 개의 구조체(400) 중 하나인 제1구조체(100)의 전도층(104) 상에 저항체(405)를 형성하는 저항체형성단계(S20): 및 제1구조체(100) 및 복수개의 구조체(400)중 다른 하나인 제2구조체(200)가 저항체(405)를 중심으로 결합되도록 접착층(500)을 형성하여 본딩하는 결합단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전도층형성단계(S13)에 앞서, 소정의 두께를 갖는 고분자 층(401) 상에 접지층(402)을 형성하는 접지층형성단계(S11); 및 접지층(402) 위에 고분자 층(403)을 형성하는 고분자 층형성단계(S12);가 더 포함됨이 바람직하다.
또한, 도금단계(S14)는 구리, 금 및 은 중 적어도 어느 하나로 도금할 수 있다.
또한, 저항체형성단계(S20) 및 결합단계(S30) 사이에는, 제2구조체(200)의 전도층(204)에 저항체(405')를 형성하는 저항체부가형성단계(S25);가 더 포함될 수 있다.
또한, 저항체(405,405')는 전자빔 리소그래피, 포토리소그래피 또는 스퍼터 방식으로 증착한 후 에칭하여 형성할 수 있다.
그리고, 저항체(405,405')는 압력가변 저항재료를 스크린 인쇄법을 이용하여 도포하는 방식으로 형성할 수 있다.
또한, 저항체 형성단계(S20)이전에, 저항체(405,405')의 주위에 스페이서(300)를 형성하는 스페이서 형성단계(S19);가 더 포함될 수 있다.
또한, 전도층(404)은 이-빔, 스퍼터 장비 또는 도금장비를 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 결합단계(S30)에서 접착층(500)은 경화제가 포함된 접착제, 양면 테이프 또는 필름 접착용 열접착 테이프를 사용할 수 있다.
본 발명인 촉각센서는 구조가 단순하고, 민감도가 크게 향상되어 작은 크기의 작용힘(Fin)이 인가되는 경우에도, 촉각센서에 인가된 작용힘(Fin)의 크기를 획득할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명인 촉각센서의 제조방법은 그 제조공정이 단순하고 용이한바, 이러한 장점은 촉각센서의 제조비용 및 시간의 감소로 이어져 생산성이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 촉각센서가 소형화되어 촉감을 이용하는 전자/통신 기기, 로봇, 미세한 힘의 크기를 이용하는 의료기술분야 등의 산업 전반에 걸쳐 널리 응용가능하다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
<촉각센서의 구성>
도 1a는 본 발명인 촉각센서의 측면도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 촉각센서는 크게 제1구조체(100)와 제2구조체(200)가 저항체(105)를 기준으로 대칭되도록, 접착층(500)에 의하여 결합된 구조로 나누어 볼 수 있다. 제1구조체(100)와 제2구조체(200)의 기본적인 구성은 동일한 것으로서, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 저항체(105)를 기준으로 촉각센서의 하부에 위치하는 것을 제1구조체(100)라 하고, 상부에 위치는 것을 제2구조체(200)라 한다.
제1구조체(100)는 제1고분자 층(101)과; 제1고분자 층(101)에 적층된 제1전도층(104)과; 상기 제1전도층(104) 위에 형성된 저항체(105);를 포함한다. 그리고, 제1고분자 층(101)과 제1전도층(104) 사이에 순서대로, 제1접지층(102)과 고분자 층(103)이 더 포함됨이 바람직하다.
제1고분자 층(101)은 폴리이미드 필름, 폴리에스터 필름 등의 고분자 층으로서 소정의 두께를 갖는다. 특히 폴리이미드 필름은 400℃ 이상의 고온이나 영하 265℃의 저온도 견딜 수 있는 초내열성과 초내한성을 지닌다. 또한 두께가 얇으며, 굴곡성(flexibility)이 뛰어나다는 장점이 있다. 또한 내화학성과 내마모성이 강하므로, 본 발명인 촉각센서가 사용되는 산업분야를 다양화하는 특징이 있다.
제1고분자의 필름(101)의 두께는 약 115~135㎛임이 바람직하다. 115㎛ 보다 얇은 경우, 상기의 고분자 층, 특히 폴리이미드 필름의 특성 중 내화학성과 내마모 성을 발휘하는데 어려움이 있고, 135㎛보다 두꺼운 경우, 특히 굴곡성이 저하될 수 있기 때문이다.
제1접지층(102)은 촉각센서의 성능 및 안정성을 향상시키기 위한 것으로, 접지를 형성하는 방법 및 재질 등은 당업자의 범위에서 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략한다. 제1접지층(102)상에는 고분자 층(103)을 더 형성하여, 제1전도층(104)과 분리시킴이 바람직하다. 고분자 층(103)은 앞서 제1고분자 층(101)에서의 설명과 동일한바, 앞서 기재한 내용으로 갈음한다.
제1전도층(104)는 이하 설명한 저항체(105)의 저항값의 변화를 검출할 수 있는 소정의 신호선이 형성되어 있다. 이때 사용되는 금속은 티타늄, 니켈 등이 사용될 수 있으며, 구리와 은 및 금 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 금속으로 도금됨이 바람직하다. 그 일실시예로 구리로 먼저 도금하고, 금으로 한번 더 도금할 수 있다. 이는 신호선이 형성된 제1전도층(104)을 부식으로부터 보호하기 위함이다.
저항체(105)는 작용힘(Fin)의 인가에 따라 면저항 값이 변하는 원리에 기초하는 것으로서, 저항체(105)는 압력가변 저항재료로 구성된다 그 일예로, 감압잉크 또는 니크롬(Ni-Cr)합금, 카본블랙, 탄소나노튜브 등을 사용하여 형성할 수 있다. 다만 압력가변 저항재료가 앞서 기재한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 저항체(105)의 폭은 제1전도층(104)의 폭보다 작게 형성됨이 바람직하다. 제1전도층(104)의 가장자리가 액상코팅시에 노출되어 쇼트가능성이 있기 때문이다.
저항체(105)는 제1구조체(100)에만 포함되거나, 제1구조체(100) 및 제2구조 체(200)에 모두 포함될 수 있음은 물론이다. 제1구조체(100)와 제2구조체(200)에 각각 저항체(105,205)가 형성되어 있는 경우, 접촉면적의 변화에 따른 저항체(105,205)의 저항값 변화에 의하여, 작용힘(Fin)을 검출할 수 있기 때문이다. 도 1은 제2구조체(200)에 저항체(205)가 더 부가되어 형성된 촉각센서를 나타낸 것이다. 제2구조체(200)에 포함된 저항체(205)도 앞서 설명한 저항체(105)와 동일한바, 저항체(205)의 재료 및 폭 등에 대한 설명은 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.
저항체(105,205) 주위에는 스페이서(300)가 더 포함됨이 바람직하다. 스페이서는 절연물질이면 그 재질을 불문하고 사용가능하며, 그 일예로 고분자 필름등이 사용될 수 있다. 저항체(105)가 한 개 형성되거나 제1구조체(100)와 제2구조체(200) 모두에 저항체(105,205)를 형성한 경우에, 스페이서(300)의 두께는 저항체(105,205) 두께보다 약 0~50㎛가 더 두꺼워야 한다. 즉, 스페이서(300)의 두께에서 저항체(105,205)의 두께를 뺀 값은 약 0~50㎛가 됨이 바람직하다. 두께의 차이가 0이 아닌 경우, 즉 스페이서(300)의 두께와 저항체(105,205)의 두께가 동일하지 않다면, 도 1a에 도시된 바와 같이, 에어갭(20)이 형성된다. 두께의 차이가 0~50㎛인 경우에는, 작용힘(Fin)이 인가되기 전의 수백㏁ 의 값을 갖는 저항체(105,205)는 작은 크기의 작용힘(Fin)의 인가에도 변형되어 수㏀의 단위로 떨어진다. 저항체(105,205)의 저항값 변화를 전류 또는 전압의 변화로써 측정하여, 작용힘(Fin)을 감지한다. 두께의 차이가 50㎛보다 큰 경우는 에어갭(20)이 너무 높게 형성되어, 저항체(105,205)의 저항값이 변화하는데 큰 작용힘(Fin)이 필요하고, 저항체(105,205)에 접촉되는 데까지 걸리는 시간이 요구되므로, 초기에 작용하는 미세 한 작용힘(Fin)을 감지할 수 없는 문제가 있다. 이러한 경우 측정감도의 저하로 나타날 수 있다.
소형화된 촉각센서의 크기를 고려할 때, 저항체(105,205)의 폭(또는 지름)은 0.5~3mm가 됨이 바람직하다. 폭(또는 지름)이 0.5mm 미만인 경우 작용힘(Fin)을 감지할 수 있는 면적이 감소하여, 측정감도가 저하되고, 폭(또는 지름)이 3mm 보다 큰 경우에는 제조공정에 있어서 수율이 저하되고, 작용힘(Fin)과 저항값의 변화 또는 저항값과 저항값이 반영된 소정의 전류/전압값 사이에 비선형성이 증가하여 작은 크기의 전자/통신기기 등에 활용하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명인 촉각센서의 제2구조체(200)는 제2고분자 층(201)과; 제2고분자 층(201)에 적층된 제2전도층(204)을 포함한다. 그리고, 제2전도층(204) 위에는 저항체(205);가 더 포함될 수 있다. 또한, 제2고분자 층(201)과 제2전도층(204) 사이에 순서대로, 제2접지층(202)과 고분자 층(203)이 더 포함됨이 바람직하다.
제2고분자 층(201)은 제1고분자 층(101)과 동일한 재질로 구성할 수 있으며, 일예로 제2고분자 층(201)의 두께는 40~60㎛로 사용할 수 있다. 두께가 40㎛ 미만인 경우에는 고분자 층의 내화학성, 내마모성이 저하되는 단점이 있고, 두께가 60㎛보다 두꺼운 경우에는 작용힘(Fin)이 인가되어도 저항체(205)의 저항의 변화가 야기되기 어려워 측정감도가 저하되는 단점이 있다.
제2구조체(200)의 제2접지층(202)은 제1구조체(100)의 제1접지층(102)에, 제2전도층(204)는 제1전도층(104)에 각각 대응되는바, 제2구조체(200)의 구조에 대한 자세한 설명은 앞서 기재한 내용으로 갈음한다.
촉각센서에는 작용힘(Fin)을 소정의 전류 또는 전압값으로 검출할 수 있는 회로층(미도시)이 더 포함될 수 있다. 이하에서는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출하는 경우에 대하여 설명한다.
도 2 내지 도 4는 회로층이 더 포함된 촉각센서의 등가회로를 도시한 것이다. Vg는 전압원의 전압을 나타내고, Rc는 회로층의 등가저항을 나타내며, Vout은 작용힘(Fin)이 반영된 출력전압값을 나타낸다. Ra는 촉각센서의 저항체(105,205)의 저항값으로 작용힘(Fin)의 강도에 따라 가변적이다.
먼저, 도 2에 나타난 등가회로에 대하여 살펴본다. Vout은 다음 [수학식 1]과 같은 관계를 갖는다.
촉각센서에 작용힘(Fin)이 작용하기 전에 Ra는 ∞[Ω]이므로 Vout은 0[V]가 되고, Ra가 Rc와 동일하면 
가 된다. Ra≪Rc 이면, Vout≒Vg 가 되어, 0[V]에서부터 Vg[V]사이의 값이 출력되어, 작용힘(Fin)의 강도를 검출할 수 있다.
도 3에 나타난 등가회로에 대하여 설명한다. 이 경우 Vout은 다음 [수학식 2]와 같은 관계를 갖는다.
이 경우, 촉각센서에 작용힘(Fin)이 작용하기 이전에 Ra는 ∞[Ω]이므로 Vout은 Vg[V]가 되고, Ra가 Rc와 동일하면 
가 되고 Ra가 0[Ω]이면 Vout은 0[V]가 된다. 즉, 0[V]에서부터 Vg[V]사이의 값이 출력되어, 작용힘(Fin)의 강도를 검출할 수 있다.
도 4에 나타난 등가회로에 대하여 설명한다. 도 4의 등가회로는 반전증폭기회로로서, -Vcc와 +Vcc는 증폭기에 인가되는 외부전압을 나타내고, Vi는 비반전단자로 인가되는 전압으로 외부에서 공급된다. 이 경우 Vout은 다음 [수학식 3]과 같은 관계를 갖는다.
Rc는 회로층의 등가저항이고, Ra는 저항체의 저항으로 가변저항이다. 이 경우 -Vcc는 0[V]를 갖음이 바람직하고, +Vcc는 Vi<Vg<+Vcc 의 관계를 갖음이 바람직 하다. -Vcc는 제1,2접지층(102,202)으로 접지될 수 있다. 일예를 들어 설명하면 다음과 같다. Vi가 2[V]이고, Vg가 3[V], +Vcc가 3[V]가 되도록 전압을 인가한다. [수학식 3]에 의하여 
의 관계를 갖는다. 이러한 관계하에서, 촉각센서에 작용힘(Fin)이 인가되지 않으면 Ra는 ∞[Ω]이므로 Vout은 Vi값인 2[V]이고, Ra가 0[Ω]으로 수렴하면 Vout은 -Vcc인 0[V]로 수렴한다. 작용힘(Fin)의 강도에 따라, Ra가 변하고, 그에 따라 Vout은 0[V]와 2[V] 사이의 값을 갖게 된다.
도 5a 내지 도 5c는 도 2와 도 3 및 도 4의 등가회로에서, 작용힘(Fin)에 따른 출력전압 Vout의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5a 내지 도 5c에서 (가),(나),(다)는 출력전압(Vout)이 작용힘(Fin)에 대하여 선형적인 구간을 나타낸다. [수학식1] 및 [수학식 2],[수학식 3]를 비교하여 보면, 도 4의 등가회로의 구성이 촉각센서에 작용한 작용힘(Fin)의 강도를 검출함에 있어서 선형성이 우수하고, 더욱 정확하게 검출할 수 있다는 장점이 있음을 알 수 있다.
<촉각센서의 제조방법>
도 6은 본 발명인 촉각센서의 제조방법의 흐름도이다. 본 제조방법은 기본적으로 촉각센서의 기본구조를 이루는 구조체형성단계(S10)와, 구조체중 어느 하나에 저항체를 형성하는 저항체형성단계(S20)와, 저항체를 기준으로 적어도 2개의 구조체가 대향되도록 본딩하는 결합단계(S30)를 포함한다. 이하 각 제조단계를 도 7a 내지 도 7g를 참고하여 설명한다.
우선, 촉각센서를 이루는 구조체를 형성하는 단계(S10)를 설명한다. 바람직하게는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 고분자필름(401)에 전도층(404)을 형성하기에 앞서, 접지층(402)을 형성하고(접지층 형성단계:S11), 접지층(402) 상에 고분자 층(403)을 더 형성(고분자 층형성단계:S12)함이 바람직하다. 접지층(402)은 본 발명인 촉각센서의 전도층(404)에 형성된 신호선의 또는 촉각센서가 사용되는 장치의 접지(GND) 등을 위한 것으로서, 접지층 형성방법은 당업자의 범위에서 자명한 것인바, 여기에서 자세한 설명은 생략한다. 고분자 층형성단계(S12)는 폴리이미드 필름, 폴리에스터 필름 등의 고분자 층을 접착제, 또는 양면 테이프, 경화제가 포함된 에폭시 수지 등으로 접착하는 방식으로 형성할 수 있다.
그 다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 고분자 층(403)에 금속을 증착하여 소정의 신호선을 갖는 전도층(404)을 형성한다(S13). 전도층형성단계(S13)는 티타늄, 니켈 등의 금속을 이-빔(E-beam) 리소그래피, 포토리소그래피 또는 스퍼터(sputter) 방식을 이용하여 증착하는 것이 바람직하다. 즉,신호선이 형성된 전도층(404)은 이-빔, 스퍼터 장비 또는 도금장비를 이용할 수 있으며, 이외에도 종래에 널리 사용되거나 공지된 방법이 사용가능하고, 그 내용은 당업자의 범위에서 자명한바 자세한 설명은 생략한다.
그 다음으로, 전도층(404)의 부식을 방지하기 위하여 구리, 금 및 은 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질로 도금한다(도금단계: S14). 통상적으로 사용되는 도금장비를 이용하며, 도금방법은 당업자의 범위에서 자명한바 이하 자세한 설명은 생략한다.
앞서 설명된 구조체형성단계(S10)에 의하여 복수개의 구조체(400)를 제조한다.
하기될 저항체 형성단계(S20) 전에는, 도 7d에 도시된 바와 같이 스페이서(300)를 형성하는 단계(S19)가 더 포함될 수 있다. 이때 스페이서(300)의 두께는 저항체(405)의 두께보다 약 0~50㎛ 정도 더 두껍게 형성함이 바람직하고, 저항체가 제2구조체(200)과 제1구조체(100)에 모두 형성된 경우, 2개의 저항체(405,405')의 두께보다 약 0~50㎛ 정도 더 두껍게 형성함이 바람직하다.
다음 단계는, 도 7e에 도시된 바와 같이, 구조체(400)에 저항체(405)를 형성하는 단계(S20)이다. 복수개의 구조체(400)중 하나에 저항체(405)를 형성한다. 저항체(405)가 압력가변 저항재료 중 특히, 감압잉크인 경우에는 스크린 인쇄법을 이용하여 형성함이 바람직하고, 니크롬 등인 경우에는 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피 또는 스피터 방식으로 증착한 후에, 에칭하여 형성함이 바람직하다. 이외에도 종래에 사용되거나 공지된 저항체(405)를 형성하는 방법이 모두 사용가능함은 물론이다.
저항체형성단계(S20)에서 복수개의 구조체(400)중 어느 하나의 구조체(400)에 저항체(405)를 형성하는 것 이외에, 다른 하나의 구조체(400)에도 저항체(405')를 형성할 수 있다(저항체부가형성단계:S25). 여기에서의 저항체(405')도 앞서 기술한 저항체형성단계(S20)의 저항체(405)와 동일한바, 앞서 기술한 내용으로 갈음한다. 도 7f에 도시된 바와 같이, 저항체형성단계(S20)에 의하여 저항체(405)가 형성된 구조체는 앞서 기재한 촉각센서의 구성에 관한 설명중 제1구조체(100)에 해당 하고, 저항체부가형성단계(S25)에 의하여 저항체(405')가 형성된 구조체는 제2구조체(200)에 해당한다.
다음 단계는, 도 7f에 도시된 바와 같이 복수개의 구조체(400)중 제1구조체(100)와 제2구조체(200)를 본딩하여 결합하는 단계(결합단계:S30)이다. 본딩할 때 사용되는 물질로는 접착제, 양면 테이프, 필름 접착용 테이프 등을 이용할 수 있으며, 접착제는 경화제가 더 포함됨이 바람직하다.
<
변형예
>
본 발명의 또 다른 실시예로, 앞서 기재된 촉각센서는 제1구조체(100)가 하부에, 제2구조체(200)가 상부에 위치하는 것으로 설명하였으나, 제1구조체(100)가 상부에, 제2구조체(200)가 하부에 위치하도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로, 상기 제1고분자 층(101) 및 제2고분자 층(201)에는 소정의 두께를 갖는 코팅층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 코팅층을 형성함으로써 촉각센서 구조의 안정성 향상에 기여할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예로, 도 4에서의 등가회로는 반전증폭기의 회로로이외에도, 반전증폭회로 이외에 비반전증폭회로 등 작용힘(Fin)과 출력전압(Vout)이 선형적인 관계를 갖는 회로라면 그 종류를 불문하고 사용가능할 수 있음은 물론이다.
또한, 본발명의 다른 실시예로, 촉각센서의 제조방법중 스페이서 형성단계(S19)와 저항체 형성단계(S20)의 순서가 바뀌는 경우도, 본 발명의 발명의 요지 에 속함은 물론이다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 다양한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 명세서의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1a은 본 발명인 촉각센서의 측면도,
도 1b는 본 발명인 촉각센서의 결합 분해도,
도 2 내지 도 4는 작용힘(Fin)을 검출할 수 있는 회로층이 포함된 촉각센서의 등가회로도,
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 2 내지 도 4의 등가회로에 따른 작용힘(Fin)과 출력전압(Vout) 사이의 관계를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명인 촉각센서의 제조방법의 흐름도,
도 7a 내지 도 7f는 본 발명인 촉각센서의 제조방법에 따른 촉각센서의 공정 상태도를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20: 에어갭 100: 제1구조체
101: 제1고분자 층 102: 제1접지층
103, 203, 401, 403: 고분자 층 104: 제1전도층
105,205,405,405': 저항체 200: 제2구조체
201: 제2고분자 층 202: 제2접지층
204: 제2전도층 300: 스페이서
400: 구조체 402: 접지층
404: 전도층 500: 접착층
Claims (23)
- 소정의 두께를 갖는 제1고분자 층(101)과; 상기 제1고분자 층(101)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제1전도층(104)과; 상기 제1전도층(104) 위에 형성되고, 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변화되는 저항체(105);로 구성된 제1구조체(100); 및소정의 두께를 갖는 제2고분자 층(201)과; 상기 제2고분자 층(201)에 적층된 소정의 신호선이 형성되어 있는 제2전도층(204);으로 구성된 제2구조체(200);을 포함하고,상기 제1구조체(100)와 상기 제2구조체는 상기 저항체(105)를 중심으로 결합된 것에 있어서,상기 제1고분자 층(101)과 상기 제1전도층(104) 사이에,상기 제1고분자 층에 적층된 제1접지층(102); 및상기 제1접지층(102)과 상기 제1전도층(104) 사이에 고분자 층(103);을 포함한 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제1고분자 층(101) 또는 상기 제2고분자 층(201)은 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 1항에 있어서,상기 제2전도층(204) 상에는 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변화하는 저항체(205)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 저항체(105,205)의 폭은 상기 제1전도층(104) 또는 상기 제2전도층(204)의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 저항체(105,205)의 둘레에는 스페이서(300)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 5항에 있어서,상기 스페이서(300)의 두께값에서 상기 저항체(105,205)의 두께값을 뺀 결과값은 0~50㎛인 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 저항체(105,205)는 압력가변 저항재료로 구성된 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 제2고분자 층(201)과 상기 제2전도층(204) 사이에,상기 제2고분자 층(201)에 적층된 제2접지층(202); 및상기 제2접지층(202)과 상기 제2전도층(204) 사이에 고분자 층(203);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제 9항에 있어서,상기 고분자 층(103,203)은 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 촉각센서.
- 제1항에 있어서,사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 상기 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 1]에 의한 것을 특징으로 하는 촉각센서.[수학식 1]
(Rc: 회로층의 등가저항, Ra: 촉각센서의 저항체(105,205)의 저항, Vg: 전압원의 전압) - 제1항에 있어서,사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 상기 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 2]에 의한 것을 특징으로 하는 촉각센서.[수학식 2]
(Rc: 회로층의 등가저항, Ra: 촉각센서의 저항체(105,205)의 저항, Vg: 전압원의 전압) - 제 1항에 있어서,사용자가 인가하는 작용힘(Fin)을 전압값(Vout)으로 검출할 수 있는 소정의 회로층이 더 포함되고, 상기 검출되는 전압값(Vout)은 다음의 [수학식 3]에 의한 것을 특징으로 하는 촉각센서.[수학식 3]
(단, Rc: 회로층의 등가저항, Ra:저항체의 저항, Vg:전압원의 전압, Vi:외부공급 전압) - 제 13항에 있어서,상기의 회로층이 반전증폭기와 등가를 이루는 경우, -Vcc 는 0 [V] 이고, 상기의 +Vcc는 Vi<Vg<+Vcc 의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 촉각센서.(단, Vg: 전압원의 전압, -Vcc, +Vcc: 반전증폭기에 공급되는 외부전압)
- 소정의 두께를 갖는 고분자 층(401) 상에 금속을 증착하여 소정의 신호선을 갖는 전도층(404)을 형성하는 전도층형성단계(S13); 및 상기 전도층(404)의 부식을 방지하기 위하여 도금하는 도금단계(S14);를 포함하는 구조체형성단계로부터 복수개의 구조체를 형성하는 단계(S10);상기 복수 개의 구조체(400) 중 하나인 제1구조체(100)의 전도층(104) 상에 저항체(405)를 형성하는 저항체형성단계(S20): 및상기 제1구조체(100) 및 상기 복수개의 구조체(400)중 다른 하나인 제2구조체(200)가 상기 저항체(405)를 중심으로 결합되도록 접착층(500)을 형성하여 본딩하는 결합단계(S30);를 포함하되 상기 전도층형성단계(S13)에 앞서,상기 소정의 두께를 갖는 고분자 층(401) 상에 접지층(402)을 형성하는 접지층형성단계(S11); 및상기 접지층(402) 위에 고분자 층(403)을 형성하는 고분자 층형성단계(S12);가 포함되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 삭제
- 제 15항에 있어서,상기 도금단계(S14)는구리, 금 및 은 중 적어도 어느 하나로 도금하는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 저항체형성단계(S20) 및 상기 결합단계(S30) 사이에는,상기 제2구조체(200)의 전도층(204)에 저항체(405')를 형성하는 저항체부가형성단계(S25);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항 또는 제 18항에 있어서,상기 저항체(405,405')는 전자빔 리소그래피, 포토리소그래피 또는 스퍼터 방식으로 증착한 후 에칭하여 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항 또는 제 18항에 있어서,상기 저항체(405,405')는 압력가변 저항재료를 스크린 인쇄법을 이용하여 도포하는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 저항체 형성단계(S20)이전에,상기 저항체(405,405')의 주위에 스페이서(300)를 형성하는 스페이서 형성단계(S19);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 전도층(404)은 이-빔, 스퍼터 장비 또는 도금장비를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 결합단계(S30)에서 접착층(500)은 경화제가 포함된 접착제, 양면 테이프 또는 필름 접착용 열접착 테이프인 것을 특징으로 하는 촉각센서의 제조방법.
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