KR101018736B1

KR101018736B1 - 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료몰딩에 의한 전극 패터닝 방법

Info

Publication number: KR101018736B1
Application number: KR1020090000649A
Authority: KR
Inventors: 권태헌; 이현섭; 조치영; 조요한
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2011-03-04
Also published as: KR20100081419A

Abstract

본 발명은 미세 형상을 가진 스텐실 마스크를 이용하여 재료를 몰딩하고 그 위에 전극패터닝 함으로써 미세전극을 쉽게 형성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해서 본 발명은, 일부영역에 상하가 관통된 미세 형상을 갖는 스텐실 마스크의 한쪽 면을 박막으로 막는 폐쇄단계;

상기 폐쇄단계에 의해 한쪽 면이 막힌 스텐실 마스크를 몰드로 사용하여 그 안에 센서감응물질을 넣어 미세형상으로 몰딩하는 몰딩단계;

상기 몰딩단계를 거친 스텐실 마스크를 뒤집어서 상기 박막을 위쪽으로 향하게 하고 아래쪽을 PCB기판의 구리면에 붙이는 정렬단계;

상기 박막을 제거하고, 상기 박막을 제거한 면에 금속 코팅을 하여 전극 금속을 입히는 코팅단계;

상기 스텐실 마스크를 제거하여 원하는 전극을 생성하는 전극형성단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

미세전극, 몰딩, 스텐실 마스크

Description

스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료몰딩에 의한 전극 패터닝 방법{ELECTRODE PATTERNING METHOD BY MICRO MOLDING OF MOLDABLE MATERIAL USING STENCIL MASK}

본 발명은 미세크기의 재료몰딩을 이용하여서 전극패터닝을 하는 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료몰딩에 의한 전극 패터닝 방법에 관한 것이다.

종래의 미세전극을 형성하는 방법은 다양하다. 포토마스크와 감광물질(photoresist)을 이용하여 미세형상을 만들고 전면에 전극이 되는 금속을 입힌 후 패터닝되어 있는 감광물질을 제거하는 방법이 있다. 또한 전면에 금속을 입히고 그 위에 포토리소그래피를 통하여 감광물질을 형성한 후, 이를 마스크로 활용하여 화학적 식각을 통해 원하는 전극패턴을 얻는 방법이 있다.

구체적으로는 스크린 프린트법, 감광성 전극재를 이용한 방법 등이 있다.

스크린 프린트법은 기판의 상부에 스크린을 설치하고 전극재를 도포한 후 소성한다. 이 때 스크린에 형성된 패턴에 대응하도록 기판의 상부에 전극재가 도포된다. 이후에 소정의 온도로 소성하여서 전극을 형성한다.

감광성 전극재를 이용하는 경우는, 기판의 상부에 감광성 전극재를 일정두께로 도포한다. 이때 감광성 전극재는 자외선에 반응하여 패턴을 형성할 수 있는 전극재를 의미한다. 이어서 마스크에 자외선을 조사하여 원하는 전극패턴을 형성한다

이러한 미세전극의 형성 방법은 비교적 복잡한 과정으로 진행되며, 특히 미세패턴 바로 위에 전극을 형성해야 하는 경우는 더욱 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 미세 형상을 가진 스텐실 마스크를 이용하여 재료인 센서감응물질을 몰딩하고 그 위에 전극패터닝 함으로써 미세전극을 쉽게 형성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 미세 형상을 가진 스텐실 마스크를 이용하여 재료인 센서감응물질을 몰딩하고 전극을 패터닝하는 방법으로서,

일부영역에 상하가 관통된 미세 형상을 갖는 스텐실 마스크의 한쪽 면을 박막으로 막는 폐쇄단계;

상기 몰딩 단계를 거친 스텐실 마스크를 뒤집어서 상기 박막을 위쪽으로 향하게 하고 아래쪽을 PCB기판의 구리면에 붙이는 정렬단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정렬단계 후 상기 코팅단계 전에, 센서감응물질인 PDMS를 60℃에서 12시간 동안 경화시키거나 100℃에서 1시간 동안 경화시키는 경화단계를 포함하 는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패터닝단계에서 전극 금속은 금(Au)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정렬단계는 상기 몰딩 단계를 거친 스텐실 마스크(10)를 뒤집어서 상기 박막(20)을 위쪽으로 향하게 하고 아래쪽을 PCB기판의 구리면 이외의 전극을 패터닝할 수 있는 판 위에 붙이는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 센서감응물질 몰딩에 의한 전극 패터닝 방법에 의하면, 몰딩이 가능한 재료위에 반복해서 대량으로 미세전극 형상을 만들 수 있으며, 또한 미세형상을 몰딩하고 그 바로 위에 전극의 형상으로서 필요한 모든 구조를 쉽게 만들 수 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1(a)~(g)는 본원발명에 의한 전극 패터닝방법의 순서를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2(a)는 본 발명에 의해 완성된 미세전극으로 구성된 4개의 센싱사이트(sensing site)의 측면사진이고, 도2(b)는 본 발명에 의해 완성된 미세전극으로 구성된 4개의 센싱사이트의 평면사진이다.

본 발명에 의한 미세전극의 패터닝 과정을 이하에서 설명한다.

도 1(a)는 상하가 관통된 미세형상을 갖는 스텐실 마스크(10)의 한쪽면을 박막(20,薄膜)으로 막은 것을 도시한 도면이다. 미세형상을 갖는 스텐실 마스크(10)는 상하가 관통되어 있으므로 그 위에 센서감응물질(30)을 넣을 경우 다른쪽으로 흐르게 되어 몰드로 사용할 수 없으므로, 한쪽면을 임시적으로 박막(20)으로 막아서 몰드의 형태를 만든다.

도 1(b)는 한쪽면이 막힌 상하가 관통된 미세 형상을 갖는 스텐실 마스크(10)를 몰드로 사용하여 그 안에 센서감응물질(30)을 넣어 미세형상을 몰딩하는 것을 도시한 것이다. 또한, 센서감응물질(30)이 열을 가해야 흐르는 물질인 경우는, 열을 가하여 스텐실 마스크(10)로 부어서 몰딩을 한다.

센서감응물질(30)로서는 도체성질을 갖는 물질과 부도체성질을 갖는 물질을 혼합하여 된 복합체가 사용된다. 예컨테, 에라스토머(elastomer)성질을 갖는 실리콘 고분자의 일종인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)이나, PDMS에 전도성 충전제(conductive filler)인 탄소 나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 혼합하여 된 전기활성고분자(electroactive polymer, EAP)복합체등 PDMS와 비슷한 폴리머 재질도 센서감응물질로 사용된다. 본 발명에서는 PDMS를 전기용량센서(capacitive sensor)의 유전(dielectric)재료로 사용하였다.

도 1(c) 및 도 1(d)는 박막(20)으로 막은 스텐실 마스크(10)에 센서감응물질(30)을 넣은 것을 박막(20)이 있는 쪽을 위로 향하게 하여 PCB기판의 구리면(50)에 뒤집어 정렬한 것을 도시한 것이다. 여기서 PCB기판의 구리면은 아래전극을 패터닝하기 위한 일예에 해당되며, 실리콘 웨이퍼나 플라스틱 판에 금(Au)등의 전극금속을 도금한 것 등 전극을 패터닝할 수 있는 판은 PCB기판의 구리면을 대신해서 사용할 수 있다.

이 과정에서는 센서감응물질(30)을 경화시키기 위해 약간의 압력 또는 열이 필요하다. PDMS는 원래 액체상태(꿀 정도의 점성을 가짐)인데 경화제를 섞은 후 열을 가하면 고무상태의 고체가 된다. 보통 경화시간은 온도에 반비례하며, 상온에 오래 놓아두어도 경화가 되며 60℃에서 12시간 동안 경화를 시키거나, 100℃에서 1시간 동안 경화를 행하여도 된다.

도 1(e)는 센서감응물질(30)이 경화된 후 박막(20)이 제거된 것을 도시한 것이다. 박막(10)을 제거하면 센서감응물질(30)의 몰딩된 부분만이 위쪽으로 노출이 되고 나머지 부분은 스텐실 마스크(10)와 PCB기판의 구리면(50)으로 막혀 있게 된다.

도 1(f)는 박막(20)을 제거한 스텐실 마스크(10)의 윗부분 전체에 전극 금속(60)코팅을 한 것을 도시한 것이다. 본 발명에서는 전극금속(60)으로서 금(Au)을 코팅하였다.

도 1(g)는 상기 스텐실 마스크(10)를 제거한 것을 도시한 것으로 완성된 미세전극(70)을 개략적으로 도시한 것이다. 스텐실 마스크(10)를 핀셋 등으로 집어 뜯어내어 제거하면, 밖으로 노출된 부분(몰딩된 부분)에 붙어있는 코팅된 전극금속(60)만이 남게 되고 나머지 전극금속(60)은 상기 스텐실 마스크(10)와 붙어 있으므로 스텐실 마스크(10)와 함께 제거가 된다. 이렇게 해서 원하는 형상의 미세전극(70)을 형성할 수 있으며, 이 미세전극(70)은 도 2(b)의 A-A 선 단면도 형태를 나타낸다.

도 2(a)는 본 발명의 실시예를 통해 완성한 미세전극(70)의 일단으로부터 일방향으로 길게 뻗은 레버부재를 갖는 형태로 이루어진 4개의 센싱사이트(sensing site)을 측면에서 촬영한 것으로 아래전극으로는 PCB기판의 구리로 이루어져 있고, 중간에 몰딩된 PDMS가 형성되어 있고 윗전극은 금으로 이루어져 있다.

도 2(b)는 본 발명의 실시예를 통해 완성한 미세전극(70)의 일단으로부터 일방향으로 길게 뻗은 레버부재를 갖는 형태로 이루어진 4개의 센싱사이트(sensing site) 위쪽에서 촬영한 것으로 대략 그 지름이 1mm이고 몰딩된 구조물의 긴방향의 길이는 300㎛이다.

예시적으로 본 발명에 의거하여 PDMS를 센서감응물질(30)로 하는 전기용량센서를 제작하면 아래와 같다.

원하는 미세형상을 갖는 상하가 관통된 스텐실 마스크(10)의 한쪽 면을 얇은 테입으로 막고 센서감응물질(30)로서 PDMS를 스텐실 마스크(10)에 넣는다.

다음으로 상기 스텐실 마스크(10)를 뒤집어서 얇은 테입으로 막은 쪽이 위쪽을 향하도록 하여 PCB기판의 구리면(50)에 정렬시킨다. 이때 PDMS의 경화를 돕기위해 60℃에서 12시간 동안 경화를 시킨다. PMDS가 경화가 되면, 위쪽에 붙어 있는 얇은 테입을 제거하고 테입을 제거한 전면(全面)에 전극 금속으로서 금(Au)을 코팅한다. 이후 스텐실 마스크(10)를 핀셋 등으로 뜯어서 제거하면, 위쪽으로 노출되어 있는 몰딩된 부분에만 금으로 코팅되어 남아 전극금속(60)이 된다. 상기의 방법으로 완성된 미세전극(70)을 구비하는 4개의 센싱사이트(sensing site)로 이루어진 전기용량센서를 제작할 수 있다.(도 2 참조)

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다. 따 라서 본 발명의 진정한 보호범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1(a)~(g)는 본원발명에 의한 전극 패터닝방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

도 2(a)는 본원발명에 의해 완성된 미세전극으로 구성된 4개의 센싱사이트(sensing site)의 측면사진이다.

도 2(b)는 본원발명에 의해 완성된 미세전극으로 구성된 4개의 센싱사이트(sensing site)의 평면사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스텐실 마스크

20 : 박막

30 : 센서감응물질

40 : PCB기판

50 : PCB기판상의 구리면

60 : 전극 금속

70 : 완성된 미세전극

Claims

일부영역에 상하가 관통된 미세 형상을 갖는 스텐실 마스크(10)의 한쪽 면을 박막(20)으로 막는 폐쇄단계;

상기 폐쇄단계에 의해 한쪽 면이 막힌 스텐실 마스크(10)를 몰드로 사용하여 그 안에 센서감응물질(30)을 넣어 미세형상으로 몰딩하는 몰딩단계;

상기 몰딩 단계를 거친 스텐실 마스크(10)를 뒤집어서 상기 박막(20)을 위쪽으로 향하게 하고 아래쪽을 PCB기판의 구리면(50)에 붙이는 정렬단계;

상기 박막(20)을 제거하고, 상기 박막(20)을 제거한 면에 금속 코팅을 하여 전극금속(60)을 입히는 코팅단계;

상기 스텐실 마스크(10)를 제거하여 원하는 전극을 생성하는 전극형성단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료 몰딩에 의한 전극 패터닝 방법.
제1항에 있어서

상기 정렬단계 후 상기 코팅단계 전에, 센서감응물질(30)인 PDMS를 60℃에서 12시간 동안 경화시키거나 100℃에서 1시간 동안 경화시키는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료 몰딩에 의한 전극 패터닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서

상기 코팅단계에서 전극금속(60)은 금(Au)인 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료 몰딩에 의한 전극 패터닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서

상기 정렬단계는 상기 몰딩 단계를 거친 스텐실 마스크(10)를 뒤집어서 상기 박막(20)을 위쪽으로 향하게 하고 아래쪽을 PCB기판의 구리면 이외의 전극을 패터닝할 수 있는 판 위에 붙이는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크를 이용한 미세크기의 재료 몰딩에 의한 전극 패터닝 방법.