KR101048356B1

KR101048356B1 - Metal connection structure of stretchable electronic elements and manufacturing method thereof

Info

Publication number: KR101048356B1
Application number: KR1020090050264A
Authority: KR
Inventors: 이호영; 주영창; 이설민; 이지훈; 김나래
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2011-07-14
Also published as: KR20100131593A

Abstract

이중 스파이럴 구조의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조는 몰딩된 탄성체; 상기 몰딩된 탄성체 내에 전자소자들이 내장된 단단한 구성요소들(islands); 및 상기 단단한 구성요소들을 전기적으로 연결하는 3차원적인 이중 스파이럴 금속 와이어(Double Spiral Metal Wire)의 형상을 갖는 잡아 늘일 수 있는 연결수단(stretchable interconnects)을 포함한다. 본 발명에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 연결구조는 전자소자들을 잡아 늘이거나 압축가능한 신축성 외에도 굴곡성을 가지므로 굽히거나 접히도록 할 수 있다. 또한, 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결구조는 3차원의 이중 스파이럴 구조로서 그 잡아늘일 수 있는 변형률의 폭이 종래의 연결구조에 비하여 상당히 커서 다양한 분야에 응용할 수 있다.Disclosed are a metal connecting structure of a stretchable electronic device having a double spiral structure and a method of manufacturing the same. The metal connection structure of the stretchable electronic device of the present invention is molded elastomer; Rigid islands in which electronic devices are embedded in the molded elastomer; And stretchable interconnects in the form of a three-dimensional double spiral metal wire that electrically connects the rigid components. The connection structure of the stretchable electronic device according to the present invention can be bent or folded because it has flexibility in addition to the stretchable or compressible stretch of the electronic device. In addition, the connection structure of the stretchable electronic device is a three-dimensional double spiral structure, the width of the stretchable strain is considerably larger than that of the conventional connection structure, and thus it can be applied to various fields.

PDMS, 전자소자, 연결, 스파이럴 PDMS, electronics, connection, spiral

Description

Metal interconnect structure of stretchable electronic devices and its manufacturing method {Metal Interconnects for Stretchable Electronics and Method of Fabrication of the Same}

본 발명은 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 금속 연결 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중 스파이럴 구조의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal connecting structure of a stretchable electronic device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a metal connecting structure of a stretchable electronic device of a double spiral structure and a method of manufacturing the same.

오늘날 전자 시스템에서 소형화 및 고집적화되더라도, 시장의 요구를 모두 만족시킬 수 없는 바, 특히 잡아 늘일 수 있는 전자소자가 그 예이다. 잡아 늘일 수 있는 전자소자는 의료 분야, 건설 분야, 디스플레이 분야, 센서 분야, 로봇 분야, 항공 산업 등에서 응용할 수 있으며, 점차 그 응용분야가 늘어나고 있다. Although miniaturized and highly integrated in today's electronic systems, not all of the market's requirements can be met, especially stretchable electronics. The stretchable electronic device can be applied in medical field, construction field, display field, sensor field, robot field, aviation industry, etc., and its application field is gradually increasing.

전자 장치에서 형상의 변형은 구부리거나 접을 수 있는 신축 가능한 인쇄회로를 사용함으로써 달성된다. 여기에서, 기판에서의 연결(wiring)을 잡아 늘일 수 있는 것이 필수적이다. 전자 소자를 기판에 내장하는 것(embedding)하는 것과 연결하는 것(interconnection)은 서로 다른 것이다. 전자 소자는 단단(rigid)하기 때문에 단단한 전자 소자 사이에 잡아 늘일 수 있는(stretchable) 연결과 그 구조를 형 성하는 것이 잡아 늘일 수 있는 전자소자에서는 필수적이다.Deformation of the shape in electronic devices is achieved by using flexible printed circuits that can be bent or folded. Here, it is essential to be able to stretch the wiring in the substrate. Embedding an electronic device on a substrate and connecting it are different. Because electronic devices are rigid, forming stretchable connections between rigid electronic devices and their structures are essential for stretchable electronic devices.

잡아 늘일 수 있는 전자소자에서 전자소자들을 연결하는 금속은 일반적으로 잡아 늘여질 수 없다. 그런데, 연결 금속을 설계변형하여 잡아 늘여지게 할 수 있는데, 그 예로서는 2차원적으로 U자 형상("U" shpae), 반원 형상(half circle shape), 말굽 형상(horseshoe shape), 또는 그물망 형상(mesh shape)으로 금속 연결을 형성하는 경우이다.In stretchable electronics, the metal that connects the electronics is generally not stretchable. By the way, the connecting metal can be stretched by design deformation, for example, U-shape ("U" shpae), half circle (half circle shape), horseshoe shape, or mesh shape (two-dimensional) in two dimensions This is the case when metal connection is formed by mesh shape.

도 1은 종래 기술에 따른 그물망 형상의 금속 연결 구조를 갖는 잡아 늘일 수 있는 전자소자를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a stretchable electronic device having a mesh-shaped metal connection structure according to the prior art.

도 1을 참조하면, 잡아 늘일 수 있는 전자소자는 전자소자들(3)이 내장된 단단한 구성요소들(islands, 1)이 잡아 늘일 수 있는 연결수단(stretchable interconnects, 5)에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 전자소자는 굽혀지거나 접혀질 수 있으며, 다양한 표면 형상을 구현할 수 있지만, 변형율의 폭이 일정한 한계를 가지고 있다.Referring to FIG. 1, the stretchable electronic device is electrically connected by stretchable interconnects 5 in which rigid components 1 embedded with electronic elements 3 are stretchable. have. These electronic devices can be bent or folded, and can realize various surface shapes, but the width of the strain has a certain limit.

잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결수단은 잡아늘이거나 압축해도 모양만 변할 뿐 그 물질 자체에는 기계적 파손 등이 발생하지 않아야 한다. 또한, 다양한 각도로 변형이 가능한 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결수단이 필요하다.The connecting means of the stretchable electronic device may change only its shape even if it is stretched or compressed, and the material itself should not cause mechanical damage. In addition, there is a need for connecting means of an electronic device that can be deformed at various angles.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 잡아늘이거나 압축해도 모양만 변할 뿐 그 물질 자체에는 기계적 파손이 적은 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The technical problem to be solved by the present invention is to solve the conventional problems, the shape of the metal connection structure of the electronic devices that can be stretched to stretch only the shape of the material itself is small, but the mechanical damage to the material itself, and its manufacturing method The purpose is to provide.

또한, 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결구조는 3차원의 이중 스파이럴 구조로서 그 잡아 늘일 수 있는 변형률의 폭이 상당히 커서 다양한 분야에 응용할 수 있는 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the connection structure of the stretchable electronic device is a three-dimensional double spiral structure, and the stretchable strain is very large, and the metal connection structure of the stretchable electronic devices applicable to various fields, and a manufacturing method thereof The purpose is to provide.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조는 몰딩된 탄성체; 상기 몰딩된 탄성체 내에 전자소자들이 내장된 단단한 구성요소들(islands); 및 상기 단단한 구성요소들을 전기적으로 연결하는 3차원적인 이중 스파이럴 금속 와이어(Double Spiral Metal Wire)의 형상을 갖는 잡아 늘일 수 있는 연결수단(stretchable interconnects)을 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the metal connection structure of the stretchable electronic devices of the present invention includes a molded elastic body; Rigid islands in which electronic devices are embedded in the molded elastomer; And stretchable interconnects in the form of a three-dimensional double spiral metal wire that electrically connects the rigid components.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조의 제조방법은 기판 상에 전자소자들을 구현하고 금속패드를 형성한다. 상기 전자소자들을 포함하여 금속패드가 형성된 기판 상에 이중 스파이럴 금속 와이어를 상기 금속패드 상에 위치시킨 후에 압착 본딩(compressive bonding)한다. 상기 이중 스파이럴 금속 와이어가 압착 본딩된 기판 상에 제1 탄성체를 몰딩한다. 상기 제1 탄성체가 노출될 때까지 상기 기판을 전면적으로 식각하고, 상기 노출된 제1 탄성체 상에 제2 탄성체를 몰딩하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a metal connection structure of stretchable electronic devices of the present invention implements electronic devices on a substrate and forms a metal pad. The double spiral metal wire is positioned on the metal pad on the substrate on which the metal pad is formed, including the electronic devices, and then compressed. The double spiral metal wire is molded to the first elastic body on the compression bonded substrate. Etching the entire surface of the substrate until the first elastic body is exposed, and molding a second elastic body on the exposed first elastic body.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조의 제조방법은 하부 탄성체 상에 전자소자들을 구현하고 금속패드를 형성한다. 상기 전자소자들을 포함하여 금속패드가 형성된 하부 탄성체 상에 이중 스파이럴 금속 와이어를 상기 금속패드 상에 위치시킨 후에 압착 본딩(compressive bonding)한다. 상기 이중 스파이럴 금속 와이어가 압착 본딩된 상기 하부 탄성체 상에 상부 탄성체를 몰딩하는 단계를 포함한다.In another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal connection structure of stretchable electronic devices to implement electronic devices and form metal pads on a lower elastic body. The double spiral metal wire is positioned on the metal pad on the lower elastic body including the electronic devices, and then compressed. Molding an upper elastomer onto the lower elastomer to which the double spiral metal wire is press bonded.

본 발명에 있어서, 상기 탄성체들은 PDMS (PolyDiMethylSiloxane)으로 형성할 수 있다.In the present invention, the elastomers may be formed of PDMS (PolyDiMethylSiloxane).

본 발명에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결구조는 전자소자들을 잡아 늘이거나 압축가능한 신축성 외에도 굴곡성을 가지므로 굽히거나 접히도록 할 수 있다.The connection structure of the stretchable electronic device according to the present invention can be bent or folded because it has flexibility in addition to the stretchable or compressible elasticity of the electronic device.

또한, 잡아 늘일 수 있는 전자소자의 연결구조는 3차원의 이중 스파이럴 구조로서 그 잡아늘일 수 있는 변형률의 폭이 종래의 연결구조에 비하여 상당히 커서 다양한 분야에 응용할 수 있다.In addition, the connection structure of the stretchable electronic device is a three-dimensional double spiral structure, the width of the stretchable strain is considerably larger than that of the conventional connection structure, and thus it can be applied to various fields.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적이고 명확하게 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스파이럴 형상의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 연결구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스파이럴 형상의 연결구조를 나타내는 사시도이다.2 is a view showing a connection structure of the stretchable electronic device of the double spiral shape according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a perspective view showing a connection structure of a double spiral shape according to an embodiment of the present invention. .

도 2 및 도 3을 참조하면, 몰딩된 탄성체(10) 내에 전자소자들(13)이 내장된 단단한 구성요소들(islands, 11)이 잡아 늘일 수 있는 연결수단(stretchable interconnects, 15)에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 전자소자는 굽혀지거나 접혀질 수 있으며, 다양한 표면 형상을 구현할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, by means of stretchable interconnects 15 stretchable rigid elements 11 embedded with electronic elements 13 in a molded elastomer 10 can be stretched. Is connected. Such electronic devices may be bent or folded, and various surface shapes may be realized.

여기에서 잡아 늘 일 수 있는 연결수단(15)은 3차원적인 이중 스파이럴 금속 와이어(Double Spiral Metal Wire)의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.The connecting means 15 which can be stretched here is characterized in that it has a shape of a three-dimensional double spiral metal wire (Double Spiral Metal Wire).

이러한 형상은 이중의 스파이럴이 되어 있으므로 신축성이 우수할 뿐만 아니라 변형률에 있어서도 우수하다.Such a shape is not only excellent in elasticity but also in strain rate because of being a double spiral.

이하, 본 발명에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 연결 구조에 관한 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a connection structure of stretchable electronic devices according to the present invention will be described.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 4 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 연결 구조에 관한 제조방법을 설명하는 단면도들이다. 이해의 편의를 위하여 전자소자들은 도면에 도시하지 않았지만, 전자소자들은 금속패드와 연결되어 있다.4 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a connection structure of stretchable electronic devices according to a first embodiment of the present invention. Although the electronic devices are not shown in the drawing for convenience of understanding, the electronic devices are connected to the metal pads.

도 4를 참조하면, 희생 기판(100) 상에 전자소자들(미도시)을 구현하고 감광 막(110)을 도포한다.Referring to FIG. 4, electronic elements (not shown) are formed on the sacrificial substrate 100 and a photosensitive film 110 is coated.

도 5를 참조하면, 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴(110a)을 형성한다.Referring to FIG. 5, the photoresist is patterned to form a photoresist pattern 110a.

도 6을 참조하면, 전기도금법을 사용하여 상기 감광막 패턴(110a) 사이에 금속패드(120)를 형성한다. 금속패드(120)는 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등으로 형성할 수 있다. 상기 금속패드(120)들은 전자소자들(미도시)과 연결되어 있다.Referring to FIG. 6, the metal pads 120 are formed between the photoresist patterns 110a using the electroplating method. The metal pad 120 may be formed of copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), or the like. The metal pads 120 are connected to electronic devices (not shown).

도 7을 참조하면, 상기 감광막 패턴(110a)을 스트립한 후에, 금속패드(120) 상에 이중 스파이럴 금속 와이어(150)를 위치시킨 후에 압착 본딩(compressive bonding)한다.Referring to FIG. 7, after the photosensitive film pattern 110a is stripped, the double spiral metal wire 150 is positioned on the metal pad 120, and then compressed.

도 8을 참조하면, 상기 금속패드(120) 상에 이중 스파이럴 금속 와이어(150)가 압착 본딩된 희생 기판(100) 상에 PDMS (PolyDiMethylSiloxane) 등의 제1 탄성체(170)를 몰딩한다.Referring to FIG. 8, a first elastic body 170, such as polydimethylethyliloxane (PDMS), is molded on the sacrificial substrate 100 in which the double spiral metal wire 150 is press-bonded on the metal pad 120.

도 9를 참조하면, 상기 제1 탄성체가 노출될 때까지 희생 기판(100)을 전면적으로 식각한다.Referring to FIG. 9, the sacrificial substrate 100 is entirely etched until the first elastic body is exposed.

도 10을 참조하면, 도 9의 구성을 뒤집어서 상기 노출된 제1 탄성체(170) 상에 PDMS 등의 제2 탄성체(190)를 몰딩하여 잡아늘일 수 있는 전자소자를 완성한다.Referring to FIG. 10, the configuration of FIG. 9 is reversed to form a stretchable electronic device by molding a second elastic body 190 such as PDMS on the exposed first elastic body 170.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 연결 구조에 관한 제조방법을 설명하는 단면도들이다. 제2 실시예는 제1 실시예와 차이점으로 처음 기판을 희생기판이 아닌 유연한 탄성체를 사용한다는 점에 서 차이가 있다. 이해의 편의를 위하여 전자소자들은 도면에 도시하지 않았지만, 전자소자들은 금속패드와 연결되어 있다.11 to 13 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a connection structure of stretchable electronic devices according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment differs from the first embodiment in that the first substrate uses a flexible elastomer instead of a sacrificial substrate. Although the electronic devices are not shown in the drawing for convenience of understanding, the electronic devices are connected to the metal pads.

도 11을 참조하면, 하부 탄성체(200) 상에 통상의 방법을 사용하여 금속패드(220)를 형성한다.Referring to FIG. 11, the metal pad 220 is formed on the lower elastic body 200 using a conventional method.

도 12를 참조하면, 상기 금속패드(220) 상에 이중 스파이럴 금속 와이어(250)를 위치시킨 후에 압착 본딩(compressive bonding)한다.Referring to FIG. 12, after the double spiral metal wire 250 is positioned on the metal pad 220, compression bonding is performed.

도 13을 참조하면, 상기 금속패드(220) 상에 이중 스파이럴 금속 와이어(250)가 압착 본딩된 하부 탄성체(200) 상에 PDMS (PolyDiMethylSiloxane) 등의 상부 탄성체(270)를 몰딩하여 잡아늘일 수 있는 전자소자를 완성한다.Referring to FIG. 13, an upper elastic body 270 such as PDMS (PolyDiMethylSiloxane) may be molded and stretched on the lower elastic body 200 in which the double spiral metal wire 250 is press-bonded on the metal pad 220. Complete the electronic device.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스파이럴 형상의 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a metal connection structure of a stretchable electronic device having a double spiral shape according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스파이럴 형상의 연결구조를 나타내는 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing a double spiral-shaped connection structure according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조의 제조방법을 설명하는 단면도들이다.4 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a metal connection structure of stretchable electronic devices according to a first embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잡아 늘일 수 있는 전자소자들의 금속 연결 구조의 제조방법을 설명하는 단면도들이다.11 to 13 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a metal connection structure of stretchable electronic devices according to a second embodiment of the present invention.

Claims

delete

Implementing electronic devices on the sacrificial substrate and forming a metal pad;

Placing a double spiral metal wire on the metal pad on the sacrificial substrate including the electronic elements and then compressing bonding the metal pad;

Molding a first elastic body on the sacrificial substrate to which the double spiral metal wire is press-bonded;

Etching the sacrificial substrate in its entirety until the first elastic body is exposed; And

And molding a second elastic body on the exposed first elastic body.

Implementing electronic devices on the lower elastic body and forming a metal pad;

Placing a double spiral metal wire on the metal pad on the lower elastic body including the electronic elements and then compressing bonding the metal pad to the metal pad; And

And molding an upper elastic body on the lower elastic body to which the double spiral metal wire is press-bonded.