KR101097511B1

KR101097511B1 - 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극

Info

Publication number: KR101097511B1
Application number: KR1020090073018A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 백동현; 문진희; 이은중
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-12-22
Also published as: KR20110015335A

Abstract

본 발명은 생체 신호를 모니터링 하기 위하여 사용되는 EEG 측정용 전극 등으로 사용가능한 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극을 개시한다.

본 발명은 PDMS 기재(substrate)를 사용하여 수분이나 공기의 투과율이 높고 생체와 유사한 유연성을 제공하면서도 전극이 PDMS 기재와 유리되지 않는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극을 제공한다.

이에 따라 본 발명은 금속으로 된 전극이 PDMS 내층에서 고정화되는 것이어서 생체에 직접 접촉된 상태가 지속되어 수분이나 기체가 연속 투과됨에도 불구하고 전극이 PDMS 내층에서 안정적으로 유지되어 생체 신호의 모니터링 등 각종 기능을 원활하게 수행할 수 있게 되므로 신뢰성 높은 데이터를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

PDMS 금속 전극 폴리이미드

Description

폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극{Fixing method of PDMS electrode for MEMS with Polyimide}

본 발명은 폴리이미드(POLYIMIDE)를 이용한 미세 전자기계 시스템(MEMS)용 폴리디메틸실록산(PDMS) 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극에 관한 것으로, 더욱 상세히는 생체 신호를 모니터링 하기 위하여 사용되는 EEG 측정용 전극등으로 사용가능한 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 PDMS(폴리디메틸실록산, Polydimethylsiloxane)는 생체의 수분이나 공기에 대한 투과성이 우수하고, 생체조직과 유사한 정도의 유연성을 가진 중합체이며, 투명하고 소프트 리소그라피(soft lithography) 공정에 의해 제작이 용이하여 생체의 세포와 직접 연결되는 전극을 PDMS에 형성하여 신호를 추출하는 미세 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical System: MEMS)을 구현함으로써, 생체의 반응 신호를 모니터링하거나 전기적 자극을 가하는 등의 용도로 유용하게 사용되고 있다. 이를 위한 대표적인 기술을 대한민국특허 제864536호(발명의 명 칭: 폴리디메틸실록산을 이용한 미세전극 형성방법 및 이에 의해 형성된 미세전극; 이하 '인용발명 1'이라 함) 및 대한민국등록특허 제875711호(발명의 명칭: PDMS레이어를 이용한 심전도용 전극; 이하 '인용발명 2'라 함)에 의하여 살펴 볼 수 있다.

이러한 인용발명 1은 도 1로 도시한 바와 같이 폴리디메틸실록산의 프리폴리머와 경화제를 20:1 내지 5:1의 질량비로 혼합한 블렌드를 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코팅하여 폴리디메틸실록산 기판을 형성하는 단계, 상기 폴리디메틸실록산 기판을 표면 전처리하는 단계, 상기 표면 전처리된 폴리디메폴틸실록산 기판의 상부에 티타늄 레이어 및 금 레이어를 순차적으로 증착한 후 미세전극을 패터닝 하는 단계, 상기 패터닝 된 미세전극의 상부에 포토레지스트를 형성하고, 상기 포토레지스트가 형성되지 않은 폴리디메틸실록산 기판의 상부에 폴리디메틸실록산을 스핀코팅하는 단계, 및 상기 패터닝 된 미세전극의 상부에 형성된 포토레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝 된 금 레이어의 상부에 금 전기도금을 수행하여 미세전극을 패키징 하는 단계를 포함한다.

이러한 인용발명1에 의하면 포토리소그라피 공정 및 전극 부분의 도금을 통한 폴리디메틸실록산 미세전극의 패키징 방법을 제공함으로써 비교적 간단한 공정으로 인하여 비용을 절감시키고, 실패율을 감소시키며, 폴리디메틸실록산 기판의 전처리 및 증착 조건을 최적화시킴으로써 금속 미세패턴의 부착력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 인용발명 2는 도 2로 도시한 바와 같이 심전도 작성이나 신체의 상 태 측정을 위하여 사용되는 전극에 관한 것으로 특히, 인체에 무자극인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 활용한 PDMS 레이어를 이용한 심전도용 전극에 관한 것이다.

이러한 인용발명 2는 본 발명은 장시간 착용하더라도 피부에 부작용을 일으키지 않으며, 전극을 도전 젤리를 사용하지 않는 건식 방법으로 사용할 수 있도록 하기 위한 것으로, 이를 위하여 피부에 접촉 시 피부의 체액 혹은 분비액 등 수분에 의하여 금속원소의 총 유리량이 적은 금속으로 된 전극을 인체에 자극을 주지 않는 PDMS 소재의 박막층 위에 접착하되, 그 높이가 지지층에 의하여 돌출되도록 하고, 지지층의 양측에 통기성 소재의 직물 밴드나 벨트 등의 조임수단을 부착, 고정하여 줌으로써, 신체의 해당 부위에 형성되는 활동 전류를 측정할 수 있도록 한 것이다.

이에 따라 인용발명 2는 신체의 해당 부위 피부가 돌출된 전극에 의하여 밀착되어 접촉됨에도 불구하고 피부에 일체의 부작용을 일으키지 않게 되므로, 별도의 도전 젤리를 사용할 필요가 없게 되어 심전도 작업이 간편하게 되고, 전극을 장시간 착용하더라도 피부의 가려움증이나 염증 반응을 유발하지 않으므로 민감성 피부를 가진 환자나 전극을 장시간 착용하여야 하는 중환자를 포함한 각종 환자들에게 안심하고 사용할 수 있게 되는 유용한 효과가 있으며, 전극 착용 상태에서 정상적으로 활동을 하면서 장시간 모니터링 하는 등의 용도로 활용할 수 있게 되는 효과가 있다.

반면에 이러한 인용발명 1, 2는 PDMS 레이어에 전극이 형성된 후 PDMS에 접 착되도록 되어 있어, 이들 모두 PDMS 위에 전극이 직접 형성되어 있다. 이에 따라, PDMS의 전극이 생체 조직에 접촉되었을 때 생체의 수분이나 공기가 PDMS를 투과하게 되므로, 금속인 전극과 PDMS간의 분자 결합이 약화되어 얼마간 사용하다 보면 쉽게 유리되어 사용이 어렵게 되는 문제점이 노출되었다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PDMS 기재(substrate)를 사용하여 수분이나 공기의 투과율이 높고 생체와 유사한 유연성을 제공하면서도 전극이 PDMS 기재와 유리되지 않는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 전극을 고정화 할 수 있으나, 물리적 강성이 취약한 폴리이미드 층으로 감싸지도록 코팅한 전극을 준비하고, 신체적합성이 탁월하고 물리적 강성이 탁월한 상, 하층 PDMS 시트를 준비하고, 이들의 대응하는 면을 산소플라즈마로 처리하여 전술한 전극의 상, 하층 PDMS 시트로 폴리이미드 박막을 감싸면서 전극의 노출 부분을 제외하고 접착되도록 하여서 된 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극을 제공할 수 있도록 기판 위에 폴리이미드가 스핀코팅 되며, 상기 폴리이미드 위에 패턴 필름이 적층되고, 상기 폴리이미드가 상기 패턴 필름의 노출 패턴을 통해 식각되는 단계와; 그 위에 전극으로 사용되는 티타늄 레이어 및 금 레이어가 순차로 증착되고, 최상위층에 포토레지스트가 코팅되는 단계와; 그 위에 패턴 필름이 적층되고, 적층된 패턴 필름의 노출 패턴이 식각되는 과정이 실시되어 금 레이어, 티타늄 레이어, 폴리이미드 레이어가 남겨지도록 하는 단계와; 그 위에 폴리이미드가 스핀코팅 되고, 상기 전극의 금 레이어 중앙과 불필요한 부분을 제거하기 위한 노출 패턴이 있는 패턴 필름이 적층되어 노출 패턴 부분이 식각됨에 따라 상기 전극의 금 레이어 중앙 부분만 노출되고 여타 부분은 폴리이미드로 도포된 전극체를 완성한 후, 실리콘 웨이퍼에서 떼어 내어 전극체 준비가 완료되는 단계와; 상기 전극체의 형상에 따라 소프트리소그라피(soft lithography) 공정에 의해 PDMS를 가공하여 전극체의 전극 노출 부분이 노출되도록 덮는, 상하로 분리 성형된 상층 PDMS 시트와 하층 PDMS 시트가 구비되는 단계와; 상기 전극체가 상, 하층 PDMS 시트 사이에 놓이고, 산소 플라즈마에 의하여 상, 하층 PDMS 시트가 접착되도록 하며, 전극의 금 레이어 중앙에 금 침착층을 형성하여 돌출전극이 형성되도록 하는 단계로; 구성된 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법과, 접착면이 플라즈마 처리된 상층 PDMS 시트와 하층 PDMS 시트 사이에 전극을 구성하는 티타늄 레이어와 금 레이어를 폴리이미드로 감싸서 된 전극체를 넣고 눌러 접착하여서 됨을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극을 제안한다.

이와 같이 하여 본 발명은 금속으로 된 전극이 PDMS 내층에서 고정화되는 것 이어서 생체에 직접 접촉된 상태가 지속되어 수분이나 기체가 연속 투과됨에도 불구하고 전극이 PDMS 내층에서 안정적으로 유지되어 생체 신호의 모니터링 등 각종 기능을 원활하게 수행할 수 있게 되어 안정적으로 신뢰성 높은 데이터를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

이와 같이 된 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 본 발명에 의한 폴리이미드로 감싸여진 전극의 제조 공정을 보였으며, 본 발명에 사용되는 상, 하판의 PDMS 시트(1, 2)를 제작하기 위한 제조공정을 도 4로 보였고, 이들을 이용하여 목적하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극을 조립하는 공정을 도 5로 보였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 이러한 상, 하층 PDMS 시트(1, 2) 사이에 넣어 일체화하기 위한 전극체(3)을 제작하여야 하며, 이러한 전극체(3)의 제작 방법을 도 3을 참조하여 상술하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 실리콘 웨이퍼(4) 위에 적량의 폴리이미드를 부은 후에 스핀코팅을 실시하여 폴리이미드 레이어(5)를 형성한다.

이어서, 전극(3)의 형상 보다 다소 여유 있는 폭으로 인쇄된 패턴 필름(6)을 적치하고 빛을 조사하여 전극(31)의 형상 보다 다소 여유 있는 폭으로 된 폴리이미드 레이어(5)가 남겨지도록 한다.

다음으로, 폴리이미드 레이어(5)가 형성된 웨이퍼(4) 위에 전극(31)을 형성 하기 위해서 티타늄 레이어(7)를 증착시키는 진공박막법 (e-beam evaporator)을 실시하며, 이러한 티타늄 레이어(7)위에 금 레이어(8)을 진공박막법으로 도포한다.

이와 같이 한 후 포토레지스트(9)를 도포하고, 전극(31)과 동일한 형상으로 인쇄된 패턴 필름(6)을 덮고, 빛을 조사한 다음 부식액에 담그면 노출된 부위만 부식되어 웨이퍼(4) 위에 폴리이미드 레이어(5), 티나늄 레이어(7) 및 금 레이어(8)로 된 전극(31)이 남게 된다.

이어서, 그 위에 폴리이미드 레이어(5)를 스핀 코팅하여 전체적으로 폴리이미드 레이어(5)가 씌워지도록 한 다음 전극(31)의 신호 측정을 위하여 노출되어야 하는 부분과 불필요한 부분에 해당하는 폴리이미드 레이어(5)가 제거되도록 하기 위하여 패턴 필름(6)을 적치하고 빛을 조사하여 준 다음 부식액에 담그면 빛에 노출된 부위가 제거되며, 웨이퍼(4)에서 이와 같이 하여 제조된 전극체(3)을 떼어 내면 폴리이미드 레이어(5)가 티타늄 레이어(7) 및 금 레이어(8)로 된 전극(3)을 감싸고, 전극(3)의 금 레이어(8)의 중앙부분만 신호 측정을 위하여 노출된 형태로 준비되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 도 4로 보인 바와 같은 소위 소프트리소그라피(soft lithography) 공정으로 상층 PDMS 시트(1)와, 하층 PDMS 시트(2)를 준비하게 된다.

즉, 본 발명은 실리콘 웨이퍼(4)위에 포토레지스트(SU-8)(9)를 도포하고 그 위에 마스크 패턴(10)을 적치한 후 빛을 조사하며, 부식액에 담그어 노출된 실리콘 웨이퍼(4) 해당 부분만 제거되어 도 4의 좌, 우측에 표현된 바와 같이 전극체(3)의 형상으로 요입 된 형태의 마스터 몰드(11)가 제작되도록 한다.

이러한 마스터 몰드(11)는 2개의 실리콘 웨이퍼(4)로 구성되며, 각각의 실리콘 웨이퍼(4)는 그 두께를 달리하여 상층 PDMS 시트(1)와 하층 PDMS 시트(2) 제조를 위한 마스터 몰드(11)로 삼는다.

이러한 상층 PDMS 시트(1)를 제조하기 위한 마스터 몰드(11)는 실용적인 규격으로 된 전극(3) 형성을 위하여 "T"형상으로 된 요홈의 깊이를 100㎛ ㅁ 10㎛으로 하고 하층 PDMS 시트(2)를 제조하기 위한 마스터 몰드(11)는 전극(3) 형성을 위하여 "T"형상으로 된 요홈의 깊이를 200㎛ ㅁ 20㎛로 하는 것이 바람직하다.

이어서, PDMS 원액과 큐어링 에이전트(Curing Agent)를 중량대비 10:1로 섞은 후에, 건조기로 반응 과정에서 배출되는 가스를 제거하였다. 이와 같이 가스가 제거된 용액상의 PDMS(13)를 미리 제작된 전술한 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2) 제조를 위한 2장의 마스터 몰드(11)의 요입부(12)에 각각 부은 후에, 이들을 80℃ ㅁ 10℃의 핫플레이트(Hot plate)(14)에 올려놓은 상태에서 마스터 몰드(11)의 상면에 적정 중량의 웨이트(15)를 올려놓고 2시간 동안 방치시키고, 상온으로 되도록 충분히 식힌 후에 웨이트(15)를 제거하고 2장의 마스터 몰드 요입부(12)에서 각각 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)를 떼어 내면 전술한 100㎛ ㅁ 10㎛두께의 상층 PDMS 시트(1)와, 200㎛ ㅁ 20㎛두께의 하층 PDMS 시트(2)를 얻게 된다.

이와 같이 하여 얻은 상, 하층 PDMS 시트(1, 2)에 산소플라즈마 처리를 실시하여 표면을 개질 시킨다.

이어서, 도 3으로 보인 전술한 바와 같은 과정으로 준비된 폴리이미드 레이어(5)로 싸여진 전극(3)을 도 4로 보인 바와 같은 과정으로 준비된 전술한 플라즈 마 처리된 상층 PDMS 시트(1)와 하층 PDMS 시트(2) 사이에 넣고 적당한 압력으로 눌러 주면 이들의 접촉 표면에 수산화이온(OH-)이 형성되면서 수소결합으로 견고하게 접착되는 것이다.

이와 같이 하여 전극(3)과 상,하층 PDMS 시트(1,2)가 조립체(16)로 조립되는 과정을 도 5로 도시하였다.

이러한 본 발명에 의한 조립체(16)는 티타늄 레이어(7)과 금 레이어(8)을 폴리이미드 레이어(5)로 감싸서 된 전극체(3)를 플라즈마 처리된 상층 PDMS 시트(1)와 하층 PDMS 시트(2)사이에 넣고 접착하여서 된 형태로 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 상층 PDMS 시트(1) 성형을 위한 마스터 몰드(11)의 요입부(12)를 형성함에 있어서 예를 들면 도 4로 보인 바와 같이 "T"형상으로 된 요홈의 양측에 원형의 돌출부(17)가 남도록 마스크 패턴(10)을 인쇄하여 사용함으로써, 돌출부(17)에 의하여 상층 PDMS 시트(1)의 "T"형상 양단에 통공(18)이 형성된다. 이러한 통공(18)은 전술한 바와 같은 도 5의 조립체(18)에서 폴리이미드 레이어(5)로 쌓인 전극체(3)의 전극(31)을 구성하는 금 레이어(8) 상면 중앙부가 외부로 노출되도록 하는 것이며, 이러한 금 레이어(8)과 상층 PDMS 시트(1)가 덮이지 않은 채 노출된 금 레이어(8)에 추가로 금 침착 돌출전극(19)을 형성시킴으로써 외부로 돌출된 형태로 완성될 수 있는 것이며, 이와 같이 하여서 완성된 돌출전극(19)의 구조를 도 6의 확대 단면도로 보였다.

이와 같이 하여 얻은 본 발명의 방법에 의한 전극체(3)는 내층의 금속으로 된 전극(31)을 고정화 할 수 있으나, 물리적 강성이 취약한 폴리이미드 레이어(5) 으로 감싸지도록 코팅한 구조이며, 이를 접촉면이 산소플라즈마 처리된 상, 하층 PDMS 시트(1, 2)에 넣고 접착함으로써, 폴리이미드 박막(5)을 감싸면서 완전히 접착되도록 하여 사람이나 동물에 대한 신체적합성이 탁월하고 물리적 강성이 탁월하게 된다.

이에 따라, 본 발명은 PDMS(13) 내층에 폴리이미드 레이어(5)로 쌓인 전극(31)이 위치하는 것이므로, 생체에 직접 접촉된 상태가 지속되어 수분이나 기체가 연속 투과됨에도 불구하고 전극(31)이 PDMS(13)와 유리됨이 없이 그 내층에서 안정적으로 유지되어 생체 신호의 모니터링 등 각종 기능을 안정적이고 원활하게 수행할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명에 의하여 제조된 전극(31)은 생체 신호를 모니터링 하기 위하여 사용되는 EEG 측정용 전극 등으로 사용가능하며, 기타 다양한 종류의 미세 전자기계 시스템용 전극으로 널리 활용 가능함은 물론이다.

아울러, 본 발명에서 마스터 몰드(11)는 2개의 실리콘 웨이퍼(4)로 구성되며, 각 실리콘 웨이퍼(4)의 요입부에 붓기 위한 전술한 가스가 제거된 용액상의 PDMS는 실리콘 엘라스토머 베이스(Silicone Elastomer Base)와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트(Silicone Elastomer Curing Agent; sylgard 184 base, curing agent)를 중량 대비 10:1 내지 10:2의 비율로 섞은 후에 건조기로 반응 과정에서 배출되는 가스를 제거한 것이다.

이러한 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트는 그 투입량을 증가시킬수록 경도가 상승하게 되는 것이며, 실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어 링 에이전트를 중량 대비 10:2를 초과하는 경우에는 유연성이 불량하게 되고, 실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 중량 대비 10:1이하로 하는 경우에는 쉽게 찢어 지며 늘어지므로 기재로 사용하기에 부적합하게 되므로, 이들을 중량 대비 10:1 내지 10:2의 비율로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 전술한 가스가 제거된 용액상의 PDMS(13)를 부은 후에, 웨이트를 얹고 70℃ ~ 90℃의 핫플레이트(Hot plate)에 올려놓은 상태에서 50분에서 2시간 30분 동안 방치시키게 된다.

즉, 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)의 두께가 두터워지면 핫플레이트로 가열하는 시간을 증가시켜야 하는 것이며, 본 발명에서는 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)의 두께가 각각 90㎛ ~ 110㎛ 및 180㎛ ~ 220㎛이므로, 50분 내지 2시간 동안 가열하여 최적 상태로 경화되도록 할 수 있다.

아울러, 이러한 가열 시간을 50분 이내로 할 경우 겔 상태에 가깝게 되고, 2시간을 초과하는 경우 경도가 과도하게 상승되는 문제가 있으므로, 70℃ ~ 90℃의 핫플레이트(Hot plate)에 올려놓은 상태에서 50분 내지 2시간 동안 가열하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명에서는 전술한 2개의 실리콘 웨이퍼(4)에 형성된 요입부의 깊이가 상이하도록 하도록 함으로써, 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)의 두께가 각각 90㎛ ~ 110㎛ 및 180㎛ ~ 220㎛로 되도록 한다.

이와 같이 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)의 두께가 각각 90㎛ ~ 220㎛의 범위에 있도록 함으로써, PDMS 고유의 유연성을 유지하여 피부에 닿는 감촉을 부드럽게 할 수 있으며, 상층 PDMS 시트(1)의 두께가 하층 PDMS 시트(2) 보다 얇도록 함으로써 폴리이미드가 식각되어 노출된 금 레이어(8)에 금 침착층(19)을 보다 쉽게 접촉시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하므로, 상층 PDMS 시트(1)의 두께가 하층 PDMS 시트(2)의 두께보다 1/2 정도로 얇게 되도록 하는 것이 바람직한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 전극체(3)를 제조하기 위하여 내화학성이 높으며 완전 평면 연마된 기판으로 실리콘 웨이퍼를 사용하는 예를 설명하였으나, 기타 내화학성이 높으면서 완전 평면 연마된 다른 재질의 기판을 사용할 수도 있다.

아울러, 본 발명의 도면에서는 전극체(3)의 형상을 대체로 "T"이 되도록 하고, 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)의 형상 역시 전극체(3)의 전극(31) 상면 중앙부의 노출 부분을 제외하고 덮을 수 있는 대체로 "T"형상이 되도록 하여 구체적인 실시예를 보이고 있으나,

필요에 따라 다양하게 여러 가지 패턴으로 제작하여 사용할 수 있음은 물론이며, 전극의 개수 역시 다양하게 할 수 있음은 물론이다.

도 1은 인용발명 1의 공정 흐름도.

도 2는 인용발명 2의 공정 설명도.

도 3은 본 발명에 의한 전극의 제작 과정을 보인 설명도.

도 4는 본 발명에 의한 상, 하층 PDMS시트의 제작 과정을 보인 설명도.

도 5는 본 발명에 의한 상, 하층 PDMS시트와 전극의 조립체를 보인 사시도.

도 6은 본 발명에 의한 폴리디메틸실록산 전극의 구조를 보인 종단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 2: 상, 하층 PDMS 시트 3: 전극체

4: 실리콘 웨이퍼 5: 폴리이미드 레이어

6: 패턴 필름 7: 티타늄 레이어

8: 금 레이어 9: 포토레지스트

10: 마스크 패턴 11: 마스터 몰드

12: 마스터 몰드 요입부 13: PDMS

14: 핫플레이트 15: 웨이트

16: 조립체 17: 돌출부

18: 통공 19: 돌출 전극

31: 전극

Claims

기판 위에 폴리이미드가 스핀코팅 되며, 상기 폴리이미드 위에 패턴 필름이 적층되고, 상기 폴리이미드가 상기 패턴 필름의 노출 패턴을 통해 식각되는 단계와;

그 위에 전극으로 사용되는 티타늄 레이어 및 금 레이어가 순차로 증착되고, 최상위층에 포토레지스트가 코팅되는 단계와;

그 위에 패턴 필름이 적층되고, 적층된 패턴 필름의 노출 패턴이 식각되는 과정이 실시되어 금 레이어, 티타늄 레이어, 폴리이미드 레이어가 남겨지도록 하는 단계와;

그 위에 폴리이미드가 스핀코팅 되고, 상기 전극의 금 레이어 중앙과 불필요한 부분을 제거하기 위한 노출 패턴이 있는 패턴 필름이 적층되어 노출 패턴 부분이 식각됨에 따라 상기 전극의 금 레이어 중앙 부분만 노출되고 여타 부분은 폴리이미드로 도포된 전극체를 완성한 후, 실리콘 웨이퍼에서 떼어 내어 전극체 준비가 완료되는 단계와;

상기 전극체의 형상에 따라 소프트리소그라피(soft lithography) 공정에 의해 PDMS를 가공하여 전극체의 전극 노출 부분이 노출되도록 덮는, 상하로 분리 성형된 상층 PDMS 시트와 하층 PDMS 시트가 구비되는 단계와;

상기 전극체가 상, 하층 PDMS 시트 사이에 놓이고, 산소 플라즈마에 의하여 상, 하층 PDMS 시트가 접착되도록 하며, 전극의 금 레이어 중앙에 금 침착층을 형성하여 돌출전극이 형성되도록 하는 단계로; 구성됨을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
청구항 1에 있어서,

전술한 소프트리소그라피(soft lithography) 공정으로 상, 하층 PDMS 시트를 준비하기 위하여 실리콘 웨이퍼위에 포토레지스트를 도포하고 그 위에 패턴 필름을 덮고 빛을 조사하며, 부식액에 담그어 노출된 실리콘 웨이퍼 해당 부분만 제거되어 전극체(3)의 형상으로 된 요입부가 구비된 마스터 몰드(11)가 제작되도록 하고, 이러한 마스터 몰드(11)는 2개의 실리콘 웨이퍼(4)로 구성하되, 각 실리콘 웨이퍼(4)의 요입부에 가스가 제거된 용액상의 PDMS(13)를 부은 후에, 웨이트를 얹고 가열하면서 방치한 후 상온에서 웨이트를 제거하고 2장의 마스터 몰드 요입부(12)에서 각 각 상층, 하층 PDMS 시트(1, 2)를 떼어내도록 함을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
청구항 2에 있어서,

전술한 각 실리콘 웨이퍼(4)의 요입부에 붓기 위한 가스가 제거된 용액상의 PDMS는 실리콘 엘라스토머 베이스와 실리콘 엘라스토머 큐어링 에이전트를 중량 대비 10:1 내지 10:2로 섞은 후에, 건조기로 반응 과정에서 배출되는 가스를 제거한 것임을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
청구항 2에 있어서,

전술한 가스가 제거된 용액상의 PDMS(13)를 부은 후에, 웨이트를 얹고 70℃ ~ 90℃의 핫플레이트(Hot plate)에 올려놓은 상태에서 50분 내지 2시간 동안 방치시킴을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
청구항 2에 있어서,

전술한 2개의 실리콘 웨이퍼(4)에 형성된 요입부의 깊이가 상이하도록 함을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
청구항 5에 있어서,

전술한 상층 PDMS 시트(1)를 제조하기 위한 마스터 몰드(11)는 전극체(3) 형성을 위하여 대체로 "T"형상으로 된 요홈의 깊이를 90㎛ ~ 110㎛으로 하고,

전술한 하층 PDMS 시트(2)를 제조하기 위한 마스터 몰드(11)는 전극체(3) 형성을 위하여 대체로 "T"형상으로 된 요홈의 깊이를 180㎛ ~ 220㎛으로 함을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법.
접착면이 플라즈마 처리된 상층 PDMS 시트와 하층 PDMS 시트 사이에 전극을 구성하는 티타늄 레이어와 금 레이어를 폴리이미드로 감싸서 된 전극체를 넣고 눌러 접착하여서 됨을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극.
청구항 7에 있어서,

전술한 전극체는 폴리이미드의 일부가 식각되어 전극의 금 레이어 중앙이 노출되며, 그 위에 접착되는 상층 PDMS 시트의 "T"형상 양단부에 통공이 형성되어 통공을 통하여 전극의 금 레이어가 노출된 부위에 금 침착층을 형성함으로써, 돌출 전극이 구비되도록 함을 특징으로 하는 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극.