KR101203176B1 - A manufacturing method for plastic piezoelectric device using sacrificial substrate, plastic piezoelectric device manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
희생기판을 이용한 플라스틱 압전소자 제조방법, 이에 따라 제조된 플라스틱 압전소자가 제공된다.
본 발명에 따른 플렉서블 압전소자 제조방방법은 희생기판 상에 압전소자를 제조하는 단계; 상기 희생기판을 제거한 후, 상기 압전소자를 플라스틱 기판으로 옮기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Provided are a method for manufacturing a plastic piezoelectric element using a sacrificial substrate, and a plastic piezoelectric element manufactured according to the present invention.
Flexible piezoelectric device manufacturing method according to the present invention comprises the steps of manufacturing a piezoelectric element on the sacrificial substrate; After removing the sacrificial substrate, characterized in that it comprises the step of moving the piezoelectric element to a plastic substrate.
Description
본 발명은 희생기판을 이용한 플라스틱 압전소자 제조방법, 이에 따라 제조된 플라스틱 압전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스틱 기판 상에 소자의 변형 없이 전지를 효과적으로 전사, 제조될 수 있는, 희생기판을 이용한 플라스틱 압전소자 제조방법, 이에 따라 제조된 플라스틱 압전소자에 관한 것이다The present invention relates to a method for manufacturing a plastic piezoelectric element using a sacrificial substrate, and more particularly, to a plastic piezoelectric element manufactured by using a sacrificial substrate. Plastic piezoelectric device manufacturing method, and relates to a plastic piezoelectric device manufactured according to
현재 정보통신의 발달에 따라 새로운 형태의 고성능 유연 소자의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 전기 소자를 작동시키기 위해서는 고성능 반도체 소자와 더불어 에너지원을 공급하고 저장할 수 있는 유연 에너지 소자 기술이 필요한데 현재까지는 고온공정이 불가능한 플라스틱 기판의 한계에 의하여 고성능 에너지 저장 기술을 구현하는 것이 불가능하였다. 종래의 전기 소자는 딱딱한 실리콘 기판 에서 제조된 후 그 형태로 응용되고 있는데, 그 이유는 바로 이러한 소자들의 제조공정이 고온의 반도체 공정을 통하여 제조되기 때문이다. 하지만, 이러한 소자 기판의 한계는 다양한 전자소자 등의 응용 범위를 제한하는 문제가 있다.Nowadays, the development of information and communication technologies is leading to the need for new types of high performance flexible devices. In order to operate such an electric device, a flexible energy device technology capable of supplying and storing an energy source together with a high performance semiconductor device is required. Until now, high performance energy storage technology has not been realized due to the limitation of plastic substrates, which cannot be processed at high temperature. Conventional electric devices are manufactured in a rigid silicon substrate and then applied in the form, because the manufacturing process of these devices is manufactured through a high temperature semiconductor process. However, the limitation of such a device substrate has a problem of limiting the application range of various electronic devices.
특히 이러한 기판 제한에 따라 그 효과가 제한되는 소자 중 하나는 압전소자다. 압전소자란 압전기(壓電氣) 현상을 나타내는 소자를 의미한다. 상기 압전소자는 피에조 전기소자라고도 하며, 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 지르코늄산납, 타이타늄산바륨(BaTiO3, 이하 BTO), 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나며 도핑을 통해 더 뛰어난 압전특성을 유도 할 수 있게 된다.In particular, one of the elements whose effect is limited by the substrate limitation is a piezoelectric element. The piezoelectric element means an element exhibiting a piezoelectric phenomenon. The piezoelectric element is also referred to as a piezoelectric element, and crystals, tourmaline, Rochelle salt, etc. have been used as piezoelectric elements since early, and lead zirconate, barium titanate (BaTiO3, BTO), ammonium dihydrogen phosphate, and tartaric acid have been recently developed. Artificial crystals such as ethylenediamine also have excellent piezoelectric properties, and doping can lead to better piezoelectric properties.
이러한 압전소자는 현재 외부에서 인가되는 압력에 따라 전기를 발생시키는 방식이나, 상기 압전소자가 자연스럽게 휘어질 수 있는 플렉서블 기판에 응용되는 경우, 자연스럽게 발생하는 플렉서블 기판의 휘는 특성을 즉시 전기적 에너지로 전화시킬 수 있는 장점이 있으나, 아직까지 플렉서블 기판에 구현된 압전소자, 특히 대면적 압전소자는 개시되지 못한 상황이다. 더 나아가, 발생한 전기적 에너지를 충전시키기 위해서 보통 BTO 소자 외부의 별도 충전 수단을 종래 기술은 사용하나, 이는 압전소자를 사용하는 디바이스 크기를 과도하게 차지하는 문제가 있다. 더 나아가, 많은 양의 전기적 에너지를 생산하기 위해서는 큰 면적의 BTO 소자를 사용하는 것이 바람직하나, 현재까지 대면적의 압전소자를 플렉서블 기판에 구현시키는 기술은 개시되지 못하는 상황이다.Such a piezoelectric element generates electricity according to a pressure applied from the outside, or when the piezoelectric element is applied to a flexible substrate that can be naturally bent, it is possible to immediately convert the bending property of the naturally occurring flexible substrate into electrical energy. There is an advantage, but piezoelectric elements, particularly large area piezoelectric elements, implemented in the flexible substrate have not been disclosed. Furthermore, in order to charge the generated electrical energy, a conventional charging means outside the BTO device is generally used, but this has a problem of excessively occupying a device size using a piezoelectric device. Furthermore, in order to produce a large amount of electrical energy, it is preferable to use a large area BTO device, but until now, a technique for implementing a large area piezoelectric element on a flexible substrate has not been disclosed.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압전소자가 플라스틱 기판에서 구현된 플라스틱 압전소자 제조 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a plastic piezoelectric element in which a piezoelectric element is implemented in a plastic substrate.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 제조방법에 따라 제조된 플라스틱 압전소자를 제공하는 데 있다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a plastic piezoelectric element manufactured according to the manufacturing method.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 희생기판 상에 압전소자를 제조하는 단계; 상기 희생기판을 제거한 후, 상기 압전소자를 플라스틱 기판으로 옮기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 압전소자 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of manufacturing a piezoelectric element on the sacrificial substrate; After removing the sacrificial substrate, there is provided a plastic piezoelectric device manufacturing method comprising the step of transferring the piezoelectric element to a plastic substrate.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 층상구조 기판에 압전소자를 제조하는 단계; 상기 층상구조 기판의 층을 박리시켜, 상기 층상구조 기판을 제거하는 단계; 및 상기 압전소자를 플라스틱 기판으로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 압전소자 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of manufacturing a piezoelectric element on a layered substrate; Removing the layered substrate by peeling the layer of the layered substrate; And it provides a plastic piezoelectric element manufacturing method comprising the step of transferring the piezoelectric element to a plastic substrate.
본 발명의 일 실시예에서 상기 층상구조 기판은 운모기판이며, 상기 운모기판의 제거는 물리적인 방식으로 수행된다. 여기에서 상기 물리적인 방식은 접착용 테이프를 상기 운모기판에 붙인 후, 떼어내는 방식이며, 본 발명의 일 실시예에서는 접착용 테이프를 상기 운모기판에 붙인 후, 떼어내는 상기 공정은 복수 회 수행된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 압전소자는 순차적으로 적층된 하부전극-압전물질층-상부전극으로 이루어지며, 상기 압전소자는 필름 형태, 즉 박막 형태를 이루게 된다. In one embodiment of the present invention, the layered substrate is a mica substrate, and the removal of the mica substrate is performed in a physical manner. Herein, the physical method is a method of attaching an adhesive tape to the mica substrate and then detaching the adhesive tape. In an embodiment of the present invention, the process of detaching and attaching an adhesive tape to the mica substrate is performed a plurality of times. . In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element is composed of a lower electrode, a piezoelectric material layer, and an upper electrode, which are sequentially stacked, and the piezoelectric element has a film form, that is, a thin film form.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 희생 기판상에 압전소자를 제조하는 단계; 상기 압전소자 상에 지지 기판을 접합시키는 단계; 상기 희생 기판을 제거하는 단계; 및 상기 압전소자를 플라스틱 기판으로 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 압전소자 제조방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a piezoelectric element on a sacrificial substrate; Bonding a support substrate onto the piezoelectric element; Removing the sacrificial substrate; And it provides a plastic piezoelectric element manufacturing method comprising the step of transferring the piezoelectric element to a plastic substrate.
본 발명의 일 실시예에서 상기 희생기판은 상부에 실리콘 산화물이 적층된 실리콘 기판이며, 상기 지지 기판은 접착층이 도포된 실리콘 기판이다. In one embodiment of the present invention, the sacrificial substrate is a silicon substrate on which silicon oxide is stacked, and the support substrate is a silicon substrate coated with an adhesive layer.
본 발명의 일 실시예에서 상기 압전소자는 순차적으로 적층된 하부전극-압전물질층-상부전극으로 이루어지며, 상기 플라스틱 기판상에는 접착층이 구비되며, 상기 접착층과 압전소자의 하부전극은 접촉하여, 접합된다. In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element is composed of a lower electrode, a piezoelectric material layer, and an upper electrode sequentially stacked, an adhesive layer is provided on the plastic substrate, and the adhesive layer and the lower electrode of the piezoelectric element are contacted and bonded. do.
본 발명의 일 실시예에서 상기 압전소자는 하부전극-압전물질층-상부전극이 순차적으로 적층된 후 열처리된다. In one embodiment of the present invention, the piezoelectric element is heat-treated after the lower electrode-piezoelectric material layer-top electrode are sequentially stacked.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 플라스틱 압전소자를 제공한다. In order to solve the above another problem, the present invention provides a plastic piezoelectric element manufactured by the above-described method.
본 발명에 따른 플라스틱 압전소자 제조방법은 압전소자를 희생기판 상에서 제조한 후, 하부 기판을 제거하여, 플라스틱 기판으로 이를 옮기는 방식이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 압전소자 제조방법은 층상구조 기판인 운모기판에서 압전소자를 제조한 후, 운모를 물리적인 방식으로 제거한 후, 전자소자를 플라스틱기판으로 전사시키는 방식을 취한다. 따라서 공정제어가 까다로운 습식 식각 방식으로 하부기판을 제거하지 않으므로, 공정의 신뢰도가 증가되고, 또한, 용액 상태에서 프리스탠딩됨에 따라 발생하는 기판 변형의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. The plastic piezoelectric device manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric device on a sacrificial substrate and then removing the lower substrate and transferring it to the plastic substrate. Plastic piezoelectric device manufacturing method according to an embodiment of the present invention takes a piezoelectric device manufactured from a mica substrate that is a layered substrate, removes the mica in a physical manner, and takes the method of transferring the electronic device to the plastic substrate. Therefore, since the lower substrate is not removed by a wet etching method in which process control is difficult, the reliability of the process is increased and the problem of substrate deformation caused by freestanding in a solution state can be effectively solved.
도 1 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 11 내지 18은 실리콘 기판을 희생기판으로 사용하여, 압전소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.1 to 10 are diagrams illustrating a piezoelectric device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
11 to 18 illustrate a method of manufacturing a piezoelectric element using a silicon substrate as a sacrificial substrate.
이하 바람직한 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공 되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and drawings. However, the following embodiments are provided as examples to ensure that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A', B-B', 또는 C-C')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다. In addition, all drawings attached to this specification are interpreted in the form of sectional drawing which cut | disconnected the whole plan view and partial cross section (A-A ', B-B', or C-C ').
본 명세서에서 플라스틱 기판은 유연성, 즉, 플렉서블 특성을 가지는 임의의 모든 기판을 다 포함하는 것으로 해석되며, 보다 명확하게는 플렉서블한 중합체 기판을 의미한다. Plastic substrates are to be interpreted herein to include any and all substrates having flexibility, ie, flexible properties, and more specifically to flexible polymer substrates.
본 발명은 플라스틱 압전소자 제조방법으로, 고온의 극심한 조건인 압전소자 제조공정을 실리콘 기판 또는 운모 기판과 같은 희생기판에서 제조한 후, 이를 플라스틱 기판으로 옮기는 방식을 제안한다. 상기 플라스틱 기판으로 압전소자를 옮기는 방식은 별도의 전사수단(즉, 전사층 또는 전사기판)을 사용하거나, 또는 직접 플라스틱 기판과 소자를 접합시키는 방식이 사용될 수 있다. The present invention proposes a method of manufacturing a plastic piezoelectric device, and a method of manufacturing a piezoelectric device, which is a high temperature extreme condition, on a sacrificial substrate such as a silicon substrate or a mica substrate, and then transferring it to a plastic substrate. The piezoelectric element may be transferred to the plastic substrate using a separate transfer means (ie, a transfer layer or a transfer substrate), or a method of directly bonding the plastic substrate and the element.
이하 각각의 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through each embodiment.
본 발명의 일 실시예는 층상구조를 가지는 희생기판을 이용하여, 플라스틱 압전소자를 제조하는 방식이다. 이 경우, 습식식각이나 건식식각 공정이 아닌, 물리적인 방식으로 희생기판의 각 층들은 용이하게 박리되어, 제거된다. 이후 박리 방식으로 하부 희생기판이 제거된 압전소자는 플라스틱 기판으로 전사된다. 따라서, 물리적인 방식(즉, 박리 방식)으로 하부 기판을 제거하는 본 발명은, 식각액 등을 사용하여 화학적으로 하부기판을 제거하는 종래 기술에 비하여, 월등히 경제적이고, 안정적인 장점이 있다. One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a plastic piezoelectric element using a sacrificial substrate having a layered structure. In this case, each layer of the sacrificial substrate is easily peeled off and removed in a physical manner, not a wet etching process or a dry etching process. After that, the piezoelectric element from which the lower sacrificial substrate is removed is transferred to the plastic substrate. Therefore, the present invention for removing the lower substrate in a physical manner (ie, a peeling method) has an advantage that is much more economical and stable than the prior art of chemically removing the lower substrate using an etchant or the like.
압전소자가 제조되는 층상구조 기판의 일 예로, 본 발명의 일 실시예는 운모기판을 사용하였다. 하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 층상구조를 가지며 고온 환경에서 견딜 수 있는 임의의 모든 물질이 상기 희생기판으로 사용될 수 있다. As an example of a layered substrate in which a piezoelectric element is manufactured, an embodiment of the present invention uses a mica substrate. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and any material having a layered structure and enduring in a high temperature environment may be used as the sacrificial substrate.
본 발명의 일 실시예에서 층상구조인 희생기판의 주요 물질로 사용된 운모(mica, 雲母)는 화강암 중의 중요한 조암광물로서, 층상 규산염광물을 의미한다. 운모는 보통 층상구조를 가지며, 육각 판상의 결정형을 이룬다. 또한 인상(鱗狀) ?섬유상 ?주상(柱狀)을 이루는데, 어느 형태나 밑면에 완전한 쪼개짐이 있어서 아주 엷게 벗겨질 수 있으며, 우수한 내열, 내화학성을 갖는다. In one embodiment of the present invention, mica (mica) used as the main material of the layered sacrificial substrate is an important coarse mineral in granite, and refers to a layered silicate mineral. Mica usually has a layered structure and forms a hexagonal crystalline form. In addition, it forms the impression (fibrous) columnar (,), in any form, there is a complete cleavage on the base can be peeled off very thin, has excellent heat and chemical resistance.
따라서, 본 발명은 이러한 특성의 운모를 이용, 운모기판에서 압전소자를 제조한 후, 하부 운모를 물리적인 방식으로 박리시키는 방식의 플렉서블 압전소자 제조방법을 제공한다. Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a flexible piezoelectric element by using a mica having such characteristics to manufacture a piezoelectric element on a mica substrate and then peeling off the lower mica in a physical manner.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 제조방법을 도면과 함께 설명한다. Hereinafter, a piezoelectric device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 제조방법의 단계별 도면이다.1 to 10 is a step-by-step view of the piezoelectric element manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 운모기판(100)이 개시된다. 운모기판은 상술한 바와 같이 복수의 층상구조로서 각 층은 박리될 수 있는 특성을 갖는다. 도 1에서는 운모기판(100)의 층상구조를 다층 형상으로 나타내었다. Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 상기 운모기판(100) 상에 압전소자의 하부전극(200)이 적층된다. 상기 하부전극(200)으로는 백금과 같은 금속물질이 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 부착층으로 사용되는 티타늄 (Ti, Titanium)에 코팅되는 백금 (Pt, Platinum)이 상기 하부전극(200)으로 사용되었다. 백금과 같은 금속물질은 고온공정에서도 열화현상이 낮으므로 전극물질로 바람직하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.Referring to FIG. 2, a
도 3을 참조하면, 상기 하부전극(200) 상에 압전물질층(300)이 적층된다. Referring to FIG. 3, a
본 발명의 일 실시예에서 상기 압전물질층(300)의 구성물질로 BTO를 사용하였는데, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 소자에 인가되는 힘에 의하여 전압이 변화되는 임의의 모든 압전물질이 본 발명의 압전물질로 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들면, 티탄산 납과 지르코늄산 납의 고용체인 PZT(Pb(Zr,Ti)O3), PZT에 La를 도핑하여 높은 압전특성을 나타내는 PLZT (PbLa(Zr,Ti)O3), 타이타늄산비스무트 (Bismuth titanate, Bi4Ti3O12) 등이 사용될 수 있는데, 강유전체인 PZT, PLZT, 타이타늄산비스무트 등은 BTO와 비슷한 유전특성을 나타내며, BTO와 동일, 유사한 제조 방법들을 통해서 실리콘 기판에서 제조된 후 분리될 수 있다.In an embodiment of the present invention, BTO is used as a constituent material of the
도 4를 참조하면, 상기 압전물질층(300) 상에 상부전극(400)이 적층되는데, 본 발명의 일 실시예에서 상기 상부전극(400)은 백금 또는 금을 포함할 수 있다. 상기 상부전극(400) 적층에 따라 하부전극(200)-압전물질층(300)-상부전극(400)으로 이루어진 압전소자(200)의 기본구조가 완성된다. 본 발명은 이와 같은 평면의 하부 기판에서 압전소자(200)를 제조하므로, 상기 압전소자(200)는 필름, 즉 박막형태를 이룬다. 이 경우, 패턴된 나노와이어 형태로 압전소자를 제조하는 종래 기술에 비하여 보다 우수한 효율을 나타낸다. 더 나아가, 하부 기판 제거가 물리적 방식으로 진행되므로, 보다 용이한 공정제어, 친환경적인 플렉서블 압전소자 제조가 가능하다. Referring to FIG. 4, an
이후, 본 발명의 일 실시예에서 상기 압전소자층을 적층한 후, 튜브 퍼니스(Tube furnace)에서 700~900℃에서 열처리를 실시하여 높은 결정화도를 달성하게 된다. 즉, 플라스틱과 같은 플렉서블 기판에서는 이러한 고온 열처리 공정은 불가능하지만, 본 발명에서는 고온 공정을 잘 견딜 수 있으며, 물리적인 박리가 가능한 층상구조 기판 또는 실리콘 기판을 희생기판으로 사용하여 압전소자를 제조하므로, 종래 기술에 따른 기판 한계의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 이후 상기 희생기판인 운모기판(100)을 고온으로 가열한 후, 양쪽 전극에 수 kV/mm의 전계를 걸어주어, 압전특성을 뛰어나게 하는 공정인, 소위 폴링(polling) 공정이 수행된다. 본 발명은 또한 고온으로 진행되는 상기 폴링 공정 등도 플라스틱과 같은 플렉서블 기판이 견디기 어렵다는 점에 착안하여, 폴링 공정 자체를 먼저 희생기판인 운모기판 또는 실리콘기판에서 진행하는 방식을 제안한다. 특히 압전소자 하부의 층상구조인 운모기판은 이러한 고온 열처리-결정화 공정 등을 효과적으로 견딜 수 있으며, 고온 공정 후에도 물리적인 변형이 발생하지 않으므로, 상부에 제조된 압전소자가 최초 형태를 그대로 유지할 수 있게 하는 장점이 있다. Then, after laminating the piezoelectric element layer in one embodiment of the present invention, heat treatment is performed at 700 to 900 ° C. in a tube furnace to achieve high crystallinity. That is, such a high temperature heat treatment process is impossible in a flexible substrate such as plastic, but in the present invention, the piezoelectric element is manufactured by using a layered substrate or a silicon substrate that can withstand the high temperature process and physically exfoliates as a sacrificial substrate. The problem of substrate limitation according to the prior art can be effectively solved. Then, after heating the
도 5를 참조하면, 상기 압전소자(200) 상에 전사층(500)을 접촉시켜, 상기 압전소자의 상부전극(400)과 전사층(500)을 물리적으로 접합시켰으며, 이로써 하부전극-압전물질층-상부전극으로 이루어진 압전소자가 전사층(500)에 전체적으로 접합되어, 고정된다. 본 명세서에서 전사층(300)이란, 하부 희생기판이 제거된 압전소자(200)와 접착하여, 플라스틱 기판으로 상기 압전소자를 전사시킬 수 있는 기판 또는 층 형태의 평면 부재를 모두 포함하는 것으로, 예를 들면, 실리콘 기판, PDMS 부재 등이 모두 상기 전사층에 포함된다. 예를 들면, 실리콘 기판이 전사층인 경우 상기 실리콘 기판 상에 에폭시 수지가 접착층으로 도포될 수 있으며, 이후 상기 아세톤과 같은 용액으로 에폭시 접착층을 선택적으로 제거함으로써, 전사층(500)과 압전소자(200)의 분리가 가능하다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 상기 전사층(300)으로 가요성의 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하며, 전사층(300)과 압전소자, 즉, 압전소자의 상부전극(400)과의 접합을 위한 접합층, 예를 들면 에폭시나 SU-8 수지층이 상기 전사층(300)에 도포되어 있을 수 있다. 본 단계를 통하여 압전소자는 전사층(300)과 하부 운모기판(100)에 의하여 고정된 상태를 유지한다. 하지만, 상술한 전사 방식 대신 상기 플라스틱 기판을 상기 압전소자에 접합시키는 방식도 가능하다. 이 경우, 하부의 층상 구조의 기판이 제거됨에 따라, 바로 플렉서블 압전소자가 제조될 수 있는 장점이 있다. 이 경우, 도 3에서의 300으로 표시되는 전사층은 SU-8과 같은 접합물질이 도포된 플라스틱 기판으로 대체될 수 있다. Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 하부 운모기판(100)은 층상구조의 각 층은 박리된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 운모기판(100)의 박리는 물리적인 방식으로 수행되며, 이는 접착용 테이프(600)를 상기 운모기판(100)에 붙인 후, 이를 떼어내는 방식이었다. 특히 붙이고, 떼어내는 물리적 박리 공정을 복수 회 수행함에 따라 하부의 운모기판은 연속적으로 박리된다(도 6 및 7 참조). Referring to FIG. 6, each layer of the layered structure of the
이러한 운모기판(100)의 박리 공정이 연속적으로 수행됨에 따라 압전소자 하부의 운모기판이 모두 또는 일부 제거된다(도 8 참조). 여기에서 하부의 운모기판 제거는 소자 하부의 기판을 모두 제거하거나, 또는 플렉서블 특성을 가지는 수준의 두께로 운모 기판을 남기고, 나머지를 제거하는 공정을 모두 포함한다. 어떠한 경우라고 하여도, 운모기판 제거 후에도 소자(200) 상부에 접착된 전사층(500)에 의하여 상기 소자는 특별한 구조변형 없이 안정된 상태를 유지할 수 있다. 하지만, 별도의 전사층(500)을 사용하는 대신, 상기 압전소자 상부에 바로 플라스틱 기판을 접촉시켜, 접합시키는 경우, 하부 층상구조 기판의 물리적인 박리 방식의 제거에 따라, 바로 플라스틱 압전소자가 제조될 수 있다. As the peeling process of the
도 9를 참조하면, 압전소자가 하부에 접합된 상기 전사층(500)을 이용, 상기 압전소자를 플라스틱 기판(800)에 전사시키는데, 상기 플라스틱 기판(800) 상에는 접착층(700)이 도포된 상태이다. Referring to FIG. 9, the piezoelectric element is transferred to the
도 10을 참조하면, 플라스틱 기판(800) 상에 도포된 접착층(700)과 압전소자의 하부전극(200) 사이의 접착력에 의하여, 상기 전사층(500)으로부터 압전소자는 용이하게 이탈되며, 이로서 플라스틱 기판(800) 상에 압전소자가 전사되어, 제조된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 접착층은 SU-8 수지이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. Referring to FIG. 10, the piezoelectric element is easily separated from the
본 발명의 또 다른 일 실시예는 실리콘 기판을 희생기판으로 사용하며, 상술한 실시예와는 달리 습식 식각의 방식으로 하부 희생기판을 제거한다. Another embodiment of the present invention uses a silicon substrate as a sacrificial substrate, and unlike the above-described embodiment, the lower sacrificial substrate is removed by a wet etching method.
도 11 내지 18은 실리콘 기판을 희생기판으로 사용하여, 압전소자를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다.11 to 18 illustrate a method of manufacturing a piezoelectric element using a silicon substrate as a sacrificial substrate.
도 11 및 12를 참조하면, 실리콘 기판(101) 및 상기 실리콘 기판(101) 상에 구비된 실리콘 산화물층(201)이 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 실리콘 산화물층(201)은 실리콘 기판(101)을 제거하기 위한 식각공정에서 식각멈춤층으로 기능하며, 상부에 구비되는 압전소자를 식각액으로부터 보호한다.11 and 12, a
도 13을 참조하면, 상기 실리콘 산화물층(201) 상에 압전소자(301)가 제조된다. 본 발명에서 상기 압전소자 제조단계는 도 2 내지 4에서 설명한 바와 동일하며, 상부전극 형성 후 진행되는 열처리-폴링 공정 등도 동일하다. Referring to FIG. 13, a
도 14를 참조하면, 상기 압전소자(301)가 제조된 실리콘 산화물층(201)으로 접착층(401)이 도포된다. 이때 상기 접착층(401)은 열경화성 수지인 에폭시 수지가 사용될 수 있으며, 상기 접착층(401)은 압전소자(301)를 충분히 덮을 수 있는 높이로 도포된다. Referring to FIG. 14, an
도 15를 참조하면, 상기 접착층(401) 위로 또 다른 실리콘 기판(111)이 적층되며, 이로써 하부의 압전소자(301)은 하부 실리콘 기판(101)과 상부 실리콘 기판(111) 사이에 끼워진 상태로 고정된다. 이때 상기 상부 실리콘 기판(111)은 하부 실리콘 기판(101)과 구분되며, 이하 하부 실리콘 기판(101)은 제 1 실리콘 기판, 상부 실리콘 기판(111)은 제 2 실리콘 기판이라 지칭한다. 상술한 바와 같이 제 2 실리콘 기판(111)은 압전소자(301)과 물리적으로 접합되며, 하부 기판(101)의 제거에 따라 발생하는 박막 형태의 압전소자 (301)의 물리적 변형을 방지한다. Referring to FIG. 15, another
본 발명의 일 실시예에서는 열판(heating plate) 위에서 약간 굳힌 접합층(401) 위로 상기 실리콘 기판(111)을 얹어 완전히 굳히는 방식을 취하였다. In an embodiment of the present invention, the
도 16을 참조하면, 압전소자(301) 하부의 제 1 실리콘 기판(101)은 제거되는데, 본 발명의 일 실시예에서 상기 하부 실리콘 기판(101) 제거는 습식식각 방식으로 수행되었다. 상기 습식식각에 의하여 전지가 구비되는 하부 기판은 제 1 실리콘 기판(101)이 아닌 실리콘 산화물층(201)이 된다. 이는 습식식각 공정에서의 실리콘 산화물층(201)의 느린 식각속도에 기인하며, 만약, 실리콘 산화물층(201)이 없는 경우, 압전소자(301)는 바로 식각액에 노출되는 문제가 발생한다. Referring to FIG. 16, the
더 나아가, 본 발명의 일 실시예는 실리콘 산화물층(201)만으로 전지층 하부기판을 구성하는 경우, 식각액이 압전소자 사이로 침투할 수 있다는 문제를 방지하기 위하여, 하부의 제 1 실리콘 기판(101)을 기판 바깥쪽으로 일부 남기는 방식을 취하였다. 즉, 습식식각의 경우, 식각액(예를 들어, KOH, 테트라메틸암모늄히드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide (TMAH)) 등)이 실리콘 산화물층(201)과 압전소자(301) 사이로 스며들어 가는 문제가 발생할 수 없으므로, 소정 높이로 제 1 실리콘 기판(101)을 기판 주변부에 남겨 식각액이 기판 측면으로 넘어가지 못하도록 하였다. 하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 적어도 압전소자(301) 영역의 하부 실리콘 기판(101)이 식각 공정을 통하여 제거되는 한, 이는 모두 본 발명의 범위에 속한다. Furthermore, in an embodiment of the present invention, when the lower layer of the battery layer is formed of only the
도 17 및 18을 참조하면, 상기 제 2 실리콘 기판과 결합할 수 있는 전사층(미도시)을 이용, 상기 압전소자를 에폭시나 SU-8과 같은 접착층(501)이 상부에 도포된 플라스틱 기판을 전사하고, 도 18을 참조하면, 상기 에폭시 등의 접착층을 소정의 유기용매(예를 들면 아세톤)에 녹임으로써 상기 상부의 제 2 실리콘 기판을 제거, 압전소자를 외부로 노출시킨다. 17 and 18, using a transfer layer (not shown) that can be combined with the second silicon substrate, the piezoelectric element is a plastic substrate coated with an
본 발명의 범위는 상기 소자의 종류, 물질의 종류에 제한되거나, 한정되지 않으며, 실리콘 기판에서 반도체 공정에 의하여 제조되는 임의의 모든 소자가 본 발명의 범위에 속하며, 본 발명은 상기 실시예에 의하여 그 범위가 제한되거나 한정되지 않는다.The scope of the present invention is not limited to or limited to the type of the device, the type of material, any device manufactured by a semiconductor process in a silicon substrate is within the scope of the present invention, the present invention by the above embodiment The range is not limited or limited.
Claims (16)
층상구조로 이루어진 희생기판상에 압전소자를 제조하는 단계;
상기 희생기판의 층을 순차적으로 기계적인 방식으로 박리시키는 단계; 및
상기 압전소자를 플라스틱 기판으로 옮기는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 압전소자를 상기 플라스틱 기판으로 옮기는 단계는,
상기 희생기판의 층을 기계적인 방식으로 순차적으로 박리시키는 단계 이전, 상기 압전소자의 상부에 전사기판을 접합시키는 단계;
상기 희생기판의 층을 순차적으로 기계적인 방식으로 박리시키는 단계 이후, 상기 전사기판에 접합된 압전소자를 상기 플라스틱 기판으로 옮기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법.A piezoelectric element manufacturing method manufactured on a plastic substrate, the method
Manufacturing a piezoelectric element on a sacrificial substrate having a layered structure;
Stripping the layers of the sacrificial substrate sequentially in a mechanical manner; And
Moving the piezoelectric element to a plastic substrate, wherein transferring the piezoelectric element to the plastic substrate,
Bonding the transfer substrate to the upper portion of the piezoelectric element before the step of sequentially peeling off the layer of the sacrificial substrate in a mechanical manner;
And subsequently peeling the layer of the sacrificial substrate in a mechanical manner sequentially, transferring the piezoelectric elements bonded to the transfer substrate to the plastic substrate.
층상구조로 이루어진 상기 희생기판은 운모기판인 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법.The method of claim 1,
The sacrificial substrate made of a layered structure is a piezoelectric element, characterized in that the mica substrate.
상기 기계적인 방식은 접착용 테이프를 상기 운모기판에 붙인 후, 떼어내는 방식인 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법. The method of claim 3, wherein
The mechanical method is a piezoelectric element manufacturing method characterized in that the adhesive tape is attached to the mica substrate, and then peeled off.
접착용 테이프를 상기 운모기판에 붙인 후, 떼어내는 상기 방식은 복수 회 수행되는 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법. 6. The method of claim 5,
After attaching the adhesive tape to the mica substrate, the method of removing the piezoelectric element characterized in that it is performed a plurality of times.
상기 압전소자는 순차적으로 적층된 하부전극-압전물질층-상부전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법. The method of claim 1,
The piezoelectric element is a piezoelectric element manufacturing method characterized in that consisting of the lower electrode-piezoelectric material layer-upper electrode sequentially stacked.
상기 압전소자는 박막을 이루는 것을 특징으로 하는 압전소자 제조방법.
8. The method of claim 7,
The piezoelectric element is a piezoelectric element manufacturing method characterized in that a thin film.
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