KR101669537B1 - A flexible temperature sensor and a method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
잉크젯 프린팅 기법으로 제조되는 플렉서블 온도센서 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 플렉서블 온도센서 제조방법은, a) 유연성을 갖는 기판을 준비하는 단계; b) 잉크젯 프린팅 방법으로 전도성 잉크를 분사하여 상기 기판 위에 설정된 모양으로 전극을 인쇄하는 단계; 및 c) 상기 전극 양측에 Ag 패드를 형성하는 단계를 포함한다. A flexible temperature sensor manufactured by an ink-jet printing technique and a manufacturing method thereof are disclosed. A method of manufacturing a flexible temperature sensor according to the present invention comprises the steps of: a) preparing a substrate having flexibility; b) printing an electrode on the substrate by spraying a conductive ink using an inkjet printing method; And c) forming Ag pads on both sides of the electrode.
Description
본 발명은 플렉서블 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 잉크젯 프린팅 기법을 이용하여 제조공정이 간단하고, 공정비용과 시간을 절감할 수 있는 플렉서블 온도 센서 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제작된 플렉서블 온도 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a flexible temperature sensor and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a flexible temperature sensor manufacturing method which is simple in manufacturing process and can reduce a process cost and time by using an ink-jet printing technique, and a flexible temperature sensor manufactured by such a method.
온도를 측정하기 위한 종래의 온도센서로는 열전대(thermocouple wire), 다이오드 센서, 저항온도검출기(resistance temperature detector)등을 들 수 있다. 이 중 가장 일반적으로 사용되는 열전대를 이용한 온도 센서는 2종의 다른 금속으로 폐회로를 구성한 후, 폐회로의 2종 금속이 접촉하여 형성된 2개의 접점 중 한쪽 접점을 고온에 연결하고, 다른 쪽 접점을 저온에 연결하면 폐회로를 구성하는 금속의 종류와 두 접점에서의 온도차에 따라 기전력이 발생하는 제베크 효과를 이용한 온도센서이다. 그러나, 이러한 열전대 온도센서는 수십마이크로 크기의 미소영역 온도 측정이 어렵다는 단점이 있다, 또한, 온도 측정 대상과 접점을 직접 접속시켜야 하므로, 온도 측정 대상의 형상에 따라 정확한 온도 측정이 힘들다는 단점 또한 존재한다. 다이오드를 이용한 온도센서는 센서에 전압 인가시 온도에 따라 센서에 흐르는 전류의 크기가 가변하는 성질을 이용한 온도 센서이며, 저항온도검출기는 온도에 따라 저항이 달라지는 특성을 이용한 온도 센서이다. 상술한 다이오드 센서 또는 저항 온도검출기가 열전대와는 달리 반도체 공정을 이용하여 제작되어 미소영역의 온도를 측정 할 수 있는 장점을 갖지만, 그 제작공정이 매우 복잡하며 수많은 단계의 공정을 요구하기 때문에 시간과 비용의 소모가 큰 단점이 있다. 또한, 온도 측정 대상의 표면 온도 측정시, 측정 대상의 형상에 따라 온도 센서를 특수 제작해야 하는 단점이 있다.Conventional temperature sensors for measuring temperature include thermocouple wires, diode sensors, and resistance temperature detectors. The temperature sensor using the most commonly used thermocouple is composed of two different metals, and a closed circuit is formed. Then, one of the two contacts formed by the contact of the two kinds of metal of the closed circuit is connected to the high temperature, Is a temperature sensor using the Seebeck effect in which an electromotive force is generated depending on the kind of metal constituting the closed circuit and the temperature difference between the two contacts. However, such a thermocouple temperature sensor has a disadvantage in that it is difficult to measure a minute area temperature of several tens of micrometers. Also, since a temperature measurement object and a contact point must be directly connected, there is also a disadvantage that accurate temperature measurement is difficult according to the shape of a temperature measurement object do. A temperature sensor using a diode is a temperature sensor using a property that a magnitude of a current flowing in the sensor varies depending on a temperature when a voltage is applied to the sensor. The resistance temperature detector is a temperature sensor using a characteristic that resistance varies with temperature. Unlike a thermocouple, the diode sensor or the resistance temperature detector described above is fabricated by using a semiconductor process and can measure the temperature of a minute domain. However, since the fabrication process is very complicated and requires numerous steps, There is a drawback that the cost is wasted. Further, when measuring the surface temperature of a temperature measurement object, there is a disadvantage that a temperature sensor must be specially manufactured according to the shape of the measurement object.
센서를 제작하는 방법과 관련하여서는, 기존에는 포토리소그래피 기술이 사용되고 있다. 포토리소그래피 기술의 경우, 현상, 에칭 등의 공정을 요하므로 공정 중에 기판 또는 재료의 특성이 열화되는 등 화학적인 영향을 받게 되는 단점이 있다. 반면, 잉크젯 프린팅 기술은 공정이 간단하고 설비 비용, 제조 비용을 낮출 수 있으며 재료를 원하는 패턴 위치에 퇴적시켜 원칙적으로 재료의 손실이 없어 원료의 낭비가 없고, 친환경적이라는 장점이 있다. 또한, 포토리소그래피와 같이 현상, 에칭 등의 공정이 필요없기 때문에 기판 또는 재료가 화학적 영향을 받지 않고, 비접촉식 인쇄 방식이어서 접촉에 의한 디바이스 손상이 없으며 요철이 있는 기판으로의 패터닝도 가능하다는 이점이 있다.
With respect to a method of manufacturing a sensor, a photolithography technique has been used in the past. In the case of the photolithography technique, a process such as development, etching, and the like is required, which is disadvantageous in that the characteristics of the substrate or the material are deteriorated during the process, thereby being chemically affected. On the other hand, the inkjet printing technique has advantages such that the process is simple, the equipment cost and the manufacturing cost can be lowered, and the material is deposited at a desired pattern position, in principle, there is no loss of material and there is no waste of raw material and is environmentally friendly. Further, since processes such as development and etching as in photolithography are not necessary, the substrate or the material is not affected by the chemical, and there is no device damage due to contact due to the non-contact type printing method, and patterning to a substrate having irregularities is also possible .
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 잉크젯 프린팅 기법을 이용하여 제조공정이 간단하고, 공정비용과 시간을 절감할 수 있는 플렉서블 온도 센서 제조방법을 제공하고자 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention provides a flexible temperature sensor manufacturing method using an ink-jet printing technique, which can simplify a manufacturing process and reduce a process cost and a time.
또한, 본 발명은 간단한 공정으로 플렉서블 온도 센서의 경량화, 간편화를 실현할 수 있으며, 다양한 형상의 패턴에 대하여 유연한 대응이 가능한 플렉서블 온도 센서 제조방법을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flexible temperature sensor capable of realizing a light weight and simplification of a flexible temperature sensor in a simple process and flexibly coping with various patterns.
또한, 본 발명은 잉크젯 프린팅 기법으로 제작되어 접촉에 의한 디바이스 손상이 없으며 가볍고 유연성 기판에의 적용이 가능한 플렉서블 온도 센서를 제공하고자 한다.
The present invention also provides a flexible temperature sensor which is manufactured by an ink-jet printing technique and is free from device damage due to contact and is applicable to a light and flexible substrate.
상기와 같은 과제를 해결하고자 본 발명의 일 실시형태에 따른 플렉서블 온도센서 제조방법은, a) 유연성을 갖는 기판을 준비하는 단계; b) 잉크젯 프린팅 방법으로 전도성 잉크를 분사하여 상기 기판 위에 설정된 모양으로 전극을 인쇄하는 단계; 및 c) 상기 전극 양측에 금속 패드를 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a flexible temperature sensor manufacturing method comprising the steps of: a) preparing a substrate having flexibility; b) printing an electrode on the substrate by spraying a conductive ink using an inkjet printing method; And c) forming metal pads on both sides of the electrode.
실시 예에 있어서, 상기 플렉서블 온도센서 제조방법은, d) 상기 전극 양측에 형성되는 상기 금속 패드 상부에 열용융형 접착수지를 접착하여 열처리하는 캡슐화 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the flexible temperature sensor manufacturing method may further include an encapsulation step of d) attaching a thermally fusible adhesive resin to the upper portion of the metal pad formed on both sides of the electrode, and performing heat treatment.
실시 예에 있어서, 상기 잉크는 P형 전도성 고분자 물질일 수 있다. In an embodiment, the ink may be a P-type conductive polymer material.
실시 예에 있어서, 상기 잉크가 인쇄되는 상기 설정된 패턴은 직렬 구조, 메시(mesh) 구조, 및 병렬 구조를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.In an embodiment, the set pattern in which the ink is printed may be any one selected from the group consisting of a series structure, a mesh structure, and a parallel structure.
실시 예에 있어서, 상기 금속 패드는 Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni, 및 Pb 를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. In an embodiment, the metal pad may be made of any one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni, and Pb.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플렉서블 온도 센서는, 유연성을 갖는 기판; 상기 기판 위에 형성되되, 잉크젯 프린팅을 이용하여 전도성 잉크를 설정된 모양으로 형성한 전극; 및 상기 전극 양측에 형성되는 금속 패드를 포함한다. A flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention includes: a substrate having flexibility; An electrode formed on the substrate, the conductive ink being formed into a predetermined shape using inkjet printing; And metal pads formed on both sides of the electrode.
실시 예에 있어서, 상기 플렉서블 온도 센서는 상기 전극 양측에 형성되는 상기 금속 패드 상부에 접착되는 열용융형 접착수지를 더 포함할 수 있다.
In one embodiment, the flexible temperature sensor may further include a thermally fusible adhesive resin bonded to the upper portion of the metal pad formed on both sides of the electrode.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 간단한 제조공정으로 플렉서블 온도 센서를 제조할 수 있다. According to the present invention as described above, a flexible temperature sensor can be manufactured by a simple manufacturing process.
또한, 본 발명에 따르면 온도 센서 제작에 필요한 공정비용과 시간을 절감할 수 있으며, 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 접속에 의한 디바이스 손상이 없고 다양한 형상의 패턴에 대해 유연한 대응이 가능한 플렉서블 온도 센서 제조 방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, there is provided a flexible temperature sensor manufacturing method capable of reducing the process cost and time required for manufacturing a temperature sensor, and capable of flexibly coping with patterns of various shapes without damaging the device by connection using inkjet printing technology .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서 제조방법의 순서도이다.
도 2(a)및 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서의 평면도 및 정면도이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 여러 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서의 전극 패턴의 모식도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서의 온도 특성 그래프이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서의 습도 특성 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서의 단면도이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
2 (a) and 2 (b) are a plan view and a front view of a flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
3 (a) to 3 (c) are schematic views of an electrode pattern of a flexible temperature sensor according to various embodiments of the present invention.
4 (a) to 4 (c) are graphs of temperature characteristics of the flexible temperature sensor according to the present invention.
5 (a) to 5 (c) are graphs of humidity characteristics of the flexible temperature sensor according to the present invention.
6 is a cross-sectional view of a flexible temperature sensor according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서 제조방법은 절연 물질인 유연성(flexible) 기판에 잉크젯 프린팅 기법을 이용하여 온도 센서를 제조하는 데 특징이 있다. 부연설명하면, 잉크젯 프린팅 공정 기술은 헤드로부터 미세 잉크방울(수십 um)을 원하는 위치에 기판의 손상없이 패턴을 형성할 수 있는 비접촉식 공정 방식으로, 재료의 낭비를 줄일 수 있는 직접 패터닝 방식이다. 잉크젯 프린팅 기술은 크게, 고전압을 걸어 싱글 노즐을 사용하여 고속으로 인쇄가 가능해 산업용으로 주로 사용되는 Continuous방식과 전기적 신호를 통해 필요한 시기에만 잉크를 토출시키는 Drop-on-demand(DOD)방식으로 나눌 수 있다. 이 중 전자 재료 프린팅에 주로 이용되는 DOD 방식은 잉크액적의 형성방식에 따라 헤드에서 열을 가해 순간적으로 잉크 속에 기포가 발생하면 그 압력으로 잉크가 토출되는 열전사(Thermal) 방식과 잉크가 노즐 안의 피에조(piezo)소자를 진동하면 피에조 소자가 잉크에 압력을 주어 노즐로 토출시키는 압전(Piezoelectric) 방식으로 나눌 수 있다. 열전사 방식은 헤드 비용이 저렴하고 막힐 염려가 없다는 장점이 있지만, 열이 가해지기 때문에 헤드의 내구수명이 짧고 사용가능한 잉크가 한정된다는 단점이 있다. 반면, 압전 방식은 잉크에 열을 가하지 않기 때문에 헤드의 수명이 길고, 사용가능한 잉크의 선택폭이 넓다는 장점이 있다. 이하의 본 발명의 실시예에서는 DOD 방식 중 압전 방식에 따라 프린팅하는 예에 대해 설명한다.
1 is a flowchart showing a method of manufacturing a flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method of manufacturing a flexible temperature sensor according to the present invention is characterized in manufacturing a temperature sensor using an ink-jet printing technique on a flexible substrate which is an insulating material. In other words, the ink-jet printing process is a non-contact type process method in which fine ink droplets (several tens of μm) are formed from a head at a desired position without damaging the substrate, and is a direct patterning method in which waste of material can be reduced. Ink-jet printing technology can be divided into Continuous method, which is mainly used for industrial purposes, and Drop-on-demand (DOD) method, which discharges ink only at necessary time, because it can print at high speed using a single nozzle by applying a high voltage have. Among them, the DOD method, which is mainly used for printing electronic materials, is a thermal method in which ink is ejected by the pressure when bubbles are instantly generated in the ink by applying heat to the ink according to the formation method of the ink droplet, When a piezo element is vibrated, it can be divided into a piezoelectric method in which a piezo element is ejected to a nozzle by applying pressure to the ink. The thermal transfer method is advantageous in that the cost of the head is low and there is no fear of clogging. However, since the heat is applied, the life of the head is short and the usable ink is limited. On the other hand, the piezoelectric type has an advantage that the lifetime of the head is long and the usable ink selection width is wide because heat is not applied to the ink. In the following embodiments of the present invention, an example of printing in accordance with the piezo-electric method of the DOD method will be described.
도 1을 참조하면, 우선, 유연성을 갖는 기판을 준비한다.(S10) 유연성 기판은 절연 물질인 유연성 박막(薄膜) 또는 후막(厚膜)일 수 있다. 기판의 재질은 세라믹에서 실리콘, 켑톤, 폴리이미드 또는 OHP 등 유연성이 가미되는 것이 바람직하고, 절연성이 충분한 소재로 구성할 수 있다. 상기 유연성 기판은 절연성 물질로 구성되어 임의의 형상으로 휘어지고, 굴곡짐이 가능한 모든 기판이 사용가능하나, 접합력(adhesion) 측면에서 PVC계열과 같은 고분자 박막 기판인 것이 바람직하다. 1, a flexible substrate is prepared. (S10) The flexible substrate may be a flexible thin film or a thick film which is an insulating material. The material of the substrate is preferably a material having flexibility such as silicon, phthalocyanine, polyimide or OHP in a ceramic, and it can be made of a material having sufficient insulation. The flexible substrate may be any substrate capable of flexing and bending in an arbitrary shape and made of an insulating material, but it is preferably a polymer thin film substrate such as a PVC series in terms of adhesion.
다음으로, 기판 위에 잉크젯 프린팅 방법으로 전도성 잉크를 분사하여 설정된 모양으로 전극을 인쇄한다.(S20) 전극이 인쇄되는 패턴과 관련하여서는 도 3과 관련하여 후술하기로 한다. 전도성 잉크는 P형 전도성 고분자 물질일 수 있으며, PEDOT/PSS [Poly(ethylenedioxythiophene) doped with Poly(styrene sulfonic acid)]와 Polyfluorene을 이용한 전도성 고분자 잉크 또는 Water-dispersible PANI-poly(4-styrenesulfonate) (PSS) 나노입자를 포함하는 전도성 고분자 잉크일 수 있다. 또한, 전도성 잉크는 투명 전도성 잉크일 수도 있다.Next, the conductive ink is sprayed onto the substrate by an ink-jet printing method to print the electrodes in a predetermined shape. (S20) The pattern in which the electrodes are printed will be described later with reference to FIG. The conductive ink may be a P-type conductive polymer, and may be a conductive polymer ink using PEDOT / PSS [poly (ethylenedioxythiophene) doped with poly (styrene sulfonic acid)] and polyfluorene, or a water-dispersible PANI-poly (4-styrenesulfonate) ) Nanoparticles. ≪ / RTI > The conductive ink may also be a transparent conductive ink.
전도성 잉크로 전극을 형성한 후, 전극 양측에 금속 패드를 형성(S30)함으로써 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서를 제조할 수 있다. 금속 패드를 형성하는 재료로서, Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni, 및 Pb 를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속을 사용할 수 있다. After the electrodes are formed with the conductive ink, metal pads are formed on both sides of the electrodes (S30), whereby the flexible temperature sensor according to the present invention can be manufactured. As the material for forming the metal pad, any metal selected from the group including Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni and Pb can be used.
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서 제조방법은 캡슐화(Encapsulation)단계를 더 포함할 수 있다. 캡슐화 단계는 금속 패드 형성 단계(S30) 이후에 수행될 수 있으며, 이하 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Meanwhile, although not shown, the method for manufacturing a flexible temperature sensor according to the present invention may further include an encapsulation step. The encapsulation step may be performed after the metal pad forming step S30, and will be described in detail with reference to FIG.
또한, 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서 제조방법은 전처리 공정과 후처리 공정을 더 포함할 수 있다. 전처리 공정 및 후처리 공정은 잉크젯 프린팅 결과를 향상시켜주기 위한 작업으로서, 전처리 공정은 예를 들어, 기판 준비 단계(S10)와 전극 인쇄 단계(S20) 사이에 추가될 수 있다. 전처리 공정 기술은 잉크 방울의 퍼짐을 조절하기 위하여 기판 표면 에너지를 조절하여 주는 것으로서, 플라즈마 처리를 하여 친수성 또는 소수성 특성을 향상시킬 수 있다. 잉크젯 기술로 원하는 폭을 갖는 선을 형성시키기 위해서는 최대한 퍼짐을 방지해야만 하며, 이를 위해 전처리 공정으로서 기판 표면을 코팅하거나 플라즈마로 처리하여 소수성으로 만들어 줄 수 있다. 한편, 후처리 공정은 소결처리(sintering)와 같은 드라잉(drying) 공정이 될 수 있으며, 전극 인쇄 단계(S20)와 금속 패드 형성단계(S30) 사이에 추가될 수 있다.
Further, although not shown, the method for manufacturing a flexible temperature sensor according to the present invention may further include a pre-treatment process and a post-treatment process. The preprocessing step and the post-processing step are operations for improving the inkjet printing result, and the preprocessing step may be added, for example, between the substrate preparation step (S10) and the electrode printing step (S20). The pretreatment process technique adjusts the energy of the substrate surface to control the spread of the ink droplets, and the hydrophilic or hydrophobic characteristics can be improved by plasma treatment. In order to form a line having a desired width by inkjet technology, it is necessary to prevent spreading to the maximum extent. For this purpose, the surface of the substrate may be coated or plasma treated to make it hydrophobic. Meanwhile, the post-treatment process may be a drying process such as sintering, and may be added between the electrode printing step S20 and the metal pad forming step S30.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서(100)의 구성도이다. 도 2(a)는 플렉서블 온도 센서(100)의 평면도이고, 도 2(b)는 플렉서블 온도 센서(100)의 정면도이다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서(100)는 기판(110), 전극(120), 및 금속 패드(130)를 포함하여 이루어진다. 기판(110)은 도 1 과 관련하여 상술한 바와 같이, 절연 물질인 유연성을 갖는 기판일 수 있으며, 전극(120)은 전도성 잉크를 잉크젯 프린팅 기법으로 토출시켜 패터닝할 수 있다. 전극(120) 패턴에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다. 금속 패드(130)는 전극(120)의 양측의 단부의 각각을 덮어 전극(120)에 연결되도록 기판(110) 상에 형성된다. 2 is a configuration diagram of a
도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서(100)의 전극(120) 패턴의 실시예도이다. 본 실시예에서 프린팅 조건은 50um크기의 노즐을 사용하여 -16V(600Hz)의 인가전압으로 2m/s의 속도로 분사하였으며, 액적의 분사 간격(Drop space)은 40um로 설정하였다. 또한, 전도성 잉크는 에틸렌글리콜과 DI water로 희석하여 PEDOT:PSS 잉크 점도를 맞추었다. 다만, 이러한 설정 조건은 일 실시예에 불과하므로, 프린팅 조건은 설계 목적 등에 따라 변경될 수 있음은 자명하며, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 자명하다. Figure 3 is an embodiment of a pattern of
구체적으로 전극 패턴(120)은, 도 3(a)의 직렬 구조 또는 도 3(b)의 메쉬 구조 또는 도 3(c)의 병렬 구조일 수 있다. 본 명세서에서는 도 3(a)에 도시된 사각형 펄스 구조를 직렬 구조로 정의한다. 이 때, 펄스 폭은 Wa, 펄스 높이는 ha, 펄스를 이루는 잉크의 두께는 Ta로 설정할 수 있으며, 예를 들어, Wa=0.3mm, ha=10mm, Ta=0.06mm 로 수치를 설정할 수 있다. 다만 이러한 수치는 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 자명하다. 도 3(b)를 참조하면 메쉬 구조가 도시되어 있다. 메쉬 구조는 가로 방향의 복수 개의 스트링과 세로 방향의 복수 개의 스트링으로 이루어질 수 있다. 이 때, 세로 방향의 스트링 길이(hb)는 40mm이고, 행 및 열 방향으로 배열되는 스트링 간의 폭(Wb)는 각각 0.3mm이고, 스트링의 두께(Tb)는 0.06mm일 수 있으나, 이러한 수치 또한 설계 목적 등에 따라 변경될 수 있음은 자명하다. 또한, 도 3(c)를 참조하면 병렬 구조가 도시되어 있다. 병렬 구조는 가로 방향의 복수 개의 스트링으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 각 스트링의 길이(l)는 10mm이고, 최상위 스트링과 최하위 스트링 사이의 높이(hc)는 2mm이고, 스트링 간의 폭(Wc)는 0.3mm이고, 스트링의 두께(Tc)는 0.06mm일 수 있다.
Specifically, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서의 온도 특성을 나타내는 그래프이다. 온도 측정 방법은, 항온항습기를 이용하여 -50 ~ -80℃ 의 온도 범위 내에서 온도를 높여가며 본 발명에 따른 온도 센서의 저항변화를 디지털 멀티미터로 측정하였다. 도 4(a)는 도 3(a)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이고, 도 4(b)는 도 3(b)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이고, 도 4(c)는 도 3(c)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이다. 도 4(a) 내지 도 4(c)에서 확인되는 바와 같이, 모든 온도 센서에서 온도가 증가할수록 전체 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 4 is a graph illustrating temperature characteristics of a flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention. The temperature was measured with a digital multimeter by changing the resistance of the temperature sensor according to the present invention while increasing the temperature within a temperature range of -50 to -80 占 폚 using a thermo-hygrostat. FIG. 4A is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3A, FIG. 4B is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3B, Is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3 (c). As can be seen from Figs. 4 (a) to 4 (c), it can be seen that the total resistance decreases as the temperature increases in all the temperature sensors.
구체적으로 도 4(a)를 참조하면, 직렬 구조의 센서는 3.60~2.19㏁의 범위 안에서 1.4㏀/℃의 감도로 96.9 %의 선형성을 가지며 감소했고, 메시 구조의 센서는 9.87~6.11㏀의 범위 안에서 29Ω/℃의 감도로 99.2 %의 선형성을 가지며 감소했고, 병렬 구조의 센서는 1.22~1.04㏀의 범위 안에서 1.4Ω/℃의 감도로 98.7 %의 선형성을 가지며 감소했다. 외인성 반도체는 진성 반도체와 달리 금지대에 전자가 허용되는 에너지 준위가 존재한다. 이로 인해 불순물 에너지 준위와 전도대 또는 가전자대 사이에서 전자의 이동이 원활해진다. p형 반도체의 경우 아래의 수학식 1 에서와 같은 페르미 에너지 준위를 가지므로 가전자대에 가깝게 불순물 에너지 준위가 형성된다.Specifically, referring to FIG. 4 (a), the sensor of the series structure has a linearity of 96.9% with a sensitivity of 1.4 k OMEGA / DEG C within a range of 3.60 SIMILAR 2.19 M OMEGA, and the sensor of the mesh structure has a range of 9.87 SIMILAR 6.11 k? With a sensitivity of 29 Ω / ° C with a linearity of 99.2%, and the parallel-type sensor has a linearity of 98.7% with a sensitivity of 1.4 Ω / ° C within the range of 1.22 to 1.04 kΩ. Unlike intrinsic semiconductors, extrinsic semiconductors have energy levels that allow electrons to pass through the forbidden band. As a result, electrons move smoothly between the impurity energy level and the conduction band or valence band. In the case of the p-type semiconductor, the impurity energy level is formed close to the valence band since it has the Fermi energy level as shown in the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
외부로부터 에너지가 가해지면 가전자대의 전자가 여기되어 이에 상응하는 정공이 가전자대에 형성됨으로 인해 전기전도가 증가한다. 하기의 표 1은 각 구조로 제작된 플렉서블 온도센서의 온도에 따른 특성을 요약한 것이다. When energy is applied from the outside, the electrons of the valence band are excited, and corresponding holes are formed in the valence band to increase the electric conduction. Table 1 below summarizes the temperature-dependent characteristics of the flexible temperature sensor fabricated with each structure.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 온도 센서의 습도 특성을 나타내는 그래프이다. 측정 방법은, 항온항습기를 이용하여 20℃의 온도를 유지하며 30~85 %rH 습도범위 내에서 1 %RH씩 변화를 주며 제작된 직렬, 메시 구조 센서의 저항변화를 디지털 멀티미터(Agilent-USA)로 측정하였다. 도 5(a)는 도 3(a)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이고, 도 5(b)는 도 3(b)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이고, 도 5(c)는 도 3(c)의 실시예에 따른 온도 센서의 특성 그래프이다. 5 (a) to 5 (c) are graphs showing humidity characteristics of the flexible temperature sensor according to an embodiment of the present invention. As a measurement method, The resistance change of the fabricated serial mesh structure sensor was measured with a digital multimeter (Agilent-USA) while maintaining the temperature at 20 ° C using a thermo-hygrostat with a change of 1% RH within a humidity range of 30 to 85% . 5 (a) is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3 (a), FIG. 5 (b) is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3 Is a characteristic graph of the temperature sensor according to the embodiment of FIG. 3 (c).
구체적으로, 도 5(a)를 참조하면, 직렬 구조의 온도 센서는 습도가 증가할수록(30~80 %rH) 1.09~1.12 MΩ의 범위 안에서 0.4 kΩ/℃의 감도로 96.8 %의 선형성을 가지며 감소했으며, 도 5(b)를 참조하면, 메시 구조는 4.52~4.67 kΩ의 범위 안에서 2.7 Ω/℃의 감도로 93.9 %의 선형성을 가지며 감소했으며, 도 5(c)를 참조하면, 병렬 구조는 1.06~1.24kΩ의 범위 안에서 3Ω/℃의 감도로 99.3%의 선형성을 가지며 감소했다. 이는 고분자 층에서 물 분자의 흡착으로 인해 polythiophene계 전계 효과 트랜지스터 소자 특성에 큰 영향을 미친 것으로, 고분자의 표면이 물 분자와 접촉하면 상대적으로 큰 물 분자의 쌍극자 모멘트로 인한 전하의 밀도증가로 홀이 생성되기 때문이다. 하기의 표 2는 각 구조로 제작된 플렉서블 온도센서의 습도에 따른 특성을 요약한 것이다. 5 (a), the temperature sensor of the series structure has a linearity of 96.8% with a sensitivity of 0.4 kΩ / ° C in the range of 1.09 to 1.12 MΩ as the humidity increases (30 to 80% rH) Referring to FIG. 5 (b), the mesh structure has a linearity of 93.9% with a sensitivity of 2.7 Ω / ° C. in a range of 4.52 to 4.67 kΩ, and the linear structure is reduced to 1.06 Within the range of ~ 1.24 kΩ, the sensitivity was 3 Ω / ° C with a linearity of 99.3% and decreased. This is because the adsorption of water molecules in the polymer layer greatly influences the characteristics of the polythiophene field effect transistor device. When the surface of the polymer contacts with the water molecules, the charge density increases due to the relatively large dipole moments of water molecules, . Table 2 below summarizes the characteristics of the flexible temperature sensor fabricated with each structure according to the humidity.
한편, 본 발명에 따른 플렉서블 온도 센서의 사용 목적에 따라 습도에 따른 영향을 최소화하고자 하는 경우에는, 캡슐화 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 캡슐화 단계는 금속 패드 형성 단계(S30) 이후에 수행될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극(120)의 양측의 단부를 각각 덮도록 형성되는 금속 패드(130) 상부에 열용융형 접착수지(140)를 접착시키고 열처리하는 단계이다. 금속 패드(130)는 전극(120)의 양측의 단부의 각각을 덮어 전극(120)의 표면(121)보다 돌출되는 돌출부(135)를 구비한다. 열용융형 접착수지(140)의 가장자리가 돌출부(135)의 상부에 접착되므로, 열용융형 접착수지(140)의 전극(120)의 표면(121)을 향하는 면(141)이 전극(120)의 표면(121)으로부터 이격된다. 열용융형 접착수지(140)는 상온에서는 고체 상태의 열가소성수지이고, 고온에서 액상으로 피착제에 도포, 압착 후 냉각 고화되면서 접착력을 발휘하는 수지로서, 본 실험예에서는 Surlyn (Solaronix, SX 1170-25 Hot Melt)를 사용하였다. 열처리 환경으로는 120℃에서 3분간 열처리하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 열처리 온도 및 열처리 시간은 설계목적에 따라 임의로 설정할 수 있다.Meanwhile, if it is desired to minimize the effect of humidity according to the use purpose of the flexible temperature sensor according to the present invention, the flexible temperature sensor may further include an encapsulation step. As described above, the encapsulation step may be performed after the metal pad forming step S30. As shown in FIG. 6, the
상기와 같은 본 발명에 따르면, 잉크젯 프린팅 기법을 이용하여 제조공정이 간단하고, 공정비용과 시간을 절감할 수 있는 플렉서블 온도 센서 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제작된 플렉서블 온도 센서를 구현할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to realize a flexible temperature sensor manufacturing method which can simplify a manufacturing process, reduce a process cost and a time by using an ink-jet printing technique, and a flexible temperature sensor manufactured by such a method.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 플렉서블 온도 센서
110 : 기판
120 : 전극
130 : 금속 패드
140 : 열용융형 접착수지100: Flexible temperature sensor
110: substrate
120: Electrode
130: metal pad
140: Heat-melt type adhesive resin
Claims (7)
b) 잉크젯 프린팅 방법으로 전도성 잉크를 분사하여 상기 기판 위에 설정된 모양으로 전극을 인쇄하는 단계;
c) 상기 전극의 양측의 단부의 각각에 금속 패드를 형성하는 단계; 및
d) 상기 전극의 상기 단부의 각각에 형성되는 상기 금속 패드에 열용융형 접착수지를 접착하여 열처리하는 캡슐화 단계;를 포함하고,
상기 금속 패드는 상기 전극의 상기 단부의 각각을 덮어 상기 전극의 표면보다 돌출되는 돌출부를 구비하고, 상기 열용융형 접착수지의 상기 전극을 향하는 면이 상기 전극의 상기 표면으로부터 이격되도록 상기 열용융형 접착수지의 가장자리가 상기 금속 패드의 상기 돌출부에 접착되는 플렉서블 온도센서 제조방법.a) preparing a substrate having flexibility;
b) printing an electrode on the substrate by spraying a conductive ink using an inkjet printing method;
c) forming metal pads on each of the opposite ends of the electrode; And
and d) bonding the thermo-melt adhesive resin to the metal pads formed at the ends of the electrode, and thermally treating the metal pads,
Wherein the metal pad has protrusions that cover each of the ends of the electrode and protrude from the surface of the electrode, and the surface of the heat-meltable adhesive resin facing the electrode is spaced apart from the surface of the electrode, And an edge of the adhesive resin is adhered to the projecting portion of the metal pad.
상기 잉크는 P형 전도성 고분자 물질인 플렉서블 온도센서 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the ink is a P-type conductive polymer material.
상기 잉크가 인쇄되는 상기 설정된 모양은 직렬 구조, 메시(mesh) 구조, 및 병렬 구조를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나인 플렉서블 온도센서 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the predetermined shape in which the ink is printed is selected from the group consisting of a serial structure, a mesh structure, and a parallel structure.
상기 금속 패드는 Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni, 및 Pb 를 포함하는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속으로 이루어지는 플렉서블 온도센서 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the metal pad is made of any one selected from the group consisting of Ag, Au, Pt, Al, Zn, Fe, Cu, Sn, Ni and Pb.
상기 기판 위에 형성되되, 잉크젯 프린팅을 이용하여 전도성 잉크를 설정된 모양으로 인쇄한 전극;
상기 전극의 양측의 단부의 각각에 형성되며, 상기 전극의 상기 단부의 각각을 덮어 상기 전극의 표면보다 돌출되는 돌출부를 포함하는 금속 패드; 및
상기 전극을 향하는 면이 상기 전극의 상기 표면으로부터 이격되도록 가장자리가 상기 전극의 상기 금속 패드의 상기 돌출부에 접착되는 열용융형 접착수지;를 포함하는 플렉서블 온도센서.A flexible substrate;
An electrode formed on the substrate, the conductive ink being printed in a predetermined shape using inkjet printing;
A metal pad formed on each of opposite ends of the electrode, the metal pad including a protrusion that covers each of the ends of the electrode and protrudes from the surface of the electrode; And
And a thermally fusible adhesive resin whose edge is bonded to the protrusion of the metal pad of the electrode such that a surface facing the electrode is spaced from the surface of the electrode.
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