KR101878031B1 - 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조 - Google Patents

코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심봉(mandrel)에 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하고 이를 둘러싼 신축성 고분자 부를 형성한 후 상기 코일 형상의 배선에서 심봉을 빼내어 이루어지며, 본 발명에 따르면, 강도가 매우 약해 코일 형상으로 감아 유지할 수 없는 전도성 실을 심봉에 감아줌으로써, 코일 형상의 배선을 구비하는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 둘러싼 신축성 고분자 부를 형성한 후 심봉을 빼냄으로써, 심봉이 없는 상태에서도 상기 전도성 실의 배선코일 턴들 사이에 스며든 신축성 고분자 부에 의해 전도성 실의 코일 형상이 유지되게 된다. 또한 신축성 배선 구조에서 상기 코일 형상의 배선의 가운데에 심봉을 빼낸 공간이 구비됨에 따라 상기 코일 형상의 배선이 일직선으로 펴질 때까지 큰 인장변형률까지 신축변형이 가능하게 된다. 본 발명에 따르면, 신축성 배선 구조의 인장변형시 상기 배선의 코일 피치가 늘어나는 것이며 배선 코일을 구성하는 전도성 실에는 인장 응력이 가해지지 않아 손상을 받지 않기 때문에 장시간 반복 신축변형에 대해 우수한 신뢰성을 나타내게 된다.

Description

코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조{Method for manufacturing stretchable wiring structures consisting of coil-shaped conductors and stretchable wiring structures manufactured thereof}
본 발명은 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조에 관한 것으로, 스킨패치형 전자소자, 스마트 의류, 스마트 워치, 웨어러블 헬스 모니터 등에 사용하기 위한 신축성 회로기판 및 감지능력을 갖는 신축성 전자피부 등에 적용하기 위한 신축성 배선 구조로서 심봉(mandrel)에 전도성 실을 코일 형상으로 감아서 몰드 내에 배열하고 액상 신축성 고분자를 몰드 내에 주입하여 경화시킨 후 심봉을 빼내어 신축성 고분자부 내에 코일 형상의 배선을 구비시키는 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조에 관한 것이다.
전자 디바이스의 기술개발 동향은 딱딱한 기판에 전자부품들을 실장하던 초기 제품에서 굽힘이 가능한 유연 제품을 거쳐 궁극적으로는 형상 자유도를 현저히 향상시킬 수 있도록 탄성 신축변형이 가능한 신축성 배선 구조가 요구되는 제품들로 발전하고 있다. 신축성 배선 구조가 요구되는 제품들로는 외형 디자인이 자유로운 대면적 순응형 디스플레이, 구형 기판에 초평면(focal plane) 어레이가 구비되어 있는 전자 눈(electronic eye), 벤딩 엑츄에이터와 같이 삼차원 굴곡 표면을 갖는 전자소자, 헬스 모니터링용 임플란트 소자, 스마트 의류와 더불어 인공 센싱피부인 전자피부, 생의학 전극과 같은 의료 전자소자를 들 수 있다. 또한 신축성 배선 구조는 임의의 형태로 굴곡된 표면을 갖는 대면적 신축성 디스플레이나 로봇 팔의 조인트와 같이 움직이는 부위에도 사용이 필요불가결하기 때문에 향후 응용분야가 크게 확대될 것이다.
이들 신축성 전자소자나 전자피부와 같은 제품들은 기존 제품들과는 달리 사용중에 단순 굽힘뿐만 아니라 심한 신축 변형이 가해지게 된다. 따라서 이들 제품들을 구현하기 위해서는 휘어지는 유연성에 더하여 응력에 의해 심하게 인장 변형되더라도 전기적 기능이 유지되며 응력이 없어지면 원래 형태로 복원될 수 있는 신축성 회로기판이나 신축성 인공피부와 같은 신축성 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 개발이 요구되고 있다.
신축성 회로기판이나 신축성 전자피부에 적용하기 위한 신축성 배선 구조는 기본적으로 신축성 고분자부 내에 신축성 배선이 구비된 것으로, 외력에 의해 신축성 고분자 부의 변형이 발생함에 따라 이에 수반하여 신축성 배선이 변형되면서도 전기적 특성은 유지되어야 한다.
신축성 배선 구조의 신축성 고분자부는 일반적으로 실리콘(silicone) 계열의 PDMS(polydimethylsiloxane)을 사용하여 구비되고 있다. PDMS는 다른 고분자들에 비해 신축성이 우수하고, 열과 화학반응에 대해 안정적인 특성을 나타내며, 유전상수가 낮고 인체에 무해하여 신축성 고분자 부로 사용하기에 적합하다.
일반적으로 배선재료로 사용되는 구리(Cu)와 같은 금속들은 신축성 고분자와는 달리 탄성 신축성이 매우 낮기 때문에 이들을 사용하여 신축성 배선 구조의 배선을 구비하는데 많은 어려움이 있었다. 본 발명에 따른 신축성 배선 구조의 응용분야 중의 하나인 신축성 회로기판과 비교하면, 기존의 PCB 경성 회로기판이나 FPCB 연성 회로기판에서는 직선 형상으로 전기도금한 구리(Cu) 배선이 사용되고 있다. 그러나 구리와 같은 금속은 탄성변형률이 1% 미만이기 때문에 매우 작은 인장변형에 의해서도 배선에 균열들이 발생하여 저항이 크게 증가하며 심한 경우 구리 배선이 완전히 파단되어 신축성 배선으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 1과 같이 신축성 고분자 부(11)에 말굽 형상 또는 물결 모양의 구리 배선(12)을 구비한 신축성 회로기판(10)이 기존 기술에 의해 제안되었다. 그러나 구리와 같은 금속은 탄성변형률이 1% 이하로 신축성이 거의 없기 때문에 상기와 같이 말굽 형상 또는 물결 모양의 구조를 사용하여 신축성을 부여한 이들 구리 배선(12)들도 10% 정도의 변형률이 반복적으로 가해지면 응력집중 부위에서 파단이 발생하는 문제점이 있다.
또 다른 기존 기술에서는 도 2에서와 같이 탄소나노튜브나 금속 분말들을 액상 신축성 고분자와 혼합한 전도성 페이스트를 신축성 고분자 부(21)에 스크린 프린팅 한 후 상기 전도성 페이스트를 소결하여 형성한 신축성 후막배선(22)을 구비한 신축성 회로기판(20)이 제안되었다.
상기 기존 기술에 의한 신축성 후막 회로배선(22)에서 전기전도는 후막배선(22)내 탄소나노튜브간의 접촉이나 금속분말간의 접촉에 의해 이루어지며 고분자 부(11)와 후막배선(22)간의 결합은 후막배선(22) 내의 고분자에 의해 이루어진다.
그러나 상기 기존 기술에서는 후막배선(22) 형성용 전도성 페이스트를 제조시 액상 신축성 고분자의 점도가 높아 균질한 혼합이 이루어지기 어려운 문제점이 있다. 또한 연소온도가 300℃ 이하인 PDMS 신축성 고분자 부(21)에 스크린 프린팅한 상기 전도성 페이스트를 300℃ 이상의 온도에서 소결할 수 없기 때문에, 페이스트의 소결 후에도 다량의 용매와 바인더가 잔류하여 후막배선(22)의 비저항이 매우 커지는 문제가 있다.
이와 더불어 상기 기존 기술에서는 후막배선(22) 내에서 신축성 고분자가 탄소나노튜브나 금속분말들을 둘러싸고 있어 이들 사이의 접촉을 방해하기 때문에 후막배선(22)의 저항이 너무 높아 사용하기 어려운 문제점이 있다. 또한 신축성 기판(20)의 신축 변형률이 증가할수록 후막배선(22) 내의 탄소나노튜브들이나 금속분말들 사이의 접촉이 점점 떨어지게 되어 저항이 크게 증가하기 때문에 사용가능한 신축 변형률이 크게 제약을 받는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 기술에 의한 신축성 배선과 이를 구비한 신축성 배선 구조의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
기존 기술에 의해 말굽 형상의 금속배선(12)을 사용하거나 탄소나노튜브-금속분말-고분자 후막배선(22)을 사용하여 구비한 신축성 회로기판(10,20)과 같은 신축성 배선 구조에서는 금속박막 배선(12)이나 후막배선(22)들의 신축성이 탄성고분자인 신축성 고분자부(11,21)에 비해 현저히 떨어지기 때문에, 작은 신축변형률이 가해져도 상기 금속배선(12)이나 후막배선(22)에 균열이 심하게 발생하여 저항이 급격히 증가하거나 파단되어 신축성 배선으로 작용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 심봉(mandrel)에 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하고 이를 둘러싼 신축성 고분자 부를 형성한 후 상기 코일 형상의 배선에서 심봉을 빼내어 이루어져, 신축성 배선 구조의 인장변형시 상기 배선의 코일 피치가 늘어나는 것이며 배선 코일을 구성하는 전도성 실에는 인장 응력이 가해지지 않아 손상을 받지 않기 때문에 장시간 반복 신축변형에 대해 우수한 신뢰성을 나타내게 되는 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, (a) 심봉에 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 단계; (b) 심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 둘러싸는 신축성 고분자부를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 신축성 고분자부에 내재된 코일 형상의 배선에서 심봉을 빼내는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는, 심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 신축성 배선 구조 형성용 몰드 내에 배열하는 단계; 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드 내에 액상 신축성 고분자를 주입하는 단계; 및 상기 액상 신축성 고분자를 경화시켜 신축성 고분자부를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계 이후에, 심봉을 빼내면서 생긴 공간을 고분자로 메꾸는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계 이전에, 전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계 이전에, 전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 및 표면절연층을 형성한 적어도 둘 이상의 전도성 실들을 함께 꼬는 단계; 를 더 포함하며, 상기 (a) 단계에서, 꼬인 전도성 실을 심봉에 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계 이전에, 전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 및 표면절연층을 형성한 적어도 둘 이상의 전도성 실들을 나란히 배열하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 (a) 단계에서, 나란히 배열된 전도성 실들을 심봉에 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 심봉에 전도성 실을 감아 1차 코일 배선을 형성하는 단계; 상기 1차 코일 배선이 감긴 심봉에 1차 코일 배선을 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 2차 코일 배선을 형성하는 단계; 및 상기 1차 코일 배선의 일단과 2차 코일 배선의 일단을 서로 연결하여 한 선으로 만들고, 상기 1차 코일 배선의 타단과 2차 코일 배선의 타단을 서로 연결하여 한 선으로 만드는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 1차 코일 배선과 2차 코일 배선을 형성하는 전도성 실은 표면에 표면절연층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 심봉에 전도성 실을 감아 첫번째 코일 배선을 형성하는 단계; 다른 심봉에 상기 첫 번째 코일 배선을 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 두번째 코일 배선을 형성하는 단계; 및 상기 첫번째 코일 배선의 일단과 두번째 코일 배선의 일단을 서로 연결하여 한 선으로 만들고, 상기 첫번째 코일 배선의 타단과 두번째 코일 배선의 타단을 서로 연결하여 한 선으로 만드는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 심봉의 일부에 전도성 실을 감는 단계; 및 심봉의 다른 부위에 상기 일부에 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신축성 고분자부는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 실은 금속피복 유기섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 금속화합물 표층함유 섬유, 활성탄 섬유, 도전성수지 유기피복 섬유, 유기배열체 섬유, 탄소배열 복합섬유, 저융점금속 복합섬유, 유기도전성 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 실은 나일론, 케블라, 노멕스, 케르밀, 폴리아미드, 폴리에스터, 아크릴, 엘라스틴, 스판덱스, 폴리프로필렌, 비스코스, 레이온, 아세테이트, 모드아클릴릭, 라이오셀, 면, 마, 리넨, 실크 섬유 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 실은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 단일층 또는 다층으로 코팅되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 실은 무전해도금, 전기도금, 스퍼터링, 진공증착, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 전도성 잉크 함침, 전도성 페이스트 코팅 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 방법으로 전도성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전도성 실은 단사, 합사, 연사, 합연사, 혼방사, 교합사, 방적사, 필라멘트사, 피복사, 심방사 중 적어도 하나의 방식으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 코일 형상의 배선은 코일 강성도(stiffness)가 신축성 고분자부의 강성도보다 낮은 전기도선 또는 금속도선을 사용하여 전도성 실을 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신축성 고분자 부의 강성도보다 낮은 강성도의 코일배선을 구비하기 위한 전기도선 또는 금속도선은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 심봉은 단면 형상이 원형, 다각형, 톱니바퀴형 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 톱니바퀴형의 톱니는 단면 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 사다리꼴, 뿔 중 적어도 하나 이상이 포함되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 심봉은 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어진 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 심봉은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS, 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 심봉은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함한 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 심봉을 빼내면서 생긴 공간을 메꾸는 고분자는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 표면절연층은 페릴린(pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따르면 전술한 특징들 중 어느 하나에 따른 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조를 제공한다.
본 발명에서는 전도성 실을 심봉에 감아 형성한 코일 형상의 배선을 신축성 배선 구조 형성용 몰드에 배열하고 상기 몰드에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부를 형성한 후 심봉을 빼냄으로써 코일 형상의 배선이 신축성 고분자부 내에 함유된 신축성 배선 구조를 형성하였다.
본 발명에 따르면, 강도가 매우 약해 그 자체로는 코일 형상으로 감아 유지할 수 없는 전도성 실을 심봉에 감아줌으로써, 코일 형상의 배선을 구비하는 것이 가능하게 된다. 또한 상기 심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 신축성 배선 구조 형성용 몰드에 배열하고 상기 몰드에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부를 형성한 후 심봉을 빼냄으로써, 심봉이 없는 상태에서도 상기 전도성 실의 배선코일 턴(turn)들 사이에 스며든 신축성 고분자부에 의해 전도성 실의 코일 형상이 유지되게 된다.
또한 신축성 배선 구조에서 상기 코일 형상의 배선의 가운데에 상기 심봉을 빼낸 빈 공간이 구비됨에 따라 상기 코일 형상의 배선의 인장변형이 제약을 받지 않아 일직선으로 펴질 때까지의 큰 인장변형률까지 신축변형이 가능하게 된다. 또한 본 발명에 따르면, 신축성 배선 구조의 인장변형시 상기 배선의 코일 피치가 늘어나는 것이며 배선 코일을 구성하는 전도성 실에는 인장 응력이 가해지지 않아 손상을 받지 않기 때문에 장시간 반복 신축변형에 대해 우수한 신뢰성을 나타내게 된다.
도 1은 기존 기술에 의한 말굽 형상의 회로배선(12)을 갖는 신축성 회로기판(10)에서 회로배선(12) 부위의 모식도.
도 2는 기존 기술에 의해 직선 형상의 회로배선(22)을 갖는 신축성 회로기판(20)에서 회로배선(22) 부위의 모식도.
도 3는 본 발명에 의한 코일 형상의 배선(33)이 구비된 신축성 배선 구조(30)의 공정순서도 : (a) 심봉(mandrel)(31)에 전도성 실(32)을 감아 형성한 코일 형상의 배선(33)의 모식도; (b) 상기 심봉(31)에 감겨 있는 코일 형상의 배선(33)을 신축성 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열한 모식도; (c) 상기 신축성 구조 형성용 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성한 모식도, (d) 상기 코일 형상의 배선(33) 가운데 있는 심봉(31)을 빼내고 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여 완성한 신축성 구조(30)의 모식도.
도 4은 본 발명에 의해 코일 형상의 배선(33)이 구비된 신축성 배선 구조(30)에 대해 0%에서 100% 범위의 인장변형률을 10,000회 반복적으로 인가하며 측정한 반복 신축변형에 따른 코일 형상의 배선(33)의 저항 변화.
도 5는 본 발명에 의해 코일 피치가 전도성 실(32)의 지름보다 크게 되도록 구비한 코일 형상의 배선(33)에서 전기가 코일 형상을 따라 나선형으로 흐르는 것을 보여주는 모식도.
도 6은 본 발명에 의해 코일 피치가 전도성 실(32)의 지름과 같아 코일들이 서로 닿아 있는 코일 형상의 배선(33)에서 전기가 코일 턴들이 닿아 있는 부분을 통해 배선(33) 코일의 길이 방향으로 흐르는 것을 보여주는 모식도.
도 7은 본 발명에 의해 전도성 실(32)에 표면절연층(71)을 형성한 표면절연 전도성 실(72)을 감아 만든 코일 형상의 표면절연 배선(73)이 구비된 신축성 배선 구조(70)의 형성공정 순서도 : (a) 전도성 실(32)에 표면절연층(71)을 형성한 펴면절연 전도성 실(72)의 모식도; (b) 상기 표면절연 전도성 실(72)을 심봉(31)에 감아 형성한 코일 형상의 표면절연 배선(73)의 모식도; (c) 상기 심봉(31)에 감겨 있는 코일 형상의 표면절연 배선(73)을 신축성 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성한 후 상기 코일 형상의 표면절연 배선(73) 가운데 있는 심봉(31)을 빼내고 상기 신축성 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여 완성한 신축성 배선 구조(70)의 모식도.
도 8(a)는 본 발명에 의해 양 끝단의 면적이 다른 원뿔대 형상의 심봉(81)에 전도성 실(32)을 감아 형성한 원뿔대 코일 형상의 배선(83) 및 (b)는 상기 원뿔대 코일 형상의 배선(83)을 구비한 신축성 배선 구조(80)의 모식도
도 9(a)는 전도성 실(32)을 감기 위한 톱니바퀴 기둥 형상의 심봉(91)의 모식도 및 (b)는 상기 톱니바퀴 기둥 형상의 심봉(91)에 감아 구비한 코일 형상의 배선(30)의 모식도
도 10은 본 발명에 의해 각기 서로 다른 배선 역할을 하는 몇 개의 표면절연 전도성 실(72)들을 한 가닥으로 꼬아 만든 전도성 실(102)로 이루어진 코일 형상의 배선(103)의 모식도 : (a) 표면절연층(71)이 형성된 표면절연 전도성 실(72) 3가닥의 모식도. (b) 상기 3가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 한 가닥으로 꼬아 형성한 전도성 실(102)을 심봉(31)에 감아 형성한 여러 가닥의 전도성 실로 이루어진 코일 형상의 배선(103)의 모식도
도 11은 본 발명에 의해 각기 서로 다른 배선 역할을 하는 두 가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 하나의 심봉(31)에 감은 코일 형상의 배선(113)의 모식도: (a) 표면절연층(71)이 형성된 전도성 실(72) 2가닥의 모식도, (b) 상기 2가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 순차적으로 하나씩, 또는 나란히 배열한 2가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 함께 심봉(31)에 코일 형상으로 감아 형성한 여러 가닥의 전도성 실로 이루어진 코일 형상의 배선(113)의 모식도.
도 12는 심봉(31)에 표면절연 전도성 실(72)을 감아 1차 코일(121)을 형성하고 그 위에 1차 코일(121)을 감은 방향과 반대방향으로 표면절연 전도성 실(72)을 감아 2차 코일(122)을 형성한 서로 반대방향으로 감은 1차 코일(121)과 2차 코일(122)로 이루어진 코일 형상의 배선(123)의 모식도.
도 13은 심봉(31)에 전도성 실(32)을 감아 첫 번째 코일(131)을 형성하고 또 다른 심봉(31)에 첫 번째 코일(131)을 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실(32)을 감아 두 번째 코일(122)을 형성한 서로 반대방향으로 감은 첫 번째 코일(131)과 두 번째 코일(132)로 이루어진 코일 형상의 배선(133)의 모식도.
도 14는 심봉(31)의 일부에 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감고, 상기 심봉(31)의 다른 부위에는 상기 감은 방향과 반대 방향으로 전도성 실(32)을 감아 형성한 부위별로 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선(143)의 모식도.
이하에서는, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
<실시예 1>
본 실시예에서는 코일 형상의 배선(33)을 형성하기 위한 전도성 실(32)로서 은(Ag) 도금된 나일론 섬유를 꼬아서 만든 직경 520㎛의 전도성 실(32)을 사용하였으며, 상기 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감기 위한 심봉(mandrel)(31)으로는 직경 280㎛의 구리 와이어를 사용하였다.
상기 구리 와이어를 10 cm 길이로 절단하여 양단을 고정한 다음에 이를 심봉(31)으로 사용하여 상기 전도성 실(32)을 감아서 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 구리 와이어 심봉(31)에 전도성 실(32)이 코일 형상으로 감긴 배선(33)을 형성하였다.
상기 구리 와이어 심봉(31)에 감기 전 전도성 실(32)의 직선 길이는 30 cm 이었으며, 상기 전도성 실(32)의 각 양단에서 5 cm 길이 부분은 측정단자 연결용으로 남겨두고 중앙 부위의 20 cm를 상기 구리 와이어 심봉(31)에 코일 형상으로 감았다. 이 때 코일 형상의 배선(33)에서 코일 턴들이 서로 닿지 않도록, 즉 배선(33) 코일의 피치가 전도성 실(32)의 지름보다 1.5배 정도 크게 되도록 구리와이어 심봉(31)에 전도성 실(32)을 감아주었다.
상기와 같이 구리 와이어 심봉(31)에 전도성 실(32)이 코일 형상으로 감긴 배선(32)을 도 3의 (b)와 같이 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고 도 3의 (c)와 같이 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 본 실시예에서는 신축성 고분자부(35)로서 실리콘 탄성중합체 고분자인 PDMS(polydimethyl siloxane)를 사용하였다. 실리콘 탄성중합체 기지와 경화제를 1 : 1로 혼합한 PDMS 액상 신축성 고분자를 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에 주입하고 경화시켜 도 3의 (c)의 도시와 같이 두께 5 mm의 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 그런 다음에 상기 코일 형상의 배선(33) 가운데 있는 구리와이어 심봉(31)을 빼내고 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여, 도 3의 (d)와 같이 본 발명에 따라 코일 형상의 배선(33)이 구비된 신축성 배선 구조(30)를 구비하였다.
상기 신축성 배선 구조(30)를 인장변형 시키면 신축성 고분자부(35) 내에 구비된 상기 배선(33)의 코일 길이가 늘어나며 이에 수반하여 상기 배선(33)의 코일 지름이 감소하게 된다. 이때 본 발명에 따라 심봉(31)을 빼내어서 배선(33) 코일의 내부에 빈 공간이 생김에 따라 상기 배선(33)의 코일 지름이 제약을 받지 않고 감소할 수 있기 때문에, 배선(33) 코일이 직선 형상으로 일직선으로 펴질 때까지 신축성 배선 구조(30)를 기존 기술보다 훨씬 심하게 인장변형 하는 것이 가능하게 된다.
본 실시예에 따른 신축성 배선 구조(30)의 인장변형시에는 배선(33)의 코일이 펴지면서 늘어나는 것이며, 배선(33) 재료인 전도성 실(32)이 인장응력을 받아 늘어나는 것은 아니다. 따라서 상기 배선(33) 코일이 일직선으로 펴질 때까지의 인장변형률에 대해서는 상기 배선(33) 재료인 전도성 실(32)에는 인장응력이 인가되지 않는 것이기 때문에, 신축에 따른 배선(33)의 저항 변화가 거의 없으며 장시간 사용하여도 배선(33)이 손상을 받지 않아 신뢰성이 높다는 장점이 있게 된다.
본 실시예에서 배선(33)이 일직선이 되는 인장변형률은 250% 이었다. 따라서 본 발명에 의한 신축성 배선 구조(30)에서는 기존 기술에 의한 신축변형률보다 훨씬 큰 250% 변형률까지 배선(33)에 손상을 주지 않으면서 신축성 배선 구조(30)를 신축변형 시키는 것이 가능하다.
본 실시예와는 달리 전도성 실(32)을 코일 형상의 배선(33)으로 감는데 심봉(31)을 사용하지 않으면, 강도가 약해 흐느적거리는 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감아 유지하는 것이 불가능하게 된다. 또한 심봉(31)에 감긴 코일 형상의 배선(33) 주위에 고분자부(35)를 형성한 다음에 본 실시예와는 달리 상기 코일 형상의 배선(33)의 가운데 있는 심봉(31)을 빼내지 않으면 인장변형시 배선(33) 코일의 지름이 감소될 수 없어 배선(33) 코일이 늘어나지 못하기 때문에 신축성 배선(33)으로서의 기능을 상실하게 된다.
본 실시예에서 사용한 전도성 실(32) 자체는 탄성이 없기 때문에, 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감은 배선(33)은 자체 탄성 복원력이 없다. 따라서 본 발명과는 달리 상기 전도성 실(32)을 감아 만든 코일 형상의 배선(33)이 신축성 고분자부(35) 내에 함유되어 있지 않는다면, 인장응력에 의해 배선(33)의 코일이 늘어나면서 풀어진 후에는 인장응력이 제거되어도 다시 원래 코일 형상으로 감기지 못하고 늘어나 풀어진 상태로 남아있게 되어 신축 기능, 즉 탄성적으로 늘었다 줄었다 하는 기능을 갖지 못하게 된다.
반면에 본 발명의 실시예에 의한 신축성 배선 구조(30)에서는 상기 전도성 실(32)로 구비한 코일 형상의 배선(33)이 신축성 고분자부(35) 내에 함유되어 있기 때문에, 신축성 배선 구조(30)의 인장변형에 따라 길게 늘어나면서 풀어진 배선(33) 코일은 인장응력이 없어지면 상기 배선(33) 코일을 둘러싸고 있는 신축성 고분자부(35)가 수축하면서 인가되는 마찰력에 의해 다시 원래 배선(33)의 코일 형상으로 되감기게 된다.
본 실시예에서는 상기 신축성 배선 구조(30)의 인장변형에 수반하여 상기 배선(33) 코일이 늘어나면, 배선(33) 코일을 이루고 있는 전도성 실(32)에 코일이 감겼던 방향으로 되돌아가려는 비틀림이 발생하게 된다. 이와 같은 비틀림은 인장응력이 제거되어 상기 신축성 배선 구조(30)가 원래 형상으로 수축시에 상기 배선(33)이 원래 코일 형상으로 쉽게 되감기는데 일조를 하게 된다.
본 실시예에 따라 신축성 고분자부(35) 내에 코일 형상의 배선(33)이 구비된 신축성 배선 구조(30)를 인장시험기에 장착한 후 0~100%까지 인장변형률을 반복적으로 인가하면서 반복신축에 따른 저항 변화를 측정하였으며, 이를 도 4에 도시하였다. 신축성 배선 구조(30)의 저항은 인장변형 전에는 18.2Ω 이었는데 100% 인장변형률로 잡아당긴 상태에서는 18.5Ω 로 측정오차 범위의 변화를 나타내어 100% 인장변형률로 변형되어도 저항 변화가 없다고 확인할 수 있었다.
본 실시예에서 신축성 배선 구조(30)가 0~100% 인장변형률 범위에서 신축변형되어도 상기 배선(33)의 저항이 변하지 않는 이유는 심봉(31)에 전도성 실(32)를 코일 형상으로 감을 때 배선(33)의 코일 턴들이 서로 닿지 않도록, 즉 전도성 실(32)로 구비한 배선(33)의 코일 피치가 전도성 실(32)의 지름보다 크게 되도록 감아주었기 때문에 도 5와 같이 배선(31)에 흐르는 전기가 배선(33)이 꼬여 있는 코일 형상을 따라 나선형으로 흐르기 때문이다.
또한 본 발명에 따라 상기 코일 형상의 배선(33)을 몰드(34)에 배열하고 이에 액상 신축성 고분자를 주입하면 배선(33)의 코일 턴 사이에 채워진 신축성 고분자가 강도가 약해 흐느적거리는 전도성 실(32)이 심봉(31)을 빼어도 코일 형상을 유지하게 할 뿐만 아니라 배선(33)의 코일 턴 사이에서 이들이 서로 닿는 것을 막아주는 절연층으로 작용하여 신축변형에 따른 저항 변화가 발생하지 않는데 일조를 하게 된다.
도 4의 도시와 같이 본 실시예에 의한 신축성 배선 구조(30)를 0~100% 인장변형률 범위에서 10,000회까지 반복 신축변형하며 코일 형상의 배선(33)의 저항을 측정한 결과, 배선(33)의 저항이 전혀 달라지지 않았다. 이 결과로부터 본 실시예에서 코일 형상의 배선(33)을 이루고 있는 전도성 실(32)이 신축변형을 반복하여도 전혀 손상을 받지 않기 때문에, 본 신축성 배선 구조(30)의 장시간 신뢰성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 코일 형상의 배선(33)을 내장하기 위한 신축성 고분자 부(35)를 PDMS를 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 신축성 고분자부(36)는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 상기 코일 형상의 배선(33)을 은(Ag) 도금된 나일론 섬유로 이루어진 전도성 실(32)을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 배선(33)은 금속피복 유기섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 금속화합물 표층함유 섬유, 활성탄 섬유, 도전성수지 유기피복 섬유, 유기배열체 섬유, 탄소배열 복합섬유, 저융점금속 복합섬유, 유기도전성 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 전도성 실, 전도성 파이버, 전도성 섬유를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 상기 코일 형상의 배선(33)을 은(Ag) 도금된 나일론 섬유로 이루어진 전도성 실(32)을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 배선(33)은 나일론, 케블라, 노멕스, 케르밀, 폴리아미드, 폴리에스터, 아크릴, 엘라스틴, 스판덱스, 폴리프로필렌, 비스코스, 레이온, 아세테이트, 모드아클릴릭, 라이오셀, 면, 마, 리넨, 실크 섬유 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 전도성 실, 전도성 파이버, 전도성 섬유를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 상기 배선(33)을 은(Ag) 도금된 나일론 섬유로 이루어진 전도성 실(32)을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 배선(33)은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 단일층 또는 다층으로 코팅된 전도성 실, 전도성 파이버, 전도성 섬유를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 상기 배선(33)을 은(Ag) 도금된 나일론 섬유로 만든 전도성 실(32)을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서 상기 배선(33)은 무전해도금, 전기도금, 스퍼터링, 진공증착, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 전도성 잉크 함침, 전도성 페이스트 코팅 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 방법으로 전도성을 부여한 전도성 실, 전도성 파이버, 전도성 섬유를 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 배선(33)을 형성하는 전도성 실(32)은 단사, 합사, 연사, 합연사, 혼방사, 교합사, 방적사, 필라멘트사, 피복사, 심방사 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 코일 형상의 배선(33)을 전도성 실(32)를 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 상기 코일 형상의 배선(33)을 굵기가 가는 금속도선을 사용하는 것도 가능하다. 단 이때 신축성 고분자부(35)의 강성도(stiffness)가 금속도선으로 구비한 코일 배선의 강성도보다 커야 한다. 만약 신축성 고분자부(35)의 강성도가 금속도선 코일배선의 강성도보다 작으면 인장응력에 의해 늘어난 금속도선 코일배선이 인장응력을 제거하여도 원래 형상으로 돌아오지 못하기 때문에 반복신축이 불가능하게 된다.
상기와 같이 신축성 고분자부(35)의 강성도보다 작은 강성도를 갖는 금속도선 코일배선은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 금속도선으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 구리와이어를 심봉(31)으로 사용하여 코일 형상의 배선(33)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 상기 배선(33)을 형성하기 위한 심봉(31)으로서 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어진 금속을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 상기 배선(33)을 형성하기 위한 심봉(31)으로서 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS, 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자를 사용하여 이루어지는 것도 바람직하다.
또한 본 발명에서는 상기 배선(33)을 형성하기 위한 심봉(31)으로서 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함한 세라믹을 사용하여 이루어지는 것도 바람직하다.
본 발명에서는 경화가 완료된 신축성 고분자부(35)에서 심봉(31)을 빼낸 후, 상기 코일 형상의 배선(33) 내에 심봉(31)을 빼면서 생긴 공간을 신축성 고분자로 채우고 사용하는 것도 가능하다. 상기 심봉(31)을 빼내면서 생긴 공간을 메꾸기 위한 고분자로는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
<실시예 2>
실시예 1에서는 코일 형상의 배선(33)을 형성하기 위해 구리와이어 심봉(31)에 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감을 때 배선(33)의 코일 턴들이 서로 닿지 않게끔 감았기 때문에 코일 형상의 배선(33)의 저항이 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감기 전 일직선 형태일 때의 저항과 동일하였으며, 이에 따라 상기 배선(33)을 구비한 신축성 배선 구조(30)를 탄성적으로 신축변형 하였을 때 배선(33)의 저항 변화가 발생하지 않았다.
본 발명에 의한 신축성 배선 구조(30)에서는 코일 형상으로 감기 전의 일직선 형상의 전도성 실(32)의 길이와 상기 전도성 실(32)을 감아서 형성한 배선(33) 코일의 길이가 차이가 많이 날수록, 즉 배선(33) 코일 턴을 촘촘하게 감을수록 배선(33)을 이루는 전도성 실(32)에는 인장응력을 미치지 않으면서 늘어날 수 있는 신축성 배선 구조(30)의 인장변형률이 증가하게 된다.
그러나 전도성 실(32)을 너무 촘촘하게 감아 배선(33)의 코일 턴들이 서로 닿게 되면 코일 형상의 배선(33)에 흐르는 전기가 배선(33)의 코일 형상을 따라 나선형으로 흐르는 것이 아니라 도 6과 같이 코일 턴들이 서로 닿아 있는 부분을 통해 배선(33) 코일의 길이 방향으로 직선적으로 흐르기 때문에 배선(33)의 전기저항이 낮아진다. 이와 같이 촘촘하게 감아 코일 턴들이 서로 닿아 있어 전기저항이 낮아진 코일 형상의 배선(33)을 사용하여 신축성 배선 구조(30)를 구비하는 경우, 인장변형에 의해 배선(33)의 코일이 늘어나면서 서로 닿아있던 부분들이 떨어지게 된다. 이와 같은 경우 신축성 배선 구조(30)의 인장변형률이 증가함에 따라 배선(33)을 이루고 있는 전도성 실(32) 자체는 손상이 없는데도 불구하고 배선(33)의 전기저항이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
본 실시예에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 7(a)와 같이 코일 형상의 배선(73)을 형성하는데 사용할 직경 500 ㎛의 전도성 실(32)의 표면에 페릴린을 300 nm 두께로 코팅하여 표면절연층(71)을 형성하였다,
직경 280 ㎛의 구리와이어를 일정 길이로 절단하여 양단을 고정한 다음에 이를 심봉(31)으로 사용하여 상기 페릴린으로 표면절연층(71)을 형성한 전도성 실(72)을 감아서 코일 형상의 표면절연 배선(73)을 형성하였다. 이 때 배선(73)의 코일 턴들이 서로 닿아 코일 피치가 전도성 실(72)의 지름과 같도록 전도성 실(72)을 구리와이어 심봉(31)에 감았다.
구리와이어 심봉(31)에 표면절연 전도성 실(72)을 코일 형상으로 감은 상기 표면절연 신축성 배선(73)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 구비하였다. 본 실시예에서는 상기 신축성 고분자 부(35)로서 실리콘 탄성중합체 고분자인 PDMS(polydimethyl siloxane)를 사용하였다. 실리콘 탄성중합체 기지와 경화제를 1 : 1로 혼합한 액상 PDMS 고분자를 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에 주입하고 경화시켜 두께 5 mm의 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 그런 다음에 상기 코일 형상의 표면절연 배선(73) 가운데 있는 구리와이어 심봉(31)을 빼내고 상기 몰드(34)에서 분리하여, 도 7(c)와 같이 본 발명에 따라 코일 형상의 표면절연 배선(73)이 구비된 신축성 배선 구조(70)를 구비하였다.
본 실시예에서는 상기 신축성 고분자부(35)를 형성하고 심봉(31)을 빼낸 후 상기 몰드(34)에서 분리하여 상기 신축성 배선 구조(70)를 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 상기 신축성 고분자부(35)를 형성하고 먼저 몰드(34)에서 분리한 후 심봉(31)을 빼내어 신축성 배선 구조(70)를 구비하는 것도 물론 가능하다.
본 발명에 의한 신축성 배선 구조(30,70)에서는 상기 전도성 실(32,72)을 촘촘하게 감아서 코일 형상의 배선(33,73)을 형성할수록 전도성 실(32,72)에 인장응력을 미치지 않으면서 늘어날 수 있는 신축성 배선 구조(30,70)의 인장변형률이 증가하게 된다. 본 실시예 2에서는 표면절연층(71)을 형성한 전도성 실(72)을 사용하였기 때문에 배선(73)의 코일 턴들이 서로 닿아도 쇼트(short)가 발생하지 않게 된다. 따라서 본 실시예 2에서는 배선(73) 코일을 실시예 1에서보다 더 촘촘하게 감을 수 있었기 때문에, 실시예 1에서보다 더 큰 400%의 인장변형률까지 배선(73)의 저항변화 없이 반복 신축변형하는 것이 가능하였다.
본 실시예 2에서는 전도성 실(32)의 표면절연층(71)을 페릴린을 사용하여 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 전도성 실(32)의 표면절연층(71)으로서 페릴린(perylene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
<실시예 3>
실시예 1과 실시예 2는 전도성 실(32,72)을 코일 형상의 배선(33,73)으로 감기 위한 심봉(31)으로 구리와이어와 같이 굵기가 일정한 심봉(31)을 사용하였다. 본 발명에서는 이와 더불어 코일 형상의 배선(33,73)에서 심봉(31)을 빼내는 공정이 수월하도록 원뿔대 또는 원뿔 형상의 심봉(81)을 사용하는 것도 가능하다.
본 실시예 3에서는 도 8(a)와 같이 한쪽 끝단의 직경이 560 ㎛에서 반대쪽 끝단의 직경이 280 ㎛로 감소하는 원뿔대 형상의 심봉(81)을 사용하여 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감아 신축성 배선(83)을 구비하였다. 이때 신축성 배선(83) 코일의 피치가 실시예 1에서와 마찬가지로 전도성 실(32) 지름의 1.5배가 되도록 전도성 실(32)를 원뿔대 심봉(81에 감았다.
상기 원뿔대 심봉(81)에 전도성 섬유(32)가 코일 형상으로 감긴 상기 배선(83)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화하여 신축성 고분자부(35)를 구비하였다. 본 실시예에서는 상기 신축성 고분자부(35)로서 실리콘 탄성중합체 고분자인 PDMS(polydimethyl siloxane)를 사용하였다. 실리콘 탄성중합체 기지와 경화제를 1 : 1로 혼합한 액상 PDMS 고분자를 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에 주입하고 경화시켜 두께 5 mm의 신축성 고분자부(35)를 형성한 후 상기 원뿔대 형상의 심봉(81)을 끝단의 지름이 큰 방향으로 빼내어 제거하고 상기 몰드(34)에서 분리시켜, 도 8(b)에 도시한 바와 같이 원뿔대 코일 형상의 배선(83)이 구비된 신축성 배선 구조(80)를 제작하였다.
본 실시예에 따른 원뿔대 코일 형상의 신축성 배선(83)이 구비된 신축성 배선 구조(80)를 인장시험기에 장착한 후 100%까지의 인장변형률을 반복적으로 인가하면서 반복신축에 따른 저항 변화를 측정하였다. 그 결과 같은 길이의 전도성 실(32)을 사용하여 신축성 배선(33)을 구성하였던 실시예 1의 저항 측정결과인 도 4와 마찬가지로 100% 인장변형률로 잡아당겨도 저항 변화가 없었으며, 또한 100% 인장변형률을 10,000회 반복 인가하여도 저항 변화가 발생하지 않는 우수한 결과를 얻었다. 본 실시예에서와 같이 원뿔대 심봉(81)을 사용하여 코일 형상의 배선(83)을 구비함으로써, 신축변형에 따른 배선(83)의 전기특성에는 영향을 미치지 않으면서, 코일 형상의 배선(83)에서 심봉(81)을 빼내는 공정이 수월하게 되는 장점이 있다.
본 발명에 의한 신축성 배선 구조(30,70,80)에서는 상기 배선(33,73,83)을 형성하기 위한 심봉(31,81)의 형상은 그 단면 형상이 원형, 다각형, 톱니바퀴형 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기에서 톱니바퀴형의 톱니는 단면 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 사다리꼴, 뿔 중 적어도 하나 이상이 포함되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명에서는 도면 9의 (a)와 같은 톱니바퀴 기둥 형상의 심봉(91)을 사용하여 도 9의 (b)와 같이 코일 형상의 배선(93)을 구비하는 것이 가능하다. 이와 같은 배선이 내재된 신축성 배선 구조에서는 상기 배선(93)의 코일 내부에서 원하는 깊이까지 신축성 고분자로 채우고 그 안쪽에는 빈 공간을 유지하는 구조를 구현할 수 있다. 상기 배선(93)의 코일 내부에서 신축성 고분자를 채우는 깊이는 상기 톱니바퀴 기둥 형상의 심봉(91)의 톱니 깊이로 조절하는 것이 가능하다.
<실시예 4>
본 실시예에서는 도 10의 (a)와 같이 250 ㎛ 직경의 전도성 실(32)의 표면에 페릴린을 300 nm 두께로 코팅하여 표면절연층(71)을 형성하였다. 상기 표면절연층(71)이 형성된 전도성 실(72) 3가닥을 도 10의 (b)와 같이 꼬은 후, 직경 280 ㎛의 구리와이어를 심봉(31)으로 사용하여 상기 3가닥을 꼰 전도성 실(102)을 코일 형상으로 감아서 배선(103)을 형성하였다.
상기 배선(103)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하였다. 그 후 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하여 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 본 실시예에서는 상기 신축성 고분자부(35)로서 실리콘 탄성중합체 고분자인 PDMS(polydimethyl siloxane)를 사용하였다. 실리콘 탄성중합체 기지와 경화제를 1 : 1로 혼합한 액상 PDMS 고분자를 상기 조신축성 배선 구 형성용 몰드(34)에 주입하고 경화시켜 두께 5 mm의 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 그런 다음에 상기 신축성 배선(103) 코일의 가운데 있는 구리와이어 심봉(31)을 빼내고 상기 몰드(34)에서 분리하여, 3가닥을 꼬아 만든 전도성 실(102)로 이루어진 코일 형상의 배선(103)이 구비된 신축성 배선 구조를 구비하였다.
본 실시예에 따른 신축성 배선 구조를 인장시험기에 장착하고, 신축성 배선(103)을 이루고 있는 3가닥의 표면절연 전도성 실(72) 각 가닥들의 저항을 개별적으로 측정할 수 있도록 각기 다른 멀티미터의 단자들에 연결하였다. 상기 신축성 배선 구조에 100%까지의 인장변형률을 반복적으로 인가하면서 배선(103)을 이루고 있는 3가닥의 표면절연 전도성 실(72) 각 가닥들의 저항 변화를 측정하였다. 앞의 실시예들에서와 마찬가지로 본 실시예에 따른 신축성 배선 구조에서도 100% 인장변형률에서도 배선(103)을 이루고 있는 3가닥의 표면절연 전도성 실(72) 모두에서 저항 변화가 없었으며, 또한 100% 인장변형률을 10,000회 반복 인가하여도 저항 변화가 발생하지 않았다.
본 실시예에 의한 신축성 배선 구조에서는 3가닥의 표면절연 전도성 실(72)을 하나로 꼬아서 만든 전도성 실(102)로 배선(103)을 구비하였기 때문에, 각각의 전도성 실(72) 3가닥으로 만든 코일 형상의 배선(73) 3개를 각기 배열한 신축성 배선 구조(70)에서보다 배선(103)이 차지하는 폼 팩터(form factor)를 크게 줄일 수 있어, 신축성 배선 구조의 소형화와 고밀도화가 가능하게 된다. 또한 본 실시예에 따르면 심봉(31)에 코일 형상으로 배선을 감는 공정 횟수와 시간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 실시예에서는 배선(103)을 구성하는 3가닥의 전도성 실(72)에 표면절연층(71)을 형성하였기 때문에, 같이 꼬여 있는 3가닥의 전도성 실(72)들을 신호의 혼선없이 각각의 독립적인 배선으로 사용할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 배선(103)을 구성하는 3가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 모두 같은 직경의 전도성 실(32)을 사용하였으며, 이와 더불어 본 발명에서는 상기 여러 가닥의 전도성 실(72)들로 이루어진 코일 형상의 배선(103)은 직경이나 전기적 특성이 서로 다른 전도성 실(72)들을 조합하여 이루어지는 것도 가능하다.
<실시예 5>
본 실시예에서는 도 11(a)와 같이 250 ㎛ 지름의 전도성 실(32)의 표면에 페릴린을 300 nm 두께로 코팅하여 표면절연층(71)을 형성하였다. 상기 표면절연층(71)이 형성된 전도성 실(72) 두 가닥을 나란히 배열한 후, 이들을 함께 직경 280 ㎛의 구리와이어 심봉(31)에 코일 형상으로 감아서 도 11(b)와 같이 두 가닥의 전도성 실(72)들로 이루어진 코일 형상의 배선(113)을 형성하였다.
상기 배선(113)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 PDMS 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하고, 상기 배선(113)의 가운데 있는 구리와이어 심봉(31)을 빼내어 제거함으로써, 두 가닥의 평행하게 배열한 표면절연 전도성 실(72)들을 감아서 형성한 코일 형상의 배선(113)이 구비된 신축성 배선 구조를 형성하였다.
본 실시예에 따른 신축성 배선 구조를 인장시험기에 장착하고, 신축성 배선(113)을 이루고 있는 두 가닥의 전도성 실(72) 각 가닥들의 저항을 개별적으로 측정할 수 있도록 각기 다른 멀티미터의 단자들에 연결하였다. 상기 신축성 배선 구조에 100%까지의 인장변형률을 반복적으로 인가하면서 신축성 배선(113)을 이루고 있는 두 가닥의 전도성 실(72) 각 가닥들의 저항 변화를 측정하였다. 앞의 실시예들에서와 마찬가지로 본 실시예에 따른 신축성 배선 구조에서도 100% 인장변형률에서 신축성 배선(113)을 이루고 있는 두 가닥의 전도성 실(72) 모두에서 저항 변화가 없었으며, 또한 100% 인장변형률을 10,000회 반복 인가하여도 저항 변화가 발생하지 않았다.
본 실시예에 의한 신축성 배선 구조에서는 두 가닥의 전도성 실(72)들을 평행하게 배열한 후 동시에 코일 형상으로 감아서 배선(113)을 구비하였기 때문에, 각각의 전도성 실(72)로 만든 코일 형상의 배선(73) 2개를 각기 배열한 신축성 배선 구조(70)에서보다 배선(113)이 차지하는 폼 팩터(form factor)를 크게 줄일 수 있어, 신축성 배선 구조의 소형화와 고밀도화가 가능하게 된다. 또한 본 실시예에 따르면 심봉(31)에 코일 형상으로 배선(73,113)을 감는 공정 횟수와 시간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 실시예에서는 배선(113)을 구성하는 두 가닥의 전도성 실(72)에 표면절연층(71)을 형성하였기 때문에, 같이 꼬여 있는 두 가닥의 전도성 실(72)들을 신호의 혼선없이 각각의 독립적인 배선으로 사용할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 신축성 배선(113)을 구성하는 두 가닥의 전도성 실(72)들을 모두 같은 직경의 전도성 실(72)을 사용하였으며, 이와 더불어 본 발명에서는 두 가닥 이상의 여러 가닥의 전도성 실(72)들을 평행하게 배열하고 이들을 함께 심봉(31)에 코일 형상으로 감아서 배선(113)을 구비하는 것도 가능하다. 또한 본 발명의 배선(113)은 직경이나 전기적 특성이 서로 다른 전도성 실(72)들을 조합하여 이루어지는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 서로 평행하게 배열한 여러 가닥의 전도성 실(72)들을 함께 심봉(31)에 코일 형상으로 감아 신축성 배선(113)을 구비하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 첫 번째 전도성 실(72)을 심봉(31)에 코일 형상으로 감고, 다른 전도성 실(72)들이 상기 첫 번째 전도성 실(72)의 코일 피치 사이에 놓이도록 코일 형상으로 감아서 도 11(b)와 같은 여러 가닥의 전도성 실(72)들로 이루어진 코일 형상의 배선(113)을 구비하는 것도 가능하다.
<실시예 6>
앞선 실시예들에서와 같이 신축성 배선 구조 내에 구비된 코일 형상의 배선에 직류전류를 인가하면 코일 인덕턴스가 발생하지 않으나, 교류전류가 흐르게 되면 배선의 코일 형상에 기인하여 인덕턴스가 발생하여 배선 저항에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예에서는 교류전류에서도 인덕턴스 발생을 방지할 수 있는 코일 형상의 신축성 배선이 구비된 신축성 배선 구조를 제공한다.
본 실시예에서는 도 12의 (a)의 도시와 같이 심봉(31)에 표면절연층(71)이 구비된 전도성 실(72)을 시계방향으로 감아 1차 배선(121)을 형성하였다. 그런 다음에 도 12의 (b)와 같이 상기 1차 배선(121)이 구비된 심봉(31)에 1차 배선(121)이 감긴 방향과 반대방향인 반시계방향으로 표면절연층(71)이 구비된 전도성 실(72)을 감아 2차 배선(122)을 형성하였다. 그런 다음에 도 12의 (c)와 같이 상기 1차 배선(121)의 윗단과 2차 배선(122)의 윗단을 연결하여 한 선으로 만들고, 1차 배선(121)의 아랫단과 2차 배선(122)의 아랫단을 연결하여 한 선으로 만들었다.
그런 다음에 상기 심봉(31)에 서로 반대방향으로 감긴 1차 코일과 2차 코일로 이루어진 배선(123)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 그런 다음에 상기 배선(123)의 가운데 있는 심봉(31)을 빼내고 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여 서로 반대방향으로 감긴 1차 코일(121)과 2차 코일(122)로 이루어진 배선(123)이 구비된 신축성 배선 구조를 구비하였다.
본 실시예에 따라 신축성 고분자부(35) 내에 서로 반대방향으로 감긴 1차 코일(121)과 2차 코일(122)로 이루어진 배선(123)이 구비된 신축성 배선 구조를 인장시험기에 장착한 후 0100%까지 인장변형률을 반복적으로 인가하면서 반복신축에 따른 저항 변화를 직류전류와 60 hz 및 1 khz의 교류전류를 사용하여 측정하였다.
본 실시예의 배선(123)의 저항은 직류전류를 사용하여 측정하였을 때나 60 hz 및 1 khz의 교류전류를 사용하여 측정하였을 때 모두 9.2 Ω으로 측정되어, 사용전류 모드에 영향을 받지 않는 것이 확인 가능하였다. 본 실시예에서와 같이 서로 반대방향으로 감긴 두 개의 코일 형상의 배선(121,122)들을 사용하여 배선(123)을 구성함으로써 교류전류 사용시에도 각 코일 형상의 배선(121,122)들에서 인덕턴스가 서로 반대방향으로 발생하여 상쇄됨으로써 인덕턴스 발생이 방지되는 것이 가능하였다.
본 발명에서는 이와 더불어 교류전류에서도 인덕턴스 발생을 방지할 수 있는 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조를 다음과 같은 방법으로 제공하는 것도 가능하다.
도 13(a)의 도시와 같이 심봉(31)에 전도성 실(32)을 시계방향으로 감아 첫 번째 배선(131)을 형성하였다. 그런 다음에 도 13(b)와 같이 다른 심봉(31)에 첫 번째 신축성 배선이 감긴 방향과 반대방향인 반시계방향으로 전도성 실(32)을 감아 두 번째 배선(132)을 형성하였다. 그런 다음에 상기 다른 심봉(31)에 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 첫 번째 배선(131) 코일의 윗단과 두 번째 배선 코일(132)의 윗단을 연결하여 한 선으로 만들고, 첫 번째 배선(131) 코일의 아랫단과 두 번째 배선(132) 코일의 아랫단을 연결하여 한 선으로 만들었다.
상기와 같이 서로 반대방향으로 감긴 두 개의 배선 코일(131,132)들로 이루어진 배선(133)을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 상기 첫 번째 배선 코일(31)과 두 번째 배선 코일(132)의 가운데 있는 심봉(31)들을 빼내고 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여 서로 반대방향으로 감긴 코일(131,132)들로 이루어진 배선(133)을 갖는 신축성 배선 구조를 구비하는 것이 가능하였다.
상기 서로 반대방향으로 감긴 코일(131,132)들로 이루어진 배선(133)의 저항은 직류전류를 사용하여 측정하였을 때나 60 hz 및 1 khz의 교류전류를 사용하여 측정하였을 때 모두 동일한 값을 나타내어, 교류전류에서도 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선(131,132)들에서 발생하는 인덕턴스들이 서로 상쇄되어 인덕턴스 발생이 방지되는 것을 확인하였다.
본 발명에서는 이와 더불어 교류전류에서도 인덕턴스 발생을 방지할 수 있는 또 다른 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조를 다음과 같은 방법으로 제공하는 것도 가능하다.
도 14의 (a)의 도시와 같이 배선 코일을 감을 심봉(31) 길이의 1/2 부위에 전도성 실(32)을 시계방향으로 감아주었다. 그런 다음에 상기 전도성 실을 끊지 않고, 도 14(b)와 같이 배선 코일을 감을 심봉 길이의 나머지 1/2 부위에 처음 감은 방향과 반대 방향인 반시계 방향으로 전도성 실(32)을 코일 형상으로 감아 부위별로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선(143)을 형성하였다.
상기와 같이 심봉의 각 부위에서 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선을 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34) 내에 배열하고, 상기 몰드(34) 내에 액상 신축성 고분자를 주입하고 경화시켜 신축성 고분자부(35)를 형성하였다. 상기 코일 형상의 신축성 배선의 가운데 있는 심봉(31)을 빼내고 상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드(34)에서 분리하여 부위별로 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 신축성 배선(143)을 갖는 신축성 배선 구조를 구비하는 것이 가능하였다.
상기 부위별로 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선(133)의 저항은 직류전류를 사용하여 측정하였을 때나 60 hz 및 1 khz의 교류전류를 사용하여 측정하였을 때 모두 동일한 값을 나타내어, 교류전류에서도 서로 반대방향으로 감긴 부위에서 발생하는 인덕턴스들이 서로 상쇄되어 인덕턴스 발생이 방지되는 것을 확인하였다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예정 가격 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10. 기존 기술에 의한 말굽 형상의 회로배선을 갖는 회로기판
11. 신축성 고분자 부
12. 말굽 형상의 회로배선
20. 기존 기술에 의한 직선 형상의 회로배선을 갖는 회로기판
22. 직선 형상의 회로배선
30. 본 발명에 따른 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조
31. 심봉
32. 전도성 실
33. 코일 형상의 배선
34. 신축성 배선 구조 형성용 몰드
35. 신축성 고분자 부
71. 표면절연층
72. 표면절연층이 구비된 전도성 실
73. 코일 형상의 표면절연 배선
81. 원뿔대 형상의 심봉
83. 원뿔대 코일 형상의 배선
80. 원뿔대 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조
91. 톱니바퀴 형상의 심봉
100. 세 가닥의 표면절연 전도성 실(72)을 꼬아 만든 전도성 실(102)로 이루어진 코일 형상의 배선(103)이 구비된 신축성 배선 구조
102. 세 가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 꼬아 만든 전도성 실
103. 세 가닥의 표면절연 전도성 실(72)을 꼬아 만든 전도성 실(102)로 구비한 코일 형상의 배선
113. 두 가닥의 표면절연 전도성 실(72)들을 하나의 심봉(31)에 순차적으로 감거나 또는 나란히 배열 후 함께 감아 형성한 코일 형상의 배선.
121. 1차 코일 배선
122. 1차 코일 배선과 반대방향으로 감긴 2차 코일 배선
123. 서로 반대방향으로 감은 1차 코일 배선(121)과 2차 코일 배선(122)로 이루어진 코일 형상의 배선.
131. 첫 번째 코일 배선
132. 첫 번째 코일 배선과 반대방향으로 감은 두 번째 코일 배선
133. 서로 반대방향으로 감은 첫 번째 코일 배선(131)과 두 번째 코일 배선(132)으로 이루어진 코일 형상의 배선.
143. 부위별로 서로 반대방향으로 감긴 코일 형상의 배선.

Claims (26)

  1. (a) 심봉에 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 단계;
    (b) 심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 둘러싸는 신축성 고분자부를 형성하여 코일 형상의 배선을 신축성 고분자 내에 함유시키는 단계; 및
    (c) 상기 신축성 고분자부에 내재된 코일 형상의 배선에서 심봉을 빼내는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    심봉에 감긴 코일 형상의 배선을 신축성 배선 구조 형성용 몰드 내에 배열하는 단계;
    상기 신축성 배선 구조 형성용 몰드 내에 액상 신축성 고분자를 주입하는 단계; 및
    상기 액상 신축성 고분자를 경화시켜 신축성 고분자부를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에,
    심봉을 빼내면서 생긴 공간을 고분자로 메꾸는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 및
    표면절연층을 형성한 적어도 둘 이상의 전도성 실들을 함께 꼬는 단계; 를 더 포함하며,
    상기 (a) 단계에서, 꼬인 전도성 실을 심봉에 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    전도성 실의 표면에 표면절연층을 형성하는 단계; 및
    표면절연층을 형성한 적어도 둘 이상의 전도성 실들을 나란히 배열하는 단계; 를 더 포함하며,
    상기 (a) 단계에서, 나란히 배열된 전도성 실들을 심봉에 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    심봉에 전도성 실을 감아 1차 코일 배선을 형성하는 단계;
    상기 1차 코일 배선이 감긴 심봉에 1차 코일 배선을 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 2차 코일 배선을 형성하는 단계; 및
    상기 1차 코일 배선의 일단과 2차 코일 배선의 일단을 서로 연결하여 한 선으로 만들고, 상기 1차 코일 배선의 타단과 2차 코일 배선의 타단을 서로 연결하여 한 선으로 만드는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 1차 코일 배선과 2차 코일 배선을 형성하는 전도성 실은 표면에 표면절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    심봉에 전도성 실을 감아 첫번째 코일 배선을 형성하는 단계;
    다른 심봉에 상기 첫 번째 코일 배선을 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 두번째 코일 배선을 형성하는 단계; 및
    상기 첫번째 코일 배선의 일단과 두번째 코일 배선의 일단을 서로 연결하여 한 선으로 만들고, 상기 첫번째 코일 배선의 타단과 두번째 코일 배선의 타단을 서로 연결하여 한 선으로 만드는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    심봉의 일부에 전도성 실을 감는 단계; 및
    심봉의 다른 부위에 상기 일부에 감은 방향과 반대방향으로 전도성 실을 감아 코일 형상의 배선을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신축성 고분자부는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  12. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실은 금속피복 유기섬유, 금속섬유, 탄소섬유, 금속화합물 표층함유 섬유, 활성탄 섬유, 도전성수지 유기피복 섬유, 유기배열체 섬유, 탄소배열 복합섬유, 저융점금속 복합섬유, 유기도전성 섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  13. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실은 나일론, 케블라, 노멕스, 케르밀, 폴리아미드, 폴리에스터, 아크릴, 엘라스틴, 스판덱스, 폴리프로필렌, 비스코스, 레이온, 아세테이트, 모드아클릴릭, 라이오셀, 면, 마, 리넨, 실크 섬유 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 단일층 또는 다층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  15. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실은 무전해도금, 전기도금, 스퍼터링, 진공증착, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE(Molecular Beam Epitaxy), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 전도성 잉크 함침, 전도성 페이스트 코팅 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 방법으로 전도성을 부여하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  16. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실은 단사, 합사, 연사, 합연사, 혼방사, 교합사, 방적사, 필라멘트사, 피복사, 심방사 중 적어도 하나의 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  17. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 형상의 배선은 코일 강성도(stiffness)가 신축성 고분자부의 강성도보다 낮은 전기도선 또는 금속도선을 사용하여 전도성 실을 구성하는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 신축성 고분자 부의 강성도보다 낮은 강성도의 코일배선을 구비하기 위한 전기도선 또는 금속도선은 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  19. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심봉은 단면 형상이 원형, 다각형, 톱니바퀴형 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 톱니바퀴형의 톱니는 단면 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 사다리꼴, 뿔 중 적어도 하나 이상이 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  21. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심봉은 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 스테인레스 강 중에서 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 조성으로 이루어진 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  22. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심봉은 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS, 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  23. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심봉은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 유리(SiO2), 글라스-세라믹, 실리콘카바이드(SiC), 질화실리콘(Si3N4), 실리콘(Si) 중에서 적어도 하나를 포함한 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  24. 제 3항에 있어서,
    심봉을 빼내면서 생긴 공간을 메꾸는 고분자는 PDMS(polydimethylsiloxane), 실리콘(silicone), 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4 중에서 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  25. 제 4항 내지 제6항, 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면절연층은 페릴린(pyrelene), 에폭시, 페놀, 폴리이미드, 폴리에스텔, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르슬폰, 테프론, FR4, 실리콘(silicone), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄 중에서 적어도 하나를 포함한 고분자 소재의 코팅 또는 라미네이션으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축성 배선 구조의 제조 방법.
  26. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조.
KR1020160054738A 2016-05-03 2016-05-03 코일 형상의 배선이 구비된 신축성 배선 구조의 제조방법 및 이 제조방법으로 제조된 신축성 배선 구조 KR101878031B1 (ko)

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