KR101995222B1 - 신축성 배선 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신축 가능한 고상 전도성 구조체; 상기 고상 전도성 구조체를 둘러싸는 신축 가능한 신축 절연층; 및 상기 고상 전도성 구조체 및 상기 신축 절연층 사이에 배치되고, 상기 고상 전도성 구조체와 접하는 액상 전도성 물질층을 포함하는, 신축성 배선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

신축성 배선 및 그 제조 방법 {Stretchable wire and method of fabricating the same}
본 발명은 신축성 배선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
신축성 전자 디바이스는 외부에서 작용하는 응력에 의해 기판이 확장(expended)되더라도 전기적인 기능을 그대로 유지할 수 있다. 신축성 전자 디바이스는 단순한 휨 (bendable) 및/또는 유연(flexible) 소자의 한계를 뛰어넘어 로봇용 센서 피부, wearable 통신 소자, 인체내장/부착형 바이오 소자, 차세대 디스플레이 등 다양한 분야의 응용 가능성을 가지고 있다.
신축성 전자 디바이스는 금속 배선의 확장이 가능한 구조를 가질 수 있다. 금속 배선은 미리 당겨진(pre-strained) 신축성 기판 표면에 전사된 뒤에 상기 신축성 기판의 수축에 의해 물결 모양으로 형성될 수 있다. 물결 모양의 금속 배선은 전자 디바이스의 확장능력(stretch ability)을 부여할 수 있다. 그러나, 신축성 전자 디바이스는 초기에 기판에 가해진 pre-strain의 양에 의해 금속 배선의 확장능력이 제한될 수 있다. 또한, 물결 모양의 금속 배선은 일반적인 반도체 소자 제작공정에 비해 과정이 복잡하여 대면적 적용 및 신뢰성 확보가 어렵다는 단점을 갖는다.
다른 신축성 전자 디바이스는 2차원 평면 스프링 모양의 배선을 포함할 수 있다. 스프링 모양의 배선은 배선제작 공정이 일반적인 반도체 소자 공정과 호환되어 비용 절감 및 신뢰성 확보가 용이하고, 높은 전도성을 가질 수 있다. 그러나, 스프링 모양의 배선은 신축될 때, 배선의 특정 부위에만 국부적으로 변형량이 집중되어 파손을 유발하므로 신축율을 높이는 데에 한계가 있다.\
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제품 신뢰성이 향상된 신축성 배선 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 신축성 배선은, 신축 가능한 고상 전도성 구조체; 상기 고상 전도성 구조체를 둘러싸는 신축 가능한 신축 절연층; 및 상기 고상 전도성 구조체 및 상기 신축 절연층 사이에 배치되고, 상기 고상 전도성 구조체와 접하는 액상 전도성 물질층을 포함한다.
상기 액상 전도성 물질층은 액상 금속층을 포함할 수 있다.
상기 액상 금속층은 갈륨(Ga) 및 인듐(In)을 포함하는 합금을 포함할 수 있다.
상기 고상 전도성 구조체는 지그재그 형상 또는 스프링 형상일 수 있다.
상기 신축 절연층은, 상기 고상 전도성 구조체의 일면 상에 배치되는 제1 신축 절연층; 및 상기 고상 전도성 구조체의 타면 상에 배치되는 제2 신축 절연층을 포함할 수 있다.
상기 신축 절연층은 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 탄성 중합체는, PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다.
상기 고상 전도성 구조체는, 고상 금속을 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 신축성 배선의 제조 방법은, 신축 가능한 고상 전도성 구조체의 적어도 일면에 액상 전도성 물질을 도포하여 액상 전도성 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 액상 전도성 물질층 상에 신축 가능한 신축 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 고상 전도성 구조체를 기판의 일면에 형성하는 단계; 상기 고상 전도성 구조체가 형성된 상기 기판의 일측에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층을 형성하는 단계; 및 상기 고상 전도성 구조체 상에 형성된 포토레지스트층의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 액상 전도성 물질층을 형성하는 단계는, 상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 고상 전도성 구조체 및 상기 포토레지스트 패턴 상에 상기 액상 전도성 물질을 도포하는 것을 포함할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 포토리소그래피 공정을 수행하여, 상기 고상 전도성 구조체를 기준으로 서로 대향되는 상기 포토레지스트 패턴의 측벽들을 형성하는 것을 포함하고, 상기 포토레지스트 패턴의 측벽들은 상기 기판과 예각을 형성할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴의 측벽들의 최단 이격 거리는 상기 고상 전도성 구조체의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴 상에 도포된 상기 액상 전도성 물질층 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 신축 절연층을 형성하는 단계는, 상기 포토레지스트 패턴 상에 도포된 상기 액상 전도성 물질층 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 액상 전도성 물질층 상에 제1 신축 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 신축 절연층 및 상기 액상 전도성 물질층이 형성된 상기 고상 전도성 구조체를 상기 기판으로부터 분리하는 단계; 및 상기 기판으로부터 분리된 상기 제1 신축 절연층 및 상기 고상 전도성 구조체의 하부에 제2 신축 절연층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 액상 전도성 물질층은 액상 금속층을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신축성 배선 및 그 제조 방법은 신축 가능한 고상 전도성 구조체에 액상 전도성 물질층이 코팅된다. 그러므로, 반복적인 신축으로 고상 전도성 구조체에 단선 및/또는 크랙이 발생할 경우, 액상 전도성 물질층은 고상 전도성 구조체의 단선 및/또는 크랙을 메울 수 있다. 따라서, 신축선 배선은 고상 전도성 구조체의 단선 및/또는 크랙에 의한 전기 전도성 저하 등을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선을 통해 전자 소자가 연결된 모습을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I 선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 고상 전도성 구조체를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 고상 전도성 구조체가 신장되는 모습을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A 부분을 도시한 확대도이다.
도 6은 도 4의 B 부분을 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고상 전도성 구조체가 수축되는 모습을 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 C 부분을 도시한 확대도이다.
도 9는 도 7의 D 부분을 도시한 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 고상 금속 구조체에서 크랙이 발생한 경우, 액상 전도성 물질층이 크랙을 메우는 모습을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신축성 배선을 도시한 사시도이다.
도 12은 도 11의 II-II 선에 따른 단면도이다.
도 13 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 신축성 배선 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선을 통해 전자 소자가 연결된 모습을 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 I-I 선에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자들(E)은 신축성 배선(1)에 의해 전기적으로 연결된다. 그러므로 신축성 배선(1)의 양단에는 전자 소자들(E)이 연결될 수 있다. 또한, 신축성 배선(1)은 적어도 일 방향으로 신축이 가능하여 웨어러블(wearable) 통신 소자, 인체 내장/부착형 바이오 소자 등에 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선(1)은 고상 전도성 구조체(10), 액상 전도성 물질층(20), 신축 절연층(30, 40)을 포함할 수 있다.
신축성 배선(1)은 적어도 하나의 고상 전도성 구조체(10)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 신축성 배선(1)은 2개의 고상 전도성 구조체(10)를 포함한다. 다만, 소정의 실시예에서 신축성 배선(1)은 1개 또는 3개 이상의 고상 전도성 구조체(10)를 포함할 수 있다.
고상 전도성 구조체(10)는 신축 가능 고상 구조체일 수 있다. 예를 들어, 고상 전도성 구조체(10)는 신축 절연층(40)과 함께 적어도 일 방향으로 신장 또는 수축할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 길이 방향으로 신장 또는 수축할 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 전 방향으로 신장 또는 수축할 수 있다. 그러므로, 고상 전도성 구조체(10)는 자유롭게 굴곡될 수 있다.
고상 전도성 구조체(10)는 신축성 배선(1)이 사용되는 온도에서 고상 상태를 유지한다. 예를 들면, 신축성 배선(1)이 상온에서 사용될 경우, 고상 전도성 구조체(10)는 상온에서 고상 상태를 유지한다. 이하, 신축성 배선(1)은 15도 내지 25도의 범위의 상온에서 사용되는 것을 전제로 하여 설명하기로 하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
고상 전도성 구조체(10)는 전기 전도성을 갖는 고상 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 고상 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 니켈(Ni) 및 코발트(Co) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 전기 전도성을 갖는 고상 고분자 물질을 포함할 수 있다.
고상 전도성 구조체(10)는 지그재그 형상 또는 스프링 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 지그재그 형상일 수 있다(도 3 참고). 예를 들면, 고상 전도성 구조체(10)는 신축 가능한 적어도 하나의 볼록부(11, 12, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 볼록부(11, 12)는 고상 전도성 구조체(10)의 길이 방향으로 교대로 그리고 반복적으로 배열될 수 있다. 이에 대한 자세한 사항은 후술한다.
액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체(10) 및 신축 절연층(30, 40) 사이에 배치될 수 있다. 액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체(10)의 적어도 일면과 접할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체(10)의 상부면과 접하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
액상 전도성 물질층(20)은 신축성 배선(1)이 사용되는 온도에서 액상 상태를 유지한다. 예를 들면, 신축성 배선(1)이 상온에서 사용될 경우, 액상 전도성 물질층(20)은 상온에서 액상 상태를 유지한다.
액상 전도성 물질층(20)은 전기 전도성을 갖는 액상 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 신축성 배선(1)이 상온에서 사용될 경우, 액상 전도성 금속층은 상온에서 액상 상태를 유지하는 갈륨(Ga) 및 인듐(In)을 포함하는 합금 등을 포함할 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서, 액상 전도성 물질층(20)은 신축성 배선(1)이 사용되는 온도에서 액상 상태를 유지하는 액상 고분자 물질을 포함할 수 있다. 액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체(10)와 상이한 물질로 형성될 수 있다.
신축 절연층(30, 40)은 고상 전도성 구조체(10)를 둘러쌀 수 있다. 신축 절연층(30, 40)은 고상 전도성 구조체(10)와 함께 액상 전도성 물질층(20)을 둘러쌀 수 있다. 그러므로, 신축 절연층(30, 40)은 고상 전도성 구조체(10) 및/또는 액상 전도성 물질층(20)과 접할 수 있다.
신축 절연층(30, 40)은 신축성이 있는 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 신축 절연층(30, 40)은 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함하는 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 그러므로, 신축 절연층(30, 40)은 외력에 의해 적어도 일 방향으로 신장 또는 수축할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 신축 절연층(30, 40)은 제1 신축 절연층(30) 및 제2 신축 절연층(40)을 포함할 수 있다. 신축 절연층(30, 40)은 가능한 얇은 층으로 형성될 수 있다.
제1 신축 절연층(30)은 액상 전도성 물질층(20)이 형성된 고상 전도성 구조체(10)의 일면 상에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 신축 절연층(30)은 액상 전도성 물질층(20) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 신축 절연층(30)은 고상 전도성 구조체(10)의 상면 상에 배치되고, 액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체의 상면과 접할 수 있다. 따라서, 제1 신축 절연층(30)은 액상 전도성 물질층(20)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다.
제2 신축 절연층(40)은 고상 전도성 구조체(10)의 타면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 신축 절연층(40)은 제1 신축 절연층(30)의 하면 및 액상 전도성 물질층(20)이 형성되지 않은 고상 전도성 구조체(10)의 하면 상에 배치될 수 있다. 그러므로, 제1 신축 절연층(30) 및 제2 신축 절연층(40)은 액상 전도성 물질층(20)이 형성된 고상 전도성 구조체(10)를 둘러싸는 샌드위치 구조를 형성할 수 있다. 따라서, 고상 전도성 구조체(10)와 액상 전도성 물질층(20)은 외부 환경으로부터 절연될 수 있다.
제2 신축 절연층(40)은 제1 신축 절연층(30)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 그러므로, 제1 신축 절연층(30)과 제2 신축 절연층(40)은 서로 대응되게 신축될 수 있다. 제1 신축 절연층(30)과 제2 신축 절연층(40)이 서로 대응되게 신축 됨에 따라, 고상 전도성 구조체(10)는 국부적인 변형 집중 현상을 방지할 수 있다. 또한, 신축성 배선(1)은 반복적인 신축에 의한 고상 전도성 구조체(10)의 단선(open) 또는 크랙 발생을 최소화할 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서 제2 신축 절연층(40)은 제1 신축 절연층(30)과 상이한 재질로 형성될 수 있다.
제2 신축 절연층(40)은 가능한 얇은 층으로 형성될 수 있다. 제2 신축 절연층(40)은 제1 신축 절연층(30)에 대응되는 형상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 신축 절연층(30) 및 제2 신축 절연층(40)의 단면은 대략 사각 형상일 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서 제1 신축 절연층(30) 및 제2 신축 절연층(40)의 단면은 반원형, 삼각형 등의 다양한 형상일 수 있다.
또한, 신축성 배선(1)은 제2 신축 절연층(40)과 제1 신축 절연층(30) 사이 및/또는 제2 신축 절연층(40)과 고상 전도성 구조체(10) 사이에 접착층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 접착층은 제2 신축 절연층(40)과 제1 신축 절연층(30) 간의 접착력 및/또는 제2 신축 절연층(40)과 고상 전도성 구조체(10) 간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 고상 전도성 구조체의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고상 전도성 구조체(10)는 신축 가능한 적어도 하나의 볼록부(11, 12)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 고상 전도성 구조체(10)는 복수의 볼록부(11, 12)를 포함할 수 있다. 복수의 볼록부(11, 12)는 적어도 하나의 제1 볼록부(11) 및 적어도 하나의 제2 볼록부(12)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 볼록부(11)는 고상 전도성 구조체(10)가 고상 전도성 구조체(10)의 길이 방향을 따라 고상 전도성 구조체(10)의 중간 영역을 지나가는 중심 선(X)과 대략 수직한 제1 방향(Y1)으로 돌출된 부분을 지칭할 수 있다. 제2 볼록부(12)는 고상 전도성 구조체(10)가 제1 방향(Y1)과 반대되는 제2 방향(Y2)으로 돌출된 부분을 지칭할 수 있다.
복수의 제1 볼록부(11) 및 복수의 제2 볼록부(12)는 고상 전도성 구조체(10)의 길이 방향으로 교대로 그리고 반복적으로 배열될 수 있다. 따라서, 고상 전도성 구조체(10)는 지그재그 형상일 수 있다. 제1 볼록부(11) 및 제2 볼록부(12)는 대략 반원, 포물선, 말발굽 형상, 옴(Ω) 형상 등으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 고상 전도성 구조체가 신장되는 모습을 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 A 부분을 도시한 확대도이다. 도 6은 도 4의 B 부분을 도시한 확대도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고상 전도성 구조체가 수축되는 모습을 도시한 평면도이다. 도 8은 도 7의 C 부분을 도시한 확대도이다. 도 9는 도 7의 D 부분을 도시한 확대도이다.
도 4 및 도 7에서 점선으로 도시된 고상 전도성 구조체(10)는 고상 전도성 구조체(10)가 신축되기 전의 모습을 도시한 것이다. 또한, 도 4에서 실선으로 도시된 고상 전도성 구조체(10)는 고상 전도성 구조체(10)가 신장된 모습을 도시한 것이다. 그리고, 도 7에서 실선으로 도시된 고상 전도성 구조체(10)는 고상 전도성 구조체(10)가 수축된 모습을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 고상 전도성 구조체(10)가 신장되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11a) 간의 이격 거리(L1₁1) 및 복수의 제2 볼록부(12a) 간의 이격 거리(L2₁1)는 신축되기 전의 복수의 제1 볼록부(11) 간의 이격 거리(L1) 및 복수의 제2 볼록부(12) 간의 이격 거리(L2)보다 증가될 수 있다.
복수의 제1 볼록부(11a) 간의 이격 거리(L1₁1) 및 복수의 제2 볼록부(12a) 간의 이격 거리(L2₁1)가 증가하면서 신장됨에 따라, 고상 전도성 구조체(10)는 단면적의 과도한 감소를 방지하며 신장될 수 있다. 그리고, 고상 전도성 구조체(10)의 총 길이도 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 신축성 배선(1, 도 1 참고)이 신장되더라도 고상 전도성 구조체(10)에 흐르는 전기 전도도는 일정하게 유지될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 고상 전도성 구조체(10)가 신장되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11a) 및 복수의 제2 볼록부(12a)의 외측 부분에는 압축 응력이 작용할 수 있다. 고상 전도성 구조체(10)가 신장되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11a) 및 복수의 제2 볼록부(12a)의 내측 부분에는 인장 응력이 작용할 수 있다.
도 5 및 도 7을 참고하면, 제1 볼록부(11, 11a, 11b)의 외측 부분은 제1 볼록부(11, 11a, 11b)의 제1 방향(Y1)의 부분을 지칭할 수 있다. 따라서, 제1 볼록부(11, 11a, 11b)의 내측 부분은 제1 볼록부(11, 11a, 11b)의 제2 방향(Y2)의 부분을 지칭할 수 있다.
도 6 및 도 8을 참고하면, 제2 볼록부(12, 12a, 12b)의 외측 부분은 제2 볼록부(12, 12a, 12b)의 제2 방향(Y2)의 부분을 지칭할 수 있다. 따라서, 제2 볼록부(12, 12a, 12b)의 내측 부분은 제2 볼록부(12, 12a, 12b)의 제1 방향(Y1)의 부분을 지칭할 수 있다.
도 7을 참조하면, 고상 전도성 구조체(10)가 수축되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11b) 간의 이격 거리(L1₂2) 및 복수의 제2 볼록부(12b) 간의 이격 거리(L2₂2)는 신축되기 전의 복수의 제1 볼록부(11) 간의 이격 거리(L1) 및 복수의 제2 볼록부 (12) 간의 이격 거리(L2)보다 감소될 수 있다.
복수의 제1 볼록부(11b) 간의 이격 거리(L1₂2) 및 복수의 제2 볼록부(12b) 간의 이격 거리(L2₂2)가 감소하면서 수축됨에 따라, 고상 전도성 구조체(10)는 단면적의 과도한 증가를 방지하며 수축될 수 있다. 그리고, 고상 전도성 구조체(10)의 총 길이도 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 신축성 배선(1)이 수축되더라도 고상 전도성 구조체(10)에 흐르는 전기 전도도는 일정하게 유지될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 고상 전도성 구조체(10)가 수축되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11b) 및 복수의 제2 볼록부(12b)의 외측 부분에는 인장 응력이 작용할 수 있다. 또한, 고상 전도성 구조체(10)가 수축되는 경우, 복수의 제1 볼록부(11b) 및 복수의 제2 볼록부 (12b)의 내측 부분에는 압축 응력이 작용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 고상 전도성 구조체(10)가 반복적으로 신축하는 경우, 제1 볼록부(11) 및/또는 제2 볼록부(12)에는 응력이 집중될 수 있다. 그러므로, 제1 볼록부(11) 및/또는 제2 볼록부(12)는 고상 전도성 구조체(10)의 인장 강도보다 낮은 응력에서 피로파괴가 발생할 수 있다. 즉, 고상 전도성 구조체(10)에는 단선(미도시) 및/또는 크랙(13)이 발생할 수 있다. 고상 전도성 구조체(10)에 단선 및/또는 크랙(13)이 발생할 경우, 신축성 배선(1)의 전기 전도 등의 특성이 저하 또는 상실될 수 있다.
도 10을 참조하면, 고상 전도성 구조체(10)에 단선 및/또는 크랙(13)이 발생한 경우, 고상 전도성 구조체(10)의 적어도 일면에 형성된 액상 전도성 물질층(20)은 고상 전도성 구조체(10)의 단선 및/또는 크랙(13)이 발생한 부분을 메울 수 있다. 따라서, 신축성 배선(1)은 고상 전도성 구조체(10)에 단선 및/또는 크랙(13)이 발생하더라도 전기전도 등의 특성이 저하 또는 상실되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신축성 배선을 도시한 사시도이다. 도 12은 도 11의 II-II 선에 따른 단면도이다.
이하, 설명의 편의를 위해 상술한 도면들에 나타난 각 엘리먼트와 실질적으로 동일한 엘리먼트는 동일 부호로 나타내고, 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 신축성 배선(100)은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선(1, 도 1 참조)의 형상 등이 상이할 수 있다. 또한, 신축성 배선(100)은 제2 신축 절연층(40, 도 2 참조)을 포함하지 않을 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고상 전도성 구조체(110)는 스프링 형상일 수 있다. 스프링 형상의 고상 전도성 구조체(110)는 적어도 일 방향으로 신축될 수 있다. 예를 들면, 스프링 형상의 고상 전도성 구조체(110)는 길이 방향(X1)으로 신축될 수 있다.
도 12를 참조하면, 신축성 배선(100)의 단면은 대략 원형으로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니며 사각형, 삼각형 등으로 형성될 수도 있다.
액상 전도성 물질층(120)은, 고상 전도성 구조체(110)의 표면을 감쌀 수 있다. 또한, 제1 신축 절연층(130)은 고상 전도성 구조체(110)의 표면에 형성된 액상 전도성 물질층(120)의 표면을 감쌀 수 있다.
도 13 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 배선의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 13을 참조하면, 신축 가능한 고상 전도성 구조체(10)는 단단한 기판(50)의 일면 상에 형성될 수 있다. 고상 전도성 구조체(10)는 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 고상 전도성 구조체(10)는 지그재그 형상 또는 스프링 형상 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 적어도 하나의 볼록부(11, 12, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 고상 전도성 구조체(10)는 지그재그 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 고상 전도성 구조체(10)는 고상 금속, 고상 고분자 물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
기판(50)은 고상 전도성 구조체(10)가 형성되는 일면이 평평할 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서 기판(50)은 고상 전도성 구조체(10)가 형성되는 일면이 굴곡지게 형성될 수 있다. 따라서, 기판(50)의 일면에 형성되는 고상 전도성 구조체(10)도 굴곡지게 형성될 수 있다. 기판(50)은 실리콘 기판, 유리 기판, 절연 기판 및 고분자 기판 중 어느 하나일 수 있다.
기판(50)은 희생층(55)을 포함할 수 있다. 희생층(55)은 기판(50)의 일측에 형성될 수 있다. 그리고, 고상 전도성 구조체(10)는 희생층(55) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 희생층(55)은 기판(50)과 고상 전도성 구조체(10) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 희생층(55)은 신축선 배선 제조를 위한 완충막 역할을 한다. 그리고, 희생층(55)은 후속 공정에서 고상 전도성 구조체(10) 및 제1 신축 절연층(30)으로부터 기판(50)을 분리할 때, 희생막 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 희생층(55)은 접착력이 약한 비정질 실리콘, 산화물 세라믹, 질화물 세라믹, 고분자 재료 및 산화막 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 고상 전도성 구조체(10)는 기판(50)과 용이하게 분리될 수 있다.
도 14를 참조하면, 고상 전도성 구조체(10)가 형성된 기판(50)의 일면에는 포토레지스트층(60)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 스핀 코딩 방법으로 고상 전도성 구조체(10)가 형성된 기판(50)의 일면에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(60)을 형성할 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 고상 전도성 구조체(10) 상에 형성된 포토레지스트층(60)의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴(65)을 형성할 수 있다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(65)은 측벽들(66, 67)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 고상 전도성 구조체(10) 상에 형성된 포토레지스트층(60)의 일부를 제거한다는 것은 고상 전도성 구조체(10)에 도포된 포토레지스트 뿐만 아니라 고상 전도성 구조체(10)에 인접한 포토레지스트를 제거하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 포토레지스트 패턴(65)은 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 포토레지스트층(60) 상에 포토 마스크(70)가 배치될 수 있다. 포토마스크(70)는 기판(50) 상에 형성된 고상 전도성 구조체(10)에 대응되는 슬릿(71)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 고상 전도성 구조체(10)가 지그재그 형상일 경우, 포토마스크(70)의 슬릿(71)은 고상 전도성 구조체(10)와 대응되는 지그재그 형상일 수 있다. 포토레지스트층(60)의 일부는 포토 마스크(70)의 슬릿(71)을 통해 빛에 노출될 수 있다.
포토레지스트(photoresist)는 빛에 노출될 때, 약품에 대한 내성이 변화하는 고분자 재료일 수 있다. 포토레지스트는 빛에 노출될 때, 약품에 대하여 불용성이 되는 네거티브형(negative type) 및 약품에 대하여 가용성이 되는 포지티브형(positive type)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 포토레지스트는 네거티브형(negative type)일 수 있다. 그러므로, 빛에 노출된 포토레지스트층(60)의 일부는 남고, 빛에 노출되지 않은 포토레지스트층(60)은 제거될 수 있다.
고상 전도성 구조체(10) 상에 형성된 포토레지스트층(60)의 일부를 제거하는 경우, 포토레지스트 패턴(65)은 고상 전도성 구조체(10)를 기준으로 서로 대향되는 측벽들(66, 67)을 포함할 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)은 기판(50)과 예각(θ₁, θ2)을 형성할 수 있다. 그러므로, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)은 역 경사(reverse slope) 구조를 포함할 수 있다. 역 경사(reverse slope) 구조는 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)의 이격 거리가 기판으로부터 멀어질수록 일정하게 감소하는 구조를 의미할 수 있다.
따라서, 포토레지스트 패턴(65) 및 고상 전도성 구조체(10)에 액상 전도성 물질을 도포하는 후속 공정에서 액상 전도성 물질은 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)에 도포되지 않을 수 있다.
포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)이 기판(50)과 예각(θ1, θ2)을 형성하는 공정의 일 예를 설명한다. 도 15를 참조하면, 포토레지스트층(60)에는 포토마스크(70)의 슬릿(71)을 통해 빛(B)이 입사될 수 있다. 포토레지스트층(60)으로 입사된 빛(B)은 포토레지스트층(60)에서 기판(10)을 향해 갈수록 집광될 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트층(60) 내로 입사된 빛(B)은 집광되도록 굴절될 수 있다.
따라서, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)은 기판(50)과 예각(θ₁, θ2)을 형성할 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)의 최단 이격 거리(D)는 고상 전도성 구조체(10)의 폭(t)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴(65) 및 고상 전도성 구조체(10)에 액상 전도성 물질을 도포하는 후속 공정에서 액상 전도성 물질은 고상 전도성 구조체(10)에 도포될 수 있다. 다만, 소정의 실시예에서, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)의 최단 이격 거리(D)는 고상 전도성 구조체(10)의 폭(t)과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴(65)의 측벽들(66, 67)의 최단 이격 거리(D)가 고상 전도성 구조체(10)의 폭(t)보다 약간 크게 형성될 경우, 액상 전도성 물질은 기판(50)에 거의 도포되지 않을 수 있다.
도 17을 참조하면, 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 액상 전도성 물질은 포토레지스트 패턴 및 고상 전도성 구조체(10)의 적어도 일면 상에 도포될 수 있다. 예를 들면, 액상 전도성 물질은 롤러(R)를 통해 포토레지스트 패턴 및 고상 전도성 구조체(10)의 적어도 일면 상에 도포될 수 있다. 따라서, 포토레지스트 패턴 및 신축 가능한 고상 전도성 구조체(10)의 적어도 일면 상에는 액상 전도성 물질을 도포되어 액상 전도성 물질층(20)이 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 포토레지스트 패턴 및 포토레지스트 패턴에 도포된 액상 전도성 물질층(20)은 기판(50)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트 패턴 및 포토레지스트 패턴에 도포된 액상 전도성 물질층(20)은 포토레지스트 스트리퍼(striper) 용액에 의해 기판(50)으로부터 제거될 수 있다.
도 19를 참조하면, 고상 전도성 구조체(10)에 형성된 액상 전도성 물질층(20) 상에 신축 가능한 제1 신축 절연층(30)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트 패턴(65, 도 18 참고)에 도포된 액상 전도성 물질층(20) 및 포토레지스트 패턴(65)이 제거된 후, 제1 신축 절연층(30)이 기판(50) 상에 도포될 수 있다. 그러므로, 고상 전도성 구조체(10)에 형성된 액상 전도성 물질층(20) 및 기판(50)의 희생층(55) 상에 신축 가능한 제1 신축 절연층(30)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 신축 절연층(30)은 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)의 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
도 20을 참조하면, 제1 신축 절연층(30) 및 액상 전도성 물질층(20)이 도포된 고상 전도성 구조체(10)는 외력에 의해 기판(50)으로부터 분리될 수 있다. 기판(50)과 접촉하는 고상 전도성 구조체(10)의 타면에는 제1 신축 절연층(30) 등이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 고상 전도성 구조체(10)는 외부 환경으로부터 보호되지 않아 합선 등의 위험이 발생할 수 있다. 그러므로, 후속 공정에서는 고상 전도성 구조체(10)의 타면 상에 제2 신축 절연층(40, 도 21 참고)을 형성할 수 있다.
도 21을 참조하면, 기판(50)으로부터 분리된 제1 신축 절연층(30) 및 고상 전도성 구조체(10)의 타면 상에는 제2 신축 절연층(40)이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 신축 절연층(30) 및 제2 신축 절연층(40)은 액상 전도성 물질층(20)이 형성된 고상 전도성 구조체(10)를 둘러싸는 샌드위치 구조를 형성할 수 있다. 따라서, 고상 전도성 구조체(10)와 액상 전도성 물질층(20)은 외부 환경으로부터 절연될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 신축 절연층(40)은 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)의 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1, 100: 신축성 배선 10, 110: 고상 전도성 구조체
11, 11a, 11b: 제1 볼록부 12, 12a, 12b: 제2 볼록부
13: 크랙 20,120: 액상 전도성 물질층
30, 130: 제1 신축 절연층 40: 제2 신축 절연층
50: 기판 55: 희생층
60: 포토레지스트층 65: 포토레지스트 패턴
66,67: 측벽들 70: 포토마스크
71: 슬릿

Claims (14)

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  9. 고상 전도성 구조체를 기판의 일면에 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 일면 상에 포토레지스트층을 형성하여 상기 고상 전도성 구조체를 덮는 단계;
    상기 포토레지스트층의 일부를 제거하여 상기 고상 전도성 구조체를 노출시키는 개구를 형성하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    신축 가능한 고상 전도성 구조체의 적어도 일면에 액상 전도성 물질을 도포하여 액상 전도성 물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 액상 전도성 물질층 상에 신축 가능한 신축 절연층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 액상 전도성 물질층을 형성하는 단계는,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 고상 전도성 구조체 및 상기 포토레지스트 패턴 상에 상기 액상 전도성 물질을 도포하는 것을 포함하며,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는,
    포토리소그래피 공정을 수행하여, 상기 고상 전도성 구조체를 기준으로 서로 대향되는 상기 포토레지스트 패턴의 측벽들을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 포토레지스트 패턴의 측벽들의 이격 거리는 기판으로부터 멀어질수록 감소하여 상기 개구의 상부 너비는 하부 너비보다 작으며,
    상기 액상 전도성 물질은 갈륨(Ga)을 포함하는 신축성 배선의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴의 측벽들의 최단 이격 거리는 상기 고상 전도성 구조체의 폭보다 크게 형성되는 신축성 배선의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴 상에 도포된 상기 액상 전도성 물질층 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하고,
    상기 신축 절연층을 형성하는 단계는:
    상기 포토레지스트 패턴 상에 도포된 상기 액상 전도성 물질층 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 액상 전도성 물질층 상에 제1 신축 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제1 신축 절연층 및 상기 액상 전도성 물질층이 형성된 상기 고상 전도성 구조체를 상기 기판으로부터 분리하는 단계; 및
    상기 기판으로부터 분리된 상기 제1 신축 절연층 및 상기 고상 전도성 구조체의 하부에 제2 신축 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 신축성 배선의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 액상 전도성 물질층은 액상 금속층을 포함하는 신축성 배선의 제조 방법.
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