KR102006102B1 - Htcc(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법 - Google Patents

Htcc(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)을 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 제1 HTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계, 상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계, 상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계 및 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것을 포함하는 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법에 관한 것이다.

Description

HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법 {Fabrication method of Array Piezoelectric element for Fingerprint sensor using High Tepmerature Co-fired Ceramic}
본 발명은 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)을 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법에 관한 것이다.
지문 인식 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다. 특히 최근에는 일반적으로 도어락에 적용되는 지문 인식 센서와 달리 작은 부피로 구현할 수 있는 스와이프(swipe) 타입의 지문 인식 센서도 개발되어 모바일 기기에도 지문 인식 센서가 그 적용 비율을 점차 늘려가는 추세이다.
지문 인식 센서는 그 동작 원리에 따라 초음파 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다. 이 가운데 초음파 방식은 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파 신호가 지문의 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 반사되는 경우 각각의 골과 마루에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)차이를 초음파 발생원인 해당 복수의 압전 센서를 이용해 측정하여 지문을 감지하는 방식으로, 특히 초음파 방식의 장점은 단순한 지문 인식의 기능을 넘어서 초음파를 펄스(pulse) 형으로 발생시켜 그 반향파에 의한 도플러 효과를 검출함으로써 손가락 내부의 혈류 흐름을 파악할 수 있는 기능을 갖고 있으므로, 이를 이용하여 위조 지문 여부까지 판단할 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 초음파 방식 지문 인식 센서에서 지문 감지의 정확도를 높이기 위해서는 복수의 압전 센서의 숫자를 늘려야 하며, 특히 지문의 골과 마루 사이의 간격이 매우 조밀한 어린 아이와 여성의 지문을 정확히 인식하기 위해서는 단위 면적 당 배치되는 복수의 압전 센서 숫자를 높이는 것이 중요하다. 복수의 압전 센서의 해상도를 높이기 위해서는 압전 센서 각각의 면적이 줄어들어야 하고, 이는 제조 공정 상의 문제로 이어져 수율 저하 및 가격 경쟁력 저하에 따른 역효과를 불러오는 문제점이 있다.
그 외에, 현재 가장 지문 인식 센서 등의 압전 어레이 소자를 제조하는 방법으로 가장 널리 이용되는 것은, 완전 소결이 이루어진 압전 세라믹 벌크 결정을 다이아몬드 컷팅 또는 레이저를 이용하여 x축 및 y축으로 자르고, 자른 공간에 에폭시를 채워 나간 후에 후방에서 기계적인 폴리싱 등을 이용하여 제조하는 방법이 일반적이다.
그러나, 이러한 방법은 긴 시간에 걸쳐서 진행되며, 어레이를 형성하는 데 있어서 개별적인 물리적 방법을 이용하므로, 제조 단가가 높고 대량 양산이 불가능하다는 단점을 갖는다. 또한, 제조가 이루어지는 과정에서 압전 세라믹 및 다이아몬드 SAW 재료들의 손실과 압전 세라믹 결정의 결함을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제1 HTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계, 상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계, 상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계 및 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것인 경제적이며, 대량생산이 가능한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법은, 세라믹 소재를 비교적 고온에서 소결하여, 기존 방법에 비해 재료 손실 및 결정 결함의 우려가 낮은 소자를 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법은, 제1 HTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계, 상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계, 상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계 및 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 구멍을 형성하는 단계에서, 상기 어레이 구멍의 간격은, 5 nm 내지 1 ㎛ 이고, 상기 어레이 구멍의 직경은 5 nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 층은, 동일 또는 상이한 조성을 가지는 것이고, 알루미나, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 붕소 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을, 각각, 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 구멍에의 필러 주입은, 초음파 분말 주입으로 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계 이후에, 전기적 폴링(poling)하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법은, 제1 HTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계, 상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계, 상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계 및 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것이고, 상기 HTCC 층의 소결온도에 따라, 압전 어레이 소자만을 소결시키고, 미소결된 고온 소결 시트층을 쉽게 제거하여 고신뢰도의 압전 어레이 소자를 대량으로 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 우수한 압전 특성을 가지면서, 재료 손실 및 결정 결함의 우려가 낮고, 고신뢰도의 대면적 압전 어레이 소자를 제공할 수 있는 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법에 관한 것으로서, 미소결된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 간이하게 제거하여 대량 생산이 가능한 지문 인식용 압전 어레이 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 HTCC를 이용한 압전 어레이 소자 제조방법의 공정 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 HTCC를 이용한 압전 어레이 소자 제조방법의 제조 공정을 도식화한 그림이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.
이하에서 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 발명의 범위를 설명된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 출원을 통해 권리로서 청구하고자 하는 범위는 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법은, 제1 HTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계, 상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계, 상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계 및 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계를 포함하고, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것을 포함한다.
본 발명에서, HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic, 고온 동시 소성 세라믹)는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)와 더불어 다기능, 고신뢰성 회로기판 및 복합 모듈을 실현할 수 있는 기술로서, 알루미나(alumina)에 SiO2-MgO-CaO 등의 플럭스(flux)를 소결조제로 첨가하여 세라믹 시트를 만들어, 여기에 인쇄된 전극과 함께 적층하고 소결하여 제품을 만드는 것으로서, 본 명세서에서 HTCC 층은 고온 동시 소성 세라믹용 그린시트를 의미한다.
일 측에 따를 때, 상기 소결조제는 유전체 물질의 치밀화와 금속전극과 세라믹 사이의 접착력을 높이기 위해 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않을 수 있으나, 본 발명에서, 상기 소결조제는, 바람직하게는 그린시트용 소결조제로서, Glass former, SiO2, CaO, MgO, Y2O3또는 이 들의 조합일 수 있다.
본 발명에서, 상기 압전 어레이 소자의 압전 소자는 외부에서의 기계적 응력이 가해지면, 압전체에서 전기를 발생시켜 전극을 통해 전기를 전송시켜주는 것을 의미하며, 본 명세서에서는 생체인식 기술(biometric system) 가운데 지문을 추출하여 판별하기 위한 용도의 압전 어레이 소자를 의미할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 지문 인식용 압전 어레이 소자는, 지문의 골과 산 사이를 인지할 수 있는 수 마이크로 단위의 압전 어레이를 형성하여, 지문의 산에 의해 가압되는 부분과 지문의 골에 의해 가압되지 않는 부분을 구분하고, 지문이 인식될 때 발생하는 물리량을 통하여, 그에 비례하는 전기적 신호를 검출함으로써 지문의 전체적 형상을 인지할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 압전 어레이의 압전 재료는, 기계적 응력에 의해 전기적 전하로 바뀌는 결정 구조 재료의 특성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 전기장을 주었을 때 결정 내에서 진동을 유발할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 HTCC 층을 형성하는 단계는, 압전 세라믹보다 더 고온에서 소결이 이루어지는 물질을 이용하여 그린시트를 형성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 압전 세라믹은 압력이 가해졌을 때, 전압을 발생하고, 전계가 가해졌을 때 기계적인 변형이 일어나는 소자로서, 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로, 전기 에너지를 진동 에너지로 상호 변환이 가능하며, 변환 효율이 우수한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 압전 세라믹은, 압전 특성을 악화시키지 않으면서, 압전 세라믹의 저온 소결성을 개선시킬 수 있는 부성분을 더 첨가할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 그린시트에 사용될 수 있는 '고온 소결용 물질'로는 압전 세라믹보다 더 고온에서 소결이 이루어지는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, 알루미나, 실리콘질화물, 실리콘탄화물 및 붕소 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 구멍을 형성하는 단계에서, 상기 어레이 구멍의 간격은, 5nm 내지 1 ㎛ 이고, 상기 어레이 구멍의 직경은 5nm 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 어레이 구멍을 형성하는 단계는, 그린시트에 펀칭 공정을 통해서 형성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 어레이 구멍의 간격이 5nm 미만인 경우에는, 펀칭 공정에 어려움이 있어서 비경제적일 수 있으며, 1 ㎛ 를 초과하는 경우에는 지문의 골과 산 사이를 제대로 측정하기 어려울 수 있다.
일 측에 따를 때 상기 어레이 구멍의 직경이 5 nm 미만인 경우에는, 압전 어레이의 폭이 좁아져서 지문 인식 센서로서의 활용도가 떨어질 수 있으며, 100 ㎛ 초과하는 경우에는, 필러 주입 구멍이 지나치게 넓어져서 비경제적일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 층은, 동일 또는 상이한 조성을 가지는 것이고, 알루미나, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 붕소 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을, 각각, 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 층은 고온 소결성 물질을 이용한 그린시트로서, 양 층은 동일 또는 상이한 물질일 수 있으나, 바람직하게는 동일한 조성의 시트일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 그린시트는 세라믹 제품의 최종 치수, camber, 기계적 및 전기적 물성에 영향을 미치는 것일 수 있으며, 고기능, 소형, 박형화를 위하여, 바람직하게는 테이프 캐스팅(tape casting)기법에 의해 제조되는 그린시트일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 테이프 캐스팅 기법에 의해 제조된 그린시트는, 펀칭, 인쇄, 적층, 압착 등의 공정을 거칠 때, 변형이 생기지 않을 정도의 인장 강도를 가지고, 유연성을 가질 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제2 HTCC 층은, 바람직하게는 상기 제1HTCC 층과 동일한 조성의 시트를 펀칭된 제1 HTCC 층 후면에 라미네이션하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제1 및 제2 HTCC 층을 형성하는 그린시트는, 100 ㎛ 내지 250 ㎛ 두께일 수 있으며, 바람직하게는 박층화된 어레이 소자의 제조를 위하여 100 ㎛ 내지 150 ㎛ 일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것일 수 있다. 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체의 소결온도가 1100 ℃ 미만일 경우에는, 고온 소결 단계에서 소결되어, 제거가 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 구멍에의 필러 주입은, 초음파 분말 주입으로 수행되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 필러는, 고온 소결 단계에서 소결이 일어나는 압전 세라믹 분말이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 티탄산납, 티탄산지르콘산납, 니오브산나트륨 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 측에 따를 때, 초음파 분말은, 상기 어레이 구멍 간격 및 직경에 필러를 균일하게 주입하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계는, 제1 및 제2 HTCC 복합체는 미소결되고, 어레이 소자 내에 주입된 필러는 소결될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 소결온도가 900 ℃ 미만인 경우, 어레이 구멍내의 필러가 충분히 소결되지 않아서, 좋은 압전 특성을 나타내지 않을 수 있으며, 1000 ℃를 초과하는 경우에는 제1 및 제2 HTCC 복합체도 소결시켜서, 추후에 제거가 어려워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계는, 압전 어레이 소자를 측면에서 고정시켜주는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 상부 에폭시층을 형성하는 단계는, 소결이 끝나고 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 에폭시층을 장입하는 것으로, 소결이 일어나면서 수축한 압전 세라믹 분말(필러)때문에, 어레이 구멍에 공간이 생기고, 공간이 생긴 상기 어레이 구멍 속으로 상부 에폭시층이 장입되면서, 압전 어레이 소자의 측면에서 고정을 시켜주는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계는, 소결이 일어나지 않은 고온 소결용 그린시트를 제거하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제거 단계는, 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성한 그린시트를 흐르는 물, 초음파 세척기 또는 이 둘을 모두 이용하여 제거하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제거 단계에서, 압전 어레이 소자는, 제거되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계는, 압전 어레이 소자를 하면에서 고정시키는 단계일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 하부 에폭시층은, 상기 상부 에폭시층과 동일 또는 상이한 조성의 에폭시층일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 하부 에폭시층은, 상기 제거 단계에서 제1 및 제2 HTCC 복합체가 제거되어 드러난 어레이 소자를 하측에서 결합하여 완전히 고정시켜주는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱 하는 단계는, 압전 어레이 소자가 상면 및 하면에 모두 드러나도록 폴리싱하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계 이후에, 전기적 폴링(poling)하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 전기적 폴링 공정은, 상기 폴리싱된 압전 어레이소자의 압전 소자 특성을 향상시키는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 전기적 폴링 공정은, 압전 어레이 소자를 초음파 소자로 적용하기 위해서 상부 및 하부 전극 소자를 형성하는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 . 압전 어레이 소자의 제조
1. 제1 및 제2 HTCC 복합체 제조 공정
압전 세라믹보다 더욱 고온에서 소결이 이루어지는 물질을 이용하여 그린시트를 형성하였다(제1 HTCC 층). 이 때 그린시트에 사용될 수 있는 고온 소결용 물질로 알루미나, 실리콘질화물, 실리콘탄화물, 붕소 질화물 등을 이용하였다.
이 후 압전 어레이 소자의 배열 간격 및 치수에 해당하는 구멍 배열을 그린시트에 펀칭 공정을 통해서 형성하였다.
그리고 앞에서 제조한 그린시트와 동일한 조성의 시트를 후면에 라미네이션(제1 및 제2 HTCC 복합체)하고 압전 분말(필러)을 구멍 배열에 주입하였다.
다음으로, 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하였고 제1 및 제2 HTCC 복합체는 소결이 일어나지 않지만, 압전 세라믹(필러)의 소결이 충분히 일어났음을 확인하였다.
2. 압전 어레이 소자 완성 공정
소결이 끝난 후에 상부 에폭시를 장입하여 소결이 일어난 압전 세라믹 어레이를 고정시켰다.
이후 소결이 일어나지 않은 고온 소결용 그린시트 영역(제1 및 제2 HTCC 복합체)은 흐르는 물 또는 초음파 세척로 제거하였다. 이 때 압전 어레이 소자가 제거되지 않도록 주의하였다.
그리고, 하부 에폭시를 장입하여 압전 어레이 소자를 완전히 고정하였다.
고정시킨 상하부 에폭시를 폴리싱하여 압전 어레이 소자를 완성하였다.
마지막으로, 완성된 압전 어레이 소자에 전기적인 폴링(poling) 공정을 적용하였다.
본 발명의 실시예에 따른 압전 어레이 소자는, 기존의 압전 어레이 소자에 비하여, 비교적 고온에서 소결하여, 우수한 압전 특성을 나타내는 것을 확인하였으며, 기존의 제조방법이 벌크 세라믹을 일일이 커팅하고 그 사이에 절연 에폭시로 메꾸는 것에 비해, 재료 손실 및 결정 결함의 우려가 낮음을 확인하였다.
또한, 일괄 공정을 진행시킬 수 있어서, 대면적 대량 생산 공정을 진행하는 비용이 절감되는 효과를 기대할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 제1 HTCC 층을 형성하는 단계;
    상기 제1 HTCC 층을 펀칭하여 어레이 구멍을 형성하는 단계;
    상기 펀칭된 제1 HTCC 층 하부에 제2 HTCC 층을 라미네이션하여 제1 및 제2 HTCC 복합체를 형성하는 단계;
    상기 어레이 구멍에 필러를 주입하여 어레이 소자를 형성하는 단계;
    상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체를 900 ℃ 내지 1000 ℃에서 소결하는 단계;
    상기 어레이 소자가 형성된 제1 및 제2 HTCC 복합체 상에 상부 에폭시층을 형성하는 단계;
    상기 제1 및 제2 HTCC 복합체를 제거하는 단계;
    상기 상부 에폭시층의 하면에, 상기 어레이 소자를 덮도록 하부 에폭시층을 형성하는 단계; 및
    상기 어레이 소자가 드러나도록 상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 HTCC 복합체는 1100 ℃ 이상의 소결온도를 가지는 것인,
    HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 구멍을 형성하는 단계에서,
    상기 어레이 구멍의 간격은, 5 nm 내지 1 ㎛ 이고,
    상기 어레이 구멍의 직경은 5 nm 내지 100 ㎛인 것인,
    HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 HTCC 층 및 제2 HTCC 층은,
    동일 또는 상이한 조성을 가지는 것이고,
    알루미나, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 붕소 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을, 각각, 포함하는 것인,
    HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 구멍에의 필러 주입은, 초음파 분말 주입으로 수행되는 것인,
    HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 에폭시층 및 하부 에폭시층을 폴리싱하는 단계 이후에,
    전기적 폴링(poling)하는 단계;를 더 포함하는,
    HTCC(고온 동시 소성 세라믹)를 이용한 지문 인식용 압전 어레이 소자 제조방법.
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