KR102412809B1 - Stretchable sensor and fabrication methods of the same - Google Patents

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Abstract

동일한 인장 상태에서 낮은 변형률을 갖는 전극층과 높은 변형률을 갖는 전극층을 포함하는 인장 센서 및 이의 제조방법이 개시된다. 이는, 인장 센서를 덤벨 형상을 갖도록 형성하고, 서로 다른 탄성 계수를 갖는 폴리머를 통해 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 전극층과 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 전극층을 모두 포함하도록 형성함으로써 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위한 신축성 없는 기존 소자의 전극과 이격 없이 접합할 수 있는 영역 및 인장률에 따른 전기신호 변화를 측정할 수 있는 영역을 동시에 제공할 수 있다. 따라서, 인장 상태에서 안정적으로 전기신호 변화를 측정하고 전달할 수 있다. 또한, 인장 센서를 신축성 소재 상에 직접 패터닝하지 않고, 보조 기판과 희생층을 이용하여 패턴을 전하는 공정 방법을 이용함으로써, 신축성 소재 기판의 변형을 최소화할 수 있다.Disclosed are a tensile sensor including an electrode layer having a low strain and an electrode layer having a high strain in the same tensile state, and a method for manufacturing the same. This is by forming the tensile sensor to have a dumbbell shape and including both an electrode layer having a constant resistance value regardless of the tensile rate and an electrode layer having a large resistance change according to the tensile rate through polymers having different elastic modulus. It is possible to simultaneously provide an area that can be bonded to an electrode of an existing non-stretchable device for mutually exchanging electrical signals with a non-stretchable electrode without separation and an area capable of measuring changes in electrical signals according to the tensile rate. Therefore, it is possible to measure and transmit a change in an electrical signal stably in a tensile state. In addition, the deformation of the stretchable material substrate may be minimized by using a process method of transferring a pattern using an auxiliary substrate and a sacrificial layer instead of directly patterning the tensile sensor on the stretchable material.

Description

인장 센서 및 이의 제조방법{Stretchable sensor and fabrication methods of the same}Stretchable sensor and fabrication methods of the same

본 발명은 인장 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일한 인장 상태에서 낮은 변형률을 갖는 전극층과 높은 변형률을 갖는 전극층을 포함하는 인장 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tensile sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a tensile sensor including an electrode layer having a low strain and an electrode layer having a high strain in the same tensile state, and a method for manufacturing the same.

웨어러블 디바이스 시장이 최근 급부상하면서, 유연하고 신축성 있는 차세대 웨어러블 디바이스는 유연 로봇, 디스플레이, 헬스 케어를 위한 스마트 워치 및 기능성 의류 등 광범위한 분야에서 요구되고 있다. 특히 신체 부착형 디바이스의 수요가 증가할 것으로 전망되면서, 인체의 피부와 디바이스의 접촉 시 피부의 변화에도 안정적으로 기능을 수행할 수 있는 고감도 인장 센서에 관한 심층적인 연구의 필요성이 증가하고 있다.With the recent rapid rise of the wearable device market, flexible and stretchable next-generation wearable devices are being demanded in a wide range of fields such as flexible robots, displays, smart watches for healthcare, and functional clothing. In particular, as the demand for body-mounted devices is expected to increase, there is an increasing need for in-depth research on high-sensitivity tensile sensors that can function stably even when the skin of the human body comes into contact with the device.

신축성 소재 기판 상에 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 기존 전극을 사용하여 전극 소재를 패터닝하는 경우, 금속 박막 형태의 기존 전극은 유연성과 신축성을 확보하기 어려웠고, 이를 해결하기 위하여 활발한 연구가 진행중이다. 대표적으로, 신축성이 없는 기존의 전극을 물결구조, 메쉬구조 등과 같이 신축성을 가질 수 있는 구조로 패터닝하여 신축성 소재와 결합하는 방법과 전도성 고분자, 은 나노와이어(AgNW), 탄소나노튜브(CNT) 등과 같은 신축성 전극을 사용하여 신축성 소재와 결합하는 방법이 있다. 특히, 인장률에 따라 큰 저항 변화를 가지면서도 전도성을 잃지 않는 신축성 전극의 경우, 고감도 인장 센서를 구현할 수 있다는 점에서 각광 받고 있다.When an electrode material is patterned using a conventional electrode such as gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu) on a stretchable material substrate, it is difficult to secure flexibility and stretchability of the conventional electrode in the form of a metal thin film. For this purpose, active research is in progress. Representatively, a method of patterning a non-stretchable electrode into a structure that can have elasticity such as a wave structure or a mesh structure and combining it with a stretchable material, conductive polymer, silver nanowire (AgNW), carbon nanotube (CNT), etc. There is a method of bonding with a stretchable material using the same stretchable electrode. In particular, in the case of a stretchable electrode that has a large resistance change according to the tensile rate and does not lose conductivity, it is in the spotlight because it can implement a high-sensitivity tensile sensor.

이러한 신축성 소재와 신축성 전극을 결합한 인장 센서의 경우, 전기적 특성을 측정하기 위한 목적뿐만 아니라 신축성이 없는 기존 소자의 전극을 통해 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위해서는 기존 소자의 전극과 신축성 전극의 접합이 필수적이다. In the case of a tensile sensor combining such a stretchable material and a stretchable electrode, in order to mutually exchange electrical signals with the outside through an electrode of an existing device that is not stretchable, as well as for the purpose of measuring electrical characteristics, the electrode of the existing device and the stretchable electrode bonding is essential.

허나, 신축성 소재와 신축성 전극을 결합한 종래의 인장 센서는 변형률에 따른 전기신호 변화를 측정하기 위한 임시적인 전극 연결 방법만을 제공할 뿐이며, 외부 환경에 의한 변형이 일어나기 쉬운 신축성 소재의 특성상, 종래의 공정 방법을 사용하여 신축성 소재 상에 직접적으로 공정을 진행하기에는 한계가 있다.However, the conventional tensile sensor combining a stretchable material and a stretchable electrode only provides a temporary electrode connection method for measuring an electrical signal change according to the strain. There is a limit to directly proceeding the process on the stretchable material using the method.

한국공개특허 10-2020-0068369Korean Patent Publication 10-2020-0068369

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 전극층과 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 전극층을 모두 포함하는 인장 센서 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a tensile sensor including both an electrode layer having a constant resistance value regardless of a tensile rate and an electrode layer having a large resistance change according to a tensile rate, and a method for manufacturing the same.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인장 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 희생층, 상기 희생층 상에 형성된 제1 전극층, 상기 희생층 및 상기 제1 전극층 상에 형성된 제1 폴리머층, 상기 희생층 및 상기 제1 전극층 상에 형성되고, 상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층 및 상기 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 형성되고, 상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 갖는 제2 폴리머층을 포함한다.The tensile sensor of the present invention for solving the above problems includes a substrate, a sacrificial layer formed on the substrate, a first electrode layer formed on the sacrificial layer, the sacrificial layer and a first polymer layer formed on the first electrode layer, and the sacrificial layer layer and a second electrode layer formed on the first electrode layer and having a higher elasticity than the first electrode layer, the first electrode layer, the first polymer layer, and the second electrode layer, the first polymer layer and a second polymer layer having higher elasticity.

상기 제1 폴리머층은 상기 제2 폴리머층보다 높은 탄성계수를 가질 수 있다.The first polymer layer may have a higher elastic modulus than the second polymer layer.

상기 희생층은 Al, Al2O3, Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO2, Au, Hf, HfO2, In, In2O3, Ir, Fe, Fe2O3, ITO, Li, LiF, Mg, MgF2, MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO2, SiO, Ag, Ta, Ta2O5, Sn, Ti 및 W 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.The sacrificial layer is Al, Al 2 O 3 , Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO 2 , Au, Hf, HfO 2 , In, In 2 O 3 , Ir, Fe, Fe 2 O 3 , ITO, Li, LiF, Mg, MgF 2 , MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO 2 , SiO, Ag, Ta, Ta 2 O 5 , Sn, It may be formed of any one of Ti and W.

상기 제1 전극층은 Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti 및 W 중 어느 하나의 물질로 형성되되, 상기 희생층과 다른 물질로 형성될 수 있다.The first electrode layer may be formed of any one of Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, and W, and may be formed of a material different from that of the sacrificial layer. .

상기 제1 폴리머층은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성되되, 실리콘 베이스:경화제의 중량비율은 5:1 내지 8:1을 가질 수 있다.The first polymer layer is formed of polydimethylsiloxane (PDMS), which is a mixture of a silicone base and a crosslinker, and the weight ratio of the silicone base to the curing agent may be 5:1 to 8:1.

상기 제2 전극층은 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), 금속 나노와이어(Metal-NW) 및 전도성 고분자 중 어느 하나의 물질로 형성되거나, 또는 둘 이상의 혼합된 물질로 형성되되, 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리피롤(Polypyrrole, PPy) 및 폴리아세틸렌(Polyacethlyene, PAc) 물질 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.The second electrode layer is formed of any one material of graphene, carbon nanotubes (CNT), metal nanowires (Metal-NW), and a conductive polymer, or a mixture of two or more materials, the conductive The polymer may include any one of polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), and polyacethlyene (PAc) materials.

상기 제2 폴리머층은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성되되, 실리콘 베이스:경화제의 중량비율은 10:1 내지 15:1을 가질 수 있다.The second polymer layer is formed of polydimethylsiloxane (PDMS), which is a mixture of a silicone base and a crosslinker, and the weight ratio of the silicone base to the curing agent may be 10:1 to 15:1.

상기 제1 폴리머층은 2500kPa 이상의 탄성계수를 갖고, 상기 제2 폴리머층은 1500kPa 이하의 탄성계수를 가질 수 있다.The first polymer layer may have an elastic modulus of 2500 kPa or more, and the second polymer layer may have an elastic modulus of 1500 kPa or less.

상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층 상면에서 상기 희생층 상면까지 연장되도록 형성될 수 있다.The second electrode layer may be formed to extend from an upper surface of the first electrode layer to an upper surface of the sacrificial layer.

상기 제1 폴리머층은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층의 일단 및 타단을 감싸도록 형성될 수 있다.The first polymer layer may be formed to surround one end and the other end of the first electrode layer and the second electrode layer.

상기 제1 폴리머층은 상기 제1 전극층의 소정 부위를 감싸도록 형성되되, 상기 제2 전극층은 상기 제1 폴리머층의 상면, 상기 제1 폴리머층으로부터 노출된 상기 제1 전극층의 상면 및 상기 희생층 상면에 접하도록 연장되어 형성될 수 있다.The first polymer layer is formed to surround a predetermined portion of the first electrode layer, and the second electrode layer includes an upper surface of the first polymer layer, an upper surface of the first electrode layer exposed from the first polymer layer, and the sacrificial layer. It may be formed to extend so as to be in contact with the upper surface.

상기 제1 전극층은 상기 제2 전극층의 일단 및 타단에 각각 배치될 수 있다.The first electrode layer may be disposed on one end and the other end of the second electrode layer, respectively.

상기 제2 폴리머층은, 상기 제2 전극층의 중앙 부위를 감싸는 신축 영역, 상기 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층의 일단과 타단을 감싸는 고정 영역 및 상기 신축 영역과 상기 고정 영역이 서로 연결되도록 형성된 연장 영역을 포함할 수 있다.The second polymer layer includes a stretchable region surrounding the central portion of the second electrode layer, a fixed region surrounding one end and the other end of the first electrode layer, the first polymer layer, and the second electrode layer, and the stretchable region and the fixed region It may include extended regions formed to be connected to each other.

평면 상에서 상기 신축 영역의 폭은 상기 고정 영역의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.A width of the stretchable region may be smaller than a width of the fixed region on a plane.

평면 상에서 상기 연장 영역의 폭은 상기 고정 영역에서 상기 신축 영역 방향으로 갈수록 점점 감소하는 폭을 가질 수 있다.The width of the extension region on a plane may have a width that gradually decreases from the fixed region toward the stretch region.

상기 제1 폴리머층의 두께(H)와 상기 제2 폴리머층의 두께(S)에 대한 두께비는(S/H)는 1 내지 15 범위의 두께비를 가질 수 있다.A thickness ratio (S/H) of the thickness (H) of the first polymer layer and the thickness (S) of the second polymer layer may have a thickness ratio in the range of 1 to 15.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인장 센서 제조방법은 기판 상에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 상에 제1 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 전극층 상에 상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층과 제1 폴리머층을 형성하는 단계, 상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 갖고, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 제2 폴리머층을 형성하는 단계 및 상기 기판과 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing a tensile sensor of the present invention for solving the above problems includes: forming a sacrificial layer on a substrate; forming a first electrode layer on the sacrificial layer; forming a second electrode layer and a first polymer layer having and removing the sacrificial layer.

상기 제2 전극층과 제1 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극층에서 상기 희생층까지 연장되도록 상기 제2 전극층을 형성하는 단계 및 상기 제2 전극층의 일단 및 타단과 상기 제1 전극층을 감싸도록 상기 제1 폴리머층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second electrode layer and the first polymer layer includes forming the second electrode layer so as to extend from the first electrode layer to the sacrificial layer, and enclosing one end and the other end of the second electrode layer and the first electrode layer. It may include the step of forming the first polymer layer so as to

상기 제2 전극층과 제1 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극층의 소정 영역을 감싸도록 상기 제1 폴리머층을 형성하는 단계 및 상기 제1 폴리머층 상면에서 상기 희생층 상면까지 연장되도록 제2 전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second electrode layer and the first polymer layer may include forming the first polymer layer to surround a predetermined region of the first electrode layer and extending from an upper surface of the first polymer layer to an upper surface of the sacrificial layer. It may include the step of forming a second electrode layer.

상기 제2 전극층은 상기 제1 폴리머층 및 상기 제1 폴리머층으로부터 노출된 상기 제1 전극층에 접하도록 형성될 수 있다.The second electrode layer may be formed to contact the first polymer layer and the first electrode layer exposed from the first polymer layer.

상기 제2 폴리머층을 형성하는 단계는, 평면 상에서 상기 제2 전극층의 중앙 부위를 감싸는 상기 제2 폴리머층의 폭이 상기 제1 전극층 및 상기 제1 폴리머층을 감싸는 상기 제2 폴리머층의 폭보다 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있다.In the forming of the second polymer layer, the width of the second polymer layer surrounding the central portion of the second electrode layer on a plane is greater than the width of the first electrode layer and the second polymer layer surrounding the first polymer layer. It may be formed to have a small width.

본 발명에 따르면, 인장 센서를 덤벨 형상을 갖도록 형성하고, 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 전극층과 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 전극층을 모두 포함하도록 형성함으로써, 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위한 신축성 없는 기존 소자의 전극과 이격 없이 접합할 수 있는 영역 및 인장률에 따라 변화된 전기신호를 측정할 수 있는 영역을 동시에 제공할 수 있다.According to the present invention, by forming the tensile sensor to have a dumbbell shape and including both an electrode layer having a constant resistance value irrespective of the tensile rate and an electrode layer having a large resistance change according to the tensile rate, electricity is mutually with the outside It is possible to simultaneously provide an area capable of bonding with an electrode of an existing non-stretchable device for exchanging signals without being spaced apart and an area capable of measuring an electrical signal changed according to the tensile rate.

또한, 인장 센서 제조시, 보조 기판과 희생층 상에 패턴을 형성하고, 형성된 패턴을 신축성 소재 기판으로 전사하는 방식을 이용하기 때문에, 공정 과정에서 신축성 소재의 변형을 최소화 할 수 있으며, 종래의 신축성 소재 상에 직접 패터닝 했을 때 발생되는 문제점들을 방지할 수 있다.In addition, since the method of forming a pattern on the auxiliary substrate and the sacrificial layer and transferring the formed pattern to the stretchable material substrate is used when manufacturing the tension sensor, deformation of the stretchable material during the process can be minimized, and the conventional stretchable material Problems that occur when patterning directly on a material can be prevented.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서의 레이아웃도이다.
도 2는 도 1의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서의 레이아웃도이다
도 4는 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.1 is a layout diagram of a tension sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .
3 is a layout diagram of a tension sensor according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 3 .
5 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a tension sensor according to a first embodiment of the present invention.
11 to 14 are views illustrating a method of manufacturing a tension sensor according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do it with

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a tension sensor according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .

참고로, 도 2에 도시한 도면은 도 1의 인장 센서에서 기판(110)과 희생층(120)이 포함된 도면이다.For reference, the drawing shown in FIG. 2 is a view including the substrate 110 and the sacrificial layer 120 in the tensile sensor of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서는 기판(110), 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140), 제1 폴리머층(150) 및 제2 폴리머층(160)을 포함한다.1 and 2 , the tensile sensor according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 110 , a sacrificial layer 120 , a first electrode layer 130 , a second electrode layer 140 , and a first polymer layer. 150 and a second polymer layer 160 .

기판(110)은 인장 센서를 형성하기 위한 보조 기판으로서, 리지드(rigid) 또는 플렉시블(flexible) 기판을 포함할 수 있다. 일예로, Si, PEN, PET 또는 Glass로 형성된 기판일 수 있다.The substrate 110 is an auxiliary substrate for forming the tension sensor, and may include a rigid or flexible substrate. For example, it may be a substrate formed of Si, PEN, PET, or Glass.

희생층(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 희생층(120)은 Al, Al2O3, Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO2, Au, Hf, HfO2, In, In2O3, Ir, Fe, Fe2O3, ITO, Li, LiF, Mg, MgF2, MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO2, SiO, Ag, Ta, Ta2O5, Sn, Ti 또는 W 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 희생층(120)으로 Al을 이용하여 전자빔 증착(E-beam Evaporator)을 통해 기판(110) 상에 증착될 수 있다. 희생층(120)은 희생층(120) 상에 인장 센서가 형성된 후 화학적 식각을 통해 기판(110)과 함께 제거될 수 있다.The sacrificial layer 120 may be formed on the substrate 110 . The sacrificial layer 120 is Al, Al 2 O 3 , Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO 2 , Au, Hf, HfO 2 , In, In 2 O 3 , Ir, Fe, Fe 2 O 3 , ITO, Li, LiF, Mg, MgF 2 , MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO 2 , SiO, Ag, Ta, Ta 2 O 5 , It may be formed of Sn, Ti, or W material, and preferably, it may be deposited on the substrate 110 through E-beam evaporation using Al as the sacrificial layer 120 . The sacrificial layer 120 may be removed together with the substrate 110 through chemical etching after the tensile sensor is formed on the sacrificial layer 120 .

제1 전극층(130)은 박막 형태로 희생층(120) 상에 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극층(130)은 희생층(120) 상에 쌍으로 형성되되, 동일한 평면 상에 서로 이격되어 형성될 수 있다. 제1 전극층(130)은 Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti 또는 W 등과 같은 전도성 물질로 형성되되, 희생층(120)을 형성하는 물질과는 다른 물질로 형성됨이 바람직하다.The first electrode layer 130 may be formed on the sacrificial layer 120 in the form of a thin film. In addition, the first electrode layers 130 may be formed in pairs on the sacrificial layer 120 and spaced apart from each other on the same plane. The first electrode layer 130 is formed of a conductive material such as Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti or W, and the material forming the sacrificial layer 120 and is preferably formed of another material.

제2 전극층(140)은 제1 전극층(130) 및 희생층(120) 상에 형성되되, 제1 전극층(130)에서 희생층(120)까지 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극층(130)은 제2 전극층(140)의 일단 및 타탄에 각각 동일하게 배치되는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 제2 전극층(140)은 희생층(120) 상에 길이 방향으로 형성된 영역과 제1 전극층(130) 상에 형성된 영역으로 구분될 수 있다.The second electrode layer 140 may be formed on the first electrode layer 130 and the sacrificial layer 120 to extend from the first electrode layer 130 to the sacrificial layer 120 . That is, the first electrode layer 130 may have a shape equally disposed on one end and the tartan of the second electrode layer 140 . Accordingly, the second electrode layer 140 may be divided into a region formed on the sacrificial layer 120 in the longitudinal direction and a region formed on the first electrode layer 130 .

제2 전극층(140)은 인장 상태에서 인장률에 따른 저항 변화가 유발되는 전극층으로써 제1 전극층(130)보다 높은 신축성을 갖도록 형성됨이 바람직하다. 따라서, 고인장 상태에서도 제2 전극층(140)에 의해 단선 없이 저항 변화를 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 인장 센서의 제1 전극층(130)은 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 전극층으로서 기능할 수 있고, 제2 전극층(140)은 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 전극층으로서 기능할 수 있다.The second electrode layer 140 is an electrode layer in which a resistance change according to a tensile rate is induced in a tensile state, and is preferably formed to have higher elasticity than the first electrode layer 130 . Therefore, even in a high tension state, resistance change can be measured without disconnection by the second electrode layer 140 . That is, the first electrode layer 130 of the tensile sensor according to the present invention can function as an electrode layer having a constant resistance value regardless of the tensile rate, and the second electrode layer 140 is an electrode layer having a large resistance change according to the tensile rate. can function as

제2 전극층(140)을 형성하는 물질로는 일예로, 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), 금속 나노와이어(Metal-NW) 및 전도성 고분자중 어느 하나의 물질로 형성되거나, 또는 둘 이상이 혼합된 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 전도성 고분자는 일예로, 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리피롤(Polypyrrole, PPy) 또는 폴리아세틸렌(Polyacethlyene, PAc)을 포함할 수 있다.The material for forming the second electrode layer 140 is, for example, formed of any one of graphene, carbon nanotube (CNT), metal nanowire (Metal-NW), and a conductive polymer, or both. The above may be formed of a mixed material. Here, the conductive polymer may include, for example, polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), or polyacetylene (Polyacethlyene, PAc).

제1 폴리머층(150)은 희생층(120), 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 상에 형성될 수 있다. 즉, 제1 폴리머층(150)은 제1 전극층(130) 상에 형성된 제2 전극층(140)의 일단 및 타단과 제2 전극층(140)이 형성된 영역을 제외한 노출된 제1 전극층(130) 영역을 감싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 인장 발생시, 제1 전극층(130)과 제2 전극층(140)이 서로 이격되는 것을 방지할 수 있다.The first polymer layer 150 may be formed on the sacrificial layer 120 , the first electrode layer 130 , and the second electrode layer 140 . That is, the first polymer layer 150 is an exposed region of the first electrode layer 130 excluding the region where the first and the other ends of the second electrode layer 140 formed on the first electrode layer 130 and the region where the second electrode layer 140 is formed. It may be formed to surround. Accordingly, it is possible to prevent the first electrode layer 130 and the second electrode layer 140 from being spaced apart from each other when tension is generated.

또한, 제1 폴리머층(150)은 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140)을 감싸도록 형성되되, 높은 탄성 계수를 갖는 폴리머로 형성됨이 바람직하다. 이는, 제1 폴리머층(150)에 의해 제1 전극층(130)의 변형률을 감소시키기 위함이다. 따라서, 제1 전극층(130)은 제1 폴리머층(150)에 의해 변형률을 감소시켜 인장 상태에서 저항 변화를 최소화할 수 있다.Also, the first polymer layer 150 is formed to surround the first electrode layer 130 and the second electrode layer 140 , and is preferably formed of a polymer having a high elastic modulus. This is to reduce the strain of the first electrode layer 130 by the first polymer layer 150 . Accordingly, the first electrode layer 130 can minimize the change in resistance in the tensile state by reducing the strain by the first polymer layer 150 .

제1 폴리머층(150)의 물질로는 일예로, 실리콘 기반의 폴리머인 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있으며, 폴리디메틸실록산(PDMS)은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 하드 폴리머로 형성될 수 있다. 여기서, 실리콘 베이스:경화제 혼합물의 중량비율은 제1 폴리머층(150)이 탄성 계수 2500kPa 이상을 갖도록 5:1 내지 8:1의 비율로 형성함이 바람직하다. 만약, 중량비율이 5:1 보다 작거나, 또는 8:1 보다 커지면 제1 폴리머층(150)의 탄성 계수가 2500kPa보다 작아지기 때문에 제1 전극층(130)의 변형률을 감소시키는 기능이 낮아지게 된다. 다른 실시예로써, 실리콘 베이스와 경화제의 혼합물을 중량비율 5:1 내지 8:1을 갖도록 형성한 후, 상기 혼합물은 헥산(Hexane) 또는 톨루엔(Toluene)과 같은 용매와 중량비율 1:0 내지 1:10의 비율로 희석될 수 있다.The material of the first polymer layer 150 may be, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), which is a silicone-based polymer, and polydimethylsiloxane (PDMS) is a mixture of a silicone base and a curing agent (Crosslinker). It may be formed of a hard polymer. Here, the silicone base: the weight ratio of the curing agent mixture is preferably formed in a ratio of 5:1 to 8:1 so that the first polymer layer 150 has an elastic modulus of 2500 kPa or more. If the weight ratio is less than 5:1 or greater than 8:1, since the elastic modulus of the first polymer layer 150 is less than 2500 kPa, the function of reducing the strain of the first electrode layer 130 is lowered. . As another embodiment, after forming a mixture of the silicone base and the curing agent to have a weight ratio of 5:1 to 8:1, the mixture is mixed with a solvent such as hexane or toluene in a weight ratio of 1:0 to 1 It can be diluted in a ratio of :10.

혼합물을 형성한 후에는, 혼합물을 100℃ 이상의 온도에서 경화시킴으로써 제1 폴리머층(150)이 탄성 계수 2500kPa 이상을 갖도록 형성될 수 있다.After forming the mixture, the first polymer layer 150 may be formed to have an elastic modulus of 2500 kPa or more by curing the mixture at a temperature of 100° C. or more.

제2 폴리머층(160)은 노출된 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)은 제2 폴리머층(160)에 의해 희생층(120) 상에서 매립될 수 있다.The second polymer layer 160 may be formed to surround all of the exposed sacrificial layer 120 , the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 . That is, the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 may be buried on the sacrificial layer 120 by the second polymer layer 160 .

제2 폴리머층(160)은 낮은 탄성 계수를 갖는 폴리머로 형성되되, 제1 폴리머층(150)보다 낮은 탄성 계수를 갖는 물질로 형성됨이 바람직하다. 즉, 제2 폴리머층(160)은 신축성 소재 기판일 수 있다. 일예로, 제2 폴리머층(160)의 물질로는, 실리콘 기반의 폴리머인 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있으며, 폴리디메틸실록산(PDMS)은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 소프트 폴리머로 형성될 수 있다. 여기서, 실리콘 베이스:경화제 혼합물의 중량비율은 제2 폴리머층(160)이 탄성 계수 1500kPa 이하를 갖도록 10:1 내지 15:1의 비율로 형성함이 바람직하다. 만약, 중량비율이 10:1 보다 작으면 제2 폴리머층(160)의 신축성이 낮아지게 되고, 15:1보다 커지면 가교 반응(bridging reaction)에 참여하지 못하는 실리콘 베이스의 양이 늘어나기 때문에 물리적 또는 화학적 특성이 낮아지게 된다.The second polymer layer 160 is formed of a polymer having a low elastic modulus, and is preferably formed of a material having a lower elastic modulus than that of the first polymer layer 150 . That is, the second polymer layer 160 may be a stretchable material substrate. For example, the material of the second polymer layer 160 may be polydimethylsiloxane (PDMS), which is a silicone-based polymer, and the polydimethylsiloxane (PDMS) is a mixture of a silicone base and a curing agent (Crosslinker). It may be formed of a soft polymer. Here, the silicone base: the weight ratio of the curing agent mixture is preferably formed in a ratio of 10:1 to 15:1 so that the second polymer layer 160 has an elastic modulus of 1500 kPa or less. If the weight ratio is less than 10:1, the elasticity of the second polymer layer 160 is lowered, and when the weight ratio is greater than 15:1, the amount of the silicone base that cannot participate in the bridging reaction increases, so physical or The chemical properties are lowered.

혼합물을 형성한 후에는, 상온 내지 100℃의 온도 범위에서 경화시킴으로써 제2 폴리머층(160)이 탄성 계수 1500kPa 이하를 갖도록 형성될 수 있다.After the mixture is formed, the second polymer layer 160 may be formed to have an elastic modulus of 1500 kPa or less by curing at a temperature range of room temperature to 100° C.

또한, 제2 폴리머층(160)은 도 1에서와 같이, 신축 영역(A), 고정 영역(B) 및 연장 영역(C)을 포함하도록 형성될 수 있다.In addition, the second polymer layer 160 may be formed to include a stretchable region A, a fixed region B, and an extended region C, as shown in FIG. 1 .

신축 영역(A)은 제2 폴리머층(160) 중에서 희생층(120) 상에 길이 방향으로 형성된 제2 전극층(140)의 중앙 부위를 포함하는 영역일 수 있으며, 고정 영역(B)은 제2 전극층(140)의 일단 및 타단에 각각 형성된 제1 전극층(130)과 제1 폴리머층(150)을 포함하는 영역일 수 있다. 또한, 연장 영역(C)은 희생층(120) 상에 길이 방향으로 형성된 제2 전극층(140)의 중앙 부위를 제외한 영역일 수 있으며, 고정 영역(B)에서 신축 영역(A)까지 연장되어 고정 영역(B)과 신축 영역(A)을 연결하는 영역일 수 있다.The stretchable region A may be a region including a central portion of the second electrode layer 140 formed in the longitudinal direction on the sacrificial layer 120 among the second polymer layers 160 , and the fixed region B is the second It may be a region including the first electrode layer 130 and the first polymer layer 150 respectively formed on one end and the other end of the electrode layer 140 . Also, the extension region C may be a region excluding the central portion of the second electrode layer 140 formed on the sacrificial layer 120 in the longitudinal direction, and extends from the fixed region B to the stretchable region A and is fixed. It may be a region connecting the region B and the stretchable region A.

제2 폴리머층(160)의 폭은 제2 폴리머층(160)을 평면 상에서 바라봤을 때, 신축 영역(A)의 폭이 고정 영역(B)의 폭보다 작게 형성됨이 바람직하다. 즉, 제2 폴리머층(160)은 신축 영역(A), 고정 영역(B) 및 연장 영역(C)에 의해 중앙 부위의 폭이 양측의 폭보다 작은 덤벨 형상을 가질 수 있다.The width of the second polymer layer 160 is preferably formed so that the width of the stretchable region A is smaller than the width of the fixed region B when the second polymer layer 160 is viewed in a plan view. That is, the second polymer layer 160 may have a dumbbell shape in which the width of the central portion is smaller than the width of both sides due to the stretchable region A, the fixed region B, and the extended region C.

이러한 제2 폴리머층(160)의 덤벨 형상에 의해, 인장 상태에서 신축 영역(A)에 응력이 집중되기 때문에 신축 영역(A)에 해당하는 제2 전극층(140)은 높은 변형률을 가질 수 있고, 높은 변형률에 의해 인장 상태에 따른 저항 변화를 감지할 수 있다. 또한, 고정 영역(B)에 형성된 제1 전극층(130)은 신축 영역(A)에 비해 분산된 응력을 가지게 되며, 제2 폴리머층(160)보다 큰 탄성 계수를 갖는 제1 폴리머층(150)에 의해 낮은 변형률을 갖게 된다. 따라서, 인장 상태에서 저항 변화를 최소화할 수 있고, 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위한 신축성 없는 기존 소자의 전극과 이격 없이 접합할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 인장 센서는 제2 전극층(140)에 의해 고인장성을 갖는 동시에 낮은 변형률을 갖는 제1 전극층(130)에 의해 인장 상태에서 안정적으로 전기신호 변화를 측정하고 전달할 수 있다.Due to the dumbbell shape of the second polymer layer 160, the second electrode layer 140 corresponding to the stretchable region A may have a high strain rate because stress is concentrated in the stretchable region A in a tensile state, A change in resistance according to a tensile state can be detected by a high strain. In addition, the first electrode layer 130 formed in the fixed region B has a distributed stress compared to the stretchable region A, and the first polymer layer 150 has a larger elastic modulus than that of the second polymer layer 160 . resulting in a low strain rate. Therefore, it is possible to minimize the change in resistance in the tensile state, and to connect the electrode of an existing non-stretchable device for mutually exchanging electrical signals with the outside without being spaced apart. Therefore, the tensile sensor according to the present invention can stably measure and transmit electrical signal changes in a tensile state by the first electrode layer 130 having a low strain while having high tensile properties due to the second electrode layer 140 .

여기서, 연장 영역(C)은 고정 영역(B)과 신축 영역(A)이 서로 연결되도록 직선 또는 곡선 형태로 형성되되, 고정 영역(B)에서 신축 영역(A) 방향으로 점점 감소하는 폭을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.Here, the extension region C is formed in a straight or curved shape so that the fixed region B and the stretchable region A are connected to each other, and has a width gradually decreasing in the direction of the stretchable region A from the fixed region B. It is preferable to form

일예로, 제2 폴리머층(160)의 덤벨 형상이 연장 영역(C) 없이 신축 영역(A)과 고정 영역(B)이 바로 접합된 형태로 형성될 경우, 신축 영역(A)과 고정 영역(B)의 접합 모서리 부분에 인가된 힘이 집중되어 적은 힘에도 파단이 발생되기 때문에 인장 센서의 최대 변형률이 감소될 수 있다. 또한, 신축 영역(A)과 고정 영역(B)의 접합 모서리 부분에 힘이 집중되면서, 감지체가 형성되는 신축 영역(A) 내에 고르지 못한 힘의 분포가 발생되어 변형률에 따른 저항 변화, 즉 전기신호 측정의 정확성이 떨어진다. 따라서, 신축 영역(A)과 고정 영역(B) 사이에 신축 영역(A)과 고정 영역(B)을 완만하게 연결해주는 연장 영역(C)을 포함하도록 형성함으로써, 신축 영역(A) 내에 고른 힘의 분포를 형성할 수 있고, 최대 변형률의 증가와 동시에 변형률에 따른 저항 변화 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.For example, when the dumbbell shape of the second polymer layer 160 is formed in a form in which the stretchable region A and the fixed region B are directly joined without the extension region C, the stretchable region A and the fixed region ( The maximum strain of the tensile sensor can be reduced because the force applied to the joint edge of B) is concentrated and fracture occurs even with a small force. In addition, as the force is concentrated on the joint edge of the stretchable region A and the fixed region B, uneven force distribution is generated in the stretchable region A where the sensor is formed, resulting in a change in resistance according to the strain, that is, an electrical signal. The measurement accuracy is poor. Therefore, by forming to include an extension region C that gently connects the stretchable region A and the fixed region B between the stretchable region A and the fixed region B, an even force within the stretchable region A It is possible to form a distribution of .

또한, 제1 폴리머층(150)의 두께(H)와 제2 폴리머층(160)의 두께(S)의 비는 1<S/H<15 범위를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 일예로, S/H의 범위가 1보다 작을 경우, 제2 폴리머층(160)이 제1 전극층(130) 및 제1 폴리머층(150)을 매립하는 형태가 아닌, 단지 제1 전극층(130) 및 제1 폴리머층(150)의 측면에 접착되는 형태를 갖기 때문에, 인장 발생시 제1 전극층(130) 및 제1 폴리머층(150)이 외부에 노출되어 제2 폴리머층(160)으로부터의 보호를 받을 수 없게 된다. 또한, S/H의 범위가 15보다 클 경우, 제2 폴리머층(160)의 덤벨 구조 형상 및 제1 폴리머층(150)과 제2 폴리머층(160)의 물리적 강성 차이에 의한 제1 전극층(130)의 보호 특성 효과가 낮아지게 된다.In addition, the ratio of the thickness (H) of the first polymer layer 150 to the thickness (S) of the second polymer layer 160 is preferably formed to have a range of 1<S/H<15. For example, when the range of S/H is less than 1, the second polymer layer 160 does not fill the first electrode layer 130 and the first polymer layer 150 , but only the first electrode layer 130 . And since it has a form that is adhered to the side surface of the first polymer layer 150 , the first electrode layer 130 and the first polymer layer 150 are exposed to the outside when tension occurs to protect the second polymer layer 160 . will not be able to receive In addition, when the range of S/H is greater than 15, the first electrode layer ( 130) is lowered.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인장 센서는 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위해 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 제1 전극층(130)과 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 제2 전극층(140)을 모두 포함하도록 형성된다.As described above, the tensile sensor according to the present invention includes the first electrode layer 130 having a constant resistance value irrespective of the tensile rate in order to mutually exchange electrical signals with the outside and the second electrode layer 130 having a large resistance change according to the tensile rate. It is formed to include all of the two electrode layers 140 .

아래의 수학식 1은 인장 센서의 게이지율(Gauge Factor)을 나타낸다.Equation 1 below represents the gauge factor of the tension sensor.

Figure 112020102249970-pat00001
Figure 112020102249970-pat00001

여기서,

Figure 112020102249970-pat00002
은 (인장 상태에서의 저항값)-(초기 저항값),
Figure 112020102249970-pat00003
은 초기 저항값,
Figure 112020102249970-pat00004
은 ((인장 상태에서 제2 전극층(140)의 인장 축 방향으로의 길이)-(초기 상태에서 제2 전극층(140)의 인장 축 방향으로의 길이))/(초기 상태에서 제2 전극층(140)의 인장 축 방향으로의 길이)를 나타낸다.here,
Figure 112020102249970-pat00002
Silver (resistance value in tension)-(initial resistance value),
Figure 112020102249970-pat00003
is the initial resistance value,
Figure 112020102249970-pat00004
is ((length in the tensile axial direction of the second electrode layer 140 in the tensile state)-(the length in the tensile axial direction of the second electrode layer 140 in the initial state))/(the second electrode layer 140 in the initial state) ) in the direction of the tensile axis).

즉, 수학식 1을 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 인장 센서는 제1 전극층(130) 외에 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 제2 전극층(140)을 포함하도록 형성되기 때문에 종래의 외부와 신호를 주고받기 위한 전극층만을 포함하는 인장 센서에 비해 높은 게이지율을 가질 수 있다.That is, as can be seen from Equation 1, since the tensile sensor according to the present invention is formed to include the second electrode layer 140 having a large resistance change according to the tensile rate in addition to the first electrode layer 130, the conventional external and Compared to a tensile sensor including only an electrode layer for transmitting and receiving a signal, it may have a higher gauge ratio.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서의 레이아웃도이다.3 is a layout diagram of a tension sensor according to a second embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 3 .

참고로, 도 4에 도시한 도면은 도 3의 인장 센서에서 기판(110)과 희생층(120)이 포함된 도면이다.For reference, the drawing shown in FIG. 4 is a view including the substrate 110 and the sacrificial layer 120 in the tensile sensor of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서는 제1 실시예에서와 같이, 기판(110), 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140), 제1 폴리머층(150) 및 제2 폴리머층(160)을 포함한다.3 and 4 , the tensile sensor according to the second embodiment of the present invention has a substrate 110 , a sacrificial layer 120 , a first electrode layer 130 , and a second electrode layer as in the first embodiment. 140 , a first polymer layer 150 and a second polymer layer 160 .

다만, 제1 실시예에서와 다르게, 제1 폴리머층(150)은 희생층(120)과 제1 전극층(130) 상에만 형성될 수 있다. 즉, 제1 폴리머층(150)은 제1 전극층(130)을 감싸도록 형성되되, 제1 전극층(130) 상부의 소정 영역을 제외한 나머지 영역을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 여기서, 제1 폴리머층(150)으로부터 노출된 제1 전극층(130)의 소정 영역은 제2 전극층(140)과 접하는 영역일 수 있다.However, unlike in the first embodiment, the first polymer layer 150 may be formed only on the sacrificial layer 120 and the first electrode layer 130 . That is, the first polymer layer 150 may be formed to surround the first electrode layer 130 , and may be formed to cover all areas except for a predetermined area on the first electrode layer 130 . Here, the predetermined region of the first electrode layer 130 exposed from the first polymer layer 150 may be a region in contact with the second electrode layer 140 .

제2 전극층(140)은 희생층(120), 제1 전극층(130) 및 제1 폴리머층(150) 상에 형성되되, 제1 폴리머층(150) 상면에서 희생층(120) 상면까지 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극층(140)은 제1 폴리머층(150)의 상부와 제1 폴리머층(150)으로부터 노출된 제1 전극층(130)의 소정 영역에 접하여 희생층(120)까지 연장되도록 형성될 수 있다.The second electrode layer 140 is formed on the sacrificial layer 120 , the first electrode layer 130 , and the first polymer layer 150 so as to extend from the top surface of the first polymer layer 150 to the top surface of the sacrificial layer 120 . can be formed. That is, the second electrode layer 140 may be formed to extend to the sacrificial layer 120 in contact with an upper portion of the first polymer layer 150 and a predetermined region of the first electrode layer 130 exposed from the first polymer layer 150 . can

또한, 제2 실시예에 따른 인장 센서는 제1 폴리머층(150)을 제1 전극층(130) 상에 형성한 후, 제1 전극층(130)과 제1 폴리머층(150) 상에 제2 전극층(140)이 형성될 수 있다. 일예로, 제1 폴리머층(150)을 형성하는 과정에서 100℃ 이상의 온도가 요구되고, 광반응 물질인 포토레지스트(Photoresist)를 사용한 패터닝 공정이 수행된다. 따라서, 제1 폴리머층(150)을 먼저 형성하고 제2 전극층(140)을 형성함으로써, 온도 및 패터닝에 따른 제2 전극층(140)의 손상을 방지할 수 있다.Also, in the tensile sensor according to the second embodiment, after the first polymer layer 150 is formed on the first electrode layer 130 , the second electrode layer is formed on the first electrode layer 130 and the first polymer layer 150 . 140 may be formed. For example, in the process of forming the first polymer layer 150 , a temperature of 100° C. or higher is required, and a patterning process using a photoresist, which is a photoreactive material, is performed. Accordingly, by forming the first polymer layer 150 first and then forming the second electrode layer 140 , damage to the second electrode layer 140 due to temperature and patterning can be prevented.

제2 폴리머층(160)은 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)을 모두 감싸도록 형성되되, 제1 실시예와 동일하게, 신축 영역(A), 고정 영역(B) 및 연장 영역(C)을 포함할 수 있다. 즉, 신축 영역(A)은 제2 폴리머층(160) 중에서 희생층(120) 상에 길이 방향으로 형성된 제2 전극층(140)의 중앙 부위를 포함하는 영역일 수 있으며, 고정 영역(B)은 제2 전극층(140)의 일단 및 타단에 각각 형성된 제1 전극층(130)과 제1 폴리머층(150)을 포함하는 영역일 수 있다. 또한, 고정 영역(B)에서 신축 영역(A)까지 연장되어 고정 영역(B)과 신축 영역(A)을 연결하는 연장 영역(C)을 포함하도록 형성함으로써 제1 실시예와 동일한 덤벨 형상을 가질 수 있다.The second polymer layer 160 is formed to surround all of the sacrificial layer 120, the first electrode layer 130, the second electrode layer 140, and the first polymer layer 150, the same as in the first embodiment, It may include a stretchable area (A), a fixed area (B), and an extended area (C). That is, the stretchable region A may be a region including a central portion of the second electrode layer 140 formed in the longitudinal direction on the sacrificial layer 120 among the second polymer layers 160 , and the fixed region B is It may be a region including the first electrode layer 130 and the first polymer layer 150 respectively formed on one end and the other end of the second electrode layer 140 . In addition, by forming to include an extension region (C) extending from the fixed region (B) to the stretchable region (A) and connecting the fixed region (B) and the stretchable region (A) to have the same dumbbell shape as in the first embodiment can

따라서, 제2 실시예에 따른 인장 센서도 제2 전극층(140)에 의해 고인장성을 갖는 동시에 낮은 변형률을 갖는 제1 전극층(130)에 의해 인장 상태에서 안정적으로 전기신호를 측정하고 전달할 수 있다.Accordingly, the tensile sensor according to the second embodiment can also measure and transmit electrical signals stably in a tensile state by the first electrode layer 130 having high tensile properties and low strain due to the second electrode layer 140 .

도 5 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.5 to 10 are views illustrating a method of manufacturing a tension sensor according to a first embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법은 기판(110) 상에 희생층(120)을 형성하는 단계, 희생층(120) 상에 제1 전극층(130)을 형성하는 단계, 제1 전극층(130) 상에 제1 전극층(130)보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층(140)과 제1 폴리머층(150)을 형성하는 단계, 제1 폴리머층(150)보다 높은 신축성을 갖고, 제1 폴리머층(150) 및 제2 전극층(140)을 감싸도록 제2 폴리머층(160)을 형성하는 단계 및 기판(110)과 희생층(120)을 제거하는 단계를 포함한다.5 to 10 , the method of manufacturing a tensile sensor according to a first embodiment of the present invention includes forming a sacrificial layer 120 on a substrate 110 , and a first electrode layer on the sacrificial layer 120 . Forming 130, forming a second electrode layer 140 and a first polymer layer 150 having higher elasticity than the first electrode layer 130 on the first electrode layer 130, and a first polymer layer Forming the second polymer layer 160 to have a higher elasticity than 150 and to surround the first polymer layer 150 and the second electrode layer 140 , and removing the substrate 110 and the sacrificial layer 120 . including the steps of

우선, 도 5를 참조하면, 기판(110) 상에 희생층(120)이 형성된다. 희생층(120)은 Al, Al2O3, Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO2, Au, Hf, HfO2, In, In2O3, Ir, Fe, Fe2O3, ITO, Li, LiF, Mg, MgF2, MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO2, SiO, Ag, Ta, Ta2O5, Sn, Ti, 또는 W 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Al을 이용하여 전자빔 증착을 통해 기판(110) 상에 증착될 수 있다.First, referring to FIG. 5 , the sacrificial layer 120 is formed on the substrate 110 . The sacrificial layer 120 is Al, Al 2 O 3 , Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO 2 , Au, Hf, HfO 2 , In, In 2 O 3 , Ir, Fe, Fe 2 O 3 , ITO, Li, LiF, Mg, MgF 2 , MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO 2 , SiO, Ag, Ta, Ta 2 O 5 , It may include any one of Sn, Ti, and W, and preferably, it may be deposited on the substrate 110 through electron beam deposition using Al.

도 6을 참조하면, 희생층(120) 상에 제1 전극층(130)이 형성된다. 제1 전극층(130)은 Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, 또는 W 중 어느 하나의 물질을 포함하되, 희생층(120)과는 다른 물질을 이용하여 희생층(120) 상에 박막 형태로 증착될 수 있다. 일예로, 희생층(120) 상면에 제1 전극층(130)을 형성하기 위한 포토레지스트를 패터닝한다. 포토레지스트를 패터닝 한 후에, 제1 전극층(130)을 물리적 기상 증착법을 이용하여 증착하고, 리프트 오프(Lift-off) 공정 또는 화학적 식각을 이용하여 패터닝함으로써 박막 형태의 제1 전극층(130)이 증착될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the first electrode layer 130 is formed on the sacrificial layer 120 . The first electrode layer 130 includes any one of Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, or W, but is different from the sacrificial layer 120 . A material may be deposited on the sacrificial layer 120 in the form of a thin film. For example, a photoresist for forming the first electrode layer 130 on the upper surface of the sacrificial layer 120 is patterned. After patterning the photoresist, the first electrode layer 130 is deposited using a physical vapor deposition method, and the first electrode layer 130 in the form of a thin film is deposited by patterning using a lift-off process or chemical etching. can be

도 7을 참조하면, 제1 전극층(130)에서 희생층(120)까지 연장되도록 제2 전극층(140)이 형성된다. 즉, 제2 전극층(140)의 일단과 타단이 제1 전극층(130) 상부에만 증착된 형태를 갖는다. 일예로, 제2 전극층(140)을 형성하기 위한 포토레지스트를 패터닝하고, 제2 전극층(140)을 전기화학 및 화학 중합법을 이용하여 합성하거나, 또는 제2 전극층(140)을 형성하기 위한 신축성 전극 용액을 도포하여 제2 전극층(140)을 형성한다. 형성된 제2 전극층(140)은 리프트 오프 공정 또는 화학적 식각법을 이용하여 패터닝 될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the second electrode layer 140 is formed to extend from the first electrode layer 130 to the sacrificial layer 120 . That is, one end and the other end of the second electrode layer 140 are deposited only on the first electrode layer 130 . For example, a photoresist for forming the second electrode layer 140 is patterned, and the second electrode layer 140 is synthesized using electrochemical and chemical polymerization methods, or stretchable for forming the second electrode layer 140 . An electrode solution is applied to form the second electrode layer 140 . The formed second electrode layer 140 may be patterned using a lift-off process or a chemical etching method.

제2 전극층(140)은 인장 상태에서 인장률에 따른 저항 변화가 유발되는 전극층으로써 제1 전극층(130)보다 높은 신축성을 갖는 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), 금속 나노와이어(Metal-NW) 및 전도성 고분자중 어느 하나의 물질로 형성되거나, 또는 둘 이상이 혼합된 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 전도성 고분자는 일예로, 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리피롤(Polypyrrole, PPy) 또는 폴리아세틸렌(Polyacethlyene, PAc)을 포함할 수 있다.The second electrode layer 140 is an electrode layer in which a change in resistance according to a tensile rate is induced in a tensile state, and has a higher elasticity than that of the first electrode layer 130 , such as graphene, carbon nanotubes (CNT), or metal nanowires (Metal). -NW) and conductive polymer, or a mixture of two or more. Here, the conductive polymer may include, for example, polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), or polyacetylene (Polyacethlyene, PAc).

도 8을 참조하면, 제2 전극층(140)의 일단 및 타단과 제1 전극층(130)을 감싸도록 제1 폴리머층(150)을 형성한다. 일예로, 제1 폴리머층(150)을 형성하기 위한 포토레지스트를 패터닝하고, 제1 폴리머층(150)과 제1 전극층(130) 간의 접착력을 향상시키기 위한 3-아미노프로필트리에톡시실란((3-Aminopropyl)triethoxysilane, APTES) 및 3-메캅토프로필트리메톡시실란((3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane, MPTMS) 용액을 코팅한다. 이후 제1 폴리머층(150)를 도포하고, 제1 폴리머층(150)을 100℃ 이상의 온도에서 경화시킴으로써 제1 폴리머층(150)을 형성한다. 형성된 제1 폴리머층(150)은 리프트 오프 공정 및 화학적 식각을 이용하여 패터닝 될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the first polymer layer 150 is formed to surround one end and the other end of the second electrode layer 140 and the first electrode layer 130 . For example, a photoresist for forming the first polymer layer 150 is patterned, and 3-aminopropyltriethoxysilane ((( Coat a solution of 3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane ((3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane, MPTMS). Thereafter, the first polymer layer 150 is formed by coating the first polymer layer 150 and curing the first polymer layer 150 at a temperature of 100° C. or higher. The formed first polymer layer 150 may be patterned using a lift-off process and chemical etching.

도 9를 참조하면, 노출된 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)을 모두 감싸도록 제2 폴리머층(160)이 형성된다. 즉, 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)은 제2 폴리머층(160)에 의해 희생층(120) 상에서 매립된다.Referring to FIG. 9 , the second polymer layer 160 is formed to cover all of the exposed sacrificial layer 120 , the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 . That is, the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 are buried on the sacrificial layer 120 by the second polymer layer 160 .

또한, 제2 폴리머층(160)은 신축 영역(A)의 폭이 고정 영역(B)의 폭보다 작게 형성되어 덤벨 형상을 갖도록 형성되되, 덤벨 형상을 형성하기 위한 다양한 제조방법을 가질 수 있다.In addition, the second polymer layer 160 is formed to have a dumbbell shape in which the width of the stretchable region A is smaller than the width of the fixed region B, and various manufacturing methods for forming the dumbbell shape may be used.

제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 제1 실시예로써, 포토리소그래피를 통해 제2 폴리머층(160)이 패터닝될 수 있다. 일예로, 제1 폴리머층(150)이 패터닝된 희생층(120) 상면에 제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 포토레지스트를 패터닝한다. 패터닝 후, 제1 폴리머층(150)과 제2 폴리머층(160)과의 접착력을 향상시키기 위한 경화제(Crosslinker)를 코팅하거나, 또는 O2플라즈마를 이용하여 표면 처리가 수행될 수 있다. 이후, 제2 폴리머층(160)을 위한 소프트 폴리머를 도포하고, 상온 내지 100℃ 온도 범위에서 경화하여 제2 폴리머층(160)을 형성한 후, 포토레지스트를 제거한다.As a first embodiment for forming the second polymer layer 160 , the second polymer layer 160 may be patterned through photolithography. For example, a photoresist for forming the second polymer layer 160 on the upper surface of the sacrificial layer 120 on which the first polymer layer 150 is patterned is patterned. After patterning, a curing agent (Crosslinker) for improving adhesion between the first polymer layer 150 and the second polymer layer 160 may be coated, or surface treatment may be performed using O 2 plasma. Thereafter, a soft polymer for the second polymer layer 160 is applied and cured at room temperature to 100° C. to form the second polymer layer 160 , and then the photoresist is removed.

제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 제2 실시예로써, 몰드 배치 후 제2 폴리머층(160)이 도포될 수 있다. 일예로, 제1 폴리머층(150)이 패터닝된 희생층(120) 상면에 제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 덤벨 형상의 몰드를 배치한다. 몰드 배치후, 제1 폴리머층(150)과 제1 폴리머층(150)의 접착력을 향상시키기 위한 경화제(Crosslinker)를 코팅하거나, 또는 O2플라즈마를 이용하여 표면 처리가 수행될 수 있다. 이후 제2 폴리머층(160)을 위한 소프트 폴리머를 도포하고, 상온 내지 100℃ 온도 범위에서 경화하여 제2 폴리머층(160)을 형성한 후, 덤벨 형상의 몰드를 제거한다.As a second embodiment for forming the second polymer layer 160 , the second polymer layer 160 may be applied after the mold is disposed. For example, a dumbbell-shaped mold for forming the second polymer layer 160 is disposed on the upper surface of the sacrificial layer 120 on which the first polymer layer 150 is patterned. After disposing the mold, a curing agent (Crosslinker) for improving the adhesion between the first polymer layer 150 and the first polymer layer 150 may be coated, or surface treatment may be performed using O 2 plasma. Thereafter, a soft polymer for the second polymer layer 160 is applied, cured at room temperature to 100° C., and the second polymer layer 160 is formed, and then the dumbbell-shaped mold is removed.

제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 제3 실시예로써, 소프트 폴리머 도포 후 몰드가 배치될 수 있다. 일예로, 제1 폴리머층(150)이 패터닝된 희생층(120)의 상면에 제1 폴리머층(150)과 제2 폴리머층(160)의 접착력을 향상시키기 위한 경화제(Crosslinker)를 코팅하거나, 또는 O2플라즈마를 이용하여 표면 처리를 수행한 후, 소프트 폴리머를 도포한다. 이후, 덤벨 형상의 몰드를 배치하고, 소프트 폴리머를 상온 내지 100℃ 온도 범위에서 경화하여 제2 폴리머층(160)을 형성한 후 덤벨 형상의 몰드를 제거한다.As a third embodiment for forming the second polymer layer 160 , a mold may be disposed after the soft polymer is applied. For example, a curing agent (Crosslinker) for improving adhesion between the first polymer layer 150 and the second polymer layer 160 is coated on the upper surface of the sacrificial layer 120 on which the first polymer layer 150 is patterned, or Alternatively, after surface treatment is performed using O 2 plasma, a soft polymer is applied. Thereafter, a dumbbell-shaped mold is placed, and the soft polymer is cured at room temperature to 100° C. to form the second polymer layer 160 , and then the dumbbell-shaped mold is removed.

제2 폴리머층(160)을 형성하기 위한 제4 실시예로써, 소프트 폴리머 경화 후 몰드를 이용하여 제2 폴리머층(160)이 절단될 수 있다. 일예로, 제1 폴리머층(150)과 제2 폴리머층(160)의 접착력을 향상시키기 위한 경화제(Crosslinker)를 코팅하거나, 또는 O2플라즈마를 이용하여 표면 처리를 수행한 후, 소프트 폴리머를 도포하고, 상온 내지 100℃ 온도 범위에서 경화하여 제2 폴리머층(160)을 형성한다. 이후, 덤벨 형상의 몰드를 이용하여 제2 폴리머층(160)을 절단한다.As a fourth embodiment for forming the second polymer layer 160 , after curing the soft polymer, the second polymer layer 160 may be cut using a mold. For example, after coating a curing agent (Crosslinker) to improve the adhesion between the first polymer layer 150 and the second polymer layer 160, or performing a surface treatment using O 2 plasma, a soft polymer is applied and curing at room temperature to 100° C. to form the second polymer layer 160 . Thereafter, the second polymer layer 160 is cut using a dumbbell-shaped mold.

상술한 바와 같이, 제2 폴리머층(160)을 형성하기 위해 다양한 방법이 이용될 수 있으며, 제2 폴리머층(160)은 제1 폴리머층(150)보다 낮은 탄성 계수를 갖는 물질로 형성됨이 바람직하다.As described above, various methods may be used to form the second polymer layer 160 , and the second polymer layer 160 is preferably formed of a material having a lower elastic modulus than that of the first polymer layer 150 . do.

도 10을 참조하면, 제2 폴리머층(160)이 형성된 후에, 화학적 식각 방법을 이용하여 기판(110)과 희생층(120)을 분리한다.Referring to FIG. 10 , after the second polymer layer 160 is formed, the substrate 110 and the sacrificial layer 120 are separated using a chemical etching method.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법을 나타낸 도면이다.11 to 14 are views illustrating a method of manufacturing a tension sensor according to a second embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 센서의 제조방법은 기판(110) 상에 희생층(120)을 형성하고, 희생층(120) 상에 제1 전극층(130)을 형성하는 단계까지는 제1 실시예의 제조방법과 동일하다.11 to 14 , in the method of manufacturing a tensile sensor according to the second embodiment of the present invention, a sacrificial layer 120 is formed on a substrate 110 , and a first electrode layer ( 130) is the same as the manufacturing method of the first embodiment.

도 11을 참조하면, 제1 전극층(130) 상에 제1 폴리머층(150)이 먼저 형성된다. 제1 폴리머층(150)은 제1 전극층(130) 상에 형성되되, 제1 전극층(130) 상부의 소정 영역을 제외한 나머지 영역을 모두 감싸도록 형성될 수 있다. 여기서, 제1 폴리머층(150)으로부터 노출된 제1 전극층(130)의 소정 영역은 제2 전극층(140) 형성시 제2 전극층(140)과 접하는 영역일 수 있다. 제1 폴리머층(150)을 형성하는 방법은 제1 실시예의 형성 방법과 동일하다. 즉, 제1 폴리머층(150)을 먼저 형성하고 제2 전극층(140)을 형성함으로써, 제1 폴리머층(150) 형성시 온도 및 패터닝 공정에 따른 제2 전극층(140)의 손상을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the first polymer layer 150 is first formed on the first electrode layer 130 . The first polymer layer 150 is formed on the first electrode layer 130 , and may be formed to cover all regions except for a predetermined region on the first electrode layer 130 . Here, the predetermined region of the first electrode layer 130 exposed from the first polymer layer 150 may be a region in contact with the second electrode layer 140 when the second electrode layer 140 is formed. A method of forming the first polymer layer 150 is the same as that of the first embodiment. That is, by forming the first polymer layer 150 first and then forming the second electrode layer 140 , damage to the second electrode layer 140 due to the temperature and the patterning process when the first polymer layer 150 is formed can be prevented. have.

도 12를 참조하면, 제1 폴리머층(150)에서 희생층(120)까지 연장되도록 제2 전극층(140)이 형성된다. 이때, 제2 전극층(140)은 제1 폴리머층(150) 및 제1 폴리머층(150)으로부터 노출된 제1 전극층(130)과 접하도록 형성될 수 있다. 제2 전극층(140)의 형성 방법은 제1 실시예의 형성 방법과 동일하다.12 , the second electrode layer 140 is formed to extend from the first polymer layer 150 to the sacrificial layer 120 . In this case, the second electrode layer 140 may be formed to be in contact with the first polymer layer 150 and the first electrode layer 130 exposed from the first polymer layer 150 . A method of forming the second electrode layer 140 is the same as that of the first embodiment.

도 13 및 도 14를 참조하면, 노출된 희생층(120), 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)을 모두 감싸도록 제2 폴리머층(160)이 형성된다. 즉, 제1 전극층(130), 제2 전극층(140) 및 제1 폴리머층(150)은 제2 폴리머층(160)에 의해 희생층(120) 상에서 매립된다. 제2 폴리머층(160)은 제1 실시예에 따른 인장 센서에서와 같이 덤벨 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 폴리머층(160)을 형성하는 방법은 제1 실시예의 형성 방법과 동일하다. 제2 폴리머층(160)이 형성된 후에는 화학적 식각 방법을 이용하여 기판(110)과 희생층(120)을 분리한다.13 and 14 , the second polymer layer 160 is formed to cover all of the exposed sacrificial layer 120 , the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 . is formed That is, the first electrode layer 130 , the second electrode layer 140 , and the first polymer layer 150 are buried on the sacrificial layer 120 by the second polymer layer 160 . The second polymer layer 160 may be formed to have a dumbbell shape as in the tensile sensor according to the first embodiment. The method of forming the second polymer layer 160 is the same as that of the first embodiment. After the second polymer layer 160 is formed, the substrate 110 and the sacrificial layer 120 are separated using a chemical etching method.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인장 센서는 인장 센서를 신축성 소재 상에 직접 패터닝하지 않고, 보조 기판(110)과 희생층(120)을 이용하여 패턴을 전하는 공정 방법을 이용함으로써, 신축성 소재 기판의 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 인장 센서를 덤벨 형상을 갖도록 형성하고, 인장률과 상관없이 일정한 저항값을 갖는 전극층과 인장률에 따라 큰 저항 변화를 갖는 전극층을 모두 포함하도록 형성함으로써 인장 상태에서 저항 변화를 최소화하고, 외부와 상호적으로 전기신호를 주고받기 위한 신축성 없는 기존 소자의 전극과 이격 없이 접합할 수 있다. 따라서, 인장 상태에서 안정적으로 전기신호 변화를 측정하고 전달할 수 있다.As described above, the tensile sensor according to the present invention uses a process method of transferring a pattern using the auxiliary substrate 110 and the sacrificial layer 120 without directly patterning the tensile sensor on the stretchable material, so that the stretchable material substrate deformation can be minimized. In addition, by forming the tensile sensor to have a dumbbell shape and including both an electrode layer having a constant resistance value irrespective of the tensile rate and an electrode layer having a large resistance change according to the tensile rate, the resistance change in the tensile state is minimized, and external It can be bonded to the electrode of an existing non-stretchable device for mutually exchanging electrical signals with and without separation. Therefore, it is possible to measure and transmit a change in an electrical signal stably in a tensile state.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

110 : 기판 120 : 희생층
130 : 제1 전극층 140 : 제2 전극층
150 : 제1 폴리머층 160 : 제2 폴리머층110: substrate 120: sacrificial layer
130: first electrode layer 140: second electrode layer
150: first polymer layer 160: second polymer layer

Claims (21)

기판;
상기 기판 상부 전체면에 형성된 희생층;
상기 희생층 상에 형성되되, 서로 이격되어 형성된 복수의 제1 전극층;
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층 사이 영역과 상기 복수의 제1 전극층 상부면 일부에 형성되고, 상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층;
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층 측면 및 상기 제2 전극층 측면을 감싸도록 형성된 제1 폴리머층; 및
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 형성되고, 상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 갖는 제2 폴리머층을 포함하는 인장 센서.Board;
a sacrificial layer formed on the entire upper surface of the substrate;
a plurality of first electrode layers formed on the sacrificial layer and spaced apart from each other;
a second electrode layer formed on the sacrificial layer, formed in a region between the plurality of first electrode layers and a portion of an upper surface of the plurality of first electrode layers, and having a higher elasticity than the first electrode layer;
a first polymer layer formed on the sacrificial layer to surround side surfaces of the plurality of first electrode layers and side surfaces of the second electrode layer; and
A tensile sensor formed on the sacrificial layer, the second polymer layer being formed to surround the plurality of first electrode layers, the first polymer layer, and the second electrode layer, and having a higher elasticity than the first polymer layer. . 기판;
상기 기판 상부 전체면에 형성된 희생층;
상기 희생층 상에 형성되되, 서로 이격되어 형성된 복수의 제1 전극층;
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층 측면을 각각 감싸도록 형성된 제1 폴리머층;
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층 사이 영역에서 상기 제1 전극층 상부면 및 상기 제1 폴리머층 상부면까지 연장되어 형성되고, 상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층; 및
상기 희생층 상에 형성되되, 상기 복수의 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 형성되고, 상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 갖는 제2 폴리머층을 포함하는 인장 센서.Board;
a sacrificial layer formed on the entire upper surface of the substrate;
a plurality of first electrode layers formed on the sacrificial layer and spaced apart from each other;
a first polymer layer formed on the sacrificial layer to surround side surfaces of the plurality of first electrode layers, respectively;
a second electrode layer formed on the sacrificial layer and extending from a region between the plurality of first electrode layers to an upper surface of the first electrode layer and an upper surface of the first polymer layer, and having a higher elasticity than the first electrode layer; and
A tensile sensor formed on the sacrificial layer, the second polymer layer being formed to surround the plurality of first electrode layers, the first polymer layer, and the second electrode layer, and having a higher elasticity than the first polymer layer. . 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 폴리머층은 상기 제2 폴리머층보다 높은 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
The tensile sensor, characterized in that the first polymer layer has a higher elastic modulus than the second polymer layer. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 희생층은 Al, Al2O3, Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO2, Au, Hf, HfO2, In, In2O3, Ir, Fe, Fe2O3, ITO, Li, LiF, Mg, MgF2, MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO2, SiO, Ag, Ta, Ta2O5, Sn, Ti 및 W 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
The sacrificial layer is Al, Al 2 O 3 , Be, BeO, B, CdSe, C, Cr, Co, Cu, Ga, Ge, GeO 2 , Au, Hf, HfO 2 , In, In 2 O 3 , Ir, Fe, Fe 2 O 3 , ITO, Li, LiF, Mg, MgF 2 , MgO, Mn, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, SiO 2 , SiO, Ag, Ta, Ta 2 O 5 , Sn, A tensile sensor, characterized in that it is formed of any one of Ti and W material. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti 및 W 중 어느 하나의 물질로 형성되되, 상기 희생층과 다른 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
The first electrode layer is formed of any one of Al, C, Cr, Cu, Au, Fe, ITO, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W, and is formed of a material different from that of the sacrificial layer. Tensile sensor with 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 폴리머층은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성되되, 실리콘 베이스:경화제의 중량비율은 5:1 내지 8:1을 갖는 것을 특징으로 하는 인장센서.3. The method of claim 1 or 2,
The first polymer layer is formed of polydimethylsiloxane (PDMS), which is a mixture of a silicone base and a curing agent (Crosslinker), wherein the weight ratio of the silicone base to the curing agent is 5:1 to 8:1. tension sensor. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 전극층은 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT), 금속 나노와이어(Metal-NW) 및 전도성 고분자 중 어느 하나의 물질로 형성되거나, 또는 둘 이상의 혼합된 물질로 형성되되, 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(Polyaniline, PANI), 폴리피롤(Polypyrrole, PPy) 및 폴리아세틸렌(Polyacethlyene, PAc) 물질 중 어느 하나의 물질을 포함하는 인장센서.3. The method of claim 1 or 2,
The second electrode layer is formed of any one material of graphene, carbon nanotube (CNT), metal nanowire (Metal-NW), and a conductive polymer, or a mixture of two or more materials, the conductive Polymer is polyaniline (Polyaniline, PANI), polypyrrole (Polypyrrole, PPy), and polyacetylene (Polyacethlyene, PAc) tensile sensor including any one material. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 폴리머층은 실리콘 베이스(Silicone Base)와 경화제(Crosslinker)의 혼합물인 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성되되, 실리콘 베이스:경화제의 중량비율은 10:1 내지 15:1을 갖는 것을 특징으로 하는 인장센서.3. The method of claim 1 or 2,
The second polymer layer is formed of polydimethylsiloxane (PDMS), which is a mixture of a silicone base and a curing agent (Crosslinker), wherein the silicone base: curing agent has a weight ratio of 10:1 to 15:1. tension sensor. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 폴리머층은 2500kPa 이상의 탄성계수를 갖고, 상기 제2 폴리머층은 1500kPa 이하의 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
The first polymer layer has an elastic modulus of 2500 kPa or more, and the second polymer layer has an elastic modulus of 1500 kPa or less. 제1항에 있어서,
상기 제2 전극층은 상기 복수의 제1 전극층 상부면에서 상기 복수의 제1 전극층 사이 영역에 위치한 상기 희생층 상부면까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 센서.According to claim 1,
The second electrode layer is formed to extend from an upper surface of the plurality of first electrode layers to an upper surface of the sacrificial layer located in a region between the plurality of first electrode layers. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 전극층은 상기 제2 전극층의 일단 및 타단에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
The tensile sensor, characterized in that the first electrode layer is disposed on one end and the other end of the second electrode layer, respectively. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 폴리머층은,
상기 제2 전극층의 중앙 부위를 감싸는 신축 영역;
상기 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층의 일단과 타단을 감싸는 고정 영역; 및
상기 신축 영역과 상기 고정 영역이 서로 연결되도록 형성된 연장 영역을 포함하는 인장 센서.According to claim 1 or 2, wherein the second polymer layer,
an elastic region surrounding the central portion of the second electrode layer;
a fixing region surrounding one end and the other end of the first electrode layer, the first polymer layer, and the second electrode layer; and
and an extension region formed to connect the stretchable region and the fixed region to each other. 제12항에 있어서,
평면 상에서 상기 신축 영역의 폭은 상기 고정 영역의 폭보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 인장 센서.13. The method of claim 12,
The tension sensor, characterized in that the width of the stretchable region on a plane is smaller than the width of the fixed region. 제12항에 있어서,
평면 상에서 상기 연장 영역의 폭은 상기 고정 영역에서 상기 신축 영역 방향으로 갈수록 점점 감소하는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 인장 센서.13. The method of claim 12,
The tension sensor, characterized in that the width of the extension region on a plane gradually decreases from the fixed region toward the stretch region. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 폴리머층의 두께(H)와 상기 제2 폴리머층의 두께(S)에 대한 두께비는(S/H)는 1 내지 15 범위의 두께비를 갖는 것을 특징으로 하는 인장 센서.3. The method of claim 1 or 2,
A thickness ratio (S/H) of the thickness of the first polymer layer (H) to the thickness (S) of the second polymer layer is in the range of 1 to 15. 기판 상부 전체면에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 복수의 제1 전극층을 서로 이격하여 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 전극층 사이 영역과 상기 복수의 제1 전극층 상부면 일부에, 상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 갖는 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 전극층 측면 및 상기 제2 전극층 측면을 감싸도록 제1 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 가지되, 상기 복수의 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 제2 폴리머층을 형성하는 단계; 및
상기 기판과 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 인장 센서 제조방법.forming a sacrificial layer on the entire upper surface of the substrate;
forming a plurality of first electrode layers on the sacrificial layer to be spaced apart from each other;
forming a second electrode layer having a higher elasticity than that of the first electrode layer in a region between the plurality of first electrode layers and a portion of an upper surface of the plurality of first electrode layers;
forming a first polymer layer to surround side surfaces of the plurality of first electrode layers and side surfaces of the second electrode layer;
forming a second polymer layer having a higher elasticity than the first polymer layer to surround the plurality of first electrode layers, the first polymer layer, and the second electrode layer; and
and removing the substrate and the sacrificial layer. 기판 상부 전체면에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 복수의 제1 전극층을 서로 이격하여 형성하는 단계;
상기 복수의 제1 전극층 측면을 감싸도록 제1 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 제1 전극층보다 높은 신축성을 가지되, 상기 복수의 제1 전극층 사이 영역에서 상기 제1 전극층 상부면 및 상기 제1 폴리머층 상부면까지 연장되도록 제2 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 폴리머층보다 높은 신축성을 가지되, 상기 복수의 제1 전극층, 상기 제1 폴리머층 및 상기 제2 전극층을 감싸도록 제2 폴리머층을 형성하는 단계; 및
상기 기판과 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 인장 센서 제조방법.forming a sacrificial layer on the entire upper surface of the substrate;
forming a plurality of first electrode layers on the sacrificial layer to be spaced apart from each other;
forming a first polymer layer to surround side surfaces of the plurality of first electrode layers;
forming a second electrode layer having a higher elasticity than the first electrode layer and extending to an upper surface of the first electrode layer and an upper surface of the first polymer layer in a region between the plurality of first electrode layers;
forming a second polymer layer having a higher elasticity than the first polymer layer to surround the plurality of first electrode layers, the first polymer layer, and the second electrode layer; and
and removing the substrate and the sacrificial layer. 제16항에 있어서,
상기 제2 전극층은 상기 복수의 제1 전극층 상부면에서 상기 복수의 제1 전극층 사이 영역에 위치한 상기 희생층 상부면까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 센서 제조방법.17. The method of claim 16,
The method of claim 1, wherein the second electrode layer is formed to extend from an upper surface of the plurality of first electrode layers to an upper surface of the sacrificial layer located in a region between the plurality of first electrode layers. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제2 폴리머층을 형성하는 단계는,
평면 상에서 상기 제2 전극층의 중앙 부위를 감싸는 상기 제2 폴리머층의 폭이 상기 제1 전극층 및 상기 제1 폴리머층을 감싸는 상기 제2 폴리머층의 폭보다 작은 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인장 센서 제조방법.18. The method of claim 16 or 17, wherein forming the second polymer layer comprises:
Tensile, characterized in that the width of the second polymer layer surrounding the central portion of the second electrode layer on a plane is smaller than the width of the first electrode layer and the width of the second polymer layer surrounding the first polymer layer Sensor manufacturing method. 삭제delete 삭제delete
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