KR102430278B1 - LIQUID METAL PATTERNING METHOD, LIQUID METAL PATTERNING APPARATUS AND substrate comprising a liquid metal - Google Patents
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Abstract
액체 금속 패터닝 방법은 스트레칭 가능한 기판 상에 액체 금속을 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅 하여 액체 금속 패턴을 형성 후, 상기 액체 금속 패턴과 상기 스트레칭 가능한 기판을 단 방향으로 늘려 상기 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킨다. In the liquid metal patterning method, after forming a liquid metal pattern by printing liquid metal on a stretchable substrate using a liquid metal patterning device, the liquid metal pattern and the stretchable substrate are stretched in one direction to increase the width of the liquid metal pattern reduce
Description
본 발명은 액체 금속 패터닝 방법, 상기 액체 금속 패터닝 방법을 수행하기 위한 액체 금속 패터닝 장치 및 상기 액체 금속 패터닝 방법에 의해 형성된 액체 금속을 포함하는 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 패턴을 형성하기 위한 액체 금속 패터닝 방법, 상기 액체 금속 패터닝 방법을 수행하기 위한 액체 금속 패터닝 장치 및 상기 액체 금속 패터닝 방법에 의해 형성된 액체 금속으로 형성된 미세 패턴을 포함하는 기판에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid metal patterning method, a liquid metal patterning apparatus for performing the liquid metal patterning method, and a substrate including a liquid metal formed by the liquid metal patterning method, and more particularly, to form a micropattern It relates to a liquid metal patterning method, a liquid metal patterning apparatus for performing the liquid metal patterning method, and a substrate including a micropattern formed of a liquid metal formed by the liquid metal patterning method.
최근 들어, 웨어러블 전자기기의 출현으로 인하여, 유연하고 접을 수 있으며 신축성 있는 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 전자기기를 이루는 대다수의 전자회로는 고체이기 때문에 일정이상의 변형률을 견딜 수가 없다. 이를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다. Recently, due to the advent of wearable electronic devices, research on flexible, foldable and stretchable devices has been actively conducted. However, since most of the electronic circuits that make up these electronic devices are solid, they cannot withstand strain over a certain level. Research is underway to solve this problem.
예를 들면, 액체 금속을 이용하여 전자 회로를 구성하여 플랙시블 장치를 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다. For example, research on making a flexible device by configuring an electronic circuit using liquid metal is being actively conducted.
액체 금속은 낮은 녹는점으로 인하여 상온에서 액체 상태로 존재하며 낮은 저항과 그리고 낮은 점도를 가진다. 이러한 특성을 이용하여 유연한 기판에 전자 회로를 구성할 경우 인장이나 굽힘과 같은 특수한 상황에서도 회로의 연결이 끊어지지 않고 전기적인 커넥션의 유지가 가능하다. 그러나, 액체 금속을 이용하여 패턴을 형성하는 데는 어려움이 있다. Liquid metals exist in a liquid state at room temperature due to their low melting point and have low resistance and low viscosity. When an electronic circuit is constructed on a flexible substrate using these characteristics, it is possible to maintain the electrical connection without disconnecting the circuit even in special situations such as tension or bending. However, it is difficult to form a pattern using a liquid metal.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 미세 패턴을 형성할 수 있는 액체 금속 패터닝 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a liquid metal patterning method capable of forming a fine pattern.
본 발명의 다른 목적은 상기 액체 금속 패터닝 방법을 구현하기 위한 액체 금속 패터닝 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a liquid metal patterning apparatus for implementing the liquid metal patterning method.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 액체 금속 패터닝 방법을 이용하여 형성된 액체 금속을 포함하는 기판을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a substrate including a liquid metal formed using the liquid metal patterning method.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 방법은 스트레칭 가능한 기판 상에 액체 금속을 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅 하여 액체 금속 패턴을 형성 후, 상기 액체 금속 패턴과 상기 스트레칭 가능한 기판을 단 방향으로 늘려 상기 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킨다. In a liquid metal patterning method according to an embodiment for realizing the object of the present invention, after forming a liquid metal pattern by printing a liquid metal on a stretchable substrate using a liquid metal patterning device, the liquid metal pattern and the Stretching the stretchable substrate in one direction reduces the width of the liquid metal pattern.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치는 파라틴 코팅된 바늘, 디스펜서, 3축 모터 스테이지, 레이져 센서를 통한 거리 피드백 시스템, 전자식 압력 조절기를 이용한 압력 피드백 시스템으로 구성된다. 패턴 폭이 균일한 액체 금속 패터닝을 하여 프린팅 안정도 향상 및 경사진 평면과 곡면 등의 기판에 액체 금속을 프린팅한다. A liquid metal patterning apparatus according to an embodiment for realizing the object of the present invention is a paratin-coated needle, a dispenser, a 3-axis motor stage, a distance feedback system through a laser sensor, and a pressure feedback system using an electronic pressure regulator. is composed By performing liquid metal patterning with a uniform pattern width, printing stability is improved and liquid metal is printed on a substrate such as an inclined plane or curved surface.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속을 포함하는 기판은 스트레칭 되는 기판위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킨다. A substrate including a liquid metal according to an embodiment for realizing the object of the present invention reduces the width of the liquid metal pattern by stretching the liquid metal and the substrate patterned on the stretched substrate in one direction.
본 발명의 실시예들에 따른 액체 금속 패터닝 방법, 액체 금속 패터닝 장치 및 액체 금속을 포함하는 기판에 따르면, 일정한 폭을 가지는 액체 금속 프린팅이 가능하다. 또한, 곡면 또는 경사진 기판에 액체 금속 패터닝 가능하다. 또한, 액체 금속을 상변화 하여 다른 기판에 이송하는 새로운 방식 확립이 가능하다. 또한, 패턴의 폭을 줄임으로서 기존에 불가능했던 마이크로 이하의 폭을 가지는 액체 금속 패터닝 가능하다. According to the liquid metal patterning method, the liquid metal patterning apparatus, and the substrate including the liquid metal according to embodiments of the present invention, liquid metal printing having a constant width is possible. In addition, liquid metal patterning is possible on curved or inclined substrates. In addition, it is possible to establish a new method of transferring liquid metal to another substrate by changing the phase. In addition, by reducing the width of the pattern, it is possible to pattern liquid metal having a width of a micrometer or less, which was not possible in the prior art.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다. However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 전자식 압력 조절기 3축 스테이지와 파라핀 코팅된 바늘로 구성된 액체 금속 패터닝 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 거리 피드백 및 압력 피드백 적용 여부 조건에 따라, 기판에 프린팅된 액체 금속의 사진들이다.
도 3a는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치들의 바늘의 재질과 액체 금속 간 접촉각을 측정한 사진 및 프린팅 진행시의 바늘들의 사진들 이다.
도 3b는 도 1에서 설명한 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅된 액체 금속을 보여주며, 확대된 사진은 액체 금속을 SEM(Scanning Electron Microscope) 으로 확대하여 찍은 사진이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 폭을 줄이는 액체 금속 패터닝 방법에 대한 공정도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 액체 금속 패터닝 방법을 반복적으로 실행한 결과 사진이다.1 is a view showing a liquid metal patterning device composed of a laser sensor, an electronic pressure regulator 3-axis stage, and a paraffin-coated needle according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of liquid metal printed on a substrate according to a condition of applying distance feedback and pressure feedback.
3A is a photograph of a contact angle between a material of a needle and a liquid metal of a liquid metal patterning device according to a comparative example and an embodiment of the present invention, and photographs of needles during printing.
Figure 3b shows the liquid metal printed using the liquid metal patterning device described in Figure 1, the enlarged photograph is a photograph taken by enlarging the liquid metal with a scanning electron microscope (SEM).
4 is a flowchart of a liquid metal patterning method for reducing a liquid metal width according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a result of repeatedly executing the liquid metal patterning method of FIG. 4 .
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
액체 금속으로 마이크로 레벨의 도선을 구성할 경우 휘거나 늘어나는 외력조건에서도 전기적인 커넥션의 유지가 가능하다. 이를 이용하여 본 발명에서는 마이크로 레벨의 도선을 가지는 초소형 플렉서블 PCB 또는 플렉서블 센서를 구성할 수 있다. When the micro-level conductor is made of liquid metal, it is possible to maintain the electrical connection even under bending or stretching external force conditions. Using this, in the present invention, it is possible to configure an ultra-small flexible PCB or flexible sensor having a micro-level conductive wire.
EGaIn은 갈륨과 인듐을 합성하여 만든 액체 금속으로서, 독성이 및 반응성이 낮으며, Ga 에 의하여 생성된 산화막에 의하여 높은 표면장력을 가진다. 이를 이용하여 direct writing, stencil lithography, imprint lithography, microfluidic injection 등과 같이 다양한 방식으로 액체금속을 회로화 하는 패터닝이 가능하다. 다만, 높은 표면장력은 패턴의 모양을 유지해주는 장점을 가지지만 패터닝을 수십마이크로 이하로 하기 힘들다는 단점 또한 가지고 있다. 현재까지 imprint lithography를 통하여만 한 자릿수의 마이크로 패터닝이 시연되었으며 이 또한 lithography로 제조된 PDMS 몰드 제작을 필요로 한다. EGaIn is a liquid metal made by synthesizing gallium and indium, has low toxicity and low reactivity, and has high surface tension due to the oxide film generated by Ga. Using this, it is possible to pattern liquid metal into circuits in various ways such as direct writing, stencil lithography, imprint lithography, and microfluidic injection. However, high surface tension has the advantage of maintaining the shape of the pattern, but also has the disadvantage that it is difficult to make the patterning smaller than several tens of micrometers. So far, single-digit micropatterning has been demonstrated only through imprint lithography, which also requires the fabrication of lithography-fabricated PDMS molds.
한편, 액체 금속의 일종으로 갈린스탄(Galinstan)은 상온에서 액체 상태로 존재한다. 갈린스탄은 68.5% 갈륨(Ga), 21.5% 인듐(In), 10% 주석(Sn)으로 이루어진 합금이다. 이 합금은 유독성이 있는 수은을 대체하여 의료용 온도계로 사용되고 있다. 또한, 공융 갈륨-인듐 합금(eGain; eutectic Galium-Indium Alloy), 상표명 ‘Galistan’의 갈륨-인듐-주석 합금, 인달로이(Indalloy) 등의 액체금속은 높은 전기 전도성을 갖기 때문에 종래 독성의 수은을 대체할 수 있는 비독성 물질로서 반도체 소자의 미세 패턴을 형성하는 경우 등에 이용될 수 있다. 특히, 공융 갈륨-인듐 합금은 융점이 15℃ 미만이어서 상온에서 액체상태를 유지할 뿐만 아니라 대기 중에 노출 되면 산화막을 형성함으로써 비금속 재질의 표면에 대해서도 높은 젖음성(wettability)을 갖게 된다. 공융 갈륨-인듐 합금은 이러한 표면 산화막에 의해 그 형태를 유지한 상태에서 안정적으로 독립된 구조체를 형성할 수 있다.On the other hand, as a kind of liquid metal, Galinstan exists in a liquid state at room temperature. Galinstan is an alloy composed of 68.5% gallium (Ga), 21.5% indium (In), and 10% tin (Sn). This alloy is being used as a medical thermometer to replace toxic mercury. In addition, liquid metals such as eutectic gallium-indium alloy (eGain; eutectic Galium-Indium Alloy), gallium-indium-tin alloy of 'Galistan', and Indalloy have high electrical conductivity, so conventional toxic mercury As a non-toxic material that can be replaced, it can be used in the case of forming a micro pattern of a semiconductor device. In particular, since the eutectic gallium-indium alloy has a melting point of less than 15° C., it not only maintains a liquid state at room temperature, but also forms an oxide film when exposed to the atmosphere, thereby having high wettability on the surface of a non-metallic material. The eutectic gallium-indium alloy can form an independent structure stably while maintaining its shape by such a surface oxide film.
본 발명의 실시예들에 따르면, lithography 방식으로 준비된 PDMS 몰드를 사용하지 않고 액체 금속의 상변화와 신축성 있는 기판 그리고 direct writing patterning을 이용하여 단일 자릿수의 마이크로 액체 금속 패터닝을 할 수 있는 새로운 패터닝 방식을 구현할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, a new patterning method capable of single-digit micro-liquid metal patterning using a phase change of liquid metal, a flexible substrate, and direct writing patterning without using a PDMS mold prepared by a lithography method. can be implemented
예를 들면, 먼저, 신축성 있는 기판 위에 direct writing을 통하여 패터닝이 진행된 액체 상태의 액체 금속 패턴을 폭을 줄이기 위해 기판과 함께 늘린 후 탈 이온 수와 함께 얼어 붙였다. 이후 폭이 줄어든 액체 금속 패턴과 얼음블록을 간단하게 들어올려 변형이 늘리지 않은 새로운 신축성 있는 기판에 올려 놓은 후, 얼음을 오븐을 이용하여 증발 시켜 액체 금속 패턴만이 남도록 하였다. 이러한 순차적인 프로세스를 통하여 원하는 액체 금속 패턴을 획득할 때까지 반복 진행하였다. For example, first, a liquid metal pattern in a liquid state, which was patterned through direct writing on a stretchable substrate, was stretched together with the substrate to reduce the width, and then frozen with deionized water. After that, the liquid metal pattern with the reduced width and the ice block were simply lifted up and placed on a new flexible substrate that did not have increased deformation, and then the ice was evaporated using an oven to leave only the liquid metal pattern. Through this sequential process, it was repeated until a desired liquid metal pattern was obtained.
<액체 금속 패터닝 장치><Liquid metal patterning device>
3축 모터 스테이지와 레이저 센서 전자식 압력 조절기를 이용한 액체 금속 직접 분사 프린팅 기법을 구현할 수 있다. A liquid metal direct jet printing technique using a 3-axis motor stage and a laser sensor electronic pressure regulator can be implemented.
파라핀 코팅 된 바늘을 이용한 액체 금속 프린팅 기법을 구현할 수 있다. Liquid metal printing technique using paraffin-coated needles can be implemented.
파라틴 코팅된 바늘, 디스펜서, 3축 모터 스테이지, 레이져 센서를 통한 거리 피드백 시스템, 전자식 압력 조절기를 이용한 압력 피드백 시스템으로 구성되어진 액체 금속 패터닝 장치(액체 금속 분사 프린팅 시스템)을 이용하여 패턴 폭이 균일한 액체 금속 패터닝을 하여 프린팅 안정도 향상 및 경사진 평면과 곡면 등의 기판에 액체 금속을 프린팅할 수 있다. The pattern width is uniform by using a liquid metal patterning device (liquid metal spray printing system) consisting of a paraffin-coated needle, a dispenser, a 3-axis motor stage, a distance feedback system through a laser sensor, and a pressure feedback system using an electronic pressure regulator. By performing liquid metal patterning, it is possible to improve printing stability and to print liquid metal on substrates such as inclined planes and curved surfaces.
파리핀 코팅된 바늘을 이용하여 액체 금속을 프린팅 진행 함으로서 액체 금속이 바늘 표면에 붙는 것이 방지될 수 있다. 또한, 바늘에 다양한 코팅을 하여, 이를 이용한 액체 금속을 프린팅할 수 있다. By printing the liquid metal using a paraffin-coated needle, it is possible to prevent the liquid metal from adhering to the needle surface. In addition, by applying various coatings to the needle, it is possible to print liquid metal using the same.
거리 정보 피드백을 이용한 다(多) 자유도 액체 금속 프린팅 시스템을 구현할 수 있다. A multi-degree-of-freedom liquid metal printing system using distance information feedback can be implemented.
거리 피드백 및 압력 피드벡과 같은 시스템과 파라핀으로 코팅된 바늘을 이용하여 액체 금속 프린팅 시스템을 구현할 수 있다. Liquid metal printing systems can be implemented using systems such as distance feedback and pressure feedback and paraffin-coated needles.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 전자식 압력 조절기 3축 스테이지와 파라핀 코팅된 바늘로 구성된 액체 금속 패터닝 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a liquid metal patterning device composed of a laser sensor, an electronic pressure regulator 3-axis stage, and a paraffin-coated needle according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (좌측)에서 전자식 압력 조절기(Electronic Pressure regulator)는 액체 금속이 디스펜서에서 일정하게 나올 수 있도록 압력을 일정하게 조절해주며, (압력 피드백) x, y, z 축 모터 스테이지(Motorized stage)는 기판(substrate)의 원하는 위치에 패터닝 가능하도록 움직이는 역할을 수행한다. In Figure 1 (left), the electronic pressure regulator (Electronic Pressure regulator) constantly adjusts the pressure so that the liquid metal can come out of the dispenser uniformly (pressure feedback) x, y, z axis motor stage (Motorized stage) plays a role of moving so as to be patternable at a desired position on the substrate.
예를 들면, 전자식 압력 조절기는 흡입되는 유체의 압력을 측정하는 검출 센서, 토출되는 유체의 압력을 검출하는 검출 센서, 토출량을 조절하는 전자 밸브 등을 포함하여, 사용자가 원하는 압력을 설정키를 이용하여 입력하면 전자밸브의 개도량이 조절되어 압력조절을 쉽고 정확하게 할 수 있다. For example, the electronic pressure regulator includes a detection sensor for measuring the pressure of the suctioned fluid, a detection sensor for detecting the pressure of the discharged fluid, an electromagnetic valve for adjusting the discharge amount, and the like, using a setting key to set the pressure desired by the user. The opening degree of the solenoid valve is adjusted by inputting this, so that the pressure can be adjusted easily and accurately.
도 1의 (우측)에서 레이저 센서(laser sensor)는 기판과의 간격을 계속 측정하며, 측정된 값을 통하여 z 모터 스테이지가 실시간으로 반응하도록 설계되어 기판과 액체 금속이 토출 되는 거리(gap distance)를 일정하게 유지 가능하다. (거리 피드백)In FIG. 1 (right), the laser sensor continuously measures the distance from the substrate, and the z motor stage is designed to react in real time through the measured value, so the distance between the substrate and the liquid metal is discharged (gap distance) can be kept constant. (distance feedback)
도 1의 (우측)에서 파라핀 코팅된 바늘(Paraffin coated Dispensing needle)은 액체 금속이 산화되어 바늘에 붙는 것을 방지하여 패턴(liquid metal pattern)이 끊어지지 않고 계속해서 진행 가능하게 한다In Fig. 1 (right), a paraffin coated dispensing needle prevents liquid metal from oxidizing and adhering to the needle, allowing the liquid metal pattern to continue without breaking.
도 2는 거리 피드백 및 압력 피드백 적용 여부 조건에 따라, 기판에 프린팅된 액체 금속의 사진들이다.2 is a photograph of liquid metal printed on a substrate according to the condition of applying distance feedback and pressure feedback.
도 2의 I은 거리 피드백과 압력 피드백이 안되는 조건에서 표면 높이가 불안정한 기판에 프린팅 된 액체 금속 사진이며, 도 2의 II는 거리 피드백 기능이 작동되고 있는 상태 외에는 도 2의 I과 동일한 조건에서 프린팅이 진행된 액체 금속 사진이다. 도 2의 III은 거리 및 압력 피드백 기능이 전부 작동되고 있는 상태 외에는 도 2의 I과 동일한 조건에서 프린팅이 진행된 액체 금속 사진이다I of FIG. 2 is a photograph of liquid metal printed on a substrate whose surface height is unstable under conditions where distance feedback and pressure feedback are not available, and II of FIG. 2 is printed under the same conditions as I of FIG. This is a picture of liquid metal in progress. III of FIG. 2 is a photograph of liquid metal in which printing is performed under the same conditions as I in FIG. 2 except that the distance and pressure feedback functions are all operated.
도 3a는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치들의 바늘의 재질과 액체 금속 간 접촉각을 측정한 사진 및 프린팅 진행시의 바늘들의 사진들 이다. 3A is a photograph of a contact angle between a material of a needle and a liquid metal of a liquid metal patterning device according to a comparative example and an embodiment of the present invention, and photographs of needles during printing.
도 3a의 I은 바늘 재질과 액체 금속 간의 접촉각을 측정한 그림 이며 도 3a의 II는 바늘 재질 위에 파라핀 코팅을 진행 한 후 액체 금속과의 접촉각을 측정한 그림이다.I of FIG. 3A is a figure measuring the contact angle between the needle material and the liquid metal, and II of FIG. 3A is a figure measuring the contact angle with the liquid metal after paraffin coating on the needle material.
도 3a의 III 은 비교예의 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 액체 금속을 프린팅할 때 바늘 부위를 나타낸 사진이다. III of FIG. 3A is a photograph showing a needle portion when liquid metal is printed using the liquid metal patterning apparatus of a comparative example.
도 3a의 IV 는 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 액체 금속을 프린팅할 때 바늘 부위를 나타낸 사진이다. IV of FIG. 3A is a photograph showing a needle portion when liquid metal is printed using a liquid metal patterning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3b는 도 1에서 설명한 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅된 액체 금속을 보여주며, 확대된 사진은 액체 금속을 SEM(Scanning Electron Microscope) 으로 확대하여 찍은 사진이다Figure 3b shows the liquid metal printed using the liquid metal patterning device described in Figure 1, the enlarged photograph is a photograph taken by enlarging the liquid metal with a scanning electron microscope (SEM).
<액체 금속 패터닝 방법><Liquid metal patterning method>
미세 패턴을 위한 액체 금속 패터닝 및 패턴 폭을 일정하게 하기 위한 액체 금속 프린팅 방법이 제공될 수 있다. Liquid metal patterning for fine patterns and liquid metal printing methods for uniform pattern width can be provided.
스트레칭 되는 기판(stretchable substrate) 위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킬 수 있다. The width of the liquid metal pattern can be reduced by unidirectional stretching of the patterned liquid metal and substrate on a stretchable substrate.
액체 금속을 다른 기판에 옮기는 공정이 제공될 수 있다. A process for transferring liquid metal to another substrate may be provided.
일 실시예에 따르면, 상온에서 액체 상태인 액체 금속을 옮기기 위해 고체 상태로 상변화를 시켜 다른 늘어나지 않은 기판에 이송할 수 있다. 예를 들면, 테이프를 이용한 고체 상태로 상변화한 금속 이송할 수 있다. According to one embodiment, in order to move the liquid metal that is in a liquid state at room temperature, it may be transferred to another non-stretched substrate by changing the phase to a solid state. For example, a phase-changed metal can be transferred to a solid state using a tape.
상기 방식 외에도 액체 금속과 DI water를 동시에 얼려 이송 가능한 면적을 늘려 다른 늘어나지않은 기판에 이송할 수 있다. In addition to the above method, liquid metal and DI water can be frozen at the same time to increase the transferable area and transfer to other non-stretched substrates.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 폭을 줄이는 액체 금속 패터닝 방법에 대한 공정도를 나타낸다.4 is a flowchart of a liquid metal patterning method for reducing a liquid metal width according to an embodiment of the present invention.
도 4의 I은 제1도에서 도시한 액체 금속 직접 프린팅 방식을 이용하여 패터닝하는 모습이다.I of FIG. 4 shows the patterning using the liquid metal direct printing method shown in FIG. 1 .
도 4의 II는 프린팅된 액체 금속을 기판과 함께 늘리는 모습을 나타낸다.II of FIG. 4 shows a state in which the printed liquid metal is stretched together with the substrate.
도 4의 III과 IV는 늘어난 액체 금속위에 탈 이온 수를 흘려 어는점 이하에서 고체 상태로 만드는 과정을 나타낸다.III and IV of FIG. 4 show the process of making deionized water into a solid state below the freezing point by flowing deionized water on the stretched liquid metal.
도 4의 V는 얼려진 액체 금속과 탈 이온 수를 기존의 기판에서 분리시키는 과정을 나타낸다.V of FIG. 4 shows the process of separating the frozen liquid metal and deionized water from the conventional substrate.
도 4의 VI와VII는 분리된 얼려진 액체 금속과 탈 이온 수를 다른 늘어나지 않은 기판에 이송한 후 탈 이온 수만 증발 시켜 액체 금속 패턴만 남기는 과정을 나타낸다.VI and VII of FIG. 4 show the process of transferring the separated frozen liquid metal and deionized water to another non-stretched substrate and then evaporating only the deionized water to leave only the liquid metal pattern.
도 4의 II~VII 과정을 반복하여 도 4의 VIII 과 같은 원하는 줄어든 폭을 가지는 액체 금속을 얻을 수 있다.Processes II to VII of FIG. 4 may be repeated to obtain a liquid metal having a desired reduced width such as VIII of FIG. 4 .
도 5는 도 4의 액체 금속 패터닝 방법을 반복적으로 실행한 결과 사진이다.5 is a photograph of a result of repeatedly executing the liquid metal patterning method of FIG. 4 .
도 5의 (상부)에서 n=1은 직접 분사 시스템을 이용하여 프린팅된 액체 금속이며 도 4의 방법을 한번 반복 할 때 마다 n이 1씩 증가하며, n이 증가 할 때마다 패턴된 액체 금속의 폭이 계속해서 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.In FIG. 5 (top), n=1 is a liquid metal printed using a direct injection system, and n increases by 1 every time the method of FIG. 4 is repeated once, and each time n increases, the amount of patterned liquid metal is It can be seen that the width continues to decrease.
도 5의 (하부 좌측)은 초기 직접분사 시스템을 이용하여 액체 금속을 프린팅한 결과를 SEM으로 찍은 사진이며 (하부 우측)은 도 4의 패터닝 방식을 7번 반복하여 줄어든 폭을 가지는 액체 금속 패턴을 SEM으로 찍은 사진이다.5 (lower left) is a photograph taken by SEM of printing liquid metal using the initial direct injection system, and (lower right) is a liquid metal pattern having a reduced width by repeating the patterning method of FIG. 4 7 times. The picture was taken with SEM.
즉, 상기 초기 직접분사 시스템을 이용하여, 신축성 있는 기판 위에 direct writing을 통하여 패터닝이 진행된 액체 상태의 액체 금속 패턴을 폭을 줄이기 위해 기판과 함께 늘린 후 탈 이온 수와 함께 얼어 붙였다. 이후 폭이 줄어든 액체 금속 패턴과 얼음블록을 간단하게 들어올려 변형이 늘리지 않은 새로운 신축성 있는 기판에 올려 놓은 후, 얼음을 오븐을 이용하여 증발 시켜 액체 금속 패턴만이 남도록 하였다. 이러한 순차적인 프로세스를 통하여 원하는 액체 금속 패턴을 획득할 때까지 반복 진행하였다. That is, using the initial direct injection system, the liquid metal pattern in the liquid state, which was patterned through direct writing on the stretchable substrate, was stretched together with the substrate to reduce the width, and then frozen with deionized water. After that, the liquid metal pattern with the reduced width and the ice block were simply lifted up and placed on a new stretchable substrate without increased deformation, and then the ice was evaporated using an oven to leave only the liquid metal pattern. Through this sequential process, it was repeated until a desired liquid metal pattern was obtained.
<액체 금속을 포함하는 기판><Substrate Containing Liquid Metal>
스트레칭 되는 기판위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킬 수 있다. The width of the liquid metal pattern can be reduced by stretching the patterned liquid metal and the substrate unidirectional on the substrate being stretched.
본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 금속 패터닝 방법, 액체 금속 패터닝 장치 및 액체 금속을 포함하는 기판은 플렉서블 기판, 플렉서블 센서, 마이크로 기판, 마이크로 센서, 웨어러블 디바이스 등에 이용할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the liquid metal patterning method, the liquid metal patterning apparatus, and the substrate including the liquid metal may be used for a flexible substrate, a flexible sensor, a micro substrate, a micro sensor, a wearable device, and the like.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to the above embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. will be able
Claims (1)
상기 액체 금속 패턴과 상기 스트레칭 가능한 기판을 단 방향으로 늘려 상기 액체 금속 패턴의 폭을 감소시키는 단계를 포함하는 액체 금속 패터닝 방법. using a liquid metal patterning device to form a liquid metal pattern by printing the liquid metal on a stretchable substrate; and
and reducing a width of the liquid metal pattern by stretching the liquid metal pattern and the stretchable substrate in one direction.
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