KR102534574B1 - Strain sensor - Google Patents

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KR102534574B1
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이수재
김성현
박찬우
구재본
나복순
오지영
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한국전자통신연구원
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Abstract

스트레인 센서가 제공된다. 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 유연신축성 기판; 상기 유연신축성 기판 상의 리지드 패턴들로서, 상기 리지드 패턴들은 제1 패턴 및 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 이격된 제2 패턴을 포함하는 것; 상기 제1 패턴 상의 제1 전극; 상기 제2 패턴 상에 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 연결하는 압저항 층을 포함하고, 상기 리지드 패턴들은 상기 유연신축성 기판에 비해 큰 강성(stiffness)을 가질 수 있다.A strain sensor is provided. A strain sensor according to embodiments of the present invention includes a flexible and stretchable substrate; rigid patterns on the flexible and stretchable substrate, wherein the rigid patterns include a first pattern and a second pattern spaced apart from the first pattern in a first direction; a first electrode on the first pattern; a second electrode spaced apart from the first electrode on the second pattern; and a piezoresistive layer connecting the first electrode and the second electrode, and the rigid patterns may have greater stiffness than the flexible and stretchable substrate.

Description

스트레인 센서{Strain sensor}Strain sensor {Strain sensor}

본 발명은 스트레인 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리지드 패턴들 상에 배치된 압저항 층(piezoresistive layer)을 포함하는 다축방향 스트레인 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a strain sensor, and more particularly, to a multiaxial strain sensor including a piezoresistive layer disposed on rigid patterns.

스트레인 센서는 저항체로 이루어진 소자로서 피측정물에 부착되어 외부에서 인가되는 힘(굽힘, 인장, 압축)에 따라 발생되는 피측정물의 기계적인 미세한 변형을 전기적 신호로 바꾸어 피측정물의 변형률 또는 응력을 감지하는 센서이다. 최근 고민감도로 큰 변형 하에서 작동할 수 있는 유연 신축성 스트레인 센서는 촉각감지, 소프트 로봇, 인간 동작 감지, 개인 건강 모니터링, 인공피부, 및 인간-기계 인터페이스 등에 다양한 응용성으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 최근 복잡하고 다양한 신체의 움직임으로 발생되는 다방향 변형을 실시간으로 정밀하게 감지가 가능한 다축방향 스트레인 센서의 필요성이 대두되고 있으며, 일축 스트레인 센서의 한계를 극복하기 위한 많은 연구개발이 진행되고 있다.A strain sensor is a resistive element attached to the object to be measured and detects the strain or stress of the object to be measured by converting the minute mechanical deformation of the object to be measured, which is generated by externally applied forces (bending, tension, compression), into an electrical signal. It is a sensor that Recently, flexible stretchable strain sensors that can operate under large deformation with high sensitivity have attracted much attention due to their various applications such as tactile sensing, soft robots, human motion sensing, personal health monitoring, artificial skin, and human-machine interface. Recently, the need for a multi-axial strain sensor capable of accurately detecting multi-directional strain generated by complex and diverse body movements in real time has emerged, and a lot of research and development is being conducted to overcome the limitations of uniaxial strain sensors.

본원 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 높은 센싱 민감도를 갖고, 제조가 용이하며, 스트레인 방향 및 크기를 검출할 수 있는 다축 방향의 스트레인 센서를 제공하는데 있다.A technical problem to be solved by the present invention is to provide a multiaxial strain sensor that has high sensing sensitivity, is easy to manufacture, and can detect the direction and magnitude of strain.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 유연 신축성 기판; 상기 유연 신축성 기판 상의 리지드 패턴들로서, 상기 리지드 패턴들은 제1 패턴 및 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 이격된 제2 패턴을 포함하는 것; 상기 제1 패턴 상의 제1 전극; 상기 제2 패턴 상에 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 연결하는 압저항 층을 포함하고, 상기 리지드 패턴들은 상기 유연 신축성 기판에 비해 큰 강성(stiffness)을 가질 수 있다.A strain sensor according to embodiments of the present invention for solving the above problems includes a flexible and stretchable substrate; rigid patterns on the flexible stretchable substrate, wherein the rigid patterns include a first pattern and a second pattern spaced apart from the first pattern in a first direction; a first electrode on the first pattern; a second electrode spaced apart from the first electrode on the second pattern; and a piezoresistive layer connecting the first electrode and the second electrode, and the rigid patterns may have greater stiffness than the flexible stretchable substrate.

실시예들에 따르면, 상기 리지드 패턴들은 상기 압저항 층에 비해 큰 강성을 가질 수 있다.According to example embodiments, the rigid patterns may have greater rigidity than the piezoresistive layer.

실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴의 두께에 비해 클 수 있다.According to embodiments, a distance between the first pattern and the second pattern may be greater than a thickness of the first pattern.

실시예들에 따르면, 상기 리지드 패턴들은 서로 마주하는 측면들을 갖고, 상기 압저항 층은 상기 측면들과 수직적으로 중첩될 수 있다.According to example embodiments, the rigid patterns may have side surfaces facing each other, and the piezoresistive layer may vertically overlap the side surfaces.

실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 마주하는 제1 측면을 갖고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 측면과 마주하며 상기 제1 측면과 평행한 제2 측면을 가질 수 있다.According to embodiments, the first pattern may have a first side surface facing the second pattern, and the second pattern may have a second side surface facing the first side surface and parallel to the first side surface. .

실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 마주하는 제1 측면을 갖고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 측면과 마주하는 제2 측면을 갖고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이의 거리는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 일정할 수 있다.According to embodiments, the first pattern has a first side facing the second pattern, the second pattern has a second side facing the first side, and the first side and the second side face. The distance between the side surfaces may be constant along a second direction perpendicular to the first direction.

실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고, 상기 압저항 층은 상기 제2 방향으로 제2 폭을 갖고, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭에 비해 클 수 있다.In example embodiments, the first pattern has a first width in a second direction perpendicular to the first direction, the piezoresistive layer has a second width in the second direction, and the first width has the first width in the second direction. It may be greater than the second width.

실시예들에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 압저항 층을 덮는 상부 캐핑층을 포함할 수 있다.In example embodiments, an upper capping layer covering the first electrode, the second electrode, and the piezoresistive layer may be included.

실시예들에 따르면, 상기 리지드 패턴들은 상기 상부 캐핑층에 비해 큰 강성을 가질 수 있다.According to example embodiments, the rigid patterns may have greater rigidity than the upper capping layer.

실시예들에 따르면, 상기 유연신축성 기판 상에 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 패드 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 패드를 더 포함할 수 있다.According to embodiments, a first pad electrically connected to the first electrode and a second pad electrically connected to the second electrode may be further included on the flexible stretchable substrate.

실시예들에 따르면, 상기 제1 전극과 연결된 배선을 더 포함하되, 상기 배선은 사형 패턴(Serpentine-Pattern)의 형상을 가질 수 있다.According to embodiments, a wiring connected to the first electrode may be further included, and the wiring may have a serpentine-pattern shape.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 유연신축성 기판; 상기 유연신축성 기판 상에 제1 방향으로 서로 이격된 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함하는 제1 리지드 패턴들; 상기 유연신축성 기판 상에 제2 방향으로 서로 이격된 제3 패턴 및 제4 패턴을 포함하는 제2 리지드 패턴들; 상기 제1 패턴 상의 제1 전극; 상기 제2 패턴 상에 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 상기 제3 패턴 상의 제3 전극; 상기 제4 패턴 상에 상기 제3 전극과 이격된 제4 전극; 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 연결하는 제1 압저항 층; 및 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 연결하는 제2 압저항 층을 포함하되, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상기 유연신축성 기판의 상면과 평행하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 교차할 수 있다.Strain sensors according to embodiments of the present invention for solving the above problems include a flexible and stretchable substrate; first rigid patterns including a first pattern and a second pattern spaced apart from each other in a first direction on the flexible and stretchable substrate; second rigid patterns including a third pattern and a fourth pattern spaced apart from each other in a second direction on the flexible and stretchable substrate; a first electrode on the first pattern; a second electrode spaced apart from the first electrode on the second pattern; a third electrode on the third pattern; a fourth electrode spaced apart from the third electrode on the fourth pattern; a first piezoresistive layer connecting the first electrode and the second electrode; and a second piezoresistive layer connecting the third electrode and the fourth electrode, wherein the first direction and the second direction are parallel to the upper surface of the flexible and stretchable substrate, and the first direction and the second direction are parallel to the upper surface of the flexible and stretchable substrate. Directions may cross each other.

실시예들에 따르면, 상기 리지드 패턴들은 상기 유연신축성 기판에 비해 큰 강성(stiffness)을 가질 수 있다.According to embodiments, the rigid patterns may have greater stiffness than the flexible and stretchable substrate.

실시예들에 따르면, 상기 제1 전극을 제1 패드와 연결하는 제1 배선; 상기 제2 전극을 제2 패드와 연결하는 제2 배선; 및 상기 제3 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 제3 배선을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, a first wire connecting the first electrode to a first pad; a second wire connecting the second electrode to a second pad; and a third wire connecting the third electrode and the second electrode.

실시예들에 따르면, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴의 두께에 비해 클 수 있다.According to embodiments, a distance between the first pattern and the second pattern may be greater than a thickness of the first pattern.

실시예들에 따르면, 상기 리지드 패턴들은 상기 압저항 층에 비해 큰 강성을 가질 수 있다.According to example embodiments, the rigid patterns may have greater rigidity than the piezoresistive layer.

실시예들에 따르면, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 상기 제4 전극, 상기 제1 압저항 층 및 상기 제2 압저항 층을 덮는 상부 캐핑층을 포함할 수 있다.In example embodiments, an upper capping layer covering the first electrode, the second electrode, the third electrode, the fourth electrode, the first piezoresistive layer, and the second piezoresistive layer may be included.

본 발명의 실시예들에 따르면, 외력이 인가되는 방향에 따른 센싱 민감도의 차이를 이용하여 스트레인 방향을 검출할 수 있는 스트레인 센서가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 다축방향의 스트레인의 검출이 가능하고, 높은 센싱 정확도를 가지며, 제조가 용이하고, 신뢰성이 향상된 스트레인 센서가 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, a strain sensor capable of detecting a strain direction using a difference in sensing sensitivity according to a direction in which an external force is applied may be provided. In addition, according to embodiments of the present invention, a strain sensor capable of detecting multiaxial strain, having high sensing accuracy, being easy to manufacture, and having improved reliability can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A~A'선에 따른 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도들이다.
도 5는 본 발명의 실험예 1에 따른 그래프로서, 유연신축성 기판에 인가된 스트레인에 따른 제1 내지 제3 압저항 층들의 저항 변화율들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실험예 2에 따른 그래프로서, 유연신축성 기판에 인가된 스트레인에 따른 제1 내지 제4 압저항 층들의 저항 변화율들을 나타낸다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도들이다.1 is a plan view illustrating a strain sensor according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along lines A to A′ of FIG. 1 .
3 and 4 are plan views illustrating strain sensors according to example embodiments.
5 is a graph according to Experimental Example 1 of the present invention, showing resistance change rates of first to third piezoresistive layers according to strain applied to a flexible stretchable substrate.
6 is a plan view illustrating a strain sensor according to example embodiments.
7 is a graph according to Experimental Example 2 of the present invention, showing resistance change rates of first to fourth piezoresistive layers according to strain applied to a flexible stretchable substrate.
8 to 11 are plan views illustrating strain sensors according to example embodiments.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various changes may be made. However, it is provided to complete the disclosure of the present invention through the description of the present embodiments, and to completely inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs. Those of ordinary skill in the art will understand that the inventive concepts may be practiced in any suitable environment.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' means that a stated component, step, operation, and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations, and/or elements. or do not rule out additions.

본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다. In this specification, when a film (or layer) is referred to as being on another film (or layer) or substrate, it may be directly formed on the other film (or layer) or substrate, or a third film ( or layer) may be interposed.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. In various embodiments of this specification, terms such as first and second are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions and films should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one region or film (or layer) from another region or film (or layer). Therefore, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. Parts designated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 A~A'선에 따른 단면도이다. 1 is a plan view illustrating a strain sensor according to embodiments of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along lines A to A′ of FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 유연신축성 기판(100, flexible substrate), 전극 패턴들(EP), 리지드 패턴들(rigid patterns, RP), 압저항 층(piezoresistive layer, PZL), 패드들(111, 112) 및 유연 캐핑층(150, flexible capping layer)을 포함할 수 있다. 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)은 외력에 의해 변형될 수 있다. 예컨대, 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)은 특정 방향으로 늘어나거나(stretche) 또는 휘어질(bend) 수 있다. 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)이 변형됨 따라 압저항 층(PZL)에 외력이 인가될 수 있다. 압저항 층(PZL)은 외력을 전달받아 저항이 변화될 수 있다. Referring to FIG. 1, a strain sensor according to embodiments of the present invention includes a flexible substrate 100, electrode patterns EP, rigid patterns RP, and a piezoresistive layer. , PZL), pads 111 and 112, and a flexible capping layer 150 (flexible capping layer). The flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 may be deformed by an external force. For example, the flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 may be stretched or bent in a specific direction. As the flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 are deformed, an external force may be applied to the piezoresistive layer PZL. Resistance of the piezoresistive layer PZL may be changed by receiving an external force.

전극 패턴들(EP)은 외부 소자로부터 테스트 신호가 인가받아 압저항 층(PZL)에 제공할 수 있다. 테스트 신호는, 예컨대, 전압 또는 전류일 수 있다. 압저항 층(PZL)은 테스트 신호를 전달받아 검출 신호를 출력할 수 있다. 검출 신호는 테스트 신호와 압저항 층(PZL)의 저항에 대응하는 전류 또는 전압일 수 있다. 압저항 층(PZL)은 외력의 크기에 비례하여 저항이 증가할 수 있다. 압저항 층(PZL)은 저항의 증가에 따라 테스트 신호에 비해 작은 전류 또는 전압을 검출 신호로서 출력할 수 있다.The electrode patterns EP may be applied to the piezoresistive layer PZL by receiving a test signal from an external device. The test signal may be, for example, voltage or current. The piezoresistive layer PZL may receive a test signal and output a detection signal. The detection signal may be a current or voltage corresponding to the test signal and the resistance of the piezoresistive layer PZL. Resistance of the piezoresistive layer PZL may increase in proportion to an external force. The piezoresistive layer PZL may output a current or voltage smaller than the test signal as a detection signal according to an increase in resistance.

리지드 패턴들(RP)이 전극 패턴들(EP)의 아래에 배치될 수 있다. 리지드 패턴들(RP)은 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)에 비해 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있다. 달리 말해서, 리지드 패턴들(RP), 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)에 동일한 외력이 인가되는 경우, 리지드 패턴들(RP)은 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)에 비해 변형량(deformation)이 작을 수 있다. 예컨대, 리지드 패턴들(RP)은 연성(ductility) 및 신축성을 갖지 않을 수 있으며, 외력이 인가되더라도 휘어지거나 또는 늘어나지 않을 수 있다. Rigid patterns RP may be disposed under the electrode patterns EP. The rigid patterns RP may have higher stiffness than the flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 . In other words, when the same external force is applied to the rigid patterns RP, the flexible and stretchable substrate 100, and the flexible capping layer 150, the rigid patterns RP affect the flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150. ), the deformation may be smaller than that of For example, the rigid patterns RP may not have ductility and elasticity, and may not be bent or stretched even when an external force is applied.

리지드 패턴들(RP)은, 유연신축성 기판(100)에 외력이 인가될 때, 압저항 층(300)이 변형되는 방향을 제한할 수 있다. 구체적으로, 리지드 패턴들(RP)은 압저항 층(300)이 특정 방향으로 늘어나거나 휘어지어지는 것을 허용할 수 있다. 그리고, 리지드 패턴들(RP)은 압저항 층(PZL)이 특정 방향을 제외한 다른 방향으로 늘어나거나 휘어지어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 스트레인 센서는 특정 방향의 스트레인을 선택적으로 검출할 수 있다.The rigid patterns RP may limit the direction in which the piezoresistive layer 300 is deformed when an external force is applied to the flexible and stretchable substrate 100 . Specifically, the rigid patterns RP may allow the piezoresistive layer 300 to be stretched or bent in a specific direction. Also, the rigid patterns RP may suppress the piezoresistive layer PZL from being stretched or bent in directions other than a specific direction. Thus, the strain sensor can selectively detect strain in a specific direction.

상세하게, 도 1 및 도 2를 참조하면, 유연신축성 기판(100)이 제공될 수 있다. 유연신축성 기판(100)은 리지드 패턴들(RP)에 비해 낮은 강성을 가질 수 있다. 예컨대, 유연신축성 기판(100)은 리지드 패턴들(RP)을 구성하는 물질들에 비해 작은 영률(Young's modulus)을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 유연신축성 기판(100)은 탄성 중합체(Elastomer)를 포함할 수 있다. 예컨대, 유연신축성 기판(100)은 PDMS 및 Ecoflex 중 하나를 포함할 수 있다. In detail, referring to FIGS. 1 and 2 , a flexible and stretchable substrate 100 may be provided. The flexible and stretchable substrate 100 may have lower stiffness than the rigid patterns RP. For example, the flexible and stretchable substrate 100 may include a material having a smaller Young's modulus than materials constituting the rigid patterns RP. For example, the flexible and stretchable substrate 100 may include an elastomer. For example, the flexible and stretchable substrate 100 may include one of PDMS and Ecoflex.

유연신축성 기판(100)은 신축성 및/또는 탄성(elasticity)을 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)은 외력에 의해 휘어지거나(bend), 또는 수평 방향으로 신장(stretche)될 수 있다. 실시예들에 따르면, 유연신축성 기판(100)은 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 신장될 수 있다. 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)은 유연신축성 기판(100)의 상면 및/또는 하면과 평행할 수 있다. 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)은 서로 수직할 수 있다. 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 교차할 수 있다. 예컨대, 제3 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 사이를 각 이등분하는 방향일 수 있다. 즉, 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 서로 90°의 각도를 이룰 수 있고, 제3 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)의 각각과 45°의 각도를 이룰 수 있다.The flexible and stretchable substrate 100 may have elasticity and/or elasticity. The flexible and stretchable substrate 100 may be bent or stretched in a horizontal direction by an external force. According to embodiments, the flexible and stretchable substrate 100 may be stretched in a first direction (D1), a second direction (D2) and a third direction (D3). The first direction D1 , the second direction D2 , and the third direction D3 may be parallel to the upper and/or lower surfaces of the flexible and stretchable substrate 100 . The first direction D1 and the second direction D2 may be perpendicular to each other. The third direction D3 may cross the first direction D1 and the second direction D2. For example, the third direction may be a direction that bisects the first and second directions D1 and D2. That is, the first direction D1 and the second direction D2 may form an angle of 90° to each other, and the third direction may form an angle of 45° with each of the first and second directions D1 and D2. can achieve

유연신축성 기판(100)은 평탄한 하면 및 일정한 두께를 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)은 일정한 두께를 가짐으로써, 외력에 의한 인장 변형률(Tensile Strain)이 방향에 관계없이 일정할 수 있다. 즉, 유연신축성 기판(100)의 인장 변형률은 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 모두 동일할 수 있다.The flexible and stretchable substrate 100 may have a flat lower surface and a constant thickness. Since the flexible and stretchable substrate 100 has a constant thickness, tensile strain due to an external force may be constant regardless of direction. That is, the tensile strain of the flexible and stretchable substrate 100 may be the same in all of the first direction (D1), the second direction (D2) and the third direction (D3).

리지드 패턴들(RP)이 유연신축성 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 리지드 패턴들(RP)은 전극 패턴들(EP)의 하면과 유연신축성 기판(100)의 사이에 배치될 수 있다. 리지드 패턴들(RP)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격된 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 유연신축성 기판(100)의 상부에 매립될 수 있다. 예컨대, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212) 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 유연신축성 기판(100)의 상부에 형성된 트렌치 내에 제공될 수 있다. 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 압저항 층(PZL), 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있다. 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 압저항 층(PZL), 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150)을 구성하는 물질들에 비해 높은 영률(Young's modulus)을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은, 예컨대, 유리, 세라믹, 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP) 등을 포함할 수 있다.Rigid patterns RP may be disposed on the flexible and stretchable substrate 100 . The rigid patterns RP may be disposed between the lower surface of the electrode patterns EP and the flexible and stretchable substrate 100 . The rigid patterns RP may include a first pattern 211 and a second pattern 212 spaced apart from each other in the first direction D1 . According to embodiments, the first pattern 211 and the second pattern 212 may be buried in the upper portion of the flexible and stretchable substrate 100 . For example, the first pattern 211 and the second pattern 212 , the first pattern 211 and the second pattern 212 may be provided in a trench formed on the flexible stretchable substrate 100 . The first pattern 211 and the second pattern 212 may include an insulating material. In addition, the first pattern 211 and the second pattern 212 may have higher stiffness than the piezoresistive layer PZL, the flexible stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 . The first pattern 211 and the second pattern 212 are materials having a higher Young's modulus than materials constituting the piezoresistive layer (PZL), the flexible and stretchable substrate 100, and the flexible capping layer 150. can include The first pattern 211 and the second pattern 212 may include, for example, glass, ceramic, fiber reinforced plastics (FRP), and the like.

제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 서로 마주하는 측면들을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 패턴(211)은 제2 패턴(212)과 마주하는 제1 측면(211s)을 가질 수 있다. 제2 패턴(212)은 제1 패턴(211)과 마주하는 제2 측면(212s)을 가질 수 있다. 제1 측면(211s) 및 제2 측면(212s)은 서로 평행할 수 있으며, 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 제1 측면(211s)과 제2 측면(212s) 사이의 간격(d)은 제2 방향(D2)을 따라 일정할 수 있다. 이에 따라, 압저항 층(PZL)이 신장되거나 휘어지는 방향이 특정 방향(예컨대, 제1 방향(D1))으로 더욱 정밀하게 제한될 수 있다. 또한, 제1 측면(211s)과 제2 측면(212s) 사이의 간격(d)은 리지드 패턴들(RP)의 두께(t)에 비해 클 수 있다. 이에 따라, 유연신축성 기판(100)이 휘어지는 동안 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 모서리들이 서로 간섭하는 것이 방지될 수 있다. 이로써, 압저항 층(PZL)이 외력에 대하여 비선형적으로 변형되는 것이 방지될 수 있고, 스트레인 센서의 신뢰성이 향상될 수 있다.The first pattern 211 and the second pattern 212 may have side surfaces facing each other. Specifically, the first pattern 211 may have a first side surface 211s facing the second pattern 212 . The second pattern 212 may have a second side surface 212s facing the first pattern 211 . The first side surface 211s and the second side surface 212s may be parallel to each other and may be spaced apart from each other in the first direction D1. A distance d between the first side surface 211s and the second side surface 212s may be constant along the second direction D2. Accordingly, the direction in which the piezoresistive layer PZL is stretched or bent may be more precisely limited to a specific direction (eg, the first direction D1). Also, the distance d between the first side surface 211s and the second side surface 212s may be greater than the thickness t of the rigid patterns RP. Accordingly, while the flexible and stretchable substrate 100 is bent, the edges of the first pattern 211 and the second pattern 212 may be prevented from interfering with each other. Accordingly, non-linear deformation of the piezoresistive layer PZL with respect to an external force can be prevented, and reliability of the strain sensor can be improved.

실시예들에 따르면, 제1 패턴(211)과 제2 패턴(212) 사이의 간격(d)은 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 제1 방향(D1)의 폭들에 비해 작을 수 있다. According to embodiments, the distance d between the first pattern 211 and the second pattern 212 is greater than the widths of the first pattern 211 and the second pattern 212 in the first direction D1. can be small

실시예들에 따르면, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 다른 측면들은 라운드진 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 각각은, 평면적 관점에서, 반원의 형상을 가질 수 있다. 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)은 제1 방향(D1)으로 서로 대칭적인 형상을 가질 수 있다. According to embodiments, other side surfaces of the first pattern 211 and the second pattern 212 may have a rounded shape. For example, each of the first pattern 211 and the second pattern 212 may have a semicircular shape when viewed from a plan view. The first pattern 211 and the second pattern 212 may have shapes symmetrical to each other in the first direction D1.

실시예들에 따르면, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 각각은 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 서로 비대칭적인 형상을 가질 수도 있다. 예컨대, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)의 각각은 직사각형의 형상을 가질 수 있다.According to embodiments, each of the first pattern 211 and the second pattern 212 may have a polygonal shape or may have asymmetrical shapes. For example, each of the first pattern 211 and the second pattern 212 may have a rectangular shape.

전극 패턴들(EP)이 유연신축성 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 전극 패턴들(EP)은 리지드 패턴들(RP)의 상면들 상에 배치되어 유연신축성 기판(100)의 상면과 인접하게 위치할 수 있다. 전극 패턴들(EP)의 하면들은 리지드 패턴들(RP)을 사이에 두고 유연신축성 기판(100)과 적어도 부분적으로 이격될 수 있다. 예컨대, 전극 패턴들(EP)은 리지드 패턴들(RP)과 완전히 오버랩될 수 있고, 전극 패턴들(EP)의 하면들은 리지드 패턴들(RP)에 의해 완전히 덮일 수 있다. 전극 패턴들(EP)은 리지드 패턴들(RP)에 의해 보호되어, 유연신축성 기판(100) 및 유연 캐핑층(150) 외력에 의해 변형되더라도 변형되지 않을 수 있다. Electrode patterns EP may be disposed on the flexible and stretchable substrate 100 . The electrode patterns EP may be disposed on upper surfaces of the rigid patterns RP and may be positioned adjacent to the upper surface of the flexible and stretchable substrate 100 . Bottom surfaces of the electrode patterns EP may be at least partially spaced apart from the flexible and stretchable substrate 100 with the rigid patterns RP interposed therebetween. For example, the electrode patterns EP may completely overlap the rigid patterns RP, and bottom surfaces of the electrode patterns EP may be completely covered by the rigid patterns RP. The electrode patterns EP are protected by the rigid patterns RP, so that they may not be deformed even if they are deformed by an external force from the flexible and stretchable substrate 100 and the flexible capping layer 150 .

전극 패턴들(EP)은 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)을 포함할 수 있다. 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 압저항 층(PZL)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)은 금속을 포함할 수 있다. 전극 패턴들(EP)은, 예컨대, 금, 은, 백금, 구리, 크롬, 알루미늄 및 니켈 중 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)의 각각은 반원의 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)은 제1 방향(D1)으로 서로 대칭적인 형상을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)의 각각은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 서로 비대칭적인 형상을 가질 수도 있다.The electrode patterns EP may include a first electrode 311 and a second electrode 312 . The first electrode 311 and the second electrode 312 may be spaced apart from each other in the first direction D1. The first electrode 311 and the second electrode 312 may include a conductive material and may be electrically connected by a piezoresistive layer PZL. For example, the first electrode 311 and the second electrode 312 may include metal. The electrode patterns EP may include, for example, one of gold, silver, platinum, copper, chromium, aluminum, and nickel. According to embodiments, each of the first electrode 311 and the second electrode 312 may have a semicircular shape. The first electrode 311 and the second electrode 312 may have shapes symmetrical to each other in the first direction D1. According to embodiments, each of the first electrode 311 and the second electrode 312 may have a circular or polygonal shape, or may have asymmetrical shapes.

제1 전극(311) 및 제2 전극(312)은 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212) 상에 각각 배치될 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 전극(311)은 제1 패턴(211)과 동일/유사한 형상을 가질 수 있고, 제2 전극(312)은 제2 패턴(212)과 동일/유사한 형상을 가질 수 있다.The first electrode 311 and the second electrode 312 may be respectively disposed on the first pattern 211 and the second pattern 212 . According to embodiments, the first electrode 311 may have the same/similar shape as the first pattern 211, and the second electrode 312 may have the same/similar shape as the second pattern 212. there is.

실시예들에 따르면, 제1 전극(202)의 측면들은 제1 패턴(211)의 측면들과 정렬될 수 있고, 제2 전극(204)의 측면들은 제2 패턴(212)의 측면들과 정렬될 수 있다. 따라서, 제1 전극(202)과 제2 전극(204) 사이의 간격은 제1 패턴(211)과 제2 패턴(212) 사이의 간격(d)과 동일할 수 있다.According to embodiments, side surfaces of the first electrode 202 may be aligned with side surfaces of the first pattern 211 , and side surfaces of the second electrode 204 may be aligned with side surfaces of the second pattern 212 . It can be. Accordingly, the distance between the first electrode 202 and the second electrode 204 may be the same as the distance d between the first pattern 211 and the second pattern 212 .

압저항 층(PZL)이 전극 패턴들(EP) 상에 배치될 수 있다. 압저항 층(PZL)은 제1 전극(202)의 상면의 적어도 일부 및 제2 전극(204)의 상면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 압저항 층(PZL)은 리지드 패턴들(RP)의 서로 마주하는 측면들(즉, 제1 측면(211s) 및 제2 측면(212s))과 수직적으로 중첩될 수 있다. 압저항 층(PZL)은 제1 전극(311)과 제2 전극(312)을 전기적으로 연결할 수 있다. 압저항 층(PZL)은 리지드 패턴들(RP)에 비해 낮은 강성을 가질 수 있다. 압저항 층(PZL)은 유연성 및 전도성을 가질 수 있다. 압저항 층(PZL)은 유연신축성 기판(100)의 변형에 따라 늘어나거나 또는 휘어질 수 있다. 압저항 층(PZL)은 리지드 패턴들(RP)에 의해 특정 방향의 늘어남 또는 휘어짐이 제한될 수 있다. 압저항 층(PZL)은, 예컨대, 탄소 나노 튜브 (CNT) 및 금속 나노 와이어를 포함하는 2 차원 전도성 네트워크 물질, 금속 나노 입자로 만들어진 박막, 그래핀 필름, CNT를 포함하는 전도성 시트, 및 CNT, 카본 블랙 NP, 그리고 그래핀 flakes와 같은 전도성 나노 충전재(nanofillers)를 사용한 폴리머 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 압저항 층(PZL)은 carbon 나노입자를 나노 필터로 사용한 폴리머 복합체 소재를 포함할 수 있다. A piezoresistive layer PZL may be disposed on the electrode patterns EP. The piezoresistive layer PZL may cover at least a portion of the top surface of the first electrode 202 and at least a portion of the top surface of the second electrode 204 . The piezoresistive layer PZL may vertically overlap side surfaces (ie, the first side surface 211s and the second side surface 212s) of the rigid patterns RP facing each other. The piezoresistive layer PZL may electrically connect the first electrode 311 and the second electrode 312 . The piezoresistive layer PZL may have lower stiffness than the rigid patterns RP. The piezoresistive layer PZL may have flexibility and conductivity. The piezoresistive layer PZL may be stretched or bent according to deformation of the flexible and stretchable substrate 100 . Stretching or bending of the piezoresistive layer PZL in a specific direction may be restricted by the rigid patterns RP. The piezoresistive layer (PZL) may include, for example, a two-dimensional conductive network material including carbon nanotubes (CNTs) and metal nanowires, a thin film made of metal nanoparticles, a graphene film, a conductive sheet including CNTs, and CNTs, It may include at least one of carbon black NPs and polymer composites using conductive nanofillers such as graphene flakes. For example, the piezoresistive layer (PZL) may include a polymer composite material using carbon nanoparticles as nanofilters.

실시예들에 따르면, 압저항 층(PZL)은 유연신축성 기판(100)이 신장되는 방향에 따라 다른 저항이 변화율을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)이 제1 방향(D1)으로 서로 이격된 실시예에서, 압저항 층(PZL)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 외력이 제1 방향(D1)으로 인가될 때 가장 클 수 있다. 구체적으로, 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 압저항 층(PZL)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제1 방향(D1)으로 외력이 인가될 때 제1 변화율을 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 압저항 층(PZL)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제2 방향(D2)으로 외력이 인가될 때 제2 변화율을 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 압저항 층(PZL)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제3 방향(D3)으로 외력이 인가될 때 제3 변화율을 가질 수 있다. 이때, 제1 변화율은 제2 변화율 및 제3 변화율에 비해 클 수 있다. 또한, 제3 변화율은 제2 변화율에 비해 클 수 있다. 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력의 방향에 따른 압저항 층(PZL)의 저항 변화율은 이후 도 4 내지 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명된다.According to embodiments, the piezoresistive layer PZL may have different resistance change rates according to the direction in which the flexible and stretchable substrate 100 is stretched. For example, in an embodiment in which the first pattern 211 and the second pattern 212 are spaced apart from each other in the first direction D1, the resistance change rate of the piezoresistive layer PZL is determined by the external force applied to the flexible stretchable substrate 100. It can be the largest when applied in one direction (D1). Specifically, the rate of change in the resistance of the piezoresistive layer PZL with respect to the external force applied to the flexible and stretchable substrate 100 may have a first rate of change when an external force is applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the first direction D1. there is. The rate of change in the resistance of the piezoresistive layer PZL with respect to the external force applied to the flexible and stretchable substrate 100 may have a second rate of change when the external force is applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the second direction D2. The resistance change rate of the piezoresistive layer PZL with respect to the external force applied to the flexible stretchable substrate 100 may have a third change rate when the external force is applied to the flexible stretchable substrate 100 in the third direction D3. In this case, the first change rate may be greater than the second change rate and the third change rate. Also, the third rate of change may be greater than the second rate of change. The resistance change rate of the piezoresistive layer (PZL) according to the direction of the external force applied to the flexible and stretchable substrate 100 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 to 7 hereinafter.

패드들(111, 112)이 유연신축성 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 패드들(111, 112)은 스트레인 센서를 외부 소자와 연결할 수 있다. 패드들(111, 112)은 제1 패드(111) 및 제2 패드(112)를 포함할 수 있다. 제1 패드(111)는 제1 전극(311)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 패드(112)는 제2 전극(312)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 패드(111) 및 제2 패드(112)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제1 패드(111) 및 제2 패드(112)는, 예컨대, 금, 은, 백금, 구리, 크롬, 알루미늄 및 니켈 중 하나를 포함할 수 있다. Pads 111 and 112 may be disposed on the flexible and stretchable substrate 100 . The pads 111 and 112 may connect the strain sensor to an external device. The pads 111 and 112 may include a first pad 111 and a second pad 112 . The first pad 111 may be electrically connected to the first electrode 311 , and the second pad 112 may be electrically connected to the second electrode 312 . The first pad 111 and the second pad 112 may include a conductive material. The first pad 111 and the second pad 112 may include, for example, one of gold, silver, platinum, copper, chromium, aluminum, and nickel.

배선들(121, 122)이 패드들(111, 112)과 전극 패턴들(EP)을 연결할 수 있다. 배선들(121, 122)은 유연성(신축성) 배선들(flexible wires)일 수 있다. 배선들(121, 122)은 신축성 및/또는 탄성(elasticity)을 가질 수 있다. 따라서, 배선들(121, 122)이 휘어지거나 또는 신장되더라도 패드들(111, 112)과 전극 패턴들(EP) 사이의 전기적 연결이 끊어지지 않을 수 있다. 실시예들에 따르면, 배선들(121, 122)은 사형 패턴(Serpentine-Pattern)의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 배선들(121, 122)은 S자 형상으로 반복적으로 휘어진 구조를 가질 수 있다. 배선들(121, 122) 각각의 길이는 패드들(111, 112)과 전극 패턴들(EP) 사이의 거리에 비해 길 수 있다. 배선들(121, 122)은, 예컨대, 금, 은, 백금, 구리, 크롬, 알루미늄 및 니켈 중 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 배선들(121, 122)은 유연성 도전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 배선들(121, 122)은 은(Ag) 페이스트(paste)를 포함하는 유연성 배선일 수 있다.The wires 121 and 122 may connect the pads 111 and 112 and the electrode patterns EP. The wires 121 and 122 may be flexible (flexible) wires. The wires 121 and 122 may have elasticity and/or elasticity. Therefore, even if the wires 121 and 122 are bent or extended, the electrical connection between the pads 111 and 112 and the electrode patterns EP may not be disconnected. According to embodiments, the wires 121 and 122 may have a serpentine-pattern shape. For example, the wires 121 and 122 may have a structure repeatedly bent in an S shape. The length of each of the wires 121 and 122 may be longer than the distance between the pads 111 and 112 and the electrode patterns EP. The wires 121 and 122 may include, for example, one of gold, silver, platinum, copper, chromium, aluminum, and nickel. According to example embodiments, the wires 121 and 122 may include a flexible conductive material. For example, the wires 121 and 122 may be flexible wires containing silver (Ag) paste.

유연 캐핑층(150)이 유연신축성 기판(100)의 상면 상에 제공될 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 압저항 층(PZL) 및 전극 패턴들(EP)을 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 리지드 패턴들(RP)에 비해 낮은 강성을 가질 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 유연신축성 기판(100)과 함께 변형될 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 압저항 층(PZL), 리지드 패턴들(RP), 전극 패턴들(EP) 및 배선들(121, 122)을 보호할 수 있다. 예컨대, 유연 캐핑층(150)은 절연 물질을 포함할 수 있고, 압저항 층(PZL), 전극 패턴들(EP) 및 배선들(121, 122)이 오염되거나 또는 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 유연신축성 기판(100)이 변형되는 동안, 압저항 층(PZL), 리지드 패턴들(RP), 전극 패턴들(EP) 및 배선들(121, 122)이 유연신축성 기판(100)으로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.A flexible capping layer 150 may be provided on the upper surface of the flexible and stretchable substrate 100 . The flexible capping layer 150 may cover the piezoresistive layer PZL and the electrode patterns EP. The flexible capping layer 150 may have lower stiffness than the rigid patterns RP. The flexible capping layer 150 may be deformed together with the flexible and stretchable substrate 100 . The flexible capping layer 150 may protect the piezoresistive layer PZL, the rigid patterns RP, the electrode patterns EP, and the wires 121 and 122 . For example, the flexible capping layer 150 may include an insulating material, and may prevent the piezoresistive layer PZL, the electrode patterns EP, and the wires 121 and 122 from being contaminated or electrically shorted. there is. In the flexible capping layer 150, while the flexible and stretchable substrate 100 is deformed, the piezoresistive layer PZL, the rigid patterns RP, the electrode patterns EP, and the wires 121 and 122 form the flexible and stretchable substrate. It can be prevented from falling off from (100).

구체적으로, 유연 캐핑층(150)은 유연신축성 기판(100)의 상면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)의 측면들을 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 제1 전극(311) 및 제2 전극(312)의 상면들의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 압저항 층(PZL)의 측면들 및 상면을 덮을 수 있다. 또한, 유연 캐핑층(150)은 배선들(121, 122)을 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은, 예컨대, PDMS, Ecoflex 중 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 유연 캐핑층(150)은 유연신축성 기판(100)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.Specifically, the flexible capping layer 150 may cover at least a portion of the top surface of the flexible and stretchable substrate 100 . The flexible capping layer 150 may cover side surfaces of the first electrode 311 and the second electrode 312 . The flexible capping layer 150 may cover at least a portion of upper surfaces of the first electrode 311 and the second electrode 312 . The flexible capping layer 150 may cover side surfaces and an upper surface of the piezoresistive layer PZL. In addition, the flexible capping layer 150 may cover the wires 121 and 122 . The flexible capping layer 150 may include, for example, one of PDMS and Ecoflex. According to embodiments, the flexible capping layer 150 may include the same material as the flexible and stretchable substrate 100 .

유연 캐핑층(150)은 패드들(111, 112)을 노출하는 오프닝들(OP)을 가질 수 있다. 패드들(111, 112)은, 유연신축성 기판(100)의 상면 상에서, 오프닝들(OP) 내에 제공될 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 패드들(111, 112)의 측면들을 덮을 수 있다. 유연 캐핑층(150)은 패드들(111, 112)의 상면의 적어도 일부를 덮지 않을 수 있다. 실시예들에 따르면, 패드들(111, 112)의 상면은 유연 캐핑층(150)의 상면에 비해 낮은 수직적 레벨에 위치할 수 있다. The flexible capping layer 150 may have openings OP exposing the pads 111 and 112 . The pads 111 and 112 may be provided in the openings OP on the upper surface of the flexible and stretchable substrate 100 . The flexible capping layer 150 may cover side surfaces of the pads 111 and 112 . The flexible capping layer 150 may not cover at least a portion of the upper surfaces of the pads 111 and 112 . According to embodiments, upper surfaces of the pads 111 and 112 may be positioned at a lower vertical level than the upper surface of the flexible capping layer 150 .

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성들과 동일/유사한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 3 is a plan view illustrating a strain sensor according to example embodiments. For concise description, detailed descriptions of components identical/similar to the components described above may be omitted.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 2축 방향의 스트레인 센서일 수 있다. 스트레인 센서는 제1 단위센서(SS1) 및 제2 단위센서(SS2)를 포함할 수 있다. 제1 단위센서(SS1)와 제2 단위센서(SS2)는 유연신축성 기판(100)의 동일한 방향의 변형에 대하여 서로 다른 검출 신호를 출력할 수 있다. 제1 단위센서(SS1)로부터 출력된 검출 신호와 제2 단위센서(SS2)로부터 출력된 검출신호는 함께 연산되어 유연신축성 기판(100)에 인가된 스트레인의 방향을 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a strain sensor according to example embodiments may be a two-axis strain sensor. The strain sensor may include a first unit sensor SS1 and a second unit sensor SS2. The first unit sensor SS1 and the second unit sensor SS2 may output different detection signals for deformation of the flexible and stretchable substrate 100 in the same direction. The detection signal output from the first unit sensor SS1 and the detection signal output from the second unit sensor SS2 are calculated together to more precisely detect the direction of the strain applied to the flexible and stretchable substrate 100 .

제1 단위센서(SS1)와 제2 단위센서(SS2)의 제1 및 제2 리지드 패턴들(RP1, RP2)은 제1 및 제2 압저항 층들(PZL1, PZL2)의 변형 방향을 서로 다른 방향으로 제한할 수 있다. 예컨대, 제1 압저항 층(PZL1)은 유연신축성 기판(100)이 제1 방향(D1)으로 신장될 때 가장 큰 저항 변화율을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 압저항 층(PZL2)은 유연신축성 기판(100)이 제2 방향(D2)으로 신장될 때 가장 큰 저항 변화율을 가질 수 있다.In the first and second rigid patterns RP1 and RP2 of the first and second unit sensors SS1 and SS2, the deformation directions of the first and second piezoresistive layers PZL1 and PZL2 are different from each other. can be limited to For example, the first piezoresistive layer PZL1 may have the largest resistance change rate when the flexible and stretchable substrate 100 is stretched in the first direction D1. For example, the second piezoresistive layer PZL2 may have the largest resistance change rate when the flexible and stretchable substrate 100 is stretched in the second direction D2 .

구체적으로, 제1 단위센서(SS1)는 제1 리지드 패턴들(RP1), 제1 전극 패턴들(EP1) 및 제1 압저항 층(PZL1)을 포함할 수 있다. 제1 리지드 패턴들(RP1), 제1 전극 패턴들(EP1) 및 제1 압저항 층(PZL1)은 도 1을 참조하여 설명된 리지드 패턴들(RP), 전극 패턴들(EP) 및 압저항 층(PZL)과 동일할 수 있다. 예컨대, 제1 리지드 패턴들(RP1)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격된 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)을 포함할 수 있다.Specifically, the first unit sensor SS1 may include first rigid patterns RP1, first electrode patterns EP1, and a first piezoresistive layer PZL1. The first rigid patterns RP1, the first electrode patterns EP1, and the first piezoresistive layer PZL1 are the rigid patterns RP, the electrode patterns EP, and the piezoresistive layer described with reference to FIG. It may be the same as the layer PZL. For example, the first rigid patterns RP1 may include a first pattern 211 and a second pattern 212 spaced apart from each other in the first direction D1 .

제2 단위센서(SS2)는 제2 리지드 패턴들(RP2), 제2 전극 패턴들(EP2) 및 제2 압저항 층(PZL2)을 포함할 수 있다. 제2 리지드 패턴들(RP2)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 제3 패턴(213) 및 제4 패턴(214)을 포함할 수 있다. 즉, 제3 패턴 (213)과 제4 패턴(214)은 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)이 이격된 방향과 다른 방향으로 이격될 수 있다.The second unit sensor SS2 may include second rigid patterns RP2, second electrode patterns EP2, and a second piezoresistive layer PZL2. The second rigid patterns RP2 may include a third pattern 213 and a fourth pattern 214 spaced apart from each other in the second direction D2 . That is, the third pattern 213 and the fourth pattern 214 may be spaced apart in a direction different from the direction in which the first pattern 211 and the second pattern 212 are spaced apart.

제2 전극 패턴들(EP2)은 제3 패턴(213) 상의 제3 전극(313) 및 제4 패턴(214) 상의 제4 전극(314)을 포함할 수 있다. 제3 전극(313)은 제3 배선(123)을 통하여 제3 패드(113)와 연결될 수 있다. 제4 전극(314)은 제4 배선(124)을 통하여 제4 패드(114)와 연결될 수 있다. 제2 압저항 층(PZL2)은 제3 전극(313)과 제4 전극(314) 상에 배치되고, 제3 전극(313)과 제4 전극(314)을 제2 방향(D2)으로 연결할 수 있다. 제3 패턴(213) 및 제4 패턴(214)은 제2 압저항 층(PZL2)의 제2 방향(D2) 이외의 변형을 제한할 수 있다.The second electrode patterns EP2 may include the third electrode 313 on the third pattern 213 and the fourth electrode 314 on the fourth pattern 214 . The third electrode 313 may be connected to the third pad 113 through the third wire 123 . The fourth electrode 314 may be connected to the fourth pad 114 through the fourth wire 124 . The second piezoresistive layer PZL2 may be disposed on the third electrode 313 and the fourth electrode 314 and connect the third electrode 313 and the fourth electrode 314 in the second direction D2. there is. The third pattern 213 and the fourth pattern 214 may limit deformation of the second piezoresistive layer PZL2 in a direction other than the second direction D2 .

유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 제2 압저항 층(PZL2)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제2 방향(D2)으로 외력이 인가될 때 제4 변화율을 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 제2 압저항 층(PZL2)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제1 방향(D1)으로 외력이 인가될 때 제5 변화율을 가질 수 있다. 유연신축성 기판(100)에 인가되는 외력에 대한 제2 압저항 층(PZL2)의 저항 변화율은 유연신축성 기판(100)에 제3 방향(D3)으로 외력이 인가될 때 제6 변화율을 가질 수 있다. 이때, 제4 변화율은 제5 변화율 및 제6 변화율에 비해 클 수 있다. 또한, 제6 변화율은 제5 변화율에 비해 클 수 있다. 실시예들에 따르면, 제1 내지 제6 변화율들의 각각의 크기를 통하여 유연신축성 기판(100)에 인가되는 스트레인의 방향을 검출할 수 있다.The resistance change rate of the second piezoresistive layer PZL2 with respect to the external force applied to the flexible stretchable substrate 100 may have a fourth change rate when the external force is applied to the flexible stretchable substrate 100 in the second direction D2. . The resistance change rate of the second piezoresistive layer PZL2 with respect to the external force applied to the flexible stretchable substrate 100 may have a fifth change rate when the external force is applied to the flexible stretchable substrate 100 in the first direction D1. . The resistance change rate of the second piezoresistive layer PZL2 with respect to the external force applied to the flexible stretchable substrate 100 may have a sixth change rate when the external force is applied to the flexible stretchable substrate 100 in the third direction D3. . In this case, the fourth change rate may be greater than the fifth change rate and the sixth change rate. Also, the sixth change rate may be greater than the fifth change rate. According to embodiments, the direction of the strain applied to the flexible and stretchable substrate 100 may be detected through the magnitude of each of the first to sixth rates of change.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성들과 동일/유사한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 4 is a plan view illustrating a strain sensor according to example embodiments. For concise description, detailed descriptions of components identical/similar to the components described above may be omitted.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 제3 단위 센서(SS3)를 더 포함할 수 있다. 제3 단위 센서(SS3)는 유연신축성 기판(100)의 변형에 대하여 제1 단위센서(SS1) 및 제2 단위센서(SS2)와 다른 검출 신호를 출력할 수 있다. 제3 단위 센서(SS3)로부터 출력된 검출 신호는 제1 단위센서(SS1) 및 제2 단위센서(SS2)로부터 출력된 검출신호들과 함께 연산되어 유연신축성 기판(100)에 인가된 스트레인의 방향을 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the strain sensor according to example embodiments may further include a third unit sensor SS3. The third unit sensor SS3 may output a different detection signal from the first unit sensor SS1 and the second unit sensor SS2 with respect to deformation of the flexible and stretchable substrate 100 . The detection signal output from the third unit sensor SS3 is calculated together with the detection signals output from the first unit sensor SS1 and the second unit sensor SS2, and the direction of the strain applied to the flexible and stretchable substrate 100 can be detected more precisely.

제3 단위 센서(SS3)는 제3 리지드 패턴들(RP3), 제3 전극 패턴들(EP3) 및 제3 압저항 층(PZL3)을 포함할 수 있다. 제3 리지드 패턴들(RP3)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 제5 패턴(215) 및 제6 패턴(216)을 포함할 수 있다. 제3 전극 패턴들(EP3)은 제5 패턴(215) 상의 제5 전극(315) 및 제6 패턴(216) 상의 제6 전극(316)을 포함할 수 있다. 제5 전극(315)은 제5 배선(125)을 통하여 제5 패드(115)와 연결될 수 있다. 제6 전극(316)은 제6 배선(126)을 통하여 제6 패드(116)와 연결될 수 있다. 제3 압저항 층(PZL3)은 제5 전극(315)과 제6 전극(316) 상에 배치되고, 제5 전극(315)과 제6 전극(316)을 제3 방향(D3)으로 연결할 수 있다. 제5 패턴(215) 및 제6 패턴(216)은 제3 압저항 층(PZL3)의 제3 방향(D3) 이외의 변형을 제한할 수 있다.The third unit sensor SS3 may include third rigid patterns RP3, third electrode patterns EP3, and a third piezoresistive layer PZL3. The third rigid patterns RP3 may include a fifth pattern 215 and a sixth pattern 216 spaced apart from each other in the second direction D2 . The third electrode patterns EP3 may include the fifth electrode 315 on the fifth pattern 215 and the sixth electrode 316 on the sixth pattern 216 . The fifth electrode 315 may be connected to the fifth pad 115 through the fifth wire 125 . The sixth electrode 316 may be connected to the sixth pad 116 through the sixth wire 126 . The third piezoresistive layer PZL3 may be disposed on the fifth electrode 315 and the sixth electrode 316 and connect the fifth electrode 315 and the sixth electrode 316 in the third direction D3. there is. The fifth pattern 215 and the sixth pattern 216 may limit deformation of the third piezoresistive layer PZL3 other than in the third direction D3 .

도 5는 본 발명의 실험예 1에 따른 그래프로서, 유연신축성 기판에 인가된 스트레인에 따른 제1 내지 제3 압저항 층들의 저항 변화율들을 나타낸다.5 is a graph according to Experimental Example 1 of the present invention, showing resistance change rates of first to third piezoresistive layers according to strain applied to a flexible stretchable substrate.

<실험예1><Experimental Example 1>

도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 제조하였다. 유연신축성 기판(100)에 외력을 인가하지 않고 제1 내지 제3 센서 구조체(SS1, SS2, SS3)에 테스트 신호를 인가하여 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)의 저항을 측정하였다. 이어서, 유연신축성 기판(100)에 제1 방향(D1)으로 외력을 인가하고, 제1 내지 제3 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3)에 테스트 신호를 인가하여 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)의 저항을 측정하였다. 이어서, 유연신축성 기판(100)에 인가되는 제1 방향(D1)의 외력의 크기를 변화시키면서 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)의 저항을 측정하였다. 제1 방향(D1)의 스트레인에 따른 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)의 저항 변화율을 계산하여 도 5에 나타내었다.Referring to FIG. 4 , a strain sensor according to embodiments of the present invention was manufactured. Resistance of the first to third piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , and PZL3 is increased by applying a test signal to the first to third sensor structures SS1 , SS2 , and SS3 without applying an external force to the flexible and stretchable substrate 100 . measured. Subsequently, an external force is applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the first direction D1, and a test signal is applied to the first to third sensor structures SS1, SS2, and SS3 to form the first to third piezoresistive layers. The resistance of (PZL1, PZL2, PZL3) was measured. Subsequently, resistances of the first to third piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , and PZL3 were measured while varying the magnitude of the external force applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the first direction D1 . Resistance change rates of the first to third piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , and PZL3 according to the strain in the first direction D1 are calculated and shown in FIG. 5 .

도 5를 참조하면, 제1 압저항 층(PZL1)의 저항 변화율이 제2 및 제3 압저항 층(PZL2, PZL3)의 저항 변화율에 비해 높게 측정된 것을 알 수 있다. 또한, 제3 압저항 층(PZL3)의 저항 변화율은 제2 압저항 층(PZL2)의 저항 변화율에 비해 높게 측정된 것을 알 수 있다. 이로써, 각각의 제1 내지 제3 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3)에 의해 측정된 저항 변화율을 참조하여 유연신축성 기판(100)에 인가된 스트레인의 방향을 검출할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be seen that the rate of resistance change of the first piezoresistive layer PZL1 is higher than that of the second and third piezoresistive layers PZL2 and PZL3 . In addition, it can be seen that the resistance change rate of the third piezoresistive layer PZL3 is higher than that of the second piezoresistive layer PZL2. Accordingly, it can be seen that the direction of the strain applied to the flexible and stretchable substrate 100 can be detected by referring to the resistance change rate measured by each of the first to third sensor structures SS1 , SS2 , and SS3 .

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성들과 동일/유사한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.6 is a plan view illustrating a strain sensor according to example embodiments. For concise description, detailed descriptions of components identical/similar to the components described above may be omitted.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서는 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)울 포함할 수 있다. 제1 단위센서(SS1)의 제1 리지드 패턴들(RP1)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격된 제1 패턴(211) 및 제2 패턴(212)을 포함할 수 있다. 제2 단위센서(SS2)의 제2 리지드 패턴들(RP2)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 제3 패턴(213) 및 제4 패턴(214)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a strain sensor according to example embodiments may include first to fourth sensor structures SS1 , SS2 , SS3 , and SS4 . The first rigid patterns RP1 of the first unit sensor SS1 may include a first pattern 211 and a second pattern 212 spaced apart from each other in the first direction D1. The second rigid patterns RP2 of the second unit sensor SS2 may include a third pattern 213 and a fourth pattern 214 spaced apart from each other in the second direction D2 .

제3 및 제4 센서 구조체들(SS3, SS4)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 교차하는 방향으로 서로 이격된 패턴들을 포함할 수 있다. 제3 단위 센서(SS3)의 제5 패턴(215) 및 제6 패턴(216)은 제1 방향(D1)과 30°의 각도를 이루는 방향으로 서로 이격될 수 있다. 제4 단위 센서(SS4)의 제7 패턴(217) 및 제8 패턴(218)은 제1 방향(D1)과 60°의 각도를 이루는 방향으로 서로 이격될 수 있다. 실시예들에 따르면, 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)은 직사각형의 형상을 가질 수 있다.The third and fourth sensor structures SS3 and SS4 may include patterns spaced apart from each other in a direction crossing the first direction D1 and the second direction D2 . The fifth pattern 215 and the sixth pattern 216 of the third unit sensor SS3 may be spaced apart from each other in a direction forming an angle of 30° with the first direction D1. The seventh pattern 217 and the eighth pattern 218 of the fourth unit sensor SS4 may be spaced apart from each other in a direction forming an angle of 60° with the first direction D1. According to example embodiments, the piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , and PZL4 may have a rectangular shape.

도 7은 본 발명의 실험예 2에 따른 그래프로서, 유연신축성 기판에 인가된 스트레인에 따른 제1 내지 제4 압저항 층들의 저항 변화율들을 나타낸다.7 is a graph according to Experimental Example 2 of the present invention, showing resistance change rates of first to fourth piezoresistive layers according to strain applied to a flexible stretchable substrate.

도 6을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 제조하였다. 유연신축성 기판(100)에 외력을 인가하지 않고 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)에 테스트 신호를 인가하여 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)의 저항을 측정하였다. 이어서, 유연신축성 기판(100)에 제1 방향(D1)으로 외력을 인가하고, 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)에 테스트 신호를 인가하여 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)의 저항을 측정하였다. 이어서, 유연신축성 기판(100)에 인가되는 제1 방향(D1)의 외력의 크기를 변화시키면서 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)의 저항을 측정하였다. 제1 방향(D1)의 스트레인에 따른 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)의 저항 변화율을 계산하여 도 7에 나타내었다.Referring to FIG. 6 , a strain sensor according to embodiments of the present invention was manufactured. A test signal is applied to the first to fourth sensor structures SS1 , SS2 , SS3 , and SS4 without applying an external force to the flexible and stretchable substrate 100 to form the first to fourth piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , The resistance of PZL4) was measured. Subsequently, an external force is applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the first direction D1, and a test signal is applied to the first to fourth sensor structures SS1, SS2, SS3, and SS4 to provide first to fourth pressure. Resistances of the resistive layers (PZL1, PZL2, PZL3, PZL4) were measured. Subsequently, resistances of the first to fourth piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , and PZL4 were measured while changing the magnitude of the external force applied to the flexible stretch substrate 100 in the first direction D1 . Resistance change rates of the first to fourth piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , and PZL4 according to strain in the first direction D1 are calculated and shown in FIG. 7 .

도 7을 참조하면, 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)에 의해 측정된 저항 변화율을 참조하여 유연신축성 기판(100)에 인가된 스트레인의 방향을 검출할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , it is possible to detect the direction of strain applied to the flexible and stretchable substrate 100 by referring to the rate of change in resistance measured by the first to fourth sensor structures SS1 , SS2 , SS3 , and SS4 . Able to know.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 스트레인 센서를 나타내는 평면도들이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성들과 동일/유사한 구성들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 8 to 11 are plan views illustrating strain sensors according to example embodiments. For concise description, detailed descriptions of components identical/similar to the components described above may be omitted.

도 8을 참조하면, 제1 단위센서(SS1)의 제1 전극(311)은 제1 배선(121)을 통하여 제1 패드(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(312)은 제2 배선(122)을 통하여 제1 패드(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 8 , the first electrode 311 of the first unit sensor SS1 may be electrically connected to the first pad 111 through the first wiring 121 . The second electrode 312 may be electrically connected to the first pad 111 through the second wire 122 .

제2 단위센서(SS2)의 제3 전극(313)은 제3 배선(123)을 통하여 제3 패드(113)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 단위 센서(SS3)의 제6 전극(316)은 제4 배선(124)을 통하여 제4 패드(114)와 전기적으로 연결될 수 있다. The third electrode 313 of the second unit sensor SS2 may be electrically connected to the third pad 113 through the third wire 123 . The sixth electrode 316 of the third unit sensor SS3 may be electrically connected to the fourth pad 114 through the fourth wire 124 .

제1 단위센서(SS1)의 제2 전극(312), 제2 단위센서(SS2)의 제4 전극(314) 및 제3 단위 센서(SS3)의 제5 전극(315)이 공통 배선(129)을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 배선(129)은 제1 내지 제3 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3)의 신호 입출력을 위한 공통 접지 배선일 수 있다. 공통 배선(129)은 제2 전극(312), 제4 전극(314) 및 제5 전극(315)의 각각에 연결되어 이들을 전기적으로 연결할 수 있다. 공통 배선(129)은 사형 패턴(Serpentine-Pattern)의 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 공통 배선(129)은 S자 형상으로 반복적으로 휘어진 구조를 가질 수 있다. 공통 배선(129)은 예컨대, 금, 은, 백금, 구리, 크롬, 알루미늄 및 니켈 중 하나를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 공통 배선(129)은 유연성 도전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 공통 배선(129)은 은(Ag) 페이스트(paste)를 포함하는 유연성 배선일 수 있다. 일부 전극들이 공통 배선(129)을 통하여 연결됨에 따라 스트레인 센서의 패드들의 수가 감소될 수 있다.The second electrode 312 of the first unit sensor SS1, the fourth electrode 314 of the second unit sensor SS2, and the fifth electrode 315 of the third unit sensor SS3 form a common line 129. can be electrically connected to each other through The common wire 129 may be a common ground wire for signal input/output of the first to third sensor structures SS1 , SS2 , and SS3 . The common wire 129 is connected to each of the second electrode 312 , the fourth electrode 314 , and the fifth electrode 315 to electrically connect them. The common wiring 129 may have a serpentine-pattern shape. For example, the common wiring 129 may have a structure repeatedly bent in an S shape. The common wiring 129 may include, for example, one of gold, silver, platinum, copper, chromium, aluminum, and nickel. According to example embodiments, the common wire 129 may include a flexible conductive material. For example, the common wire 129 may be a flexible wire including silver (Ag) paste. As some electrodes are connected through the common wire 129, the number of pads of the strain sensor may be reduced.

도 9를 참조하면, 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)을 포함하는 스트레인 센서가 제공될 수 있다. 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)은 유연신축성 기판(100)에 인가되는 동일한 방향의 외력에 대하여 서로 다른 검출 신호를 출력할 수 있다. 제1 내지 제4 센서 구조체들(SS1, SS2, SS3, SS4)의 일부 전극들은 공통 배선(129)에 의해 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 9 , a strain sensor including first to fourth sensor structures SS1 , SS2 , SS3 , and SS4 may be provided. The first to fourth piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , and PZL4 may output different detection signals in response to an external force applied to the flexible and stretchable substrate 100 in the same direction. Some electrodes of the first to fourth sensor structures SS1 , SS2 , SS3 , and SS4 may be connected to each other through a common wire 129 .

도 10을 참조하면, 스트레인 센서는 제1 내지 제8 패턴들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218), 제1 내지 제8 전극들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318) 및 제1 내지 제4 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3, PZL4)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제8 전극들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318)은 제1 내지 제8 패턴들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218) 상에 각각 배치될 수 있다. 제1 내지 제8 패턴들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218) 중 서로 인접한 두 패턴들은 제1 내지 제4 방향(D1, D2, D3, D4) 중 어느 한 방향으로 서로 이격될 수 있다. 제4 방향(D4)은 유연신축성 기판(100)의 상면과 평행하고, 제3 방향(D3)과 수직한 방향일 수 있다.Referring to FIG. 10 , the strain sensor includes first to eighth patterns 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, and 218, first to eighth electrodes 311, 312, 313, 314, 315 , 316 , 317 , and 318 ) and first to fourth piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , PZL3 , and PZL4 . The first to eighth electrodes 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, and 318 are formed on the first to eighth patterns 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, and 218. can be placed in each. Among the first to eighth patterns 211 , 212 , 213 , 214 , 215 , 216 , 217 , and 218 , two patterns adjacent to each other move in any one direction among the first to fourth directions D1 , D2 , D3 , and D4 . may be separated from each other. The fourth direction D4 may be parallel to the top surface of the flexible and stretchable substrate 100 and perpendicular to the third direction D3.

제1 압저항 층(PZL1)이 제1 전극(311)과 제2 전극(312)을 연결할 수 있다. 제1 압저항 층(PZL1)이 제1 전극(311)과 제2 전극(312)을 연결할 수 있다. 제2 압저항 층(PZL2)이 제2 전극(312)과 제3 전극(313)을 연결할 수 있다. 제3 압저항 층(PZL3)이 제7 전극(317)과 제8 전극(318)을 연결할 수 있다. 제4 압저항 층(PZL4)이 제4 전극(314)과 제5 전극(315)을 연결할 수 있다. The first piezoresistive layer PZL1 may connect the first electrode 311 and the second electrode 312 . The first piezoresistive layer PZL1 may connect the first electrode 311 and the second electrode 312 . The second piezoresistive layer PZL2 may connect the second electrode 312 and the third electrode 313 . The third piezoresistive layer PZL3 may connect the seventh electrode 317 and the eighth electrode 318 . A fourth piezoresistive layer PZL4 may connect the fourth electrode 314 and the fifth electrode 315 .

제1 전극(311)은 제1 배선(121)을 통하여 제1 패드(111)와 연결될 수 있다. 제3 전극(313)은 제2 배선(122)을 통하여 제2 패드(112)와 연결될 수 있다. 제5 전극(315)은 제4 배선(124)을 통하여 제4 패드(114)와 연결될 수 있다. 제6 전극(316)은 제5 배선(125)을 통하여 제5 패드(115)와 연결될 수 있다. 제7 전극(317)은 제3 배선(123)을 통하여 제3 패드(113)와 연결될 수 있다. 제2 전극(312), 제4 전극(314), 제6 전극(316) 및 제8 전극(318)은 공통 배선(129)을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The first electrode 311 may be connected to the first pad 111 through the first wiring 121 . The third electrode 313 may be connected to the second pad 112 through the second wire 122 . The fifth electrode 315 may be connected to the fourth pad 114 through the fourth wire 124 . The sixth electrode 316 may be connected to the fifth pad 115 through the fifth wire 125 . The seventh electrode 317 may be connected to the third pad 113 through the third wire 123 . The second electrode 312 , the fourth electrode 314 , the sixth electrode 316 , and the eighth electrode 318 may be electrically connected to each other through a common wire 129 .

도 11을 참조하면, 스트레인 센서는 제1 내지 제4 패턴들(211, 212, 213, 214), 제1 내지 제4 전극들(311, 312, 313, 314) 및 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 전극들(311, 312, 313, 314)은 제1 내지 제4 패턴들(211, 212, 213, 214) 상에 각각 배치될 수 있다. Referring to FIG. 11 , the strain sensor includes first to fourth patterns 211, 212, 213, and 214, first to fourth electrodes 311, 312, 313, and 314, and first to third piezoresistors. Layers PZL1 , PZL2 , and PZL3 may be included. The first to fourth electrodes 311 , 312 , 313 , and 314 may be respectively disposed on the first to fourth patterns 211 , 212 , 213 , and 214 .

제1 전극(311)은 제1 내지 제3 압저항 층들(PZL1, PZL2, PZL3)을 통하여 제2 내지 제4 전극들(312, 313, 314)과 연결되는 공통 전극일 수 있다. 제1 전극(311)의 아래에 제1 패턴(211)이 배치될 수 있다. 제1 패턴(211)은 제2 내지 제4 패턴들(212, 213, 214)의 각각과 제1 내지 제3 방향(D1, D2, D3)으로 마주하는 세 측면들을 가질 수 있다. 제2 패턴들(212)은 제1 패턴들(211)과 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 제3 패턴들(213)은 제1 패턴들(211)과 제3 방향(D3)으로 서로 이격될 수 있다. 제4 패턴들(214)은 제1 패턴들(211)과 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. The first electrode 311 may be a common electrode connected to the second to fourth electrodes 312 , 313 , and 314 through the first to third piezoresistive layers PZL1 , PZL2 , and PZL3 . A first pattern 211 may be disposed under the first electrode 311 . The first pattern 211 may have three side surfaces facing each of the second to fourth patterns 212 , 213 , and 214 in the first to third directions D1 , D2 , and D3 . The second patterns 212 may be spaced apart from each other in the second direction D2 from the first patterns 211 . The third patterns 213 may be spaced apart from each other in the third direction D3 from the first patterns 211 . The fourth patterns 214 may be spaced apart from each other in the first direction D1 from the first patterns 211 .

발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Those skilled in the art to which the invention pertains will be able to understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

Claims (17)

유연신축성 기판;
상기 유연신축성 기판 상의 리지드 패턴들로서, 상기 리지드 패턴들은 제1 패턴 및 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 이격된 제2 패턴을 포함하는 것;
상기 제1 패턴 상의 제1 전극;
상기 제2 패턴 상에 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 연결하는 압저항 층을 포함하고,
상기 리지드 패턴들은 상기 유연신축성 기판에 비해 큰 강성(stiffness)을 갖는 스트레인 센서. flexible and stretchable substrates;
rigid patterns on the flexible and stretchable substrate, wherein the rigid patterns include a first pattern and a second pattern spaced apart from the first pattern in a first direction;
a first electrode on the first pattern;
a second electrode spaced apart from the first electrode on the second pattern; and
a piezoresistive layer connecting the first electrode and the second electrode;
The rigid patterns have greater stiffness than the flexible stretchable substrate. 제1 항에 있어서,
상기 리지드 패턴들은 상기 압저항 층에 비해 큰 강성을 갖는 스트레인 센서.According to claim 1,
The rigid patterns have greater rigidity than the piezoresistive layer. 제1 항에 있어서,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴의 두께에 비해 큰 스트레인 센서.According to claim 1,
A strain sensor wherein a distance between the first pattern and the second pattern is greater than a thickness of the first pattern. 제1 항에 있어서,
상기 리지드 패턴들은 서로 마주하는 측면들을 갖고, 상기 압저항 층은 상기 측면들과 수직적으로 중첩되는 스트레인 센서.According to claim 1,
The rigid patterns have side surfaces facing each other, and the piezoresistive layer vertically overlaps the side surfaces. 제1 항에 있어서,
상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 마주하는 제1 측면을 갖고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 측면과 마주하며 상기 제1 측면과 평행한 제2 측면을 갖는 스트레인 센서.According to claim 1,
The first pattern has a first side surface facing the second pattern, and the second pattern has a second side surface facing the first side surface and parallel to the first side surface. 제1 항에 있어서,
상기 제1 패턴은 상기 제2 패턴과 마주하는 제1 측면을 갖고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 측면과 마주하는 제2 측면을 갖고,
상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이의 거리는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 일정한 스트레인 센서.According to claim 1,
The first pattern has a first side facing the second pattern, the second pattern has a second side facing the first side,
The strain sensor of claim 1 , wherein a distance between the first side and the second side is constant along a second direction perpendicular to the first direction. 제1 항에 있어서,
상기 제1 패턴은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고,
상기 압저항 층은 상기 제2 방향으로 제2 폭을 갖고, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭에 비해 큰 스트레인 센서.According to claim 1,
The first pattern has a first width in a second direction perpendicular to the first direction,
The piezoresistive layer has a second width in the second direction, and the first width is larger than the second width. 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 압저항 층을 덮는 상부 캐핑층을 포함하는 스트레인 센서.According to claim 1,
and an upper capping layer covering the first electrode, the second electrode, and the piezoresistive layer. 제8 항에 있어서,
상기 리지드 패턴들은 상기 상부 캐핑층에 비해 큰 강성을 갖는 스트레인 센서.According to claim 8,
The rigid patterns have greater rigidity than the upper capping layer. 제1 항에 있어서,
상기 유연신축성 기판 상에 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 패드 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 패드를 더 포함하는 스트레인 센서.According to claim 1,
The strain sensor further comprises a first pad electrically connected to the first electrode and a second pad electrically connected to the second electrode on the flexible and stretchable substrate. 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극과 연결된 배선을 더 포함하되,
상기 배선은 사형 패턴(Serpentine-Pattern)의 형상을 갖는 스트레인 센서.According to claim 1,
Further comprising a wire connected to the first electrode,
The wire is a strain sensor having a shape of a serpentine-pattern. 유연신축성 기판;
상기 유연신축성 기판 상에 제1 방향으로 서로 이격된 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함하는 제1 리지드 패턴들;
상기 유연신축성 기판 상에 제2 방향으로 서로 이격된 제3 패턴 및 제4 패턴을 포함하는 제2 리지드 패턴들;
상기 제1 패턴 상의 제1 전극;
상기 제2 패턴 상에 상기 제1 전극과 이격된 제2 전극;
상기 제3 패턴 상의 제3 전극;
상기 제4 패턴 상에 상기 제3 전극과 이격된 제4 전극;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 연결하는 제1 압저항 층; 및
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 연결하는 제2 압저항 층을 포함하되,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상기 유연신축성 기판의 상면과 평행하고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 교차하는 스트레인 센서.flexible and stretchable substrates;
first rigid patterns including a first pattern and a second pattern spaced apart from each other in a first direction on the flexible and stretchable substrate;
second rigid patterns including a third pattern and a fourth pattern spaced apart from each other in a second direction on the flexible and stretchable substrate;
a first electrode on the first pattern;
a second electrode spaced apart from the first electrode on the second pattern;
a third electrode on the third pattern;
a fourth electrode spaced apart from the third electrode on the fourth pattern;
a first piezoresistive layer connecting the first electrode and the second electrode; and
A second piezoresistive layer connecting the third electrode and the fourth electrode,
The first direction and the second direction are parallel to the upper surface of the flexible and stretchable substrate, and the first direction and the second direction cross each other. 제12 항에 있어서,
상기 리지드 패턴들은 상기 유연신축성 기판에 비해 큰 강성(stiffness)을 갖는 스트레인 센서.According to claim 12,
The rigid patterns have greater stiffness than the flexible stretchable substrate. 제12 항에 있어서,
상기 제1 전극을 제1 패드와 연결하는 제1 배선;
상기 제2 전극을 제2 패드와 연결하는 제2 배선; 및
상기 제3 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 제3 배선을 더 포함하는 스트레인 센서.According to claim 12,
a first wire connecting the first electrode to a first pad;
a second wire connecting the second electrode to a second pad; and
The strain sensor further comprises a third wire connecting the third electrode and the second electrode. 제12 항에 있어서,
상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 사이의 거리는 상기 제1 패턴의 두께에 비해 큰 스트레인 센서.According to claim 12,
A strain sensor wherein a distance between the first pattern and the second pattern is greater than a thickness of the first pattern. 제12 항에 있어서,
상기 리지드 패턴들은 상기 압저항 층에 비해 큰 강성을 갖는 스트레인 센서.According to claim 12,
The rigid patterns have greater rigidity than the piezoresistive layer. 제12 항에 있어서,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 상기 제4 전극, 상기 제1 압저항 층 및 상기 제2 압저항 층을 덮는 상부 캐핑층을 포함하는 스트레인 센서.

According to claim 12,
and an upper capping layer covering the first electrode, the second electrode, the third electrode, the fourth electrode, the first piezoresistive layer, and the second piezoresistive layer.
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