KR20090060877A - 고온용 촉각센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

고온용 촉각센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마모성과 고온에서도 안정성이 뛰어난 저항패턴을 구비한 촉각센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고온용 촉각센서는 상부필름에 도전성 물질로 형성된 전극패턴의 표면에 저항패턴을 형성하여 구성된 상판과 ; 하부필름에 도전성 물질로 형성된 전극패턴의 표면에 저항패턴을 형성하고, 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하여 구성된 하판을 저항패턴들이 서로 대향되게 적층하여 구성되데, 상기 저항패턴들은 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)를 혼합하여 구성됨을 특징으로 한다.
고온용 촉각센서 제조방법은 상부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 상판제조과정(P11)과 ; 하부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하고, 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하는 하판제조과정(P12)과 ; 상판과 하단을 적층하되 저항패턴들이 서로 대향되게 적층하는 적층과정(P2)으로 이루어지되, 상기 상판제조과정과 하판제조과정에서 저항패턴을 형성하는 단계는 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크린 인쇄하여 형성됨을 특징으로 한다.
고온용 촉각센서, 복합재료, 폴리이미드, 큐어링

Description

고온용 촉각센서 및 그 제조 방법{High temperature tactile sensor and Method for manufacturing thereof}
본 발명은 촉각센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 내마모성과 고온에서도 안정성이 뛰어난 저항패턴을 구비한 촉각센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 접촉을 통한 주변환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 획득하는 촉각기능은 차세대 정보수집 매체로 인식되고 있으며, 이 같은 촉각감각을 대체할 수 있는 생체모방형의 촉각센서는 혈관 내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술에서 중요한 촉각제시기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 더해지고 있다.
이러한 촉각센서는 이미 산업용 로봇을 비롯하여 마우스나 터치 패드 등의 기술에 많이 사용되고 있다.
이러한 촉각센서는 전극패턴이 형성된 두 필름의 전극패턴에 저항패턴을 형성하여 구 저항패턴 사이의 접촉저항으로부터 접촉여부를 감지하는 것이 있으며, 이러한 촉각센서를 구성하는 저항패턴은 카본블랙과 잉크, PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄을 일정한 비율로 혼합한 복합재료로 만들어졌다.
이렇게 구성된 저항패턴은 내마모성 및 충격에 약하여 잦은 작동시 손상되어 제 기능을 발휘할 수 있으며, 폴리이미드로 만들어진 필름에 접착이 잘 이루어지지 않는 문제가 있었다.
또한, 이러한 저항패턴은 200℃ 이상의 고온에서는 사용할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로서, 고온에서도 작동될 수 있는 저항패턴을 갖는 고온용 촉각센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 내마모성 및 내충격성이 강한 저항패턴을 갖는 고온용 촉각센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 고온용 촉각센서는 상부필름의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴의 표면에 저항패턴을 형성하여 구성된 상판 과 ; 하부필름의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴의 표면에 저항패턴을 형성하고, 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하여 구성된 하판을 저항패턴들이 서로 대향되게 적층하여 구성되데, 상기 저항패턴들은 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)를 혼합하여 구성됨을 특징으로 한다.
위와 같이 구성된 고온용 촉각센서를 제조하는 방법은 상부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 상판제조과정(P11)과 ; 하부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하고, 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하는 하판제조과정(P12)과 ; 상판과 하판을 적층하되 저항패턴들이 서로 대향되게 적층하는 적층과정(P2)으로 이루어지되, 상기 상판제조과정과 하판제조과정에서 저항패턴을 형성하는 단계는 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크링 인쇄하여 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명은 저항패턴을 구성하는 물질을 내마모성 및 내충격성이 우수한 카본나노튜브로 구성함으로서 내마모성 및 내충격성이 강한 저항패턴을 갖는 고온용 촉각센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 카본나노튜브를 액상 폴리이미드와 혼합하여 스크린 인쇄하여 저항패턴을 형성하고, 큐어링하여 구성함으로서 고온에서도 사용할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 고온용 촉각센서 및 그 제조 과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고온용 촉각센서 단면도이다.
도 2a 및 도 2e는 본 발명에 따른 고온용 촉각센서의 제조 과정에 따른 단면도로서, 도 2a 및 도 2b는 상판제조공정의 단면도이고, 도 2c내지 2d는 하판제조공정의 단면도이고, 도 2e는 상판과 하판의 적층공정의 단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 고온용 촉각센서에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 고온용 촉각센서는 저항패턴을 카본나노튜브로 구성한 것이 특징이다.
이러한 본 발명의 촉각센서는 상부필름(11)의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴(12)의 표면에 저항패턴(13)을 형성하여 구성된 상판(1)과 ; 하부필름(21)의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴(22)의 표면에 저항패턴(23)을 형성하고, 저항패턴(13, 23)들이 서로 대향되게 정렬하고 상기 저항패턴(13,23)들 사이에 스페이서(3)를 설치하여 구성되데, 상기 저항패턴(13, 23)은 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)를 혼합하여 구성된다.
촉각센서 제조를 위한 상.하부필름(11, 21)으로서 고분자 필름(폴리이미드 필름, 폴리에스터 필름, 기타 등등)을 사용한다. 특히 내열성, 내마모성이 우수한 폴리이미드 필름을 기판으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전극패턴(12,22)은 티타늄, 니켈, 금, 구리 금속 그룹에서 이-빔(E-beam) 또는 스퍼터(sputter) 장비를 이용하여 증착한다. 또한 공정의 편의성을 위 해 도금을 통해 전극패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다. 한편 상기 상.하부필름(11,21)과 전극패턴(12,22)의 제조 공정 및 비용을 줄이기 위하여 FPCB 공정으로 제작하는 것을 특징으로 한다.
상기 저항패턴(13, 23)은 상기한 바와 같이 내열성, 내마모성이 우수한 액상의 고분자와 카본나노튜브의 혼합물로서 액상의 고분자에 카본나노튜브를 혼합하여 구성되며, 원하는 면저항에 따라 카본나노튜브의 혼합율을 조절할 수 있으나 촉각센서의 특징을 고려할 때 카본나코튜브가 혼합되는 량은 전체 혼합물의 대하여 0.5중량%내지 8중량%로 혼합한다. 액상의 고분자로서는 내열성, 내마모성이 우수한 폴리이미드 계열을 사용하는 것을 특징으로 한다.
카본나노튜브의 양을 너무 많이 하면 도전율이 높아져 저항체로서의 역할을 하지 못하게 되고, 너무 적게 하면 하나의 절연체의 역할을 하여 저항체로서의 역할을 하지 못하게 된다.
이러한 저항패턴(13, 23)은 스크린 인쇄 방법에 의해 형성된다.
즉, 저항패턴(13, 23)이 형성될 부분에만 카본나노튜브가 혼합된 액상 폴리이미드를 인쇄하여 형성된다.
또한, 저항패턴(13, 23)이 형성된 상, 하판(1, 2)은 200내지 400℃의 온도에서 큐어링(curing)함으로서 저항패턴의 강도 및 내마모성을 높일 수 있다.
상기와 같이 구성된 촉각센서에서 상기 상부필름(11, 21)의 두께는 10㎛ 내지 150㎛ 두께로 제작된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 촉각센서를 제조하는 방법은 아래와 같다.
상부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 상판제조과정(P11)과 ; 하부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 하판제조과정(P12)과 ; 상판과 하판을 저항패턴들이 서로 대향되게 정렬하고 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하여 적층하는 적층과정(P2)으로 이루어지되, 상기 상판제조과정과 하판제조과정에서 저항패턴을 형성하는 단계는 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크린 인쇄한다.
위와 같은 과정으로 이루어지는 고온용 촉각센서의 제조 방법에서 상판과 하판을 제조하는 과정은 아래와 같다.
먼저, 상기 상판제조과정은 고분자 필름으로 만들어진 상부필름(11)의 일면에 도전성 물질로 전극패턴(12)을 코팅하는 단계와 ; 형성된 전극패턴(12)의 표면에 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크린 인쇄하여 저항패턴(13)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이러한 과정에서 상기 전극패턴(12, 22)을 형성하는 방법은 이빔(E-beam)증착법 또는 스퍼터링 방법 또는 도금이 이용되며, 상기 저항패턴(13, 23)을 구성하는 카본나노튜브는 폴리이미드와 카본나노튜브의 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5중량%내지 6중량%를 차지한다.
또한, 상기 저항패턴(13, 23)은 스크린 인쇄법에 의해 형성되고, 상기 상,하판제조과정에서 제조된 상판과 하판은 200℃내지 450℃에서 큐어링(curing)하는 과 정을 더 수행한다.
상기 큐어링 과정은 저항패턴(13, 23)이 보다 강도 높게 경화되게 하기 위한 것으로 이렇게 큐어링 과정을 통해 저항패턴이 경화됨으로서 내마노성 및 내충격성이 더욱 향상된다.
하판제조과정은 상기한 상판제조과정과 전체적으로 유사한 과정으로 이루어진다.
다만, 스페이서(3)를 설치하는 것이 필요할 경우 선택적으로 더 수행할 수 있다.
즉, 저항패턴(13, 23)들이 서로 접촉되지 않게 하기 위해서 저항패턴들 사이의 공간에 스페이서(3)를 더 설치할 수도 있다. 스페이서를 사용하여 상.하판(1,2)을 본딩하는 방법은 열접착 양면 테이프를 이용하거나 필름 접착용 열 접착 테이프를 이용하여 접착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 고온용 촉각센서의 단면도이다.
도 2a 및 도 2e는 본 발명에 따른 고온용 촉각센서의 제조 과정에 따른 단면도로서
도 2a 및 도 2b는 상판제조공정의 단면도이고,
도 2c내지 2d는 하반제조공정의 단면도이고,
도 2e는 상판과 하판의 적층공정의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고온용 촉각센서의 제조 과정을 설명하기 위한 과정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 상판
11 : 상부필름
12 : 전극패턴
13 : 저항패턴
2 ; 하판
21 : 하부필름
22 : 전극패턴
23 : 저항패턴
3 : 스페이서

Claims (12)

  1. 상부필름(11)의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴(12)의 표면에 저항패턴(13)을 형성하여 구성된 상판(1)과 ;
    하부필름(12)의 일면에 도전성 물질로 형성된 전극패턴(22)의 표면에 저항패턴(23)을 형성하여 구성된 하판(2)과 ;
    저항패턴(13, 23)들이 서로 대향되도록 정렬하고 그 사이에 스페이서(3)를 설치하여 적층하는 것으로 구성되데,
    상기 저항패턴(13, 23)은 내열성, 내마모성이 우수한 액상의 고분자에 카본나노튜브(CNT)를 혼합하여 구성됨을 특징으로 하는 고온용 촉각센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항패턴(13, 23)을 구성하는 카본나노튜브는 폴리이미드 또는 고온용 실리콘과 카본나노튜브의 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5중량%내지 8중량%를 차지함을 특징으로 하는 고온용 촉각센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 저항패턴(13, 23)은 스크린 인쇄됨을 특징으로 하는 고온용 촉각센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 상.하부 필름(11, 21)은 내마모성과 내열성이 우수한 폴리이미드 필름을 특징으로 하는 고온용 촉각센서.
  5. 촉각센서의 제조 방법에 있어서,
    상부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 상판제조과정(P11)과 ;
    하부필름의 일면에 전극패턴과 저항패턴을 순차적으로 형성하는 하판제조과정(P12)과 ;
    상판과 하판을 적층하되 저항패턴들 사이에 스페이서를 설치하여 저항패턴들이 서로 대향되게 적층하는 적층과정(P2)으로 이루어지되,
    상기 상판제조과정과 하판제조과정에서 저항패턴을 형성하는 단계는 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크링 인쇄하여 형성됨을 특징으로 하는 고온용 촉각센서 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스페이스(3)를 사용하지 않고 고온용 촉각센서의 제조방법.
  7. 제 5항과 제 6항에 있어서,
    상기 상판제조과정은
    고분자 필름으로 만들어진 상부필름(11)의 일면에 도전성 물질로 전극패턴(12)을 코팅하는 단계와 ;
    형성된 전극패턴(12)의 표면에 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크린 인쇄하여 저항패턴(13)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 하판제조과정은
    고분자 필름으로 만들어진 상부필름(21)의 일면에 도전성 물질로 전극패턴(22)을 코팅하는 단계와 ;
    형성된 전극패턴(22)의 표면에 액상 폴리이미드(polyimide)에 카본나노튜브(CNT)분말을 혼합한 액을 스크린 인쇄하여 저항패턴(23)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온용 촉각센서의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 상.하부필름(11,21)의 두께는 10㎛내지 150㎛인 것을 특징으로 하는 고온용 촉각센서의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극패턴(12, 22)은 이빔(E-beam)증착법 또는 스퍼터링 방법 또는 도금으로 형성됨을 특징으로 하는 고온용 촉각센서의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 저항패턴(13, 23)을 구성하는 카본나노튜브는 폴리이미드와 카본나노튜 브의 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5중량%내지 8중량%를 차지함을 특징으로 하는 고온용 촉각센서 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저항패턴(13, 23)은 스크린 인쇄법에 의해 형성됨을 특징으로 하는 고온용 촉각센서의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 상,하판제조과정에서 제조된 상판과 하판은 200℃내지 450℃에서 큐어링(curing)하는 과정을 더 수행함을 특징으로 하는 고온용 촉각센서의 제조방법.
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