KR20100010857A - Strain guage using metal layer of nano material - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A strain gauge using a metal film of a nano material is provided to reduce the current consumption and to improve a gauge factor. CONSTITUTION: A strain gauge using a metal film of a nano material comprises a substrate(10), a register(12), and a pad(14). The substrate is formed on the material which can be bent with the external force. The register is contacted with the substrate. The register is formed on top of the substrate. The register is made of the metal film of the nano material. The pad is connected to the register. The pad is electrically connected to outside.

Description

나노 소재의 메탈막을 이용한 스트레인 게이지{strain guage using metal layer of nano material}Strain guage using metal layer of nano material

본 발명은 금속 스트레인 게이지(strain guage)에 관한 것으로, 특히 외력에 의해 물리적 변형이 있는 경우, 저항값이 변하는 금속을 이용하는 금속 스트레인 게이지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal strain guage, and more particularly to a metal strain gauge using a metal whose resistance value changes when there is a physical deformation caused by an external force.

일반적으로 사용되고 있는 금속 스트레인 게이지인 경우 니켈, 크롬, 구리, 텅스텐 등의 메탈 물질을 박막 또는 후막 형태로 도포하여 사용한다. 이러한 금속 스트레인 게이지는 저항값이 작으므로 게이지율(guage factor)이 작고 전류소모가 많은 문제점이 있다. 그리고 금속 스트레인 게이지를 형성하기 위해서는 일반적으로 증착법을 사용하나, 이는 고가의 장비를 사용해야 하므로 비용이 많이 들고 수율이 낮은 문제점을 가지고 있다.In the case of commonly used metal strain gauges, metal materials such as nickel, chromium, copper, and tungsten are applied in a thin film or thick film form. Since the metal strain gauge has a small resistance value, there is a problem that the gauge factor is small and the current consumption is high. In order to form a metal strain gauge, a deposition method is generally used, but since it requires the use of expensive equipment, it has a problem of high cost and low yield.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다음과 같은 목적은 지닌다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, has the following object.

본 발명의 목적은 게이지율(guage factor)이 크고 전류소모가 작은 금속 스트레인 게이지를 제조하기 위한 것이다.An object of the present invention is to produce a metal strain gauge having a large gauge factor and low current consumption.

본 발명의 목적은 비용이 작게 드는 공정으로 금속 스트레인 게이지를 제조하기 위한 것이다.An object of the present invention is to produce a metal strain gauge in a low cost process.

본 발명의 목적은 게이지율(guage factor)이 크고 전류소모가 작은 금속 스트레인 게이지를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a metal strain gauge having a large gauge factor and low current consumption.

본 발명의 목적은 비용이 작게 드는 공정으로 제조할 수 있는 금속 스트레인 게이지를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a metal strain gauge that can be manufactured in a costly process.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 상기한 기재만으로 본 발명의 목적이 제한되는 것은 아니다.Other objects and advantages of the present invention may be naturally understood or more apparent from the following description, and the object of the present invention is not limited only to the above description.

본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명의 스트레인 게이지는, 외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로 된 기판(10); 상기 기판(10)과 접하여 또는 아이솔레이션막(11)을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 형성되며, 나노 소재의 메탈막으로 된 저항체(12);상기 저항체(12)와 접속되며, 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(14);를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the strain gauge of the present invention, the substrate 10 made of a material that can be bent to the desired degree by an external force; A resistor 12 formed on an upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or via an isolation film 11, and formed of a metal film of nano material; and connected to the resistor 12. It characterized in that it comprises a; pad (14) for electrical connection with.

본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명의 스트레인 게이지 제조 방법은, 외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로써 기판(10)을 형성하는 제 1 단계; 상기 기판(10)과 접하여 또는 다른 층을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 나노 소재의 금속 페이스트를 프린팅하여 저항체(12)를 형성하는 제 2 단계; 상기 저항체(13)와 접속되며 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(14)를 형성하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the strain gauge manufacturing method of the present invention, the first step of forming the substrate 10 from a material that can be bent to the desired degree by an external force; A second step of forming a resistor 12 by printing a metal paste of nano material on an upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or through another layer; And a third step of connecting the resistor 13 and forming the pad 14 for electrical connection with the outside.

본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명의 스트레인 게이지 제조 방법은, 외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로써 기판(10)을 형성하는 제 1 단계; 상기 기판(10)과 접하여 또는 다른 층을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 나노 소재의 금속 페이스트를 프린팅하여 저항체(12) 및 패드(14)를 형성하는 - 상기 패드(14)는 상기 저항체(13)와 접속되며 외부와의 전기적 연결을 위한 것임 - 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the invention, the strain gauge manufacturing method of the present invention, the first step of forming the substrate 10 from a material that can be bent to the desired degree by an external force; Forming a resistor 12 and a pad 14 by printing a metal paste of nano material on the upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or through another layer. It is connected to the resistor 13 and for the electrical connection to the outside-a second step; characterized in that it comprises a.

본 발명은 스트레인 게이지를 구성하는 저항체의 저항값을 크게 할 수 있고, 따라서 스트레인 게이지의 게이지율(guage factor)이 크고 전류소모가 작은 효과가 있다.According to the present invention, the resistance value of the resistor constituting the strain gauge can be increased. Therefore, the strain gauge has a large gauge factor and a small current consumption.

본 발명은 잉크젯 프린팅이나 스크린 프린팅으로 스트레인 게이지의 저항체를 형성할 수 있으므로, 비용이 작게 드는 공정으로 금속 스트레인 게이지를 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the resistance of the strain gauge can be formed by inkjet printing or screen printing, the metal strain gauge can be manufactured in a low cost process.

일반적인 메탈 물질은 필름 형태로 만들어도 전기 저항이 작으므로, 일반적인 메탈 물질로써 스트레인 게이지를 만들면, 게이지율(guage factor)이 작고 전류소모가 많은 문제점이 있다.Since a general metal material has a small electric resistance even when formed in a film form, when a strain gauge is made of a general metal material, there is a problem that the gauge factor is small and the current consumption is high.

본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지에서는 나노 사이즈를 가지는 나노 소재의 메탈을 이용하는 점에 일 특징이 있다. 1~100nm 크기를 가지는 나노 소재의 메탈으로 스트레인 게이지의 저항체를 구성할 경우, 그 특성상 큰 저항값을 가지는 저항체를 얻을 수 있게 된다. 따라서 게이지율(guage factor)이 크고 전류소모가 작은 스트레인 게이지를 얻을 수 있다. 또한, 나노 소재의 메탈을 이용하여 저항체를 형성하는 경우에는, 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 방법을 사용할 수 있다. 이에 따라 저가 장비의 사용, 공정의 단순화로 인해 생산 비용이 작아 지고, 저렴한 센서 제작이 가능하게 된다.Strain gage according to an embodiment of the present invention has one feature in that it uses a metal of nano material having a nano size. When a resistor of a strain gauge is made of a metal of nano material having a size of 1 to 100 nm, a resistor having a large resistance value can be obtained due to its characteristics. Therefore, a strain gage having a large gauge factor and low current consumption can be obtained. In addition, in the case of forming a resistor using a metal of nanomaterial, an inkjet printing or screen printing method may be used. As a result, production costs are reduced due to the use of low cost equipment and the simplification of the process, and low cost sensors can be manufactured.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레인 게이지의 제조 방법을 도시한 도면이다.1A to 1D are diagrams illustrating a method of manufacturing a strain gauge according to an embodiment of the present invention.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(10)을 준비한 것을 도시한 도면이다. 기판(10)은 알루미늄, 스테인리스 등과 같은 전도성 물질이나, 유리, 플라스틱 등과 같은 비 전도성 물질일 수 있다. 본 발명에서는 기판(10)의 재료에 제한이 있는 것은 아니며, 가해지는 힘에 의해서 원하는 정도로 휠 수 있는 재료이면 족하다.1A is a diagram illustrating a substrate 10 prepared according to one embodiment of the present invention. The substrate 10 may be a conductive material such as aluminum or stainless steel or a non-conductive material such as glass or plastic. There is no restriction | limiting in the material of the board | substrate 10 in this invention, It is sufficient if it is a material which can be bent to a desired degree by the force applied.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(10)의 상부면에 아이솔레이션막(11)을 형성한 것을 도시한 도면이다. 아이솔레이션막(11)은 기판(10)의 재료가 전도성 물질인 경우, 장차 형성될 저항체(12), 연결부(13) 및 패드(14)와 하부의 기판(10)을 전기적으로 분리하기 위하여 형성된다. 따라서 기판(10)의 재료가 비전도성 물질인 경우, 아이솔레이션막(11)을 형성하는 과정은 생략될 수 있다. 아이솔레이션막(11)은 폴리이미드, 에폭시 등을 필름 형태로 형성하거나, 비전도성 금속, 세라믹, 유리, 석영, 실리콘 등을 증착하여 형성할 수도 있다. {편의상 도 1a 내지 도 1d에서는 아이솔레이션(11)막이 형성되는 경우를 중심으로 도시하고 있다.}FIG. 1B is a view illustrating an isolation film 11 formed on the upper surface of the substrate 10 according to an embodiment of the present invention. If the material of the substrate 10 is a conductive material, the isolation film 11 is formed to electrically separate the resistor 12, the connecting portion 13, and the pad 14 and the lower substrate 10 to be formed in the future. . Therefore, when the material of the substrate 10 is a non-conductive material, the process of forming the isolation film 11 may be omitted. The isolation film 11 may be formed by forming polyimide or epoxy in the form of a film, or by depositing a non-conductive metal, ceramic, glass, quartz, silicon, or the like. {For convenience, FIGS. 1A to 1D show the case where the isolation 11 film is formed.)

한편, 아이솔레이션막(11)을 형성하지 않는 경우 기판(10)의 표면을 표면처리하나, 아이솔레이션막(11)을 형성하는 경우에는 아이솔레이션막(11)의 표면을 표면처리할 수 있다. 이러한 표면 처리는 대기압하에서의 플라즈마 처리일 수 있다. 그리고 이러한 표면처리는 향후 저항체(12), 연결부(13) 및 패드(14)와, 그 하부의 기판(10) 또는 아이솔레이션막(11)과의 접착성을 개선시키기 위한 것이다. 따라서 이러한 표면처리는 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니며 선택적이다.On the other hand, when the isolation film 11 is not formed, the surface of the substrate 10 may be surface treated, whereas when the isolation film 11 is formed, the surface of the isolation film 11 may be surface treated. Such surface treatment may be plasma treatment under atmospheric pressure. The surface treatment is intended to improve the adhesion between the resistor 12, the connecting portion 13 and the pad 14, and the substrate 10 or the isolation film 11 below. Therefore, such surface treatment is not necessary in the present invention and is optional.

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 저항체(12)를 형성한 것을 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저항체(12)는 구리, 텅스텐, 알루미늄, 은 등으로 된 메탈 나노 분말을 이용하며, 메탈 나노 분말의 입경은 대략 1~100nm 크기를 가진다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기한 메탈 나노 분말의 페이스트를 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 방법으로 기판(10) 또는 아이솔레이션막(11)의 상부에 도포함으로써, 저항체(12)를 형성한다. 도 1(c)에서 저항체(12)는 복수의 긴 띠 형 상으로 형성되어 있다.1C is a diagram illustrating a resistor 12 formed according to an embodiment of the present invention. The resistor 12 according to an embodiment of the present invention uses metal nanopowders made of copper, tungsten, aluminum, silver, and the like, and has a particle size of about 1 to 100 nm. In one embodiment of the present invention, the resistor 12 is formed by applying the above-described metal nano powder paste on the substrate 10 or the isolation film 11 by inkjet printing or screen printing. In FIG. 1C, the resistor 12 is formed in a plurality of long bands.

도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따라 연결부(13) 및 패드(14)를 형성한 것을 도시한 도면이다. 연결부(13)는 저항체(12) 사이를 전기적으로 연결하는 기능을 가지며, 패드(14)는 외부와의 전기적 접속을 위한 것이다. 연결부(13) 및 패드(14)는 전도성이 좋은 금속 분말의 페이스트를 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅 방법으로 형성할 수 있다. 한편, 상기 실시예에서는 긴 띠 형상으로 된 복수의 저항체(12)를 먼저 형성하고 그 후에 복수의 저항체(12) 사이를 연결부(13)가 연결하는 것으로 하였으나, 저항체(12)를 형성하는 재료로써 저항체(12) 및 연결부(13)를 한번에 형성할 수도 있다. 또한, 저항체(12)를 형성하는 재료로써 저항체(12), 연결부(13) 및 패드(14)를 한번에 형성하는 것도 물론 가능하다.FIG. 1D is a view illustrating a connection portion 13 and a pad 14 formed according to an embodiment of the present invention. The connecting portion 13 has a function of electrically connecting the resistors 12, and the pad 14 is for electrical connection with the outside. The connecting portion 13 and the pad 14 may form a paste of a highly conductive metal powder by inkjet printing or screen printing. On the other hand, in the above embodiment, a plurality of resistors 12 having an elongated band shape are first formed, and then the connecting portion 13 connects the plurality of resistors 12 thereafter, but as a material for forming the resistor 12. The resistor 12 and the connecting portion 13 may be formed at one time. In addition, it is also possible to form the resistor 12, the connecting portion 13 and the pad 14 at once as a material for forming the resistor 12.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기한 제조 과정을 거친 스트레인 게이지에 대하여 열처리 과정을 수행한다. 열처리는 스트레인 게이지를 구성하는 각 구성요소 사이의 접착성과 재료의 강도를 강화하기 위한 것이다.Subsequently, according to one embodiment of the present invention, a heat treatment process is performed on the strain gage that has undergone the above-described manufacturing process. The heat treatment is to enhance the strength of the material and the adhesion between the components constituting the strain gauge.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(10)을 준비한 것을 도시한 도면이다.1A is a diagram illustrating a substrate 10 prepared according to one embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(10)의 상부면에 아이솔레이션막(11)을 형성한 것을 도시한 도면이다.FIG. 1B is a view illustrating an isolation film 11 formed on the upper surface of the substrate 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 저항체(12)를 형성한 것을 도시한 도면이다.1C is a diagram illustrating a resistor 12 formed according to an embodiment of the present invention.

도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따라 연결부(13) 및 패드(14)를 형성한 것을 도시한 도면이다.FIG. 1D is a view illustrating a connection portion 13 and a pad 14 formed according to an embodiment of the present invention.

Claims (4)

외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로 된 기판(10);A substrate 10 made of a material that can be bent to a desired degree by an external force; 상기 기판(10)과 접하여 또는 아이솔레이션막(11)을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 형성되며, 나노 소재의 메탈막으로 된 저항체(12);A resistor 12 formed on the upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or via an isolation film 11 and formed of a metal film of nano material; 상기 저항체(12)와 접속되며, 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(14);A pad 14 connected to the resistor 12 and configured for electrical connection with the outside; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지.Strain gauge comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 나노 소재의 메탈막은, 구리, 텅스텐, 알루미늄 또는 은 중에서 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지.The nano-membrane metal film is made of any one of copper, tungsten, aluminum or silver strain gauge. 외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로써 기판(10)을 형성하는 제 1 단계;A first step of forming the substrate 10 from a material which can be bent to a desired degree by an external force; 상기 기판(10)과 접하여 또는 다른 층을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 나노 소재의 금속 페이스트를 프린팅하여 저항체(12)를 형성하는 제 2 단계;A second step of forming a resistor 12 by printing a metal paste of nano material on an upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or through another layer; 상기 저항체(13)와 접속되며 외부와의 전기적 연결을 위한 패드(14)를 형성하는 제 3 단계;A third step of forming a pad (14) connected to the resistor (13) and electrically connected to the outside; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지의 제조방법.Method of producing a strain gauge comprising a. 외력에 의하여 원하는 정도로 휘어질 수 있는 재료로써 기판(10)을 형성하는 제 1 단계;A first step of forming the substrate 10 from a material which can be bent to a desired degree by an external force; 상기 기판(10)과 접하여 또는 다른 층을 개재하여 상기 기판(10)의 상부측에 나노 소재의 금속 페이스트를 프린팅하여 저항체(12) 및 패드(14)를 형성하는 - 상기 패드(14)는 상기 저항체(13)와 접속되며 외부와의 전기적 연결을 위한 것임 - 제 2 단계;Forming a resistor 12 and a pad 14 by printing a metal paste of nano material on the upper side of the substrate 10 in contact with the substrate 10 or through another layer. Connected to the resistor 13 and for electrical connection with the outside-a second step; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지의 제조방법.Method of producing a strain gauge comprising a.
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