KR20110105026A - Force or pressure sensor array using semi-conductor strain gauge, fabrication method thereof and measurement method therof - Google Patents

Force or pressure sensor array using semi-conductor strain gauge, fabrication method thereof and measurement method therof Download PDF

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Abstract

본 발명의 힘 또는 압력 센서 어레이는 기판 자체가 폴리머 계통의 재질로 구부리거나 늘일 수 있으며 반도체 스트레인 게이지의 재료인 실리콘은 잘 부러지고 딱딱하지만 이의 두께를 매우 얇게 제조하여 기계적인 유연성을 확보할 수 있으므로 유연성과 신축성을 동시에 가지는 효과가 있다. 이를 위해 특히, 소정의 어레이 패턴으로 형성되어 힘 또는 압력에 의해 변형되는 반도체 스트레인 게이지(110)와 필름면이 상호 대면하여 접하며 접하는 필름면 사이에 반도체 스트레인 게이지(110)를 포함하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)과 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 중 어느 하나를 절연층으로 하여 절연층 상하면으로 형성되고 어레이 패턴의 각 단위체(111)에 연결되어 전극을 형성하며 각 단위체(111)의 변형으로 출력되는 변형신호를 외부로 인출하는 한 쌍의 신호선층으로 구성되는 회로기판(10); 및 회로기판(10)이 내부에 포함되도록 회로기판(10)의 양면에 형성되는 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이가 개시된다.The force or pressure sensor array of the present invention can be bent or stretched by the substrate itself is a polymer-based material, and silicon, which is a material of a semiconductor strain gauge, is easily broken and hard, but its thickness can be manufactured very thin to ensure mechanical flexibility. It has the effect of having flexibility and elasticity at the same time. To this end, in particular, a pair of polymers including a semiconductor strain gauge 110 formed between a film strain and a semiconductor strain gauge 110, which is formed in a predetermined array pattern and deformed by a force or pressure, face and face each other. Each of the film layers 120 and 130 and the pair of polymer film layers 120 and 130 is formed as an insulating layer and is formed on the upper and lower surfaces of the insulating layer, and is connected to each unit 111 of the array pattern to form an electrode. A circuit board 10 including a pair of signal line layers for drawing out a strain signal output by the strain of 111; And a pair of elastomer layers 20 and 30 formed on both sides of the circuit board 10 such that the circuit board 10 is included therein. The force using the semiconductor strain gauge 110 includes: A pressure sensor array is disclosed.

Description

반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법{FORCE OR PRESSURE SENSOR ARRAY USING SEMI-CONDUCTOR STRAIN GAUGE, FABRICATION METHOD THEREOF AND MEASUREMENT METHOD THEROF}FORCE OR PRESSURE SENSOR ARRAY USING SEMI-CONDUCTOR STRAIN GAUGE, FABRICATION METHOD THEREOF AND MEASUREMENT METHOD THEROF}

본 발명은 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이에 관한 것이다. 보다 상세하게는 높은 감도의 반도체 스트레인 게이지를 사용하고 유연성 및 안정성을 갖는 고분자 필름층 및 탄성중합체층을 일 구성하는 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a force or pressure sensor array using semiconductor strain gauges. More specifically, a method of manufacturing a force or pressure sensor array, a force or a pressure sensor array using a semiconductor strain gauge using a highly sensitive semiconductor strain gauge, and using a semiconductor film strain gauge comprising a polymer film layer and an elastomer layer having flexibility and stability. Or a force or pressure measurement method using a pressure sensor array.

힘 또는 압력센서 어레이를 제조할 때, 기존에는 Ni/Cr 또는 Cu/Ni 금속층을 이용하여 스트레인 게이지를 구성하였으나 이는 게이지 상수(gauge factor)가 반도체 스트레인 게이지보다 50 ~ 100배 정도로 낮기 때문에 감도가 그만큼 떨어지는 단점이 있다.When manufacturing a force or pressure sensor array, the strain gauge was conventionally constructed using a Ni / Cr or Cu / Ni metal layer, but this sensitivity is as high as the gauge factor is 50 to 100 times lower than that of the semiconductor strain gauge. There is a downside to falling.

반도체 스트레인 게이지는 단결정 또는 다결정 실리콘에 불순물을 주입하여 제조한 것으로 게이지 팩터가 150정도로 상당히 높아 고감도의 센싱이 가능한 장점은 있으나 유연성의 결여와 폴리머 기반 공정과 같이 할 수 없는 기존 제조과정의 문제점으로 인해 유연하고 구부릴 수 있는 힘 또는 압력 감지 어레이에의 응용은 제한적이었다.Semiconductor strain gauges are manufactured by injecting impurities into monocrystalline or polycrystalline silicon, and the gauge factor is about 150, which makes it possible to sense highly sensitively. Applications to flexible and bendable force or pressure sensitive arrays have been limited.

한편, 힘 또는 압력 감응 전도성 고무나 잉크 층을 이용하여 힘 또는 압력 센서 어레이를 만들기도 하였는데 이는 크기가 작은 전도성 금속 분말을 고무 또는 폴리머를 모재로 하여 섞어 만든 혼합재로서 힘 또는 압력을 받으면 모재가 변형되어 그 안에 있는 금속 분말 사이의 간격이 좁아지거나 접촉하여 전류가 통하는 경로가 만들어지며 따라서 저항이 줄어드는 성질을 이용한 것이다. 대면적으로 값싸게 제조할 수 있어서 이미 의료용, 인체공학용 압력분포측정 소재로 널리 사용되고 있으나 모재 안에 흩어져 있는 금속 입자의 전도에 의존하기 때문에 반복성, 재현성이 크게 떨어지므로 정량적인 힘 또는 압력분포의 측정에는 한계가 있어왔다.On the other hand, force or pressure sensitive arrays of force or pressure-sensitive conductive rubber or ink have been used to create a force or pressure sensor array, which is a mixture made of a small conductive metal powder made of rubber or polymer as a base material and the base material deforms when subjected to force or pressure. Therefore, the gap between the metal powders in them is narrowed or contacted to create a path through which current flows, thus reducing the resistance. It can be manufactured inexpensively in large areas and is already widely used as a pressure distribution measuring material for medical and ergonomics. However, since it relies on the conduction of metal particles scattered in the base material, the repeatability and reproducibility are greatly reduced. There has been a limit.

현재 기 발표된 힘 또는 압력 센서 어레이는 정밀 힘 또는 압력 제어가 요구되는 휴머노이드 로봇 핸드 그립용 촉각센서나 의료용 로봇 수술을 위한 촉각센서로 응용하기에는 특성 및 성능이 요구수준에 미치지 못한다. 따라서, 힘 또는 압력 분포를 정량적으로 측정가능하면서도 다양한 곡면에 부착될 수 있도록 유연성과 신축성을 갖고 쉽게 손상되지 않도록 강건한 구조와 화학적 안정성을 가진 새로운 센서 어레이의 필요성이 대두된다.The currently published force or pressure sensor arrays do not meet the required characteristics for applications such as tactile sensors for humanoid robot hand grips that require precise force or pressure control or tactile sensors for medical robotic surgery. Thus, there is a need for a new sensor array with robust structure and chemical stability that is flexible and stretchable to be able to attach to various curved surfaces while being able to measure force or pressure distribution quantitatively.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 높은 감도와 선형성, 반복성, 재현성을 갖는 반도체 스트레인 게이지를 사용하면서도 고분자 재료를 사용하여 유연성, 신축성 및 강건성을 동시에 수반하는 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made by the necessity as described above, and an object of the present invention is to use a semiconductor strain gauge having high sensitivity, linearity, repeatability, and reproducibility, while using a polymer material to simultaneously carry out flexibility, elasticity, and robustness. The present invention provides a method of manufacturing a force or pressure sensor array using a gauge, a force or pressure sensor array, and a method of measuring force or pressure using the force or pressure sensor array.

또한, 본 발명의 목적은 실리콘 기반의 힘 센서의 성능을 추구하면서 동시에 실리콘 기반의 센서가 갖지 못하는 유연성과 신축성을 가지므로 응용 분야로서 인공피부(특히, 정밀한 힘의 측정 및 제어가 필요한 로봇 손가락의 피부), 터치센서, 촉각센서 등에 다양하게 사용 가능한 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이, 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법 및 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법을 제공하는 데 있다.In addition, the object of the present invention is to pursue the performance of the silicon-based force sensor and at the same time has the flexibility and elasticity that the silicon-based sensor does not have the artificial skin (particularly, the finger of the robot finger requiring precise force measurement and control) It is to provide a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge, which can be used in various ways, such as skin, a touch sensor, a tactile sensor, a manufacturing method of a force or pressure sensor array, and a force or pressure measuring method using a force or pressure sensor array. .

상기와 같은 본 발명의 목적은 소정의 어레이 패턴으로 형성되어 힘 또는 압력에 의해 변형되는 반도체 스트레인 게이지(110); 필름면이 상호 대면하여 접하며 접하는 필름면 사이에 반도체 스트레인 게이지(110)를 포함하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130); 및 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 중 어느 하나를 절연층으로 하여 절연층 상하면으로 형성되고 어레이 패턴의 각 단위체(111)에 연결되어 전극을 형성하며 각 단위체(111)의 변형으로 출력되는 변형신호를 외부로 인출하는 한 쌍의 신호선층;으로 구성되는 회로기판(10)을 포함하되, 회로기판(10)이 내부에 포함되도록 회로기판(10)의 양면에 형성되는 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이를 제공함으로써 달성될 수 있다.An object of the present invention as described above is a semiconductor strain gauge 110 is formed in a predetermined array pattern is deformed by force or pressure; A pair of polymer film layers 120 and 130 including a semiconductor strain gauge 110 between the film surfaces in contact with and in contact with each other; And a pair of polymer film layers 120 and 130 formed as an insulating layer and formed on upper and lower surfaces of the insulating layer and connected to each unit 111 in an array pattern to form an electrode, and outputted by deformation of each unit 111. A pair of signal lines including a pair of signal line layers for drawing out the transformed signal to the outside; a pair of elastic members formed on both sides of the circuit board 10 to include the circuit board 10 therein; It can be achieved by providing a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge, characterized in that it further comprises a polymer layer (20, 30).

또한, 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)은 한 쌍의 폴리이미드 박막층인 것이 바람직하다.In addition, the pair of polymer film layers 120 and 130 are preferably a pair of polyimide thin film layers.

반도체 스트레인 게이지(110)는 힘 또는 압력에 기초하여 저항변화가 있는 것이 바람직하다.The semiconductor strain gauge 110 preferably has a resistance change based on force or pressure.

그리고, 변형신호는 저항변화에 기초하여 출력되는 것이 바람직하다.The strain signal is preferably output based on the resistance change.

각 단위체(111)는 막대 형상이며, 어레이 패턴은 막대 형상의 길이 방향을 동일하게 갖는 패턴인 것이 바람직하다.Each unit 111 is rod-shaped, it is preferable that the array pattern is a pattern having the rod-shaped longitudinal direction the same.

회로기판(10)은 2개이며 각 회로기판(10)에 대응되는 각 단위체(111)가 교차 되도록 겹쳐져 2개의 회로기판(10)이 하나로 접착된 것이 바람직하다.There are two circuit boards 10, and each unit 111 corresponding to each circuit board 10 is overlapped so that two circuit boards 10 are bonded together.

어레이 패턴은 길이 방향 및 길이 방향에 수직인 방향으로 배열되는 각 단위체(111)의 인접 간격을 균일하게 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the array pattern has uniformly spaced intervals between the units 111 arranged in the longitudinal direction and in a direction perpendicular to the longitudinal direction.

한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 어느 하나의 탄성중합체층(20, 30) 표면으로 균일하게 다수의 돌기(31)가 형성되어 있으며, 어레이 패턴은 각 돌기(31)가 표면과 이루는 경계선 하부에서 사방을 향하도록 나열된 패턴인 것이 바람직하다.The pair of elastomer layers 20 and 30 has a plurality of protrusions 31 uniformly formed on the surface of any one of the elastomer layers 20 and 30, and the array pattern is formed by each protrusion 31 on the surface. It is preferable that the pattern is arranged to face in all directions below the boundary line.

한 쌍의 신호선층은 절연층 하면에 일 방향으로 배열되는 다수의 제 1신호선(140)과 절연층 상면에 일 방향에 수직으로 배열되는 다수의 제 2신호선(150)으로 구성된 것이 바람직하다.The pair of signal line layers is preferably composed of a plurality of first signal lines 140 arranged in one direction on the lower surface of the insulating layer and a plurality of second signal lines 150 arranged perpendicularly in one direction on the upper surface of the insulating layer.

한 쌍의 신호선층은 금속 증착에 의해 형성된 것이 바람직하다.Preferably, the pair of signal line layers is formed by metal deposition.

한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 한 쌍의 폴리-디메틸실록세인층인 것이 바람직하다.It is preferable that the pair of elastomer layers 20 and 30 be a pair of poly-dimethylsiloxane layers.

한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 각 탄성중합체층(20, 30)의 두께가 상호 동일한 것이 바람직하다.It is preferable that the pair of elastomer layers 20 and 30 have the same thickness of each elastomer layer 20 and 30.

한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 소정의 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조되는 게이지 제조단계(S1100); 제조된 반도체 스트레인 게이지(110)가 폴리-디메틸실록세인 매개체(50)를 이용하여, 캐리어 웨이퍼(60)에 희생층(62)을 사이에 두고 적층되어 있는 제 1고분자 필름층(120)으로 전사되는 전사단계(S1200); 다수의 제 1신호선(140)이 어레이 패턴의 각 단위체(111) 일단과 연결되어 제 1전극이 형성되는 제 1신호선(140) 형성단계(S1300); 제 2고분자 필름층(130)이 다수의 제 1신호선(140) 상부로 적층되어 절연층이 형성되는 절연층 형성단계(S1400); 다수의 제 2신호선(150)이 제 2고분자 필름층(130)에서 각 단위체(111)의 타단과 연결되어 제 2전극이 형성되는 제 2신호선(150) 형성단계(S1500); 제 1, 2고분자 필름층, 반도체 스트레인 게이지(110) 및 다수의 제 1, 2신호선으로 구성된 회로기판(10)이 소정의 용해제에 의한 희생층(62)의 용해로 분리되는 기판 분리단계(S1600); 및 회로기판(10)이 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30) 사이에 삽입되어 접착되는 기판 접착단계(S1700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법을 제공하는 데 있다.On the other hand, an object of the present invention as another category, a gauge manufacturing step (S1100) in which a semiconductor strain gauge 110 having a predetermined array pattern on a silicon wafer 40 is manufactured; The manufactured semiconductor strain gauge 110 is transferred to the first polymer film layer 120 stacked using the poly-dimethylsiloxane medium 50 with the sacrificial layer 62 interposed between the carrier wafers 60. The transfer step (S1200); Forming a first signal line 140 in which a plurality of first signal lines 140 are connected to one end of each unit 111 in an array pattern to form a first electrode (S1300); An insulating layer forming step of forming an insulating layer by stacking the second polymer film layer 130 on the plurality of first signal lines 140 (S1400); Forming a second signal line 150 in which a plurality of second signal lines 150 are connected to the other end of each unit 111 in the second polymer film layer 130 to form a second electrode (S1500); A substrate separation step (S1600) in which the circuit board 10 including the first and second polymer film layers, the semiconductor strain gauge 110, and the plurality of first and second signal lines is separated by dissolution of the sacrificial layer 62 by a predetermined solvent. ; And a substrate bonding step (S1700) in which the circuit board 10 is inserted and adhered between the pair of elastomer layers 20 and 30, thereby providing a method of manufacturing a force or pressure sensor array. have.

게이지 제조단계(S1100)는, 실리콘 웨이퍼(40)에 석판인쇄공정(S1110), 이온주입공정(S1120) 및 식각공정(S1130)이 순차적으로 수행되어 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조되는 단계인 것이 바람직하다.Gauge manufacturing step (S1100), the lithography process (S1110), ion implantation process (S1120) and etching process (S1130) is sequentially performed on the silicon wafer 40 is a step that the semiconductor strain gauge 110 is manufactured. desirable.

게이지 제조단계(S1100)에서, 반도체 스트레인 게이지(110)는 두께가 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛ 가 되도록 제조되는 것이 바람직하다.In the gauge manufacturing step (S1100), the semiconductor strain gauge 110 is preferably manufactured to have a thickness of 0.1 μm to 100 μm.

반도체 스트레인 게이지(110) 전사단계(S1200)에서, 희생층(62)은 폴리메틸 메타크릴레이트이며, 제 1고분자 필름층(120)은 폴리이미드 박막층인 것이 바람직하다.In the semiconductor strain gauge 110 transfer step (S1200), the sacrificial layer 62 is polymethyl methacrylate, and the first polymer film layer 120 is preferably a polyimide thin film layer.

제 1, 2신호선 형성단계(S1300, S1500)는, 다수의 제 1, 2신호선이 금속 증착으로 형성되는 단계인 것이 바람직하다.In the first and second signal line forming steps S1300 and S1500, the first and second signal lines may be formed by metal deposition.

절연층 형성단계(S1400)에서, 제 2고분자 필름층(130)은 폴리이미드 박막층인 것이 바람직하다.In the insulating layer forming step (S1400), the second polymer film layer 130 is preferably a polyimide thin film layer.

제 1, 2신호선 형성단계(S1300, S1500)는, 다수의 제 1신호선(140)이 일 방향으로 평행하게 나열되며, 다수의 제 2신호선(150)이 일 방향에 수직으로 나열되도록 형성되는 단계인 것이 바람직하다.In the first and second signal line forming steps (S1300 and S1500), the plurality of first signal lines 140 are arranged in parallel in one direction, and the plurality of second signal lines 150 are formed in a direction perpendicular to one direction. Is preferably.

한편, 본 발명의 목적은 필름면이 대면하여 접하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)의 외측 양면에 각각 폴리-디메틸실록세인층이 접착되어 폴리-디메틸실록세인층 중 적어도 하나가 외부로부터 힘 또는 압력을 받는 단계(S2100); 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 사이에 소정의 어레이 패턴을 가지는 반도체 스트레인 게이지(110)가 위치하여 힘 또는 압력을 전달받아 저항이 변화되는 단계(S2200); 제어부가 변화된 저항에 기초하여 출력되는 소정 신호를 어레이 패턴의 각 단위체(111)와 연결된 다수의 제 1, 2신호선을 통해 수신하는 단계(S2300); 제어부가 신호에 기초하여 측정 저항값 또는 측정 전압값을 연산하는 단계(S2400); 및 제어부가 측정 저항값 또는 측정 전압값에 기초하여 힘 또는 압력의 세기를 출력하는 단계(S2500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, an object of the present invention is that the poly-dimethyl siloxane layer is adhered to the outer both sides of the pair of polymer film layer (120, 130) in contact with the film surface, so that at least one of the poly-dimethyl siloxane layer from the outside Receiving a force or pressure (S2100); A step in which a semiconductor strain gauge 110 having a predetermined array pattern is positioned between the pair of polymer film layers 120 and 130 to receive a force or pressure to change resistance (S2200); Receiving, by the controller, a predetermined signal output based on the changed resistance through a plurality of first and second signal lines connected to each unit 111 of the array pattern (S2300); Calculating, by the controller, the measured resistance value or the measured voltage value based on the signal (S2400); And a control unit outputting the strength of the force or the pressure based on the measured resistance value or the measured voltage value (S2500) to be achieved by providing a force or pressure measurement method using a force or pressure sensor array. Can be.

제어부의 연산단계(S2400)와 제어부의 출력단계(S2500) 사이에는, 제어부가 각 단위체(111)에 대응하여 버퍼 메모리에 저장해둔 초기 저항값 또는 초기 전압값을 읽어들이는 단계(S2450)를 더 포함하는 것이 바람직하다.Between the operation step S2400 of the control unit and the output step S2500 of the control unit, the control unit reads an initial resistance value or an initial voltage value stored in the buffer memory corresponding to each unit 111 (S2450). It is preferable to include.

제어부의 출력단계(S2500)는, 제어부가 측정 저항값과 초기 저항값을 비교하거나 측정 전압값과 초기 전압값을 비교하여 힘 또는 압력의 세기를 출력하는 단계인 것이 바람직하다.The output step (S2500) of the control unit, it is preferable that the control unit outputs the strength of the force or pressure by comparing the measured resistance value and the initial resistance value or by comparing the measured voltage value and the initial voltage value.

상기와 같은 일실시예에 의하면, 첫째, 본 발명은 센서 구조가 간단하고 강건하다. 즉, 일반적으로 변형률 확대를 위해 넓은 박막(mambrane) 구조를 센서의 감지부로 채택하게 되는데 여기서는 연성의 폴리머 기판 자체가 그 역할을 대신하므로 물리적으로 강건하다. 또한 폴리머는 대체로 화학적 불활성 재질이므로 본 발명의 센서구조는 화학적으로 안정적이다.According to one embodiment as described above, first, the present invention is simple and robust sensor structure. That is, in general, a wide mambrane structure is adopted as a sensing unit of a sensor to increase the strain, in which a flexible polymer substrate itself takes its role and thus is physically robust. In addition, since the polymer is generally a chemically inert material, the sensor structure of the present invention is chemically stable.

둘째, 반도체 스트레인 게이지는 실리콘에 보론(Boron, B)과 같은 불순물을 주입하여 압저항을 형성하여 제조되기 때문에 신호의 감도가 월등히 우수하다. 또한 힘 감응저항(Force Sensitive Resistor)을 이용하는 방식에 비해 반복도, 재현성이 우수한 장점이 있다.Second, since the semiconductor strain gauge is manufactured by injecting impurities such as boron (B) into silicon to form a piezoresistor, the signal sensitivity is excellent. In addition, the repeatability and reproducibility are superior to the method using force sensitive resistors.

셋째, 본 발명의 힘 센서 어레이는 유연성과 신축성을 동시에 가질 수 있다. 기판자체가 폴리머 계통의 재질로 구부릴 수 있고 늘어날 수 있으며 반도체 스트레인 게이지의 재료인 실리콘은 잘 부러지고 딱딱하지만 이의 두께를 매우 얇게 제조하면 기계적인 유연성을 확보할 수 있어 유연성과 신축성을 동시에 가질 수 있다.Third, the force sensor array of the present invention can have both flexibility and flexibility. The substrate itself can be bent and stretched with a polymer-based material, and silicon, which is a material of semiconductor strain gauges, is well broken and hard, but if its thickness is made very thin, mechanical flexibility can be secured, thereby providing flexibility and elasticity. .

도 1a는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 일 실시예를 나타낸 사시도,
도 1b는 도 1a에 도시된 힘 또는 압력 센서 어레이를 층 구성으로 분해한 분해사시도,
도 2는 도 1a의 A-A 방향의 단면을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법의 일 실시예를 순차적으로 나타낸 순서도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 일 구성중 반도체 스트레인 게이지의 제조과정을 순차적으로 나타낸 공정단면도,
도 5는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 반도체 스트레인 게이지를 전사하는 상태를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 캐리어 웨이퍼 층에 반도체 스트레인 게이지가 전사된 상태를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 다수의 신호선이 배열된 상태를 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명인 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 9는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제 1변형예로서 막대 형태의 단위체가 십자형태로 나열된 어레이 패턴을 간략하게 나타낸 평면도,
도 10은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제 2변형예로서 어레이 패턴 상부에 돌기 구조를 형성한 상태를 나타낸 평면도,
도 11은 도 10의 B-B 방향의 단면을 나타낸 단면도이다.
1A is a perspective view of one embodiment of a force or pressure sensor array using the present invention strain gauge;
FIG. 1B is an exploded perspective view in which the force or pressure sensor array shown in FIG. 1A is decomposed into a layer configuration; FIG.
2 is a cross-sectional view showing a cross section in the AA direction of FIG. 1A;
3 is a flowchart sequentially showing an embodiment of a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the present invention strain gauge;
4A through 4D are cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing a semiconductor strain gauge in one configuration of a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge according to the present invention;
5 is a perspective view showing a state of transferring the semiconductor strain gauge in the manufacturing method of the force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge of the present invention,
6 is a perspective view showing a state in which a semiconductor strain gauge is transferred to a carrier wafer layer in a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge according to the present invention;
7 is a perspective view illustrating a state in which a plurality of signal lines are arranged in a method of manufacturing a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge according to the present invention;
8 is a flowchart sequentially showing a force or pressure measuring method using the present inventors force or pressure sensor array,
9 is a plan view briefly showing an array pattern in which rod-shaped units are cross-shaped as a first modification of the force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge according to the present invention;
10 is a plan view showing a state in which a protrusion structure is formed on the array pattern as a second modification of the force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge of the present invention;
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along the BB direction in FIG. 10.

<< 실시예Example >>

<힘 또는 압력 센서 어레이>Force or pressure sensor array

도 1a는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 일 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 힘 또는 압력 센서 어레이를 층 구성으로 분해한 분해사시도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 회로기판(10)과 그 양면으로 접착되는 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)으로 구성된다. 여기서, 회로기판(10)은 고분자 필름층과 그 내부에 다수의 단위체(111)가 특정 어레이 패턴으로 나열되어 있는 반도체 스트레인 게이지(semicondutor strain guage)가 위치하며, 전극을 형성하는 다수의 제 1, 2신호선(140, 150)이 형성되어 있다. Figure 1a is a perspective view showing an embodiment of a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 of the present invention, Figure 1b is an exploded perspective view of the force or pressure sensor array shown in Figure 1a exploded in a layer configuration. As shown in FIGS. 1A and 1B, one embodiment of the present invention consists of a circuit board 10 and a pair of elastomer layers 20 and 30 bonded to both sides thereof. Here, the circuit board 10 includes a polymer film layer and a semiconductor strain gauge (semicondutor strain guage) in which a plurality of units 111 are arranged in a specific array pattern, and a plurality of first, Two signal lines 140 and 150 are formed.

다수 단위체(111)의 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지는 변형에 따라 저항이 변화됨을 기초로 힘 또는 압력을 높은 게이지 팩터(gauge factor)의 우수한 감도로 센싱하는 역할을 한다. 그리고, 전체 층 구조에서 가운데 중립축(Neutral Axis)에 위치하여 전체 센서 어레이가 휘어져도 변형률이 0이다.A semiconductor strain gauge having an array pattern of a plurality of units 111 serves to sense a force or pressure with excellent sensitivity of a high gauge factor based on a change in resistance according to deformation. In addition, even if the entire sensor array is bent at the neutral axis in the entire layer structure, the strain is zero.

반도체 스트레인 게이지를 이루는 각 단위체(111)는 복수로 구비되어 어레이 패턴을 갖도록 제조되며, 각 단위체(111)는 막대 형상 또는 바 형상(bar-shaped)으로 동일한 형상을 갖는다. 어레이 패턴은 막대 형상의 길이 방향이 모두 동일하게 나열되도록 하여 대면적에 의한 힘 또는 압력 센싱이 균일하게 이루어질 수 있도록 하며 각 단위체(111)는 신축성을 제공하기 위해 도면과 달리 그 형상이 웨이브 형태로 제조될 수도 있다.Each unit 111 constituting the semiconductor strain gauge is provided in plural and manufactured to have an array pattern, and each unit 111 has a bar shape or a bar shape. The array pattern is arranged so that the lengths of the rod shapes are all the same, so that the force or pressure sensing by the large area can be made uniform. Each unit 111 has a wave shape unlike the drawing to provide elasticity. It may also be prepared.

각 단위체(111)는 실리콘 웨이퍼에 기초하여 제조되어지는 것이므로 휨성을 부여하기 위해 100 ㎛ 이하의 두께로 제조된다. 제조공정에 대해서는 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술한다.Since each unit 111 is manufactured on the basis of a silicon wafer, it is manufactured to a thickness of 100 μm or less in order to provide warpage. The manufacturing process will be described later with reference to FIGS. 4A to 4D.

다수의 단위체(111)가 어레이 패턴으로 나열되는 반도체 스트레인 게이지는 폴리이미드(PI, Polyimid)와 같은 고분자 필름층에 형성되어 있다. 고분자 필름층은 전극간 절연층으로도 사용되므로 적어도 2층 이상의 얇은 박막으로 회로기판(10)이 완성되는 것이 바람직하다. 이러한 고분자 필름층에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.A semiconductor strain gauge in which a plurality of units 111 are arranged in an array pattern is formed in a polymer film layer such as polyimide (PI). Since the polymer film layer is also used as an inter-electrode insulating layer, it is preferable that the circuit board 10 be completed with at least two thin films. Such a polymer film layer will be described later with reference to FIG. 2.

한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 본 발명에 있어 힘(F)을 최초로 감지하는 감지부의 역할과 보호막의 역할을 한다. 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 힘 또는 압력 감지의 균일성을 보장하기 위해 양면을 동일한 두께(약 0.5 ~ 10 mm)로 제조한다. The pair of elastomer layers 20 and 30 serve as a sensing part and a protective film for initially detecting the force F in the present invention. The pair of elastomer layers 20, 30 are made of the same thickness (about 0.5-10 mm) on both sides to ensure uniformity of force or pressure sensing.

그리고, 탄성중합체층(20, 30)(또는 폴리머층)은 유연성과 신축성을 제공하기 위해 사용되는 것으로서, 본실시예에서는 폴리-디메틸실록세인(PDMS, Poly-Dimethylsiloxane)층으로 형성하였다.In addition, the elastomer layers 20 and 30 (or the polymer layer) are used to provide flexibility and elasticity. In this embodiment, the elastomer layers 20 and 30 (or the polymer layer) are formed of a poly-dimethylsiloxane (PDMS) layer.

본 발명의 일 실시예는 도 1a에 도시된 바와 같이, 상부 탄성중합체층(30)으로 외부의 힘(F)이 작용하게 되면 반도체 스트레인 게이지의 해당 부위의 단위체(111)가 변형되고 이러한 변형에 기초하여 저항변화가 있으면, 다수의 제 1, 2신호선(140, 150)을 통해 소정 신호가 출력되어 본 발명 센서에 가해지는 힘 또는 압력이 측정된다.As shown in FIG. 1A, when the external force F acts on the upper elastomer layer 30, the unit 111 of the corresponding portion of the semiconductor strain gauge is deformed, If there is a resistance change on the basis, a predetermined signal is output through the plurality of first and second signal lines 140 and 150 to measure the force or pressure applied to the sensor of the present invention.

도 2는 도 1a의 A-A 방향 단면을 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회로기판(10)은 제 1고분자 필름층(120) 상에 반도체 스트레인 게이지(110)가 나열되어 있고, 각 단위체(111) 일단에 대응하여 제 1신호선(140)이 연결되며, 각 단위체(111) 타단에 대응하여 제 2신호선(150)이 연결되어 있다. 그리고, 회로기판(10)의 상하면으로 탄성중합체층(20, 30)이 접착되어 있다. 탄성중합체층(20, 30)에 대해서는 도 1의 설명부분에서 상술하였으므로, 여기서는 회로기판(10)의 구성에 대해 중점적으로 설명한다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the A-A direction cross section of FIG. 1A. FIG. As shown in FIG. 2, in the circuit board 10 of the present invention, the semiconductor strain gauge 110 is arranged on the first polymer film layer 120, and the first signal line corresponds to one end of each unit 111. 140 is connected, and the second signal line 150 is connected to correspond to the other end of each unit 111. The elastomer layers 20 and 30 are bonded to the upper and lower surfaces of the circuit board 10. Since the elastomer layers 20 and 30 have been described above in the description of FIG. 1, the configuration of the circuit board 10 will be described here.

반도체 스트레인 게이지(110)는 다양한 어레이 패턴으로 제조 가능하지만, 두께는 휨성을 부여하기 위해 100 ㎛ 이하이어야 함은 상술한 바와 같으며, 전극형성을 위한 다수의 제 1, 2신호선(140, 150)의 경우 Au/Ti와 같은 금속을 사용하되 패터닝 공정과 금속증착(metal evaporation)으로 형성될 수 있다.The semiconductor strain gauge 110 may be manufactured in various array patterns, but the thickness of the semiconductor strain gauge 110 should be 100 μm or less in order to impart warpage, and the plurality of first and second signal lines 140 and 150 for electrode formation are described above. In the case of using a metal such as Au / Ti can be formed by a patterning process and metal evaporation (metal evaporation).

다만, 제 1신호선(140)과 제 2신호선(150)은 상호 절연되어야 하므로 제 1신호선(140)과 제 2신호선(150) 사이에는 절연층으로 제 2고분자 필름층(130)이 더 형성되어 있고 홀을 통해 반도체 스트레인 게이지(110)와 제 2신호선(150)이 연결될 수 있다.However, since the first signal line 140 and the second signal line 150 must be insulated from each other, a second polymer film layer 130 is further formed between the first signal line 140 and the second signal line 150 as an insulating layer. The semiconductor strain gauge 110 and the second signal line 150 may be connected through the hole.

본 실시예와 같은 회로기판(10)의 경우 제 2고분자필름층(130) 상으로 다수의 제 2신호선(150)이 노출될 수도 있지만, 다수의 제 2신호선(150) 상으로 다시 고분자 필름층(미도시)을 더 형성하여 회로기판(10)은 양면으로 고분자 필름층이 감싸는 구조로도 형성될 수 있다.In the case of the circuit board 10 as in the present embodiment, the plurality of second signal lines 150 may be exposed on the second polymer film layer 130, but the polymer film layer is again on the plurality of second signal lines 150. By further forming (not shown), the circuit board 10 may be formed in a structure in which the polymer film layer is wrapped on both sides.

한편, 제 1, 2고분자 필름층(120, 130)은 회로 및 도선을 구성하기 위해 필요한 구성임과 동시에 반도체 스트레인 게이지(110)가 막에 안착되도록 하는 역할도 수행한다. 이러한 제 1, 2고분자 필름층(120, 130)은 각각이 0.5 ~ 5 ㎛ 두께를 갖는 폴리이미드(PI, Polyimid) 박막층으로 형성될 수 있다.
Meanwhile, the first and second polymer film layers 120 and 130 are required to configure circuits and wires, and also serve to allow the semiconductor strain gauge 110 to be deposited on the film. The first and second polymer film layers 120 and 130 may each be formed of a polyimide (PI) thin film layer having a thickness of 0.5 to 5 μm.

<힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법><Method of manufacturing force or pressure sensor array>

도 3은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법의 일실시예를 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 3을 참조하면, 우선 실리콘 웨이퍼(40) 상에서 소정의 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조된다(S1100).3 is a flowchart sequentially showing an embodiment of a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 of the present invention. Referring to FIG. 3, first, a semiconductor strain gauge 110 having a predetermined array pattern is manufactured on a silicon wafer 40 (S1100).

제조되는 반도체 스트레인 게이지(110)는 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼 또는 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 어레이 패턴의 각 단위체(111) 두께가 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛ 가 되도록 제조되며, 특히 SOI 웨이퍼를 이용하는 경우 에칭막이 삽입되어 있으므로 반도체 스트레인 게이지(110)의 두께 조절이 용이할 수 있다.The semiconductor strain gauge 110 is manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) wafer or a single crystal silicon wafer so that the thickness of each unit 111 of the array pattern is 0.1 μm to 100 μm, and in particular, an SOI wafer is used. In this case, since the etching film is inserted, the thickness of the semiconductor strain gauge 110 may be easily adjusted.

다음, 제조된 반도체 스트레인 게이지(110)가 폴리-디메틸실록세인 매개체(50)를 이용하여, 캐리어 웨이퍼(60)에 희생층(62)을 사이에 두고 적층되어 있는 제 1고분자 필름층(120)으로 전사된다(S1200).Next, the first semiconductor film layer 120 in which the manufactured semiconductor strain gauge 110 is laminated with the sacrificial layer 62 on the carrier wafer 60 by using the poly-dimethylsiloxane medium 50. It is transferred to (S1200).

특히, 반도체 스트레인 게이지(110) 전사단계(S1200)에서, 희생층(62)은 폴리메틸 메타크릴레이트, 즉, PMMA(Poly Methyl Methacrylate, 아크릴수지)이며, 제 1고분자 필름층(120)은 폴리이미드 박막층을 이용하여 전사단계(S1200) 공정이 수행된다.In particular, in the semiconductor strain gauge 110 transfer step (S1200), the sacrificial layer 62 is polymethyl methacrylate, that is, polymethyl methacrylate (PMMA), and the first polymer film layer 120 is poly The transfer step (S1200) process is performed using the mid thin film layer.

다음, 다수의 제 1신호선(140)이 어레이 패턴의 각 단위체(111) 일단과 연결되어 제 1전극이 형성된다(S1300). 여기서, 다수의 제 1, 2신호선은 금속 증착으로 형성되며, 다수의 제 1신호선(140)이 일 방향으로 평행하게 나열되게 형성한다.Next, a plurality of first signal lines 140 are connected to one end of each unit 111 of the array pattern to form a first electrode (S1300). Here, the plurality of first and second signal lines are formed by metal deposition, and the plurality of first signal lines 140 are formed to be arranged in parallel in one direction.

다음, 제 2고분자 필름층(130)이 다수의 제 1신호선(140) 상부로 적층되어 절연층이 형성된다(S1400). 특히, 절연층 형성단계(S1400)에서, 제 2고분자 필름층(130)은 제 1고분자 필름층(120)과 마찬가지로 폴리이미드 박막층이 사용된다.Next, the second polymer film layer 130 is stacked on the plurality of first signal lines 140 to form an insulating layer (S1400). In particular, in the insulating layer forming step (S1400), the polyimide thin film layer is used as the second polymer film layer 130 as in the first polymer film layer 120.

다음, 다수의 제 2신호선(150)이 제 2고분자 필름층(130)에서 각 단위체(111)의 타단과 연결되어 제 2전극이 형성된다(S1500). 또한, 다수의 제 2신호선(150)도 금속증착으로 형성되며, 다수의 제 1신호선(140)의 나열 방향에 수직으로 나열되도록 다수의 제 2신호선(150)이 형성된다. Next, a plurality of second signal lines 150 are connected to the other end of each unit 111 in the second polymer film layer 130 to form a second electrode (S1500). In addition, the plurality of second signal lines 150 may also be formed by metal deposition, and the plurality of second signal lines 150 may be formed to be perpendicular to the direction in which the plurality of first signal lines 140 are arranged.

다음, 제 1, 2고분자 필름층, 반도체 스트레인 게이지(110) 및 다수의 제 1, 2신호선으로 구성된 회로기판(10)이 소정의 용해제에 의한 희생층(62)의 용해로 분리된다(S1600).Next, the circuit board 10 including the first and second polymer film layers, the semiconductor strain gauge 110, and the plurality of first and second signal lines is separated by dissolution of the sacrificial layer 62 by a predetermined solvent (S1600).

마지막으로, 회로기판(10)이 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30) 사이에 삽입되어 접착됨으로써(S1700) 본 발명인 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법이 수행된다.Finally, the circuit board 10 is inserted into and bonded between the pair of elastomer layers 20 and 30 (S1700) to perform the method of manufacturing a force or pressure sensor array of the present invention.

한편, 게이지 제조단계(S1100)는, 실리콘 웨이퍼(40)에 석판인쇄공정(S1110), 이온주입공정(S1120) 및 식각공정(S1130)이 순차적으로 수행됨으로써 의도하는 어레이 패턴의 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조될 수 있다. 이러한 공정(S1110, S1120, S1130)은 반도체 스트레인 게이지 제조에 있어 자명한 공정이므로 설명은 생략한다.
On the other hand, the gauge manufacturing step (S1100), the lithography printing process (S1110), ion implantation process (S1120) and etching process (S1130) is sequentially performed on the silicon wafer 40 semiconductor strain gauge 110 of the intended array pattern ) Can be prepared. Since these processes (S1110, S1120, S1130) is a obvious process for manufacturing a semiconductor strain gauge, description thereof will be omitted.

상술한 바와 같은 일반적인 반도체 스트레인 게이지(110) 제조공정(S1110, S1120, S1130) 이외에도 여러 제조공정이 있을 수 있으나, 저비용의 공정으로서 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용한 마이크로 구조체 추출방법[참고문헌: A.J. Baca, et al., Adv. Func. Mater., 17, 3051 (2007)]을 이용하여 반도체 스트레인 게이지(110)를 제조하는 공정(도 4a 내지 도 4d)이 이용될 수도 있다.There may be various manufacturing processes in addition to the general semiconductor strain gauge 110 manufacturing process (S1110, S1120, S1130) as described above, but the microstructure extraction method using a single crystal silicon wafer as a low cost process [Reference: A.J. Baca, et al., Adv. Func. Mater., 17, 3051 (2007) may be used to fabricate the semiconductor strain gauge 110 (FIGS. 4A-4D).

도 4a 내지 도 4d는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 일 구성중 반도체 스트레인 게이지(110)의 제조과정을 순차적으로 나타낸 공정단면도이다.4A to 4D are process cross-sectional views sequentially illustrating a process of manufacturing the semiconductor strain gauge 110 during the construction of a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 according to the present invention.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제조될 반도체 스트레인 게이지(110)를 고려하여 단결정 실리콘(112)에 소정의 패턴으로 감광액(113, Photo Resister)을 도포한다. 이후, 금속증착(metal evaporation)을 통해 해당부위를 제거하고 RIE(Reactive Ion Etching)를 통해 트렌치(114, trench)를 형성한 상태에서 KOH에 의한 측벽정제(sidewall Refining)과정을 거치면 도 4d와 같은 단결정 실리콘이 완성된다.As shown in FIG. 4A, the photoresist 113 is applied to the single crystal silicon 112 in a predetermined pattern in consideration of the semiconductor strain gauge 110 to be manufactured. Subsequently, the corresponding region is removed through metal evaporation and a trench 114 is formed through reactive ion etching (RIE) to undergo sidewall refining by KOH, as shown in FIG. 4D. Monocrystalline silicon is completed.

이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제 1보호막(115) 및 제 2보호막(116)을 순차적으로 형성하되 제 1보호막(115)은 Si3N4/SiO2를 사용하고 제 2보호막(116)은 Au/Ti를 사용한다. 다음, CF4 plasma를 이용한 RIE 과정과 KOH 에칭과정을 통해 제 1, 2보호막(115, 116)이 부분적으로 제거되고 마지막으로 완전히 제 1, 2보호막(115, 116)을 제거하면, 도 4d에 도시된 바와 같은 리본 형태(Si Ribbon)의 단위체(111)가 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지(110)가 완성된다.
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the first passivation layer 115 and the second passivation layer 116 are sequentially formed, but the first passivation layer 115 uses Si 3 N 4 / SiO 2 and the second passivation layer 116. ) Uses Au / Ti. Next, when the first and second passivation layers 115 and 116 are partially removed through the RIE process and the KOH etching process using CF4 plasma, and finally the first and second passivation layers 115 and 116 are completely removed, as shown in FIG. 4D. As described above, the semiconductor strain gauge 110 having the ribbon-shaped unit 111 having an array pattern is completed.

도 5는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 반도체 스트레인 게이지(110)를 전사하는 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 폴리-디메틸실록세인 매개체(또는 PDMS 스탬프, 50)를 이용하여 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지(110)를 폴리-디메틸실록세인 매개체(50)의 면적만큼 실리콘 웨이퍼(40)에서 이탈시키게 된다.5 is a perspective view illustrating a state in which the semiconductor strain gauge 110 is transferred in a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 according to the present invention. As shown in FIG. 5, the semiconductor strain gauge 110 having the array pattern using the poly-dimethylsiloxane medium (or PDMS stamp, 50) is formed by the silicon wafer (the area of the poly-dimethylsiloxane medium 50). In 40).

도 6은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 캐리어 웨이퍼(60) 층에 반도체 스트레인 게이지(110)가 전사된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 캐리어 웨이퍼(60)에 희생층(62)을 사이에 두고 적층되어 있는 제 1고분자 필름층(120)으로 반도체 스트레인 게이지(110)가 전사되어 적층된다. 여기서, 제 1고분자 필름층(120)은 폴리이미드 박막층으로 형성된 것이며, 희생층(62)은 폴리메틸 크릴레이트(PMMA, 아크릴수지)가 코팅되어 있다.6 is a perspective view illustrating a state in which a semiconductor strain gauge 110 is transferred to a carrier wafer 60 layer in a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 according to the present invention. As illustrated in FIG. 6, the semiconductor strain gauge 110 is transferred and stacked on the first polymer film layer 120 stacked on the carrier wafer 60 with the sacrificial layer 62 interposed therebetween. Here, the first polymer film layer 120 is formed of a polyimide thin film layer, the sacrificial layer 62 is coated with polymethyl acrylate (PMMA, acrylic resin).

도 7은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제조방법 중 다수의 신호선이 배열된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 금속(Cu/Au 등) 증착을 통해 다수의 제 1, 2신호선(140, 150)을 형성할 수 있는데 , 이때 세부적 도선 패터닝 작업이 이루어질 수 있으며 스핀코팅 등의 공정이 수행될 수 있다. 다수의 제 1, 2신호선(140, 150)은 임의의 X축 전극과 이에 수직하는 Y축 전극이 되도록 형성한다.
FIG. 7 is a perspective view illustrating a state in which a plurality of signal lines are arranged in a method of manufacturing a force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 according to the present invention. As shown in FIG. 7, a plurality of first and second signal lines 140 and 150 may be formed by depositing metal (Cu / Au, etc.), in which detailed wire patterning may be performed and a process such as spin coating may be performed. This can be done. The plurality of first and second signal lines 140 and 150 are formed to be arbitrary X-axis electrodes and Y-axis electrodes perpendicular thereto.

<힘 또는 압력의 측정방법><Measuring force or pressure>

도 8은 본 발명인 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 우선 필름면이 대면하여 접하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)의 외측 양면에 각각 폴리-디메틸실록세인층이 접착되어 폴리-디메틸실록세인층 중 적어도 하나가 외부로부터 힘 또는 압력을 수신한다(S2100).8 is a flow chart sequentially showing a force or pressure measuring method using the present force or pressure sensor array. As shown in FIG. 8, first, a poly-dimethylsiloxane layer is adhered to the outer both sides of a pair of polymer film layers 120 and 130 facing and facing the film surface, so that at least one of the poly-dimethylsiloxane layers Receives a force or pressure from the outside (S2100).

다음, 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 사이에 소정의 어레이 패턴을 가지는 반도체 스트레인 게이지(110)가 위치하여 힘 또는 압력을 전달받아 저항이 변화된다(S2200).Next, a semiconductor strain gauge 110 having a predetermined array pattern is positioned between the pair of polymer film layers 120 and 130 to receive a force or pressure to change resistance (S2200).

다음, 제어부(미도시)가 변화된 저항에 기초하여 출력되는 소정 신호를 어레이 패턴의 각 단위체(111)와 연결된 다수의 제 1, 2신호선을 통해 수신한다(S2300). 여기서, 제어부는 수치연산과 수치비교가 가능한 컴퓨터일 수 있으며 본 발명인 힘 또는 압력 센서 어레이의 신호를 수신할 수 있는 입력포트를 갖추고 있는 것이 바람직하다.Next, the controller (not shown) receives a predetermined signal output based on the changed resistance through a plurality of first and second signal lines connected to each unit 111 of the array pattern (S2300). Here, the control unit may be a computer capable of numerical operation and numerical comparison, it is preferable to have an input port for receiving a signal of the force or pressure sensor array of the present invention.

다음, 제어부가 신호에 기초하여 측정 저항값 또는 측정 전압값을 연산한다(S2400).Next, the controller calculates the measured resistance value or the measured voltage value based on the signal (S2400).

마지막으로 제어부가 측정 저항값 또는 측정 전압값에 기초하여 힘 또는 압력의 세기를 출력함으로써(S2500) 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법이 수행된다.Finally, the control unit outputs the strength of the force or pressure based on the measured resistance value or the measured voltage value (S2500), thereby performing a force or pressure measurement method using the force or pressure sensor array.

여기서, 제어부의 연산단계(S2400)와 제어부의 출력단계(S2500) 사이에는, 제어부가 각 단위체(111)에 대응하여 버퍼 메모리(미도시)에 저장해둔 초기 저항값 또는 초기 전압값을 읽어들이는 단계(S2450)가 더 포함되어 측정값과 초기값을 비교하여 그 비례 정도에 기반하여 힘 또는 압력의 세기를 연산하고 출력하는 것이 바람직하다.
Here, between the operation step S2400 of the control unit and the output step S2500 of the control unit, the control unit reads the initial resistance value or the initial voltage value stored in the buffer memory (not shown) corresponding to each unit 111. Step S2450 may be further included to compare the measured value with the initial value and to calculate and output the strength of the force or the pressure based on the proportionality thereof.

<힘 또는 압력 센서 어레이의 제 <Order of force or pressure sensor array 1변형예1 variant >>

도 9는 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제 1변형예로서 막대 형태의 단위체(111)가 십자형태로 나열된 어레이 패턴을 간략하게 나타낸 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같은 제 1변형예는 일실시예에서 상술하였던 다수의 막대 형태(또는 바 형태)의 단위체(111, 111')가 어레이 패턴으로 나열된 2개의 회로기판(10)을 준비하여 각 회로기판(10)에 대응하는 단위체(111, 111') 상호간에 십자형태가 되도록 겹쳐서 만들 수 있다. 물론 겹쳐 형성된 2개의 회로기판(10) 외측 양면으로 각각 탄성중합체층을 접착하여 본 발명의 힘 또는 압력 센서 어레이가 완성된다.
FIG. 9 is a plan view briefly illustrating an array pattern in which rod-shaped units 111 are arranged in a cross shape as a first modification of the force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 according to the present invention. In the first modified example as shown in FIG. 9, two circuit boards 10 having a plurality of rod-shaped (or bar-shaped) units 111 and 111 ′ described above are arranged in an array pattern. The unit bodies 111 and 111 ′ corresponding to the circuit boards 10 may be overlapped to form a cross shape. Of course, by bonding the elastomer layer to the outer surface of the two overlapping circuit boards 10, the force or pressure sensor array of the present invention is completed.

<힘 또는 압력 센서 어레이의 제 <Order of force or pressure sensor array 2변형예2 variants >>

도 10은 본 발명인 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이의 제 2변형예로서 어레이 패턴 상부에 돌기(31) 구조를 형성한 상태를 나타낸 평면도이며, 도 11은 도 10의 B-B 방향의 단면을 나타낸 단면도이다.FIG. 10 is a plan view illustrating a state in which the protrusion 31 is formed on the array pattern as a second modified example of the force or pressure sensor array using the semiconductor strain gauge 110 of the present invention, and FIG. 11 is a BB direction of FIG. 10. It is sectional drawing which shows the cross section of.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 각 돌기(31)가 탄성중합체(30) 표면과 이루는 경계선 하부에서 사방을 향하도록 나열된 패턴을 어레이 패턴으로 갖는 반도체 스트레인 게이지(110a, 110b, 110c, 110d)가 형성되어 있다. 이러한 돌기(31) 구조는 하중이 집중되도록 함과 동시에 3축 방향의 힘 또는 압력을 측정할 수 있는 구조이다. As shown in FIGS. 10 and 11, semiconductor strain gauges 110a, 110b, 110c, 110d having patterns arranged in an array pattern so that each protrusion 31 faces in all directions below the boundary line formed with the surface of the elastomer 30. ) Is formed. The protrusion 31 is a structure that allows the load to be concentrated and at the same time measure the force or pressure in the three-axis direction.

상술한 제 1, 2변형예도 상술한 제조방법과 동일한 제조방법으로 제조될 수 있으며, 힘 또는 압력의 측정방법도 측정방향을 제외하고는 동일하게 수행된다.
The first and second variants described above may also be manufactured by the same manufacturing method as the above-described manufacturing method, and the measuring method of force or pressure is also performed in the same manner except for the measuring direction.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that the invention may be practiced. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. In addition, the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the detailed description above. Also, it is to be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention.

10: 회로기판
20, 30: 한 쌍의 탄성중합체층
31: 돌기
40: 실리콘 웨이퍼
50: 폴리-디메틸실록세인 매개체
60: 캐리어 웨이퍼
62: 희생층
110: 반도체 스트레인 게이지
111, 111', 111a, 111b, 111c, 111d: 반도체 스트레인 게이지의 단위체
112: 단결정 실리콘
113: 포토 레지스터
114: 트렌치
115: 제 1보호막
116: 제 2보호막
120: 제 1고분자 필름층
130: 제 2고분자 필름층
140: 제 1신호선
150: 제 2신호선
10: circuit board
20, 30: pair of elastomer layers
31: turning
40: silicon wafer
50: poly-dimethylsiloxane mediator
60: carrier wafer
62: sacrificial layer
110: semiconductor strain gauge
111, 111 ', 111a, 111b, 111c, 111d: unit of semiconductor strain gauge
112: single crystal silicon
113: photo register
114: trench
115: first shield
116: second protective shield
120: first polymer film layer
130: second polymer film layer
140: first signal line
150: second signal line

Claims (22)

소정의 어레이 패턴으로 형성되어 힘 또는 압력에 의해 변형되는 반도체 스트레인 게이지(110);
필름면이 상호 대면하여 접하며 상기 접하는 필름면 사이에 상기 반도체 스트레인 게이지(110)를 포함하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130); 및
상기 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 중 어느 하나를 절연층으로 하여 상기 절연층 상하면으로 형성되고 상기 어레이 패턴의 각 단위체(111)에 연결되어 전극을 형성하며 상기 각 단위체(111)의 변형으로 출력되는 변형신호를 외부로 인출하는 한 쌍의 신호선층;으로 구성되는 회로기판(10)을 포함하되,
상기 회로기판(10)이 내부에 포함되도록 상기 회로기판(10)의 양면에 형성되는 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
A semiconductor strain gauge 110 formed in a predetermined array pattern and deformed by force or pressure;
A pair of polymer film layers (120, 130) including the semiconductor strain gauge (110) between the film surfaces facing each other and in contact with the film surfaces; And
One of the pair of polymer film layers 120 and 130 is formed as an insulating layer and is formed on upper and lower surfaces of the insulating layer and is connected to each unit 111 of the array pattern to form an electrode. Including a circuit board (10) consisting of;
The semiconductor strain gauge 110 further comprises a pair of elastomer layers 20 and 30 formed on both sides of the circuit board 10 so that the circuit board 10 is included therein. Force or pressure sensor array.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)은 한 쌍의 폴리이미드 박막층인 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of polymer film layers (120, 130) is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that a pair of polyimide thin film layer.
제 1항에 있어서,
상기 반도체 스트레인 게이지(110)는 상기 힘 또는 상기 압력에 기초하여 저항변화가 있는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The semiconductor strain gauge (110) is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that the resistance change based on the force or the pressure.
제 3항에 있어서,
상기 변형신호는 상기 저항변화에 기초하여 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 3,
The strain signal is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that output based on the resistance change.
제 1항에 있어서,
상기 각 단위체(111)는 막대 형상이며,
상기 어레이 패턴은 상기 막대 형상의 길이 방향을 동일하게 갖는 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
Each unit 111 has a rod shape,
The array pattern is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that the pattern having the same longitudinal direction of the rod shape.
제 5항에 있어서,
상기 회로기판(10)은 2개이며 상기 각 회로기판(10)에 대응되는 각 단위체(111)가 교차 되도록 겹쳐져 상기 2개의 회로기판(10)이 하나로 접착된 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
6. The method of claim 5,
The semiconductor strain gauge 110 is characterized in that the two circuit boards 10 are overlapped so that each unit 111 corresponding to each of the circuit boards 10 crosses each other and the two circuit boards 10 are bonded together. ) Force or pressure sensor array.
제 5항에 있어서,
상기 어레이 패턴은 상기 길이 방향 및 상기 길이 방향에 수직인 방향으로 배열되는 상기 각 단위체(111)의 인접 간격을 균일하게 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
6. The method of claim 5,
The array pattern is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110) characterized in that it has a uniform distance between the longitudinal direction and the adjacent unit of each unit (111) arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 어느 하나의 탄성중합체층(20, 30) 표면으로 균일하게 다수의 돌기(31)가 형성되어 있으며,
상기 어레이 패턴은 상기 각 돌기(31)가 상기 표면과 이루는 경계선 하부에서 사방을 향하도록 나열된 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of elastomer layers 20 and 30 are uniformly formed with a plurality of protrusions 31 on the surface of any one of the elastomer layers 20 and 30,
The array pattern is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that the pattern is arranged so that each of the projections (31) facing all the way below the boundary line forming the surface.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 신호선층은 상기 절연층 하면에 일 방향으로 배열되는 다수의 제 1신호선(140)과 상기 절연층 상면에 상기 일 방향에 수직으로 배열되는 다수의 제 2신호선(150)으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of signal line layers includes a plurality of first signal lines 140 arranged in one direction on a lower surface of the insulating layer and a plurality of second signal lines 150 arranged perpendicularly to the one direction on an upper surface of the insulating layer. A force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge 110.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 신호선층은 금속 증착에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of signal line layers is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that formed by metal deposition.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 한 쌍의 폴리-디메틸실록세인층인 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of elastomer layers (20, 30) is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that a pair of poly-dimethylsiloxane layer.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30)은 각 탄성중합체층(20, 30)의 두께가 상호 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 스트레인 게이지(110)를 이용한 힘 또는 압력 센서 어레이.
The method of claim 1,
The pair of elastomer layers (20, 30) is a force or pressure sensor array using a semiconductor strain gauge (110), characterized in that the thickness of each elastomer layer (20, 30) is the same.
실리콘 웨이퍼(40) 상에서 소정의 어레이 패턴을 갖는 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조되는 게이지 제조단계(S1100);
상기 제조된 반도체 스트레인 게이지(110)가 폴리-디메틸실록세인 매개체(50)를 이용하여, 캐리어 웨이퍼(60)에 희생층(62)을 사이에 두고 적층되어 있는 제 1고분자 필름층(120)으로 전사되는 전사단계(S1200);
다수의 제 1신호선(140)이 상기 어레이 패턴의 각 단위체(111) 일단과 연결되어 제 1전극이 형성되는 제 1신호선(140) 형성단계(S1300);
제 2고분자 필름층(130)이 상기 다수의 제 1신호선(140) 상부로 적층되어 절연층이 형성되는 절연층 형성단계(S1400);
다수의 제 2신호선(150)이 상기 제 2고분자 필름층(130)에서 상기 각 단위체(111)의 타단과 연결되어 제 2전극이 형성되는 제 2신호선(150) 형성단계(S1500);
상기 제 1, 2고분자 필름층, 상기 반도체 스트레인 게이지(110) 및 상기 다수의 제 1, 2신호선으로 구성된 회로기판(10)이 소정의 용해제에 의한 상기 희생층(62)의 용해로 분리되는 기판 분리단계(S1600); 및
상기 회로기판(10)이 한 쌍의 탄성중합체층(20, 30) 사이에 삽입되어 접착되는 기판 접착단계(S1700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
A gauge manufacturing step (S1100) in which a semiconductor strain gauge 110 having a predetermined array pattern is manufactured on the silicon wafer 40;
The prepared semiconductor strain gauge 110 is a first polymer film layer 120 laminated with a sacrificial layer 62 on a carrier wafer 60 by using a poly-dimethylsiloxane medium 50. A transfer step (S1200) to be transferred;
Forming a first signal line 140 in which a plurality of first signal lines 140 are connected to one end of each unit 111 of the array pattern to form a first electrode (S1300);
An insulating layer forming step (S1400) in which an insulating layer is formed by stacking a second polymer film layer 130 on the plurality of first signal lines 140;
Forming a second signal line 150 in which a plurality of second signal lines 150 are connected to the other end of each unit 111 in the second polymer film layer 130 to form a second electrode (S1500);
Separating substrate wherein the circuit board 10 composed of the first and second polymer film layers, the semiconductor strain gauge 110 and the plurality of first and second signal lines is separated by dissolution of the sacrificial layer 62 by a predetermined solvent. Step S1600; And
And a substrate bonding step (S1700) in which the circuit board (10) is inserted and bonded between a pair of elastomer layers (20, 30). 2.
제 13항에 있어서,
상기 게이지 제조단계(S1100)는,
상기 실리콘 웨이퍼(40)에 석판인쇄공정(S1110), 이온주입공정(S1120) 및 식각공정(S1130)이 순차적으로 수행되어 상기 반도체 스트레인 게이지(110)가 제조되는 단계인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The gauge manufacturing step (S1100),
Lithography printing process (S1110), ion implantation process (S1120) and etching process (S1130) is sequentially performed on the silicon wafer 40, the force or pressure, characterized in that the step of manufacturing the semiconductor strain gauge 110 Method of manufacturing a sensor array.
제 13항에 있어서,
상기 게이지 제조단계(S1100)에서, 상기 반도체 스트레인 게이지(110)는 두께가 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛ 가 되도록 제조되는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
In the gauge manufacturing step (S1100), the semiconductor strain gauge (110) is a method of manufacturing a force or pressure sensor array, characterized in that the thickness is manufactured to 0.1 ㎛ ~ 100 ㎛.
제 13항에 있어서,
상기 반도체 스트레인 게이지(110) 전사단계(S1200)에서, 상기 희생층(62)은 폴리메틸 메타크릴레이트이며, 상기 제 1고분자 필름층(120)은 폴리이미드 박막층인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
In the semiconductor strain gauge 110 transfer step (S1200), the sacrificial layer 62 is polymethyl methacrylate, the first polymer film layer 120 is a force or pressure sensor, characterized in that the polyimide thin film layer Method of making an array.
제 13항에 있어서,
상기 제 1, 2신호선 형성단계(S1300, S1500)는,
상기 다수의 제 1, 2신호선이 금속 증착으로 형성되는 단계인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The first and second signal line forming step (S1300, S1500),
And the plurality of first and second signal lines are formed by metal deposition.
제 13항에 있어서,
상기 절연층 형성단계(S1400)에서, 상기 제 2고분자 필름층(130)은 폴리이미드 박막층인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
In the insulating layer forming step (S1400), the second polymer film layer 130 is a method of manufacturing a force or pressure sensor array, characterized in that the polyimide thin film layer.
제 13항에 있어서,
상기 제 1, 2신호선 형성단계(S1300, S1500)는,
상기 다수의 제 1신호선(140)이 일 방향으로 평행하게 나열되며, 상기 다수의 제 2신호선(150)이 상기 일 방향에 수직으로 나열되도록 형성되는 단계인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력센서 어레이의 제조방법.
The method of claim 13,
The first and second signal line forming step (S1300, S1500),
The plurality of first signal lines 140 are arranged in parallel in one direction, wherein the plurality of second signal lines 150 are formed so as to be perpendicular to the one direction of the force or pressure sensor array, characterized in that Manufacturing method.
필름면이 대면하여 접하는 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130)의 외측 양면에 각각 폴리-디메틸실록세인층이 접착되어 상기 폴리-디메틸실록세인층 중 적어도 하나가 외부로부터 힘 또는 압력을 받는 단계(S2100);
상기 한 쌍의 고분자 필름층(120, 130) 사이에 소정의 어레이 패턴을 가지는 반도체 스트레인 게이지(110)가 위치하여 상기 힘 또는 상기 압력을 전달받아 저항이 변화되는 단계(S2200);
제어부가 상기 변화된 저항에 기초하여 출력되는 소정 신호를 상기 어레이 패턴의 각 단위체(111)와 연결된 다수의 제 1, 2신호선을 통해 수신하는 단계(S2300);
상기 제어부가 상기 신호에 기초하여 측정 저항값 또는 측정 전압값을 연산하는 단계(S2400); 및
상기 제어부가 상기 측정 저항값 또는 상기 측정 전압값에 기초하여 상기 힘 또는 상기 압력의 세기를 출력하는 단계(S2500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법.
The poly-dimethyl siloxane layer is bonded to the outer both sides of the pair of polymer film layer (120, 130) in contact with the film surface facing each other so that at least one of the poly-dimethyl siloxane layer receives a force or pressure from the outside (S2100);
Placing a semiconductor strain gauge (110) having a predetermined array pattern between the pair of polymer film layers (120, 130) so that the resistance is changed by receiving the force or the pressure (S2200);
Receiving, by the control unit, a predetermined signal output based on the changed resistance through a plurality of first and second signal lines connected to each unit 111 of the array pattern (S2300);
Calculating, by the controller, a measurement resistance value or a measurement voltage value based on the signal (S2400); And
The control unit outputs the strength of the force or the pressure based on the measured resistance value or the measured voltage value (S2500); Force or pressure measurement method using a force or pressure sensor array comprising a.
제 20항에 있어서,
상기 제어부의 연산단계(S2400)와 상기 제어부의 출력단계(S2500) 사이에는,
상기 제어부가 상기 각 단위체(111)에 대응하여 버퍼 메모리에 저장해둔 초기 저항값 또는 초기 전압값을 읽어들이는 단계(S2450)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법.
The method of claim 20,
Between the operation step (S2400) and the output step (S2500) of the control unit,
The control unit further includes a step of reading an initial resistance value or an initial voltage value stored in a buffer memory corresponding to each unit 111 (S2450). How to measure.
제 20항에 있어서,
상기 제어부의 출력단계(S2500)는,
상기 제어부가 상기 측정 저항값과 상기 초기 저항값을 비교하거나 상기 측정 전압값과 상기 초기 전압값을 비교하여 상기 힘 또는 상기 압력의 세기를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 힘 또는 압력 센서 어레이를 이용한 힘 또는 압력 측정방법.
The method of claim 20,
The output step (S2500) of the control unit,
Using the force or pressure sensor array, wherein the control unit compares the measured resistance value with the initial resistance value or compares the measured voltage value with the initial voltage value and outputs the strength of the force or the pressure. Force or pressure measurement method.
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