KR20120067564A - 플렉시블 기판을 이용한 자급자족형 전원 공급 장치 및 센서 노드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선 센서망용 플렉시블 기판을 이용한 슬림-자급자족형(slim self-powering) 전원 공급 장치 및 센서 노드와 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 플렉시블(flexible) PCB 기판, 플렉시블 PCB 기판 상에 위치한 하부 전극, 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체 및 압전체 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 플렉시블(flexible) PCB 기판, 플렉시블 PCB 기판 상에 위치한 하부 전극, 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체 및 압전체 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 무선 센서망용 플렉시블 기판을 이용한 자급자족형(slim self-powering) 전원 공급 장치 및 센서 노드와 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 얇고 가벼운 플렉시블(flexible) PCB 기판에 얇은 금속판이나 증착법에 의해 압전 발전 소자의 하부 전극을 형성하여 압전 재료를 증착하고, 다른 전자회로 부품을 기판에 솔더링하여 자급자족형 소형 압전 발전기 시스템을 제작하는 방법과 제작된 소자를 진동이나 바람이 있는 환경하에서 무선 센서망의 전원공급 장치 및 센서 노드를 설계 제작하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
자동차의 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)과 같이 운전자에게 타이어 상태 진단을 파악하여 운행시의 타이어 속의 공기압력에 대한 정보를 제공하여 운전자가 안전 운행과 긴급 시의 비상 대책을 빠르게 시행할 수 있도록 지원하는 시스템이 TPMS 시스템뿐만 아니라 각종의 무선 센서망의 센서 정보 획득용으로 기능을 제공하기 위해 빠른 기술 발전을 이루고 있다. 그러나 항상 문제가 되고 있는 부분이 이차전지 등의 이용에 따른 공급 전원이 고갈된 후, 인력이 투입되어 배터리를 교체해야 하는 번거로움과 시간, 경제적인 손실이 항상 발생하고 있다는 점이다. 또한, 압전 발전 소자의 출력을 높이기 위해 압전 재료의 적층화, 체적의 비대화에 따른 문제점이 발생할 수 있어 얇고, 가벼운 소자 재료의 선택이 또한 중요한 요소이다.
그리고, TPMS의 예에서 알 수 있듯이 타이어 내부의 알루미늄 휠에 설치되는 TPMS 모듈은 실시간으로 파악하고자 하는 대상, 공간의 정보를 주고 받을 수 있는 시스템의 발달이 지극히 요구되고 있는 실정이다. 그리고, 무선 센서망을 구성하는데 있어서, 여러 가지 기능을 담당하는 MEMS 소자들의 개발로 센서 부품의 경량화, 소형화를 달성하고 있으며, 이차 전지 대체용으로 개발되고 있는 압전 발전 소자는 현재 벌크 압전체가 주류를 이루고 있으며, 향후에는 소자의 경박화의 필요성과 더불어 센서 운용에 필요한 전원을 자급자족할 수 있는 기술 개발의 중요성이 크게 강조되고 있다. 그리고 자동차의 타이어에 한번 장착된 TPMS는 10년 이상의 수명을 요구하고 있으며, 그리고 기존의 전지가 아닌 타이어 환경의 물리량 즉, 진동이나 타이어 내부 공기 압력변화를 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 소자에 대한 관심이 한층 고조되고 있다.
여러 장소의 다양한 환경하에서 센서나 액츄에이터 모듈의 운용에 있어서 배터리 없이 센서 모듈 운용에 대한 근본적인 해결책으로 자급형 전원 발생 소자 개발은 아직도 숙제로 남아있으며, 연구자들은 그 에너지원으로 바람, 태양, 진동 등에 대한 연구를 진행 중이며, 이들 물리량으로부터 무선 센서망에 적용되는 센서 모듈에 필요한 에너지를 공급하여 이들 센서들의 운용 시간을 더욱 연장시켜 우리에게 더욱 유익한 환경 및 상황 판단 정보를 제공해 줄 수 있는 시스템으로 발전해야 할 것으로 여기고 있다.
타이어의 경우, 주행 시에 계속 회전을 하는데 이때 압전 발전 소자도 함께 회전을 하게 된다. 이때 무거운 질량체의 경우, 수직 방향의 진동량보다 오히려 원심력에 의한 질량체의 한쪽으로의 치우침(쏠림) 현상이 나타날 우려가 있는데 압전 발전 소자의 경박화 기술은 꼭 연구자들이 해결해야 할 현재 기술적 숙제임에 틀림없다.
종래의 기술로 상기의 연구 필요성의 배경하에 단위소자 레벨의 전기발생 소자나 같은 소자를 여러 개 배열하여 발생 전원을 공급하는 소자, 그리고 벌크형으로 제작된 연구 결과들이 존재한다. 또한, 단위 소자 레벨의 출력이 약한 단점을 보완하기 위해 어레이 형태나 적층형 형태의 기술로 연구개발이 진행되고 있는 실정이기도 하다. 그러나, 현재로서 전원 공급 소자의 출력 파워를 좀더 높여야 하는 기술적 문제로 인해 계속 체적을 늘린다면 상기에 설명한 회전체의 원심력에 무관한 발전 소자로서의 기능을 상실할 가능성이 매우 크다는 문제점이 있다.
본 발명에서는 PZT(Lead zirconate titanate)와 같은 기계전기적 변환 효율이 우수한 압전 재료를 이용하여, 실제 자동차 타이어와 같은 운전 중의 거친 환경 속에서 신뢰성을 갖게 하기 위해 금속판을 사용하여 소자의 내구성을 확보하고 또한, 현재 듀티 사이클 1%를 동작 'ON'으로 사용할 때, 필요한 부하 전원인 약 300μW 이상의 파워를 발생시키는 소자가 되도록 압전 발전기를 제작하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 타이어 환경 내에 존재하는 진동의 경우 대부분이 200Hz 이하의 저주파수 영역이므로 소형 압전 발전기의 주파수 튜닝 및 변위를 높이기 위해 중앙에 질량체를 접합하고 또한 진동에 대한 변위를 높이는 방법으로 토션 바 구조의 압전 발전기를 구성하여 타이어 내부 알루미늄 휠에 장착된 소자가 기계적 진동에 의한 가속도를 소자에 인가할 때, 토션 바 기능의 빔을 중심축으로 중심 질량체와 가장자리 질량체가 동시에 압전 발전기에 힘을 가해 변형에 의한 소자 출력값을 향상시킬 수 있는 소자 구조를 형성하여 압전체 구조체의 변위를 높일 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자동차의 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)과 같이 운전자에게 타이어 상태 진단을 파악하여 운행시의 타이어 속의 공기압력에 대한 정보를 제공하여 운전자가 안전 운행과 긴급 시의 비상 대책을 빠르게 시행할 수 있는 지원 시스템인 TPMS와 같은 진동원을 전기 발생원으로 이용하는 자급자족형 무선 센서망의 문제가 되고 있는 부분인 이차 전지 등의 이용에 따른 공급 전원이 고갈된 후, 인력이 투입되어 배터리를 교체되어야만 하는 번거로움과 시간, 경제적인 손실이 항상 발생하고 있는 기술에 대해 전원 공급 소자로서 동작할 수 있는 높은 출력 파워, 대역폭을 갖는 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 플렉시블한 PCB(printed circuit board)를 이용하여 그 위에 얇은 압전 재료와 증착된 얇은 금속 구조물을 구성하여 진동이나 압력이 존재하는 환경에서 압전 재료의 진동에 대한 전기 발생을 수집할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 임의로 발생되는 기계적 진동에 보다 능동적으로 적응될 수 있도록 4개의 가장자리의 질량체의 크기를 조금씩 변화시켜 서로 각기 다른 공진점을 갖도록 하여 보다 넓은 범위의 감응 대역폭을 갖도록 하고, 또한, 공진점을 가진 소자 어레이를 구성하여 높은 출력이 요구되는 곳에 적용시킬 수 있도록 하고, 넓은 대역의 진동 주파수에 민감하게 반응하는 미소 전기 발생 소자를 이루도록 제작하여 무선 센서 망의 운용 환경에서 센서 모듈의 상시 전원으로 활용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 의하면, 플렉시블(flexible) PCB 기판; 상기 플렉시블 PCB 기판 상에 위치한 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체; 및 상기 압전체 상에 형성된 상부 전극을 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 플렉시블(flexible) PCB 기판; 상기 플렉시블 PCB 기판 상에 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체; 상기 압전체 상에 형성된 상부 전극; 및 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 수집된 전기를 전원으로 이용하는 센서를 포함하는 자급자족형 센서 노드가 제공된다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 플렉시블 PCB 기판 상에 캔틸레버 구조를 갖는 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 압전체를 증착하는 단계; 및 상기 압전체 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 캔틸레버 구조를 갖는 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극 상에 압전체를 증착하고, 상기 압전체 상에 상부 전극을 형성함으로써 압전 소자를 제작하는 단계; 및 상기 압전 소자를 전자 회로 부품이 탑재된 플렉시블 PCB 기판에 탑재하는 단계를 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 무선 센서망의 응용에 사용될 목적의 플렉시블 PCB 기판을 기반으로 얇고 가벼운 전원 공급 소자를 제공하기 위한 것으로서, 스퍼터링법이나 스크린프린팅법에 의해 제작된 압전 재료를 이용한 자동차 주행시의 진동이나, 바람을 이용한 환경하에서의 기계적인 진동을 전압 발생원으로 진동 변화량을 이용하여 전기를 일으키는 무선 센서망 구축시의 전기 에너지로 이용할 수 있다.
압전 발전 소자의 큰 출력 파워를 얻기 위해서는 우선 압전 재료를 탑재한 미세기계 구조물의 변위가 크게 발생되도록 설계 고안하는 것이 중요하며, 또한 발생된 기계적 진동이 탑재된 벌크 압전체에 힘이 잘 전달되도록 설계되어야 한다.
본 발명에 의하면, 변위, 전기 발생량을 키우기 위하여 얇은 금속 기판 혹은 플렉시블 기판상에 직접 도금이나 증착법에 의한 압전 발전 소자의 하부 전극을 형성하여 제작할 수 있고, 또한 중앙 질량체와 가장자리 질량체를 기준하여 그 중심에서 진동에 따른 변위가 압전체를 중심으로 활 시위를 당길 때의 모습으로 양쪽에서 당기거나 밀어주는 역할을 하도록 하여 변위를 높일 수 있고, 또한 가장자리 질량체를 서로 크기가 다르게 하여 각각의 고유 공진 주파수를 다르게 하여 임의 진동 주파수에 다중 공진점 반응할 수 있도록 하여 압전 발전 소자의 감응 대역폭을 확대할 수 있다.
현재 듀티 사이클 1%를 동작 'ON'으로 사용할 때, 자동차의 TPMS 시스템이 RF로 정보를 전송하기 위해서 필요한 부하 전원인 발전 소자의 경우, 약 300μW이상의 파워를 발생시키는 소자가 요구되고 있으며, 적어도 이와 같은 스펙을 만족할 수 있는 소자를 구성하여야 자급자족의 전원 공급 장치로서의 의미가 있다.
본 발명에 의하면, 무선 센서망(wireless sensor network) 시스템에 있어서 특히, 무게에 민감하여 가벼운 무선 센서망 시스템을 필요로 하는 경우의 기계적 진동이나 바람의 흐름을 이용하여 에너지 수확(energy harvesting)을 하기 위한 바람이나 기계적 진동 환경하에서의 압전 재료를 이용하여 전기를 생산, 수확하여 유비쿼터스 시대의 특정 환경이나 상황 인식을 위해 필요한 무선 센서망의 전원 공급에 대한 이차 리튬 전지에 대한 전원 공급 시의 배터리를 교체하는 번거로움과 수고를 덜어주고, 바람이나 기계적 진동 환경의 늘 일어나는 에너지원을 소규모로 발전하고 충전하여, 센서 시스템의 센서로부터 획득한 정보를 무선으로 전송하기 위한 에너지로 이용하여 이차 전지 이용시의 소모되어버린 전지를 교체하는 번거로움을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 자동차와 같이 이동이나 주행시의 기계적 진동이 빈번하게 일어나고 있는 환경 혹은 상시 회전하고 있는 모터와 같은 환경에 본 발명에서 고안한 것을 적용 가능하다. 또한, 높은 파워를 얻기 위해 압전 발전 소자 부품이 부피가 커져 회전체 내에 장착되었을 때, 그 무게가 문제가 되는 것을 방지하기 위해 기존의 두꺼운 PCB에서 플렉시블(연성) PCB로 회로기판을 바꾸어 전체 부품의 무게를 줄일 수 있고, 슬림화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 자동차의 주행시의 타이어 내부에 장착되어 타이어 내부 환경을 모니터링 하는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 장치 등의 무선 센서망 시스템에 응용될 전원을 외부 환경의 기계 진동을 매개체로 해서 무선 센서망의 2차 리튬이온 전지의 대체용으로서 배터리 없는(batteryless) 소형 압전기 발생 장치를 제공할 수 있다.
특히, 자동차의 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)의 타이어 내부의 공기압 변화와 온도, 가속도 센서가 탑재된 시스템 운용 시에, 전원을 기존의 배터리를 대신하여 공급할 수 있는 TPMS용 소형 전원 발생 장치를 고안하는 경우, 너무 무거운 발전 부품으로 인해 회전력에 대한 지배를 강하게 받는 것은 제조자가 의도하는 소형 발전기로서의 기능을 상실할 우려가 대단히 높다. 그리하여, 회전 시의 원심력의 영향을 되도록 적게 받으면서 타이어의 회전시의 바퀴의 표면과의 닿는 타이어 표면이 달라질 때의 진동이나 차량 전체의 타이어를 상하로 누르는 수직방향의 진동이 압전 발전 소자에 잘 전달되도록 하여야 한다.
본 발명에 의하면, 타이어 내부의 일정한 진동과 공기압 변화가 항상 존재하는 환경이 제공되는 장소에 설치되어 타이어 내부의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위한 센서 모듈을 설치할 경우, 전기 발생 소자를 설치하여 진동이나 압력변화로부터 전원을 발생시켜 충전, 공급하여 설치된 센서 모듈에 기존의 전지와 같은 전원 공급장치 없이 자동차의 운행시의 진동이나 공기압 변화를 이용하여 소형 압전 발전기를 통해 시스템에 필요한 전원을 공급 및 자급자족할 수 있는 것으로 항상 타이어의 내부 상태진단에 관한 다양한 정보를 제공하는 TPMS용의 반영구적인 배터리 문제를 해결해 줄 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 여러 장소의 다양한 환경하에서 센서나 액츄에이터 모듈의 운용에 있어서 배터리 없이 센서 모듈 운용에 대한 근본적인 문제를 해결하는 방법을 제공함으로써 무선 센서망의 센서 노드용 전원으로서 모듈에 필요한 에너지를 공급하여 이들 센서들의 운용 시간을 더욱 연장시켜 사용자에게 더욱 유익한 환경 및 상황 판단 정보를 제공해 줄 수 있는 시스템을 제공할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 소자가 탑재된 무선 센서 시스템의 평면도.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 소자의 제작 과정과 무선 센서 시스템의 플렉시블 PCB 구성품들에 대한 시스템의 평면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판 상에 압전 발전 소자 제작 및 그 기판 위에 장착된 무선 센서 시스템의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자급자족형 무선 센서 시스템의 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 이용한 플렉시블 PCB 기반의 자급자족형 LED 무선 센서 시스템의 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 이용한 플렉시블 PCB 기반 자급자족형 환경 모니터링 시스템의 예시도.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 소자의 제작 과정과 무선 센서 시스템의 플렉시블 PCB 구성품들에 대한 시스템의 평면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 PCB 기판 상에 압전 발전 소자 제작 및 그 기판 위에 장착된 무선 센서 시스템의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자급자족형 무선 센서 시스템의 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 이용한 플렉시블 PCB 기반의 자급자족형 LED 무선 센서 시스템의 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기의 흐름을 이용한 플렉시블 PCB 기반 자급자족형 환경 모니터링 시스템의 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 하부 지그 안에 탑재된 압전 발전 소자와 무선 센서망 시스템의 평면도이며, 이하에서 구체적인 구성을 살펴본다.
도 1을 참조하면, 플렉시블 PCB 기판(100) 상에 전극용 금 패턴으로서 상부 전극 패드(400) 및 배선(401)을 형성하고, 플렉시블 PCB 기판(100) 상에는 압전 발전 소자를 탑재하고 있다. 압전 발전 소자는 플렉시블 PCB 기판(100)과 별도로 준비한 얇은 금속판 형태의 하부 전극 상에 압전 재료로 구성된 압전체가 증착된 구조를 가질 수 있다.
압전 발전 소자는 토션 바(torsion bar)와 같은 기능을 하는 캔틸레버 구조를 갖는 하부 전극 위에 압전 재료를 증착하여 압전체를 형성함으로써, 토션 바 구조의 캔틸레버 구조를 갖는 압전체를 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 압전체를 플렉시블 PCB 기판(100)과 접합하고, 플렉시블 PCB 기판(100)의 나사 고정용 플렉시블 PCB 구멍과 서로 얼라인하여 플렉시블 PCB와 지그 고정 나사(1400)로 고정됨으로써, 압전 발전 소자가 플렉시블 PCB 기판(100) 내에 탑재된다.
압전 발전 소자가 탑재된 플렉시블 PCB 기판(100)에는 압전체의 전기 발생을 수집하기 위한 상부 전극(202) 및 하부 전극이 함께 패터닝되어 있다. 도 1을 참조하면, 상부 전극 패드(400)는 압전체의 상부 전극(202)과 연결할 전극 패드이고, 하부 전극 패드는 압전체의 하부 전극과 연결되는 전극 패드이다.
압전 발전 소자의 중앙에 위치한 중앙 질량체(300)는 상부 전극(202)의 중앙에 접합하여 제작되고, 압전 발전 소자의 가장자리에 위치한 가장자리 질량체(301)도 역시 동일한 방식으로 상부 전극(202)과 접합하여 고정될 수 있으며, 중앙 질량체(300) 및 가장자리 질량체(301)는 금속으로 구성될 수 있다. 압전 발전 소자에 진동이 발생할 경우 중앙 질량체(300)와 가장자리 질량체(301)가 좌, 우에서 끌어 당기거나 밀어주는 역할을 하여 압전체에서 전기가 발생된다. 가장자리 질량체(301)의 경우는 서로 각기 다른 크기 또는 질량으로 변화시킬 수 있어 4개의 발전 소자의 공진 주파수를 다르게 구성할 수가 있어 임의의 기계적 진동에 대해 민감하게 반응할 수 있는 다중의 공진점을 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 종래의 압전 소자에 비해 보다 넓은 범위의 대역폭을 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 예컨대 자동차의 주행 속도의 변화에 따라 실제 진동이나 공기압의 주파수가 변화하게 되는 경우, 중앙 질량체(300)와 가장자리 질량체(301)를 이용하여 단일 소자 내에 4개의 토션 바 기능의 캔틸레버가 달린 구조를 형성함으로써 실제 어느 특정 4개의 주파수에 대해 큰 변위를 일으킬 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 중앙 질량체(300)와 가장자리 질량체(301)에 의한 진동에 따른 압전 소자의 움직임이 더욱 크게 일어나도록 하여 변위에 의해 발생된 압전 전기를 수집할 수 있다.
도 1에 도시된 압전 발전 소자가 탑재된 무선 센서 시스템은 기계적 진동을 에너지 발생원으로 이용할 경우에 사용될 수 있으며, 예컨대, 주행 시 자동차 타이어의 진동과 같은 기계적 진동을 얻을 수 있는 환경 내에 부착되어 자동차의 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)에서 사용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2h는 압전 발전 소자 및 무선 센서망 시스템의 전체 부품을 어셈블리하는 과정을 설명하기 위한 구조 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 2a 내지 도 2h는 압전체(200), 중앙 질량체(300)와 가장자리 질량체(301)를 별도로 제작하여 전체 시스템에 탑재하도록 설계된 제작 과정과 플렉시블 PCB 기판(100)을 포함한 전자회로 부품의 상호간의 접합 공정에 의해 무선 센서시스템을 완성하는 모습의 공정 과정을 나타낸다.
도 2a는 하부 전극(201)을 포토리소그래피를 이용하여 패터닝한 다음 습식 식각법으로 식각하여 형성된 모습을 도시한다. 하부 전극(201)은 얇은 금속판으로 구성되며, 예컨대 니켈강인 인바42(Invar42)와 같은 재료로 구성될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 압전체(200)를 증착하기 위한 하부 전극(201)은 4개의 토션 바(torsion bar) 기능을 하는 캔틸레버 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
도 2b는 준비된 하부 전극(201) 위에 스퍼터링법이나 스크린프린팅법으로 압전체(200)를 증착한 모습을 도시한다. 도 2b에서 도시된 바와 같이, 압전체(200)는 하부 전극(201)과 동일하게 4개의 토션 바(torsion bar) 기능을 하는 캔틸레버 구조를 갖는다.
도 2c는 증착된 압전체(200) 위에 상부 전극(202)이 형성된 모습을 도시한다. 예컨대, 압전체(200) 상에 상부 전극용 금속을 스텐실 마스크(stencil mask)를 이용하여 전극 패턴을 형성함으로써 도 2c에서와 같이 상부 전극(202)을 형성할 수 있다.
도 2d는 형성된 상부 전극(202) 위에 직접적으로 질량체를 붙이거나, 혹은 스텐실 마스크를 사용하여 중앙 질량체(300) 및 가장자리 질량체(301)가 형성된 모습을 도시한다. 중앙 질량체(300)는 압전체(300)의 중앙에 위치하며, 가장자리 질량체(301)는 압전체(300)의 상하좌우에 각각 위치할 수 있다.
도 2e는 플렉시블 PCB기판(100)을 이용하여 회로 부품의 전극과 도 2a 내지 도 2d의 과정을 통해 형성된 압전 소자가 위치할 부분의 하부 전극 패드(402)가 형성된 모습을 도시한다. 플렉시블 PCB기판(100) 상에 압전 소자를 마운팅 할 때 하부 전극 패드(402)가 고정단(anchor)의 역할을 할 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 플렉시블 PCB 기판(100)은 정류기 부품 패드(501) 및 커패시터 및 레귤레이터 패드(601)를 포함할 수 있다. 또한, 플렉시블 PCB 기판(100)은 부품 패드(701) 및 파워 매니지먼트 회로 패드(801)를 포함할 수 있다. 또한, 플렉시블 PCB 기판(100)은 회로 부품 패드(901), RFID 부품 패드(1001) 및 센서 부품 패드(1101)를 포함할 수 있다. 또한, 나사 고정용 플렉시블 PCB 구멍(101)은 하부 무선센서 시스템 지그(1300)와의 결합을 위해 지그 나사를 삽입하기 위한 구멍이다.
도 2f는 회로부품의 전극 패드들과 회로 부품을 마운팅한 후 솔더링 작업이 수행된 모습을 도시한다. 정류기(500) 및 저장 커패시터 및 레귤레이터 부품(600)은 각각 정류기 부품 패드(501) 및 커패시터 및 레귤레이터 패드(601)에 탑재되고, 클록 오실레이터(700) 및 파워 매니지먼트 회로(800)은 각각 부품 패드(701) 및 파워 매니지먼트 회로 패드(801)에 탑재된다. 또한, 마이크로 프로세스, 아날로그-디지털 컨버터 및 메모리(900), RFID(1000) 및 센서 부품(1100)은 각각 회로 부품 패드(901), RFID 부품 패드(1001) 및 센서 부품 패드(1101)에 탑재된다.
도 2g는 플렉시블 PCB 기판(100) 위에 전자회로 부품이 솔더링 작업을 끝낸 후, 준비된 압전 발전 소자와 접합하여 한 기판상에 마운팅 되는 모습을 도시한다. 도 2g를 참조하면, 플렉시블 PCB 기판(100)의 상부 전극 패드(400)가 압전 소자와 연결 와이어(403)를 통해 연결된다.
도 2h는 플렉시블 PCB 기판(100)에 압전 소자 및 전자회로 부품을 탑재한 후에 안테나(1200)를 탑재하고 있는 하부 무선센서 시스템 지그(1300)와 플렉시블 PCB 기판(100)을 지그 고정 나사(1400)로 고정을 하여 케이스 안에 탑재하는 모습을 도시한다.
도 3a 내지 도 3f는 하나의 플렉시블 기판 상에서 압전 발전 소자 제작 및 무선 센서망 시스템의 전체 부품을 어셈블리하는 과정을 나타내는 평면도이다. 도 3a 내지 도 3f에서는 도 2a 내지 도 2h에서와 달리 연성 PCB(100) 기판 상에서 압전 발전 소자를 함께 제작하는 과정이 도시된다.
도 3a는 플렉시블 PCB 기판(100) 위에 하부 전극(201)과 각종 전자 회로 부품을 탑재하기 위한 전극 패드들(501,601,701,801,901,1001,1101)을 갖는 모습을 도시한다.
도 3b는 준비된 하부 전극(201) 위에 스텐실 마스크를 이용하여 스퍼터링법이나 스크린프린팅법으로 압전체(200)를 증착한 모습을 도시한다.
도 3c는 증착된 압전체(200) 위에 금속을 스텐실 마스크를 이용하여 전극 패터닝하여 상부 전극(202)이 형성하는 모습을 도시한다.
도 3d는 형성된 상부 전극(202) 위에 직접적으로 질량체를 붙이거나, 혹은 스텐실 마스크를 사용하여 중앙 질량체(300) 및 가장자리 질량체(301)를 형성하고, 또한, 플렉시블 PCB 기판(100) 상에 각종 전자회로부품(500,600,700,800,900,1000,1100)을 전극 패드들(501,601,701,801,901,1001,1101
)과 솔더링하여 탑재한 모습을 도시한다.
도 3e는 압전 발전 소자의 상부 전극(202)과 플렉시블 PCB 기판(100)의 상부 전극 패드(400)를 연결 와이어(403)를 통해 연결한 모습을 도시한다.
도 3f는 플렉시블 PCB 기판에 압전 소자 및 전자회로 부품을 탑재한 것을 안테나(1200)를 탑재하고 있는 하부 무선센서 시스템 지그(1300)와 지그 고정 나사(1400)로 고정을 하여 케이스 안에 탑재하는 모습을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자급자족형 무선 센서 네트워크 시스템의 개략적 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4는 제작된 압전 발전 소자를 이용한 무선 센서망 적용의 일례를 나타내는 그림으로 TPMS와 같은 시스템을 일례로 들 수 있다.
도 4를 참조하면, 자급자족형 무선 센서 네트워크 시스템은 크게 전원을 압전 소자를 이용하여 전원을 공급하는 자급자족형 전원 공급 장치(410)와 자급자족형 전원 공급 장치(410)에서 발생된 전원을 이용하는 무선 센서 노드 시스템(420)으로 구분될 수 있다.
자급자족형 전원 공급 장치(410)는 압전체(200), 하부 전극(201) 및 상부 전극(202)을 포함하는 압전 발전기와 정류기(500) 및 저장 커패시터 및 레귤레이터 부품(600)을 포함하는 에너지 저장소 및 레귤레이터를 포함한다.
무선 센서 노드 시스템(420)은 클록 오실레이터(700), 파워 매니지먼트 회로(800), 마이크로 프로세스, 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 및 메모리(900), RFID(1000), 센서 부품(1100) 및 안테나(1200)를 포함할 수 있다.
센서 부품(1100)은 가속도계 센서(accelerometer), 압력 센서, 온도 센서 등 다양한 종류의 센서를 포함할 수 있다. 안테나(1200)는 센서 부품(1100)에서 측정된 각종 정보 데이터(430)를 무선으로 다른 장치에 송신하는 역할을 수행한다.
전술한 자급자족형 무선 센서 네트워크 시스템은 기계적 진동 환경 내에 위치함으로써 압전 발전 소자를 이용하여 자급자족형 전원 공급을 통해 배터리 없는 무선 센서 네트워크 시스템을 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예예 따라 제작된 압전 발전 소자를 포함한 LED 무선 센서망 시스템의 일례를 나타내는 개략도로서, 플렉시블 PCB 기판을 이용하여 깃발과 같은 바람이 불 때 펄럭거리는 구조를 완성하여 바람을 이용하여 주간에 전기를 저장하고, 야간에 LED를 켰다 껐다를 반복하면서 시각적으로 광고를 할 수 있는 본 발명 시스템의 응용의 일례를 도시한다.
도 5를 참조하면, 공기 흐름과 같은 바람의 진동을 이용할 수 있는 환경에서 펄럭이는 깃발과 같은 구조를 갖는 자급자족형 LED 무선 센서망 시스템이 도시된다. 자급자족형 LED 무선 센서망 시스템은 압전 소자를 이용하여 전력을 생성하는 압전 발전 장치(510), 정류기, 저장 커패시터 및 레귤레이터 소자(520), 파워 매니지먼트, 광센서 및 타이밍 클록 회로(530), LED 소자(540), 및 RF 안테나(550)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 가로수와 같은 인공 나무와 인공 나뭇잎 구조를 가지는 구조를 제작하여 나뭇잎에서 바람에 의해 전기를 생산하고, 그 중 하나의 나뭇잎에 온도, 습도, 공기 유량, 가스 센서를 탑재하여 일정 주기 마다 인공 나무가 설치된 곳의 환경 정보를 획득하여 무선으로 전송할 수 있도록 하는 환경 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6을 참조하면, 나뭇잎으로부터 바람에 의한 압전 발전 장치(610)의 움직임 및 진동에 의해 전기를 발생시키고, 이를 저장 커패시터 및 레귤레이터 소자(620)에 저장하고 발생된 전원을 이용하여 파워 매니지먼트, 센서 및 타이밍 클록 회로(530)를 구동한다. 파워 매니지먼트, 센서 및 타이밍 클록 회로(630)는 예컨대, 온도, 습도, 가스, 풍속 센서를 포함할 수 있고, 이와 같은 센서에 의해 측정된 환경에 대한 정보를 획득하여 RF 안테나(650)를 통해 무선으로 환경 정보 데이터를 다른 장치에 전송할 수 있다.
본원에서 전술한 특정 실시예들은 예시의 목적으로 설명된 것이므로, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범주 내에서 전술한 실시예들에 대해 다양한 변경들이 행해질 수 있다.
100: 플렉시블 PCB 기판 101: 나사 고정용 플렉시블 PCB 구멍
200: 압전체 201: 하부 전극
202: 상부 전극
300: 중앙 질량체 301: 가장자리 질량체
400: 상부 전극 패드 401: 배선
402: 하부 전극 패드 403: 연결 와이어
500: 정류기 501: 정류기 부품 패드
600: 저장 커패시터 및 레귤레이터 부품 601: 커패시터 및 레귤레이터 패드
700: 클록 오실레이터 701: 부품 패드
800: 파워 매니지먼트 회로 801: 파워 매니지먼트 회로 패드
900: 마이크로 프로세스, 아날로그-디지털 컨버터 및 메모리
901: 회로 부품 패드
1000: RFID 1001: RFID 부품 패드
1100: 센서 부품 1101: 센서 부품 패드
1200: 안테나
1300: 하부 무선센서 시스템 지그 1400: 지그 고정 나사
200: 압전체 201: 하부 전극
202: 상부 전극
300: 중앙 질량체 301: 가장자리 질량체
400: 상부 전극 패드 401: 배선
402: 하부 전극 패드 403: 연결 와이어
500: 정류기 501: 정류기 부품 패드
600: 저장 커패시터 및 레귤레이터 부품 601: 커패시터 및 레귤레이터 패드
700: 클록 오실레이터 701: 부품 패드
800: 파워 매니지먼트 회로 801: 파워 매니지먼트 회로 패드
900: 마이크로 프로세스, 아날로그-디지털 컨버터 및 메모리
901: 회로 부품 패드
1000: RFID 1001: RFID 부품 패드
1100: 센서 부품 1101: 센서 부품 패드
1200: 안테나
1300: 하부 무선센서 시스템 지그 1400: 지그 고정 나사
Claims (17)
- 플렉시블(flexible) PCB 기판;
상기 플렉시블 PCB 기판 상에 위치한 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체; 및
상기 압전체 상에 형성된 상부 전극
을 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치. - 제1항에 있어서, 상기 하부 전극은 포토리소그래피 공정을 이용하여 미세 패터닝하고 습식 식각법으로 식각되어 형성되는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 전극은 스텐실 마스크(stencil mask)를 이용하여 패턴 형성되는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 압전체는 스텐실 마스크 또는 스크린프린팅 방법을 이용하여 상기 하부 전극 상에 증착되는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 압전체의 중심 및 가장자리에 질량체가 부착되는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 압전체의 가장자리에 각각 상이한 크기 또는 상이한 질량의 질량체가 부착됨으로써 복수 개의 공진점을 형성하는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 압전체는 복수의 토션 바(tortion bar) 기능을 하는 캔틸레버 구조를 갖는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 전원 소자의 제어를 위해 필요한 전자 회로 부품을 솔더링을 이용하여 상기 PCB 기판 상에 형성하는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 자급자족형 전원 공급 장치는 진동을 발생시키는 장치에 부착되고, 상기 진동 발생 장치에 의한 진동에 의해 전기를 발생시키는 것인 자급자족형 전원 공급 장치.
- 제1항에 있어서, 전파 정류기 및 전압 레귤레이터를 더 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치.
- 플렉시블(flexible) PCB 기판;
상기 플렉시블 PCB 기판 상에 위치한 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 증착된 캔틸레버 구조를 갖는 압전체;
상기 압전체 상에 형성된 상부 전극; 및
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 수집된 전기를 전원으로 이용하는 센서
를 포함하는 자급자족형 센서 노드. - 제11항에 있어서, 상기 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 수집된 전기를 전원으로 이용하는 LED 소자를 더 포함하는 것인 자급자족형 센서 노드.
- 제11항에 있어서, 상기 센서는 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS) 센서인 것인 자급자족형 센서 노드.
- 제11항에 있어서, 상기 센서는 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서 및 풍속 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것인 자급자족형 센서 노드.
- 제11항에 있어서, 상기 센서에 측정된 값을 무선으로 전송하기 위한 안테나를 더 포함하는 것인 자급자족형 센서 노드.
- 플렉시블 PCB 기판 상에 캔틸레버 구조를 갖는 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 상에 압전체를 증착하는 단계; 및
상기 압전체 상에 상부 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치 제조 방법. - 캔틸레버 구조를 갖는 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극 상에 압전체를 증착하고, 상기 압전체 상에 상부 전극을 형성함으로써 압전 소자를 제작하는 단계; 및
상기 압전 소자를 전자 회로 부품이 탑재된 플렉시블 PCB 기판에 탑재하는 단계
를 포함하는 자급자족형 전원 공급 장치 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| WO2014042441A1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for controlling resonance frequency of device subject to wireless power transmission interference and method thereof |
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Families Citing this family (11)
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| US7420317B2 (en) * | 2004-10-15 | 2008-09-02 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Forming piezoelectric actuators |
| US7260984B2 (en) | 2005-10-05 | 2007-08-28 | Lv Sensors, Inc. | Power generation utilizing tire pressure changes |
| DE102006037692A1 (de) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsmodul |
| US8011237B2 (en) * | 2008-02-22 | 2011-09-06 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. | Piezoelectric module for energy harvesting, such as in a tire pressure monitoring system |
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| DE102010019740A1 (de) * | 2009-12-07 | 2011-06-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Miniaturisiertes Energieerzeugungssystem |
| DE102010011047A1 (de) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh | Biegewandler |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014042441A1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for controlling resonance frequency of device subject to wireless power transmission interference and method thereof |
| US9480145B2 (en) | 2012-09-12 | 2016-10-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for controlling resonance frequency of device subject to wireless power transmission interference and method thereof |
| WO2015099240A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | Woosung University Corporation Of Industrical Educational Programs | Self-powered multi-chip cob led package |
| CN104300831A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-01-21 | 吉林大学 | 一种悬臂耦合压电发电悬臂梁 |
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