KR20160023733A - Manufacture method of dielectrophoresis device using ltcc - Google Patents

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KR20160023733A
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한국세라믹기술원
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Abstract

A method for manufacturing a dielectric electrophoresis micro fluid device based on low temperature co-fired ceramics (LTCCs) is disclosed. According to the present invention, the method for manufacturing a dielectric electrophoresis micro fluid device based on LTCCs comprises the following steps of: (a) preparing a ceramic substrate for LTCCs, which is not fired; (b) forming first and second electrode patterns on the ceramic substrate wherein the first and second electrode patterns are separated from each other; and (c) simultaneously firing the first and second electrode patterns, and the ceramic substrate.

Description

LTCC 기반의 유전영동 소자의 제조 방법 {MANUFACTURE METHOD OF DIELECTROPHORESIS DEVICE USING LTCC}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a manufacturing method of a LTCC-based dielectrophoretic device,

본 발명은 유전영동 소자(dielectrophoresis device)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LTCC 기반의 유전영동 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a dielectrophoresis device, and more particularly, to a method of manufacturing a LTCC-based dielectrophoretic device.

환경 관련 기술은 21세기 인간이 직면하고 있는 생존과 관련된 기술이라 할 수 있다. 환경 관련 기술 중에서 인간이 생존할 수 있는 그린환경을 보존하기 위한 그린 테크놀로지(green technology)가 주목받고 있다. Environmental technology is a survival related technology that human beings face in the 21st century. Among green technologies, green technology has been attracting attention for preserving the green environment in which human beings can survive.

또한 BioNano/MEMS 기술은 최근 몇 년 사이에 나노기술의 발전으로 대표적인 바이오나노의 한 분야로서 빠르게 발전되고 있다. 하지만, 현재로서도 나노 사이즈의 미세 입자를 제어하여 특정 위치에 얼라인 또는 어레이 하는 기술은 여전히 완전히 컨트롤 하지 못하고 있기 때문에 나노 입자 분리 기술은 현재 꾸준히 연구가 되고 있다.BioNano / MEMS technology has been developing rapidly in recent years as one of the representative biomedical fields due to the development of nanotechnology. However, at present, nanoparticle separation technology is still under study because the technique of controlling nano-sized fine particles and aligning or arraying them at specific positions still can not be completely controlled.

한편, 마이크로 수준의 크기를 갖는 특정 전극들에 입자들이 어레이 형태로 배열될 수 있는 기술은 바이오나노기술 융합 분야에서 많은 응용화가 되고 있다. 특히, 나노 재료는 부피에 비해 표면적 비율이 높기 때문에 가스 센서 와 바이오 센서로서 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오 센서로의 응용으로는 생체 시료 중에 소량의 DNA를 생체로부터 분리하여 정제하는 센서 기능에 접목하는 등 생체물질 감지를 통한 질병 진단, 신약 개발 등에 집중되고 있다.
On the other hand, the technology in which particles can be arranged in an array form on specific electrodes having a micro-level size has been applied in a field of bio-nanotechnology fusion. Particularly, since nanomaterials have a high surface area ratio relative to volume, recent researches as gas sensors and biosensors have been actively conducted. Applications to biosensors are focused on the diagnosis of diseases through the detection of biomaterials and the development of new drugs, such as by combining a small amount of DNA in a biological sample with the function of separating and purifying it from the living body.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0138478호(2011.12.28. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 나노와이어 소자를 임의 형태로 프린팅하여 나노 소자를 제조하는 방법 및 상기 방법에 사용되는 중간체 빌딩 블록이 개시되어 있다.
As a background art related to the present invention, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0138478 (Dec. 28, 2011) discloses a method of manufacturing a nanodevice by printing a nanowire element in an arbitrary form, ≪ / RTI > is disclosed.

본 발명의 목적은 LTCC 공정으로 세라믹기판과 전극을 동시에 소성하여 유전영동 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a dielectrophoretic device by simultaneously firing a ceramic substrate and an electrode by an LTCC process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법은 (a) 소성되지 않은 상태의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)용 세라믹 기판을 마련하는 단계; (b) 상기 세라믹 기판 상에, 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제1 전극 패턴, 상기 제2 전극 패턴 및 상기 세라믹 기판을 동시 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a LTCC-based dielectrophoretic device including: (a) providing a ceramic substrate for LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) in an unfired state; (b) forming a first electrode pattern and a second electrode pattern spaced apart from each other on the ceramic substrate; And (c) co-firing the first electrode pattern, the second electrode pattern, and the ceramic substrate.

이때, 상기 세라믹 기판은 2장 이상의 세라믹 시트가 라미네이팅된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 세라믹 시트는 1200㎛ 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 시트는 LTCC 파우더, 용매, 바인더 및 분산제를 포함하는 슬러리가 캐스팅되어 형성될 수 있다. At this time, it is preferable that the ceramic substrate is one obtained by laminating two or more ceramic sheets. Further, it is preferable that the ceramic sheet has a thickness of 1200 mu m or more. The ceramic sheet may be formed by casting a slurry containing LTCC powder, a solvent, a binder and a dispersant.

또한, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 스크린 인쇄 방식 또는 잉크젯 인쇄 방식으로 형성될 수 있다. The first electrode pattern and the second electrode pattern may be formed by a screen printing method or an inkjet printing method.

특히, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 은(Ag)을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 소성은 850~950℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
Particularly, it is preferable that the first electrode pattern and the second electrode pattern include silver (Ag). At this time, the firing is preferably performed at 850 to 950 ° C.

한편, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 패드부와, 상기 패드부로부터 연장되는 하나 이상의 핑거부를 각각 포함하되, 상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부는 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. The first electrode pattern and the second electrode pattern each include a pad portion and at least one finger portion extending from the pad portion. The finger portions of the first electrode pattern and the finger portions of the second electrode pattern are symmetrical .

이때, 상기 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴은 상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 연속된 십자(+) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분이 서로 엇갈리는 형태의 성곽 전극 패턴(castellated type electrode pattern)일 수 있다. At this time, the first electrode pattern and the second electrode pattern have a cross shape in which the finger portions of the first electrode patterns and the finger portions of the second electrode patterns are continuous, and the cross portions of the finger portions of the first electrode patterns And a crossed portion of the finger portion of the second electrode pattern may be a castellated type electrode pattern.

또한, 상기 전극 패턴은 상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 끝단과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 끝단이 서로 마주보는 형태의 선형 전극 패턴(linear type electrode pattern)일 수 있다. The fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern have a negative (-) shape, and the ends of the fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern May be a linear type electrode pattern that faces each other.

또한, 상기 전극 패턴은 상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 측면과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 측면이 서로 마주보는 형태의 인터락킹형 전극 패턴(interlocking type electrode pattern)일 수 있다.
The fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern may have a negative (-) shape, and the side faces of the finger portions of the first electrode patterns and the fingers of the second electrode patterns May be interlocking type electrode patterns which are opposite to each other.

본 발명에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법은 소성되지 않은 LTCC용 세라믹 기판 상에 다양한 형태의 전극 패턴을 형성한 후, 세라믹 기판과 전극 패턴을 동시에 소성함으로써, 쉽게 유전영동 소자를 제조할 수 있다. The method of manufacturing a LTCC-based dielectrophoretic device according to the present invention can easily manufacture a dielectrophoretic device by forming various types of electrode patterns on a non-baked ceramic substrate for LTCC and then firing the ceramic substrate and the electrode pattern at the same time have.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 유전영동 소자는 나노입자, 나노와이어, 나노튜브, 나노시트 등의 나노소재를 제어하여 배열, 배향이 가능하여, 바이오 센서, 가스 센서 등으로 활용할 수 있다.
The dielectrophoretic device manufactured by the method according to the present invention can be used as a biosensor, a gas sensor, and the like by arranging and orienting nanomaterials such as nanoparticles, nanowires, nanotubes, and nanosheets by controlling them.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 성곽 전극 패턴(castellated type electrode pattern)으로 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 3은 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 선형 전극 패턴(linear type electrode pattern)으로 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 4는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 인터락킹형 전극 패턴(interlocking type electrode pattern)으로 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 5는 유전영동 실험에 이용된 타겟 물질들을 나타낸 것이다.
도 6은 성곽 전극 패턴에 대하여, 평균 입경이 1㎛ 및 15㎛인 폴리스티렌(PS) 비드를 타겟 물질로 하고, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴에 10V 교류 전압을 인가하였을 때, 타입 물질의 평균 입경 및 주파수에 따른 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 성곽 전극 패턴에 대하여, 타겟 물질로 TiO2 나노튜브와 Ag 나노와이어를 각각 적용하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 선형 전극 패턴에 대하여, SWCNT를 타겟 물질로 하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 선형 전극 패턴 및 인터락킹형 전극 패턴에 대하여, TiO2 나노튜브를 타겟 물질로 하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다.
1 illustrates a method of fabricating a LTCC-based dielectrophoretic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed of a castellated type electrode pattern.
FIG. 3 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed as a linear electrode pattern.
4 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed as an interlocking type electrode pattern.
Figure 5 shows the target materials used for dielectrophoretic experiments.
6 is a graph showing the relationship between the wall thickness of the casting electrode pattern and the thickness of the casting electrode pattern when polystyrene (PS) beads having an average particle diameter of 1 占 퐉 and 15 占 퐉 are used as a target material and a 10V AC voltage is applied to the first electrode pattern and the second electrode pattern. The results of the dielectrophoretic experiment according to the average particle diameter and the frequency are shown.
Fig. 7 shows the results of dielectric dephasing experiments when TiO 2 nanotubes and Ag nanowires were respectively applied to the casting electrode pattern as a target material.
Fig. 8 shows a result of a dielectric-excited-state experiment when SWCNT was used as a target material for a linear electrode pattern.
Fig. 9 shows the results of dielectric dephasing experiments using a TiO 2 nanotube as a target material for a linear electrode pattern and an interlocking electrode pattern.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법에 관하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a LTCC-based dielectrophoretic device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법을 나타낸 것이다. 1 illustrates a method of fabricating a LTCC-based dielectrophoretic device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법은 LTCC용 세라믹 기판 마련 단계(S110), 전극 패턴 형성 단계(S120) 및 동시 소성 단계(S130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a method for fabricating a LTCC-based dielectrophoretic device according to the present invention includes forming a ceramic substrate for an LTCC (S110), forming an electrode pattern (S120), and co-firing (S130).

LTCC용 세라믹 기판 마련 단계(S110)에서는 소성되지 않은 상태의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)용 세라믹 기판을 마련한다.In the step of preparing the ceramic substrate for LTCC (S110), a ceramic substrate for LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) in an unfired state is prepared.

세라믹 기판은 2장 이상의 세라믹 시트가 대략 1500psi 정도의 압력으로 5분 정도 라미네이팅되어 있는 것이 바람직하고, 세라믹 시트들이 라미네이팅된 세라믹 기판의 두께가 1200㎛ 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다. 세라믹 시트를 라미네이팅하여 기판의 두께를 1200㎛ 이상으로 함으로써 단단한 기판 형태를 유지할 수 있다. It is preferable that two or more ceramic sheets of the ceramic substrate are laminated at a pressure of about 1500 psi for about 5 minutes, and more preferably, the thickness of the ceramic substrate laminated with the ceramic sheets is at least 1200 탆. By laminating the ceramic sheet and setting the thickness of the substrate to 1200 mu m or more, a rigid substrate shape can be maintained.

세라믹 시트의 경우, LTCC 파우더, 용매, 바인더 및 분산제를 포함하는 슬러리를 캐스팅하여 형성할 수 있다. LTCC 파우더는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴과 동시 소성이 가능한 것이라면 제한없이 이용할 수 있으며, 상업적인 예로, LTCC 파우더 (MLS-22, NEG Co. Ltd., Japan)를 제시할 수 있다. 용매는 에탄올 등의 알코올계 용매, 아세톤 등의 케톤계 용매, 디에틸 에테르 등의 에테르계 용매, 톨루엔 등을 단독으로 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바인더는 PVB(poly vinyl butyral), 에틸 셀룰로오즈(ethyl cellulose) 등을 1종 이상 이용할 수 있다. 분산제는 각종 계면 활성제 등이 이용될 수 있다.
In the case of a ceramic sheet, it can be formed by casting a slurry containing LTCC powder, a solvent, a binder and a dispersant. The LTCC powder can be used without limitation as long as it can be co-fired with the first electrode pattern and the second electrode pattern. For commercial example, LTCC powder (MLS-22, NEG Co. Ltd., Japan) can be presented. As the solvent, alcoholic solvents such as ethanol, ketonic solvents such as acetone, ether solvents such as diethyl ether, toluene, etc. may be used alone or in combination of two or more. The binder may be at least one of polyvinyl butyral (PVB), ethyl cellulose, and the like. As the dispersing agent, various surfactants and the like may be used.

다음으로, 전극 패턴 형성 단계(S120)에서는 세라믹 기판 상에, 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 형성한다. Next, in the electrode pattern forming step (S120), a first electrode pattern and a second electrode pattern spaced from each other are formed on the ceramic substrate.

제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 스크린 패턴 마스크와 스크린 프린팅 장비를 이용한 스크린 인쇄 방식, 프린트 헤드와 노즐을 이용한 잉크젯 인쇄 방식으로 형성될 수 있다. The first electrode pattern and the second electrode pattern may be formed by a screen pattern mask using a screen pattern mask, a screen printing method using a screen printing apparatus, and an inkjet printing method using a print head and a nozzle.

또한, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 은(Ag)을 포함하는 것이 바람직하고, 특히, LTCC 프린팅 전극용 은 페이스트로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 은(Ag)은 전도성이 매우 우수하며, 특히 우수한 열적안정성과 높은 내화학성을 갖는 세라믹 기판과 호환이 가능하여, 고온, 유독한 물질 분석에 있어서 매우 유용하다.
In addition, it is preferable that the first electrode pattern and the second electrode pattern include silver (Ag), and more preferably, it is formed of a paste for an LTCC printing electrode. Silver (Ag) is very good in conductivity, and is particularly useful in analyzing high temperature, toxic materials because it is compatible with ceramic substrates having excellent thermal stability and high chemical resistance.

한편, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 외부 전압이 인가되는 패드부와, 패드부로부터 연장되는 하나 이상의 핑거부를 각각 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극 패턴의 핑거부와 제2 전극 패턴의 핑거부는 서로 대칭되도록 형성되는 것이 바람직하다. The first electrode pattern and the second electrode pattern may include a pad portion to which an external voltage is applied and at least one finger portion extending from the pad portion, respectively. The fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern may be formed to be symmetrical with each other.

제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 핑거부가 대칭되는 조건 하에서 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 예로 도 2 내지 도 4에 도시된 예와 같이, 성곽 전극 패턴(castellated type electrode pattern)(도 2), 선형 전극 패턴(linear type electrode pattern)(도 3), 인터락킹형 전극 패턴(interlocking type electrode pattern)(도 4)을 제시할 수 있다. The first electrode pattern and the second electrode pattern may be formed in various forms under the condition that the finger portions are symmetrical. For example, as shown in FIGS. 2 to 4, a castellated type electrode pattern ), A linear type electrode pattern (FIG. 3), and an interlocking type electrode pattern (FIG. 4).

도 2는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 성곽 전극 패턴으로 형성된 예를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 예와 같이, 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴은, 제1 전극 패턴의 핑거부와 제2 전극 패턴의 핑거부가 연속된 십자(+) 형태를 가지면서, 제1 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분과 제2 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분이 서로 엇갈리는 형태의 성곽 전극 패턴(castellated type electrode pattern)일 수 있다. FIG. 2 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed as a casting electrode pattern. 2, the first electrode pattern and the second electrode pattern have a cross shape in which the finger portions of the first electrode pattern and the finger portions of the second electrode pattern are continuous, The cross-shaped portion of the finger portion of the second electrode pattern may be a castellated type electrode pattern.

도 2의 (c)를 참조하면, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 성곽 전극 패턴일 때, 포지티브(positive) 유전영동 실험 및 네가티브(negative) 유전영동 실험에서 서로 다른 양상을 나타낼 수 있다. 즉, 높은 전기장을 인가하는 포지티브 유전영동 실험에서는 도 2의 (c)에서 붉은색 부분과 같이 전극 표면에 형광 입자가 뭉쳐지는 현상이 나타날 수 있다. 반대로, 상대적으로 낮은 전기장을 인가하는 네가티브 유전영동 실험에서는 도 2의 (c)에서 대략 삼각형 모양의 파란색 부분에서 형광 입자가 뭉쳐지는 현상이 나타날 수 있다. Referring to FIG. 2 (c), when the first electrode pattern and the second electrode pattern are cast electrode patterns, different aspects may be exhibited in a positive dielectrophoresis experiment and a negative diophoresis experiment. That is, in a positive dielectrophoresis experiment in which a high electric field is applied, fluorescence particles may aggregate on the electrode surface as shown in a red portion in FIG. 2 (c). On the contrary, in the negative dielectrophoresis experiment in which a relatively low electric field is applied, fluorescence particles may aggregate in a substantially triangular blue portion in FIG. 2 (c).

이와 같이, 유전영동의 주파수에 따라 전기장 세기가 전극 구조에 따라 다르게 분포되며, 성곽 전극 패턴의의 경우 포지티브(positive)와 네가티브(negative)양상을 확실하게 구분이 가능한 구조이다.
As described above, the electric field intensity is distributed according to the electrode structure according to the frequency of dielectrophoresis, and the positive electrode pattern and the negative electrode electrode pattern can be clearly distinguished from each other.

도 3은 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 선형 전극 패턴으로 형성된 예를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 예와 같이, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은, 제1 전극 패턴의 핑거부와 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서, 제1 전극 패턴의 핑거부의 끝단과 제2 전극 패턴의 핑거부의 끝단이 대략 20~100㎛ 정도의 간격으로 서로 마주보는 형태의 선형 전극 패턴(linear type electrode pattern)일 수 있다. FIG. 3 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed as a linear electrode pattern. As shown in FIG. 3, the first electrode pattern and the second electrode pattern may have a finger shape of the first electrode pattern and a finger shape of the second electrode pattern, A linear type electrode pattern may be a shape in which the ends of the first and second electrode patterns face each other at an interval of about 20 to 100 탆.

도 4는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 인터락킹형 전극 패턴으로 형성된 예를 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 예와 같이, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은, 제1 전극 패턴의 핑거부와 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서, 제1 전극 패턴의 핑거부의 측면과 제2 전극 패턴의 핑거부의 측면이 대략 20~80㎛ 정도의 간격으로 서로 마주보는 형태의 인터락킹형 전극 패턴(interlocking type electrode pattern)일 수 있다.
4 shows an example in which the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed as an interlocking electrode pattern. 4, the first electrode pattern and the second electrode pattern have a finger shape of the first electrode pattern and a finger shape of the second electrode pattern, The interlocking type electrode pattern may be a side face of the second electrode pattern and a side face of the finger portion of the second electrode pattern facing each other at an interval of about 20 to 80 mu m.

다음으로, 동시 소성 단계(S130)에서는 제1 전극 패턴, 상기 제2 전극 패턴 및 상기 세라믹 기판을, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 형성하는 물질의 용융점 이하의 온도에서 동시 소성한다. Next, in the co-firing step (S130), the first electrode pattern, the second electrode pattern, and the ceramic substrate are co-fired at a temperature equal to or lower than the melting point of the substance forming the first electrode pattern and the second electrode pattern.

제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 은(Ag)을 포함하여 형성될 경우, 소성은 850~950℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 890~910℃에서 수행하는 것이 보다 바람직하다. 소성 온도가 850℃ 미만에서는 세라믹 기판이 제대로 소성되지 않을 수 있다. 반대로, 소성 온도가 950℃를 초과하는 경우, 은의 용융점인 대략 960℃에 근접하여 전극 패턴의 부분 또는 전체 용융이 발생할 수 있다.
When the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed to include silver (Ag), firing is preferably performed at 850 to 950 ° C, and more preferably at 890 to 910 ° C. When the firing temperature is less than 850 ° C, the ceramic substrate may not be properly fired. On the other hand, when the firing temperature exceeds 950 占 폚, partial or total melting of the electrode pattern may occur near the melting point of silver of approximately 960 占 폚.

상기 과정을 통하여, 세라믹 기판 상에 서로 이격된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 형성되어 있으며, 상기 세라믹 기판, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴이 동시 소성되어 형성된 유전영동 소자를 제조할 수 있다.Through the above process, a first electrode pattern and a second electrode pattern are formed on a ceramic substrate, and the ceramic substrate, the first electrode pattern, and the second electrode pattern are fired together to produce a dielectrophoretic device .

제조된 유전영동 소자는 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴 사이에서 금속 나노입자, 반도성 나노입자, 고분자 나노입자, 세라믹 나노입자, 복합체 나노입자 등의 0차원 나노입자, 금속 나노튜브, 반도성 나노튜브, 고분자 나노튜브, 세라믹 나노튜브, 복합체 나노튜브 등의 1차원 나노튜브, 금속 나노와이어, 반도성 나노와이어, 고분자 나노와이어, 세라믹 나노와이어, 복합체 나노와이어 등의 1차원 나노와이어, 그래핀, 산화물 나노시트 등의 2차원 나노시트 등의 나노소재를 제어하여, 상기 나노소재를 배열, 배향할 수 있는 기능이 있다.
The fabricated dielectrophoretic device has a structure in which between the first electrode pattern and the second electrode pattern, 0-dimensional nanoparticles such as metal nanoparticles, semiconductive nanoparticles, polymer nanoparticles, ceramic nanoparticles, and composite nanoparticles, metal nanotubes, Dimensional nanowires such as nanotubes, polymer nanotubes, ceramic nanotubes, and composite nanotubes, metal nanowires, semiconductive nanowires, polymer nanowires, ceramic nanowires, and composite nanowires, And a two-dimensional nanosheet such as an oxide nanosheet to control the arrangement and orientation of the nanomaterial.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense. The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

1. 실험 방법1. Experimental Method

유전영동 실험을 위하여 LTCC 파우더(MLS-22, NEG Co. Ltd., Japan)로부터 테입캐스팅법으로 제조한 평균두께 55㎛의 세라믹 시트를 수동 적층기(Techgen)를 이용하여 전체 두께 대략 1mm로 적층한 후 1500 psi 압력을 약 5분 동안 가압하여 세라믹 기판을 제조하였다. 이후, 전극은 Ag paste (S-3900B, IMD. Korea)를 이용하여 스크린 인쇄 방법으로 형성하였다. A ceramic sheet having an average thickness of 55 μm prepared by tape casting method from LTCC powder (MLS-22, NEG Co. Ltd., Japan) was laminated to a total thickness of about 1 mm using a passive laminator (Techgen) And then pressurized at a pressure of 1500 psi for about 5 minutes to prepare a ceramic substrate. The electrodes were then formed by screen printing using Ag paste (S-3900B, IMD. Korea).

전극 패턴의 형태는 도 2 내지 도 4에 도시된 예와 같다. The shape of the electrode pattern is the same as the example shown in Figs.

우선 성곽 전극 패턴의 경우, 십자 부분의 폭 및 십자 부분들 간의 간격이 300㎛, 십자 부분의 돌출길이가 350㎛이며, 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴의 간격을 200㎛로 하였다. First, in the case of the castle electrode pattern, the width of the cross section and the interval between the cross sections are 300 mu m, the protrusion length of the cross section is 350 mu m, and the interval between the first electrode pattern and the second electrode pattern is 200 mu m.

선형 전극 패턴의 경우, 전극 너비가 대략 200㎛ 정도이며, 전극 간격은 20㎛, 30㎛, 40㎛, 60㎛, 80㎛ 및 100㎛로 40㎛~100㎛는 각각 핑거부 2개씩, 그리고 20㎛ 와 30㎛는 핑거부 1개씩으로 형성하여 총 10개의 핑거부를 형성하였다.In the case of the linear electrode pattern, the electrode width is about 200 탆, the electrode intervals are 20 탆, 30 탆, 40 탆, 60 탆, 80 탆 and 100 탆, And the number of fingers was 10.

인터락킹형 전극 패턴의 경우, 20㎛, 30㎛, 40㎛, 60㎛ 및 80㎛ 전극 간격으로 각각 2개씩 총 10개의 핑거부를 형성하였다. In the case of the interlocking type electrode pattern, 10 finger portions were formed in total by two electrodes at intervals of 20 占 퐉, 30 占 퐉, 40 占 퐉, 60 占 퐉 and 80 占 퐉.

이렇게 전극 구조를 다양하게 제작한 이유는, 유전영동 테스트에서 나노 소재뿐만 아니라, 형광 폴리스틸렌 비드(크기: 1㎛ and 15㎛)의 다양한 사이즈 입자를 테스트 하기 때문에 가시적인 현상을 고려하였고, 20㎛~100㎛ 다양한 간격을 유지한 이유는, 전극간의 간격에 따른 나노 소재 및 형광 폴리스틸렌 비드의 거동 현상에 대한 경향을 관측하기 위함이다.
The reason why various electrode structures were fabricated in this way is that since the dielectrophoresis test tests various size particles of fluorescent polystyrene beads (size: 1 μm and 15 μm) as well as nanomaterials, a visible phenomenon is considered, The reason why the spacing of 100 μm is maintained is to observe the tendency of the behavior of the nanomaterial and the fluorescent polystyrene bead according to the interval between the electrodes.

전극 패턴을 형성한 이후에는 평균 1.5℃의 승온속도로 900℃까지 가열한 후, 900℃에서 2시간동안 유지하는 방식으로 세라믹 기판과 전극 패턴을 동시 소성하여, 유전영동 기판을 제조하였다.
After the electrode pattern was formed, the ceramic substrate and the electrode pattern were co-fired by heating to 900 DEG C at a temperature raising rate of 1.5 DEG C on an average, and then maintaining the substrate at 900 DEG C for 2 hours to manufacture a dielectrophoretic substrate.

도 5는 유전영동 실험에 이용된 타겟 물질들을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the target materials used for dielectrophoretic experiments.

도 5에 도시된 예와 같이, 본 유전영동 실험에서는 타겟 물질로, 평균입경이 1㎛ 및 15㎛인 폴리스티렌 비드, SWCNT(single wall carbon nano tube), TiO2 나노튜브 및 Ag 나노와이어를 이용하였다. 5, polystyrene beads, SWCNTs (single wall carbon nano tube), TiO 2 nanotubes, and Ag nanowires having average particle diameters of 1 μm and 15 μm were used as target materials in the present dielectrophoretic experiment .

이들 타겟 물질을 탈이온수에 분산시킨 솔벤트를 전극 패턴 상에 1방울 또는 2방울을 드롭하였다.
One or two droplets of the solvent in which these target materials were dispersed in deionized water was dropped on the electrode pattern.

그리고, 유전영동 실험을 위하여, 전극 패턴 외곽에 용매 누설을 방지하기 위한 댐(dam)을 형성하였다. 댐을 형성하여 솔벤트의 누설을 막는 이유는, 표면 장력이 없는 솔벤트의 경우, 유체가 측정위치와 다른 표면으로 퍼지려고 하는 경향 때문에 효율적인 측정이 어렵기 때문이다. For the experiment of dielectrophoresis, a dam was formed on the outer surface of the electrode pattern to prevent solvent leakage. The reason for forming a dam to prevent solvent leakage is that in the case of solvents with no surface tension, it is difficult to make effective measurements because of the tendency of the fluid to spread to the surface from the measurement site.

댐까지 제작된 소자는 AC 함수 발생기(Function generator)을 이용하여 전압과 주파수를 인가하였으며, 이때 적용된 전압은 교류(AC) 10V 전압이며, 적용된 주파수는 1kHz~10MHz이다.
The voltage and frequency were applied to the device using the AC function generator. The applied voltage was AC (10V) voltage and applied frequency was 1kHz ~ 10MHz.

2. 실험 결과2. Experimental results

도 6은 성곽 전극 패턴에 대하여, 평균 입경이 1㎛ 및 15㎛인 폴리스티렌(PS) 비드를 타겟 물질로 하고, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴에 10V 교류 전압을 인가하였을 때 주파수였을 때, 타입 물질의 평균 입경 및 주파수에 따른 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다.6 is a graph showing the relationship between the wall electrode pattern and the surface electrode pattern when a frequency of 10V AC voltage was applied to the first electrode pattern and the second electrode pattern using a polystyrene (PS) bead having an average particle diameter of 1 mu m and 15 mu m as a target material, The results of the dielectrophoretic experiment according to the average particle diameter and the frequency of the type material are shown.

도 6을 참조하면, 평균입경 15㎛인 폴리스티렌 비드를 타겟 물질로 할 경우, 상대적으로 낮은 주파수부터 높은 주파수 범위인 500Hz ~ 10 MHz영역에서 모두 네가티브 유전영동 결과를 나타내고, 평균 입경 1㎛인 폴리스티렌 비드를 타겟 물질로 할 경우, 상대적으로 낮은 주파수인 500Hz에서 포지티브 유전영동 결과를 나타내는 것을 볼 수 있다.
6, when a polystyrene bead having an average particle diameter of 15 μm is used as a target material, negative dielectrophoresis results are exhibited in a range from a relatively low frequency to a high frequency range of 500 Hz to 10 MHz, and polystyrene beads having an average particle diameter of 1 μm Is used as a target material, it can be seen that the result shows positive DIH at a relatively low frequency of 500 Hz.

도 7은 성곽 전극 패턴에 대하여, 타겟 물질로 TiO2 나노튜브와 Ag 나노와이어를 각각 적용하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다. Fig. 7 shows the results of dielectric dephasing experiments when TiO 2 nanotubes and Ag nanowires were respectively applied to the casting electrode pattern as a target material.

도 7을 참조하면, TiO2 나노튜브의 경우, 500Hz에서 포지티브 유전영동 결과를 나타내며, Ag 나노와이어의 경우, 10MHz에서 포지티브 유전영동 결과를 나타내는 것을 볼 수 있다. Referring to Figure 7, TiO 2 In the case of nanotubes, the result shows positive dielectrophoresis at 500 Hz, and in the case of Ag nanowires, the result shows positive dielectric deformation at 10 MHz.

특히, Ag 나노와이어의 경우, 제1 전극 패턴의 십자 부분과 제2 전극 패턴의 십자 부분이 다리(bridge) 형태로 배열되는 것을 볼 수 있는데, 이는 Ag 나노 와이어가 용매인 탈이온수보다 전기전도성이 상대적으로 높아서, 전기장이 강한 전극 표면에 Ag 나노 와이어가 오버랩(overlap)되기 때문이다.
Particularly, in the case of the Ag nanowire, it can be seen that the cross portion of the first electrode pattern and the cross portion of the second electrode pattern are arranged in the form of a bridge because the Ag nanowire is electrically conductive This is because the Ag nanowire overlaps with the electrode surface having a relatively high electric field.

도 8은 선형 전극 패턴에 대하여, SWCNT를 타겟 물질로 하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다. Fig. 8 shows a result of a dielectric-excited-state experiment when SWCNT was used as a target material for a linear electrode pattern.

도 8을 참조하면, 선형 전극 패턴이 형성된 경우, SWCNT를 타겟 물질로 한 유전영동 실험에서, 5MHz 주파수에서 서로 마주보는 핑거부 끝단 사이에 SWCNT가 배열되는 것을 관찰할 수 있어, 포지티브 유전영동 결과를 나타냄을 알 수 있다.
8, when a linear electrode pattern is formed, SWCNTs are arranged between opposite ends of the finger at 5 MHz frequency in a dielectrophoresis experiment using SWCNT as a target material. As a result, .

도 9는 선형 전극 패턴 및 인터락킹형 전극 패턴에 대하여, TiO2 나노튜브를 타겟 물질로 하였을 때의 유전영동 실험 결과를 나타낸 것이다. Fig. 9 shows the results of dielectric dephasing experiments using a TiO 2 nanotube as a target material for a linear electrode pattern and an interlocking electrode pattern.

도 9를 참조하면, 선형 전극 패턴 및 인터락킹형 전극 패턴이 형성된 경우, TiO2 나노튜브를 타겟 물질로 한 유전영동 실험에서, 500Hz 주파수에서 서로 마주보는 핑거부의 끝단 사이에, 또한 서로 마주보는 핑거부의 측면 사이에 TiO2 나노튜브가 배열되어, 포지티브 유전영동 결과를 나타냄을 알 수 있다.
9, when a linear electrode pattern and an interlocking electrode pattern are formed, in a dielectrophoresis experiment using a TiO 2 nanotube as a target material, between the ends of the finger portions facing each other at a frequency of 500 Hz, And the TiO 2 nanotubes are arranged between the side surfaces of the positive and negative side surfaces, respectively.

이러한, 각각의 타겟 물질들의 유전영동 특성을 파악할 경우, 전기장 인가를 통하여 타겟 물질들을 원하는 형태로 배열할 수 있다.
When such dielectrophoretic properties of the respective target materials are known, the target materials can be arranged in a desired shape through electric field application.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. These changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the following claims.

S110 : LTCC용 기판 마련 단계
S120 : 전극 패턴 형성 단계
S130 : 동시 소성 단계S110: Step of preparing substrate for LTCC
S120: electrode pattern forming step
S130: Simultaneous firing step

Claims (2)

(a) 2장 이상의 세라믹 시트가 라미네이팅된, 두께 1200㎛ 이상의 소성되지 않은 상태의 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)용 세라믹 기판을 마련하는 단계;
(b) 전기장 인가시 나노입자, 나노와이어, 나노튜브 및 나노시트 중에서 선택되는 나노 소재가 제1 전극 패턴의 핑거부와 제2 전극 패턴의 핑거부 사이에 배열될 수 있도록, 상기 세라믹 기판 상에 은(Ag)을 각각 포함하는 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 스크린 인쇄 방식 또는 잉크젯 인쇄 방식으로 서로 마주보는 형태로 이격 형성하되, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴을 패드부와, 상기 패드부로부터 연장되는 하나 이상의 핑거부를 각각 포함하되, 상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 서로 대칭되도록 형성하는 단계; 및
(c) 상기 제1 전극 패턴, 상기 제2 전극 패턴 및 상기 세라믹 기판을 동시 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법.
(a) providing a ceramic substrate for LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) in an unfired state having a thickness of 1200 mu m or more in which two or more ceramic sheets are laminated;
(b) applying a voltage to the ceramic substrate such that a nanomaterial selected from nanoparticles, nanowires, nanotubes and nanosheets upon application of an electric field can be arranged between the fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern, The first electrode pattern and the second electrode pattern each including silver (Ag) are spaced apart from each other by a screen printing method or an inkjet printing method, Forming a finger portion of the first electrode pattern and a finger portion of the second electrode pattern so as to be symmetrical with each other; And
(c) co-firing the first electrode pattern, the second electrode pattern, and the ceramic substrate.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는
상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 연속된 십자(+) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 십자 부분이 서로 엇갈리는 형태의 성곽 전극 패턴(castellated type electrode pattern),
상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 끝단과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 끝단이 서로 마주보는 형태의 선형 전극 패턴(linear type electrode pattern), 또는
상기 제1 전극 패턴의 핑거부와 상기 제2 전극 패턴의 핑거부가 일자(-) 형태를 가지면서 상기 제1 전극 패턴의 핑거부의 측면과 상기 제2 전극 패턴의 핑거부의 측면이 서로 마주보는 형태의 인터락킹형 전극 패턴(interlocking type electrode pattern)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 LTCC 기반의 유전영동 소자 제조 방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
Wherein a cross of the finger portion of the first electrode pattern and a cross portion of the finger portion of the second electrode pattern have a cross shape in which a finger portion of the first electrode pattern and a finger portion of the second electrode pattern are continuous, A castellated type electrode pattern,
The fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern have a negative shape and the end of the finger portion of the first electrode pattern and the end of the finger portion of the second electrode pattern face each other A linear type electrode pattern, or
The fingers of the first electrode pattern and the fingers of the second electrode pattern have a negative shape and the side faces of the finger portions of the first electrode patterns and the side faces of the finger portions of the second electrode patterns face each other Wherein the interlocking type electrode pattern is formed by an interlocking type electrode pattern.
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