KR20190004974A

KR20190004974A - 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서

Info

Publication number: KR20190004974A
Application number: KR1020170085423A
Authority: KR
Inventors: 성원모; 양일규
Original assignee: 주식회사 이엠따블유
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2019-01-15
Also published as: WO2019009631A1

Abstract

프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법이 개시된다. 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법은 기판 상에 제1 단자와 제2 단자를 형성하는 단계; 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되는 센서를 프린팅 공정을 이용하여 형성하는 단계를 포함한다.

Description

프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서{MANUFACTURING METHOD OF SENSOR USING PRINTING PROCESS AND SENSOR MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법 및 프린팅 공정을 이용하여 제조된 센서에 관한 것이다.

기존의 써미스터와 같은 센서들은 칩형태로 제작되었고 칩형태의 센서들은 SMT(Surface Mounting Technology) 공정을 통하여 PCB 상에 실장되었다. 그 결과 센서들은 PCB 상에서 돌출되어 외부에 그대로 노출될 수 밖에 없었다.

이와 같이 센서들이 외부로 도출되는 경우에는 외부의 충격이 가해질 확률 또한 증가되며, 센서의 파손이 빈번하게 이루어지는 문제점이 있다.

또한, 제작된 센서들은 각각 별도로 제조된 상태에서 PCB 상에 실장되었기 때문에 실장 후 센서들을 튜닝하는 것에 한계가 있었고, 한계를 넘는 성능이 필요한 경우에는 납땜 등에 의하여 PCB 상에 실장되어 있는 센서 자체를 제거한 후 원하는 성능을 가질 수 있는 센서를 다시 SMT 공정을 통해 실장하거나 작업자가 일일이 수작업으로 납땜 하는 방식 등을 통하여 실장할 수 밖에 없는 불편함이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존 칩 형태의 센서를 프린팅 형태로 변경하여 센서가 파손되는 것을 방지할 수 있고, 센서를 기판 상에 실장한 후에도 센서를 튜닝할 수 있는 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법은 기판 상에 제1 단자와 제2 단자를 형성하는 단계; 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되는 센서를 프린팅 공정을 이용하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 프린팅 공정은, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 서로 연결하도록 상기 센서 제조를 위한 혼합물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 도포하는 단계; 및 상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 혼합물은, 하나 이상의 금속 물질; 바인더; 및 상기 혼합물을 상기 기판 상에 접착되도록 하는 접착제를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법은 상기 센서에 홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 홈의 크기는 변경이 가능할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 제1 방향으로 형성된 상기 홈의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 상기 홈의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서는 기판 상에 형성된 제1 단자와 제2 단자; 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되고, 프린팅 공정을 이용하여 형성된 센서를 포함할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 센서는 상부면에 형성된 홈을 더 포함할 수 있다.

하나의 실시예로 상기 홈의 크기는 변경이 가능할 수 있다.

하나의 실시예로 하나의 실시예로 상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 제1 방향으로 형성된 상기 홈의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 상기 홈의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 다양한 센서들을 프린팅 공정에 의해 박막 형태로 형성시킬 수 있어 센서가 기판으로부터 돌출되는 정도를 낮출 수 있고, 센서가 돌출됨으로써 외부의 충격 등에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 센서를 제조한 후에도 레이저를 통하여 센서에 형성된 홈의 깊이 및 폭 중 어느 하나 이상을 변경할 수 있어 센서의 성능을 용이하게 튜닝할 수 있다.

본 발명은 프린팅 공정을 이용하기 때문에 제조하기 위한 센서의 위치를 자유롭게 기판 상에 배치하는 것이 용이하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법은 기판 상에 제1 단자와 제2 단자를 형성하는 단계(S100) 및 상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되는 센서를 프린팅 공정을 이용하여 형성하는 단계(S200)를 포함한다.

센서의 제조를 위하여, 기판 상에 제1 단자와 제2 단자를 형성한다(S100). 기판에는 전류가 소통 가능한 패턴이 형성되어 있고, 예를 들면 기판으로는 PCB, FPCB, 폴리이미드 필름 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 기판으로 사용 가능하다면 기판의 종류에 제한은 없다.

제1 단자와 제2 단자는 각각 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 단자와 제2 단자는 전류가 소통 가능한 패턴과 전기적으로 연결되도록 기판 상에 형성될 수 있다. 일 예로 제1 단자 및 제2 단자는 상기 패턴의 양 단부로서 기판으로부터 외부로 노출된 영역일 수 있고, 상기 노출된 영역 상에 납땜 등으로 접착된 전도성 물질로 이루어진 소자를 의미할 수 있다.

제1 단자와 제2 단자가 형성된 후에는, 제1 단자와 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되는 센서를 프린팅 공정을 이용하여 형성한다(S200).

일 예로 센서는 전자 회로 등의 구성 요소가 되고 독립한 고유의 기능을 가지고 있는 소자(素子)일 수 있고, 예를 들면, 써미스터 등 전류의 변화 값을 이용하여 측정이 가능한 다양한 소자들이 센서로 사용될 수 있다.

일 예로 프린팅 공정은 제1 단자 및 제2 단자를 서로 연결하도록 센서 제조를 위한 혼합물을 제1 단자 및 제2 단자 사이에 도포하는 단계(S210) 및 상기 혼합물을 경화시키는 단계(S220)를 포함할 수 있다.

우선, 제1 단자 및 제2 단자를 서로 연결하도록 센서 제조를 위한 혼합물을 제1 단자 및 제2 단자 사이에 도포한다(S210).

센서 제조를 혼합물은 제조하기 위한 센서의 종류에 따라 변경될 수 있고, 예를 들면, 상기 혼합물은 하나 이상의 금속 물질, 바인더 및 접착체를 포함할 수 있다.

금속 물질은 하나 이상이 사용될 수 있으며, 제작하려는 센서의 종류에 맞게 적절하게 변경될 수 있다. 일 예로 센서로 써미스터를 제작하는 경우에는 금속 물질은 Mn₂O₃, NiO, Co₂O₃ 및 Fe₂O₃를 포함하는 혼합물이 사용될 수 있다.

금속 물질은 40중량% 내지 90중량%인 것이 바람직하다. 40중량% 미만으로 첨가될 경우 상대적으로 바인더 함량이 높아져 원하는 전도도를 이룰 수 없으며, 90 중량%가 넘을 경우 인쇄를 위한 점탄성 특성이 급격히 나빠지면서 인쇄 성능이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

바인더(바인더 수지)는 상기 혼합물에 접착력 및 인쇄를 위한 레올로지 특성을 부여하기 위하여 사용될 수 있다. 일 예로 바인더는 셀룰로우즈(Cellulose) 계열, 예를 들어 메틸셀룰로우즈, 에틸셀룰로우즈, 하이드록시프로필셀룰로우즈, 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈, 셀룰로우즈아세테이트부트레이트, 카르복실메틸셀룰로우즈, 하이드록시에틸셀룰로우즈, 에폭시계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 이들 중 하나 이상을 혼합하여 제조될 수 있다.

바인더 수지는 1중량% 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 1중량% 미만으로 첨가될 경우 혼합물의 점도가 높아져 인쇄성이 나빠지게 되고, 상기 함량이 30중량%를 초과하면 혼합물의 점도가 낮아지면서 인쇄 후 패턴이 넓게 퍼지고, 소성 후 전도도 및 분산안정성이 떨어져 보관안정성이 떨어지게 된다.

접착제는 혼합물을 기판 상에 접착되도록 할 수 있다. 일 예로 접착제로는 열융용형 접착제인 썰린(surlyn)이 사용될 수 있고, 썰린을 사용하는 경우에는 제작된 센서가 온도 측정용으로 사용 시 습도에 의한 영향을 최소화할 수 있다.

일 예로 프린팅 공정은 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비아(Gravure), 그라비아 오프셋(Gravure-Offset), 플렉소그래피(flexography), 롤투롤 프린팅, 스프레이 등 다양한 프린팅 공정을 포함할 수 있다.

다음으로 상기 혼합물을 경화시킨다(S220). 일 예로 상기 혼합물의 경화는 당분야에서 통상적으로 사용되는 소성방법에 따라 소성될 수 있으며, 바람직하게는 질소, 산소 또는 아르곤 열풍 단독, MIR(Middle infra red) 램프, 또는 열풍과 MIR 램프를 동시에 사용하여 건조 및 소성될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물은 220℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 내지 200℃의 뜨거운 질소 또는 산소를 공급하면서 건조, 소성하거나 150℃ 내지 200℃의 MIR lamp 로 건조, 소성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법은 기판과 수직한 방향으로 상기 센서에 홈을 형성하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.

상기 센서에 홈을 형성하는 경우에는 센서를 통하여 흐르는 전류의 양을 변경할 수 있고, 상기 센서의 저항값을 변경할 수 있다. 일 예로 상기 홈의 크기는 다양하게 변경될 수 있고, 상기 홈은 사각 형상, 원 형상, ㄱ자 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

일 예로 도 8을 참조하면, 제1 단자(200)에서 제2 단자(300)로 향하는 제1 방향으로 형성된 홈(420)의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 홈(420)의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능하며, 제1 길이를 변경함으로써 센서(400)를 통하여 흐르는 전류의 양을 변경할 수 있고, 제2 길이를 변경함으로써 센서의 저항값을 변경할 수 있다.

일 예로 상기 홈은 레이저를 사용하여 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

S300 단계를 수행하는 경우에는 프린팅 공정을 통하여 제조된 센서의 민감도 변경이 가능하며, 센서의 성능이 사용 용도에 맞게 적절하게 구현될 수 있도록 튜닝이 용이하게 수행될 수 있다.

본 발명은 홈을 이용하여 센서를 튜닝할 수 있기 때문에 추후 센서의 성능 변경이 필요한 경우에도 홈을 변경함으로써 용이하게 센서를 튜닝할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이고. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홈을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서(1000)는 기판(100), 제1 단자(200), 제2 단자(300) 및 센서(400)를 포함할 수 있다.

기판(100)은 PCB, FPCB, 폴리이미드 필름, 유리 기판 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 기판으로 사용 가능하다면 기판의 종류에 제한은 없다.

제1 단자(200)와 제2 단자(300)는 각각 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 단자와 제2 단자는 전류가 소통 가능한 패턴과 전기적으로 연결되도록 기판 상에 형성될 수 있다. 제1 단자(200) 및 제2 단자(300)는 상기 패턴의 양 단부로서 기판으로부터 외부로 노출된 영역일 수 있고, 상기 노출된 영역 상에 납땜 등으로 접착된 전도성 물질로 이루어진 소자를 의미할 수 있다.

센서(400)는 전자 회로 등의 구성 요소가 되고 독립한 고유의 기능을 가지고 있는 소자(素子)로서 예를 들면, 전류의 변화 값을 이용하여 온도를 측정할 수 있는 써미스터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전류를 이용한 측정 방식을 채용하는 다양한 종류의 센서를 모두 포함할 수 있다.

센서(400)는 프린팅 공정을 통하여 제1 단자(200)와 제2 단자(300)에 각각 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 일 예로 센서(400)의 양 측면이 제1 단자(200)의 일 측면, 제2 단자(300)의 일 측면에 각각 접촉되거나, 센서(400)의 하부면 중 양 단부가 각각 제1 단자(200)의 상부면, 제2 단자(300)의 상부면과 각각 접촉되는 방식 등으로 연결될 수 있으나 방법에 제한이 있는 것은 아니다. 프린팅 공정은 위에서 설명한 방식과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

혼합물은 하나 이상의 금속 물질, 바인더 및 접착제를 포함할 수 있다.

또한, 상기 혼합물은 상기 성분들 이외에 필요에 따라 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제, 예를 들어, 산화방지제, pH 조절제 등을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 혼합물의 점도를 조절하고 금속 물질의 분산을 강화하기 위하여 상기 혼합물에는 용매가 추가로 포함될 수 있다. 일 예로, 용매로는 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌 글리콜모노부틸에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 메틸 피롤리돈, 테르핀올 등이 쓰일 수 있으며 함량은 혼합물 중 잔부의 양으로 포함될 수 있다.

센서(400)는 홈(420)을 더 포함할 수 있다. 일 예로 홈(420)은 센서(400)의 상부면에 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 예로 제1 단자(200)에서 제2 단자(300)로 향하는 제1 방향으로 형성된 홈(420)의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 홈(420)의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능하며, 제1 길이를 변경함으로써 센서(400)를 통하여 흐르는 전류의 양을 변경할 수 있고, 제2 길이를 변경함으로써 센서의 저항값을 변경할 수 있다. 예를 들면, 홈(420)은 제1 방향으로 길이가 긴 직사각형 형상, 제2 방향으로 길이가 긴 직사각형 형상, ㄱ자 형상 등으로 이루어질 수 있다.

홈(420)의 크기를 변경함으로써 센서(400)의 튜닝(예를 들면 민감도 등)이 가능하며, 본 발명은 홈(420)을 이용하여 센서를 튜닝할 수 있기 때문에 추후 센서(400)의 성능 변경이 필요한 경우에도 홈(420)의 크기(예를 들면 홈의 형상, 홈의 길이 등) 추가로 변경함으로써 용이하게 센서(400)를 튜닝할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프린팅 공정에 의해 제조된 센서(1000)는 센서로서의 기능 발휘를 위하여 외부와 전기적으로 연결될 수 있는 출력 단자를 추가적으로 포함할 수 있으며, 외부에 의한 수분 침투, 이물질 유입, 외부와의 절연성 확보를 위하여 제1단자(200), 제2 단자(300), 센서(400) 상에 절연 필름이 도포될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1000: 프린팅 공정에 의해 제조된 센서 100: 기판
200: 제1 단자 300: 제2 단자
400: 센서

Claims

기판 상에 제1 단자와 제2 단자를 형성하는 단계; 및
상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되는 센서를 프린팅 공정을 이용하여 형성하는 단계를 포함하는, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 프린팅 공정은,
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 서로 연결하도록 상기 센서 제조를 위한 혼합물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 도포하는 단계; 및
상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함하는, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합물은,
하나 이상의 금속 물질;
바인더; 및
상기 혼합물을 상기 기판 상에 접착되도록 하는 접착제를 포함하는, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 센서에 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 홈의 크기는 변경이 가능한, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 제1 방향으로 형성된 상기 홈의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 상기 홈의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능한, 프린팅 공정을 이용한 센서의 제조방법.
기판 상에 형성된 제1 단자와 제2 단자; 및
상기 제1 단자와 상기 제2 단자에 각각 전기적으로 연결되고, 프린팅 공정을 이용하여 형성된 센서를 포함하는, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.
제7항에 있어서,
상기 프린팅 공정은
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 서로 연결하도록 상기 센서 제조를 위한 혼합물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 도포하는 단계; 및
상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함하는, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.
제7항에 있어서,
상기 혼합물은,
하나 이상의 금속 물질;
바인더; 및
상기 혼합물을 상기 기판 상에 접착되도록 하는 접착제를 포함하는, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.
제7항에 있어서,
상기 센서는,
상부면에 형성된 홈을 더 포함하는, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.
제10항에 있어서,
상기 홈의 크기는 변경이 가능한, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.
제11항에 있어서,
상기 제1 단자에서 상기 제2 단자로 향하는 제1 방향으로 형성된 상기 홈의 제1 길이 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로 형성된 상기 홈의 제2 길이 중 어느 하나는 변경이 가능한, 프린팅 공정에 의해 제조된 센서.