KR20190089458A - LIQUID METAL PATTERNING METHOD, LIQUID METAL PATTERNING APPARATUS AND substrate comprising a liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액체 금속 패터닝 방법, 상기 액체 금속 패터닝 방법을 수행하기 위한 액체 금속 패터닝 장치 및 상기 액체 금속 패터닝 방법에 의해 형성된 액체 금속을 포함하는 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 패턴을 형성하기 위한 액체 금속 패터닝 방법, 상기 액체 금속 패터닝 방법을 수행하기 위한 액체 금속 패터닝 장치 및 상기 액체 금속 패터닝 방법에 의해 형성된 액체 금속으로 형성된 미세 패턴을 포함하는 기판에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid metal patterning method, a liquid metal patterning apparatus for performing the liquid metal patterning method, and a substrate comprising a liquid metal formed by the liquid metal patterning method, and more particularly, The present invention relates to a liquid metal patterning method, a liquid metal patterning apparatus for performing the liquid metal patterning method, and a substrate including a fine pattern formed of liquid metal formed by the liquid metal patterning method.
최근 들어, 웨어러블 전자기기의 출현으로 인하여, 유연하고 접을 수 있으며 신축성 있는 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 전자기기를 이루는 대다수의 전자회로는 고체이기 때문에 일정이상의 변형률을 견딜 수가 없다. 이를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다. Recently, due to the emergence of wearable electronic devices, researches on flexible, foldable and stretchable devices have been actively conducted. However, most electronic circuits of these electronic devices are solid and can not withstand a certain strain. Research is underway to solve this problem.
예를 들면, 액체 금속을 이용하여 전자 회로를 구성하여 플랙시블 장치를 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다. For example, studies have been actively conducted to construct a flexible device by using an electronic circuit using liquid metal.
액체 금속은 낮은 녹는점으로 인하여 상온에서 액체 상태로 존재하며 낮은 저항과 그리고 낮은 점도를 가진다. 이러한 특성을 이용하여 유연한 기판에 전자 회로를 구성할 경우 인장이나 굽힘과 같은 특수한 상황에서도 회로의 연결이 끊어지지 않고 전기적인 커넥션의 유지가 가능하다. 그러나, 액체 금속을 이용하여 패턴을 형성하는 데는 어려움이 있다. The liquid metal is in a liquid state at room temperature due to its low melting point and has low resistance and low viscosity. When these characteristics are used to construct an electronic circuit on a flexible substrate, it is possible to maintain the electrical connection without disconnecting the circuit under special circumstances such as tensile or bending. However, it is difficult to form a pattern using a liquid metal.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 미세 패턴을 형성할 수 있는 액체 금속 패터닝 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a liquid metal patterning method capable of forming a fine pattern.
본 발명의 다른 목적은 상기 액체 금속 패터닝 방법을 구현하기 위한 액체 금속 패터닝 장치를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a liquid metal patterning apparatus for implementing the liquid metal patterning method.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 액체 금속 패터닝 방법을 이용하여 형성된 액체 금속을 포함하는 기판을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide a substrate comprising liquid metal formed using the liquid metal patterning method.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 방법은 스트레칭 가능한 기판 상에 액체 금속을 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅 하여 액체 금속 패턴을 형성 후, 상기 액체 금속 패턴과 상기 스트레칭 가능한 기판을 단 방향으로 늘려 상기 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킨다. According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid metal patterning method for forming a liquid metal pattern by printing a liquid metal on a stretchable substrate using a liquid metal patterning device, The stretchable substrate is stretched in one direction to reduce the width of the liquid metal pattern.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치는 파라틴 코팅된 바늘, 디스펜서, 3축 모터 스테이지, 레이져 센서를 통한 거리 피드백 시스템, 전자식 압력 조절기를 이용한 압력 피드백 시스템으로 구성된다. 패턴 폭이 균일한 액체 금속 패터닝을 하여 프린팅 안정도 향상 및 경사진 평면과 곡면 등의 기판에 액체 금속을 프린팅한다. The liquid metal patterning apparatus according to one embodiment of the present invention for realizing the object of the present invention includes a paratine coated needle, a dispenser, a three-axis motor stage, a distance feedback system through a laser sensor, and a pressure feedback system using an electronic pressure regulator . The liquid metal is patterned by uniform pattern width to improve the printing stability and to print the liquid metal on the inclined planar and curved substrate.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액체 금속을 포함하는 기판은 스트레칭 되는 기판위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킨다. The substrate including the liquid metal according to one embodiment for realizing the object of the present invention described above reduces the width of the liquid metal pattern by stretching the patterned liquid metal and the substrate on the substrate to be stretched in only one eccentricity.
본 발명의 실시예들에 따른 액체 금속 패터닝 방법, 액체 금속 패터닝 장치 및 액체 금속을 포함하는 기판에 따르면, 일정한 폭을 가지는 액체 금속 프린팅이 가능하다. 또한, 곡면 또는 경사진 기판에 액체 금속 패터닝 가능하다. 또한, 액체 금속을 상변화 하여 다른 기판에 이송하는 새로운 방식 확립이 가능하다. 또한, 패턴의 폭을 줄임으로서 기존에 불가능했던 마이크로 이하의 폭을 가지는 액체 금속 패터닝 가능하다. According to the liquid metal patterning method, the liquid metal patterning apparatus, and the substrate including the liquid metal according to the embodiments of the present invention, liquid metal printing with a constant width is possible. It is also possible to pattern the liquid metal on a curved or inclined substrate. It is also possible to establish a new way of transferring the liquid metal to another substrate by phase change. In addition, by reducing the width of the pattern, it is possible to pattern the liquid metal having a width of not more than the micro-width which has not been previously possible.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다. However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 전자식 압력 조절기 3축 스테이지와 파라핀 코팅된 바늘로 구성된 액체 금속 패터닝 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 거리 피드백 및 압력 피드백 적용 여부 조건에 따라, 기판에 프린팅된 액체 금속의 사진들이다.
도 3a는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치들의 바늘의 재질과 액체 금속 간 접촉각을 측정한 사진 및 프린팅 진행시의 바늘들의 사진들 이다.
도 3b는 도 1에서 설명한 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅된 액체 금속을 보여주며, 확대된 사진은 액체 금속을 SEM(Scanning Electron Microscope) 으로 확대하여 찍은 사진이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 폭을 줄이는 액체 금속 패터닝 방법에 대한 공정도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 액체 금속 패터닝 방법을 반복적으로 실행한 결과 사진이다.1 is a view of a liquid metal patterning device composed of a laser sensor, an electronic pressure regulator triaxial stage, and a paraffin coated needle according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a photograph of the liquid metal printed on the substrate, depending on whether the distance feedback and the pressure feedback are applied.
FIG. 3A is a photograph of the contact angle between the material of the needle and the liquid metal of the liquid metal patterning apparatus according to the comparative example and the present invention, and photographs of the needle at the time of printing.
FIG. 3B shows the liquid metal printed using the liquid metal patterning apparatus shown in FIG. 1, and the enlarged photograph is an enlarged photograph of the liquid metal by an SEM (Scanning Electron Microscope)
4 illustrates a process diagram for a liquid metal patterning method for reducing the width of a liquid metal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a photograph of a result of repetitive execution of the liquid metal patterning method of FIG.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
액체 금속으로 마이크로 레벨의 도선을 구성할 경우 휘거나 늘어나는 외력조건에서도 전기적인 커넥션의 유지가 가능하다. 이를 이용하여 본 발명에서는 마이크로 레벨의 도선을 가지는 초소형 플렉서블 PCB 또는 플렉서블 센서를 구성할 수 있다. When micro-level conductors are made of liquid metal, it is possible to maintain electrical connections even under extreme or externally applied stress conditions. In the present invention, a micro-flexible PCB or a flexible sensor having a micro-level conductor can be constructed.
EGaIn은 갈륨과 인듐을 합성하여 만든 액체 금속으로서, 독성이 및 반응성이 낮으며, Ga 에 의하여 생성된 산화막에 의하여 높은 표면장력을 가진다. 이를 이용하여 direct writing, stencil lithography, imprint lithography, microfluidic injection 등과 같이 다양한 방식으로 액체금속을 회로화 하는 패터닝이 가능하다. 다만, 높은 표면장력은 패턴의 모양을 유지해주는 장점을 가지지만 패터닝을 수십마이크로 이하로 하기 힘들다는 단점 또한 가지고 있다. 현재까지 imprint lithography를 통하여만 한 자릿수의 마이크로 패터닝이 시연되었으며 이 또한 lithography로 제조된 PDMS 몰드 제작을 필요로 한다. EGaIn is a liquid metal synthesized from gallium and indium. It is low in toxicity and reactivity, and has high surface tension due to the oxide film formed by Ga. Using this method, it is possible to pattern liquid metal in various ways such as direct writing, stencil lithography, imprint lithography, and microfluidic injection. However, the high surface tension has the advantage of maintaining the shape of the pattern, but it also has a drawback that it is difficult to make the patterning less than several tens of micro-meters. To date, only one digit of micro patterning has been demonstrated through imprint lithography, which also requires the fabrication of PDMS molds made from lithography.
한편, 액체 금속의 일종으로 갈린스탄(Galinstan)은 상온에서 액체 상태로 존재한다. 갈린스탄은 68.5% 갈륨(Ga), 21.5% 인듐(In), 10% 주석(Sn)으로 이루어진 합금이다. 이 합금은 유독성이 있는 수은을 대체하여 의료용 온도계로 사용되고 있다. 또한, 공융 갈륨-인듐 합금(eGain; eutectic Galium-Indium Alloy), 상표명 ‘Galistan’의 갈륨-인듐-주석 합금, 인달로이(Indalloy) 등의 액체금속은 높은 전기 전도성을 갖기 때문에 종래 독성의 수은을 대체할 수 있는 비독성 물질로서 반도체 소자의 미세 패턴을 형성하는 경우 등에 이용될 수 있다. 특히, 공융 갈륨-인듐 합금은 융점이 15℃ 미만이어서 상온에서 액체상태를 유지할 뿐만 아니라 대기 중에 노출 되면 산화막을 형성함으로써 비금속 재질의 표면에 대해서도 높은 젖음성(wettability)을 갖게 된다. 공융 갈륨-인듐 합금은 이러한 표면 산화막에 의해 그 형태를 유지한 상태에서 안정적으로 독립된 구조체를 형성할 수 있다.On the other hand, Galinstan, a kind of liquid metal, exists in a liquid state at room temperature. Galindan is an alloy consisting of 68.5% of gallium (Ga), 21.5% of indium (In) and 10% of tin (Sn). This alloy has been used as a medical thermometer to replace toxic mercury. In addition, liquid metals such as eutectic gallium-indium alloy (eGain), gallium-indium-tin alloy, and indalloy of the trade name Galistan have high electrical conductivity, It can be used as an alternative non-toxic material when forming a fine pattern of a semiconductor device. In particular, the eutectic gallium-indium alloy has a melting point of less than 15 ° C., so that it maintains a liquid state at room temperature, and when exposed to the atmosphere, forms an oxide film and thus has high wettability with respect to a surface of a nonmetallic material. The eutectic gallium-indium alloy can form a stable independent structure while maintaining its shape by the surface oxide film.
본 발명의 실시예들에 따르면, lithography 방식으로 준비된 PDMS 몰드를 사용하지 않고 액체 금속의 상변화와 신축성 있는 기판 그리고 direct writing patterning을 이용하여 단일 자릿수의 마이크로 액체 금속 패터닝을 할 수 있는 새로운 패터닝 방식을 구현할 수 있다. According to embodiments of the present invention, a new patterning method capable of performing single-digit micro-liquid metal patterning using a liquid metal phase change, a flexible substrate, and direct writing patterning without using a PDMS mold prepared by lithography Can be implemented.
예를 들면, 먼저, 신축성 있는 기판 위에 direct writing을 통하여 패터닝이 진행된 액체 상태의 액체 금속 패턴을 폭을 줄이기 위해 기판과 함께 늘린 후 탈 이온 수와 함께 얼어 붙였다. 이후 폭이 줄어든 액체 금속 패턴과 얼음블록을 간단하게 들어올려 변형이 늘리지 않은 새로운 신축성 있는 기판에 올려 놓은 후, 얼음을 오븐을 이용하여 증발 시켜 액체 금속 패턴만이 남도록 하였다. 이러한 순차적인 프로세스를 통하여 원하는 액체 금속 패턴을 획득할 때까지 반복 진행하였다. For example, first, a liquid metal pattern that has undergone patterning through direct writing on a flexible substrate is stretched together with the substrate to reduce the width, and then frozen with deionized water. The liquid metallic pattern and the ice block, which had been reduced in width, were then simply lifted and placed on a new stretchable substrate which was not stretched and the ice was evaporated using an oven to leave only the liquid metal pattern. This sequential process was repeated until the desired liquid metal pattern was obtained.
<액체 금속 패터닝 장치><Liquid Metal Patterning Apparatus>
3축 모터 스테이지와 레이저 센서 전자식 압력 조절기를 이용한 액체 금속 직접 분사 프린팅 기법을 구현할 수 있다. 3-axis motor stage and laser sensor It is possible to implement liquid metal direct injection printing method using electronic pressure regulator.
파라핀 코팅 된 바늘을 이용한 액체 금속 프린팅 기법을 구현할 수 있다. A liquid metal printing technique using paraffin coated needles can be implemented.
파라틴 코팅된 바늘, 디스펜서, 3축 모터 스테이지, 레이져 센서를 통한 거리 피드백 시스템, 전자식 압력 조절기를 이용한 압력 피드백 시스템으로 구성되어진 액체 금속 패터닝 장치(액체 금속 분사 프린팅 시스템)을 이용하여 패턴 폭이 균일한 액체 금속 패터닝을 하여 프린팅 안정도 향상 및 경사진 평면과 곡면 등의 기판에 액체 금속을 프린팅할 수 있다. Using a liquid metal patterning device (liquid metal spray printing system) consisting of a paratin coated needle, a dispenser, a three-axis motor stage, a distance feedback system via a laser sensor, and a pressure feedback system using an electronic pressure regulator, One liquid metal patterning can improve printing stability and print liquid metal on substrates such as sloping planes and curved surfaces.
파리핀 코팅된 바늘을 이용하여 액체 금속을 프린팅 진행 함으로서 액체 금속이 바늘 표면에 붙는 것이 방지될 수 있다. 또한, 바늘에 다양한 코팅을 하여, 이를 이용한 액체 금속을 프린팅할 수 있다. By printing liquid metal using a parison-coated needle, the liquid metal can be prevented from sticking to the surface of the needle. In addition, a variety of coatings can be applied to the needles and the liquid metal using the coatings can be printed.
거리 정보 피드백을 이용한 다(多) 자유도 액체 금속 프린팅 시스템을 구현할 수 있다. A multi-degree-of-freedom liquid metal printing system using distance information feedback can be implemented.
거리 피드백 및 압력 피드벡과 같은 시스템과 파라핀으로 코팅된 바늘을 이용하여 액체 금속 프린팅 시스템을 구현할 수 있다. Liquid metal printing systems can be implemented using systems such as distance feedback and pressure feed back and paraffin coated needles.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서와 전자식 압력 조절기 3축 스테이지와 파라핀 코팅된 바늘로 구성된 액체 금속 패터닝 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view of a liquid metal patterning device composed of a laser sensor, an electronic pressure regulator triaxial stage, and a paraffin coated needle according to an embodiment of the present invention.
도 1의 (좌측)에서 전자식 압력 조절기(Electronic Pressure regulator)는 액체 금속이 디스펜서에서 일정하게 나올 수 있도록 압력을 일정하게 조절해주며, (압력 피드백) x, y, z 축 모터 스테이지(Motorized stage)는 기판(substrate)의 원하는 위치에 패터닝 가능하도록 움직이는 역할을 수행한다. The electronic pressure regulator in FIG. 1 (left) adjusts the pressure constantly so that the liquid metal can be constantly discharged from the dispenser, and the pressure feedback is applied to the x, y, z-axis motorized stage, And the like, to be patterned at a desired position on a substrate.
예를 들면, 전자식 압력 조절기는 흡입되는 유체의 압력을 측정하는 검출 센서, 토출되는 유체의 압력을 검출하는 검출 센서, 토출량을 조절하는 전자 밸브 등을 포함하여, 사용자가 원하는 압력을 설정키를 이용하여 입력하면 전자밸브의 개도량이 조절되어 압력조절을 쉽고 정확하게 할 수 있다. For example, the electronic pressure regulator includes a detection sensor for measuring the pressure of the fluid to be sucked, a detection sensor for detecting the pressure of the fluid to be discharged, an electromagnetic valve for regulating the discharge amount, The amount of opening of the solenoid valve can be adjusted so that the pressure can be easily and accurately adjusted.
도 1의 (우측)에서 레이저 센서(laser sensor)는 기판과의 간격을 계속 측정하며, 측정된 값을 통하여 z 모터 스테이지가 실시간으로 반응하도록 설계되어 기판과 액체 금속이 토출 되는 거리(gap distance)를 일정하게 유지 가능하다. (거리 피드백)In FIG. 1 (right), the laser sensor continuously measures the distance from the substrate, and through the measured value, the z motor stage is designed to respond in real time, Can be kept constant. (Distance feedback)
도 1의 (우측)에서 파라핀 코팅된 바늘(Paraffin coated Dispensing needle)은 액체 금속이 산화되어 바늘에 붙는 것을 방지하여 패턴(liquid metal pattern)이 끊어지지 않고 계속해서 진행 가능하게 한다In Fig. 1 (right), a paraffin coated dispensing needle prevents the liquid metal from oxidizing and sticking to the needle so that the liquid metal pattern can continue without breaking.
도 2는 거리 피드백 및 압력 피드백 적용 여부 조건에 따라, 기판에 프린팅된 액체 금속의 사진들이다.Fig. 2 is a photograph of the liquid metal printed on the substrate, depending on whether the distance feedback and the pressure feedback are applied.
도 2의 I은 거리 피드백과 압력 피드백이 안되는 조건에서 표면 높이가 불안정한 기판에 프린팅 된 액체 금속 사진이며, 도 2의 II는 거리 피드백 기능이 작동되고 있는 상태 외에는 도 2의 I과 동일한 조건에서 프린팅이 진행된 액체 금속 사진이다. 도 2의 III은 거리 및 압력 피드백 기능이 전부 작동되고 있는 상태 외에는 도 2의 I과 동일한 조건에서 프린팅이 진행된 액체 금속 사진이다2 is a photograph of a liquid metal printed on a substrate having an unstable surface height under the condition of no distance feedback and pressure feedback, and II in Fig. 2 shows a state in which printing is performed under the same conditions as I in Fig. 2, This is a progressive liquid metal photograph. 2 is a photograph of a liquid metal undergoing printing under the same conditions as I in Fig. 2 except that the distance and pressure feedback functions are all activated
도 3a는 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치들의 바늘의 재질과 액체 금속 간 접촉각을 측정한 사진 및 프린팅 진행시의 바늘들의 사진들 이다. FIG. 3A is a photograph of the contact angle between the material of the needle and the liquid metal of the liquid metal patterning apparatus according to the comparative example and the present invention, and photographs of the needle at the time of printing.
도 3a의 I은 바늘 재질과 액체 금속 간의 접촉각을 측정한 그림 이며 도 3a의 II는 바늘 재질 위에 파라핀 코팅을 진행 한 후 액체 금속과의 접촉각을 측정한 그림이다.3A is a view showing a contact angle between a needle material and a liquid metal, and FIG. 3A is a view showing a contact angle with a liquid metal after a paraffin coating is performed on a needle material.
도 3a의 III 은 비교예의 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 액체 금속을 프린팅할 때 바늘 부위를 나타낸 사진이다. 3A is a photograph showing the needle area when printing a liquid metal using the liquid metal patterning apparatus of the comparative example.
도 3a의 IV 는 본 발명의 실시예에 따른 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 액체 금속을 프린팅할 때 바늘 부위를 나타낸 사진이다. FIG. 3A is a photograph showing a needle area when printing a liquid metal using the liquid metal patterning apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 3b는 도 1에서 설명한 액체 금속 패터닝 장치를 이용하여 프린팅된 액체 금속을 보여주며, 확대된 사진은 액체 금속을 SEM(Scanning Electron Microscope) 으로 확대하여 찍은 사진이다FIG. 3B shows the liquid metal printed using the liquid metal patterning apparatus shown in FIG. 1, and the enlarged photograph is an enlarged photograph of the liquid metal by an SEM (Scanning Electron Microscope)
<액체 금속 패터닝 방법><Liquid Metal Patterning Method>
미세 패턴을 위한 액체 금속 패터닝 및 패턴 폭을 일정하게 하기 위한 액체 금속 프린팅 방법이 제공될 수 있다. A liquid metal printing method for uniformizing the liquid metal patterning for the fine pattern and the pattern width can be provided.
스트레칭 되는 기판(stretchable substrate) 위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킬 수 있다. The width of the liquid metal pattern can be reduced by stretching the patterned liquid metal and substrate onto the stretchable substrate in only one eccentricity.
액체 금속을 다른 기판에 옮기는 공정이 제공될 수 있다. A process of transferring the liquid metal to another substrate may be provided.
일 실시예에 따르면, 상온에서 액체 상태인 액체 금속을 옮기기 위해 고체 상태로 상변화를 시켜 다른 늘어나지 않은 기판에 이송할 수 있다. 예를 들면, 테이프를 이용한 고체 상태로 상변화한 금속 이송할 수 있다. According to one embodiment, a phase change to a solid state can be transferred to another non-stretched substrate to transfer the liquid metal at ambient temperature. For example, the phase-shifted metal can be transferred to a solid state using a tape.
상기 방식 외에도 액체 금속과 DI water를 동시에 얼려 이송 가능한 면적을 늘려 다른 늘어나지않은 기판에 이송할 수 있다. In addition to the above method, the liquid metal and the DI water can be frozen and transferred at the same time to the other unstretched substrate by increasing the transferable area.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 폭을 줄이는 액체 금속 패터닝 방법에 대한 공정도를 나타낸다.4 illustrates a process diagram for a liquid metal patterning method for reducing the width of a liquid metal according to an embodiment of the present invention.
도 4의 I은 제1도에서 도시한 액체 금속 직접 프린팅 방식을 이용하여 패터닝하는 모습이다.FIG. 4A shows the patterning using the liquid metal direct printing method shown in FIG.
도 4의 II는 프린팅된 액체 금속을 기판과 함께 늘리는 모습을 나타낸다.Fig. 4C shows the printed liquid metal together with the substrate.
도 4의 III과 IV는 늘어난 액체 금속위에 탈 이온 수를 흘려 어는점 이하에서 고체 상태로 만드는 과정을 나타낸다.4A and 4B show the process of making deionized water flow on the liquid metal and solidifying it below the freezing point.
도 4의 V는 얼려진 액체 금속과 탈 이온 수를 기존의 기판에서 분리시키는 과정을 나타낸다.4 shows the process of separating the frozen liquid metal and deionized water from the existing substrate.
도 4의 VI와VII는 분리된 얼려진 액체 금속과 탈 이온 수를 다른 늘어나지 않은 기판에 이송한 후 탈 이온 수만 증발 시켜 액체 금속 패턴만 남기는 과정을 나타낸다.VI and VII in FIG. 4 show the process of transferring the separated frozen liquid metal and deionized water to another unstretched substrate and evaporating only the deionized water to leave only the liquid metal pattern.
도 4의 II~VII 과정을 반복하여 도 4의 VIII 과 같은 원하는 줄어든 폭을 가지는 액체 금속을 얻을 수 있다.The steps II to VII of FIG. 4 are repeated to obtain a liquid metal having a desired reduced width as shown in FIG.
도 5는 도 4의 액체 금속 패터닝 방법을 반복적으로 실행한 결과 사진이다.FIG. 5 is a photograph of a result of repetitive execution of the liquid metal patterning method of FIG.
도 5의 (상부)에서 n=1은 직접 분사 시스템을 이용하여 프린팅된 액체 금속이며 도 4의 방법을 한번 반복 할 때 마다 n이 1씩 증가하며, n이 증가 할 때마다 패턴된 액체 금속의 폭이 계속해서 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.In Figure 5 (top), n = 1 is the liquid metal printed using the direct injection system, n increases by one for each iteration of the method of Figure 4, and every time n increases, It can be confirmed that the width continues to decrease.
도 5의 (하부 좌측)은 초기 직접분사 시스템을 이용하여 액체 금속을 프린팅한 결과를 SEM으로 찍은 사진이며 (하부 우측)은 도 4의 패터닝 방식을 7번 반복하여 줄어든 폭을 가지는 액체 금속 패턴을 SEM으로 찍은 사진이다.FIG. 5 (lower left) shows a SEM image of the result of printing the liquid metal using the initial direct injection system, and FIG. 4 shows the pattern of the liquid metal pattern having a reduced width by repeating the patterning method of FIG. This is a picture taken with SEM.
즉, 상기 초기 직접분사 시스템을 이용하여, 신축성 있는 기판 위에 direct writing을 통하여 패터닝이 진행된 액체 상태의 액체 금속 패턴을 폭을 줄이기 위해 기판과 함께 늘린 후 탈 이온 수와 함께 얼어 붙였다. 이후 폭이 줄어든 액체 금속 패턴과 얼음블록을 간단하게 들어올려 변형이 늘리지 않은 새로운 신축성 있는 기판에 올려 놓은 후, 얼음을 오븐을 이용하여 증발 시켜 액체 금속 패턴만이 남도록 하였다. 이러한 순차적인 프로세스를 통하여 원하는 액체 금속 패턴을 획득할 때까지 반복 진행하였다. That is, by using the initial direct injection system, a liquid metal pattern having been patterned by direct writing on a flexible substrate was stretched together with the substrate to reduce the width, and frozen with deionized water. The liquid metallic pattern and the ice block, which had been reduced in width, were then simply lifted and placed on a new stretchable substrate which was not stretched and the ice was evaporated using an oven to leave only the liquid metal pattern. This sequential process was repeated until the desired liquid metal pattern was obtained.
<액체 금속을 포함하는 기판><Substrate Containing Liquid Metal>
스트레칭 되는 기판위에 패턴 된 액체 금속과 기판을 단 반향으로 늘려 액체 금속 패턴의 폭을 감소 시킬 수 있다. The width of the liquid metal pattern can be reduced by stretching the patterned liquid metal and substrate onto the substrate to be stretched in only eccentricity.
본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 금속 패터닝 방법, 액체 금속 패터닝 장치 및 액체 금속을 포함하는 기판은 플렉서블 기판, 플렉서블 센서, 마이크로 기판, 마이크로 센서, 웨어러블 디바이스 등에 이용할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the liquid metal patterning method, the liquid metal patterning apparatus, and the substrate including the liquid metal can be used for a flexible substrate, a flexible sensor, a micro substrate, a microsensor, a wearable device,
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
Claims (1)
상기 액체 금속 패턴과 상기 스트레칭 가능한 기판을 단 방향으로 늘려 상기 액체 금속 패턴의 폭을 감소시키는 단계를 포함하는 액체 금속 패터닝 방법. Printing a liquid metal on a stretchable substrate using a liquid metal patterning device to form a liquid metal pattern; And
And extending the liquid metal pattern and the stretchable substrate in a single direction to reduce the width of the liquid metal pattern.
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