KR20190123833A - 신축성 전자 소자의 제작 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 챔버와, 챔버가 상압으로 유지된 상태에서, 서로 이격된 상태로 챔버 내에 로딩되는 복수의 샘플부와, 챔버가 진공으로 유지된 상태에서, 복수의 샘플부를 이동시켜 복수의 샘플부를 서로 합착하는 이동 부재를 포함하는 신축성 전자 소자의 제작 장치를 제공함으로써, 다양한 신축성 전자 소자를 제작할 수 있다.

Description

신축성 전자 소자의 제작 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR FABRICATION OF STRETCHABLE ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 신축성 전자 소자의 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
신축성 전자 소자(stretchable electronic device)를 구현하기 위한 종래의 기술로는 신축성이 높은 구조로 만드는 방법이 주로 이용되고 있다. 대표적인 종래기술로, 미리 잡아당겨 놓은 신축성 기판(pre-stretchable elastic substrate)의 표면에 전자 소자 및 배선 유닛을 포함하는 전자회로를 전사한 뒤, 응력을 제거하여 기판을 원래 상태로 되돌림으로써 전사된 전자 소자 및 금속 배선 층의 버클링(buckling)을 유도하고, 구현된 물결 모양의 구조로부터 전자회로의 확장능력(stretchability)을 확보하는 기술이 제안되고 있다. 다만, 종래 기술에서 신축성 전자 소자의 인장 가능한 영역을 패턴화하는 기술은 제시되지 않고 있다.
종래 기술에 의한 진공 신축성 전자 소자 제작 장치가 진공 챔버 내에 하부 기저 위에 합착하고자 원하는 두 샘플을 상압에서 로딩하고 진공 상태를 유지한 후에 수직 이동부재를 통해 이송되는 가압장치를 통해 라미네이션 공정을 하는 경우, 진공 상태를 만들기 전에 무게에 의해 물리는 힘으로 두 샘플 사이의 일정 부분이 접합되어 공기가 트래핑(trapping)되는 문제가 발생한다. 공기가 두 층을 접합하는 과정에서 트랩핑되는 현상은 고진공에서 상압 환경으로 갈수록 커진다. 심지어 계면에 트랩된 공기가 시간이 경과하며 이동하는 현상도 발생한다.
또한, 종래 기술의 경우, 상압에서 실리콘 웨이퍼(Si-WF) 위에 PDMS(polydimethylsiloane)의 신축성 필름을 붙인 후에 트랩된 공기가 진공 환경에서 부풀어 오르는 현상(air-bulging)이 나타난다. 또한, 상압에서 신축성 지그 유닛 위에 VHB(Very High Bond) 신축성 기판을 붙인 후에 트랩된 공기가 진공 환경을 유지할 때에도 마찬가지로 공기가 부풀어 오르는 현상이 나타날 수 있다. 이러한 공기가 부풀어 오르는 현상은 신축성 기판이 영의 계수가 낮을수록 커지며, 공기 부풀어오르기 현상은 진공 챔버 내에서의 일정한 응력에서 변형력이 커지기 때문이다. 실리콘 웨이퍼 및/또는 PDMS 계면에는 타원형의 버블(bubble)들이 형성되지만, 신축성 지그 및/또는 VHB 계면은 원형의 버블들이 형성되며, 이러한 현상은 신축성 기판의 동일 압력에서 변형율의 차이에서 비롯된다.
한편, 영의 계수가 매우 높아지면 이러한 bulging 현상은 관찰되지 않는다. 이러한 버블 발생을 막기 위해 신축성 기판에 수많은 구멍(hole)들을 형성하는 방법이 있으나, 버블들은 진공 중에서 빨리 제거되지 않는다. 버블들을 짧은 시간 내에 제거하기 위해 아주 높은 진공 상태(예: 초고진공 상태)를 유지할 경우, 버블들이 터지는 현상이 발생하여, 계면의 표면조도(surface roughness)를 손상시키는 문제점이 있다.
신축성 기판 위에 전자 소자를 전사하는 과정 동안 계면에서 air-bulging 현상이 발생할 경우, 계면의 크랙(crack)이나 박리(delamination)가 유도될 수 있다. 이러한 접합 계면에서 발생하는 상기와 같은 air-bulging, crack, delamination, 표면조도의 손상 현상에 의해, 접합 계면은 넓은 범위의 차수 변형(long-range order deformation)이 발생하여 본래 신축성 기판 전자 소자의 기능성이 저하되며, 특히 신축성 전자 소자의 전기적 특성의 저하를 초래한다. 또한 공기가 트랩된 전자 소자에 대하여 열처리, UV curing, 진공 공정 등의 후속 공정을 진행할 경우, 계면에서 air-bulging 현상에 의해 초 박막의 전자 소자의 전기적 특성이 파괴될 수 있다.
그러므로 신축성 기판 위에 전자 소자를 전사하는 과정에서 air-bulging을 최소화하기 위한 신축성 전자 소자의 제작 방법 및 제작 장치가 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예는 두 필름 사이의 계면에서 공기 부풀어오르기 현상(air-bulging)을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 신축성 전자 소자의 제작 장치는, 챔버; 상기 챔버가 상압으로 유지된 상태에서, 서로 이격된 상태로 상기 챔버 내에 로딩되는 복수의 샘플부; 및 상기 챔버가 진공으로 유지된 상태에서, 상기 복수의 샘플부를 이동시켜 상기 복수의 샘플부를 서로 합착하는 이동 부재를 포함할 수 있다.
상기 복수의 샘플부가 로딩되며, 상기 챔버의 진공이 유지되도록 상기 챔버 내의 공기를 제거하는 복수의 진공 척을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 샘플부는 제1 축 방향으로 서로 이격된 상부 샘플부, 중간 샘플부 및 하부 샘플부를 포함하고, 상기 복수의 샘플부들이 상기 이동 부재에 의해 서로 합착되기 이전에, 상기 중간 샘플부를 상기 제1 축과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 신축성 지그 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 신축성 지그 유닛은, 상기 중간 샘플부를 방사상으로 연신하기 위하여 방사상으로 형성할 수 있다.
상기 상부 샘플부는 상기 중간 샘플부의 제1 영역에 합착되며, 상기 제1 영역과 다른 상기 중간 샘플부의 제2 영역에 제2 방향의 패턴을 유도하는 지지 필름을 포함할 수 있다.
상기 제2 방향의 패턴은 평면 구조 또는 버클링 구조를 포함할 수 있다.
상기 지지 필름은 버클링 지지 필름을 포함하며, 상기 버클링 지지 필름은 유리 필름, 세라믹 필름, 금속박막 필름 또는 플라스틱 필름을 포함할 수 있다.
상기 지지 필름은 상기 지지 필름의 중앙 부분이 잘린 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 또는 원뿔 형태일 수 있다.
상기 지지 필름은 0.1MPa 이상의 영의 계수를 가질 수 있다.
상기 상부 샘플부는 상기 지지 필름의 상부에 배치되며, 상기 상부 샘플부에 의한 압력을 상기 지지 필름을 통해 상기 중간 샘플부로 일정하게 전달하기 위한 제1 압력 분산 층을 더 포함할 수 있다.
상기 중간 샘플부는, 접착성 필름, 및 상기 제1 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 차단하여, 상기 제1 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 보호하도록 상기 접착성 필름 상에 패턴되는 제1 이형 필름을 포함할 수 있다.
상기 접착성 필름은 0.1MPa 이상의 영의 계수를 가질 수 있다.
상기 하부 샘플부는, 전자 소자; 상기 전자 소자의 하부에 배치되며, 상기 하부 샘플부에 의한 압력을 상기 전자 소자를 통해 상기 중간 샘플부로 일정하게 전달하기 위한 제2 압력 분산 층; 및 상기 접착성 필름으로부터 상기 제2 압력 분산 층을 차단하여, 상기 제2 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 보호하도록 상기 제2 압력 분산 층과 상기 전자 소자 사이에 배치되는 제2 이형 필름을 포함할 수 있다.
상기 하부 샘플부는, 상기 전자 소자를 지지하는 내열성 기판, 및 상기 내열성 기판과 상기 전자 소자 사이에 배치되며, 상기 전자 소자를 지지하는 희생 필름을 포함할 수 있다.
상기 내열성 기판은 100nm에서 1000μm 사이의 두께를 가질 수 있다.
상기 전자 소자와 다른 복수의 다른 전자 소자를 포함하고, 상기 전자 소자 및 상기 다른 복수의 전자 소자들은 수직 구조, 평행 구조, 탠덤 구조 또는 복합 구조로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신축성 전자 소자 제작 방법은, 상부 샘플을 로딩하는 단계; 상기 상부 샘플의 하부에 하부 샘플을 로딩하는 단계; 상기 상부 샘플과 상기 하부 샘플 사이에 중간 샘플을 로딩하는 단계; 상기 중간 샘플을 연신하는 단계; 상기 상부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 거리를 유지한 상태에서 상기 상부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 공기를 제거하여 진공을 유지하는 단계; 상기 진공이 유지된 상태에서 상기 상부 샘플을 상기 중간 샘플로 이동시켜 상기 상부 샘플을 상기 중간 샘플에 등각 접촉시키는 단계; 상기 하부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 거리를 유지한 상태에서 상기 하부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 공기를 제거하여 진공을 유지하는 단계; 및 상기 진공이 유지된 상태에서 상기 합착된 상부 샘플 및 중간 샘플을 상기 하부 샘플로 이동시켜 상기 중간 샘플을 상기 하부 샘플에 등각 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상부 샘플, 중간 샘플 및 하부 샘플은 서로 제1 방향으로 이격되며, 상기 하부 샘플을 연신하는 단계는, 상기 하부 샘플을 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부 샘플의 연신 상태를 해제하여 상기 중간 샘플의 제1 영역에 상기 제2 방향의 패턴을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 샘플의 하부에 하부 샘플을 로딩하는 단계는, 상기 제1 영역과 다른 상기 중간 샘플부의 제2 영역에 합착되며, 상기 제2 영역에 제2 방향의 패턴을 유도하는 지지 필름을 로딩하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유기발광소자, 태양전지, 박막트랜지스터, 센서, 터치 등을 포함하는 다양한 신축성 전자 소자를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 인간의 촉감/질감을 모사할 수 있는 전자 피부, 촉감/질감을 교류할 수 있는 촉감/질감 입출력 디바이스 및 오감 정보를 실감화/가상화 할 수 있는 인터페이스 기술에 응용될 수 있는 신축성 전자 소자를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 인간과 디바이스가 교감할 수 있는 UI/UX 인터페이스 역할을 할 수 있으며, 가상 remote 초실감 입출력 디바이스, 휴머노이드 전자피부, 가상 촉각, 인체 친화형 전자피부 등의 분야로 확대될 수 있는 제작된 신축성 전자 소자를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 버클링 지지필름, 미리 잡아 당겨진 양면 고접착력 신축성 기판, 전자 소자 등은 서로 일정한 거리를 유지하며 이격되어 있는 상태에서 진공 환경에서 공기를 제거하는 첫 번째 단계와 압력을 가하며 합착하는 두 번째 단계를 통해 각 계면에 등각접촉이 형성할 수 있는 신축성 전자 소자를 제작하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 미리 설정된 응력 내에서 스트레칭 할 수 있는 신축 영역의 패턴화는 높은 접착력을 지닌 신축성 기판 위에 미리 패턴화된 버클링 지지필름을 진공 합착하는 라미네이션 공정을 통해서 수행되며, 이에 따라 패턴된 버클링 필름이 미리 잡아당겨진 고접착성 신축성 필름에 고정부를 형성하고 고정부에 의해 결정된 변형부를 통해서 전자 소자 및/또는 배선 유닛이 미리 설정된 응력 내에서 제1 축, 제2 축 및 방사상 방향으로 각각 변형될 수 있는 신축성 전자 소자를 제작하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 유리기판과 같은 리지드(rigid)기판 위에 제작된 전자 소자와 비교하여 전사과정을 통해 왜곡되지 않는 전기적, 광학적, 기계적 특성을 가지는 신축성 전자 소자를 제작하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등각 접촉용 진공 신축성 전자 소자 제작 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 수행되는 신축성 전자 소자 제작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 축 연신된 신축성 기판에 전사된 버클링 구조의 신축성 전자 소자 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 상부, 중간 및 하부 샘플 유닛들로부터 제1 축 방향으로 연신된 신축성 전자 소자의 정렬구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사상 연신된 신축성 기판에 전사된 버클링 구조의 신축성 전자 소자 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 상부, 중간 및 하부 샘플 유닛들로부터 방사상으로 연신된 신축성 전자 소자의 정렬구조를 도시한 사시도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축으로 연신된 상부 샘플부를 도시한 사시도이며, 도 7b는 방사상으로 연신된 상부 샘플부를 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축 연신된 중간 샘플부를 도시한 사시도이며, 도 8c 및 도 8d는 방사상 연신된 중간 샘플부를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 하부 샘플부를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축 연신된 버클링 구조를 가지는 신축성 소자의 전체적인 전사 공정을 도시한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 상태에서 등각 접촉을 위한 신축성 전자 소자 제작 장치(vacuum laminator for conformal contact, 이하, "신축성 전자 소자 제작 장치"라 한다.)에 관하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 등각 접촉용 진공 신축성 전자 소자 제작 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전자 소자 제작 장치(100)는 진공 챔버(200), 스테이지(300), 이동 유닛(400), 상부 샘플 유닛(500), 중간 샘플 유닛(600), 하부 샘플 유닛(700) 및 재치대 유닛(800)을 포함할 수 있다.
진공 챔버(200)는 내부 공간에 상압 또는 진공 상태를 조성할 수 있다. 신축성 전자 소자 제작 장치는 대기압부터 10-10 torr까지의 진공도 환경, -10도에서 300도까지의 온도 환경 및 10-2MPa에서 106MPa까지의 압착 환경에서 신축성 전자 소자를 제작할 수 있다.
스테이지(300)는 진공 챔버(200)의 내부 공간의 하단에 배치될 수 있다. 스테이지(300)는 샘플 유닛과 유사한 형상, 예를 들면, 평면사각형 형상일 수 있다. 스테이지(300)의 상부에는 하부로부터 히팅 유닛(730), 하부 진공 척(720) 순으로 고정될 수 있다.
이동 유닛(400)는 수평이동 부재(410), 수직이동 부재(420) 및 고정체(430)을 포함할 수 있다. 수평 이동 부재(410)와 수직 이동 부재(420)는 상부 샘플 유닛(500)을 수평 방향과 수직 방향으로 이송할 수 있다. 고정체(430)는 상부 샘플 유닛(500)을 지지할 수 있으며, 수평 이동 부재 및 수직 이동 부재(410, 420)를 통해 진공 챔버 내부 또는 외부(미도시)로 상부 샘플 유닛(500)을 이송할 수 있다.
상부 샘플 유닛(500)은 상부 진공 척(510)과 상부 샘플부(520)를 포함할 수 있다. 상부 샘플부(520)는 진공 상태에서 상부 진공 척(510)에 압착될 수 있으며, 진공이 해제된 상태에서 상부 진공 척(510)으로부터 분리될 수 있다.
중간 샘플 유닛(600)은 중간 샘플부(610)와 신축성 지그 유닛(620)을 포함할 수 있다. 중간 샘플부(610)의 예로, 신축성 기판이 포함될 수 있다. 중간 샘플부(610)는 신축성 지그 유닛(620)의 상부에 위치할 수 있으며, 제1 축(x축 또는 y축), 제2 방향(x축 및 y축 두 개의 축) 또는 방사상(radial) 방향으로 각각 연신될 수 있다. 중간 샘플부(610)는 x축, y축 및 방사상으로 원래의 길이의 비율에 비해 0%에서 300%까지 연신될 수 있다.
하부 샘플부(710)는 하부 진공 척(720) 상에 배치될 수 있다. 히팅 유닛(730)은 -10도에서 400도까지 열을 하부 샘플부(710)에 전달할 수 있다. 하부 샘플부(710)는 진공 상태에서 하부 진공 척(720)으로부터의 압착될 있고, 진공이 해제된 상태에서 상부 진공 척(510)으로부터 분리될 수 있다.
재치대 유닛(800)은 상부에 중간 샘플 유닛(600)를 고정할 수 있다. 재치대 유닛(800)은 막대 모양의 가이드 선을 따라 상부 및 하부로 이동될 수 있다. 재치대 유닛(800)는 라인 형상으로 중간 샘플부(610)의 두 개 이상의 모서리들을 지지할 수 있으며, 폐 라인 형상으로 중간 샘플부(610)의 모든 모서리들을 감싸도록 배치될 수 있다. 재치대 유닛(800)은 상부 샘플부, 중간 샘플부 및 하부 샘플부(520, 610 및 710)들을 정렬할 수 있다. 재치대 유닛(800)은 상부 샘플 유닛(500), 중간 샘플 유닛(600) 및 하부 샘플 유닛(700)들이 가열되고 가압되는 동안 상부 샘플부, 중간 샘플부 및 하부 샘플부(520, 610 및 710)들이 이동되는 것을 방지하기 위해, 상부 샘플부, 중간 샘플부 및 하부 샘플부(520, 610 및 710)들을 고정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 수행되는 신축성 전자 소자 제작 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진공 신축성 전자 소자 제작 방법은 S10 내지 S60 단계를 포함할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은, 이동 유닛(400)을 이용하여 상부 진공 척(510)에 상부 샘플부(520)를 로딩하고, 신축성 지그 유닛(620)에 중간 샘플부(610)를 로딩하며, 하부 진공 척(720)에 하부 샘플부(710)를 각각 로딩하는 S10 단계를 포함할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은, 상부 진공 척(510) 및 하부 진공 척(720)을 통해 진공 챔버(200)에 진공을 형성하고, 진공 챔버(200)의 진공을 유지한 상태에서 상부, 중간, 하부 샘플부(520,610,710)들 사이에 일정한 거리를 유지한 상태에서 상부, 중간, 하부 샘플부(520,610,710)들 사이의 공기를 제거하는 S20 단계를 포함할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은 수직 이동 부재(420)를 이용하여 상부 샘플부(520)를 중간 샘플부(610)로 일정한 속도로 이동시키며 낙하 방향으로 합착하여 등각 접촉하는 S30 단계를 포함할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은 연속적으로 수직 이동 부재(420)를 이용하여 합체된 상부 샘플(520)/중간 샘플부(610)를 일정한 속도로 이동하여 하부 샘플부(710)에 압착하여 등각 접촉하는 S40 단계를 포함할 수 있다.
상기한 S30 단계 및 S40 단계에서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상부 샘플부(520) 및 하부 샘플부(710)를 신축성 지그 유닛(620)에 의해 제1 축 방향 및 제2 방향으로 연신된 상태의 중간 샘플부(610)와 압착할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은 진공 챔버(200)의 압력을 상압으로 올린 후에, 수직 이동 부재(420)를 이용하여 합체된 샘플 유닛들을 다시 홈 포지션(원래 위치)으로 천천히 이동하는 S50 단계를 포함할 수 있다.
진공 신축성 전자 소자 제작 방법은 샘플부들을 외부로 반출, 상부 샘플부(520) 및 하부 샘플부(710)에 남아 있는 다른 층들을 제거, 중간 샘플부에 제작된 신축성 소자의 분리 및 새로운 샘플부들의 반입하는 S60 단계를 포함할 수 있다.
도 2에 도시하지만 않았지만, 샘플부들은 별도 이동 장치를 통해서 진공 챔버 내부 및 외부 환경으로 이송될 수도 있다.
도 3은 도 2의 S30, S40 단계에 따른 제1 축 연신된 신축성 기판에 전사된 버클링 구조의 신축성 전자 소자 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 한편, 진공 라미네이션 합착 과정은, 고정체(430) 및 상부 진공 척(510) 위에 붙어있는 상부 샘플 유닛(500)을 수직 이동 부재(420)를 이용하여 신축성 기판(650)의 상부 면에 압착시키는 제1 압착 단계, 합착된 상부 샘플부(520) 및/또는 신축성 기판(650)를 재치대 유닛(800)를 구성하는 막대모양의 가이드 선을 따라서 기저 방향의 하부 샘플부(710)에 압착시키는 제2 압착 단계를 포함할 수 있다. 하부 샘플부(710)는 신축성 지그 유닛(620)을 통과하여 신축성 기판(650)에 안착될 수 있다.
상부 샘플부(520)와 하부 샘플부(710)는 신축성 지그 유닛(620)에 의해 미리 연신된 상태에서 고정된 신축성 기판(650)의 양면에 등각 접촉되며 제1 축 연신된 신축성 소자(1000)가 제작될 수 있다. 신축성 기판(650)은 상부 샘플부(520)와 하부 샘플부(710)의 접합을 유지하기 위해 0.1MPa 이상의 영의 계수에 의해 신축되며 양면에 높은 접착력을 가질 수 있으며, 신축성 기판(650) 상부에는 상부 샘플부(520)의 패턴이 전사될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 미리 잡아 당겨진 신축성 기판(650)으로부터 당김을 해제하는 것을 통해서 신축성 기판(650)의 응력이 제거될 수 있다. 신축성 기판(650)의 응력을 원래의 상태로 복원함으로써 접합된 상부 샘플부(520)에 의해 패턴 유도된 고정부(2100)들 사이에 외력에 의한 변형을 수용할 수 있는 제1 축 방향의 버클링 구조로 구성된 변형부(2500)를 지닌 제1 축 버클링 신축성 소자(2000)가 제작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 상부, 중간 및 하부 샘플 유닛들로부터 제1 축 방향으로 연신된 신축성 전자 소자의 정렬구조를 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 축 방향으로 연신된 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)들은 xy 평면 상에서 평행하게 배치되며, 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)들과 z축이 이루는 각도는 90도가 될 수 있다. 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)는 평행하게 등각 접촉된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사상 연신된 신축성 기판에 전사된 버클링 구조의 신축성 전자 소자 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상부 샘플부(530)와 하부 샘플부(710)는 신축성 지그 유닛(620)에 의해 미리 잡아 당겨져 고정된 방사상 연신된 신축성 기판(680)의 양면에 등각 접촉되며, 등각 접촉 과정에 의해 방사상 연신된 신축성 소자(4000)가 제작될 수 있다. 신축성 기판(680)은 0.1MPa보다 큰 영의 계수에 의해 신축되며 양면에 높은 접착력을 통해서 상부 샘플부(530)와 하부 샘플부(710)의 접합을 유지할 수 있다. 또한 신축성 기판(680) 위에 상부 샘플부(530)의 패턴이 전사될 수 있다.
방사상 연신된 신축성 소자(4000)가 제작되면, 방사상으로 미리 잡아 당겨진 신축성 기판(680)으로부터 당김을 해제하는 것을 통해서 응력을 제거할 수 있다. 신축성 기판(680)의 응력을 원래의 상태로 복원함으로써 접합된 상부 샘플부(530)에 의해 패턴 유도된 고정부(5100)에 의해 외력에 의한 변형을 수용할 수 있는 방사상 방향의 버클링 구조로 구성된 변형부(5500)를 지닌 방사상 버클링 신축성 소자(5000)가 제작될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 상부, 중간 및 하부 샘플 유닛들로부터 방사상으로 연신된 신축성 전자 소자의 정렬구조를 도시한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 축 방향으로 연신된 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)들은 xy 평면 상에서 평행하게 배치되며, 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)들과 z축이 이루는 각도는 90도가 될 수 있다. 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(650) 및 하부 샘플부(710)는 평행하게 등각 접촉된다. 방사성 신축성 지그 유닛(690) 위에 신축성 기판(680)이 접합될 수 있으며, 방사상 신축 나사(7000)를 통해 6개 이상의 복수의 방사상 연신 축으로 일정하게 신축성 기판(680)을 연신할 수 있으며, 방사상 연신된 신축성 기판(6000)이 제작될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축으로 연신된 상부 샘플부를 도시하고, 도 7b는 방사상으로 연신된 상부 샘플부를 도시한다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 상부 샘플부(520)는 버클링 지지 필름(8200, 8300) 및 버클링 지지 필름(8200, 8300)의 상부에 배치되는 신축성 압력 분산 층(8100) 등으로 구성될 수 있다. 버클링 지지 필름(8200, 8300)은 신축성 전자 소자에서 고정부에 부착되어 외력을 수용하는 변형부를 위치 그대로(in-situ) 패턴시킬 수 있다. 신축성 압력 분산 층(8100)은 라미네이션 공정의 압착 과정에 합착하는 샘플에 압력을 일정하게 전달할 수 있다. 버클링 지지 필름(8200, 8300) 및 신축성 압력 분산 층(8100)은 일정한 압력에서 변형이 잘 될 수 있는 영의 계수가 큰 필름들로 구성될 수 있다. 버클링 지지 필름은 1μm 이상의 두께를 가지는 유리 필름, 세라믹 필름, 금속박막 필름 또는 플라스틱 필름을 포함할 수 있다. 버클링 지지 필름은 중앙 부분이 잘린 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 또는 원뿔 형태 형태가 될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축 연신된 중간 샘플부를 도시한 사시도이며, 도 8c 및 도 8d는 방사상 연신된 중간 샘플부를 도시한 사시도이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 중간 샘플부(610)는 양면 고접착용 신축성 필름(8500)을 포함할 수 있으며, 양면 고접착용 신축성 필름(8500)은 접착력이 높고 영의 계수가 커 신축성이 우수한 것을 특징으로 한다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 중간 샘플부(610)는 양면 고접착성 신축성 필름(8500) 및/또는 이형 신축성 필름(8600)으로 구성될 수 있다. 이형 신축성 필름(8600)은 양면 고접착성 신축성 필름(8500) 상에 패턴될 수 있다. 높은 접착력을 지닌 신축성 필름(8500) 위에 이형 신축성 필름(8600)이 중첩되는 중첩 영역은 상부 샘플부(520)를 구성하는 신축성 압력 분산 층(8100)과 압착 후에 다시 탈착하는 과정에서 신축성 기판에 변형을 주지 않도록 할 수 있다. 예를 들면, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 와 같은 신축성 압력 분산 층(8100)과 메타크릴록시프로필 종결된 폴리디메틸실록산(Methacryloxypropyl terminated polydimethylsiloxane)와 같은 이형 신축성 필름(8600) 사이에는 매우 낮은 접착력이 작용하여, 라미네이션 공정을 통한 압착 후에 탈착하는 과정에서 고접착성 신축성 필름(8500)에 붙어 있는 전자 소자의 손상에 영향을 주지 않는다. 한편, 라미네이션 공정 동안 이형 신축성 필름(8500)이 중첩되지 않는 영역인 고접착성 신축성 필름(8500)의 비중첩 영역은 상부 샘플부(520)를 구성하는 버클링 지지 필름과 높은 접착력으로 우수하게 합착될 수 있다.
도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 방사상 연신된 신축성 필름의 경우에도 중간 샘플부(610)는 고접착성 신축성 필름(8700) 및/또는 이형 신축성 필름(8800) 등으로 구성될 수 있다. 이형 신축성 필름은 양면 고접착성 신축성 필름(8700) 상에 패턴될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 하부 샘플부를 도시한 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 하부 샘플부(710)는 압력 분산 층(8100), 이형 필름(9100), 희생필름(9200), 전자 소자(9300) 및/또는 고내열성 기판(9400)을 포함할 수 있다.
이형 필름(9100)은 압착 후에 고접착성 신축성 필름(8500)으로부터 압력 분산 층(8100)을 탈착하는 과정에서 전자 소자에 손상을 주지 않는 기능을 수행할 수 있다.
희생필름(9200)은 고내열성 기판(9400)이 초박막일 때 전자 소자(9300)를 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
고내열성 기판(9400)은 고접착성 신축성 필름보다 영의 계수가 큰 것을 특징으로 하고 전자 소자를 지지할 수 있다.
전자 소자(9300)는 전극들이 수직으로 배치되는 수직 구조(vertical structure), 수직 배치이지만 반복되는 복수 소자로 구성된 탬덤 구조(tandem structure), 옆으로 배치되는 평행 구조(lateral structure), 복합적으로 배치되는 복합 구조(complex structure)를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 신축성 전자 소자 제작 장치에서 제1 축 연신된 버클링 구조를 가지는 신축성 소자의 전체적인 전사 공정을 도시한 흐름도이다.
신축성 소자의 전체적인 전사 공정의 제1 단계(1)에서, 유리기판, 폴리이미드 기판 및 전자 소자(9300)로 구성된 샘플에 희생 필름을 캐스팅하여 유리기판, 폴리이미드 기판, 전자 소자(9300) 및 희생필름(9200)로 구성된 샘플을 제작할 수 있다. 폴리이미드 기판(9400)은 신축성 기판 보다 높은 영의 계수를 지닐 수 있다.
신축성 소자의 전체적인 전사 공정의 제2 단계(2)에서, 유리기판, 폴리이미드 기판, 전자 소자(9300) 및 희생필름(9200)으로 구성된 샘플로부터 레이저 리프트 오프(laser lift off, LLO) 공정을 통해서 유리기판을 제거하고 폴리이미드 기판, 전자 소자(9300) 및 희생필름(9200)으로 구성된 샘플이 제작될 수 있다. 이 과정에서 희생 필름(9200)은 100 nm부터 1000 μm까지 얇은 박막의 폴리이미드 기판 위에 존재하는 전자 소자의 기계적 손상을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
신축성 소자의 전체적인 전사 공정의 제3 단계(3)에서, 하부 샘플부(710)는 하부 진공 척(710) 상에 진공이 유지된 상태에서 PDMS(polydimethylsiloane), 종이, 희생필름(9200), 전자 소자(9300) 및 폴리이미드 기판 순으로 적층되어 하부 진공 척(710) 상에 고정될 수 있다. 이형 신축성 필름(8600)이 패턴된 양면 고접착성 신축성 필름(8500)인 중간 샘플부(610)는 신축성 지그 유닛(620)에 고정될 수 있다. 신축성 필름(8500)은 미리 연신될 수 있다. 상부 샘플부(520)는 상부 진공 척(510) 상에 PDMS, 버클링 지지 필름(8200) 순으로 적층될 수 있다. PDMS는 신축성 압력 분산 층(8100)의 기능을 수행할 수 있다.
진공 라미네이션 공정을 통해서 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(610), 하부 샘플부(710)의 순으로 특정 온도와 특정 압력에서 합착되며 상부 샘플부(520), 중간 샘플부(610) 및 중간 샘플부(610), 하부 샘플부(710)의 두 계면이 등각 접촉될 수 있다. 또한 상부 샘플부(520)를 구성하는 버클링 지지 필름(8200)은 제1 축 연신 신축성 전자 소자에서 고정부(2100) 역할을 하며 인장 가능한 영역을 패턴화할 수 있다. 종이, PDMS 및 희생 필름(9200)는 라미네이션 공정 후에 제거될 수 있다. 이 과정을 종료하며 제1 축으로 연신 가능한 제1 축 버클링 신축성 소자(2000)가 완성될 수 있다.
최종 제작된 제1 축 버클링 신축성 소자(2000)에서 고정부(2100)들 사이에 위치한 변형부(2500)의 영역은 외력에 대해서 변형을 수용하며, 변형부가 평면 구조에서 버클링 구조까지 인장되는 과정에서 전자 소자의 전기적 특성에 영향을 주지 않는다.
제1 축 버클링 신축성 소자(2000)의 전기적 특성이 변화지 않는 변형 거리는 합착 전에 신축성 필름(8700)의 잡아 당겨지는 비율에 의존한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 신축성 전자 소자 제작 장치
200: 진공 챔버
300: 스테이지
400: 이동 유닛
500: 상부 샘플 유닛
600: 중간 샘플 유닛
700: 하부 샘플 유닛
800: 재치대 유닛

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버가 상압으로 유지된 상태에서, 서로 이격된 상태로 상기 챔버 내에 로딩되는 복수의 샘플부; 및
    상기 챔버가 진공으로 유지된 상태에서, 상기 복수의 샘플부를 이동시켜 상기 복수의 샘플부를 서로 합착하는 이동 부재를 포함하는
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 샘플부가 로딩되며, 상기 챔버의 진공이 유지되도록 상기 챔버 내의 공기를 제거하는 복수의 진공 척을 더 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 샘플부는 제1 축 방향으로 서로 이격된 상부 샘플부, 중간 샘플부 및 하부 샘플부를 포함하고,
    상기 복수의 샘플부들이 상기 이동 부재에 의해 서로 합착되기 이전에, 상기 중간 샘플부를 상기 제1 축과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 신축성 지그 유닛을 더 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신축성 지그 유닛은,
    상기 중간 샘플부를 방사상으로 연신하기 위하여 방사상으로 형성되는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 상부 샘플부는 상기 중간 샘플부의 제1 영역에 합착되며, 상기 제1 영역과 다른 상기 중간 샘플부의 제2 영역에 제2 방향의 패턴을 유도하는 지지 필름을 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 방향의 패턴은 평면 구조 또는 버클링 구조를 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 지지 필름은 버클링 지지 필름을 포함하며,
    상기 버클링 지지 필름은 유리 필름, 세라믹 필름, 금속박막 필름 또는 플라스틱 필름을 포함하는
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 지지 필름은 상기 지지 필름의 중앙 부분이 잘린 원기둥, 삼각기둥, 사각기둥 또는 원뿔 형태인,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 지지 필름은 0.1MPa 이상의 영의 계수를 가지는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 상부 샘플부는 상기 지지 필름의 상부에 배치되며, 상기 상부 샘플부에 의한 압력을 상기 지지 필름을 통해 상기 중간 샘플부로 일정하게 전달하기 위한 제1 압력 분산 층을 더 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중간 샘플부는,
    접착성 필름, 및
    상기 제1 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 차단하여, 상기 제1 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 보호하도록 상기 접착성 필름 상에 패턴되는 제1 이형 필름을 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착성 필름은 0.1MPa 이상의 영의 계수를 가지는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 하부 샘플부는,
    전자 소자;
    상기 전자 소자의 하부에 배치되며, 상기 하부 샘플부에 의한 압력을 상기 전자 소자를 통해 상기 중간 샘플부로 일정하게 전달하기 위한 제2 압력 분산 층; 및
    상기 접착성 필름으로부터 상기 제2 압력 분산 층을 차단하여, 상기 제2 압력 분산 층으로부터 상기 접착성 필름을 보호하도록 상기 제2 압력 분산 층과 상기 전자 소자 사이에 배치되는 제2 이형 필름을 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하부 샘플부는,
    상기 전자 소자를 지지하는 내열성 기판, 및
    상기 내열성 기판과 상기 전자 소자 사이에 배치되며, 상기 전자 소자를 지지하는 희생 필름을 포함하는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 내열성 기판은 100nm에서 1000μm 사이의 두께를 가지는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 전자 소자와 다른 복수의 다른 전자 소자를 포함하고,
    상기 전자 소자 및 상기 다른 복수의 전자 소자들은 수직 구조, 평행 구조, 탠덤 구조 또는 복합 구조로 배치되는,
    신축성 전자 소자의 제작 장치.
  17. 상부 샘플을 로딩하는 단계;
    상기 상부 샘플의 하부에 하부 샘플을 로딩하는 단계;
    상기 상부 샘플과 상기 하부 샘플 사이에 중간 샘플을 로딩하는 단계;
    상기 중간 샘플을 연신하는 단계;
    상기 상부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 거리를 유지한 상태에서 상기 상부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 공기를 제거하여 진공을 유지하는 단계;
    상기 진공이 유지된 상태에서 상기 상부 샘플을 상기 중간 샘플로 이동시켜 상기 상부 샘플을 상기 중간 샘플에 등각 접촉시키는 단계;
    상기 하부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 거리를 유지한 상태에서 상기 하부 샘플과 상기 중간 샘플 사이의 공기를 제거하여 진공을 유지하는 단계; 및
    상기 진공이 유지된 상태에서 상기 합착된 상부 샘플 및 중간 샘플을 상기 하부 샘플로 이동시켜 상기 중간 샘플을 상기 하부 샘플에 등각 접촉시키는 단계를 포함하는,
    신축성 전자 소자 제작 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상부 샘플, 중간 샘플 및 하부 샘플은 서로 제1 방향으로 이격되며,
    상기 하부 샘플을 연신하는 단계는,
    상기 하부 샘플을 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연신하는 단계를 포함하는,
    신축성 전자 소자 제작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하부 샘플의 연신 상태를 해제하여 상기 중간 샘플의 제1 영역에 상기 제2 방향의 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    신축성 전자 소자 제작 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 상부 샘플의 하부에 하부 샘플을 로딩하는 단계는,
    상기 제1 영역과 다른 상기 중간 샘플부의 제2 영역에 합착되며, 상기 제2 영역에 제2 방향의 패턴을 유도하는 지지 필름을 로딩하는 단계를 포함하는,
    신축성 전자 소자 제작 방법.
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