KR20200017655A - Laser thermal encapsulation method and manufacturing method of flexible strain sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 이를 이용한 유연 스트레인 센서 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1 박막 및 제2 박막을 겹친 후 제1 박막과 제2 박막에 접착제를 도포하거나 압력을 가하는 과정 없이 레이저만을 조사함으로써 절단, 패터닝 및 접합과정을 동시에 진행하여 보다 간단하게 캡슐레이션이 진행되는 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 이를 이용한 유연 스트레인 센서 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser thermal encapsulation method and a method for fabricating a flexible strain sensor using the same, and more particularly, a process of applying an adhesive or applying pressure to a first thin film and a second thin film after overlapping a first thin film and a second thin film. The present invention relates to a laser thermal encapsulation method in which encapsulation proceeds more simply by simultaneously performing a cutting, patterning, and bonding process by irradiating only a laser, and a method of manufacturing a flexible strain sensor using the same.
최근 피부 장착형 또는 착용형 전자 장치(skin mountable or wearable electronic devices)와 같이 피부에 직접 부착되어 인간의 움직임을 감지할 수 있는 가요성 변형 센서(flexible strain sensor)의 개발에 관심이 모아지고 있다. Recently, attention has been focused on the development of a flexible strain sensor that can be directly attached to the skin, such as skin mountable or wearable electronic devices, to detect human movement.
많은 연구의 초점이 되는 가요성 변형 센서는 금속 박막, 나노 입자, 나노 와이어, 탄소 나노 튜브, 스펀지 등 다양한 종류의 재료와 구조들로 연구가 되어 왔다. 하지만 이러한 센서들이 아직 실생활에 적용하여 사용되는 것에는 한계가 있다. Flexible strain sensors, which are the focus of much research, have been studied with various kinds of materials and structures such as metal thin films, nanoparticles, nanowires, carbon nanotubes, and sponges. However, there is a limit to the use of these sensors in real life.
기존의 센서들은 일반적으로 주변의 다양한 환경 특히 액체, 습도 등에 노출되어 센서의 감지 성능을 떨어뜨리는 노이즈를 발생시킬 뿐만 아니라 센서의 수명 단축을 야기한다. Existing sensors are generally exposed to various surrounding environments, especially liquids and humidity, to generate noise that degrades the sensing performance of the sensor and shorten the life of the sensor.
이러한 문제들을 해결하기 위해 액체 폴리머(liquid polymer), 멀티 레이어 실링(multi-layer sealing), 레진(resin), 바 실링(bar sealing), 레이저 실링(laser sealing) 등 다양한 방법의 화학적, 열적, 기계적 캡슐레이션 방법들이 연구되고 있지만, 연구된 기존의 캡슐레이션 방법들은 프로세스가 복잡할 뿐만 아니라 동시에 경제성이 떨어지고, 캡슐레이션 공정 후에 감지 성능이 유지되지 않는 문제점이 있다.To solve these problems, chemical, thermal, and mechanical methods can be used in various ways, including liquid polymers, multi-layer sealing, resins, bar sealing, and laser sealing. Although encapsulation methods are being studied, the existing encapsulation methods studied are not only complicated in process but also economically inferior, and have a problem in that sensing performance is not maintained after the encapsulation process.
예를 들어, 열 캡슐레이션 방법은 대표적인 캡슐레이션 공정 중 하나로, 빠르고 경제적인 이점을 가지고 있으며, 대부분의 열 캡슐레이션 방법은 열가소성 수지에 열을 가해 용해에 의해 접착되는 방식을 이용한다. For example, the thermal encapsulation method is one of the representative encapsulation processes, and has a fast and economical advantage. Most thermal encapsulation methods use a method in which a thermoplastic resin is heated and bonded by dissolution.
대표적으로 바 실링(Bar sealing) 공정은 열 캡슐레이션 방법의 하나로서 주로 봉투나 파우치 등을 접착하는데 가장 많이 사용된다. Typically, the bar sealing process is one of the heat encapsulation methods, and is mainly used to bond bags or pouches.
보통 테플론 등으로 코팅된 바(Bar)를 일정 온도로 가열하여 열가소성 플라스틱 필름에 압착시켜 융해에 의해 접착이 이루어지는 시스템으로 융점, 필름을 누르는 압력 등의 요소에 의해 열접착이 이루어 진다. Usually, a bar coated with Teflon or the like is heated to a predetermined temperature and compressed to a thermoplastic film, whereby adhesion is performed by melting. Thermal bonding is performed by factors such as melting point and pressure pressing the film.
이러한, 바 실링의 경우 간단히 열을 가해 접착 시킬 수 있다는 장점이 있지만, 정해진 Bar 모양으로만 접착을 시킨다는 점과 접착하고자 하는 두 물질에 온도, 압력 조건이 완벽하지 않으면 접착이 이루어지지 않는 문제점이 있다.In the case of the bar sealing, there is an advantage in that the adhesive can be easily applied by applying heat, but the adhesive is formed only in a predetermined bar shape, and there is a problem in that the adhesion is not performed unless the temperature and pressure conditions are perfect for the two materials to be bonded. .
레이저 실링(laser sealing) 공정 또한 열 캡슐레이션 방법의 하나로서 보통 유리들을 접합시키는 방법으로 많이 사용되는데 프리트(frit)를 이용하여 유리 두 겹 사이에 위치시켜놓고 레이저를 가해 용융시켜 접합시키는 방법이다. Laser sealing (laser sealing) is also a method of thermally encapsulating glass, which is commonly used as a method of bonding glass. It is placed between two layers of glass using frit, and is melted and bonded by applying a laser.
프리트를 이용한 유리의 접합 공정은 밀봉 성능이 우수하고, 레이저를 사용하여 국부적인 접합이 가능하다는 장점이 있으나, 프리트의 사용이 필수적이고 프리트의 벗겨짐 현상 등 경제적인 문제점들이 있다.Glass bonding process using frit has the advantage of excellent sealing performance and local bonding using a laser, but there is an economic problem such as the use of frit is necessary and the peeling phenomenon of frit.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 제1 박막 및 제2 박막을 겹친 후 제1 박막과 제2 박막에 접착제를 도포하거나 압력을 가하는 과정 없이 레이저만을 조사함으로써 절단, 패터닝 및 접합과정을 동시에 진행하여 보다 간단하게 캡슐레이션이 진행되는 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 이를 이용한 유연 스트레인 센서 제작 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved in the present invention is to overlap the first thin film and the second thin film and then simultaneously cut, patterning and bonding processes by irradiating only the laser without applying or applying an adhesive to the first thin film and the second thin film. It is to provide a laser thermal encapsulation method that is simply encapsulated and a flexible strain sensor manufacturing method using the same.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상면에 금속 박막층이 증착된 제1 박막을 준비하는 제1 박막 준비단계와, 상기 제1 박막 상부에 제2 박막을 겹쳐놓는 제2 박막 배치단계와, 레이저부가 상기 금속 박막층의 외측면을 따라 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막에 레이저를 조사하는 레이저 조사단계를 포함하며, 상기 레이저 조사단계에서는 상기 레이저의 열에 의하여 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막은 동시에 절단, 패터닝 및 접합과정이 진행되어 캡슐레이션 되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 캡슐레이션 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a first thin film preparation step of preparing a first thin film on which a metal thin film layer is deposited on the upper surface, a second thin film arrangement step of superposing a second thin film on the first thin film, And a laser irradiation step of irradiating a laser unit to the first thin film and the second thin film along the outer surface of the metal thin film layer, wherein the laser irradiation step comprises the first thin film and the second thin film by heat of the laser. The laser thermal encapsulation method is characterized in that the cutting, patterning and bonding process at the same time is encapsulated.
여기서, 상기 제1 박막 준비단계 및 상기 제2 박막 배치단계에서의 제1 박막 및 제2 박막은 동일한 재질의 열가소성 폴리머로 구성될 수 있다.Here, the first thin film and the second thin film in the first thin film preparation step and the second thin film arrangement step may be made of a thermoplastic polymer of the same material.
또한, 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법에 따르면, 제1 박막 상부에 마스크를 배치하는 마스크 배치단계와, 상기 마스크에 형성된 패턴에 따라 상기 제1 박막의 상면에 금속 박막층을 증착하는 금속 박막층 증착단계와, 상기 마스크를 제거하는 마스크 제거단계와, 상기 제1 박막 상부에 제2 박막을 겹쳐놓는 제2 박막 배치단계와, 레이저부가 상기 금속 박막층의 외측면을 따라 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막에 레이저를 조사하는 레이저 조사단계를 포함하되, 상기 제2 박막 배치단계 이전에, 상기 제2 박막에 상기 금속 박막층과 정렬되는 홀을 형성하는 홀 천공단계와, 상기 레이저 조사단계 이후, 상기 홀을 관통하는 와이어가 상기 금속 박막층에 연결되는 와이어 연결단계를 더 포함하며, 상기 레이저 조사단계에서는 상기 레이저의 열에 의하여 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막의 절단, 패터닝 및 접합과정이 동시에 진행되어 상기 제1 박막과 상기 제2 박막이 캡슐레이션되는 것을 특징으로 하는 유연 스트레인 센서 제작 방법을 제공한다.In addition, according to the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention, a mask disposing step of disposing a mask on the first thin film, and depositing a metal thin film layer to deposit a metal thin film layer on the upper surface of the first thin film according to the pattern formed on the mask And a mask removing step of removing the mask, a second thin film disposing step of superimposing a second thin film on the first thin film, and a laser unit along the outer surface of the metal thin film layer. And a laser irradiation step of irradiating a laser to the thin film, and before the second thin film disposing step, forming a hole aligned with the metal thin film layer in the second thin film, and after the laser irradiation step, The wire connecting step further comprises a wire connecting step is connected to the metal thin film layer, the laser irradiation step in the heat of the laser And wherein the first thin film and cutting, bonding and patterning process of the second thin film is conducted at the same time provides a flexible strain sensor manufacturing method characterized in that said first thin film and the second thin film illustration capsule.
본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 이를 이용한 유연 스트레인 센서 제작 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.Laser thermal encapsulation method and a flexible strain sensor manufacturing method using the same according to the present invention has the following effects.
첫째, 제1 박막 상부에 제2 박막이 겹쳐지고, 제1 박막 및 제2 박막에 레이저가 조사됨에 따라 제1 박막 및 제2 박막은 동시에 절단, 패터닝 및 접합과정이 진행되어 캡슐레이션 되는 이점이 있다.First, as the second thin film is superimposed on the first thin film, and the laser is irradiated to the first thin film and the second thin film, the first thin film and the second thin film are simultaneously cut, patterned, and bonded, and thus have the advantage of being encapsulated. have.
둘째, 레이저 조사만으로 제1 박막과 제2 박막이 캡슐레이션 됨으로써 제1 박막과 제2 박막에 접착제를 도포하거나 압력을 가하는 과정 등 부수적인 과정을 생략함으로써 캡슐레이션을 수행하기 위한 공정 과정이 단순화되는 이점이 있다.Second, since the first thin film and the second thin film are encapsulated only by laser irradiation, the process of encapsulation is simplified by omitting an additional process such as applying an adhesive or applying pressure to the first thin film and the second thin film. There is an advantage.
셋째, 레이저 조사만으로 제1 박막과 제2 박막이 캡슐레이션 됨으로써 신속한 공정이 이루어져 대량 생산이 가능해진다.Third, the first thin film and the second thin film are encapsulated only by laser irradiation, so that a rapid process is performed and mass production is possible.
넷째, 레이저 조사만으로 제1 박막과 제2 박막이 캡슐레이션 됨으로써 캡슐레이션 과정 중 금속박막에 열, 접착제 등의 영향을 가하지 않게 되므로, 금속박막에서 수행될 수 있는 기술적 성능이 저하되지 않는 이점이 있다. Fourth, since the first thin film and the second thin film are encapsulated only by laser irradiation, heat, adhesive, etc. are not applied to the metal thin film during the encapsulation process, so that the technical performance that can be performed in the metal thin film is not deteriorated. .
도 1은 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법의 순서도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 유연 스트레인 센서 제작 방법의 제작 예시를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 레이저 열 캡슐레이션 방법에 의하여 제작된 센서의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 면도날 커팅, 동종접합, 이종접합에 의하여 커팅 또는 접합된 센서의 단면을 도시한 도면이다
도 5는 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법의 순서도를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 유연 스트레인 센서 제작 방법에 의하여 제작된 센서와, 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법을 거치지 않은 센서에 대한 RR 및 기울기 표준편차를 도시한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a laser thermal encapsulation method according to the present invention.
2 is a view showing a manufacturing example of a laser thermal encapsulation method and a flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a sensor manufactured by the laser thermal encapsulation method of FIGS. 1 and 2.
4 is a cross-sectional view of a laser thermal encapsulation method of FIGS. 1 and 2 and a sensor cut or bonded by razor blade cutting, homojunction, and heterojunction.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible strain sensor according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating R R and slope standard deviations of a sensor manufactured by the flexible strain sensor manufacturing method of FIG. 5 and a sensor not subjected to the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in which the above-described problem to be solved may be specifically realized. In describing the present embodiments, the same name and the same reference numerals are used for the same configuration, and additional description thereof will be omitted below.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 and 2 will be described a laser thermal encapsulation method according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법은 제1 박막 준비단계(S110), 제2 박막 배치단계(S120) 및 레이저 조사단계(S130)를 포함한다.1 and 2, the laser thermal encapsulation method according to the present invention includes a first thin film preparation step S110, a second thin film arrangement step S120, and a laser irradiation step S130.
상기 제1 박막 준비단계(S110) 도 1에 도시된 바와 같이, 상면에 금속 박막층(200)이 증착된 제1 박막(100)을 준비하는 단계이다.As shown in FIG. 1, the first thin film preparation step (S110) is a step of preparing the first
상기 제1 박막(100)에 증착된 상기 금속 박막층(200)은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 박막(100) 상부에 마스크(M)를 배치한 후 마스크(M)에 형성된 패턴에 따라 상기 금속 박막층(200)을 구성하는 재료를 스퍼터링 함으로써 제작할 수 있다.As shown in FIG. 2A, the metal
상기 금속 박막층(200)을 이루는 재질은 Pt(백금), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Cr(크롬), Cu(구리)일 수 있다.The material forming the metal
상기 제2 박막 배치단계(S120)는 도 1 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 박막(100) 상부에 제2 박막(300)을 겹쳐놓는 단계이다.The second thin film arrangement step (S120) is a step of overlapping the second
여기서, 상기 제1 박막 준비단계(S110) 및 상기 제2 박막 배치단계(S120)에서의 제1 박막(100) 및 제2 박막(300)은 동일한 재질의 열가소성 폴리머로 구성된다.Here, the first
예를 들어, 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)은 PU(폴리우레탄), PDMS, Ecoflex 등으로 구성될 수 있다.For example, the first
또한, 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)의 두께는 5nm 내지 500㎛로 제작되는 것이 바람직하며, 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)의 두께는 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)의 접합을 위하여 추가적으로 압력을 가하는 과정을 생략하기 위함이다.In addition, the thickness of the first
또한, 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)의 두께는 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)을 구성하는 재질의 점도 및 spin 속도를 조절함으로써 필름두께를 조절하여 제작할 수 있다.In addition, the thickness of the first
상기 레이저 조사단계(S130)에서는 도 1 및 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 레이저부(400)가 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)에 레이저를 조사함으로써 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)을 동시에 절단, 패터닝하고, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 절단부를 접합함으로써 캡슐레이션한다.In the laser irradiation step (S130), as shown in FIGS. 1 and 2 (c), the
즉, 상기 제1 박막(100) 상부에 상기 제2 박막(300)이 겹쳐지고, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)에 레이저가 조사됨에 따라 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)은 동시에 절단, 패터닝 및 접합과정이 진행되어 캡슐레이션 된다.That is, as the second
이때, 레이저 조사만으로 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)이 캡슐레이션 됨으로써 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)에 접착제를 도포하거나 압력을 가하는 과정 등 부수적인 과정을 생략함으로써 공정과정이 단순화된다.In this case, the first
즉, 열가소성 폴리머로 구성된 박막이 얇으면 얇을수록 서로 잘 붙는 특성을 이용함으로써, 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)이 마주보는 면을 접촉시키기 위하여 압력을 가하는 과정을 생략하고, 접합을 진행할 수 있게 된다.In other words, the thinner the thin film made of the thermoplastic polymer is, the thinner the thin film is made to adhere to each other. Thus, the process of applying pressure to contact the surface facing the first
이를 통해, 레이저 조사만으로 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)이 캡슐레이션 됨으로써 캡슐레이션 과정 중 상기 금속 박막층(200)에 열, 접착제 등의 영향을 가하지 않게 되므로, 상기 금속 박막층(200)에서 수행될 수 있는 기술적 성능이 저하되지 않게 된다.By doing so, the first
또한, 레이저 조사만으로 제1 박막(100)과 제2 박막(300)이 캡슐레이션됨으로써 신속한 공정이 이루어져 대량 생산이 가능해진다.In addition, since the first
즉, 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법은 상기 제1 박막(100)과 상기 제2 박막(300)을 접합시켜 캡슐레이션 하기 위하여 절단과정, 패터닝 과정 및 접합과정이 별도로 진행되지 않고, 동시에 진행되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저가 조사한 영역을 따라 직선 및 곡선 모양으로 절단, 패터닝 및 접합되어 여러가지 모양으로 캡슐레이션이 가능하게 된다.That is, in the laser thermal encapsulation method according to the present invention, a cutting process, a patterning process, and a bonding process are not performed separately but simultaneously to bond and encapsulate the first
상기 표 1을 참조하여, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)이 각각 PU, PDMS 및 Ecoflex의 재질로 구성되었을 때, 레이저부(400)에서 조사하는 레이저의 파워의 범위를 설명하면 다음과 같다. 이때, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 두께는 200㎛로 제작하여 실험을 진행하였다. 먼저, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 재질이 PU로 구성되는 경우, 4 내지 6 W의 파워에서는 그을음, 굽힘과 같은 이상현상 없이 커팅, 패터닝 및 접합과정이 진행되었다. 그러나 8 W 이상의 파워에서는 커팅은 수행됐지만, 이 과정에서 그을음과 함께 가열로 인한 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 굽힘 현상이 발생하는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)이 200㎛의 두께로 형성되고, PU 재질로 구성되는 경우, 레이저부(400)에서 조사하는 레이저의 파워는 4 내지 6 W인 것이 바람직하다.Referring to Table 1, when the first
상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 재질이 PDMS 또는 Ecoflex로 구성되는 경우, 4 W의 파워에서는 커팅이 진행되지 않았으며, 6 내지 8 W의 파워에서는 그을음과 같이 이상현상 없이 커팅, 패터닝 및 접합과정이 진행되었다. 그러나 10 W 이상의 파워에서는 커팅은 수행됐지만, 이 과정에서 그을음과 함께 가열로 인한 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)의 굽힘 현상이 발생하는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)이 200㎛의 두께로 형성되고, PDMS 또는 Ecoflex 재질로 구성되는 경우, 레이저부(400)에서 조사하는 레이저의 파워는 6 내지 8 W인 것이 바람직하다.When the material of the first
다음은 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법 및 면도날 커팅, 동종접합, 이종접합에 의하여 커팅 또는 접합된 센서를 설명하면 다음과 같다.Next, referring to FIG. 4, a laser thermal encapsulation method and a sensor cut or bonded by razor blade cutting, homojunction, and heterojunction will be described with reference to FIG. 4.
먼저 도 4의 (a)는 면도날을 이용하여 자른 PU(제1 박막(100))/PU(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이고, (b)는 레이저(6 W)를 이용하여 자른 PU(제1 박막(100))/PU(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이며, (c)는 면도날을 이용하여 자른 Ecoflex(제1 박막(100))/Ecoflex(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이고, (d)는 레이저(8 W)를 이용하여 자른 Ecoflex(제1 박막(100))/Ecoflex(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이며, (e)는 면도날을 이용하여 자른 PU(제1 박막(100))/Ecoflex(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이고, (f)는 레이저(8 W)를 이용하여 자른 PU(제1 박막(100))/Ecoflex(제2 박막(300)) 박막의 단면을 도시한 도면이다.First, FIG. 4A is a cross-sectional view of a thin film of PU (first thin film 100) / PU (second thin film 300) cut using a razor blade, and (b) is a laser (6 W). Is a cross-sectional view of a thin film of PU (first thin film 100) / PU (second thin film 300), and (c) is an Ecoflex (first thin film 100) cut using a razor blade. / Ecoflex (second thin film 300) is a diagram showing a cross section of the thin film, (d) Ecoflex (first thin film 100) / Ecoflex (second thin film 300) cut using a laser (8 W) ) Is a view showing a cross section of a thin film, (e) is a view showing a cross section of a thin film (PU (first thin film 100) / Ecoflex (second thin film 300)) cut using a razor blade, (f) Is a cross-sectional view of a thin film of PU (first thin film 100) / Ecoflex (second thin film 300) cut using a laser 8W.
도 4의 (a), (b)의 경우 각각 PU 두 겹을 면도날(DORCO DN-52)과 laser(4 W의 파워)를 이용하여 커팅 및 접합을 실시하였다. In the case of (a) and (b) of FIG. 4, two layers of PU were cut and bonded using a razor blade (DORCO DN-52) and a laser (power of 4 W), respectively.
면도날로 박막을 절단한 경우 자르는 고르지 못한 힘의 방향과 속도에 영향을 받아 개별적인 박막의 두께가 고르지 못하고 두 판의 경계가 뚜렷하여 접착되지 않음을 확인할 수 있다. 그에 반해 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법을 통해 절단을 수행한 경우 절단면이 고르고 두 박막의 경계면이 구분되지 않아 한 층으로 접착이 잘 되어 있음을 알 수 있다. When the thin film is cut with a razor blade, the thickness and thickness of the individual thin films are affected by the direction and speed of the uneven cutting force. On the other hand, when the cutting is performed through the laser thermal encapsulation method according to the present invention, it can be seen that the cutting surface is even and the interface between the two thin films is not separated, so that the adhesion is well performed in one layer.
이는 다른 동종 접합을 도시한 도 4의 (c), (d)에서도 확인할 수 있으며, PU, PDMS, Ecoflex 모두 같은 현상을 나타냈다. This can be confirmed in (c) and (d) of FIG. 4, which shows other homogeneous junctions, and showed the same phenomenon in all of PU, PDMS, and Ecoflex.
그러나 이종접합, 즉, 제1 박막(100)과 제2 박막(300)이 서로 다른 재질로 구성되어 있을 때를 도시한 도 4의 (e), (f)의 경우, 면도날뿐만 아니라 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법을 통해 절단을 수행한 경우에도 경계면이 뚜렷이 구분되어 접합 되지 않음을 알 수 있었다. However, in the case of FIGS. 4E and 4F, the heterojunction, that is, when the first
결과적으로, 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법을 통해 동일한 재질의 박막을 겹친 후 레이저로 조사함으로써 강한 압력조건 없이 동일한 재질의 박막이 캡슐레이션 되는 것을 확인할 수 있다.As a result, it can be seen that the thin film of the same material is encapsulated without a strong pressure condition by overlapping the thin film of the same material by the laser thermal encapsulation method according to the present invention.
도 2 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 2 and 5 will be described a method of manufacturing a flexible strain sensor according to the present invention.
본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법은 상술한 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법을 이용하여 유연 스트레인 센서를 제작하는 방법이며, 구체적으로, 마스크 배치단계(S210), 금속 박막층 증착단계(S220), 마스크 제거단계(S230), 홀 천공단계(S240), 제2 박막 배치단계(S250), 레이저 조사단계(S260) 및 와이어 연결단계(S270)를 포함한다.The flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing the flexible strain sensor using the laser thermal encapsulation method according to the present invention described above, specifically, the mask arrangement step (S210), metal thin film layer deposition step (S220) , Mask removal step S230, hole drilling step S240, second thin film placement step S250, laser irradiation step S260, and wire connection step S270.
상기 마스크 배치단계(S210)에서는 상기 제1 박막(100) 상부에 마스크(M)를 배치하며, 상기 마스크(M)에는 상기 제1 박막(100)에 형성하고자 하는 상기 금속 박막층(200)과 대응되는 형상의 패턴이 패터닝 되어 있다.In the mask disposing step S210, a mask M is disposed on the first
상기 금속 박막층 증착단계(S220)에서는 상기 마스크(M)에 형성된 패턴에 따라 상기 제1 박막(100)의 상면에 금속 박막층(200)을 증착하며, 상기 금속 박막층(200)의 재질은 상술한 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법에서의 금속 박막층(200)의 재질과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the deposition of the metal thin film layer (S220), the metal
상기 마스크 제거단계(S230)에서는 상기 제1 박막(100)의 상부에 배치된 상기 마스크(M)를 제거한다.In the mask removing step S230, the mask M disposed on the first
상기 홀 천공단계(S240)에서는 상기 제2 박막(300)에 상기 금속 박막층(200)과 정렬되는 홀(310), 즉 상기 금속 박막층(200)과 연결되는 와이어가 상기 제2 박막(300)을 관통할 수 있도록 하는 홀(310)을 형성한다.In the hole drilling step (S240), a
상기 제2 박막 배치단계(S250)에서는 상기 제1 박막(100) 상부에 제2 박막(300)을 겹쳐놓으며, 이는 상술한 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법에서의 제2 박막 배치단계(S120)와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the second thin film arrangement step (S250), the second
상기 레이저 조사단계(S260)에서는 레이저부(400)가 상기 금속 박막층(200)의 외측면을 따라 상기 제1 박막(100) 및 상기 제2 박막(300)에 레이저를 조사하며, 이는 상술한 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법에서의 레이저 조사단계(S130)와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the laser irradiation step (S260), the
상기 와이어 연결단계(S270)에서는 상기 홀(310)을 관통하는 상기 와이어가 상기 금속 박막층(200)에 연결된다.In the wire connecting step (S270), the wire penetrating the
이 외 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법의 상세 내용은 상술한 본 발명에 따른 레이저 열 캡슐레이션 방법에서 기재된 내용과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. In addition, the details of the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention is the same as described in the above-described laser thermal encapsulation method according to the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
상술한 과정을 거치며, 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법에 따라 제작된 센서는 방수 및 방진 성질을 가지게 됨으로써 여러가지 센서에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 유연성을 가짐에 따라 웨어러블 기기에 적용될 수도 있고, 개인 맞춤형 형상으로 제작될 수도 있으며, 산화 등의 외부 스트레스로부터 보호할 수도 있다.Through the above-described process, the sensor produced according to the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention has a waterproof and dustproof properties can be used in a variety of sensors, as well as having flexibility can be applied to a wearable device, It can be manufactured in a personalized shape and can be protected from external stresses such as oxidation.
다음은 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법에 의하여 제작된 센서와, 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법을 거치지 않은 센서에 대한 RR 및 기울기 표준편차를 도시한 도면이다.Next, with reference to FIG. 6, R R and slope standard deviations of the sensor manufactured by the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention, and the sensor not subjected to the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention. .
센서에 대한 RR 및 기울기 표준편차를 측정하기에 앞서, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, Ga-In(500)을 사용하여 센서 양쪽을 와이어링(wiring) 하였다. 즉, 제2 박막(300)에 형성된 홀(310)에 Ga-In(와이어)를 채워 넣음으로써 와이어링을 진행하였다.Prior to measuring the R R and slope standard deviation for the sensor, both sensors were wired using Ga-In 500, as shown in FIG. 2 (d). That is, wiring was performed by filling Ga-In (wire) in the
본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법에 의하여 제작된 센서(도 6의 Encapsulation, 이하 '캡슐레이션 센서'라고 합니다.)와 그렇지 않은 센서(도 6의 Bare, 이하 '베어 센서'라고 합니다.)를 각각 파란 색소를 넣은 물에 노출 시간(0, 5, 50분)를 변화시키며 센서의 전기적 안정성 측정을 수행하였다.Sensors produced by the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention (encapsulation of Figure 6, hereinafter referred to as 'capsulation sensor') and other sensors (bare of Figure 6, hereinafter referred to as 'bare sensor'). The electrical stability of the sensor was measured by varying the exposure time (0, 5, 50 minutes) in water containing blue pigment, respectively.
스트레인(strain)에 따른 RR (RR= (△R/Ro)/ε, 여기서 R, △R = Ron -Ro, ε은 각각 저항, 저항 차, 스트레인 변형률)값을 비교한 결과 두 센서 모두 물에 노출되지 않았을 때는 센서 개체에 따른 차이는 있지만 RR값과 GF(Gauge factor)의 변화가 거의 일치함을 보였다(도 6의 (a)).R R (R R = (ΔR / Ro) / ε according to strain, where R, ΔR = Ron -Ro, ε is resistance, resistance difference, strain strain) When not exposed to water, there was a difference according to the sensor individual, but the change in the R R value and the GF (Gauge factor) showed almost the same (Fig. 6 (a)).
그러나 물에서 노출 시간이 5분 경과한 후부터 상기 캡슐레이션 센서는 전 구간에서 안정한 신호를 가지는 일정한 반면, 상기 베어 센서의 경우 스트레인 20~30% 부근에 작은 노이즈가 생기며 불안정해지는 것을 확인할 수 있었다(도 6의 (b)). However, after 5 minutes of exposure time in water, the encapsulation sensor had a stable signal in all sections, while the bare sensor showed a small noise around 20-30% of strain and became unstable (Fig. 6 (b)).
50분이 경과한 후에도 상기 캡슐레이션 센서는 다른 센서와 같이 안정한 신호를 가지는 반면, 상기 베어 센서의 경우 노이즈가 전체적으로 나타나기 시작했다. 10~20% 스트레인 부근에서는 작은 노이즈가 생기는 것을 확인할 수 있었으며, 20~30% 스트레인에서는 보다 큰 노이즈가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. Even after 50 minutes, the encapsulation sensor had a stable signal like other sensors, while the bare sensor began to show noise as a whole. It was confirmed that small noise was generated near 10-20% strain, and larger noise was generated at 20-30% strain.
객관적인 평가를 위해 수치적으로 계산한 결과 물에서 50분 경과한 두 센서의 기울기 표준 편차가 약 8배정도 차이가 남을 확인 할 수 있었다(도 6의 (d)). As a result of numerical calculation for the objective evaluation, it was confirmed that the difference between the slope standard deviations of the two sensors after 50 minutes in the water was about 8 times different (FIG. 6 (d)).
이는 본 발명에 따른 유연 스트레인 센서 제작 방법에 의하여 제작된 센서는 장시간 물로부터 센서를 보호하며 감지 성능(Gauge factor ≒ 30)을 떨어뜨리지 않고 전기적 안정성을 가지는 것을 알 수 있다.It can be seen that the sensor manufactured by the flexible strain sensor manufacturing method according to the present invention has an electrical stability without deteriorating the sensing performance (Gauge factor ≒ 30) and protecting the sensor from water for a long time.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. It is possible and such variations are within the scope of the present invention.
100: 제1 박막
200: 금속 박막층
300: 제2 박막
310: 홀
400: 레이저부100: first thin film
200: metal thin film layer
300: second thin film
310: hall
400: laser unit
Claims (3)
상기 제1 박막 상부에 제2 박막을 겹쳐놓는 제2 박막 배치단계; 및
레이저부가 상기 금속 박막층의 외측면을 따라 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막에 레이저를 조사하는 레이저 조사단계;를 포함하며,
상기 레이저 조사단계에서는 상기 레이저의 열에 의하여 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막의 절단, 패터닝 및 접합과정이 동시에 진행되어 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막이 캡슐레이션 되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 캡슐레이션 방법.A first thin film preparation step of preparing a first thin film having a metal thin film layer deposited on an upper surface thereof;
A second thin film disposing step of overlapping the second thin film on the first thin film; And
And a laser irradiation step of irradiating a laser unit to the first thin film and the second thin film along the outer surface of the metal thin film layer.
In the laser irradiation step, the first thin film and the second thin film are simultaneously encapsulated by cutting, patterning and bonding of the first thin film and the second thin film by heat of the laser to encapsulate the laser thermal capsule. Method.
상기 제1 박막 준비단계 및 상기 제2 박막 배치단계에서의 제1 박막 및 제2 박막은 동일한 재질의 열가소성 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 열 캡슐레이션 방법.The method of claim 1,
And the first thin film and the second thin film in the first thin film preparation step and the second thin film arrangement step are made of a thermoplastic polymer of the same material.
제1 박막 상부에 마스크를 배치하는 마스크 배치단계;
상기 마스크에 형성된 패턴에 따라 상기 제1 박막의 상면에 금속 박막층을 증착하는 금속 박막층 증착단계;
상기 마스크를 제거하는 마스크 제거단계;
상기 제1 박막 상부에 제2 박막을 겹쳐놓는 제2 박막 배치단계; 및
레이저부가 상기 금속 박막층의 외측면을 따라 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막에 레이저를 조사하는 레이저 조사단계;를 포함하되,
상기 제2 박막 배치단계 이전에, 상기 제2 박막에 상기 금속 박막층과 정렬되는 홀을 형성하는 홀 천공단계;와
상기 레이저 조사단계 이후, 상기 홀을 관통하는 와이어가 상기 금속 박막층에 연결되는 와이어 연결단계;를 더 포함하며,
상기 레이저 조사단계에서는 상기 레이저의 열에 의하여 상기 제1 박막 및 상기 제2 박막의 절단, 패터닝 및 접합과정이 동시에 진행되어 상기 제1 박막과 상기 제2 박막이 캡슐레이션되는 것을 특징으로 하는 유연 스트레인 센서 제작 방법.In the method of manufacturing the flexible strain sensor,
A mask disposing step of disposing a mask on the first thin film;
Depositing a metal thin film layer on an upper surface of the first thin film according to a pattern formed on the mask;
A mask removing step of removing the mask;
A second thin film disposing step of overlapping the second thin film on the first thin film; And
And a laser irradiation step of irradiating a laser unit to the first thin film and the second thin film along the outer surface of the metal thin film layer.
A hole drilling step of forming a hole aligned with the metal thin film layer in the second thin film before the second thin film placing step; and
After the laser irradiation step, the wire connecting step of connecting the wire through the hole to the metal thin film layer;
In the laser irradiation step, the flexible strain sensor is characterized in that the first thin film and the second thin film are simultaneously cut, patterned and bonded by heat of the laser to encapsulate the first thin film and the second thin film. How to make.
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| KR20180052797A (en) | 2016-11-10 | 2018-05-21 | 주식회사 비에스피 | Encapsulation method of OLED device |
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2018
- 2018-08-09 KR KR1020180092797A patent/KR102141995B1/en active IP Right Grant
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