KR20200075720A - 피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200075720A KR20200075720A KR1020190079400A KR20190079400A KR20200075720A KR 20200075720 A KR20200075720 A KR 20200075720A KR 1020190079400 A KR1020190079400 A KR 1020190079400A KR 20190079400 A KR20190079400 A KR 20190079400A KR 20200075720 A KR20200075720 A KR 20200075720A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- skin
- forming
- flexible patch
- electronic device
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 230000009975 flexible effect Effects 0.000 claims abstract description 380
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 108
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 56
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 33
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 16
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 15
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 5
- 229910017727 AgNi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 507
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 288
- 230000008569 process Effects 0.000 description 39
- 230000008859 change Effects 0.000 description 25
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 15
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 15
- 210000000434 stratum corneum Anatomy 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 4
- 229920001730 Moisture cure polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000002174 soft lithography Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 241000238413 Octopus Species 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008560 physiological behavior Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- -1 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 2
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000037394 skin elasticity Effects 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 208000003322 Coinfection Diseases 0.000 description 1
- 241000270322 Lepidosauria Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000007933 dermal patch Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000013632 homeostatic process Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 230000008376 long-term health Effects 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001053 micromoulding Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 210000002374 sebum Anatomy 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
- A61B5/442—Evaluating skin mechanical properties, e.g. elasticity, hardness, texture, wrinkle assessment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
- A61B5/6833—Adhesive patches
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0077—Devices for viewing the surface of the body, e.g. camera, magnifying lens
-
- A61B5/04—
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
- A61B5/443—Evaluating skin constituents, e.g. elastin, melanin, water
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
- H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
- H10N30/706—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
- A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
실시예들은 전극, 인터커넥트 등을 포함한 회로 소자, 및 절연층, 활성층 등을 포함한 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛; 및 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치를 포함하되, 플렉서블 패치는 복수의 관통홀을 포함하고, 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함하는 피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법에 관련된다. 활성층이 압전 물질로 이루어진 경우, 상기 전자 기기는 피부의 변형 및/또는 탄력 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서로 활용될 수 있다.
Description
실시예들은 피부에 부착 가능한 전자 기기에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는, (예컨대, 활성층을 포함한) 반도체 소자 및 (예컨대, 전극 및/또는 인터커넥트 등을 포함한) 회로 구성요소로 구성된, 반도체 회로 유닛, 그리고 상기 반도체 회로 유닛이 집적되는 기판으로 사용되는, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치를 포함한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 회로의 기판으로 사용되는 플렉서블 패치는 복수의 관통홀을 갖고 있어, 높은 통기성 및 강한 부착성을 가진다.
산업 및 경제발전으로 생활이 윤택해짐에 따라, 대다수의 현대인들은 단순히 건강한 삶을 영위하고자 하는 욕구를 넘어, 더욱 젊고 아름다운 얼굴 및 신체를 갖고 유지하고자 하는 욕구를 가지고 있다. 이러한 현대인들의 욕구를 충족해주고자, 자신의 건강 상태, 특히 피부 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있게 해주는 (예컨대, 스킨 센서와 같은) 피부 적합형 전자 감지 기술(skin-conformable electronic sensing technology)에 대한 관심이 높아지고 있다.
일반적으로 피부의 변화, 상태 등과 같은 피부에 관한 정보를 얻기 위해서는 스킨 센서를 대상자의 피부에 부착한다. 그러나, 피부는 신체의 가장 바깥쪽에 위치하고 가장 큰 면적을 갖는 외부 표면 기관으로서, 화합물인체의 항상성(homeostasis)을 보존하는 데 필수적인, 땀, 피지 분비물 (sebum secretion), 휘발성 유기 배출물과 같은, 숨구멍을 기반으로 하는 다양한 생리학적 행동이 수행된다. 피부에 부착되는 스킨 센서는 전술한 피부의 생물학적 특성을 고려해서 제작되어야 한다.
따라서, 장기간의 건강 상태, 또는 피부 상태를 모니터링하는 고품질의 스킨 센서는 부착성과 통기성을 모두 필수적 요건으로 가져야 한다.
종래의 스킨 센서는 낮은 침투성(poor permeability)를 갖는, PI 또는PET 등의 고분자 기판을 이용하여 제조되기 때문에, 피부에 부착될 경우 피부의 숨구멍을 막게 되어 피부의 생리 활동을 방해하고 염증과 자극을 유발하는 문제가 제기되어왔다. 스킨 센서와 피부 사이의 강력한 접합을 위해 화학 부착제가 추가로 사용되는 경우 염증이 더욱 심해질 가능성도 있다. 감염된 피부는 바이러스에 대한 보호 기능을 상실하기 때문에, 2차 감염이나 합병증이 발생할 수 있다. 또한, 피부보다 1000배 정도 큰 고분자 기판의 탄성계수 (elastic modulus)에 기인하여 피부에 대한 부착력이 매우 낮아 피부에 오랜 시간 붙이지 못하거나, 재 부착 효율이 매우 떨어지는 문제도 있다.
이를 극복하기 위해 피부의 기계적 성질과 유사한 PDMS 등의 탄성중합체 (elastomer)를 기반으로 부착 표면이 문어 빨판, 또는 도마뱀 발바닥과 같은 마이크로 구조를 갖는 스킨 센서의 개발이 시도되고 있으나, 이러한 마이크로 구조는 표면 상에만 존재하는, 비관통형 구조이다. 따라서, 제조 과정이 복잡하고, 소형화가 어려운 한계가 있다.
또한, 이러한 탄성중합체 기반 스킨 센서를 제조하는데 있어서, 변형 가능하고 통상적으로 사용되는 실리콘 기판에 비해 부드럽기 때문에 스킨 센서의 회로 소자를 탄성중합체 상에 집적시키기 어려운 한계가 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회로 구성요소로 구성된 반도체 회로 유닛 및 상기 반도체 회로 유닛이 집적되는 기판으로 사용되는, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치를 포함한 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 전자 기기를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기는, 반도체 회로 유닛 - 상기 반도체 회로 유닛은 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함하는 회로 소자; 그리고 절연층, 및 활성층을 포함한 반도체 소자를 포함함; 및 복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 원형의 관통홀을 포함하며, 상기 복수의 관통홀 간의 간격은 60μm 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 아령 형태의 관통홀을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 제1 직경을 갖는 제1 관통홀 및 제2 직경을 갖는 제2 관통홀의 조합을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 직경은 제2 직경 보다 더 크며, 상기 제2 관통홀은 제1 관통홀을 주위에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 활성층은 AlN 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회로 소자는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 맞은 편에 위치한 제2 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극은 하나 이상의 제1 바를 포함하고, 상기 제2 전극은 하나 이상의 제2 바를 포함하며, 상기 제1 바는 상기 제1 바의 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 상기 제2 전극을 향해 연장되고, 상기 제2 바는 제2 바의 평면이 지그재그 형태로서, 상기 제1 전극을 향해 연장된다.
일 실시예에서, 상기 제1 바 또는 제2 바의 지그재그 형태는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 위치한 힌지 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치는 제1 탄성 계수를 갖는 제1 플렉서블 층 및 제2 탄성 계수를 갖는 제2 플렉서블 층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 탄성 계수는 제2 탄성 계수 보다 낮은 값일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 플렉서블 층의 두께(t1) 및 제2 플렉서블 층의 두께(t2)는 다음의 수학식에 기초하여 결정된다: W ≥ Wc, 여기서 Wc=Eeqt3/(24R2) ,
t = t1+t2, 그리고 t는 플렉서블 패치의 두께, E1은 제1 플렉서블 층의 탄성 계수, E2는 제2 플렉서블 층의 탄성 계수, R은 피부에 부착된 플렉서블 패치의 곡률, γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치의 접촉 표면의 극성 성분을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 반도체 소자 및 회로 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계; 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치를 상기 반도체 회로 상에 접합하는 단계; 및 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 포함하는 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는, 회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함; 절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 갖도록 형성됨; 및 활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 제2 기판 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 스트레서 층을 형성하는 단계; 상기 스트레서 층에 테이프를 배치하는 단계; 상기 테이프를 이용하여 상기 제2 기판으로부터 상기 활성층 및 스트레서 층을 박리하는 단계; 박리된 활성층 및 스트레서 층을 상기 절연층 상에 전사하는 단계 - 박리된 활성층이 상기 절연층 상에 전사됨; 및 상기 테이프를 이용하여 상기 활성층으로부터 상기 스트레서 층을 박리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스트레서 층은 복수의 층으로 이루어지며,
상기 스트레서 층을 형성하는 단계는, 증발(evaporating)에 의해 상기 활성층 상에 제1 스트레서 층을 형성하는 단계; 스퍼터링 증착에 의해 상기 제1 스트레서 층 상에 제2 스트레서 층을 형성하는 단계; 및 스퍼터링 증착에 의해 상기 제2 스트레서 층 상에 제3 스트레서 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 스트레서 층은 Al을 포함한 물질로 이루어지고, 상기 제3 스트레서 층은 Ni를 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 스트레서 층은 Ni 또는 AgNi를 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접합하는 단계는, 상기 플렉서블 패치 및 반도체 회로 유닛 간에 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 접합 이전에 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 플라즈마 처리(plasma treatment)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 접합하는 단계는, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 희생층은 Ni, Cr, Al 및 이들의 조합 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는, 활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계; 및 회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 플렉서블 패치층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 복수의 관통홀을 형성하게 하는 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계 - 상기 홈을 제외한 형틀 부분은 상기 플렉서블 패치층을 관통함; 및 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는, 회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함; 절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및 활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는, 활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및 회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 활성층을 형성하기 이전에, 폴리아미드 층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 및 상기 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉한 이후에, 상기 폴리아미드 층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 전사 구조물을 이용하여 상기 활성층을 상기 폴리아미드 층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 상기 활성층의 폭이 상기 형틀에 의해 형성될 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계는, 상기 플렉서블 패치층을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀 및 이들의 조합을 형성 가능한 홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀을 형성 가능한 홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 관통하는 형틀의 정렬을 위해 하나 이상의 배열 키(alignment key)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 배열 키는 높이를 갖도록 구성되고, 상기 형틀은 상기 배열 키의 평면에 대응되는 하나 이상의 키 홀을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 관통홀을 형성하는 홈의 폭은 60μm 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치층을 형성하는 단계는, 제3 탄성 계수를 갖는 제3 플렉서블 층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 및 제4 탄성 계수를 갖는 제4 플렉서블 층을 상기 제3 플렉서블 층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제4 탄성 계수는 상기 제3 탄성 계수 보다 낮은 값을 가진다.
본 발명의 일 측면에 따른 전자 기기 제조 방법은 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치 상에 전극, 인터커넥트 등과 같은 다양한 회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 접합하여 전자 기기를 제조할 수 있다.
특히, 플렉서블 패치 상에 회로 소자 및 반도체 소자가 배치된 전자 기기를 제조할 수 있다. 피부 표면에 부착되어야 하는 패치는 유연해야 한다. 본 발명은 반도체 회로를 역순으로 집적하는 리버스 공정을 통해 회로 소자 및/또는 반도체 소자를 플렉서블 패치 상에 직접 집적할 경우 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
이러한 전자 기기의 플렉서블 패치는 복수의 관통홀을 포함하여, 높은 통기성 및 강한 부착성을 가질 수 있다. 이로 인해, 전자 기기가 피부에 착용되더라도 피부 상태에 영향을 미치지 않는다.
또한, 상기 복수의 관통홀은 플렉서블 패치 상에 배치되는 반도체 회로의 기능을 극대화하기 위해 상이한 크기를 갖도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서 전자 기기의 반도체 소자가 압전 물질을 포함하는 경우, 전자 기기는 피부에 부착되어 피부의 변형 및/또는 탄력 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서로 활용될 수 있다. 변형이 감지되는 압전 물질은 상대적으로 크기가 큰 관통홀 상에 배치되어, 스킨 센서는 피부의 생리학적 거동으로 인한 피부 변형 정보를 보다 효율적으로 얻을 수 있다.
다른 일 실시예에서, 전자 기기의 반도체 소자가 빛에 응답하도록 구성된 경우, 전자 기기는 피부 표면에 대한 광학 센서, 또는 이미지 센서로 활용될 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 전자 기기의 반도체 소자가 수분에 응답하도록 구성된 경우, 전자 기기는 피부의 수분 손실을 측정하는 수분 센서로 활용될 수 있다.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 하나 이상의 도면에서 도시된 유사한 요소를 식별하기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 피험자의 피부에 부착된 전자 기기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서에 의해 측정된, 시간에 따른 피부 변형율을 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 제조 과정에서 활성층이 형성된 반도체 구조물의 준비 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 옥세틱 특성을 갖도록 구성된 전극 및/또는 인터커넥트 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시예들에 따른, 형틀에 의해 형성되는 플렉서블 패치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부에 부착되는 플렉서블 패치의 부착성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 a 내지 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 12 a 내지 도 12h는, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 13 a 내지 도 13k는, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 피험자의 피부에 부착된 전자 기기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서에 의해 측정된, 시간에 따른 피부 변형율을 나타내는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 제조 과정에서 활성층이 형성된 반도체 구조물의 준비 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 옥세틱 특성을 갖도록 구성된 전극 및/또는 인터커넥트 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시예들에 따른, 형틀에 의해 형성되는 플렉서블 패치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부에 부착되는 플렉서블 패치의 부착성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 a 내지 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 12 a 내지 도 12h는, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 13 a 내지 도 13k는, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90° 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기는 피부에 부착 가능한 기판; 및 상기 기판 상에 집적된 반도체 회로 유닛을 포함한다. 상기 반도체 회로 유닛은 활성층; 절연층을 포함한 반도체 소자, 그리고 전극 및/또는 인터커넥터와 같은 회로 연결 구성요소를 포함하며, 전자 기기의 기능을 수행하는 회로로 동작한다. 상기 전자 기기는 그 자체로 동작하거나, 외부 장치에 전기적으로 연결되어 동작하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기는 부착된 피부의 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서 일 수 있다. 그러나, 본 발명의 피부에 부착 가능한 전자 기기와 관련된 설명은 스킨 센서에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들에 의해 센서 이외의 다른 기능으로 동작하는 전자 기기 (예컨대, 발광기) 및 이를 제조할 수 있다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 피험자의 피부에 부착된 전자 기기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1a을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기(1)는 피험자의 피부에 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 전자 기기(1)는 센서의 기능을 수행하기 위해 동작하는 반도체 회로 유닛(10), 및 반도체 회로 유닛(10)이 집적되는 기판으로서, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치(30)를 포함한다.
반도체 회로 유닛(10)은 반도체 물질을 포함한 반도체 소자, 및 전극 및/또는 상호 접속 구성요소(예컨대, 인터커넥트 등)와 같은 회로 구성요소로 구성된다.
반도체 회로 유닛(10)의 기능은 반도체 소자 및/또는 회로 구성요소에 의존한다. 일 실시예에서, 반도체 회로 유닛(10)의 활성층이 압전 물질로 이루어진 경우, 반도체 회로 유닛(10)은 활성층의 형태 변화에 따라 전류의 특성이 변하는 압전 소자 회로로 동작하며, 상기 반도체 회로 유닛(10)을 포함한 전자 기기(1)는 피부의 변형 정보, 나아가 탄력 정보를 얻는 스킨 변형 센서로 동작할 수 있다. 이와 같이 전자 기기(1)가 압전 물질로 이루어진 구성요소를 포함한 경우, 반도체 회로 유닛(10)은 변화 감지 구조물로 동작한다. 이에 대해서는 아래의 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 빛의 변화에 응답하는 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 광학 센서, 또는 스킨 이미지 센서로 동작할 수 있다.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 수분의 변화에 응답하는 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 수분 센서로 동작할 수 있다.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 발광 가능한 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 발광 마사지기로 동작할 수 있다.
이하, 설명의 명료성을 위해, 압전 물질을 포함하여 피부의 변형을 감지할 수 있는 센서 회로 유닛을 예시로 반도체 회로 유닛(10)을 서술하고 (이하, 반도체 회로 유닛(10)은 때때로 센서 유닛 회로(10)로 지칭됨), 상기 센서 유닛 회로(10)를 포함한 스킨 센서를 예시로 전자 기기(1)을 서술하여 (이하, 전자 기기(1)는 때때로 스킨 센서(1)로 지칭됨) 본 발명을 예시적으로 서술한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 스킨 센서(1)는 피부에 부착되어 피부에 대한 정보를 얻도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 복수의 통기성(air permeable) 관통 홀(H)들이 형성된 플렉서블 패치(30)와 플렉서블 패치(30)에 접합된 센서 회로 유닛(10)을 포함한다.
플렉서블 패치(30)는 반도체 회로 유닛(10)이 집적되는 기판으로서, 적어도 일 표면이 피부에 부착 가능한 점성을 갖도록 구성된다. 또한, 플렉서블 패치(30)는 복수의 관통홀을 포함하여 높은 통기성 및 강한 부착성을 갖도록 구성된다. 이에 대해서는 아래의 도2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
스킨 센서(1)는 상기 통기성 관통 홀(H) 상에 프리 스탠딩(free standing)형으로 형성된다. 일 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이 스킨 센서 유닛(10)의 활성층이 관통홀 상에 위치하는 프리 스탠딩(free standing)형 구조물로 구성된다. 압전 물질인 활성층이 피부 통기성을 위한 관통홀에 프리 스탠딩형으로 매달려 있기 때문에, 피부 변형에 따른 관통홀의 변화를 효율적으로 측정할 수 있다. 즉, 스킨 센서(1)의 활성층은 기계적 응력에 의해 유도되는 피부 변형에 따라 효과적으로 구부러질 수 있다.
스킨 센서(1)는 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 센서 회로 유닛(10)을 포함하며, 상기 센서 회로 유닛(10)은 회로 구성요소(예컨대, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)), 절연층(113) 및 활성층(115)을 포함한다.
일부 실시예에서 센서 회로 유닛(10)은 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 회로 구성요소(예컨대, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)), 회로 구성요소 상에 배치된 절연층(113), 및 절연층(113) 상에 배치된 활성층(115)을 포함한다. 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 구성요소들(111, 112, 113, 115)은 플렉서블 패치(30)의 관통홀 중 적어도 하나에 대응되는 관통홀을 갖도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 전자 기기(1)가 강한 부착성을 가질 수 있으면서, 높은 통기성을 확보할 수 있다.
다른 일부 실시예에서, 센서 회로 유닛(10)은 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 활성층(115), 활성층(115) 상에 배치된 절연층(113), 및 절연층(113) 상에 배치된 회로 구성요소를 포함한다. 이러한 스킨 센서(1)의 동작 원리에 대해서는 아래의 도 2를 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
스킨 센서(1)는 하나 이상의 반도체 회로 유닛(10)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 회로 유닛(10)은 동일한 기능을 수행하도록 구성되거나, 또는 상이한 개별적 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
이러한 스킨 센서(1)는 장시간 부착되어도 피부착자의 피부에 미치는 영향을 최소화하면서 반도체 회로가 플렉서블 패치를 통해 피부에 부착된 상태에서 피부착자의 피부에 대한 다양한 정보(예컨대, 피부 탄력 정보, 피부 변형 정보 등)를 얻도록 구성된다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 피부(Ts, Td)상에 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 상기 피부는 각질층(Ts)과 진피층(Td)을 포함한다. 스킨 센서(1)는 각질층(Ts)의 표면에 밀착된다. 피부의 기계적 변화는 관통 홀(H)의 변화를 야기한다. 따라서, 관통홀(H)의 변화를 측정할 수 있으면, 피부의 기계적 변화에 대한 정보를 얻을 수 있다.
피부의 기계적 변화는 피부 막의 메커니즘에 기초하여 분석될 수 있다. 피부는, 대략 20 ㎛ 까지는 각질층으로, 대략 2 mm 까지는 표피층과 진피층으로 구성된다. 그에 따라 진피층을 기재로 보는 경우, 각질층은 진피층에 대해 대략 1/100의 비율로 박막 구조를 갖게 된다. 그에 따라 피부 건조가 이뤄지는 경우 상대적으로 박막 형태인 각질층의 부피 수축이 유도된다.
그리고, 건조가 발생하는 경우, 초기에는 각질층의 수분이 감소하여 수축하나 진피층은 상대적으로 덜 건조되므로 진피층이 각질층을 당김으로써 인장 응력이 발생하게 된다. 그러나, 지속적으로 건조가 발생하는 경우 각질층의 탄성 계수는 증가하게 되고, 각질층(Ts)에 크랙에 발생하여 보호 기능의 손실을 가져오게 된다. 그리고, 크랙이 발생하는 경우 인장 응력이 감소하여 늘어지게 된다.
스킨 센서(1)는 관통 홀(H) 상에 프리 스탠딩형으로 부착되어 피부에 부착된 관통 홀(H)의 크기 변화에 따라 변화 감지 구조물 상에 가해지는 압력의 변화를 감지하여 피부 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 피부 변화율을 기 설정된 구역의 피부의 최초 길이(L0)와 t 시간 후의 길이(Lt)에 대하여 다음 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
즉, 변화 감지 구조물(즉, 활성층(115))의 길이 변화를 산출함으로써 피부 변화율을 정량적인 수치로 제공할 수 있다.
도 2의 상황(a)은 피부 변화가 없어 아무런 압력이 가해지지 않은 경우를 나타낸다. 도 2의 상황(a)에서, 관통홀은 d3의 길이를 가질 수 있다.
도 2의 상황(b)은 시간이 지나 수분을 포함하는 물질들이 피부로부터 방출된 경우를 나타낸다. 도 2의 상황(b)에서, 시간이 지나 수분을 포함하는 물질들이 피부로부터 방출되어 각질층이 먼저 건조되면, 각질층에 인장 응력(F5, F6)이 발생하게 된다. 이로 인해, 관통홀의 크기가 증가하고, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 인장 응력이 가해진다. 관통홀은 d4의 길이를 가질 수 있다. d4는 d3에 비하여 긴 길이를 갖게 된다. 관통홀의 변화에 따라 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분이 변하므로, 전류 변화가 발생한다. 그리고, 이 경우 피험자의 피부 당김이 발생하였다고 판단할 수 있다.
도 2의 상황(c)은 지속적으로 건조가 발생한 경우를 나타낸다. 지속적으로 건조가 발생하면 각질층에 크랙(C)들이 발생하여 관통홀의 크기가 상황(b)에 비해 감소한다. 따라서, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 가해지는 인장 응력은 감소하게 되며, 이 경우 d5의 길이를 가질 수 있다. d5는 d4에 비해 짧은 길이를 갖게 된다.
위와 같은 방식으로, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 가해지는 압력에 따라 피부 변화량을 측정할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서에 의해 측정된, 시간에 따른 피부 변형율을 나타내는 그래프이다.
도 2의 상황(a)는 도 3의 그래프에서 노출 시작 시간에 해당된다. 피부 건조가 시작되면, 도 2의 상황(b)에서는 각질층의 건조에 따라 인장 응력이 증가하여 지속적으로 피부 변형이 증가하게 된다.
그러다가, 각질층이 형성되는 도 2의 상황(c)에서는 각질층에 크랙이 형성됨에 따라 다시 인장 응력이 감소함으로써 다시 변형이 초기 상태와 같거나 이와 비슷한 상태로 되돌아가게 된다.
피부 표면에 부착된 스킨 센서(1)에 있어서, 센서로 동작하는 센서 회로 유닛(10)은 플렉서블 패치(30) 상에 위치한다. 즉, 플렉서블 패치(30)는 회로가 집적되는 기판으로 사용된다. 일반적으로 사용되는 회로 기판들과 달리, 플렉서블 패치(30)는 부드럽고(soft), 끈적하게(sticky) 구성된다. 따라서, 단순히 기판 상에 회로 구성요소를 순차적으로 집적하는 공정에 의해서는 본 발명의 스킨 센서(1)를 제조하기 어려운 문제가 있다.
<제1 실시예>
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S401); 상기 희생층(105) 상에 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S410)로서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S411); 상기 전극 및/또는 인터커넥트 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S413); 및 상기 절연층(113) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S415)를 포함하며; 상기 센서 회로 유닛(10)과 (즉, 상기 활성층(115)과) 플렉서블 패치(30)를 접합(bonding)하는 단계(S430); 및 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S450)를 포함한다.
기판(101)(또는 제1 기판이라고 지칭함)은 센서 회로 유닛(10)의 내부 층들을 적층하는데 사용된다. 즉, 기판(101)은 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112), 활성층(115) 등과 같은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소를 형성하는데 사용되는 기판이다. 일 예에서, 기판(101)은 실리콘(Si)로 이루어지며, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성할 수 있다(S401).
한편, 희생층(105)은 유기 용매(organic solvents)에 대한 내성이 있고, 포토 리소그래피(photo-lithography) 가 가능한 물질(예를 들어, 금속)로 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(105)은 Cr, Al, Ni, Au및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 희생층(105)은 부착성과 관련된 일 물질 특성(예컨대, 표준 산화 전위(standard oxidation potential)) 및/또는 열적 안정성(thermal stability)과 관련된 다른 물질 특성(에컨대, 녹는 점(melting temperature))에 더 기초하여 구성될 수 있다. 이 경우, 희생층(105)은 다양한 응력(strain)에 견디기 충분한 강한 부착성 및 열적 안정성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 희생층(105)은 Cr, Al, Ni 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 희생층(105) 상에는 센서 회로 유닛(10)으로 동작하는 반도체 구조물이 형성된다.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 제조 과정에서 활성층이 형성된 반도체 구조물의 준비 과정을 나타내는 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 희생층(105) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 포함한 전도층을 형성한다(S411). 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 (예컨대, 금(Au), 백금(Pt)과 같은) 전도 물질로 이루어진 회로 구성요소로서, 압전 소자로 기능하는 활성층에 기초한 전류 변화를 전달하여 스킨 센서(1)로 동작하게 한다.
스킨 센서(1)는 피부 표면에 따라 변형 가능하도록 구성되고, 또한, 탈-부착 과정에서 스킨 센서(1)의 과도한 변형에 불구하고 강한 내구성을 가질 수 있도록 구성된다. 따라서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 변형에 강한 구조를 갖도록 형성된다.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 옥세틱 특성을 갖도록 구성된 전극 및/또는 인터커넥트 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 옥세틱 특성이 구현 가능한 평면 구조로 희생층(105) 상에 형성된다(S411).
옥세틱 구조(Auxetic structure)는 일반적으로, 제1 방향으로 인장력을 받게 될 때, 제1 방향에 직교하는 방향으로 그 치수가 증대되는 구조를 일컫는다. 예를 들어, 옥세틱 구조가 길이, 폭 및 두께를 갖는 것으로 설명될 수 있는 경우, 옥세틱 구조가 종방향으로 인장력을 받고 있을 때, 그 폭이 증대된다. 또한, 옥세틱 구조가 종방향으로 신장될 때 그 길이와 폭이 증대되고 횡방향으로 신장될 때 그 폭과 길이가 증대되지만, 그 두께는 증대되지 않는 양방향성의 것이다. 이러한 옥세틱 구조는 음의 포아송비를 갖는 것을 특징으로 한다.
단계(S411) 에서, 희생층(105) 상에 제1 전극(111A) 및 제2 전극(111B)이 형성된다. 도 6a를 참조하면, 제1 전극 및 제2 전극(111A 및 111B)은 하나 이상의 바를 포함한다. 제1 전극(111A)에 포함된 바는 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 반대 편의 제2 전극(111B)로 연장된다. 제2 전극(111B)에 포함된 바 또한 평면이 지그재그 형태로서, 반대 편의 제1 전극(111A)로 연장된다. 각 전극(111A 및 111B)은 지그재그 형태의 바를 포함함으로써, 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을 가질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 일 실시예에서, 상기 바는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 원형의 컷 힌지(cut hinge) 패턴을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 흰지 패턴은 균열 전파(crack propaganda)를 방지할 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 인터커넥트(112)는 양단은 원형이고 상기 양단의 원형을 연결하는 중심부는 양단의 직경 보다 작은 두께의 기둥으로 구성된, 아령 형태의 홀을 형성하도록 구성된다. 또한, 인터커넥트(112)는 원형 홀을 형성하도록 구성된다(아령-홀 패턴(Dμmbbell-hole pattern)). 이러한 관통홀이 형성된 인터커넥트(112)는 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을 가질 수 있다.
이러한 옥세틱 구조 특성에 의해 외부 힘이 인터커넥트(112)에 작용하여 인터커넥트(112)의 형태가 변형되더라도 양단에서 크랙의 발생이 최소화된다. 도 6d를 참조하면, 크랙이 발생하는 부위가 아령 형태의 관통홀을 갖는 경우 더 적은 것을 확인할 수 있다.
이러한 옥세틱 구조 특성을 갖는 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 다양한 방식에 의해 희생층(105) 상에 형성될 수 있다. 일 예에서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 전도층을 형성한 후, 옥세틱 구조를 형성하도록 구성된 (예컨대, 도 6e에 도시된 바와 같은) 마스크를 이용한 포토 리소그래피 기반 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 6e의 마스크에서 어두운 부분에 대응하는 전도층 영역은 인터커넥트로 형성되고, 밝은 부분에 대응하는 전도층 영역은 관통홀로 형성된다.
도 5b를 참조하면, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성한 이후, 절연층(113)을 형성한다(S413). 절연층(113)은 실리콘(Si) 기판(110)의 표면에 형성된 산화물 층(SiO2)일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 절연층(113)은 실리콘 산화물 이외의 산화물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 절연층(113)은 통기성을 확보하기 위해 복수의 관통홀을 포함할 수 있다. 절연층(113)의 관통홀은 플렉서블 패치(30)의 관통홀을 통해 이동하는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 플렉서블 패치(30)의 관통홀과 매칭되도록 형성된다. 이로 인해, 스킨 센서(1)의 통기성이 극대화된다. 일부 실시예에서, 절연층(113)의 관통홀은 포토 리소그래피 기반 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 활성층(115)은 절연층(113) 상에 형성될 수 있다(S415). 활성층(115) 및 활성층(115)의 형성 과정에 대해서는 아래의 도 7을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사 구조물을 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에서, 활성층(115)은 전사 구조물에 의해 전사됨으로써 절연층(113) 상에 형성될 수 있다(S415).
도 7를 참조하면, 전사 구조물은 기판(701) 상에 형성된 구조물로서, 기판(701) 상에 형성된 금속층(710); 금속층(710) 상에 형성된 활성층(115); 활성층(115) 상에 형성된 스트레서 층(730); 스트레서 층(730) 상에 배치된 테이프 층(750)을 포함한다.
기판(701)(또는 제2 기판으로 지칭됨)은 전사 구조물을 형성하는데 사용되는 기판으로서, 기판(101)과 상이한 기판이다. 기판(701) 상에는 활성층(115)이 형성된다. 일 예에서, 기판(701)은 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 활성층(115)은 기판(701) 상에 형성된 금속층(710) 상에 형성될 수 있다. 금속층(710)은 활성층(115)이 보다 쉽게 전사되도록 약한 접착력을 갖도록 구성된다. 일 예에서, 금속층(710)은 금(Au)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
활성층(115)은 반도체 특성을 갖는 물질로 이루어진 층으로서, 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)의 주된 기능을 수행한다. 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)가 스킨 센서로 활용되는 경우, 일 실시예에서, 활성층(115)은 전자 수송 특성이 우수하며, 압전 물질로 활용될 수 있는 Ga, Al을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 활성층(115)은 AlN, 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
스트레서층(730)은 활성층(115)의 물질에 변형을 가하여 반도체 특성을 강화하게 한다. 예를 들어, 스트레서층(730)에 의해 압전 성능이 강화될 수 있다. 또한, 활성층(115)이 절연층(113) 상에 전사되는 과정에서 크랙의 형성을 최소화하도록 구성된다. 이를 위해, 스트레서층(730)은 다양한 물질, 다양한 두께를 갖는 복수의 층을 포함한 멀티층 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 스트레서층(730)은 3개의 층(731 내지 735)을 포함한다. 제1 스트레서 층(731)은 Ni를 포함한 물질(예컨대, Ni, 또는 AgNi 등)로 이루어진, 고-응력 금속층일 수 있다. 제2 스트레서 층(733)은 Al을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 제3 스트레서 층(735)은 Ag를 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
제1 스트레서 층(731)의 두께는 물질에 따라 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스트레서 층(731)이 Ni로 이루어진 경우, 제1 스트레서 층(731)의 두께는 50nm일 수 있다. 한편, 제1 스트레서 층(731)이 AgNi로 이루어진 경우, 제1 스트레서 층(731)의 두께는 70nm일 수 있다.
각 스트레서 층별로 형성 방식이 동일할 수도, 또는 상이할 수도 있다. 일 예에서, 활성층(115) 상에 형성되는 제1 스트레서층(731)은 증발(evaporating)에 의해 형성될 수 있다. 제1 스트레서 층(731) 상에 형성되는 제2 스트레서 층(733) 및 제2 스트레서 층 상에 형성되는 제3 스트레서 층(735)은 스퍼터링 증착(sputtering deposition)에 의해 형성될 수 있다. 각 스트레서층의 형성 속도는 서로 상이할 수 있다. 일 예에서, 제2 스트레서층(733)은 1.8 ÅA s-1, 제3 스트레서층(735)은 2 ÅA s-1로 형성될 수 있다. 다른 일 예에서, 제2 스트레서층(733)은 0.4 ÅA s-1, 제3 스트레서층(735)은 2 ÅA s-1로 형성될 수 있다.
도 7의 전사 구조물은 테이프층(750)에 의해 기판(701)으로부터 박리되고, 박리된 활성층(115)이 절연층(113) 상에 전사된다. 그 후, 테이프 층(750)과 스트레서 층(730)을 제거하여, 기판(101), 희생층(105), 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 포함한 전도층; 절연층(113) 및 활성층(115)을 포함한 적층체가 형성된다.
일 실시예에서, 도 5의 전사 구조물을 이용한 활성층(115)의 전사는 대략 165℃의 범위 내에서 수행될 수 있다. 이 경우, 활성층(115) 상의 테이프 잔류물(tape residue) 량이 최소화된다.
이와 같이, 고성능, 단결정 압전 반도체 물질(AlN, GaN)들로 이루어진 활성층(115)은 이차원 물질 기반 전사(2 Dimension material based Layer Transfer, 2DLT)를 사용하여 절연층(113) 상에 전사 될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 피부에 부착하는 구성요소인 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물의 활성층(115) 상에 배치하고, 배치된 플렉서블 패치(30)를 활성층(115)과 접합한다(S430).
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 플렉서블 패치(30)의 제조 방법은 희생층을 일 표면에 복수의 오목한 홈이 형성되어 있는 형틀 상에 형성하는 단계(S810); 및 플렉서블 패치층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계(S830);를 포함한다.
단단한(rigid) 물질에 대해서는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은, 마이크로 홀이 패터닝된 표면과 같은 기하학적 평면 구조를 형성하기 위해 습식/건식 식각 방식을 이용한다. 그러나, 상대적으로 부드러운 플렉서블 물질(예컨대, PDMS 등)은 건식/습식 식각 방식을 이용하여 기하학적 평면 구조를 형성하고자 하는 경우 홀과 같이 기하학적 평면 구조를 이루고 있는 형상이 망가지는 문제가 있다. 그러나, 플렉서블 물질의 일 표면에 복수의 홀을 형성하기 위해, 복수의 오목한 홈이 형성되어 있는 형틀(810)을 사용하는 경우, 홀의 형상이 망가지지 않는 플렉서블 패치층(830)을 얻을 수 있다.
형틀(mold)(810)은 홈이 일 표면에 형성되어 있어 기하학적 평면을 갖도록 구성된다. 형틀(810)의 기하학적 평면을 이루는 홈의 단면은, 도 8에 도시된 바와 같이, 일 표면 안으로 오목하게 형성되어 있다. 유동성을 갖는 임의의 물질(예컨대, 플렉서블 패치층(830)을 형성하는데 사용되는 플렉서블 물질 등을 포함함)이 형틀(810) 상에 형성되는 경우 상기 임의의 물질이 홈을 채우게 된다. 상기 임의의 물질이 경화되면, 채워진 홈에 대응하는 높이 구조물이 홈의 내부에 형성된다. 상기 홈은 단일 단차를 갖도록 구성되거나, 또는 하나 이상의 단차를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 플렉서블 패치층(830)은 피부에 부착 가능하도록 부착성이 있는 물질층을 포함한다. 따라서, 플렉서블 패치층(830)이 바로 형틀(810) 상에 형성되는 경우, 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 분리시키는데 어려움이 있고, 이 과정에서 플렉서블 패치층(830)에 손상이 발생할 경우 플렉서블 패치(30)의 품질이 저해될 우려가 있다. 이를 극복하기 위해, 플렉서블 물질로 형틀(810)의 홈을 채우기 이전에, 플렉서블 패치층(830)과 형틀(810) 사이의 부착을 방지하는 안티-접착층(anti-sticky layer) 기능을 갖는 희생층(820)을 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830) 사이에 형성한다(S810). 희생층(820)을 이용함으로써, 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 손상없이 분리할 수 있어 고품질의 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다.
상기 형틀(810)은 식각 용액에 의해 식각되지 않고, 일정 열이 가해져도 형태를 유지할 수 있으며, 일정 경도를 갖도록 구성된다. 또한, 형틀(810)은 비자성물질로 이루어진다. 일 예에서, 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 아래의 희생층(820)을 제거하는 물질에 의해 제거되지 않고, 특정 온도 이상에도 형상을 유지할 수 있으며, 형틀 제작이 어렵지 않는 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시예들에 따른, 형틀의 구조 및 상기 형틀에 따라 형성되는 플렉서블 패치의 복수의 관통홀을 설명하기 위한 도면이다.
형틀(810)은, 통기성, 부착성 등과 같은 플렉서블 패치(30)의 특성이 우수하게 하는 홀을 생성하게 하는, 홈의 형태, 분포를 가진다.
일 실시예에서, 형틀(810)의 표면에 형성되어 있는 홈은 복수의 원형 관통홀 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치(30)에 복수의 홀을 형성하기 위해, 테두리가 원형인 홈이 형성되어 있는 형틀(810)이 이용될 수 있다. 도 9a의 형틀(810)을 이용하면, 도 9b의 평면을 갖는 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 형틀(810)에 형성된 홈은 플렉서블 패치(30)의 홀 간의 간격이 60μm 미만이 되도록 분포할 수 있다. 예를 들어, 홈의 폭은 60μm 미만으로 구성될 수 있다. 땀구멍은 배치된 피부 위치에 따라 다양한 크기를 가진다. 예를 들어, 땀구멍의 면적은 60μm 이상의 직경을 가지며, 평균적으로 80μm의 직경을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한, 배출해야 하는 노폐물의 양, 온도 조절과 같은 땀에 의해 수행되는 생물학적 기능이 피부 위치에 따라 상이하기 때문에 신체 부위에 따라 상이한 분포 밀도로 배치되어 있다. 예를 들어, 땀구멍은 등 부분에는 60cm-2, 손바닥에는 400 cm-2, 그리고 이마에는 180 cm-2의 밀도로 분포되어 있다.
이러한 땀구멍의 크기, 면적 정보에 기초할 때, 플렉서블 패치(30)의 홀 간의 간격은 60μm 미만으로 형성되어야 한다. 홀 간의 간격이 60μm 이상인 경우, 홀 이외의 플렉서블 패치(30) 표면이 땀구멍을 차단할 수 있다. 따라서, 홀 간의 간격이 60μm 미만인 플렉서블 패치(30)는 보다 높은 통기성(예를 들어, 거의 100% 통기성)을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 홀 간의 간격이 50μm인 관통홀 패턴을 갖도록 하는 형틀(10)을 이용하여 플렉서블 패치(30)를 제조할 수 있다.
높은 통기성을 얻기 위한 주된 요소는 관통홀 간의 간격이다. 관통홀의 크기는 부착성 및 통기성 모두에 영향을 미친다. 관통홀의 크기가 클수록 공기와 접촉하는 피부 면적이 증가하나, 반대로 포집되는 피부의 부피가 줄어들기 때문이다. 본 발명의 실시예들은 관통홀의 크기가 작더라도 관통홀 간의 간격을 줄임으로써, 높은 통기성 및 강한 부착성을 얻을 수 있다. 관통홀의 크기는 부착성을 저해하지 않는 범위 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 형틀(810)의 표면의 홈은 플렉서블 패치(30) 상에 집적될 반도체 회로의 설계를 고려하여 형성된다. 일부 실시예에서, 형틀(810)의 표면에 형성되어 있는 홈은 복수의 원형 홀 패턴을 형성하면서, 상기 원형 홀 패턴은 상대적으로 큰 직경을 갖는 하나의 원형 홀, 및 상기 하나의 원형 홀을 둘러싸면서 보다 작은 직경을 갖는 복수의 원형 홀의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 플렉서블 패치(30) 상에 압전 소자의 일부가 관통홀 상에 배치되고, 상기 압전 소자의 변형에 따른 전류 변화를 측정 및 전달하도록 회로 구성요소가 배치된 경우, 주된 변형이 일어나는 압전 소자 부분은 상대적으로 크기를 갖는 관통홀을 형성하고, 나머지 부분은 상대적으로 작은 크기의 관통홀을 형성하도록 설정될 수 있다. 이 경우, 압전 소자가 배치되는 소수의 관통홀만 크기가 크고 플렉서블 패치(30)에서 대부분을 차지하는 나머지 관통홀은 피부가 포집되기 충분한 작은 크기를 가지므로, 여전히 강한 부착성을 가진다.
또한, 플렉서블 패치(30)는 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 형틀(810)의 홈은 플렉서블 패치(30)에 원형의 관통홀을 형성하도록 구성되고, 또한 평면 형상이 아령 형태(dumbbell)인 관통홀을 형성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 양단은 원형이고 상기 양단의 원형을 연결하는 중심부는 양단의 직경 보다 작은 두께의 기둥으로 구성된, 아령 형태의 홀과 원형 홀이 플렉서블 패치(30)에 형성된 경우, (즉, 아령-홀 패턴(Dμmbbell-hole pattern)의 관통홀이 형성된 경우) 이러한 관통홀이 형성된 플렉서블 패치(30)는 옥세틱 구조 특성을 가질 수 있다. 즉, 형틀(810)은 원형 및/또는 아령 형태의 빈 공간을 둘러 싸는 기둥이 형성되어 있는 구조로 구성된다. 도 9c의 형틀(810)을 이용하면, 도 9d의 평면을 갖는 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 높은 통기성을 얻기 위해 홀 간의 간격은 전술한 바와 같이 60μm 미만으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 도9c에 도시된 것과 같이, 하나의 아령 관통홀(HC)의 연결부 중심과 다른 하나의 아령 관통홀(HC)의 일 단 간의 간격은 35μm이고, 하나의 아령 관통홀(HC)의 일 단과 다른 하나의 원형 관통홀(HB) 간의 간격은 25μm일 수도 있다. 또한, 원형 관통홀(HB)의 직경은 50μm, 아령 관통홀(HC) 일 단의 내부 간격은 100μm일 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것으로서, 플렉서블 패치(30)의 통기성, 부착성 및 내구성 등에 기초하여 다양하게 설정될 수 있다.
희생층(820)은 스핀 코팅 방식에 의해 도 9a의 형틀(810) 상에 형성될 수 있다.
그러나, 스핀 코팅 방식이 도 9c의 형틀(810) 상에 희생층(820)을 형성하는데 적용되는 경우, PDMS 패치층(830)을 도 9c의 형틀(810)에서 분리할 수 없어, (예컨대 60μm 간격과 같은) 수십 마이크로 단위의 간격으로 형성된 홀을 갖는 플렉서블 패치(30)를 제조할 수 없다. 도 9c의 형틀(810)이 원형 및 아령 형태의 관통홀을 형성하도록 구성되어, 형틀(810)과 PDMS 패치층(830)의 접촉 면적이 도 9a의 형틀(810)을 사용하는 실시예에 비해 증가하고, 또한, 도 9c의 형틀(810) 내 홈의 간격이 좁아져 PMMA 스핀 코팅이 불균형하게 되기 때문이다.
도 9c와 같은 형틀(810) 상에 희생층(820)을 형성하는 경우, 기화 코팅 방식을 이용하여 희생층(820)을 도 9c의 형틀(810) 상에 형성한다(S130). 일 예에서, 기화 코팅 방식은 SAMs(Self-assembled monolayer)일 수 있다.
이러한 과정에 의해, 옥세틱 구조 특성에 연관된 기하학 평면을 갖는 형틀(810) 상에 희생층(820), 및 플렉서블 패치층(830)을 형성할 수 있다. (S810, S830) 그 후, 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분을 제거한 뒤(S850), 희생층(820)을 식각하여 옥세틱 구조 특성을 갖는 기하학 평면을 갖는 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다.
도 9c의 형틀(810)을 사용하여 제조된 도 9d의 플렉서블 패치(30)는 부착 전후의 피부 수분 변화량을 비교시 약6%의 수분 변화를 유발한다. 즉, 플렉서블 패치(30)가 부착되어도 피부의 수분 손실이 거의 일어나지 않는다.
다시 도 8을 참조하면, 희생층(820)은 나노 단위 내지 마이크로 단위의 반도체 소자를 제조하는데 사용 가능한 물질로 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(820)은 PMMA(Poly(methyl methacrylate))를 포함한 물질로 이루어진다. 그러나, 이에 제한되지 않으며 희생층(820)은 폴리머 등을 포함한 물질로 이루어질 수도 있다.
일 실시예에서, 희생층(820)은 스핀 코팅 방식에 의해 오목한 홈을 갖는 형틀(810)의 일 표면 상에 형성된다(S810). 희생층(820)의 두께는 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830) 사이의 부착을 방지 가능하고, 단계(S870)의 식각 용액에 의해 손쉽게 제거 가능한 두께로 형성된다.
플렉서블 패치층(830)은 피부 윤곽에 따라 패치 형태가 변형가능한 적응적 접촉(conformable contact)이 가능하도록 플렉서블 특성을 가지면서, 피부에 부착 가능한 부착성을 갖는 물질로 이루어진다. 일 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 피부와 기계적 특성이 유사한 탄성중합체로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 PDMS(Poly-dimethylsiloxane)를 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 일정 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 플렉서블 패치층(830)의 두께가 너무 얇은 경우, 피부에 여러 번 반복 부착 가능한 정도의 내구성을 얻지 못할 수 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 75μm 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
플렉서블 패치층(830)이 희생층(820) 상에 형성되는 단계(S830)에서, 플렉서블 패치층(830)을 이루는 플렉서블 물질(예컨대, PDMS)이 홈 내부를 채우게 된다. 플렉서블 물질은 홈을 채우고, 나아가 홈 내부로부터 넘칠 수 있다. 이와 같이 홈 내부의 부피 보다 더 많은 플렉서블 물질이 공급되고 플렉서블 물질이 홈 외부로 넘치는 경우, 플렉서블 패치층(830)의 일부가 형틀(810)의 표면 보다 높은 위치에 형성될 수도 있다.
플렉서블 물질이 홈에 채워짐으로써, 또는 넘침으로써 얻어지는, 형틀(810), 희생층(820) 및 플렉서블 패치층(830)을 포함한 구조물은, 예를 들어 주조물을 완성하기 이전에, 형틀에 주물을 부은 상태의 구조물과 유사하다. 이하, 통상의 기술자의 이해를 돕기 위해 본 명세서 내에 종종 사용되는 주물-형틀 구조물은 도 8의 단계(S830)에 도시된 바와 같이, 플렉서블 물질이 홈에 채워진, (또는 홈을 넘치도록 채워진), 형틀(810), 희생층(820) 및 플렉서블 물질을 포함하는 구조물을 지칭하며, 플렉서블 물질의 경도는 부드러울 수도, 단단할 수도 있다.
플렉서블 패치층(830)이 형성된 이후, 홈을 초과한 (즉, 형틀(810)의 표면 보다 높은 위치에 형성된) 플렉서블 패치층(830)을 제거한다(S850). 일 실시예에서, 형틀(810)의 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분(즉, 초과 표면)에 판(850)을 접촉시키고, 판(850) 및/또는 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)을 문질러(rubbing) 홈을 초과한 부분을 제거한다.
판(850)은 초과 부분의 플렉서블 물질을 밀어서 제거하는, 미장 판(plastering board)과 같은 역할을 수행한다. 일 실시예에서, 판(850)은 기판(851) 및 기판(851) 상에 형성된 희생층(852)을 포함한다. 기판(851)은 문지르는 기능을 수행하기 적합한 구조(예컨대, 평평한 구조), 그리고 내구성, 및 강도를 가질 수 있다. 또한, 상기 기판(851)은 비자성 물질로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 기판(851)은 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
희생층(852)은 단계(S870)에서 식각 용액에 의해 식각될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 희생층(852)은 희생층(820)과 동일한 물질(예컨대, PMMA)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며 단계(S870)에서 식각 용액에 의해 식각될 수 있고, 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분과 문질러 접촉하는 과정에서 제거 이후의 플렉서블 패치층(830)의 표면에 발생 가능한 손상을 최소화하는 물질로 이루어질 수도 있다.
일 실시예에서, 희생층(852)은 스핀 코팅 방식에 의해 기판(851) 상에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 코팅 방식에 의해 기판(851) 상에 형성될 수 있다.
단계(S850)의 문지르는 공정은 초과 부분을 보다 효율적으로 제거하기 위해, 추가적인 공정을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 단계(S850)는 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분에 70℃ 이상의 열을 가하여 형틀의 홈을 초과하는 부분의 플렉서블 물질을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
플렉서블 패치층(830) 또는 접촉 부분에 열이 가해지면 접촉 부분의 강도가 약해진다(즉, 부드러운 구조 상태를 가진다). 이로 인해, 판(850)을 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)에 문지르는 경우 (또는 주물-형틀 구조물을 판(850)에 문지르는 경우) 상대적인 움직임에 의해 초과 부분의 플렉서블 물질이 주물-형틀 구조물이 차지하는 영역의 외부로 밀려난다. 예를 들어, 석고 회반죽에 지지판을 놓은 뒤 문지르면, 지지판 밑의 석고 회반죽이 지지판이 차지하는 영역 외부로 밀려나는 것과 유사하다. 결국, 초과 부분은 점점 높이가 낮아지게 되고 도 8에 도시된 바와 같이, 홈에 채워진 플렉서블 물질의 최상층은 홈이 형성된 표면에 일치하게 된다.
일 실시예에서, 단계(S850)는 접촉 과정에서 플렉서블 패치층(830)이 판(850)의 일 표면 상에 배치되도록 상하를 뒤집는(flipping) 단계를 포함할 수 있다. 뒤집는 단계가 수행되면 판(850)의 일 표면 상에 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)이 배치된다. 상기 실시예에서, 판(850)의 면적은 주물-형틀 구조물의 면적 보다 클 수 있다.
이런 배치 상태에서 판(850)과 주물-형틀 구조물을 문지르는 경우, 주물-형틀 구조물의 움직임에 의해 초과 부분의 플렉서블 물질이 주물-형틀 구조물이 차지하는 영역의 외부로 밀려나며, 또한 주물-형틀 구조물의 측면에 초과 부분의 플렉서블 물질이 잔류할 확률이 더욱 적어진다.
또한, 단계(S850)는 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분에 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 압력은 도 8에 도시된 바와 같이, 자석을 이용하여 가해질 수 있다. 일 예에서, 자석(861)과 자석(862)의 사이에 주물-형틀 구조물과 판(850)이 접촉된 상태로 배치될 수 있다. 이로 인해, 자석(861)과 자석(862) 간의 인력에 의하여 압력이 접촉 부분에 가해질 수 있다. 전술한 바와 같이, 주물-형틀 구조물 및 판(850)은 비자성물질로 이루어질 수 있어, 자석(861)과 자석(862) 사이에 인력의 상호작용이 발생하는 것에 영향을 미치지 않는다.
이로 인해, 주물-형틀 구조물과 판(850)을 문지른 결과, 초과 부분이 제거되는 시간이 감소될 수 있어, 제거 공정의 효율이 향상될 수 있다.
단계(S850) 이후, 식각 용액을 이용하여 희생층(820)을 식각한다(S870). 식각은 희생층(820)을 식각하면서 형틀(810), 플렉서블 패치층(830)을 식각하지 않도록 식각 용액의 선택성(selectivity)을 조절하면서 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(820)의 식각에 사용되는 식각 용액은 아세톤(acetone)을 포함할 수 있다.
실험적인 실시예에서, 홈을 초과하는 플렉서블 패치층(830)의 부분을 제거한 주물-형틀 구조물을 식각 용액에 담금으로써 희생층(820)을 제거하고, 형틀(810)과 주물(즉, 플렉서블 패치층(830))을 분리한다. 분리된 플렉서블 패치층(830)은 형틀(810)의 홈에 의해 형성된 복수의 홀을 포함한다. 상기 복수의 홀은 단계(S850)에서 홈 내부의 플렉서블 물질을 형틀(810)의 표면에 일치시켰기 ?문에 관통형으로 형성된다. 그 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치층(830)을 얻을 수 있으며, 상기 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치층(830)은 플렉서블 패치(30)로 활용될 수 있다.
주물-형틀 구조물이 식각 용액에 담겨있는 시간은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 주물-형틀 구조물의 식각 시간은 홈의 두께(즉, 플렉서블 패치(30)의 두께), 희생층(820)의 두께, 홈과 플렉서블 패치층(830)이 맞닿는 단면적 등에 의해 결정될 수 있다.
또한 단계(S870)에서 보다 효율적인 식각 공정을 위해 식각 용액 내 주물-형틀 구조물은 초음파 처리될 수도 있다.
단계(S810 내지 S870)에 의해 제조된 플렉서블 패치(30)는 마이크로 단위의 두께로 제조됨에도 불구하고, 복수의 홀에 의해 부착성이 증가할 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀은 관통형 홀로서, 플렉서블 패치(30)가 피부에 부착되어도 부착 부분의 피부를 외부 공기와 차단하지 않는다. 따라서, 플랙서블 패치(30)는, 패치 표면에만 (예컨대, 문어빨판, 또는 도마백 발바닥과 같은) 마이크로 구조를 갖도록 표면 처리하여 오직 부착성만을 좋게 하고, 통기성은 상대적으로 떨어지는 종래의 스킨 패치와 달리, 통기성 및 부착성을 모두 가질 수 있다.
또한, 희생층(820)을 이용하여 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 분리하면, 플렉서블 패치층(830)에 복수의 홀 (또는 홀 패턴)을 생성하고 분리하는 과정에서 찢어짐과 같은 손상이 발생하지 않는다.
상기 플렉서블 패치(30)는 피부에 대한 부착성과 통기성이 매우 뛰어나므로, 스킨 센서와 같은, 피부에 부착 가능한 다양한 전자 기기를 제조하는데 활용될 수 있다.
추가적으로, 플렉서블 패치(30)는 플렉서블 패치층(830)의 성분, 두께 등과 같은 물질 특성에 의해 보다 강한 부착성을 가질 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부에 부착되는 플렉서블 패치(30)의 부착성을 설명하기 위한 도면이다.
플렉서블 패치(30)의 관통홀은 마이크로 단위로서 플렉서블 패치(30)의 크기에 비해 매우 작아, 도 10에서는 설명의 명료성을 위해 생략되었다.
도 10a는 물체와 표면 간의 부착 원리를 설명하기 위한 도면이다.
표면(S)에 접촉하는 접촉 물체(P)가 표면(S)에 부착되는 능력은 가역성(reversibility)과 다원성(pluripotency) 측면에서 서로 경쟁하는) 변형에 대한 구조적 저항과 계면 상호 작용 사이의 경쟁에 의해 결정된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 표면이 물체(P)에 의해 변형된 경우, 물체(P)와 표면(S) 사이의 에너지는 다음의 수학식 2-5에 의해 표현될 수 있다.
여기서, Utotal은 총 포텐셜 에너지를 나타내고, Uadhesion은 물체(P)와 표면(S) 사이의 부착 에너지를 나타내며, Ubending은 물체(P)에 의해 변형된 표면(S)의 저항에 연관된 굽힘 에너지를 나타낸다. 여기서, 부착 에너지와 굽힘 에너지의 부호는 단지 상호 작용의 방향을 나타내는 것으로서, 다른 실시예에서는 부착 에너지의 부호가 +, 굽힘 에너지의 부호가 -로 표현될 수도 있다.
또한, W는 부착 일(work of adhesion, 단위는 N m-1), b는 표면에 부착되는 물체(P)의 길이, R은 곡률, θ은 물체(P)와 표면(S) 사이의 접하는 부분의 중심에서 접하는 부분이 끝나는 지점까지의 각도인 접촉각(contact angle)을 각각 나타낸다. D는 물체(P)에 대한 굴곡 강도(flexural rigidity)로서, 물체(P)의 탄성 계수(Young's modulus)와 물체의 두께에 의해 결정된다.
플렉서블 패치(30)의 부착성을 보다 단순하게 설명하기 위해, 단일층(mono-layer) 구조의 플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 부착되는 경우를 도 10a를 참조하여 서술한다.
플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 부착되는 경우를 도 10a에 적용하면, 표면(S)은 피부 표면에 대응하고, 물체(P)는 관통홀이 형성된 플렉서블 패치층(830)을 포함한 플렉서블 패치(30)에 대응한다. 따라서, 플렉서블 패치(30)에 대한 굴곡 강도 D는 플렉서블 패치층(830)의 탄성 계수E, 그리고 플렉서블 패치층(830)의 두께 t에 의해 결정된다.
부착 에너지가 굽힘 에너지 이상이어야 패치(30)와 피부 표면 간의 부착이 가능하다. 부착 에너지가 굽힘 에너지 미만인 경우 패치(30)는 피부 표면으로부터 탈착된다. 부착의 가능 여부를 결정하는 임계 부착 일(Wc, critical work of adhesion)은 다음의 수학식 6에 의해 결정된다.
수학식 6을 Wc로 정리하면, 물체와 표면의 부착이 유지되는 임계 부착 일(Wc)은 Wc=D/(24R2) 로 계산된다. 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W이 임계 부착 일Wc 이상이면 플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 적응적 접촉(conformal contact)이 가능하다. 반면, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W이 임계 부착 일Wc 미만인 경우 플렉서블 패치(30)는 피부 표면에 접촉하지 않는다. 따라서, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착이 가능하려면 임계 부착 일Wc의 크기가 작아지고, 및/또는 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W의 크기가 커져야 한다.
수학식 5를 참조하면, 패치(30)가 탄성 계수가 큰 물질(예컨대, 뻣뻣한 물질)로 구성되는 경우, 및/또는 두께가 두꺼운 경우에 높은 굴곡 강도 D를 가진다. 따라서, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도D가 감소하는 경우 및/또는 피부 표면과 플렉서블 패치(30) 간의 부착 일이 큰 경우 플렉서블 패치(30)를 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다.
따라서, 플렉서블 패치(30)의 탄성 계수 E가 낮은 경우, 플렉서블 패치(30)의 두께가 얇은 경우에 플렉서블 패치(30)가 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다.
또한, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 에너지가 클수록 플렉서블 패치(30)의 부착성이 강화된다. 수학식 2를 참조하면, 피부 표면과 플렉서블 패치(30) 간의 부착 에너지는 부착 일W에 의존한다. 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W은 다음의 수학식 7으로 표현된다.
여기서, γ d 는 접촉 표면의 분산 성분(dispersive component of surface), γ p 는 접촉 표면의 극성 성분(polar component of surface)을 나타낸다. γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치(30)의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치(30)의 접촉 표면의 극성 성분을 나타낸다. 플렉서블 패치(30)는 상기 수학식 7에 기초하여 구성된다.
전술한 바와 같이, 플렉서블 패치(30)는 스킨 센서를 제조하기 위해 활용될 수 있다. 마이크로 두께 범위에서 마이크로 단위의 초소형 소자를 지지하는데 있어서 충분한 예시적인 탄성 계수 1MPa를 갖는 PDMS 패치(30)가 피부에 부착될 수 있다. 피부 표면의 γ d, γ p 는 부위별로 상이하나, 상기 변수들의 최대, 최소 범위는 다음의 표 1과 같이 알려져 있다.
| mNm-1 | γ d | γ p |
| Skin Max | 40 | 8 |
| Skin Min | 11.7 | 1.7 |
| PDMS(E=1MPa, t=1mm) | 19.1 | 0.5 |
상기 표 1의 데이터를 상기 수학식 7에 적용하면, 피부와 PDMS 패치(30) 간의 부착 일W은 다음과 같이 대략적으로 계산된다: 31≤W≤54 mJ m-2.탄성 계수 1MPa를 갖는 PDMS 패치(30)의 두께가 모든 피부에 대해 부착되기 위해서는 부착 일이 가장 낮은 피부 표면(Skin Min)에도 부착 가능해야 한다. 따라서, 상기 PDMS 패치(30)는 Wc=31의 값을 가져야 한다. 따라서, PDMS 패치(30)는 약 80μm의 두께로 형성되어야 상기 임계 부착 일Wc의 조건을 충족한다. 따라서, 1MPa 의 단일 플렉서블 패치(30)의 두께는 80μm 미만으로 제조되어야 피부 표면에 적합성 부착(conformal adhesion)이 가능하다.
일부 실시예에서, 1MPa 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 단일 플렉서블 패치(30)가 80μm 미만의 두께를 가지면, 더 강한 부착성을 가질 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 1MPa 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 플렉서블 패치(30)의 일 층은 80μm 이상의 두께로도 피부 표면에 적합성 부착이 가능하다. 예를 들어, 피부 표면에 부착되는 일 층의 두께가 100μm인 경우에도 피부에 부착 가능할 수 있다.
전술한 바와 같이, 굴곡 강도D는 플렉서블 패치(30)의 부착 능력에 연관되고, 또한 플렉서블 패치(30)의 형상 유지 능력에 연관된다. 상기 수학식 5 및 수학식 6을 참조하면, 플렉서블 패치(30)의 탄성 계수 E가 낮은 경우, 플렉서블 패치(30)의 두께가 얇은 경우에 플렉서블 패치(30)가 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다.
그러나, 부착성만을 고려하여 플렉서블 패치(30)의 두께가 너무 얇거나, 탄성 계수가 너무 낮게 플렉서블 패치(30)를 형성하는 경우에는 핸들링이 어렵다. 구체적으로, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도가 너무 낮은 경우 플렉서블 패치(30)에 굽힘이 발생해서 핸들링하기 어렵고, 플렉서블 패치(30)의 형상이 일정하게 유지되기 어렵다. 따라서, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도가 너무 낮은 경우, 플렉서블 패치(30) 상에 다른 구성요소들을 집적하는데 어려움이 있다.
이를 극복하기 위해, 피부에 부착되는 부분은 상대적으로 낮은 굴곡 강도를 갖고, 피부에는 부착되지 않아 높은 부착성의 필요성이 상대적으로 떨어지는 다른 구성요소들이 집적되는 부분은 굽힘이 발생하지 않고 형상이 유지되기 충분할 굴곡 강도를 갖도록 플렉서블 패치(30)가 구성될 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치(30)는 보다 강한 부착성을 가지면서, 다른 구성요소들(예컨대, 전극, 반도체 소자, 인터렉션 등을 포함함)을 지지하기에 충분한 굴곡 강도를 갖도록, 하나 이상의 층으로 구성될 수 있다. 이러한 플렉서블 패치(30)를 제조하기 위해, 희생층(820) 상에 형성되는 플렉서블 패치층(830)은 하나 이상의 서브 층을 포함할 수 있다.
도 10b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 탄성 계수가 서로 상이한 바이 레이어 구조의 플렉서블 패치(30)를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에서, 바이-레이어 구조를 갖는 플렉서블 패치(30)는 강도(rigidity)가 상이한 두 개의 서브 층(도 10b의 제1 플렉서블 층(831), 및 제2 플렉서블 층(133))을 포함할 수 있다.
여기서, 피부에 부착되는 제1 플렉서블 층(831)은 피부에 부착되지 않는 제2 플렉서블 층(832)의 굴곡 강도D2 보다 낮은 굴곡 강도D1를 가진다. 예를 들어, 제1 플렉서블 층(831)은 피부 표면에 대한 적합성 부착이 가능하기 위해 낮은 탄성 계수(예컨대, 0.04Mpa)를 갖도록 구성될 수 있다.
반면, 제2 플렉서블 층(832)은 플렉서블 패치(30) 상에 집적되는 반도체 회로 등을 지지하면서, 플렉서블 패치(30)의 굽힘을 적절하게 제어하여 핸들링을 쉽게하기 위해 보다 단단하게 구성된다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 플렉서블 층(831)은 0.04MPa 인 탄성 계수 E1를 가지고, 제2 플렉서블 층(832)은 1MPa인 탄성 계수 E2를 가짐으로써, 제1 플렉서블 층(831)이 더 부드럽게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 전-폴리머(pre-polymer) 및 경화제(curing agent)를 포함하는 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 플렉서블 층(832)은 제1 플렉서블 층(831)의 경화제 비율 보다 큰 경화제 비율을 갖도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 제1 플렉서블 층(831)은 전-폴리머(pre-polymer)와 경화제의 비율이 40:1로 이루어질 수 있고, 제2 플렉서블 층(832)은 전-폴리머와 경화제의 비율이 10:1로 이루어질 수 있다. 이러한 경화제의 비율 차이로 인해 제1 플렉서블 층(831)과 제2 플렉서블 층(832)의 굴곡 강도 D가 상이하게 결정된다.
이러한 구성 물질의 차이에 의해, 제1 플렉서블 층(831)은 제2 플렉서블 층(832)에 비해 상대적으로 부드럽고(soft), 끈적하게(sticky) 구성되며, 플렉서블 패치(30)가 피부에 부착 가능하게 한다. 상대적으로 단단한 제2 플렉서블 층(832)은 플렉서블 패치(30)가 스킨 센서 등을 제조하기 위해 사용되는 경우, 마이크로 단위의 소자를 집적하기 위한 지지체(예컨대, 기판) 역할을 수행하게 한다.
또한, 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)의 두께는 서로 상이하게 형성될 수 있다. 전술한 수학식 5를 다시 참조하면, 굴곡 강도D는 탄성 계수E 및 두께에 의존하여 결정된다.
도 10c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 두께가 서로 상이한 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)를 설명하기 위한 도면이고, 도 10d는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 바이-레이어 구조의 두께에 따른 플렉서블 패치의 특성을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 피부 표면 상에 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)가 부착된 경우, 일반적으로 곡면 구조를 갖는 피부 표면의 특징으로 인해, 부착된 플렉서블 패치(30)는 늘어나게 된다. 늘어난 플렉서블 패치(30)에는 늘어나기 이전으로 되돌아가려는 복원력(Fret)이 적용된다. 상기 복원력(Fret)은 다음의 수학식 8과 같이 분석될 수 있다. 상기 플렉서블 패치(30)의 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)은 동일한 물질(예컨대, PDMS)로 구성된 경우 동일한 인장 응력(σ), 및 인장 변형률(ε)을 가질 수 있다.
여기서, F1은 피부에 부착된 제1 플렉서블 층(831), F2는 피부에 부착된 제2 플렉서블 층(832)에 적용되는 각각의 복원력을 나타낸다. t1은 제1 플렉서블 층(831)의 두께, t2는 제2 플렉서블 층(832)의 두께를 나타낸다.
바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)의 전체 탄성 계수Eeq는 다음의 수학식 8로 표현될 수 있다.
일 예에서, 0.04MPa의 탄성 계수를 가져 피부에 부착되는 제1 플렉서블 층(831)의 두께가 100μm으로 형성된 경우, 플렉서블 패치(30)의 유효 탄성 계수(effective elastic modulus), 및 굴절 강도(Flexural rigidity), 그리고 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 임계 부착 일의 그래프는 상기 수학식 9에 의해 계산될 수 있고, 그 결과 도 10d와 같이 도시된다.
바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)에 포함된 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)은 상기 수학식 9을 참조하여, 플렉서블 패치(30)가 활용되는 제조물(예컨대, 스킨 센서)의 기능에 알맞은 두께 및 탄성 계수를 갖도록 형성될 수 있다.
전술한 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치층(830)에 대한 설명은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 플렉서블 패치층(830)이 바이-레이어 구조로 한정되어 해석되지 않는다. 다른 실시예들에서, 플렉서블 패치층(830)은 모노 레이어, 트리플 레이어 구조로 형성될 수도 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 제2 플렉서블 층(832)만을 포함한 모노 레이어 구조로 형성될 수 있다. 다른 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 부드러운 두 개의 제1 플렉서블 층 사이에 위치한 단단한 제2 플렉서블 층을 포함하는 트리플 레이어 구조로 형성될 수 있다. 트리플 레이어 구조의 플렉서블 패치층(830)은 두께가 서로 상이한 두 개의 제1 플렉서블 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 피부에 부착되는 부분의 제1 플렉서블 층은 10μm의 두께로 형성되고, 반대편의 제1 플렉서블 층은 100μm의 두께로 형성될 수도 있다.
또한, 마이크로 단위에서 마이크로 소자를 지지하는 탄성 계수로 개시된 1MPa는 단지 예시적인 것으로서, 플렉서블 패치(30)에 포함된 제2 플렉서블 층(832)은 다른 탄성 계수를 가질 수도 있다.
이와 같이, 플렉서블 패치(30)는 희생층(820)을 이용하여 제조됨으로써, 마이크로 단위 두께의 플렉서블 패치층(830)을 얻는 과정에서 손상이 발생하지 않아 높은 내구성을 가질 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 제1 기판(101), 희생층(105) 및 센서 회로 유닛(10)을 형성한 후, 플렉서블 패치(30)를 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)에 접합시킬 수 있다(S430). 접합은 통상의 웨이퍼(wafer) 접합 기법에 의하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 도 8의 제조 과정에 의해 제조된 플렉서블 패치(30)와 활성층(115) 간의 접합을 위해, 반도체 구조물 및 플렉서블 패치(30)를 플라즈마 처리(예컨대, O2 플라즈마 처리(plasma treatment))하여 반도체 구조물 및 플렉서블 패치(30)의 접합 표면을 활성화할 수 있다.
일부 실시예에서, 플렉서블 패치(30)가 보다 끈적한 층 및 보다 단단한 층으로 구성된 바이-레이어 구조인 경우, 플렉서블 패치(30)의 접합 표면은 보다 단단한 층의 일 면일 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 플렉서블 패치(30)가 2개의 보다 끈적한 표면 및 하나의 보다 단단한 표면으로 구성된 트리플-레이어 구조인 경우, 플렉서블 패치(30)의 접합 표면은 보다 끈적한 층 중 어느 하나의 일 면일 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 이전에 도 5d의 반도체 구조물 상에 (예컨대, SiO2와 같은) 절연층을 더 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 접합을 위해, 플렉서블 패치 및 반도체 구조물에 압력을 추가로 가할 수도 있다.
그 후 플라즈마 처리에 의해 표면이 활성화된 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 배치하여 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물(즉, 활성층(115))과 접합한다(S430).
그리고, 식각과 같은 과정을 통해 희생층(105)을 제거하고, 플렉서블 패치(30)를 피부에 부착되는 유연성 접착 기판으로 가지며, 상기 유연성 접착 기판 상에 집적된 센서 회로 유닛(10)을 포함한 스킨 센서(1)를 얻을 수 있다(S450).
식각은 희생층(105)을 식각하면서 스킨 센서(1)의 구성요소(센서 회로 유닛(10) 및 플렉서블 패치(30)를 포함함)들을 식각하지 않도록 식각 용액의 선택성(selectivity)을 조절하면서 이루어진다. 희생층(105)의 식각에 사용되는 식각 용액은 아세톤(acetone)을 포함할 수 있다.
상기 접합 과정(S430)은 스킨 센서(1)의 통기성을 극대화하기 위해, 스킨 센서(1)의 구성요소 간의 배치에 더 기초하여 수행될 수 있다.
스킨 센서(1)의 구성요소들은 스킨 센서의 동작 원리에 기초하여 배치될 수 있다. 도 2를 참조하여 서술된 바와 같이, 피부의 변형을 감지하기 위한 스킨 센서(1)를 제조하기 위한 경우, 플렉서블 패치(30)는 활성층(115)의 일부가 플렉서블 패치(30)의 플렉서블 물질과 접하지 않도록 관통홀이 활성층(115) 상에 배치된다(S430). 일 예에서, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치된다. 따라서, 허공에 위치한 활성층(115)의 변형 결과를 최대로 얻을 수 있다.
또한, 플렉서블 패치(30)는 활성층(115) 아래의 구성요소들에 더 기초하여 배치된다. 일 실시예에서, 스킨 센서(1)를 제조하기 위해, 전극(111)의 일부(예컨대, 전극(111A 및 111B)에 포함된 연장 바) 또는 전부 상에 절연층(113)의 관통홀(H1)이 배치되고, 상기 절연층(113)의 관통홀(H) 상에 활성층(115)이 배치되며, 상기 활성층(115) 상에 플렉서블 패치(30)의 관통홀(H2)이 배치될 수 있다. 여기서, 절연층(113)의 관통홀(H1)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 플렉서블 패치(30)의 관통홀(H2)과 사영 부분이 매칭되도록 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조를 통해 스킨 센서(1)는 활성층(115)의 동작에 기초하여 피부 정보를 효과적으로 얻을 수 있으며, 스킨 센서(1)의 높은 통기성을 확보할 수 있다.
추가적으로, 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 (즉, 활성층(115) 상에) 배치하기 위해, 플렉서블 패치(30)를 배열용 유리(Align glass) 상에 배치할 수 있다. 플렉서블 패치(30)는 유연한 특성 상 표면이 평평하지 않을 수 있다. 플렉서블 패치(30)의 부착성은 피부 부착 표면이 평평할수록 증가한다. 따라서, 플렉서블 패치(30)에 룰러를 이용하여 배열용 유리 상에 플렉서블 패치(30)의 단면이 평평하게 배치한 뒤, 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 전사하고, 배열용 유리를 제거하여 표면이 평평한 플렉서블 패치(30)를 갖는 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 이로 인해, 스킨 센서(1)의 부착성을 극대화할 수 있다.
이와 같이 전자 기기의 반도체 소자가 압전 물질을 포함하는 경우, 전자 기기는 피부에 부착되어 피부의 변형 및/또는 탄력 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서로 활용될 수 있다. 전술한 과정에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 피부에 부착된 상태에서 센서로 동작할 수 있다. 변형이 감지되는 압전 물질은 상대적으로 크기가 큰 관통홀 상에 배치되어, 스킨 센서는 피부의 생리학적 거동으로 인한 피부 변형 정보를 보다 효율적으로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 피부 당김을 측정하는 데에 이용될 수 있을 뿐 아니라 피부의 탄력을 측정하는 데에 활용될 수 있다.
<제2 실시예>
도 11 a 내지 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 11를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 4의 제1 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소 중 플렉서블 패치(30)와 가장 가깝게 위치하도록 형성된다.
그러나, 다른 실시예들에서, 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소 중 플렉서블 패치(30)와 가장 멀리 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 1b 및 도 1c의 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다.
제2 실시예에 따른 스킨 센서(1)의 제조 방법은, 제1 실시예와 유사하게, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1101); 센서 회로 유닛(10)을 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1110); 센서 회로 유닛(10)과 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 접합하는 단계(S1130); 및 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1150)를 포함한다.
상기 실시예에서, 센서 회로 유닛(10)을 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1110)는, 희생층(105) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S1111); 활성층(115) 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1113); 및 절연층(113) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S1115)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 스킨 센서(1)는 활성층(115)이 스킨 센서(1)의 최 상단에 위치하도록 제조될 수 있다. 제2 실시예에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 회로 구성요소(즉, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112))와 활성층(115)의 위치가 교체되었을 뿐, 나머지 구조는 동일하다. 따라서, 도 11의 스킨 센서(1)의 동작 원리는 도 2의 스킨 센서(1)의 동작 원리와 유사하며, 자세한 설명은 생략한다.
전술한 실시예들에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은 반도체 소자를 형성하는 과정과 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정이 분리되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 따르면 제1 실시예 또는 제2 실시예의 전자 기기를 일체형(all-in-one) 공정에 의해 제조할 수 있다.
<제3 실시예>
도 12 a 내지 도 12h는, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 12을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 4의 제1 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.
제2 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법에 의하면, 제1 실시예와 동일한 구조를 갖는 스킨 센서(1)가 제조될 수 있다. 그러나, 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정과 센서 회로 유닛(10)을 포함한 반도체 구조물을 제조하는 과정이 분리되지 않은, 일체형(all-in one) 제조 과정으로 구성된다. 즉, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정과 반도체 구조물의 제조 과정이 분리된 제1 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법과 구별된다.
도 12a 내지 도 12h를 참조하면, 제3 실시예에서, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1201); 상기 희생층(105) 상에 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S1210)로서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1211); 상기 전극 및/또는 인터커넥트 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1213); 및 상기 절연층(113) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S1215)를 포함한다. 또한, 플렉서블 패치층(830)을 상기 센서 회로 유닛(10) 상에 (즉, 상기 활성층(115) 상에) 형성하는 단계(S1230); 복수의 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉하는 단계(S1240); 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1250); 및 형틀(810)을 제거하는 단계(S1270)를 포함한다.
이와 같이, 제3 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 유연성 접착 기판인 플렉서블 패치(30) 위에 모든 회로 소자와 상호 접속 부분을 형성한 모놀로식(monolithic) 전자 기기에 해당된다. 제3 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법은 소형화, 경량화된 전자 기기를 생성할 수 있고, 전자 기기의 집적도와 신뢰도가 높으며, 대량 생산이 가능하여 비용이 저렴한 장점이 있다.
도 12a를 참조하면, 일 실시예에서, 희생층(105)은 포토리소그래피, 식각용액의 선택성(etching selectivity), 열적 안정성(thermal stability) 등을 고려하여 형성된다. 일 예에서, 희생층(105)은 희생층(105)은 Cr, Al, Ni, Au 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 희생층(105)은 비용을 고려하여 더 형성될 수 있다. 이 경우, 희생층(105)은 예를 들어 Cr, Al, Ni, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
단계(S1210)에서, 상기 금속 희생층(105) 상에 다결정 활성층(115) 등을 포함한 센서 회로 유닛(10)(즉, 다결정 반도체 구조물)을 증착한다. 일 실시예에서, 전극(111) 및 인터커넥트(112), 절연층(113), 및 (예컨대, 센싱 물질로 동작하는) 활성층(115)이 순차적으로 희생층(105) 상에 형성된다.
일 예에서, 다결정 활성층(115)은, 제1 실시예와 유사하게, 스트레서를 이용한 전사를 통해 형성될 수 있다.
다른 일 예에서, 상기 다결정 반도체 물질은 기판에 상관 없이 성장할 수 있으므로, 희생층(105) 상에 직접 성장하여 형성된다. 예를 들어, 다결정 활성층(115)은 스퍼터링, 증발(evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방식, 또는 저압 CVD(Low-pressure CVD), 플라즈마 강화 CVD(Plasma-enhanced CVD) 등과 같은 CVD (Chemical vapor deposition) 방식에 의해 직접 증착하여 형성될 수도 있다. 일부 예에서, 다결정 활성층(115)의 성장은 500도 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
일 예에서, 각 층은 도 12c에 도시된 바와 같이, 통기성 확보를 위해 절연층(113)은 플렉서블 패치(30)의 관통홀에 대응되는 관통홀을 갖도록 형성된다.
단계(S1201 및 S1210)는 포토리소그래피 기반 식각 공정에 의해 수행된다.
그 후, 센서 회로 유닛(10) 상에 플렉서블 패치층(830)을 형성한다(S1230). 상기 플렉서블 패치층(830)은 관통홀이 형성되지 않은 플렉서블 패치(30)이다. 플렉서블 패치층(830)은 센서 회로 유닛(10) 상에 직접 형성된다(S1230). 플렉서블 패치층(830)을 형성하는 과정 및 플렉서블 패치층의 성분, 구조, 두께 등은 도 8 및 도 10을 참조하여 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다.
플렉서블 패치층(830)을 형성한 이후, 플렉서블 패치층(830)에 관통홀을 형성할 수 있다.
단계(S1240)에서, 관통홀의 형성은 소프트 리소그래피 기반 공정에 의해 수행될 수 있다. 일 예에서, 관통홀의 형성은, 마이크로형틀(micromolding)을 이용한 소프트 리소그래피 공정에 의해 수행될 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에서, 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉한다(S1240). 형틀(810)은 도 9a 및 도 9c에 도시된 평면 형태를 갖는 홈 구조로 구성될 수 있다. 형틀(810)의 홈 깊이는 센서 회로 유닛(10)(즉, 활성층(115))으로부터 플렉서블 패치층(830)까지의 두께 이상의 깊이를 가질 수 있다.
상기 형틀(810)은 관통홀을 형성하기 위해 센서 회로 유닛(10)(즉, 활성층(115))까지 도달하도록 플렉서블 패치층(830)과 접촉한다. 즉, 형틀(810)은 부드러운 물질에 도장을 찍는 것과 유사하다. 형틀(810)이 플렉서블 패치층(830)에 접촉하면 플렉서블 패치층(830)에 관통홀을 형성할 수 있도록 홈의 테두리 부분이 플렉서블 패치층(830)을 관통한다.
단계(S1240)에서, 형틀(810)의 홈의 테두리 영역이 플렉서블 패치층(830)을 보다 쉽게 관통할 수 있도록, 플렉서블 패치층(830)을 가열하는 과정이 더 수행될 수 있다.
도 12에서는 활성층(115)이 배치되는 관통홀만이 형성되는 형틀(810)을 도시하고 있으나, 이는 단지 설명의 명료성을 위한 것이다. 단계(S1240)에서는 통기성을 강화하기 위해 하나 이상의 관통홀을 형성할 수 있는 형틀(810)을 이용할 수 있다.
단계(1240)에서, 관통홀은 프리 스탠딩형 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 형틀(810)에 의해 형성되는 관통홀 중 적어도 하나는, 도 2를 참조하여 서술된 바와 같이 전극(111)의 지그재그 바 상에 배치된다.
일 실시예에서, 관통홀은 형틀(810)에 포함된 하나 이상의 키 홀(key hole) 및 반도체 구조물에 포함된 하나 이상의 배열 키(alignment key)에 기초하여 전극(111)의 일부 상에 형성된다. 이로 인해, 스킨 센서(1)가 프리 스탠딩형 구조를 가질 수 있다. 제2 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 스킨 센서(1)의 구조는 제1 실시예의 스킨 센서(1)의 구조와 동일하므로, 동일한 동작 원리에 의해 피부 정보를 얻을 수 있다.
상기 실시예에서, 형틀(810)은 하나 이상의 키 홀(key hole)을 포함할 수 있다. 상기 키 홀은 스킨 센서(1)의 통기성을 위한 플렉서블 패치(30)의 관통홀과 상이한 관통홀로서, 도 12에 도시된 바와 같이 상이한 평면(예컨대, 십자가)으로 구성될 수 있다.
상기 실시예에서, 형틀(810)의 키 홀에 매칭되는 하나 이상의 키가 반도체 구조물에 단계(S1040) 이전에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 키 홀의 홀 형태에 매칭되는 평면 형태를 갖는, 하나 이상의 키가 단계(S1211)에서 형성될 수 있다. 상기 하나 이상의 키는 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 이루는 물질과 동일한 물질, 및/또는 동일한 방식에 의해 형성될 수 있다.
단계(S1240)에서 관통홀을 형성할 수 있도록 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830)이 접촉한 이후, 희생층(105)을 식각한다(S1250). 희생층(105) 제거 이후, 형틀(810)을 제거하여 스킨 센서(1)를 제조한다.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 제조 방법은 기판(101) 상에 포토그래피를 이용해 반도체 회로를 형성하고, 그 위에 직접 소프트 리소그래피를 이용하여 피부의 통기성을 저해하지 않는 생체적합한(biocompatible) PDMS 패치(30)를 형성하여 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 이로 인해, 반도체 회로(즉, 센서 회로 유닛(10)) 및 플렉서블 패치를 각각 따로 만든 후 접합할 필요가 없어 공정의 복잡성이 감소하고, 높은 소자 전사 이득(device transfer yield)을 얻을 수 있다.
<제4 실시예>
도 13 a 내지 도 13k는, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 12의 제3 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 제조 과정에 대해서는 제3 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
제4 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법에 의하면, 제2 실시예와 동일한 구조를 갖는 스킨 센서(1)가 제조될 수 있다. 즉, 도 1b 및 도 1c에 도시된 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정과 센서 회로 유닛(10)을 포함한 반도체 구조물을 제조하는 과정이 분리되지 않은, 일체형(all-in one) 제조 과정으로 구성된다. 즉, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정과 반도체 구조물의 제조 과정이 분리된 제2 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법과 구별된다.
제4 실시예에서, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1301); 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S1310); 센서 회로 유닛(10) 상에 플렉서블 패치층(830)을 형성하는 단계(S1330); 복수의 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉하는 단계(S1340); 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1350); 및 형틀(810)을 제거하는 단계(S1370)를 포함한다.
한편, 제4 실시예의 스킨 센서(1)는 구조가 제2 실시예의 스킨 센서(1)와 동일하다. 따라서, 제4 실시예의 센서 회로 유닛(10)은 희생층(105)을 형성한 이후 활성층(115), 절연층(113) 및 회로 구성요소(전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)) 순으로 적층된다(S1310). 즉, 단계(S1310)은 활성층(115)을 형성하는 단계(S1311); 활성층(115) 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1313); 및 절연층(113) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S1315)를 포함한다.
제4 실시예에 따르면, 단결정 구조로 이루어진 활성층(115)을 이용하여 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 단결정 물질은 단결정 물질은 금속 희생층(105) 상에 직접 기를 수 없다.
단결정 반도체 물질을 성장시키기 위해서는 단결정 반도체와 동일 또는 유사한 기판 및 최소 700도 이상의 온도가 필요하다. 따라서, 단결정 활성층(115)을 금속 희생층(105)에 직접 형성하는 대신, 스트레서를 이용하는 2DLT 스트레서 전사를 수행하여 활성층(115)을 금속 희생층(105) 상에 형성한다.
구체적으로, 도 13c에 도시된 바와 같이, 희생층(105) 상에 폴리아미드 층(109)을 우선 형성하고(S1309), 2DLT 공정으로 떼어낸 단결정 박막(즉, 활성층(115))을 폴리아미드 층(109)에 전사하여 활성층(115)을 형성하는 과정이 추가된다(S1311).
일 실시예에서, 폴리아미드 층(109)은 폴리아미드(polyamide)를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드 층(109)은 다양한 배합체(filler)가 포함된 컴파운딩 상태로서, 미경화 구조(uncured structure)로 형성될 수 있다.
또한, 단계(S1311)는 활성층(115)의 폭이 플렉서블 패치(30)의 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층(115)을 패터닝하는 단계를 더 포함한다. 그 결과, 도 13e에 도시된 바와 같이, 패터닝된 활성층(115) 상에 플렉서블 패치(30)의 관통홀이 형성될 수 있다.
단계(S1311)에서, 활성층(115); 스트레서 층(730) 및 테이프 층(750)을 포함한 전사 구조물을 이용하여 활성층(115)을 폴리아미드 층(109) 상에 전사한다. 그 후, 활성층(115)를 제외한 스트레서 층(730) 및 테이프 층(750)을 제거하여 폴리아미드 층(109) 상에 활성층(115) 만이 위치하게 한다. 전사 구조물을 이용한 활성층(115)의 형성은 도 7을 참조하여 설명된 내용과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
또한, 제4 실시예에 따른 스킨 센서(1)의 제조 방법은, 폴리아미드 층(109)을 제거하는 단계(S1360)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 폴리아미드 층(109)은 (예컨대, O2 플라즈마 식각을 포함한) 플라즈마 식각에 의해 제거된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)를 얻을 수 있다. 상기 전자 기기(1)는 반도체 회로 유닛(10)의 형성 과정과 플렉서블 패치(30)의 형성 과정이 분리된 공정에 의해 제조될 수도 있고, 또는 일체형 공정에 의해 반도체 회로 유닛(10)과 플렉서블 패치(30)를 포함한 전자 기기(1)를 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (33)
- 반도체 회로 유닛 - 상기 반도체 회로 유닛은 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함하는 회로 소자; 그리고 절연층, 및 활성층을 포함한 반도체 소자를 포함함; 및
복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치를 포함하되,
상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 관통홀은 원형의 관통홀을 포함하며, 상기 복수의 관통홀 간의 간격은 60μm 미만인 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 관통홀은 아령 형태의 관통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 관통홀은 제1 직경을 갖는 제1 관통홀 및 제2 직경을 갖는 제2 관통홀의 조합을 포함하되,
상기 제1 직경은 제2 직경 보다 더 크며, 상기 제2 관통홀은 제1 관통홀을 주위에 위치하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 활성층은 AlN 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 회로 소자는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 맞은 편에 위치한 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극은 하나 이상의 제1 바를 포함하고,
상기 제2 전극은 하나 이상의 제2 바를 포함하며,
상기 제1 바는 상기 제1 바의 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 상기 제2 전극을 향해 연장되고, 상기 제2 바는 제2 바의 평면이 지그재그 형태로서, 상기 제1 전극을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 바 또는 제2 바의 지그재그 형태는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 위치한 힌지 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 패치는 제1 탄성 계수를 갖는 제1 플렉서블 층 및 제2 탄성 계수를 갖는 제2 플렉서블 층을 포함하되,
상기 제1 탄성 계수는 제2 탄성 계수 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제9항에 있어서,
상기 제1 플렉서블 층의 두께(t1) 및 제2 플렉서블 층의 두께(t2)는 다음의 수학식에 기초하여 결정되며,
W ≥ Wc
, 여기서 Wc=Eeqt3/(24R2) ,
,
t = t1+t2,
그리고 t는 플렉서블 패치의 두께, E1은 제1 플렉서블 층의 탄성 계수, E2는 제2 플렉서블 층의 탄성 계수, R은 피부에 부착된 플렉서블 패치의 곡률, γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치의 접촉 표면의 극성 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. - 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 반도체 소자 및 회로 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계;
복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치를 상기 반도체 회로 상에 접합하는 단계; 및
상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 포함하는 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는,
회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;
절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 갖도록 형성됨; 및
활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,
제2 기판 상에 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층 상에 스트레서 층을 형성하는 단계;
상기 스트레서 층에 테이프를 배치하는 단계;
상기 테이프를 이용하여 상기 제2 기판으로부터 상기 활성층 및 스트레서 층을 박리하는 단계;
박리된 활성층 및 스트레서 층을 상기 절연층 상에 전사하는 단계 - 박리된 활성층이 상기 절연층 상에 전사됨; 및
상기 테이프를 이용하여 상기 활성층으로부터 상기 스트레서 층을 박리하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 스트레서 층은 복수의 층으로 이루어지며,
상기 스트레서 층을 형성하는 단계는,
증발(evaporating)에 의해 상기 활성층 상에 제1 스트레서 층을 형성하는 단계;
스퍼터링 증착에 의해 상기 제1 스트레서 층 상에 제2 스트레서 층을 형성하는 단계; 및
스퍼터링 증착에 의해 상기 제2 스트레서 층 상에 제3 스트레서 층을 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제2 스트레서 층은 Al을 포함한 물질로 이루어지고,
상기 제3 스트레서 층은 Ni를 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 제1 스트레서 층은 Ni 또는 AgNi를 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계는,
상기 플렉서블 패치 및 반도체 회로 유닛 간에 압력을 가하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서,
접합 이전에 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 플라즈마 처리(plasma treatment)하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계는,
상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 희생층은 Ni, Cr, Al 및 이들의 조합 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는,
활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계;
절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계; 및
회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계;
플렉서블 패치층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계;
복수의 관통홀을 형성하게 하는 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계 - 상기 홈을 제외한 형틀 부분은 상기 플렉서블 패치층을 관통함; 및
전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제22항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는,
회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;
절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및
활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제22항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는,
활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계;
절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및
회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제24항에 있어서,
활성층을 형성하기 이전에, 폴리아미드 층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 및
상기 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉한 이후에, 상기 폴리아미드 층을 제거하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제25항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,
전사 구조물을 이용하여 상기 활성층을 상기 폴리아미드 층 상에 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제24항에 있어서,
상기 활성층의 폭이 상기 형틀에 의해 형성될 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서, 상기 복수의 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계는,
상기 플렉서블 패치층을 가열하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀 및 이들의 조합을 형성 가능한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀을 형성 가능한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서,
관통하는 형틀의 정렬을 위해 하나 이상의 배열 키(alignment key)를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 배열 키는 높이를 갖도록 구성되고,
상기 형틀은 상기 배열 키의 평면에 대응되는 하나 이상의 키 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서,
상기 관통홀을 형성하는 홈의 폭은 60μm 미만인 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. - 제21항에 있어서, 상기 플렉서블 패치층을 형성하는 단계는,
제3 탄성 계수를 갖는 제3 플렉서블 층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 및
제4 탄성 계수를 갖는 제4 플렉서블 층을 상기 제3 플렉서블 층 상에 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제4 탄성 계수는 상기 제3 탄성 계수 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021532979A JP2022513768A (ja) | 2018-12-18 | 2019-12-17 | 皮膚に貼り付け可能な電子機器及びこれを製造する方法 |
| CN201980085782.4A CN113395930A (zh) | 2018-12-18 | 2019-12-17 | 可附着于皮肤的电子装置及其制备方法 |
| PCT/KR2019/017923 WO2020130599A1 (ko) | 2018-12-18 | 2019-12-17 | 피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/223,541 | 2018-12-18 | ||
| US16/223,541 US11109796B2 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Electronic device which can be adhered to skin and method for manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200075720A true KR20200075720A (ko) | 2020-06-26 |
Family
ID=71072216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190079400A KR20200075720A (ko) | 2018-12-18 | 2019-07-02 | 피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11109796B2 (ko) |
| KR (1) | KR20200075720A (ko) |
| CN (1) | CN113395930A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220048885A (ko) * | 2020-10-13 | 2022-04-20 | 한국기계연구원 | 신축성 기판 및 그 제조 방법 |
| KR20220048886A (ko) * | 2020-10-13 | 2022-04-20 | 한국기계연구원 | 스트레처블 인쇄 회로 기판 및 스트레처블 인쇄 회로 기판 제조 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210152755A (ko) * | 2020-06-09 | 2021-12-16 | 현대자동차주식회사 | 웨어러블 장치 및 시스템 |
| CN113447073B (zh) * | 2021-06-09 | 2022-06-24 | 同济大学 | 一种仿生柔性模块化电子皮肤系统及其控制方法 |
| CN114464096B (zh) * | 2022-03-23 | 2023-11-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 电子皮肤 |
| CN115530835A (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-30 | 吉林大学 | 一种适用于智能假肢的电极系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101746492B1 (ko) | 2016-05-25 | 2017-06-14 | 대요메디(주) | 맥변화 측정장치와 이를 이용한 맥변화 측정 방법 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006080550A1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Memory device and semiconductor device |
| US8853746B2 (en) | 2006-06-29 | 2014-10-07 | International Business Machines Corporation | CMOS devices with stressed channel regions, and methods for fabricating the same |
| US10441185B2 (en) | 2009-12-16 | 2019-10-15 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Flexible and stretchable electronic systems for epidermal electronics |
| CA2898916A1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-07-31 | Avery Dennison Corporation | Wireless sensor patches and methods of manufacturing |
| US10244986B2 (en) * | 2013-01-23 | 2019-04-02 | Avery Dennison Corporation | Wireless sensor patches and methods of manufacturing |
| US10279200B2 (en) | 2014-07-17 | 2019-05-07 | Elwha Llc | Monitoring and treating pain with epidermal electronics |
| KR20160080058A (ko) * | 2014-12-29 | 2016-07-07 | 성균관대학교산학협력단 | 건식 접착 시스템 및 이를 포함하는 피부접착용 웨어러블 소자 |
| KR102403840B1 (ko) | 2015-02-13 | 2022-06-03 | 한국재료연구원 | 유연소재층을 포함하는 활성종 발생기 |
| WO2016138176A1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | Elira Therapeutics Llc | Systems and methods for enabling appetite modulation and/or improving dietary compliance using an electro-dermal patch |
| US20170071172A1 (en) * | 2015-07-06 | 2017-03-16 | David Derrick | Novel sump filtration system for aquarium tanks |
| CN107179336B (zh) | 2016-03-10 | 2020-02-04 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 可贴敷式离子型柔性湿度传感器、其制备方法及应用 |
| EP3709800A4 (en) * | 2017-11-02 | 2021-08-04 | The Regents of the University of California | FLEXIBLE SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR EPIDERMAL MONITORING OF ANALYTES AND BIOMARKERS IN FLUIDS ON THE SKIN |
| WO2020010238A1 (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-09 | Preco, Inc. | Laser processing hydrogel materials |
-
2018
- 2018-12-18 US US16/223,541 patent/US11109796B2/en active Active
-
2019
- 2019-07-02 KR KR1020190079400A patent/KR20200075720A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-12-17 CN CN201980085782.4A patent/CN113395930A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101746492B1 (ko) | 2016-05-25 | 2017-06-14 | 대요메디(주) | 맥변화 측정장치와 이를 이용한 맥변화 측정 방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220048885A (ko) * | 2020-10-13 | 2022-04-20 | 한국기계연구원 | 신축성 기판 및 그 제조 방법 |
| KR20220048886A (ko) * | 2020-10-13 | 2022-04-20 | 한국기계연구원 | 스트레처블 인쇄 회로 기판 및 스트레처블 인쇄 회로 기판 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113395930A (zh) | 2021-09-14 |
| US11109796B2 (en) | 2021-09-07 |
| US20200187848A1 (en) | 2020-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20200075720A (ko) | 피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법 | |
| KR20200075719A (ko) | 복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치 및 상기 플렉서블 패치를 제조하는 방법 | |
| US10383219B2 (en) | Extremely stretchable electronics | |
| Verplancke et al. | Thin-film stretchable electronics technology based on meandering interconnections: fabrication and mechanical performance | |
| EP2902293B1 (en) | Methods of making extremely stretchable electronics | |
| Lee et al. | Multiaxially-stretchable kirigami-patterned mesh design for graphene sensor devices | |
| KR101097511B1 (ko) | 폴리이미드를 이용한 미세 전자기계 시스템용 폴리디메틸실록산 전극 고정화 방법 및 이에 의하여 제조된 전극 | |
| JP5075016B2 (ja) | 刺入型柔軟神経電極およびその作製方法 | |
| JP2022513768A (ja) | 皮膚に貼り付け可能な電子機器及びこれを製造する方法 | |
| WO2020130596A1 (ko) | 복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치 및 상기 플렉서블 패치를 제조하는 방법 | |
| EP2902294A2 (en) | Extremely stretchable electronics | |
| JP7119406B2 (ja) | 伸縮性配線基板およびその製造方法 | |
| JP4872957B2 (ja) | 電子部品の製造方法 | |
| Dong et al. | Parylene-MEMS technique-based flexible electronics | |
| WO2019177030A1 (ja) | 電子機能部材及び電子部品 | |
| CN112786513B (zh) | 一种薄膜器件的加工方法及薄膜器件 | |
| GB2457096A (en) | Strain gauge having support structure formed integrally with flexible substrate and method of manufacture thereof | |
| CN112786515B (zh) | 一种薄膜器件的加工方法 | |
| KR101339291B1 (ko) | 유연한 집적회로 및 유연한 집적회로 제조방법 | |
| JP2013247221A (ja) | 圧電アクチュエータおよびそれを備えたインクジェットヘッド | |
| KR20090027941A (ko) | 촉각 센서 및 그의 제조 방법 | |
| JP5749029B2 (ja) | インプリントモールド | |
| KR20220152170A (ko) | 장시간 모니터링을 위한 비 침습적 스킨 센서 및 이를 제조하는 방법들 | |
| KR20210096914A (ko) | 스트레처블 기판 | |
| US9227406B2 (en) | Method of manufacturing an ejection orifice member |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |