KR20200097479A - Method of manufacturing crack-based strain sensor using electroless silver plating - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무전해 은도금을 통해 형성된 크랙 기반의 스트레인 센서를 각종 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기에 형성시킴으로써, 미세한 진동이나 작은 변위에도 민감한 저항 변화를 제공할 수 있는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, and more particularly, by forming a crack-based strain sensor formed through electroless silver plating on various electronic devices, artificial skin, and wearable devices, The present invention relates to a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating that can provide a sensitive resistance change even with a small displacement.
일반적으로 고감도 센서는 미세한 신호를 감지하여 이를 전기적 신호 등의 데이터로 전달하는 장치로서 현대산업에서 필수적으로 요구되는 부품 중 하나이다.In general, a high-sensitivity sensor is a device that detects a minute signal and transmits it as data such as an electrical signal, and is one of the essential components in the modern industry.
이와 같은 센서 중 압력이나 인장력을 측정하는 센서로서는 정전용량(capacitive) 센서, 압전기(piezoelectric) 센서, 스트레인 게이지 등이 알려져 있다.Among such sensors, as sensors for measuring pressure or tensile force, a capacitive sensor, a piezoelectric sensor, a strain gauge, and the like are known.
기존의 인장 센서인 스트레인 게이지 센서는 기계적인 미세한 변화를 전기신호로 해서 검출하는 센서로서, 기계나 구조물의 표면에 접착해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 스트레인(strain)을 측정하는 것이 가능하고, 스트레인의 크기로부터 강도나 안전성을 확인하는데 중요한 응력을 알 수 있다.The strain gauge sensor, which is a conventional tensile sensor, is a sensor that detects minute mechanical changes as electrical signals. When attached to the surface of a machine or structure, it measures minute changes in dimensions, that is, strain, that occurs on the surface of a machine or structure. It is possible, and from the size of the strain, it is possible to know the stress that is important to confirm strength or safety.
또한, 스트레인 게이지는 금속저항 소자의 저항치 변화에 따라 피 측정물의 표면의 변형을 측정하는 것으로, 일반적으로 금속 재료의 저항치는 외부로부터의 힘에 의해 늘어나면 증가하고 압축되면 감소하는 성질을 가지고 있다. In addition, the strain gauge measures the deformation of the surface of the object to be measured according to the change in the resistance value of the metal resistance element. In general, the resistance value of a metal material increases when it is increased by external force and decreases when it is compressed.
스트레인 게이지는 힘, 압력, 가속도, 변위 및 토크(torque) 등의 물리량을 전기신호로 바꾸기 위한 센서의 수감 소자로도 응용되고, 실험, 연구뿐만 아니라 계측제어용으로도 널리 이용되고 있다.Strain gauges are also applied as sensors for converting physical quantities such as force, pressure, acceleration, displacement, and torque into electrical signals, and are widely used not only for experiments and research, but also for measurement control.
그러나, 기존의 스트레인 게이지 센서는 금속선을 이용함에 따라, 부식에 약하며, 민감도가 매우 떨어질 뿐만아니라, 출력 값이 작아서, 작은 신호를 보상하기 위해, 추가 회로가 필요하며, 반도체 인장 센서는 열에 민감한 단점을 가진다.However, as the conventional strain gauge sensor uses a metal wire, it is weak against corrosion, its sensitivity is very low, and its output value is small, so it requires an additional circuit to compensate for a small signal, and the semiconductor tension sensor is sensitive to heat. Have.
압력 센서란, 표면에 가해지는 압력을 측정할 수 있는 센서로, 인공 피부 제작 시 필수적인 요소이다. The pressure sensor is a sensor that can measure the pressure applied to the surface, and is an essential element in manufacturing artificial skin.
스트레인은 표면에 가해지는 수평적 길이변화를 나타내지만, 압력은 표면에 수직으로 가해지는 힘을 나타낸다.Strain represents a horizontal change in length applied to a surface, while pressure represents a force applied perpendicular to the surface.
기존의 압력 센서는 박막으로 제작된 실리콘 필름이 압력에 의해 변화하는 저항 값을 측정하며, 연구용이나 계측용뿐만 아니라, 산업에서도 널리 쓰이고 있다.Existing pressure sensors measure the resistance value of a silicon film made of a thin film changes by pressure, and are widely used not only for research or measurement, but also in industry.
그러나, 기존의 압력 센서는 민감도가 매우 낮기 때문에 작은 압력을 구분할 수 없다는 단점이 있으며 휘어질 수 없다. However, since the conventional pressure sensor has very low sensitivity, there is a disadvantage in that it cannot distinguish a small pressure, and it cannot be bent.
이러한 단점은 인공피부로의 적용이 불가하게 하므로 작은 압력을 감지하면서도 휘어질 수 있는 센서의 제작이 필요하다.This disadvantage makes it impossible to apply to artificial skin, so it is necessary to manufacture a sensor that can bend while detecting a small pressure.
상기와 같은 문제점에 의해서, 상기의 센서는 특정 환경에서만 구동이 가능하거나, 다양한 환경적 요인에 의해 영향을 받아 측정값의 정확성이 저하되는 등의 문제가 존재함과 동시에 반복 구동 시 일정한 측정값을 확보하기 곤란한 문제가 있다. Due to the above problems, the above sensor can be operated only in a specific environment, or the accuracy of the measured value is degraded due to the influence of various environmental factors. There is a problem that is difficult to secure.
또한, 이들 센서는 자체의 구조적인 문제로 인하여 플렉시블 구조체를 제조하기 곤란한 문제가 있다.In addition, these sensors have difficulty in manufacturing flexible structures due to their own structural problems.
착용형 의료 및 인공적 전자 피부 장치 및 고성능 센서의 개발에 대한 연구에 대한 관심이 높아짐에 따라, 나노와이어, 실리콘 고무, 압전 및 외부 정보를 축적하는 유기박막 트랜지스터를 기반으로 하는 다양한 유형의 압력 센서가 개발되어왔다.With increasing interest in research on the development of wearable medical and artificial electronic skin devices and high-performance sensors, various types of pressure sensors based on nanowires, silicon rubber, piezoelectric, and organic thin film transistors that accumulate external information have been developed. Has been developed.
크랙은 일반적으로 결함으로 간주되어 기피되어 왔지만, 크랙, 나노와이어 생산을 위한 박막의 크랙킹 및 인터컨넥터(interconnector)와 같은 크랙과 관련된 연구가 최근에 보고되고 있다.Cracks are generally regarded as defects and have been avoided, but studies related to cracks, cracking of thin films for nanowire production, and cracks such as interconnectors have been recently reported.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 카본나노튜브, 나노섬유, 그래핀 혈소판 및 기계적 크랙을 기반으로 하는 스트레인 센서가 보고된 바 있다.In addition, as shown in FIG. 1, a strain sensor based on carbon nanotubes, nanofibers, graphene platelets, and mechanical cracks has been reported.
즉, 도 1과 같이, 나노 사이즈의 작음 금속 입자들과 크랙의 거리에 따라 전기 저항이 변하는 원리를 이용하는 센서로서, 고변위에서도 작동할 수 있으며, 인체의 다양한 모션 측정이 가능한 장점을 제공한다.That is, as shown in FIG. 1, as a sensor using the principle that electrical resistance changes according to the distance between nano-sized small metal particles and cracks, it can operate even at high displacement, and provides an advantage of measuring various motions of the human body.
도 2에 도시한 바와 같이, 크랙 센서는 거미의 감각 시스템에 의해 영향을 받았다. As shown in Fig. 2, the crack sensor was affected by the spider's sensory system.
거미의 감각 센서는 스트레인과 진동에 매우 민감한 것으로 알려져 있다.Spider sensory sensors are known to be very sensitive to strain and vibration.
도 2의 경우, 거미의 감각 기관을 모사한 크랙 기반 스트레인 센서를 나타낸 것으로서, 거미의 감각 기관의 슬릿 구조(a~c)를 모사하여 신축성 폴리머 위에 전도성 금속을 코팅하고, 폴리머 기판이 인장될 때, 전도성 금속막이 갈라지며 전기 저항이 증가하는 원리를 이용(d~g)하는 것이다.2 shows a crack-based strain sensor that simulates a spider's sensory organs. When a conductive metal is coated on an elastic polymer by simulating the slit structure (a-c) of a spider's sensory organ, and the polymer substrate is stretched , The conductive metal film is cracked and the electrical resistance increases (d~g).
크랙은 일반적으로 피해야 할 결함으로 간주되었으나, 크랙에 의한 패터닝에 대한 연구로서, 최근에는 나노와이어 및 인터커넥터 등의 제작을 위해 박막 필름 크랙 형성이 보고되어 있으며, 거미의 감각 시스템과 유사한 크랙 센서는 스트레인과 진동에 매우 민감한 것으로 보고되어 있으나, 단지 2%의 변형률을 갖는다는 한계가 있다.Cracks were generally regarded as defects to be avoided, but as a study on patterning by cracks, thin film crack formation has recently been reported for fabrication of nanowires and interconnects, and crack sensors similar to spider sensory systems It has been reported to be very sensitive to strain and vibration, but has a limitation of only 2% strain.
따라서, 이러한 문제점을 보완할 수 있는 새로운 고감도 센서의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a new high-sensitivity sensor that can compensate for this problem.
이를 위하여, 대한민국공개특허 제10-2013-0084832호가 개시되었다.To this end, Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0084832 has been disclosed.
상기 개시된 스트레인 게이지 및 광섬유 센서와 같은 변형율 센서는 인간의 움직임을 감지하기에 측정범위가 작고, 측정범위와 민감도를 모두 높일 수 없으며, 구조가 복잡하여 사람이 착용하기에는 많은 문제점이 있고, 제조비용이 비싸다는 단점이 있었다.The strain sensor such as the strain gauge and the optical fiber sensor disclosed above has a small measurement range to detect human movement, cannot increase both the measurement range and sensitivity, and has many problems for human wear due to its complex structure, and manufacturing cost It had the disadvantage of being expensive.
요약하자면, 종래 스트레인 센서들의 경우 낮은 변형률, 낮은 민감도로 인하여 정밀한 인체 모션 측정은 불가능하였으며, 고가 재료와 공정으로 인하여 제조 단가가 상승하는 원인을 제공하였으므로 이를 개선할 수 있는 새로운 센서 개발이 필요하게 된 것이다.In summary, in the case of conventional strain sensors, precise human motion measurement was not possible due to low strain and low sensitivity, and because it provided the cause of an increase in manufacturing cost due to expensive materials and processes, it is necessary to develop a new sensor that can improve this. will be.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로,Therefore, the present invention is to solve the above conventional problems,
본 발명의 제1 목적은 무전해 은도금을 통해 형성된 크랙 기반의 스트레인 센서를 각종 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기에 형성시킴으로써, 미세한 진동이나 작은 변위에도 민감한 저항 변화를 제공할 수 있도록 하는데 있다.A first object of the present invention is to provide a sensitive resistance change even with a small vibration or small displacement by forming a crack-based strain sensor formed through electroless silver plating in various electronic devices, artificial skin, and wearable devices.
특히, 정밀한 인체 모션 측정이 불가능한 문제점을 개선하여 손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있도록 하는데 있다.In particular, it is intended to improve the problem in which precise human motion measurement is impossible, and to be included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device, so that the finger motion or changes in the arm muscles can be monitored.
본 발명이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법은,In order to solve the problem of the present invention, a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to an embodiment of the present invention,
폴리우레탄(PU) 필름을 이용하여 폴리우레탄레이어(100)를 형성하는 지지체형성단계(S100)와,A support body forming step (S100) of forming a
PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크를 준비하고, 무전해은도금레이어(200)가 형성될 위치에 일정 간격 홀을 다수 형성시키며, 상기 폴리우레탄레이어(100)에 위치시키는 마스크준비단계(S200)와,A mask preparation step of preparing a PO (polyolefin-based) dicing tape mask, forming a plurality of holes at predetermined intervals at the positions where the electroless
플라즈마장치를 이용하여 상기 폴리우레탄레이어와 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크로 이루어진 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마처리단계(S300)와,Plasma treatment step (S300) for plasma treatment of a substrate made of the polyurethane layer and the PO (polyolefin-based) dicing tape mask using a plasma device,
용기에 상기 플라즈마 처리된 기판을 투입하고, 톨렌스 용액과 포도당 용액을 투입한 후, 쉐이커를 이용하여 균일하게 회전시켜 은 입자를 증착시켜 무전해은도금레이어(200)를 형성시키는 무전해은도금레이어형성단계(S400)와,Formation of an electroless silver plating layer that forms an electroless
상기 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 레이저 커터를 이용하여 원하는 형상으로 절단하기 위한 절단단계(S500)와,A cutting step (S500) for cutting the substrate on which the electroless silver plating layer is formed into a desired shape using a laser cutter,
상기 절단된 일정 크기의 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 신장시켜 복수의 크랙을 발생시켜 크랙 기반의 스트레인 센서를 완성하는 무전해은도금스트레인센서완성단계(S600)를 포함한다.The electroless silver plating strain sensor completion step (S600) of generating a plurality of cracks by elongating the substrate on which the cut electroless silver plating layer is formed is completed (S600).
본 발명인 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의하면, 무전해 은도금을 통해 형성된 크랙 기반의 스트레인 센서를 각종 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기에 형성시킴으로써, 미세한 진동이나 작은 변위에도 민감한 저항 변화를 제공할 수 있도록 함으로써, 저렴하게 스트레인 센서를 제조할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.According to the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the present invention, a crack-based strain sensor formed through electroless silver plating is formed in various electronic devices, artificial skin, and wearable devices, thereby changing resistance sensitive to minute vibrations or small displacements. By making it possible to provide a strain sensor, the effect of manufacturing a strain sensor is exhibited.
특히, 정밀한 인체 모션 측정이 불가능한 문제점을 개선하여 손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.In particular, by improving the problem in which precise human motion measurement is impossible, and being included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device, the effect of monitoring finger motion or changes in arm muscles is exhibited.
도 1은 스트레인 센서의 개념도.
도 2는 거미의 감각 기관을 모사한 크랙 기반 스트레인 센서를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법의 전체 공정도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 스트레인 센서(1000) 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법 중 무전해은도금레이어형성단계(S400)에 대하여 간략하게 설명한 예시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법 중 절단단계(S500)에 대하여 간략하게 설명한 예시도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에서 인장의 크기에 따라 크랙의 크기가 달라지며, 이로 인하여 전기 저항이 변화하는 예시를 나타낸 확대 표면 예시도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법의 은 도금 용액의 농도에 따른 스트레인 센서의 전기 저항 그래프.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 스트레인 센서의 반복 성능 평가 그래프.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 스트레인 센서가 손가락 모션 측정 디바이스로 활용되는 예시도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 스트레인 센서가 팔 근육 측정 디바이스로 활용되는 예시도.1 is a conceptual diagram of a strain sensor.
2 is an exemplary view showing a crack-based strain sensor that simulates the sensory organs of a spider.
3 is an overall process diagram of a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a
5 is an exemplary view briefly explaining the electroless silver plating layer forming step (S400) of the method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view briefly explaining a cutting step (S500) of a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
7 is an enlarged surface illustration showing an example in which the size of a crack varies according to the size of tension in the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention, and thus electrical resistance changes. .
8 is a graph of electrical resistance of a strain sensor according to a concentration of a silver plating solution in a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
9 is a graph for evaluating repetitive performance of a strain sensor manufactured by a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view in which the strain sensor manufactured by the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention is utilized as a finger motion measurement device.
11 is an exemplary view in which the strain sensor manufactured by the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention is used as an arm muscle measurement device.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. The present invention may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification.
또한, 널리 알려진 공지 기술의 경우, 그 구체적인 설명은 생략한다.Further, in the case of a well-known technology, a detailed description thereof will be omitted.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. In the drawings, the thickness is enlarged in order to clearly express various layers and regions.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle.
한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. On the other hand, when a part is said to be "right above" another part, it means that there is no other part in the middle.
반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle.
한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.On the other hand, when one part is "right below" another part, it means that there is no other part in the middle.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
<제1 실시예><First Example>
본 발명에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법은,A method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the present invention,
폴리우레탄(PU) 필름을 이용하여 폴리우레탄레이어(100)를 형성하는 지지체형성단계(S100)와,A support body forming step (S100) of forming a
PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크를 준비하고, 무전해은도금레이어(200)가 형성될 위치에 일정 간격 홀을 다수 형성시키며, 상기 폴리우레탄레이어(100)에 위치시키는 마스크준비단계(S200)와,A mask preparation step of preparing a PO (polyolefin-based) dicing tape mask, forming a plurality of holes at predetermined intervals at the positions where the electroless
플라즈마장치를 이용하여 상기 폴리우레탄레이어와 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크로 이루어진 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마처리단계(S300)와,Plasma treatment step (S300) for plasma treatment of a substrate made of the polyurethane layer and the PO (polyolefin-based) dicing tape mask using a plasma device,
용기에 상기 플라즈마 처리된 기판을 투입하고, 톨렌스 용액과 포도당 용액을 투입한 후, 쉐이커를 이용하여 균일하게 회전시켜 은 입자를 증착시켜 무전해은도금레이어(200)를 형성시키는 무전해은도금레이어형성단계(S400)와,Formation of an electroless silver plating layer that forms an electroless
상기 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 레이저 커터를 이용하여 원하는 형상으로 절단하기 위한 절단단계(S500)와,A cutting step (S500) for cutting the substrate on which the electroless silver plating layer is formed into a desired shape using a laser cutter,
상기 절단된 일정 크기의 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 신장시켜 복수의 크랙을 발생시켜 크랙 기반의 스트레인 센서를 완성하는 무전해은도금스트레인센서완성단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a step of completing an electroless silver plating strain sensor (S600) of generating a plurality of cracks by elongating the substrate on which the cut-off electroless silver plating layer is formed, thereby completing a crack-based strain sensor.
또한, 상기 크랙은,In addition, the crack,
폴리우레탄(PU) 필름이 늘어날 때 은도금과의 영계수(Young's modulus) 차이로 무전해 은도금 막이 갈라지면서 형성된 것을 특징으로 한다.When the polyurethane (PU) film is stretched, it is formed by cracking the electroless silver plating film due to the difference in Young's modulus from the silver plating.
또한, 상기 크랙은,In addition, the crack,
나노 수준의 미세 크랙인 것을 특징으로 한다.It is characterized by being a nano-level fine crack.
또한, 상기 폴리우레탄레이어(100)는,In addition, the
100um 두께로 형성되어 신축성과 유연성을 가지도록 하며,It is formed to be 100um thick to have elasticity and flexibility,
상기 무전해은도금레이어(200)는, The electroless
20nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is formed to a thickness of 20nm.
이때, 상기 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 크랙 기반의 스트레인 센서는,At this time, the crack-based strain sensor manufactured by the crack-based strain sensor manufacturing method using the electroless silver plating,
전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것에 포함되어 전기저항 변화를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.It is included in one selected from the group consisting of electronic devices, artificial skin, wearable devices, and combinations thereof to monitor changes in electrical resistance.
또한, 상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,In addition, the crack-based strain sensor,
외부자극에 의해 상기 크랙의 전기적 단락 또는 개방이 발생하여 상기 전도성 박막의 전기적 저항값이 변화되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that an electrical short circuit or opening of the crack occurs due to an external stimulus to change an electrical resistance value of the conductive thin film.
또한, 상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,In addition, the crack-based strain sensor,
손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 한다.By being included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device, it is characterized in that it is possible to monitor a finger motion or a change in an arm muscle.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
종래 기술들은 낮은 변형률과 민감도로 인하여 정말한 모션 측정이 불가능하였으며, 고가의 재료와 공정으로 인하여 높은 제조 원가를 야기시키게 되었다.Conventional techniques have been unable to measure real motion due to low strain and sensitivity, and cause high manufacturing cost due to expensive materials and processes.
그러나, 본 발명에서는 상기와 같은 공정을 통해 working range > 100%, Gauge Fctor > 100의 특성을 제공할 수 있으며, 개선된 센서 제작 공정으로 높은 경제성 확보가 가능한 효과를 발휘하게 된다.However, in the present invention, the characteristics of working range> 100% and Gauge Fctor> 100 can be provided through the above process, and the improved sensor manufacturing process has the effect of securing high economic efficiency.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법의 전체 공정도이다.3 is an overall process diagram of a method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법에 의해 제조된 스트레인 센서(1000) 사시도이다.4 is a perspective view of a
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법은 지지체형성단계(S100), 마스크준비단계(S200), 플라즈마처리단계(S300), 무전해은도금레이어형성단계(S400), 절단단계(S500), 무전해은도금스트레인센서완성단계(S600)를 포함하게 된다.As shown in Fig. 3, the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating according to the present invention includes a support forming step (S100), a mask preparation step (S200), a plasma processing step (S300), and an electroless silver plating layer forming step ( S400), the cutting step (S500), and the electroless silver plating strain sensor completion step (S600).
구체적으로 설명하자면, 하기와 같다.Specifically, it is as follows.
먼저, 상기 지지체형성단계(S100)는 폴리우레탄(PU) 필름을 이용하여 폴리우레탄레이어(100)를 형성하는 과정이다.First, the support forming step (S100) is a process of forming a
예를 들어, 비전도성이고 신축성 부재인 폴리우레탄(PU)을 스핀 코팅 방법으로 생성시킬 수 있다. For example, polyurethane (PU), which is a non-conductive and stretchable member, can be produced by a spin coating method.
회전하는 슬라이드 글라스의 상측에서 폴리우레탄 솔루션을 떨어뜨려 회전에 의해 폴리우레탄레이어(100)를 형성시키되, 상기 폴리우레탄레이어(100)는 100um 이하로 생성되는 것을 특징으로 한다.
100um 를 초과할 경우에 최종적으로 완성되는 스트레인 센서의 감지 특성이 현저히 떨어지게 되므로 상기한 임계치를 준수해야만 한다.When it exceeds 100 um, the sensing characteristics of the finally completed strain sensor are significantly deteriorated, so the above threshold must be observed.
이때, 바람직하게, 폴리우레탄 극한 연신율(Polyurethane Ultimate Elongation)은 650%, 폴리우레탄 최종 인장 탄성률(Polyurethane Ultimate Tensile modulus)은 28.9 MPa 인것을 특징으로 한다.At this time, preferably, the polyurethane ultimate elongation is 650%, the polyurethane ultimate tensile modulus is characterized in that the 28.9 MPa (Polyurethane Ultimate Tensile modulus).
즉, 상기와 같은 재료의 물성치를 준수해야 가장 최적의 스트레인 센서를 제조할 수가 있게 되는 것이다.In other words, it is possible to manufacture the most optimal strain sensor only when the above material properties are observed.
이후, 마스크준비단계(S200)는 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크를 준비하고, 무전해은도금레이어(200)가 형성될 위치에 일정 간격 홀을 다수 형성시키며, 상기 폴리우레탄레이어(100)에 위치시키는 단계이다.Thereafter, in the mask preparation step (S200), a PO (polyolefin-based) dicing tape mask is prepared, a plurality of holes are formed at predetermined intervals at the positions where the electroless
즉, 하기의 무전해은도금레이어(200)의 모서리에서 소정간격 이격되어 부착될 수 있도록, 생성영역을 결정하는 마스크를 부착시킬 수 있다. That is, a mask for determining the generation region may be attached so that the electroless
마스크는 무전해은도금레이어(200)를 부착시키는 영역만이 관통되어 있어 폴리우레탄레이어(100) 상에서 무전해은도금레이어(200)를 선택적으로 생성시킬 수 있게 된다.Since only the area to which the electroless silver plated
이후, 플라즈마처리단계(S300)는 플라즈마장치를 이용하여 상기 폴리우레탄레이어와 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크로 이루어진 기판을 플라즈마 처리하게 된다.Thereafter, in the plasma treatment step S300, a substrate made of the polyurethane layer and a PO (polyolefin-based) dicing tape mask is plasma-treated using a plasma device.
예를 들어, O2 플라즈마를 이용하여 폴리우레탄레이어와 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크로 이루어진 기판에 플라즈마 처리 공정을 실시하게 되며, 이를 통해 친수성 표면을 생성하게 되는 것이다.For example, a plasma treatment process is performed on a substrate made of a polyurethane layer and a PO (polyolefin-based) dicing tape mask using O 2 plasma, thereby creating a hydrophilic surface.
이는 하기의 은 증착의 효율을 극대화시키기 위한 전처리 공정인 것이다.This is a pretreatment process to maximize the efficiency of the following silver deposition.
이후, 무전해은도금레이어형성단계(S400)는 용기에 상기 플라즈마 처리된 기판을 투입하고, 톨렌스 용액과 포도당 용액을 투입한 후, 쉐이커를 이용하여 균일하게 회전시켜 은 입자를 증착시켜 무전해은도금레이어(200)를 형성시키는 단계이다.Thereafter, in the step of forming an electroless silver plating layer (S400), the plasma-treated substrate is put into a container, a tolens solution and a glucose solution are added, and then uniformly rotated using a shaker to deposit silver particles, thereby electroless silver plating. In this step, the
예를 들어, 내면을 깨끗하게 한 유리 용기 속에 시료 용액을 넣고 질산은암모니아용액을 가하여 가열하면 은이온이 환원되어 유리 용기가 은도금(銀鍍金)된다. For example, when a sample solution is placed in a glass container with a clean inner surface and ammonia silver nitrate solution is added and heated, silver ions are reduced, and the glass container is plated with silver (銀鍍金).
폼알데하이드·글루코스·타타르산염 등은 환원성 유기화합물의 전형적인 것으로 이 반응으로 검출할 수 있다. Formaldehyde, glucose, and tartrate are typical of reducing organic compounds and can be detected by this reaction.
또한, 보온병이나 거울의 제조는 이 반응에 기초를 두고 있고, 그때의 환원성 물질로서는 수크로스가 사용된다. In addition, the manufacture of thermos and mirrors is based on this reaction, and sucrose is used as the reducing substance at that time.
이 반응을 사용하는 검출법을 Silver mirror reaction이라고 한다.The detection method using this reaction is called the silver mirror reaction.
즉, 알데히드의 환원성을 알아보기 위한 반응으로, 알데히드에 질산은 용액과 암모니아수의 혼합액을 넣고 가열하면 시험관 벽에 은거울이 형성된다. That is, as a reaction to determine the reducing properties of aldehydes, a silver mirror is formed on the wall of the test tube when a mixture of silver nitrate solution and aqueous ammonia is added to the aldehyde and heated.
이것은 알데히드가 은 이온을 은으로 환원시키기 때문에 나타나는 현상이다.This is because aldehydes reduce silver ions to silver.
포도당의 수용액도 환원성을 갖기 때문에 은거울 반응을 보이는데, 이것은 포도당이 수용액에서 고리가 열린 구조가 될 때 알데히드기가 형성되기 때문이다.Since the aqueous solution of glucose also has reducing properties, it exhibits a silvery reaction, because aldehyde groups are formed when glucose becomes a structure with an open ring in the aqueous solution.
은거울반응과정은 하기와 같다.The silver mirror reaction process is as follows.
알데히드의 환원성을 이용하여 은이온을 환원시키고, 환원된 은은 시험관 벽이나 비커 등의 유리벽에 확산시켜 달라붙게 하여 거울을 형성시키는 반응이다.Silver ions are reduced using the reducing properties of aldehydes, and the reduced silver diffuses and adheres to glass walls such as test tubes or beakers to form a mirror.
알데히드는 파라핀계 화합물을 산화시켜 만든 알콜을 더욱 산화시켜 만든 물질이다. Aldehydes are substances made by further oxidizing alcohols made by oxidizing paraffinic compounds.
그런데, 이것은 덜 산화되어 포르밀기를 가지며 그 포르밀기는 환원성을 가지고 있어 다른 물질을 환원시키고 자신은 카르복시산으로 변한다. However, it is less oxidized and has a formyl group, and its formyl group has reducibility, reducing other substances and turning itself into a carboxylic acid.
여기서, 산화시키는 산소는 반응성이 적은 RCH3나 RCH2OH의 경우에는 K2Cr2O7과 같은 물질을 사용하고, 이 실험과 같이 불안정한 알데히드를 산화시킬 때는 암모니아성 질산은 용액 즉, 톨렌스 시약을 쓴다.Here, for the oxidizing oxygen, a material such as K2Cr2O7 is used in the case of RCH 3 or RCH 2 OH, which is less reactive, and an ammonia silver nitrate solution, i.e., Tolens reagent, is used to oxidize unstable aldehydes as in this experiment.
상기와 같이, 본 발명에서는 은거울 반응을 이용하게 되는데, 용기에 상기 플라즈마 처리된 기판을 투입하고, 톨렌스 용액을 투입한 후, 쉐이커를 이용하여 균일하게 회전시켜 은 입자를 증착시켜 무전해은도금레이어(200)를 형성하게 되는 것이다.As described above, in the present invention, a silver mirror reaction is used. After the plasma-treated substrate is put into a container, a Tolens solution is added, and then uniformly rotated using a shaker to deposit silver particles, electroless silver plating The
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 석출되는 은이 플라즈마에 노출된 PU 표면에 파티클 형태로 도금되는 것이다.That is, as shown in FIG. 5, the deposited silver is plated in the form of particles on the surface of the PU exposed to the plasma.
이때, 바람직하게, 은 전기 저항(Ag Electrical Resistivity)은 15.87 nΩ·m(20℃)이며, 은 인장 탄성률(Ag Tensile modulus)은 83 GPa 인 재료 물성치를 가지는 것이 최적의 효율성을 제공할 수 있는 임계치인 것이다.At this time, preferably, a material property value of 15.87 nΩ·m (20℃) of silver electrical resistance and 83 GPa of silver tensile modulus is a critical value that can provide optimal efficiency. Is.
또한, 무전해은도금레이어의 두께는 그레인 사이즈에 따라 나노 크랙의 밀도가 달라지게 되며, 측정 가능한 곡률의 범위가 달라지게 되므로 최대 측정범위를 결정하여 두께를 결정해야 하는데, 바람직하게는 20nm 두께로 형성하게 된다.In addition, the thickness of the electroless silver plating layer varies depending on the grain size, and the density of the nano-cracks changes, and the range of curvature that can be measured varies. Therefore, the maximum measurement range must be determined to determine the thickness, preferably 20 nm thick. Is done.
구체적으로 폴리우레탄레이어(100)의 일면에 무전해은도금레이어를 형성시키게 되는데, 은 도금 공정을 수행함으로써, 무전해은도금레이어를 생성시키게 된다.Specifically, an electroless silver plating layer is formed on one surface of the
한편, 무전해은도금레이어의 그레인 사이즈를 조절하기 위하여 압력 및 온도 등을 조절하는 단계를 추가로 포함할 수도 잇다.Meanwhile, the step of controlling pressure and temperature, etc. may be additionally included in order to adjust the grain size of the electroless silver plating layer.
이후, 무전해은도금레이어를 생성시킨 후에는 마스크를 제거한다.Thereafter, the mask is removed after creating the electroless silver plating layer.
그리고, 절단단계(S500)는 And, the cutting step (S500)
상기 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 레이저 커터를 이용하여 원하는 형상으로 절단하는 단계이다.This is a step of cutting the substrate on which the electroless silver plating layer is formed into a desired shape using a laser cutter.
도 6에 도시한 바와 같이, 금속을 파괴하여 스트레인 센서의 인장시에 크랙 형성을 유도하기 위하여 레이저 커터를 이용하여 원하는 형상으로 컷팅하게 되는 것이다.As shown in FIG. 6, in order to induce crack formation when the strain sensor is stretched by breaking the metal, it is cut into a desired shape using a laser cutter.
이후, 무전해은도금스트레인센서완성단계(S600)는 절단된 일정 크기의 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 신장시켜 복수의 크랙을 발생시켜 크랙 기반의 스트레인 센서를 완성하는 단계이다.Thereafter, the electroless silver plating strain sensor completion step (S600) is a step of elongating the substrate on which the cut electroless silver plating layer is formed to generate a plurality of cracks to complete a crack-based strain sensor.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, PU 표면에 형성된 무전해은도금레이어를 포함함 기판을 신장시키게 되면 무전해은도금레이어에 크랙이 발생하게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 6, when the substrate including the electroless silver plated layer formed on the PU surface is elongated, cracks are generated in the electroless silver plated layer.
따라서, 상기와 같은 과정을 거치게 되면, 도 4와 같은 크랙 기반의 스트레인 센서를 완성하게 되는 것이다.Accordingly, when the above process is performed, the crack-based strain sensor as shown in FIG. 4 is completed.
이때, 상기 크랙은 나노 수준의 미세 크랙을 발생시키게 되며, 폴리우레탄(PU) 필름이 늘어날 때 은도금과의 영계수(Young's modulus) 차이로 무전해 은도금 막이 갈라지면서 형성된 것을 특징으로 한다.At this time, the cracks generate nano-level fine cracks, and when the polyurethane (PU) film is stretched, the electroless silver plated film is formed by splitting due to a Young's modulus difference from the silver plated.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 인장의 크기에 따라 크랙의 크기가 달라지며, 이로 인하여 전기 저항이 변화하게 된다.In addition, as shown in FIG. 7, the size of the crack varies according to the size of the tension, thereby changing the electrical resistance.
이때, LbVIEW와 Stage를 이용하여 실시간 계측할 수 있게 되는 것이며, 이를 각종 전자기기 등에 탑재시키게 되면 스트레인 센서를 통해 고 민감도의 변화를 감지할 수가 있게 되는 것이다.At this time, it is possible to measure in real time using LbVIEW and Stage, and when it is mounted on various electronic devices, it is possible to detect a change in high sensitivity through a strain sensor.
상기와 같은 스트레인 센서 제조 방법을 통해 센서를 제작하였으며, 이에 따른 전기 저항과 반복 성능 평가를 실험하였으며, 실험 결과는 도 8 내지 도 9와 같다.A sensor was manufactured through the strain sensor manufacturing method as described above, and electrical resistance and repetitive performance evaluation were tested accordingly, and the experimental results are shown in FIGS. 8 to 9.
도 8은 은 도금 용액의 농도에 따른 스트레인 센서의 전기 저항 그래프를 나타낸 것으로서, 은 도금 용액의 농도에 따라 센서의 저항 그래프는 달라짐을 알 수 있었으며, 은 도금 용액의 농도 조절을 통해 스트레인 센서의 민감성을 조절할 수 있음을 알 수 있었다.8 is a graph showing the electrical resistance of the strain sensor according to the concentration of the silver plating solution, it was found that the resistance graph of the sensor was changed according to the concentration of the silver plating solution, and the sensitivity of the strain sensor by controlling the concentration of the silver plating solution It was found that you can control.
그리고, 도 9는 반복 성능 평가 그래프로서, 인체의 굽힘 모션 측정이 가능함을 확인할 수 있었다.In addition, FIG. 9 is a repetitive performance evaluation graph, and it was confirmed that the bending motion of the human body can be measured.
이때, 세로축 RR 초기 저항 대비 상대 저항 변화로 전기 저항(Resistance)을 의미한다. At this time, the vertical axis R R is a change in relative resistance compared to the initial resistance, meaning electrical resistance.
결국, 상기와 같은 실험 결과를 토대로 본 발명의 무전해 은도금 기반 스트레인 센서는 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것에 포함되어 전기저항 변화를 모니터링할 수 있음을 도출할 수 있었으며, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 크랙 기반의 스트레인 센서는,After all, based on the above experimental results, it was found that the electroless silver plating-based strain sensor of the present invention is included in the group consisting of electronic devices, artificial skin, wearable devices, and combinations thereof to monitor changes in electrical resistance. It was possible to derive, and the crack-based strain sensor manufactured by the manufacturing method of the present invention,
외부자극에 의해 상기 크랙의 전기적 단락 또는 개방이 발생하여 상기 전도성 박막의 전기적 저항값이 변화되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that an electrical short circuit or opening of the crack occurs due to an external stimulus to change an electrical resistance value of the conductive thin film.
즉, 본 발명의 무전해 은도금 박막의 크랙이 가지는 미세 접합 구조 (interconnection)를 인위적으로 만들고 이를 통해 매우 작은 변위 또는 압력이나 진동의 변화를 감지하는 전기적 센서로 활용하게 된다. That is, the micro-interconnection of the crack of the electroless silver-plated thin film of the present invention is artificially made and used as an electrical sensor that senses very small displacement or changes in pressure or vibration through this.
구체적으로, 은도금 박막의 형성시 발생한 그레인 바운더리를 따라 형성시킨 크랙 중에는 서로 마주하면서 적어도 일부면이 서로 접촉하고 있는 크랙면을 갖는 크랙이 존재하게 되고 진동이나 압력 변화와 같은 외부 자극을 가할 경우 애초에 접촉되어 있던 크랙면이 이동하면서 접촉 면적이 바뀜에 따라 전기적 저항이 변화하거나 전기적 단락(short)이나 개방(open)이 형성되어 상기 박막 상의 저항값의 변화가 크게 발생하게 되며, 이를 검출함으로써 상기 박막 구조체를 변위 센서, 진동센서, 압력센서, 스트레인 게이지와 같은 고감도 센서로서 활용이 가능하게 되는 것이다.Specifically, among the cracks formed along the grain boundary that occurred when the silver-plated thin film was formed, a crack having a crack surface in which at least some surfaces are in contact with each other while facing each other exists. As the contact area changes while the crack surface is moved, electrical resistance changes, or an electrical short or open is formed, resulting in a large change in the resistance value on the thin film.By detecting this, the thin film structure It can be used as a high-sensitivity sensor such as a displacement sensor, a vibration sensor, a pressure sensor, and a strain gauge.
또한, 상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,In addition, the crack-based strain sensor,
손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 한다.By being included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device, it is characterized in that it is possible to monitor a finger motion or a change in an arm muscle.
도 10에 도시한 바와 같이, 손가락 모션 측정 디바이스로 활용하기 위하여 손가락마다 본 발명의 무전해 은도금 기반 스트레인 센서를 각각의 손가락마다 부착시킨 후, 이를 웨어러블 DAQ시스템에 연결시키게 되면, 어느 특정 손가락의 움직임을 감지하여 이를 DAQ시스템에 제공하게 될 것이며, 이는 블루투스 통신을 이용하여 스마트기기로 제공하게 되는 것이다.As shown in Fig. 10, if the electroless silver-plated strain sensor of the present invention is attached to each finger for use as a finger motion measurement device and then connected to the wearable DAQ system, the movement of a specific finger Will be detected and provided to the DAQ system, which will be provided to a smart device using Bluetooth communication.
즉, 모션 감지 디바이스로 활용이 가능하게 되는 것이다.In other words, it can be used as a motion detection device.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 팔 근육 측정 디바이스로 활용하기 위하여 팔의 어느 한 부위에 본 발명의 무전해 은도금 기반 스트레인 센서를 부착시킨 후, 이를 웨어러블 DAQ시스템에 연결시키게 되면, 어느 특정 근육의 움직임을 감지하여 이를 DAQ시스템에 제공하게 될 것이며, 이는 블루투스 통신을 이용하여 스마트기기로 제공하게 되는 것이다.In addition, as shown in Fig. 11, after attaching the electroless silver-plated strain sensor of the present invention to any one part of the arm in order to use it as an arm muscle measurement device, and then connecting it to the wearable DAQ system, a certain muscle It will detect the motion of the DAQ system and provide it to the DAQ system, which will be provided to a smart device using Bluetooth communication.
현재 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 높으며, 앞으로 몇년안에 해당 시장의 성장이 점점 증가하게 될 것이다.Currently, there is a high interest in wearable devices, and the growth of the corresponding market will increase in the next few years.
지금까지 설명한 본 발명에 의하면, 무전해 은도금을 통해 형성된 크랙 기반의 스트레인 센서를 각종 전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기에 형성시킴으로써, 미세한 진동이나 작은 변위에도 민감한 저항 변화를 제공할 수 있도록 함으로써, 저렴하게 스트레인 센서를 제조할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.According to the present invention described so far, by forming a crack-based strain sensor formed through electroless silver plating in various electronic devices, artificial skin, and wearable devices, it is possible to provide sensitive resistance change even with small vibrations or small displacements, so that it is inexpensive. The effect of manufacturing a strain sensor is exerted.
특히, 정밀한 인체 모션 측정이 불가능한 문제점을 개선하여 손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.In particular, by improving the problem in which precise human motion measurement is impossible, and being included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device, the effect of monitoring finger motion or changes in arm muscles is exhibited.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications can be implemented by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
100 : 폴리우레탄레이어
200 : 무전해은도금레이어
1000 : 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서100: polyurethane layer
200: Electroless silver plating layer
1000: Crack-based strain sensor using electroless silver plating
Claims (7)
폴리우레탄(PU) 필름을 이용하여 폴리우레탄레이어(100)를 형성하는 지지체형성단계(S100)와,
PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크를 준비하고, 무전해은도금레이어(200)가 형성될 위치에 일정 간격 홀을 다수 형성시키며, 상기 폴리우레탄레이어(100)에 위치시키는 마스크준비단계(S200)와,
플라즈마장치를 이용하여 상기 폴리우레탄레이어와 PO(폴리올레핀계) 다이싱(Dicing) 테이프 마스크로 이루어진 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마처리단계(S300)와,
용기에 상기 플라즈마 처리된 기판을 투입하고, 톨렌스 용액과 포도당 용액을 투입한 후, 쉐이커를 이용하여 균일하게 회전시켜 은 입자를 증착시켜 무전해은도금레이어(200)를 형성시키는 무전해은도금레이어형성단계(S400)와,
상기 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 레이저 커터를 이용하여 원하는 형상으로 절단하기 위한 절단단계(S500)와,
상기 절단된 일정 크기의 무전해은도금레이어가 형성된 기판을 신장시켜 복수의 크랙을 발생시켜 크랙 기반의 스트레인 센서를 완성하는 무전해은도금스트레인센서완성단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
In the method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating,
A support body forming step (S100) of forming a polyurethane layer 100 using a polyurethane (PU) film, and
A mask preparation step in which a PO (polyolefin-based) dicing tape mask is prepared, a plurality of holes are formed at predetermined intervals at a location where the electroless silver plating layer 200 is to be formed, and positioned on the polyurethane layer 100 ( S200) and,
Plasma treatment step (S300) for plasma treatment of a substrate made of the polyurethane layer and the PO (polyolefin-based) dicing tape mask using a plasma device,
Formation of an electroless silver plating layer that forms an electroless silver plating layer 200 by depositing silver particles by putting the plasma-treated substrate into a container, and then uniformly rotating the tolens solution and glucose solution using a shaker. With step S400,
A cutting step (S500) for cutting the substrate on which the electroless silver plating layer is formed into a desired shape using a laser cutter,
Electroless silver plating comprising the step of completing an electroless silver plating strain sensor (S600) of generating a plurality of cracks by elongating the substrate on which the cut-off electroless silver plating layer is formed (S600). Crack-based strain sensor manufacturing method using.
상기 크랙은,
폴리우레탄(PU) 필름이 늘어날 때 은도금과의 영계수(Young's modulus) 차이로 무전해 은도금 막이 갈라지면서 형성된 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The crack is,
A method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, characterized in that when the polyurethane (PU) film is stretched, the electroless silver plating film is formed by cracking due to a difference in Young's modulus from the silver plating.
상기 크랙은,
나노 수준의 미세 크랙인 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The crack is,
A method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, characterized in that it is a nano-level fine crack.
상기 폴리우레탄레이어(100)는,
100um 두께로 형성되어 신축성과 유연성을 가지도록 하며,
상기 무전해은도금레이어(200)는,
20nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The polyurethane layer 100,
It is formed to be 100um thick to have elasticity and flexibility
The electroless silver plating layer 200,
Crack-based strain sensor manufacturing method using electroless silver plating, characterized in that formed to a thickness of 20nm.
상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,
전자 기기, 인공피부, 웨어러블 기기 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것에 포함되어 전기저항 변화를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The crack-based strain sensor,
A method for manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, characterized in that it is included in the group consisting of electronic devices, artificial skin, wearable devices, and combinations thereof to monitor changes in electrical resistance.
상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,
외부자극에 의해 상기 크랙의 전기적 단락 또는 개방이 발생하여 상기 전도성 박막의 전기적 저항값이 변화되는 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The crack-based strain sensor,
A method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, characterized in that an electrical short circuit or opening of the crack occurs due to an external stimulus to change an electrical resistance value of the conductive thin film.
상기 크랙 기반의 스트레인 센서는,
손가락 모션 측정 디바이스 혹은 팔 근육 측정 디바이스에 포함되어 구성됨으로써, 손가락 모션 혹은 팔 근육의 변화를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는 무전해 은도금을 이용한 크랙 기반 스트레인 센서 제조방법.
The method of claim 1,
The crack-based strain sensor,
A method of manufacturing a crack-based strain sensor using electroless silver plating, characterized in that it is configured to be included in a finger motion measurement device or an arm muscle measurement device to monitor a finger motion or a change in an arm muscle.
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