KR20200099278A - 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 - Google Patents
늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200099278A KR20200099278A KR1020190017024A KR20190017024A KR20200099278A KR 20200099278 A KR20200099278 A KR 20200099278A KR 1020190017024 A KR1020190017024 A KR 1020190017024A KR 20190017024 A KR20190017024 A KR 20190017024A KR 20200099278 A KR20200099278 A KR 20200099278A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- flexible substrate
- electrode
- substrate
- metal
- stretchable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 80
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 37
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 36
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims 4
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/008—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for manufacturing extensible conductors or cables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0036—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 신축성 전극의 제조 방법은, 제1 유연성 기판을 형성하는 단계; 상기 제1 유연성 기판을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정하는 단계; 상기 늘려서 고정된 제1 유연성 기판에 증착 전 처리를 수행하는 단계; 상기 늘려서 고정된 제1 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계; 제2 유연성 기판을 형성하는 단계; 상기 제2 유연성 기판을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정하는 단계; 상기 늘려서 고정된 제2 유연성 기판에 증착 전 처리를 수행하는 단계; 상기 늘려서 고정된 제2 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계; 및 상기 제1 유연성 기판의 금속 전극과 상기 제2 유연성 기판의 금속 전극이 서로 정렬되어 맞닿은 상태에서, 상기 제1 유연성 기판 및 제2 유연성 기판을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 저 저항을 가지며 늘림 가능한 신축성 전극에 관한 것으로, 특히, 금속 나노와이어 분사 기술을 이용하여, 신축가능한 고분자 기판 상에 늘림 가능한 금속 전극을 형성하고, 동일한 고분자 재질로 형성된 금속 전극을 덮는(covering) 방식으로 제조하는 신축성 금속 전극이 형성된 유연성 기판 결합체에 관한 것이다.
일반적인 전자소자의 경우, 외부의 작은 변형에 의해서도 쉽게 물리적/기계적 특성을 잃기 때문에 이에 대한 구조적 해결책이 필요하다. 플렉시블(flexible) 전자소자 및 접을 수 있는 폴더블(foldable) 전자소자의 경우, 외부 변형은 보통은 1%이내의 경우가 많다. 이보다 더 큰 변형이 가해지는 경우는 수십 %의 외부 변형에도 그 특성을 잃지 않는 소자의 개발이 필요하며, 이 경우는 일반적인 플라스틱 기판이 아닌, 유연성 기판 등이 사용된다.
일반적인 전자소자가 단단한 글래스나 실리콘 기판에 제작되는 것과는 다르게 플렉시블 및 폴더블 소자의 경우에는 폴리이미드와 같은 플라스틱 기판에 제작된다. 그러나, 늘림 가능한(stretchable) 전자소자의 경우에는 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 영률(Young's modulus)이 매우 낮은 고분자 기판에 제작되며, 이 경우 폴리머 재질의 특성상 다양한 오염문제가 발생하게 된다.
PDMS(PolyDiMethylSiloane)는 유연성 기판, 유연성 전극(flexible electrode)의 제작과 유연성 전자기기(flexible electronics) 제작 등에 범용적인 적용이 기대되는 물질이다.
또한, PDMS(PolyDiMethylSiloane)는 생체 적합성이 뛰어난 재료이기 때문에 사람의 피를 이용한 진단에 쓰이는 유체 채널을 만들거나 세포를 배양하는데 사용되며, 신경신호 자극을 위한 유연성 전극(flexible electrode) 및 유연성 전자기기(flexible electronics) 제작 등에 범용적으로 사용될 수 있다.
늘림 가능한(stretchable) 회로를 제작할 경우, 일반적인 설계를 적용하면 큰 외부 인장력은 외부 배선에 걸리게 된다. 따라서, 늘림 가능한(stretchable) 전극의 제작 시에는 상기 외부 인장력에 저항할 수 있는 외부 배선에 대한 구조의 최적화가 요구되었다.
또한, 절연 물질인 PDMS를 유연성 전극으로 사용하기 위해서는 PDMS에 전극을 형성하여야 하는데, 현재까지 소개된 방법으로는 PDMS의 높은 열팽창 계수 및 큰 탄성 때문에 금속 전극을 안정적으로 PDMS 기판에 도포하기는 어려웠다.
한편, 기존의 단일 금속 전극이나, 단일 나노와이어 전극을 이용하여 늘림 가능한(stretchable) 전극을 제작할 경우에는 인장률에 따른 저항변화가 큰 문제도 존재하였다.
본 발명은 늘림 가능한 특성을 가지며 인장에 따른 저항 변화가 작은 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 신축성 전극의 제조 방법은, 유연성 기판을 형성하는 단계; 상기 유연성 기판을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정하는 단계; 상기 늘려서 고정된 유연성 기판에 전극 형성 전 처리를 수행하는 단계; 상기 늘려서 고정된 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계; 상기 유연성 기판상에 금속 나노와이어를 부착하는 단계; 및 늘림 상태가 제거된 상기 유연성 기판에 커버재를 덮는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 커버재는 상기 유연성 기판과 동일한 재질의 커버 기판이고,
상기 커버재를 덮는 단계에서는, 상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 맞댄 상태에서 압착하여, 상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 결합할 수 있다.
여기서, 상기 커버재는 상기 유연성 기판과 동일한 재질이 상기 유연성 기판상에 도포되어 소결된 형태의 박막일 수 있다.
여기서, 상기 금속 나노와이어는 스프레이 코팅을 이용하여 분사하는 방식으로 상기 유연성 기판에 부착될 수 있다.
여기서, 상기 유연성 기판에 금속 전극을 증착하는 단계에서는, 열 증착 방식으로 셰도우 마스크를 통해 80nm 내지 900nm의 두께로 전극을 증착할 수 있다.
여기서, 증착되는 상기 금속 전극은 금, 은, 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지며,
상기 금속 나노와이어는 은 및 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체는, 염기 및 가교제가 10 : 1의 비율로 혼합되어 형성된 PDMS 기판; 상기 PDMS 기판상에 80nm 내지 900nm의 두께로 증착된 증착 금속 전극층; 상기 증착 금속 전극층 상에 스프레이 코팅된 형태로 부착된 금속 나노와이어층; 및 상기 금속 나노 와이어층 및 PDMS 기판의 상부를 덮는 형태로 PDMS 재질로 이루어진 커버재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 증착 금속 전극층은, 연신되었다가 축소된 구조가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 증착 금속 전극층은, 금, 은, 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지며,
상기 금속 나노 와이어층은, 은 및 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 또는 그 제조 방법을 실시하면, 충분한 연신이 가능하며, 인장 정도에 따른 저항 변화가 작은 신축성 전극을 달성할 수 있는 이점이 있다.
상술한 본 발명의 신축성 전극은 플렉시블 디스플레이 또는 웨어러블 기기, 의료용 기기에 적용이 용이한 이점이 있다.
본 발명의 신축성 전극의 효과를 상술하면, 금속 전극과 금속 나노와이어의 하이브리드 전극 구조를 이용하여, 배선 구조체의 늘림 특성을 강화시킨다. 이에 따라, 큰 외부 변형에 대해서도 전극의 저항변화를 최소화 시킬 수 있고, 나노와이어 구조의 안정성으로 인하여, 장시간의 스트레스에도 전극의 저항변화가 적다. 결과적으로, 기존의 금속 전극 만을 이용하여 제작한 늘림 가능한 전극에 비해서 늘림 성능이 대폭 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전극의 제조 방법을 도시한 흐름도.
도 2a 내지 2d는 도 1의 제조 방법에 따라 제조되는 과정 중의 PDMS 기판 및 전극 결합체를 도시한 단면도.
도 3은 도 1의 제조 방법에 따라 제조된 PDMS 기판상에 형성된 신축가능한 금속 전극을 구비한 전극 결합체를 도시한 단면도.
도 4a 내지 4c는 구리로 구성된 상기 증착 금속 전극층 상단에 도포된 구리 나노와이어의 인장력에 따른 전자현미경 사진.
도 5a는 구리로 증착 금속 전극만이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프.
도 5b는 구리로 증착 금속층과 금속 나노와이어의 이중으로 전극이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프.
도 2a 내지 2d는 도 1의 제조 방법에 따라 제조되는 과정 중의 PDMS 기판 및 전극 결합체를 도시한 단면도.
도 3은 도 1의 제조 방법에 따라 제조된 PDMS 기판상에 형성된 신축가능한 금속 전극을 구비한 전극 결합체를 도시한 단면도.
도 4a 내지 4c는 구리로 구성된 상기 증착 금속 전극층 상단에 도포된 구리 나노와이어의 인장력에 따른 전자현미경 사진.
도 5a는 구리로 증착 금속 전극만이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프.
도 5b는 구리로 증착 금속층과 금속 나노와이어의 이중으로 전극이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명에서는 금속 나노와이어 분사 기술을 이용하여, 신축가능한 고분자 기판 상에 늘림 가능한 금속 전극을 형성하고, 동일한 고분자 재질로 형성된 금속 전극을 덮는(covering) 방식으로 제조하는 신축성 금속 전극의 제조 방법, 특히, 유연성 전자 소자로 사용되고 있는 PDMS나, ecoflex 재질의 기판에 인장에 따른 저항 변화가 작은 신축성 금속 전극을 제조하는 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전극의 제조 방법을 도시한다. 도 2a 내지 2d는 도 1의 제조 방법에 따라 제조되는 과정 중의 PDMS 기판 및 전극 결합체를 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 제조 방법에 따라 제조된 PDMS 기판상에 형성된 신축가능한 금속 전극을 구비한 전극 결합체를 도시한 것이다.
도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 전극의 제조 방법은, 유연성 기판을 형성하는 단계(S122); 상기 유연성 기판을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정하는 단계(S124); 상기 늘려서 고정된 유연성 기판에 전극 형성 전 처리를 수행하는 단계(S126); 상기 늘려서 고정된 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계(S127); 상기 유연성 기판상에 금속 나노와이어를 부착(분사)하는 단계(S128); 및 늘림 상태가 제거된 상기 유연성 기판에 커버재를 덮는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
도시한 신축성 전극의 제조 방법은, 비교적 가격이 저렴한 구리(Cu) 전극을 미리 늘임(pre-stretching) 방법을 통해 제작하는 방식을 제안한다.
도 2a에 도시한 바와 같이 PDMS나 ecoflex와 같이 늘임가능한 유연성 기판(120)을 제작하고, 제작된 유연성 기판(120)을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서(pre-stretching) 고정하고(S124), 쉐도우마스크(shadow mask)층(129)(또는 photolithography층)을 늘려진 유연성 기판(120)상에 형성하고, 상기 쉐도우마스크를 통해 개방된 면으로 플라즈마 처리를 수행한다(S126).
상기 유연성 기판(120)을 제작하는 단계(S122)는, 예컨대, 염기 및 가교제를 10 : 1의 비율로 혼합하고 핫 플레이트상에서 130 내지170 ℃(바람직하게는 150 ℃)에서 베이킹 하여, PDMS 기판을 제작하는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 유연성 기판(120)을 미리 늘리는(pre-stretching) 단계(S124)에서는, 소정의 폭이 넓은 집게 장치로 상기 유연성 기판(120)의 서로 마주보는 변들을 고정시키고, 서로 멀어지도록 당겨서 인장력을 가한 상태에서 상기 집게 장치의 위치를 고정시키는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 유연성 기판을 미리 늘리는(pre-stretching) 단계(S124)에서는, 예컨대, PDMS 기판(120)을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 40 %까지 예비 연신할 수 있다.
구현에 따라, 상기 S124 단계에서는, 완제품이 직사각형 형태인 경우 길이 방향으로 큰 인장력이 가해질 가능성이 높으므로, 상기 길이 방향으로 미리 늘리는 인장력을 가할 수 있다.
구현에 따라, 상기 S124 단계에서는, 완제품이 정사각형에 가까운 형태인 경우 완제품에 대한 방향 보다는 전극의 길이 방향으로 미리 늘리는 인장력을 가할 수 있다. 이는 전극 길이 방향으로 가해지는 인장력이 전극에 스트레스를 강하게 주는 것을 감안한 것이다.
다른 구현에서는 모든 평면상 방향으로 인장력을 가하여 고정시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리(S126)는 기판 표면의 불순물 제거 및/또는 기판과 증착 금속간 결합력 강화의 목적으로, 공지된 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 전력 80W, 압력: 1.4torr, 시간: 15s의 조건으로, 예비 연신된 상기 제1/제2 기판에 대하여 헬륨 또는 산소 플라즈마 처리할 수 있다.
상기 금속 전극을 증착하는 단계(S127)에서는, 예컨대, 열 증착 방법 (기압 < 5 × 10-5 torr, 증착 속도 : 1ÅA/s)을 사용하여 섀도우 마스크를 통해 40% 예비 연신된 유연성(PDMS) 기판에 금속(바람직하게는 Cu) 전극을 증착할 수 있다. 본 발명의 사상에 따라 유연성(PDMS) 기판(120)상에 형성되는 전극(미완성 Half 전극임)은, 80nm 내지 900nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속 나노와이어를 부착(분사)하는 단계(S128)에서는, 금속 재질의 나노와이어를 스프레이 코팅과 같은 인쇄전자기술을 이용하여 도포한다. 금속 재질의 나노와이어는 silver nanowire, copper nanowire, gold nanowire 이며, 크랙이 형성된 부분에 나노와이어가 연결을 시켜주어서, 늘임에 따른 저항변화를 최소화 시켜서, 늘임 특성을 향상시킨다. 즉, 길이가 긴 나노와이어가 금속 전극의 크랙과 크랙부분을 연결시켜주는 전류의 통로 역할을 한다. 도 2d에서는 Cu 재질의 나노와이어를 적용하였다. 나노와이어층의 바람직한 두께는 50 내지 500 nm이다.
도 2c에서는 상기 금속 전극을 증착하는 단계(S127) 이후, 유연성 기판(120) 상에 남아 있는 쉐도우마스크(shadow mask)층(129)을 제거하고, 유연성 기판(120)에 가해진 인장력을 해제하여, 유연성 기판(120)이 원래의 수치와 유사하게 축소된 상태를 도시한다. 다른 구현에서는 상기 금속 전극을 증착하는 단계(S127) 내지 금속 나노와이어를 부착하는 단계(S128)까지 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정된 상태로 수행되고, 상기 S128 단계 수행 이후, 인장력을 해제할 수도 있다.
한편, 일반적인 반도체 제조 공정과 유사하게, 상기 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계(S127) 또는 금속 나노와이어를 부착하는 단계(S128) 이후, 상기 제1 유연성 기판상에 증착된 금속 전극을 패터닝하는 단계(미도시)를 더 수행할 수 있다.
상기 설명에서는 가격적인 면에서 바람직한 Cu 전극으로 구체화하여 설명하였지만, Ag, Au전극 또는 Ag, Cu, Au의 합금 전극을 미리 늘림 방법을 통해 상술한 것과 거의 동일하게 제작하는 방식도 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
상기 설명에서는 가격적인 면에서 바람직한 Cu 나노와이어로 구체화하여 설명하였지만, Ag 나노와이어를 미리 늘림 방법을 통해 상술한 것과 거의 동일하게 제작하는 방식도 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다. 금(Au) 나노와이어도 기술적으로는 적용이 가능하지만, 상당이 고가인 금의 경우 증착 전극만으로도 어느 정도의 품질이 발현되므로, 고가의 금 나노와이어 부착 공정을 추가하는 실익이 작다.
상기 유연성 기판(120)에 커버재를 덮는 단계(S130)에서 상기 커버재는 상기 유연성 기판(120)과 동일 재질인 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 유연성 기판(120)에 커버재를 덮는 단계(S130)는, 상기 유연성 기판과 동일 재질의 소결 물질(PDMS나, ecoflex )을 상기 유연성 기판(120)에 도포한 후 소결하는 방식으로 수행될 수 있다. 소결은 130 내지170 ℃(바람직하게는 150 ℃)에서 베이킹한다.
또는, 상기 유연성 기판(120)에 커버재를 덮는 단계(S130)는, 커버재로서 미리 제작된 커버 기판을 압력을 주어 상기 유연성 기판(120)에 붙이는 방식으로 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 유연성 기판(120)에 커버재를 덮는 단계(S130)는, 상기 유연성 기판과 동일한 재질(PDMS나, ecoflex )의 커버 기판을 제작하는 단계; 및 상기 유연성 기판(120) 및 상기 커버 기판을 맞댄 상태에서 압착하여, 상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 유연성 기판(120) 및 상기 커버 기판을 접착하기 전에, , 상기 유연성 기판(120) 및/또는 상기 커버 기판을 표면 접착 활성을 높이기 위한 전처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전처리는 상기 플라즈마 처리 단계(S126)에서 수행되는 것과 유사한 공정의 헬륨 또는 산소 플라드마 처리 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 산소 플라즈마 처리 조건은 0W의 전력, 1.4torr의 압력, 100sccm의 산소 가스 유량 및 60 초의 처리 시간일 수 있다.
상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 결합하는 단계에서는, 상기 유연성 기판(120) 및 상기 커버 기판을 압착한다. 전처리를 수행하는 경우, 상기유연성 기판(120) 및 상기 커버 기판을, 전처리된 면을 서로 맞댄 상태에서 가압하여 결합시킨다.
PDMS와 같은 기판은 산소/헬륨 플라즈마 방식을 이용하면 접착제의 사용이 필요 없이, 두 개의 기판이 강하게 융합된다.
도 3은 도 1 및 도 2a ~ 2d에서 설명한 제조 방법에 의해 제작된 유연성 기판상에 형성된 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체를 도시한 단면도이다.
도시한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체는, 염기 및 가교제가 10 : 1의 비율로 혼합되어 형성된 PDMS 기판(120); 상기 PDMS 기판(120)상에 80nm 내지 900nm의 두께로 증착된 증착 금속 전극층(152); 상기 증착 금속 전극층(152) 상에 스프레이 코팅된 형태로 부착된 금속 나노와이어층(156); 및 상기 금속 나노 와이어층(156) 및 PDMS 기판(120)의 상부를 덮는 형태로 PDMS 재질로 이루어진 커버재(160)를 포함하되, 상기 증착 금속 전극층(152)은, 연신되었다가 축소된 구조가 형성되어 있다.
상기 증착 금속 전극층(152)은, 그 두께가 900nm를 넘으면 전극 박리를 유발하는 전극과 기판과의 응력이 너무 강하게 나타나며, 그 두께가 80nm보다 작으면 변형에 따른 저항 변화가 심해지며 절대 저항값도 커지는 문제가 발생된다.
도 4a 내지 4c는 구리로 구성된 상기 증착 금속 전극층 상단에 도포된 구리 나노와이어의 전자현미경 사진이다. 도 4a는 인장력이 가해지지 않은 상태이며, 도 4b는 6%의 인장력이 가해진 상태이며, 도 4c는 12%의 인장력이 가해진 상태이다.
도 4a 내지 4c에서, 위의 사진은 850배로 확대한 것이고, 아래 사진은 1700배로 확대한 것이다. 위에 도포된 구리 나노와이어가 가로나 세로로 생성되어 있는 다수의 크랙 위에 도포되어, 하부 기판상의 금속 전극층에서 크랙에 의해 끊어진 부분을 도포된 전도성 구리 나노와이어가 서로 연결시켜주어 전류 흐름의 가교 역할을 하게 된다. 이와 같은 구성에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 낮은 속도로 인장을 진행할 경우 저항의 변화가 거의 없는 우수한 특성을 얻을 수 있다.
도 5a는 구리로 증착 금속 전극만이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 5b는 구리로 증착 금속층과 금속 나노와이어의 이중으로 전극이 형성된 PDMS 기판 전극 결합체에서 인장 속도에 따라 인장률과 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
증착 금속층과 금속 나노와이어의 이중으로 전극이 형성된 경우가, 증착 금속만으로 형성된 경우보다 인장에 따른 저항 변화가 작음을 알 수 있다. 특히, 인장 속도에 따라서는(낮은 인장 속도에서) 최대 40%정도 우수함을 알 수 있다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
120 : 유연성 기판
129 : 쉐도우마스크(shadow mask)층
152 : 증착 금속 전극층
156 : 금속 나노와이어층
160 : 커버재
129 : 쉐도우마스크(shadow mask)층
152 : 증착 금속 전극층
156 : 금속 나노와이어층
160 : 커버재
Claims (9)
- 유연성 기판을 형성하는 단계;
상기 유연성 기판을 완제품의 사용 중에 가해지는 인장력의 방향으로 늘려서 고정하는 단계;
상기 늘려서 고정된 유연성 기판에 전극 형성 전 처리를 수행하는 단계;
상기 늘려서 고정된 유연성 기판상에 금속 전극을 증착하는 단계;
상기 유연성 기판상에 금속 나노와이어를 부착하는 단계; 및
늘림 상태가 제거된 상기 유연성 기판에 커버재를 덮는 단계
를 포함하는 신축성 전극의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 커버재는 상기 유연성 기판과 동일한 재질의 커버 기판이고,
상기 커버재를 덮는 단계에서는,
상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 맞댄 상태에서 압착하여, 상기 유연성 기판 및 상기 커버 기판을 결합하는 신축성 전극의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 커버재는 상기 유연성 기판과 동일한 재질이 상기 유연성 기판상에 도포되어 소결된 형태의 박막인 신축성 전극의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 나노와이어는 스프레이 코팅을 이용하여 분사하는 방식으로 상기 유연성 기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 신축성 전극의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유연성 기판에 금속 전극을 증착하는 단계에서는, 열 증착 방식으로 셰도우 마스크를 통해 80nm 내지 900nm의 두께로 전극을 증착하는 것을 특징으로 하는 신축성 전극의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
증착되는 상기 금속 전극은 금, 은, 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지며,
상기 금속 나노와이어는 은 및 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지는 신축성 전극의 제조 방법.
- 염기 및 가교제가 10 : 1의 비율로 혼합되어 형성된 PDMS 기판;
상기 PDMS 기판상에 80nm 내지 900nm의 두께로 증착된 증착 금속 전극층;
상기 증착 금속 전극층 상에 스프레이 코팅된 형태로 부착된 금속 나노와이어층; 및
상기 금속 나노 와이어층 및 PDMS 기판의 상부를 덮는 형태로 PDMS 재질로 이루어진 커버재를 포함하는 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체.
- 제7항에 있어서,
상기 증착 금속 전극층은, 연신되었다가 축소된 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체.
- 제7항에 있어서,
상기 증착 금속 전극층은, 금, 은, 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지며,
상기 금속 나노 와이어층은, 은 및 구리 중 선택된 적어도 하나 이상의 재질로 이루어지는 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190017024A KR102170895B1 (ko) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190017024A KR102170895B1 (ko) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200099278A true KR20200099278A (ko) | 2020-08-24 |
| KR102170895B1 KR102170895B1 (ko) | 2020-10-28 |
Family
ID=72235420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190017024A Active KR102170895B1 (ko) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102170895B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113325481A (zh) * | 2021-05-22 | 2021-08-31 | 深圳市越疆科技有限公司 | 柔性电极、电子皮肤、外壳、机械臂及电极的生产方法 |
| CN118352534A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-07-16 | 南京邮电大学 | 一种柔性褶皱可拉伸金属集流体及其制备方法与应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100875711B1 (ko) | 2006-08-21 | 2008-12-26 | 고려대학교 산학협력단 | 피디엠에스 레이어를 이용한 심전도용 전극 |
| KR101391510B1 (ko) * | 2013-03-19 | 2014-05-07 | 경희대학교 산학협력단 | 금속 나노와이어를 구비한 다층 투명 전극 소자 |
| KR20150067882A (ko) * | 2013-12-10 | 2015-06-19 | 한국전자통신연구원 | 전자소자의 장착이 가능한 유연기판의 제조 방법 |
| KR20150134773A (ko) * | 2014-05-23 | 2015-12-02 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 신축성 전극 및 이의 제조방법 |
| KR20170101606A (ko) * | 2016-02-29 | 2017-09-06 | 한국전자통신연구원 | 전극체 및 전극체 제조 방법 |
| KR20180007209A (ko) * | 2016-07-12 | 2018-01-22 | 한국기계연구원 | 전도성 투명전극 및 이의 제조 방법 |
| KR20180098777A (ko) * | 2017-02-27 | 2018-09-05 | 성균관대학교산학협력단 | 유연 신축 전극 및 이의 제조방법 |
| KR20190003034A (ko) * | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 울산과학기술원 | 신축성 전극 패턴 구조물을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 신축성 전극 패턴 구조물 |
-
2019
- 2019-02-14 KR KR1020190017024A patent/KR102170895B1/ko active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100875711B1 (ko) | 2006-08-21 | 2008-12-26 | 고려대학교 산학협력단 | 피디엠에스 레이어를 이용한 심전도용 전극 |
| KR101391510B1 (ko) * | 2013-03-19 | 2014-05-07 | 경희대학교 산학협력단 | 금속 나노와이어를 구비한 다층 투명 전극 소자 |
| KR20150067882A (ko) * | 2013-12-10 | 2015-06-19 | 한국전자통신연구원 | 전자소자의 장착이 가능한 유연기판의 제조 방법 |
| KR20150134773A (ko) * | 2014-05-23 | 2015-12-02 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 신축성 전극 및 이의 제조방법 |
| KR20170101606A (ko) * | 2016-02-29 | 2017-09-06 | 한국전자통신연구원 | 전극체 및 전극체 제조 방법 |
| KR20180007209A (ko) * | 2016-07-12 | 2018-01-22 | 한국기계연구원 | 전도성 투명전극 및 이의 제조 방법 |
| KR20180098777A (ko) * | 2017-02-27 | 2018-09-05 | 성균관대학교산학협력단 | 유연 신축 전극 및 이의 제조방법 |
| KR20190003034A (ko) * | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 울산과학기술원 | 신축성 전극 패턴 구조물을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 신축성 전극 패턴 구조물 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113325481A (zh) * | 2021-05-22 | 2021-08-31 | 深圳市越疆科技有限公司 | 柔性电极、电子皮肤、外壳、机械臂及电极的生产方法 |
| CN118352534A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-07-16 | 南京邮电大学 | 一种柔性褶皱可拉伸金属集流体及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102170895B1 (ko) | 2020-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8610290B2 (en) | Fabricated adhesive microstructures for making an electrical connection | |
| CN100438003C (zh) | 半导体器件 | |
| KR101647023B1 (ko) | 신축성 회로 기판 및 이의 제조 방법 | |
| TWI548319B (zh) | 提供可撓性結構的方法及可撓性裝置 | |
| US20170169918A1 (en) | Stretchable wire and method of fabricating the same | |
| KR102170895B1 (ko) | 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 | |
| TW200737403A (en) | A method of fabricating a composite substrate with improved electrical properties | |
| WO2009101664A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| WO2003063214A3 (en) | Process for preparation of separable semiconductor assemblies, particularly to form substrates for electronics, optoelectronics and optics | |
| KR20070066849A (ko) | 아이씨 집적 기판과 캐리어를 결합하는 구조 및 이 구조의제조 방법 | |
| US10405432B2 (en) | Stretchable electronics for dentistry applications and method of making the same | |
| TWI435397B (zh) | 軟性微系統結構及其製造方法 | |
| US20100224994A1 (en) | Low Temperature Metal to Silicon Diffusion and Silicide Wafer Bonding | |
| JP2010050173A5 (ko) | ||
| US20120327614A1 (en) | Method for attaching a metal surface to a carrier, a method for attaching a chip to a chip carrier, a chip-packaging module and a packaging module | |
| KR102170894B1 (ko) | 늘림 가능한 신축성 전극을 구비한 유연성 기판 결합체 및 그 제조 방법 | |
| KR102205956B1 (ko) | 유연성 소자 제조용 유리기판-금속기판 접합체의 제조방법 | |
| US10959336B2 (en) | Method of liquid assisted binding | |
| CN103280438B (zh) | 具有准确芯片附着层的大功率介电载体 | |
| US10763232B1 (en) | Electrical joint structure | |
| US6756138B1 (en) | Micro-electromechanical devices | |
| KR102291668B1 (ko) | 비아도선 구비 비아몰드를 이용한 돌출전극을 가지는 스트레처블 배선 기판 제작 방법 및 스트레처블 배선 기판 | |
| TW200924189A (en) | Composite element consisting of at least two semiconductor substrates, and production method | |
| JP2024165817A (ja) | 伸縮性を有する半導体装置 | |
| JP2024148643A (ja) | 伸縮性を有する半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20190214 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200226 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20201020 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20201022 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20201022 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230920 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240930 Start annual number: 5 End annual number: 5 |