KR20210025857A - Sensor manufacturing method using laser and the sensor manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저를 이용하여 센서를 제조하는 방법 및 이 방법에 따라 제작된 센서에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 성질이 없는 폴리머 필름에 레이저를 조사하여 탄소 그래핀화시키는 방법 및 전극표면 위의 특성을 부여하는 방법 과 이 방법에 따라 제작된 센서에 대한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a sensor using a laser and to a sensor manufactured according to this method, and more particularly, a method of irradiating a laser to a polymer film having no electrical properties to form carbon graphene, and characteristics on the electrode surface. It is about a method of giving a and a sensor manufactured according to this method.
폴리이미드에 UV레이저를 연속적으로 가하면 폴리이미드가 탄화만 될 뿐 전기가 통하지 아니하였다. 그래서 등록특허 제10-1308024호에서는 UV레이저를 단속적으로 가하여 원뿔형의 규칙적인 구조를 생성시킨 후 백금을 진공증착하여 전기전도성 막을 형성하여 센서를 제조하였다.When a UV laser was continuously applied to the polyimide, the polyimide was only carbonized, but electricity did not go through. Therefore, in Patent No. 10-1308024, a UV laser was intermittently applied to create a conical regular structure, and then platinum was vacuum-deposited to form an electrically conductive film to manufacture a sensor.
종래의 경우 폴리이미드에 레이저를 가하여 전극을 형성하기 위해서는 레이저를 가한 후 백금을 사용하여 별도의 진공증착을 하는 작업이 필요하였으므로 공정이 복잡하고 까다롭다는 문제점이 있었다. 특히, 새로운 물성을 부여하기 위한 방법으로 전극표면 위를 코팅을 하면 기존 전극의 표면특성을 전부 다 잃어버리기 때문에 탄소전극의 장점을 잃어버린다. In the conventional case, in order to form an electrode by applying a laser to a polyimide, a separate vacuum deposition operation using platinum after applying the laser was required, and thus the process was complicated and difficult. In particular, when coating on the electrode surface as a method to impart new properties, all of the surface characteristics of the existing electrode are lost, and thus the advantages of the carbon electrode are lost.
또한, 종래의 경우 베이스기판에 전극이 형성되므로 센서에 베이스기판이 포함되어서 센서의 부피가 커진다는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional case, since electrodes are formed on the base substrate, there is a problem in that the sensor includes the base substrate, thereby increasing the volume of the sensor.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 백금을 증착시키지 않고 레이저만 가하여 센서를 만들 수 있는 센서제작 방법 및 이 방법에 의하여 만들어진 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a sensor manufacturing method capable of manufacturing a sensor by applying only a laser without depositing platinum, and a sensor manufactured by the method.
또한, 본 발명은 베이스기판이 제거되어 그 부피를 줄일 수 있는 센서제작 방법 및 이 방법에 의하여 만들어진 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a sensor manufacturing method in which a base substrate is removed to reduce its volume, and a sensor made by the method.
본 발명에 따른 센서 제작방법은 필름 위치단계와 전극형성 단계를 포함한다. 상기 필름 위치단계는 폴리머로된 베이스기판에 전기적 성질이 없는 폴리머 필름을 위치시킨다. 상기 전극형성 단계는 상기 폴리머 필름에 특정 패턴이 탄소 그래핀으로 형성되어 상기 베이스기판에 접착 되도록 레이저 빔을 불활성 가스의 분위기에서 상기 폴리머 필름에 상기 특정 패턴으로 조사하여 전극을 형성시킨다.The sensor manufacturing method according to the present invention includes a film positioning step and an electrode forming step. In the film positioning step, a polymer film having no electrical properties is placed on a polymer base substrate. In the electrode forming step, a laser beam is irradiated to the polymer film with the specific pattern in an atmosphere of an inert gas so that a specific pattern is formed of carbon graphene on the polymer film and adhered to the base substrate to form an electrode.
또한, 상기의 센서 제작방법은 상기 전극형성 단계 후 탄소 그래핀화되지 않은 상기 폴리머 필름을 제거하는 필름제거단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the sensor manufacturing method further includes a film removing step of removing the polymer film that is not carbon graphene after the electrode forming step.
또한, 상기의 센서 제작방법은 상기 전극을 상기 베이스기판에서 분리시키는 기판분리단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the sensor manufacturing method further includes a substrate separation step of separating the electrode from the base substrate.
또한, 상기의 센서 제작방법에 있어서, 상기 필름위치단계는 폴리디메틸실록산, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 어느 하나로 된 베이스기판에 폴리이미드로 된 폴리머 필름을 위치시키는 것이 바람직하다.In addition, in the sensor manufacturing method, in the film positioning step, it is preferable to place a polymer film made of polyimide on a base substrate made of any one of polydimethylsiloxane, polypropylene, and polyethylene.
또한, 상기의 센서 제작방법은 상기 필름제거단계 후 상기 전극이 형성된 상기 베이스기판을 폴리머로 코팅하는 코팅단계와, 상기 코팅된 베이스기판에 전기적 성질이 없는 상기 폴리머 필름을 위치시키는 제2필름 위치단계와, 상기 제2필름 위치단계에서 위치된 폴리머 필름에 탄소 그래핀이 형성되어 상기 코팅된 베이스기판에 접착되도록 레이저 빔을 불활성 가스의 분위기에서 특정 패턴으로 조사하여 전극을 형성시키는 제2전극형성 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the sensor manufacturing method includes a coating step of coating the base substrate on which the electrode is formed with a polymer after the film removing step, and a second film positioning step of placing the polymer film having no electrical properties on the coated base substrate. And, a second electrode forming step of forming an electrode by irradiating a laser beam with a specific pattern in an atmosphere of an inert gas so that carbon graphene is formed on the polymer film positioned in the second film positioning step and adhered to the coated base substrate. It is preferable to further include.
한편, 본 발명은 상기의 방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된 센서를 포함한다.Meanwhile, the present invention includes a sensor manufactured by any one of the above methods.
본 발명에 의하면 불활성 가스의 분위기에서 레이저 빔을 폴리머 필름에 조사함으로써 조사된 폴리머 필름이 탄소 그래핀으로 탄화되어 전기가 통하는 전극이 형성된다. 따라서 별도의 백금을 증착시키지 않더라도 센서를 만들 수 있으며, 탄소 전극에 부분적으로 금속파티클을 제작하기 때문에 새로운 특성을 부여할 수 있다. 특히, 입자에 따라 슈퍼커패시터, 박테리아 증식 억제, 선택적 바이오센서에 이용할 수 있어 활용가능성이 높다.According to the present invention, by irradiating the polymer film with a laser beam in an atmosphere of an inert gas, the irradiated polymer film is carbonized into carbon graphene, thereby forming an electrode through which electricity is conducted. Therefore, a sensor can be made without depositing a separate platinum, and a new characteristic can be given because a metal particle is partially produced on the carbon electrode. In particular, depending on the particle, it can be used for supercapacitors, inhibiting bacterial growth, and selective biosensors.
또한, 본 발명에 의하면, 탄소 그래핀으로 탄화된 전극을 베이스기판에 분리시키면 부피가 축소된 센서를 만들 수 있다.In addition, according to the present invention, when the electrode carbonized with carbon graphene is separated on the base substrate, a sensor having a reduced volume can be made.
도 1은 본 발명에 따라 불활성 분위기에서 레이저 빔을 폴리머 필름에 조사하는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 센서 제작방법의 일 실시예의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 센서 제작방법의 다른 실시예의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of irradiating a laser beam onto a polymer film in an inert atmosphere according to the present invention;
2 is a conceptual diagram of an embodiment of a method for manufacturing a sensor using a laser according to the present invention,
3 is a conceptual diagram of another embodiment of a method of manufacturing a sensor using a laser according to the present invention.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 센서제작 방법을 설명한다.A method of manufacturing a sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 센서 제작방법은 필름 위치단계와, 전극형성단계 및 필름제거단계를 포함한다.A method of manufacturing a sensor using a laser according to the present invention includes a film positioning step, an electrode forming step, and a film removing step.
필름 위치단계는 도 2의 (a)와 같이 폴리머로된 베이스기판(10)에 전기적 성질이 없는 폴리머 필름(20)을 위치시킨다. 이때 폴리머 필름(20)을 베이스기판(10)에 물리적으로 닿도록 단지 겹쳐두기만 하면 된다.In the film positioning step, a
여기서 베이스기판(10)은 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리프로필린(PP(polypropylene)), 폴리에틸렌(PE(polyethylene)) 등으로 형성될 수 있으며, 폴리머 필름(20)은 폴리이미드(PI(polyimide) 등으로 형성될 수 있다.Here, the
전극형성 단계는 도 2의 (b) 및 (c)와 같이 폴리머 필름(20)에 원하는 특정 패턴이 형성되도록 레이저 빔(3)을 가한다. 이때에는 도 1에 도시된 바와 같이 불활성 가스의 분위기에서 레이저 빔(3)을 가한다. 즉 가스 챔버(1) 내에서 불활성 가스(N2, CO2, Ar 등)를 주입한 후 레이저 빔(3)을 폴리머 필름(20)에 조사한다. 그러면 레이저 빔(3)이 조사된 폴리머 필름(20)은 탄소 그래핀으로 변형되어 베이스기판(10)에 접착되어 전기가 통하는 전극(30)으로 된다. In the electrode formation step, a laser beam 3 is applied so that a specific desired pattern is formed on the
종래에는 단순히 레이저 빔을 폴리머 필름(20)에 조사하였으나 이 경우에는 조사된 폴리머 필름(20)이 탄화만 될뿐 전기가 통하지 아니하였다. 그러나 본 실시예와 같이 불활성 가스의 분위기에서 레이저 빔(3)을 조사하면 조사된 폴리머 필름(20)은 탄소 그래핀으로 변형되어 전기가 통할 수 있다.Conventionally, a laser beam was simply irradiated onto the
폴리이미드 필름은 파워가 센 레이저를 맞는 순간 높은 열에너지에 의하여 구조적인 변형과 화학적인 변형이 일어난다. 아래의 [표 1]은 레이저 가공속도에 따른 원자의 분포도이다. 아래의 [표 1]에서 알 수 있듯이 레이저의 가공속도가 작아질수록 탄소(C)가 많아진다는 것을 알 수 있다. 레이저의 가공속도가 작아진다는 것은 더 오랜 시간 가공한다는 것을 의미한다.Polyimide films undergo structural and chemical transformations by high thermal energy the moment they are hit by a high-powered laser. [Table 1] below shows the distribution of atoms according to the laser processing speed. As can be seen from [Table 1] below, it can be seen that the lower the processing speed of the laser, the more carbon (C) is. Smaller laser processing speed means longer processing time.
레이저의 열로 인해서 베이스기판(10)이 녹아 불안정한 상태가 된다. 이를 통해 전극(30)이 녹은 베이스기판(10)에 스며들 수가 있고, 다시 온도가 상온이 되면서 녹은 베이스기판(10)이 고체가 되어 스며든 전극(30)은 베이스기판(10)에 고정된다.The
필름제거단계는 도 2의 (d)와 같이 탄소 그래핀화되지 않는 폴리머 필름(10)을 제거한다. 폴리머 필름(10)은 단순히 베이스기판(10) 위에 얹혀진 상태이므로 쉽게 제거될 수 있다.The film removal step removes the
본 실시예의 경우 탄소 그래핀화된 전극(30)은 전기전도도를 가지므로 센서 기능을 가질 수 있다. 예를들면 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 베이스기판(10)에서 전극(30)이 노출되면 압력센서나 습도센서로 이용이 될 수 있다. 외부의 습도에 따라 전극의 전기전도도가 달라지므로 전극의 전기전도도를 파악하여 습도를 측정할 수 있다. 그리고 외부에서 압력이 가해지면 전극(30)이 변형되어 전기전도도가 달라지므로 외부의 압력을 측정할 수 있다. 그래서 도 2의 (d)의 실시예는 온도센서 및 압력센서로 이용이 가능하다. 한편 도 2의 (d)의 실시예에서 전극(30)이 외부로 노출되지 않도록 폴리머로 코팅할 수 있다. 이 경우에는 압력센서 등으로 사용될 수 있다. In this embodiment, since the carbon graphene-formed
또한, 본 실시예는 기판분리단계를 더 포함할 수 있다. 기판분리단계는 도 2의 (e)와 같이 베이스기판(10)에서 전극(30)을 분리한다. 전극(30)은 베이스기판(10)에 결합되어 있지만 물리적 힘을 가하면 전극(30)을 베이스기판(10)에서 떼어낼 수 있다. 그러면 베이스기판(10)을 분리하면 머리카락처럼 아주 가늘고 부피가 작은 전극(30)만을 사용하여 압력센서나 습도센서 등 센서로 활용이 가능하다.In addition, the present embodiment may further include a substrate separation step. In the substrate separation step, the
도 2에 도시된 실시예의 경우에는 전극(30)을 일단으로 형성한 경우이지만 도 3에 도시된 바와 같이 전극(30)을 다단으로 형성할 수 있다.In the case of the embodiment shown in FIG. 2, although the
이 경우에는 도 2의 (d)의 실시예에서 코팅단계와, 제2필름 위치단계와, 제2전극형성단계를 더 포함한다.In this case, a coating step, a second film positioning step, and a second electrode forming step in the embodiment of FIG. 2D are further included.
코팅단계는 도 3의 (b)와 같이 전극(30)이 형성된 베이스기판(10)을 폴리머로 코팅한다. In the coating step, as shown in (b) of FIG. 3, the
제2필름 위치단계는 도 3의 (c)와 같이 코팅된 베이스기판(10)에 폴리머 필름(20)을 위치시킨다. 도 2의 (a)와 동일하게 폴리머 필림(20)이 베이스기판(10)에 물리적으로 맞닿도록 올려놓는다.In the second film positioning step, the
제2전극형성 단계는 도 3의 (d)와 같이 불활성 가스의 분위기에서 레이저 빔을 폴리머 필름(20)에 조사하여 탄소 그래핀으로 형성시켜 전극(30)을 만든다. 그러면 전극(30)이 2단으로 만들어진다. 이때에도 도 1에 도시된 바와 같이 가스 챔버(1) 내에서 불활성 가스를 공급하여 레이저 빔(3)을 조사한다.In the second electrode formation step, the
물론 도 3의 (e)와 같이 탄소 그래핀으로 형성되지 않은 폴리머 필름(20)을 제거한 후 센서로 사용할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예의 경우 전극(30)이 서로 직각으로 교차하도록 2단으로 형성하였지만, 다단으로 형성할 수도 있다.Of course, it can be used as a sensor after removing the
1 : 가스 챔버
3 : 레이저 빔
10 : 베이스기판
20 : 폴리머 필름
30 : 전극1: gas chamber
3: laser beam
10: base substrate
20: polymer film
30: electrode
Claims (5)
상기 필름적층단계에서 베이스기판에 적층된 폴리머 필름에 불활성가스가 공급되는 챔버 내부에서 레이저빔을 조사하여 탄소그래핀화 된 전극을 형성하는 전극형성단계와,
상기 전극형성단계에서 상기 전극으로 형성되지 않은 상기 폴리머 필름을 제거하는 필름제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 센서제조방법. A film lamination step of placing a polymer film on one side of a polymer base substrate,
In the film lamination step, an electrode forming step of forming a carbon graphene-formed electrode by irradiating a laser beam inside a chamber in which an inert gas is supplied to the polymer film stacked on the base substrate,
And a film removing step of removing the polymer film not formed with the electrode in the electrode forming step.
상기 전극형성단계에서 형성된 전극에서 상기 베이스기판을 분리시키는 기판분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 센서제조방법. The method of claim 1,
A method for manufacturing a sensor using a laser, further comprising a substrate separation step of separating the base substrate from the electrode formed in the electrode formation step.
상기 필름제거단계에서 상기 폴리머 필름이 제거된 상기 전극을 덮을 수 있게 상기 베이스기판의 일면에 폴리머를 코팅하는 코팅단계와,
상기 코팅단계에서 상기 폴리머가 코팅된 베이스기판의 일면에 상기 폴리머 필름을 위치시키는 제2필름적층단계와,
상기 제2필름적층단계에서 상기 베이스기판에 적층된 상기 폴리머 필름에 상기 불활성가스가 공급되는 상기 챔버 내부에서 상기 레이저빔을 조사하여 탄소그래피화 된 전극을 형성하는 제2전극형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 센서제조방법. According to 1,
A coating step of coating a polymer on one surface of the base substrate so as to cover the electrode from which the polymer film has been removed in the film removing step;
A second film laminating step of placing the polymer film on one surface of the base substrate coated with the polymer in the coating step,
In the second film lamination step, a second electrode forming step of forming a carbon-graphed electrode by irradiating the laser beam inside the chamber in which the inert gas is supplied to the polymer film stacked on the base substrate. Sensor manufacturing method using a laser, characterized in that.
상기 폴리머 필름은 폴리이미드로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 센서제조방법. The method according to any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing a sensor using a laser, characterized in that the polymer film is formed of polyimide.
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