KR20220063634A - Strain sensor fabricating method and the strain sensor fabricated by the same - Google Patents

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Abstract

A strain sensor manufacturing method of the present invention comprises: a substrate provision step of providing a substrate having a plurality of protrusion units; a first inclined deposition step of depositing a deposition material on the substrate with a first inclination angle; and a second inclined deposition step of depositing a deposition material on the substrate with a second inclination angle. According to the strain sensor manufacturing method and a strain sensor manufactured by using the same according to the present invention, crack alignment and density is significantly improved to greatly increase sensibility and secure excellent durability.

Description

스트레인 센서 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서{STRAIN SENSOR FABRICATING METHOD AND THE STRAIN SENSOR FABRICATED BY THE SAME}Strain sensor manufacturing method and strain sensor manufactured using the same

본 발명은 스트레인 센서 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정렬된 크랙을 통하여 민감도가 향상된 크랙 기반의 스트레인 센서 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a strain sensor manufacturing method and a strain sensor manufactured using the same, and more particularly, to a crack-based strain sensor manufacturing method with improved sensitivity through aligned cracks, and a strain sensor manufactured using the same.

스트레인 센서(혹은 스트레인 게이지)는 스트레인 변형률을 측정하는 센서를 말한다. 스트레인 센서는 스마트 워치, 스마트 인솔 등의 웨어러블 장치(wearable device)나 심박수, 혈압, EEG, ECG, EMG 등의 각종 생체 정보를 측정하는 헬스케어 기기에 적용되고 있다. 나아가, 스트레인 센서는 신체의 움직임 정보를 추출하기 위한 휴먼 모션 디텍션(human motion detection)이나, 이를 이용하여 다양한 제어를 수행하는 휴먼-머신 인터페이스(human-machine interface)에 적용되는 등 그 적용범위가 지속적으로 확대되고 있다.A strain sensor (or strain gauge) refers to a sensor that measures strain strain. Strain sensors are being applied to wearable devices such as smart watches and smart insoles, or healthcare devices that measure various biometric information such as heart rate, blood pressure, EEG, ECG, and EMG. Furthermore, the range of application of the strain sensor is continuous, such as being applied to human motion detection for extracting body motion information or a human-machine interface that performs various controls using the same. is being expanded to

도 1은 스트레인 센서의 종류별 측정 원리를 도시한다. 스트레인 센서는 도 1의 (a)에 도시된 레지스티브 타입(resistive-type)과 (b)에 도시된 캐패시티브 타입(capacitive-type)이 있다. 1 shows a measurement principle for each type of strain sensor. The strain sensor has a resistive-type shown in (a) of FIG. 1 and a capacitive-type shown in (b).

레지스티브 타입은 전도성 물질의 양측에 구비된 전극을 통하여, 전도성 물질이 변형됨에 따른 양단의 전기적 변화를 통하여 저항 변화를 추출함으로써 전도성 물질의 변형률을 측정한다.The resistive type measures the strain rate of the conductive material by extracting a change in resistance through electrodes provided on both sides of the conductive material through an electrical change at both ends as the conductive material is deformed.

캐패시티브 타입은 유전체의 변형(두께의 증가 혹은 감소)에 따른 전극 사이의 정전용량 변화량(예: 유전체 두께 감소에 의한 전극 사이의 거리(d) 감소에 따른 정전용량 증가)에 기초하여 유전체의 변형률을 측정한다.The capacitive type is based on the amount of change in capacitance between electrodes due to deformation (increase or decrease in thickness) of the dielectric (eg, increase in capacitance due to decrease in the distance (d) between electrodes due to decrease in dielectric thickness). Measure the strain.

도 2는 스트레인 센서의 종류별 게이지 팩터를 비교하는 그래프이다. 게이지 팩터(gauge factor)는 인가된 스트레인 대비 저항/정전용량의 상대적 변화량으로 정의된다. 게이지 팩터가 크다는 것은 동일한 스트레인에서 저항 혹은 정전용량의 변화가 크다는 것을 의미하며, 이에 기초하여 민감도(sensitivity)를 파악할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 캐피시티브 타입([1],[2],[3])에 비하여, 레지스티브 타입([4],[5],[6],[7],[8])의 게이지 팩터가 월등히 크다는 것을 알 수 있다.2 is a graph comparing gauge factors for each type of strain sensor. The gauge factor is defined as the relative change in resistance/capacitance compared to applied strain. A large gauge factor means a large change in resistance or capacitance at the same strain, and based on this, sensitivity can be determined. As shown in Figure 2, compared to the capacitive type ([1], [2], [3]), the resistive type ([4], [5], [6], [7], [8] It can be seen that the gauge factor of ]) is significantly larger.

또한, 레지스티브 타입 중에서도 크랙 기반(crack based)의 스트레인 센서는 높은 민감도 덕분에 각광받아 왔다.In addition, among the resistive types, a crack based strain sensor has been in the spotlight due to its high sensitivity.

하지만, 크랙 기반의 스트레인 센서는 나노 주기의 정렬된 크랙을 생성하기 어렵고, 이에 따라 민감도가 저하되는 문제점이 있었다.However, crack-based strain sensors have a problem in that it is difficult to generate nano-period aligned cracks, and thus sensitivity is lowered.

도 3 내지 7은 기존 크랙 기반의 스트레인 센서의 메커니즘과 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 크랙 기반의 스트레인 센서는 스트레인이 가해지면 크랙이 벌어지면서 저항이 증가하게 되며, 저항의 변화량을 이용하여 스트레인의 크기를 산출한다. 하지만, 도 3의 사진과 같이, 불균일하고 비정렬된 크랙은 민감도 저하를 유발할 수밖에 없다.3 to 7 are diagrams for explaining the mechanism and problems of the conventional crack-based strain sensor. As shown in FIG. 3 , in the crack-based strain sensor, when a strain is applied, the crack spreads and the resistance increases, and the magnitude of the strain is calculated using the amount of change in the resistance. However, as shown in the photo of FIG. 3 , non-uniform and misaligned cracks inevitably cause a decrease in sensitivity.

도 4에 도시된 바와 같이, 정렬되지 않은 크랙에 스트레인을 가하는 경우와 정렬된 크랙에 스트레인을 가하는 경우에는 동일한 스트레인을 가하더라도 측정되는 저항 변화량이 다를 수 있다. 정렬된 크랙에서 측정된 저항 변화량이 비정렬 크랙에서 측정된 저항 변화량보다 크며, 이는 정렬된 크랙에서 더 큰 민감도를 갖는다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 4 , when a strain is applied to an unaligned crack and when a strain is applied to an aligned crack, even if the same strain is applied, the measured resistance change amount may be different. The resistance change measured in aligned cracks is larger than the resistance change measured in unaligned cracks, which means that the aligned cracks have a greater sensitivity.

한편, 기존의 크랙 기반 스트레인 센서는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 플렉서블한 폴리머(PUA) 위에 백금(Pt) 필름을 이용하여 크랙을 형성했는데 이에 의해서도 정렬된 크랙을 형성하기가 쉽지 않았다. 나아가, 백금(Pt) 외에 다른 금속(예: Au)을 이용하면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 크랙의 모양이 더욱 난잡해져서 스트레인에 따른 저항 변화가 전혀 나타나지 않는다는 문제점이 존재했다.On the other hand, in the conventional crack-based strain sensor, cracks were formed using a platinum (Pt) film on a flexible polymer (PUA) as shown in FIG. . Furthermore, when a metal other than platinum (Pt) (eg, Au) is used, the shape of the crack becomes more messy as shown in FIG.

도 6은 격자 모양의 크랙이 형성된 스트레스 집중 구조(stress concentration structure)를 도시하는데, 이 경우에도 크랙이 완벽하게 정렬되지 않고, 크랙의 밀도가 낮기 때문에 높은 민감도를 기대할 수 없다. 이처럼, 크랙을 완벽하게 정렬시키기가 쉽지 않으며, 나아가 크랙의 밀도를 높이는 것 역시 현재 기술로는 기대하기 어렵다.6 shows a stress concentration structure in which lattice-shaped cracks are formed. Even in this case, cracks are not perfectly aligned, and high sensitivity cannot be expected because the crack density is low. As such, it is not easy to perfectly align cracks, and furthermore, it is difficult to expect an increase in the density of cracks with current technology.

한편, 플렉서블 기판 상에 크랙을 형성하기 위한 금속 코팅이 이루어지는데, 기판과 금속을 접착하는 접착력이 크랙 형성 유무에 중요한 변수가 된다. 도 7의 좌측과 같이, PDMS 상에 Au를 접착시키는 경우에는 접착력이 약해서 상관 없지만, 도 7의 우측과 같이 PUA 상에 Au를 접착시키는 경우에는 접착력이 강해서 크랙을 제작하기 위해 가해준 스트레스가 금속 박막에 집중되지 않고 유연 기판으로 완화되기 때문에 크랙의 정렬이 제대로 이루어지지 않는다. 즉, 스트레인의 변화에 의하여 저항이 변화하는 정렬된 크랙을 제작함에 있어서 금속 박막과 유연 기판 사이의 접착력이 큰 영향을 미치며, 접착력을 제어하려면 필름의 종류/성질, 기판의 종류/성질, 코팅 환경(온도, 습도 등) 등 고려해야 할 요소가 너무 많기 때문에, 기존 크랙 제작 방식은 한계를 가지며, 이를 개선하기 위한 연구개발이 필요한 실정이다. On the other hand, a metal coating for forming cracks is made on the flexible substrate, and the adhesive force for bonding the substrate and the metal becomes an important variable in determining whether or not cracks are formed. As shown on the left of FIG. 7, when bonding Au on PDMS, the adhesive force is weak, so it does not matter, but when bonding Au on PUA as in the right of FIG. The cracks are not properly aligned because they are not concentrated in the thin film and are relieved by the flexible substrate. In other words, the adhesive force between the metal thin film and the flexible substrate has a great effect in manufacturing aligned cracks whose resistance is changed by the change of strain. Because there are too many factors to be considered, such as (temperature, humidity, etc.), the existing crack manufacturing method has limitations, and R&D is required to improve it.

본 발명은 상술한 기술상의 요구를 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 크랙의 정렬도 및 밀도가 향상된 고민감도의 크랙 기반 스트레인 센서의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서를 제공함에 있다.The present invention has been devised in view of the technical needs described above, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly sensitive crack-based strain sensor with improved crack alignment and density, and a strain sensor manufactured using the same. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법은 복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공하는 기판 제공 단계; 상기 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착하는 제1 경사증착 단계; 및 상기 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착하는 제2 경사증착 단계;를 포함한다.A method for manufacturing a strain sensor according to the present invention for achieving the above object comprises: providing a substrate providing a substrate having a plurality of protrusions; a first inclined deposition step of depositing a deposition material having a first inclination angle with respect to the substrate; and a second inclined deposition step of depositing a deposition material having a second inclination angle with respect to the substrate.

그리고, 상기 기판에 대하여 수직 방향으로 증착물질을 증착하는 수직증착 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include a vertical deposition step of depositing the deposition material in a direction perpendicular to the substrate.

또한, 스트레스를 인가하여 상기 기판 상에 형성된 증착층에 크랙을 생성하는 스트레스 인가 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include a stress application step of generating cracks in the deposition layer formed on the substrate by applying stress.

그리고, 상기 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있다.In addition, the substrate may be a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other by a predetermined interval.

또한, 상기 크랙은 상기 복수의 직선형 돌출부 사이에 위치하는 직선형 골부를 따라 직선형으로 형성될 수 있다.In addition, the crack may be formed in a straight line along a straight valley positioned between the plurality of straight protrusions.

그리고, 상기 스트레스 인가 단계는 상기 기판을 벤딩(bending) 혹은 스트레칭(stretching)하여 상기 복수의 직선형 돌출부 사이를 멀어지게 함으로써, 직선형 크랙을 상기 증착층 상에 형성시킬 수 있다.In addition, in the step of applying the stress, a linear crack may be formed on the deposition layer by bending or stretching the substrate to space the plurality of linear protrusions apart.

또한, 상기 기판은 플렉서블 재료로 이루어질 수 있다.In addition, the substrate may be made of a flexible material.

그리고, 상기 기판 제공 단계는, Si 나노 그레이팅 기판 상에 플렉서블 재료층을 형성하는 단계; 및 상기 Si 나노 그레이팅 기판을 제거하여 그레이팅 패턴을 전사하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step of providing the substrate may include: forming a flexible material layer on the Si nano grating substrate; and transferring the grating pattern by removing the Si nano grating substrate.

또한, 상기 플렉서블 재료층 상에 베이스층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a base layer on the flexible material layer.

그리고, 상기 돌출부 사이의 골부에 침투하는 증착물질의 양은 상기 돌출부의 상면이나 상측면에 증착되는 증착물질의 양보다 적을 수 있다.In addition, the amount of the deposition material penetrating into the valleys between the protrusions may be less than the amount of the deposition material deposited on the upper surface or the upper surface of the protrusions.

또한, 상기 기판 상에 생성된 크랙의 크기는 상기 기판에서 상기 증착층의 상부로 갈수록 작아질 수 있다.In addition, the size of the crack generated on the substrate may decrease from the substrate toward the upper portion of the deposition layer.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트레인 센서는 상기 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.On the other hand, the strain sensor according to the present invention for achieving the above object may be manufactured by the strain sensor manufacturing method.

본 발명에 따른 스트레인 센서의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서에 의하면, 크랙의 정렬도 및 밀도를 매우 향상시킬 수 있기 때문에 민감도를 월등히 높일 수 있다. According to the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention and a strain sensor manufactured using the same, since the alignment and density of cracks can be greatly improved, the sensitivity can be significantly increased.

도 1은 스트레인 센서의 종류별 측정 원리를 도시한다.
도 2는 스트레인 센서의 종류별 게이지 팩터를 비교하는 그래프이다.
도 3은 크랙 기반 스트레인 센서의 동작을 설명하는 도면이다.
도 4는 크랙의 정렬도에 따른 민감도 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 크랙 기반 스트레인 센서가 갖는 코팅 재료 선택의 한계점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 크랙 기반 스트레인 센서의 크랙 밀도 및 비정렬 구조에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 접착되어 있는 기판과 전도성 물질에 대하여 스트레스 인가 방식을 이용한 종래 크랙 기반 스트레인 센서 제조의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조된 스트레인 센서의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 9a 내지 9d는 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 다양한 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 있어서 기판 상에 직선형으로 정렬된 크랙을 생성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 순서를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 스트레인 센서 상의 정렬된 크랙을 도시한다.
도 13a은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 크랙을 확대한 확대도이다.
도 13b는 본 발명에 따른 스트레인 센서의 증착층의 두께와 크랙의 폭을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법이 다양한 재료로 제작 가능함을 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 스트레인 센서에 대한 동작 여부를 확인하기 위한 실험이다.
도 16은 센서에 인가되는 스트레인 크기에 따른 저항 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 17은 반대 방향의 스트레인을 가한 경우의 측정 결과를 도시하는 그래프이다.
도 18은 종래 기술의 센서 대비 본 발명에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타내는 그래프이다.
도 19a는 본 발명에 따른 스트레인 센서를 통해 생체 신호를 측정하는 모습을 도시한다.
도 19b는 도 18b에서 측정된 생체신호 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 20는 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 또 다른 순서를 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 내구성 실험 결과이다.
1 shows a measurement principle for each type of strain sensor.
2 is a graph comparing gauge factors for each type of strain sensor.
3 is a view for explaining the operation of a crack-based strain sensor.
4 is a view for explaining a difference in sensitivity according to the alignment degree of cracks.
5 is a view for explaining the limitations of the coating material selection of the conventional crack-based strain sensor.
6 is a view for explaining a problem according to the crack density and misalignment structure of the conventional crack-based strain sensor.
7 is a view for explaining the problems of the conventional crack-based strain sensor manufacturing using a stress application method with respect to the bonded substrate and the conductive material.
8 is a schematic diagram for explaining the operation of the strain sensor manufactured by the strain sensor manufacturing method according to the present invention.
9A to 9D are flowcharts illustrating various embodiments of a method for manufacturing a strain sensor according to the present invention.
10 is a view for explaining the principle of generating cracks aligned in a straight line on a substrate in the strain sensor manufacturing method according to the present invention.
11 shows the sequence of the strain sensor manufacturing method according to the present invention.
12 shows aligned cracks on a strain sensor according to the present invention.
13A is an enlarged view of the crack of the strain sensor according to the present invention.
13B is a graph showing the thickness of the deposited layer of the strain sensor according to the present invention and the width of the crack.
14 shows that the strain sensor manufacturing method according to the present invention can be manufactured using various materials.
15 is an experiment for confirming whether the strain sensor according to the present invention operates.
16 is a graph illustrating a resistance change rate according to a strain applied to a sensor.
17 is a graph showing measurement results when strains in opposite directions are applied.
18 is a graph showing the sensitivity of the strain sensor according to the present invention compared to the sensor of the prior art.
19A shows a state in which a biosignal is measured through the strain sensor according to the present invention.
19B is a graph showing the measurement result of the biosignal measured in FIG. 18B.
20 shows another sequence of a method for manufacturing a strain sensor according to the present invention.
21 is a durability test result of the strain sensor according to the present invention.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which show specific embodiments in which the invention may be practiced. With respect to specific embodiments shown in the accompanying drawings, description is given in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. Embodiments other than the specific embodiment are different from, but need not be mutually exclusive of. In addition, it should be understood that the detailed description given below is not intended to be taken in a limiting sense.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The detailed description of a particular embodiment shown in the accompanying drawings is read in conjunction with the accompanying drawings, which are considered to be part of the entire description of the invention. References to directions or directions are for convenience of description only, and are not intended to limit the scope of the present invention in any way.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.Specifically, terms indicating a position such as "down, up, horizontal, vertical, upper, lower, upward, downward, upper, lower", or derivatives thereof (eg, "horizontally, downwardly, upwardly") etc.) should be understood with reference to both the drawings and related descriptions being described. In particular, these relative words are only for convenience of description.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조된 스트레인 센서의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. 8 is a schematic diagram for explaining the operation of the strain sensor manufactured by the strain sensor manufacturing method according to the present invention.

본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조된 스트레인 센서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 상에 일렬로 정렬된 크랙이 형성되어 있다. 평소 상태에서는 기준 저항(Rreleasing)이 측정되다가, 소정의 스트레스(압력 등)을 가해 양단을 구부리면 크랙이 벌어지면서, 저항 상승이 일어난다. 즉, 스트레인이 인가된 상태에서의 저항(Rbending)은 기준 저항(Rreleasing)보다는 크며, 저항의 변화값(Rbending-Rreleasing)의 크기에 따라, 인가된 스트레인의 크기를 산출할 수 있다.In the strain sensor manufactured by the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention, as shown in FIG. 8 , cracks arranged in a line are formed on the substrate. In the normal state, the reference resistance (R releasing ) is measured, and when a predetermined stress (pressure, etc.) is applied and both ends are bent, a crack opens and the resistance rises. That is, the resistance (R bending ) in a state in which the strain is applied is greater than the reference resistance (R releasing ), and according to the magnitude of the change value of the resistance (R bending -R releasing ), the magnitude of the applied strain can be calculated. .

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조된 스트레인 센서는 복수의 직선형 돌출부가 나란히 형성된, 즉, 소정 간격을 두고 병렬로 형성된 기판을 포함한다. 해당 기판은 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있다.As shown in FIG. 8, the strain sensor manufactured by the strain sensor manufacturing method according to the present invention includes a substrate in which a plurality of linear protrusions are formed side by side, that is, formed in parallel at a predetermined interval. The substrate may be a nanograting substrate.

기판에 형성된 복수의 직선형 돌출부 사이에는 직선형 골이 존재하며, 직선형 골이 벌어짐에 따라, 증착물질에 형성된 크랙이 벌어지게 된다. 증착물질에 형성된 크랙도, 본 발명에서 제안하는 제조 방식을 통하여 증착됨으로써 직선형 골을 따라 나란히 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 일직선상의 정렬된 크랙을 형성할 수 있게 된다.A straight trough exists between the plurality of straight protrusions formed on the substrate, and as the straight ribs are widened, cracks formed in the deposition material are widened. Cracks formed in the deposition material may also be formed side by side along a straight valley by being deposited through the manufacturing method proposed in the present invention. Accordingly, as shown in FIG. 8 , it is possible to form straight-line aligned cracks.

도 9a 내지 9d는 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 다양한 실시예를 나타내는 흐름도이다. 9A to 9D are flowcharts illustrating various embodiments of a method for manufacturing a strain sensor according to the present invention.

(제1 실시예)(Example 1)

도 9a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 제1 실시예는 먼저 복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공한다(S110). 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.As shown in FIG. 9A , in the first embodiment of the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention, a substrate provided with a plurality of protrusions is provided ( S110 ). As described above, the substrate may be a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other at predetermined intervals.

이후, 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S120). 제1 경사각은 0°에서 90°사이의 각도로, S120 단계는 기판을 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다. Thereafter, a deposition material is deposited at a first inclination angle with respect to the substrate (S120). The first inclination angle is an angle between 0° and 90°, and step S120 may be performed by spraying the deposition material obliquely to the substrate.

이후, 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S130). 제2 경사각은 90°에서 180°사이의 각도로, S130 단계는 기판을 S120 단계와 반대 방향에서 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다.Thereafter, a deposition material is deposited with a second inclination angle with respect to the substrate ( S130 ). The second inclination angle is an angle between 90° and 180°, and step S130 may be performed by spraying the deposition material obliquely on the substrate in a direction opposite to that of step S120.

달리 표현하면, 제1 경사각과 제2 경사각은 모두 0°에서 90°사이의 각도로, 기판이 놓인 면에 대하여 서로 반대 방향으로, 사선으로 연장되어 형성되는 각도를 의미할 수 있다. 위에서 설명한 제1 경사증착(S120) 및 제2 경사증착(S130)만으로 정렬된 크랙이 생성될 수 있다.In other words, both the first inclination angle and the second inclination angle are angles between 0° and 90°, and may refer to angles formed by extending diagonally in opposite directions with respect to the surface on which the substrate is placed. Aligned cracks may be generated only by the first gradient deposition ( S120 ) and the second gradient deposition ( S130 ) described above.

(제2 실시예)(Second embodiment)

도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 제2 실시예는 먼저 복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공한다(S210). 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.As shown in FIG. 9B , in the second embodiment of the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention, a substrate provided with a plurality of protrusions is provided ( S210 ). As described above, the substrate may be a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other at predetermined intervals.

이후, 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S220). 제1 경사각은 0°에서 90°사이의 각도로, S120 단계는 기판을 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다. Thereafter, a deposition material is deposited at a first inclination angle with respect to the substrate (S220). The first inclination angle is an angle between 0° and 90°, and step S120 may be performed by spraying the deposition material obliquely to the substrate.

이후, 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S230). 제2 경사각은 90°에서 180°사이의 각도로, S230 단계는 기판을 S220 단계와 반대 방향에서 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다.Thereafter, a deposition material is deposited at a second inclination angle with respect to the substrate ( S230 ). The second inclination angle is an angle between 90° and 180°, and step S230 may be performed by spraying the deposition material obliquely on the substrate in a direction opposite to that of step S220.

마지막으로, 스트레스를 인가하는 단계가 수행된다(S240). 구체적으로, 기판의 양측을 벤딩(bending) 혹은 스트레칭(stretching)시켜, 기판 상에 형성된 증착층에 크랙을 생성한다(S240). S240 단계는 기판(플렉서블 기판)을 벤딩(bending)하여 복수의 직선형 돌출부 사이를 멀어지게 함으로써, 증착층 상에 직선형 크랙을 형성시킨다. 결과적으로, 크랙은 복수의 직선형 돌출부 사이에 위치하는 직선형 골부의 라인을 따라 직선형으로 형성된다. S240 단계는 제1 경사증착(S220) 및 제2 경사증착(S230)에 의하여 기판 상에 온전한 크랙이 생기지 않고, 전체를 뒤덮는 필름층이 생성된 경우에 수행될 수 있다. S240 단계에 의하여 필름층에 직선형 크랙을 생성시킬 수 있게 된다.Finally, the step of applying the stress is performed (S240). Specifically, by bending or stretching both sides of the substrate, cracks are generated in the deposition layer formed on the substrate (S240). In step S240, a linear crack is formed on the deposition layer by bending the substrate (flexible substrate) to separate the plurality of linear protrusions. As a result, cracks are formed in a straight line along the line of the straight valleys positioned between the plurality of straight projections. Step S240 may be performed when a film layer covering the entirety of the film is generated without a complete crack on the substrate by the first gradient deposition ( S220 ) and the second gradient deposition ( S230 ). By step S240, it is possible to generate a linear crack in the film layer.

(제3 실시예)(Example 3)

본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 제3 실시예는 먼저 복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공한다(S310). 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.A third embodiment of the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention first provides a substrate provided with a plurality of protrusions (S310). As described above, the substrate may be a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other at predetermined intervals.

이후, 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S320). 제1 경사각은 0°에서 90°사이의 각도로, S120 단계는 기판을 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다. Thereafter, a deposition material is deposited with a first inclination angle with respect to the substrate ( S320 ). The first inclination angle is an angle between 0° and 90°, and step S120 may be performed by spraying the deposition material obliquely to the substrate.

이후, 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S330). 제2 경사각은 90°에서 180°사이의 각도로, S330 단계는 기판을 S320 단계와 반대 방향에서 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다.Thereafter, a deposition material is deposited with a second inclination angle with respect to the substrate (S330). The second inclination angle is an angle between 90° and 180°, and step S330 may be performed by spraying the deposition material obliquely on the substrate in a direction opposite to that of step S320.

S320 단계의 제1 경사증착과 S330 단계의 제2 경사증착이 완료된 후, 기판에 대하여 수직 방향으로 증착물질을 증착하는 수직증착 단계가 수행된다(S340).After the first gradient deposition in step S320 and the second gradient deposition in step S330 are completed, a vertical deposition step of depositing the deposition material in a vertical direction with respect to the substrate is performed (S340).

제1 경사증착(S320)과 제2 경사증착(S330)을 통해 나노갭이 제작될 수 있지만, 수직증착(S340)을 통해서 섬세하게 정렬된 크랙의 획득, 두께 조절이 가능하다. Although the nanogap can be manufactured through the first gradient deposition ( S320 ) and the second gradient deposition ( S330 ), it is possible to obtain finely aligned cracks and control the thickness through the vertical deposition ( S340 ).

(제4 실시예)(Example 4)

본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 제4 실시예는 먼저 복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공한다(S410). 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.A fourth embodiment of the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention first provides a substrate having a plurality of protrusions (S410). As described above, the substrate may be a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other at predetermined intervals.

이후, 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S420). 제1 경사각은 0°에서 90°사이의 각도로, S420 단계는 기판을 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다. Thereafter, a deposition material is deposited at a first inclination angle with respect to the substrate (S420). The first inclination angle is an angle between 0° and 90°, and step S420 may be performed by spraying the deposition material obliquely to the substrate.

이후, 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착한다(S430). 제2 경사각은 90°에서 180°사이의 각도로, S430 단계는 기판을 S420 단계와 반대 방향에서 사선으로 증착물질을 분사하는 것으로 수행될 수 있다.Thereafter, a deposition material is deposited at a second inclination angle with respect to the substrate (S430). The second inclination angle is an angle between 90° and 180°, and step S430 may be performed by spraying the deposition material obliquely on the substrate in a direction opposite to that of step S420.

S420 단계의 제1 경사증착과 S430 단계의 제2 경사증착이 완료된 후, 기판에 대하여 수직 방향으로 증착물질을 증착하는 수직증착 단계가 수행된다(S440).After the first gradient deposition in step S420 and the second gradient deposition in step S430 are completed, a vertical deposition step of depositing the deposition material in a vertical direction with respect to the substrate is performed (S440).

제1 경사증착(S420), 제2 경사증착(S430) 및 수직증착(미도시)가 이루어지면 기판상에 크랙이 생기지 않고, 기판의 표면을 완전히 덮는 필름층이 형성될 수 있다. 이 경우에는, 기판에 대하여 스트레스를 인가하여 크랙을 생성하는 단계(S450)를 더 포함할 수 있다. 즉, 기판(플렉서블 기판)을 벤딩(bending) 혹은 스트레칭시켜, 스트레스가 집중된 복수의 직선형 돌출부 사이를 멀어지게 함으로써, 제1 경사증착(S420), 제2 경사증착(S430) 및 수직증착(미도시)에 의하여 형성된 필름층에 크랙을 형성시킨다. 물론, 크랙은 직선형 돌출부 사이에 위치하는 직선형 골부 라인을 따라 정렬된 직선형으로 형성된다.When the first inclined deposition (S420), the second inclined deposition (S430), and the vertical deposition (not shown) are performed, cracks do not occur on the substrate and a film layer completely covering the surface of the substrate can be formed. In this case, the method may further include generating cracks by applying stress to the substrate ( S450 ). That is, by bending or stretching the substrate (flexible substrate) to make a distance between the plurality of linear protrusions where stress is concentrated, the first inclined deposition (S420), the second inclined deposition (S430) and the vertical deposition (not shown) ) to form cracks in the film layer formed by Of course, the cracks are formed in a straight line aligned along the straight valley lines located between the straight projections.

도 10은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 있어서 기판 상에 직선형으로 정렬된 크랙을 생성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 기판 상에 형성된 복수의 직선형 돌출부의 폭은 150nm 정도의 나노 크기일 수 있다. 이에 의하여 정의되는 복수의 직선형 골부의 폭도 직선형 돌출부의 폭과 유사한 크기일 수 있고, 실시예에 따라서는 그보다 더 크거나 작을 수 있다.10 is a view for explaining the principle of generating cracks aligned in a straight line on a substrate in the strain sensor manufacturing method according to the present invention. As shown in FIG. 10 , the width of the plurality of linear protrusions formed on the substrate may be about 150 nm in nano size. The width of the plurality of straight valleys defined by this may also have a size similar to the width of the straight protrusion, and may be larger or smaller than the width according to an embodiment.

직선형 돌출부와 같이 매우 작은 폭을 가진 돌출부에 대하여 증착을 수행하게 되면, 애터믹 쉐도잉 이펙트(atomic shadowing effect)가 일어난다. 이는 증착된 부분들 사이에 증착물질이 새롭게 끼어들지 않는 물리적 현상으로, 원래 돌출되었던 영역(polycrystalline island)에만 증착물질이 집중적으로 증착되면서, 도 10에서 빗금친 쉐도잉 영역(shadowing areas)을 형성하는 것을 알 수 있다. 이때, 돌출부 사이의 골부에 침투하는 증착물질의 양은 돌출부의 상면이나 상측면에 증착되는 증착물질의 양보다 적어진다.When deposition is performed on a protrusion having a very small width, such as a straight protrusion, an atomic shadowing effect occurs. This is a physical phenomenon in which the deposition material is not newly interposed between the deposited parts, and the deposition material is intensively deposited only on the originally protruding area (polycrystalline island), forming shadowing areas hatched in FIG. it can be seen that In this case, the amount of the deposition material penetrating into the valleys between the protrusions is less than the amount of the deposition material deposited on the upper surface or the upper surface of the protrusions.

본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법은 복수의 경사증착 공정, 추가적 수직증착 공정, 스트레인 인가 공정의 적절한 조합을 통하여 정렬된 크랙을 생성한다. 즉, 기판 상의 직선형 돌출부의 선단 주변에만 증착이 이루어지게 함으로써, 복수의 직선형 골부 상에 정렬된 크랙을 형성할 수 있게 된다.The method for manufacturing a strain sensor according to the present invention generates aligned cracks through an appropriate combination of a plurality of gradient deposition processes, additional vertical deposition processes, and strain application processes. That is, by depositing only around the tip of the straight protrusion on the substrate, it is possible to form aligned cracks on the plurality of straight valleys.

한편, 위에서는 직선형 돌출부를 갖는 기판을 이용하기 때문에, 그 골부 상에 정렬된 직선형 크랙을 획득하는 것으로 설명되었다. 같은 원리로, 특정 패턴(지그재그, 곡선 등)의 돌출부를 갖는 기판을 이용할 수도 있고, 특정 패턴의 기판에 대하여 위와 같은 방식으로 크랙을 생성하면, 크랙의 패턴도 기판의 패턴(더욱 상세하게는, 기판에 형성된 돌출부 사이의 골부 패턴)을 취할 수 있다. 즉, 본 발명은 정렬된 크랙을 형성하기 위한 발명으로, 그 패턴은 반드시 직선형에 한정되지 않는다.On the other hand, in the above, since a substrate having a straight protrusion is used, it has been described to obtain a straight crack aligned on the valley part. In the same principle, a substrate having protrusions of a specific pattern (zigzag, curved line, etc.) may be used, and if cracks are generated in the same way as above for a substrate of a specific pattern, the pattern of cracks is also the pattern of the substrate (more specifically, a pattern of valleys between protrusions formed on the substrate). That is, the present invention is an invention for forming aligned cracks, and the pattern is not necessarily limited to a straight line.

도 11은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 순서를 도시한다. 먼저, 도 11의 (a) 내지 (c)는 도 9의 기판 제공 단계(S110)에 해당한다. 11 shows the sequence of the strain sensor manufacturing method according to the present invention. First, (a) to (c) of FIG. 11 corresponds to the step of providing the substrate ( S110 ) of FIG. 9 .

먼저, 리지드한 Si 나노그레이팅 기판을 준비한다. Si 나노그레이팅 기판의 돌출부의 폭은 150nm로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.First, a rigid Si nanograting substrate is prepared. Although the width of the protrusion of the Si nanograting substrate is shown to be 150 nm, it is not necessarily limited thereto.

Si 나노그레이팅 기판 상에 플렉서블한 소재로 패턴을 전사한다. 도 11에서는 PET 위에 PUA가 적층된 플렉서블 소재가 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 플렉서블 소재를 Si 나노그레이팅 기판에 찍어내면, 도 11의 (c)와 같은 플렉서블한 기판이 형성된다. 도 11의 (a)에서 준비된 기판의 돌출부 폭이 150nm였으므로, 도 11의 (c)에서 생성된 플렉서블 기판의 골부의 폭은 150nm일 수 있다. 즉, 도 11의 (a)에서 준비된 기판의 돌출부 폭을 달리함으로써 플렉서블 기판의 골부의 폭을 달리할 수 있게 된다.The pattern is transferred to a flexible material on the Si nanograting substrate. 11 illustrates a flexible material in which PUA is laminated on PET, but is not limited thereto. When the flexible material is printed on the Si nanograting substrate, a flexible substrate as shown in FIG. 11C is formed. Since the width of the protrusion of the substrate prepared in (a) of FIG. 11 was 150 nm, the width of the trough of the flexible substrate generated in (c) of FIG. 11 may be 150 nm. That is, by varying the width of the protrusion of the substrate prepared in (a) of FIG. 11 , it is possible to change the width of the valley of the flexible substrate.

즉, 기판을 제공하는 단계는, Si 나노 그레이팅 기판 상에 플렉서블 재료층을 형성하는 단계와 상기 Si 나노 그레이팅 기판을 제거하여 그레이팅 패턴을 전사하는 단계로 이루어진다. 다만, 상기 단계 사이에 플렉서블 재료층 상에 베이스층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.That is, the step of providing the substrate includes forming a flexible material layer on the Si nano grating substrate and transferring the grating pattern by removing the Si nano grating substrate. However, the method may further include forming a base layer on the flexible material layer between the steps.

이후, 도 11의 (d)와 같이 제1 경사증착을 수행한다. 제1 경사증착은 도 9의 S120 단계의 경사증착에 대응한다. 증착 단계는 플렉서블 기판의 돌출부의 일 측 또는 타 측, 중 어느 하나 이상의 입사 방향으로 소정 각도 경사지게 증착물질을 분사하여 증착하는 단계이다.Thereafter, the first gradient deposition is performed as shown in FIG. 11(d). The first gradient deposition corresponds to the gradient deposition in step S120 of FIG. 9 . The deposition step is a step of depositing a deposition material by spraying the deposition material at a predetermined angle in an incident direction of one or the other side of the protrusion of the flexible substrate.

상기 증착은 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리적 기상 증착)에 의하여 이루어질 수 있다. PVD는 물질에 가해진 에너지가 운동에너지로 변하여 물질이 이동 가능하게 되어 기판으로 쌓이도록 하는 증착법으로, 이때 증기를 어떻게 만드느냐에 따라 크게 열증발 진공증착(Thermal evaporation Deposition), 전자빔 증착, 스퍼터링(Sputtering) 증착 등으로 나눌 수 있다.The deposition may be performed by PVD (Physical Vapor Deposition). PVD is a deposition method that converts energy applied to a material into kinetic energy so that the material becomes movable and accumulates on a substrate. It can be divided into deposition and the like.

각 증착 방식에 대해 간략히 설명하면, 열증발 진공 증착은 진공 상태에서 물질원에 높은 열을 가해 기화시킴으로써 비교적 낮은 온도의 기판에 박막을 형성하는 방법이다. 전자빔 증착은 필라멘트에 전류를 공급하여 나오는 전자빔을 마그넷에 의한 자기장으로 유도하여 증착재료에 전자 충돌을 집중시키고 전자 충돌에 의한 가열로 증착재료가 증발되면 기판에 박막을 형성하는 방법이다. 스퍼터링 증착이란 이온화된 원자가 가속화 되어 물질에 충돌할 때 물질 표면의 결합 에너지보다 충돌 에너지가 클 경우 표면으로부터 원자가 나오는 스퍼터링 현상을 이용하여 진공상태에서 이온화된 입자를 물질원에 충돌시켜 튀어나온 원자를 기판에 증착시켜 박막을 형성하는 방법이다. 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 이용되는 증착은 어느 특정 방식에 한정되지 않는다.Briefly describing each deposition method, thermal evaporation vacuum deposition is a method of forming a thin film on a substrate at a relatively low temperature by vaporizing it by applying high heat to a material source in a vacuum state. Electron beam deposition is a method of forming a thin film on a substrate by supplying electric current to a filament and inducing the emitted electron beam into a magnetic field by a magnet to focus electron collision on the deposition material. In sputtering deposition, when ionized atoms are accelerated and collide with a material, when the collision energy is greater than the binding energy of the material surface, atoms are ejected from the surface using sputtering. It is a method of forming a thin film by depositing on The deposition used in the method for manufacturing the strain sensor according to the present invention is not limited to any specific method.

제1 경사증착이 수행되면, 도 11의 (d)와 같이 돌출부의 상부면의 우측 방향(경사진 증착(분사) 방향에 가까운 면)에 증착이 좀 더 치우치는 것을 알 수 있다. When the first inclined deposition is performed, it can be seen that the deposition is more biased in the right direction (a surface close to the inclined deposition (spray) direction) of the upper surface of the protrusion as shown in FIG. 11(d).

도 11의 (e)와 같이, 제2 경사증착을 수행한다. 제2 경사증착은 도 S130 단계의 경사증착에 대응한다. 제2 경사증착 역시 위에서 설명한 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리적 기상 증착)에 의하여 이루어질 수 있다. 제2 경사증착은 제1 경사증착에서의 분사방향과 반대 방향으로 증착물질이 분사된다. As shown in (e) of Figure 11, a second gradient deposition is performed. The second gradient deposition corresponds to the gradient deposition in step S130 of FIG. The second gradient deposition may also be performed by PVD (Physical Vapor Deposition) described above. In the second gradient deposition, the deposition material is sprayed in a direction opposite to the spraying direction in the first gradient deposition.

제2 경사증착이 이루어지면, 이번에는 도 11의 (e)와 같이 돌출부의 상부면의 좌측 방향(경사진 증착(분사) 방향에 가까운 면)에 증착이 좀 더 치우치는 것을 알 수 있다.When the second inclined deposition is performed, it can be seen that this time, the deposition is more biased toward the left side of the upper surface of the protrusion (a surface close to the inclined deposition (spraying) direction), as shown in FIG. 11E .

마지막으로, 도 11의 (f)와 같이 수직증착이 이루어진다. 수직증착은 기판에 대하여 수직인 방향으로 증착물질이 분사되어 이루어지며, 제1 경사증착에 의한 제1 증착층, 그 위에 쌓인 제2 증착층 위에 제3 증착층을 형성한다. 이에 의해, 직선형 골부 라인을 따라 일직선상의 크랙이 일정한 간격으로 형성될 수 있게 된다.Finally, vertical deposition is performed as shown in FIG. 11(f). The vertical deposition is performed by spraying a deposition material in a direction perpendicular to the substrate, and a third deposition layer is formed on the first deposition layer by the first gradient deposition and the second deposition layer stacked thereon. Accordingly, it is possible to form straight cracks at regular intervals along the straight valley line.

도 12는 본 발명에 따른 스트레인 센서 상의 정렬된 크랙을 도시한다. 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 스트레인 센서를 상부에서 바라보면, 일렬로 정렬된 크랙이 형성된 것을 볼 수 있다. 12 shows aligned cracks on a strain sensor according to the present invention. As shown in (a) of FIG. 12 , when the strain sensor is viewed from the top, it can be seen that cracks arranged in a line are formed.

한편, 도 12의 (b)와 같이, 제1 경사증착/제2 경사증착에 의해 형성된 제1/제2 증착층과 그 위에 수직증착에 의해 형성된 제3 증착층을 확인할 수 있고, 직선형 골부 라인을 따라서 섬세한 크랙이 형성된 것을 알 수 있다. Meanwhile, as shown in (b) of FIG. 12 , the first/second deposition layer formed by the first gradient deposition/second gradient deposition and the third deposition layer formed by the vertical deposition thereon can be confirmed, and a straight valley line It can be seen that delicate cracks are formed along the

도 13a은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 크랙을 확대한 확대도이다. 플렉서블 기판의 골부의 폭이 대략 150nm인 경우, 제1/제2 경사증착에 의해서 형성된 제1/제2 증착층에는 45nm 정도의 크랙이 생겼고, 수직 증착에 의해서 형성된 제3 증착층에는 대략 4.5nm의 크랙이 형성됐다. 즉, 증착층 상에 형성된 크랙의 크기는 하부에서 상부로 갈수록 점점 작아졌다. 13A is an enlarged view of the crack of the strain sensor according to the present invention. When the width of the valley portion of the flexible substrate is approximately 150 nm, cracks of about 45 nm occurred in the first/second deposition layer formed by the first/second gradient deposition, and approximately 4.5 nm in the third deposition layer formed by vertical deposition. of cracks were formed. That is, the size of the crack formed on the deposition layer gradually decreased from the bottom to the top.

도 13b는 증착층의 두께와 크랙의 폭을 나타내는 그래프이다. 복수의 증착을 거치면서 증착층의 두께가 커질수록 크랙의 폭은 점점 작아지는 경향을 보인다. 이를 이용하면 10nm 이하의 크랙도 충분히 형성할 수 있음을 확인할 수 있었다. 13B is a graph showing the thickness of the deposition layer and the width of the crack. As the thickness of the deposition layer increases through a plurality of depositions, the crack width tends to decrease. Using this, it was confirmed that cracks of 10 nm or less can be sufficiently formed.

도 14는 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법에 이용되는 다양한 재료를 도시한다. 도 5에서 설명한 바와 같이, 종래 크랙 기반 스트레인 센서는 코팅 재료에 의존되는 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명은 크랙의 형성 과정이 유연 기판과 전도성 필름의 접착력에 영향을 받지 않거나, 적게 받기 때문에, Pt, ITO, Cu 등의 다양한 재료를 이용할 수도 있다. 특히, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 경사증착의 증착물질과 제2 경사증착의 증착물질을 다르게 할 수도 있다. 어떠한 재료를 채용한 경우에도 균일하게 정렬된 일직선상의 크랙을 확인할 수 있었다. 14 shows various materials used in a method for manufacturing a strain sensor according to the present invention. As described in FIG. 5, the conventional crack-based strain sensor has a problem of being dependent on the coating material. However, in the present invention, since the crack formation process is not affected or less affected by the adhesive force between the flexible substrate and the conductive film, various materials such as Pt, ITO, and Cu may be used. In particular, as shown in FIG. 14A , the deposition material of the first gradient deposition and the deposition material of the second gradient deposition may be different. Even when any material was employed, it was possible to confirm the uniformly aligned straight-line cracks.

도 15는 본 발명에 따른 스트레인 센서에 대한 동작 여부를 확인하기 위한 실험이다. 정렬된 크랙을 갖는 스트레인 센서 양단에 전극을 설치하고, 스트레인을 주기적으로 인가한 경우, 스트레인 인가 상태와 릴리즈 상태에서 저항 변화가 극변하는 것을 확인할 수 있었다.15 is an experiment for confirming whether the strain sensor according to the present invention operates. When electrodes were installed at both ends of the strain sensor with aligned cracks and strain was applied periodically, it was confirmed that the resistance change was dramatically changed in the strain applied state and the released state.

도 16은 스트레인의 크기에 따른 저항 변화율을 나타내는 그래프이다. 스트레인의 크기와 저항 변화율은 서로 비례하는 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 본 발명에 따른 스트레인 센서가 센서로서 충분히 동작할 수 있음을 알 수 있다.16 is a graph showing the resistance change rate according to the magnitude of the strain. It was confirmed that the magnitude of the strain and the resistance change rate are proportional to each other, and accordingly, it can be seen that the strain sensor according to the present invention can sufficiently operate as a sensor.

도 17은 반대 방향의 스트레인을 가한 경우의 측정 결과를 도시하는 그래프이다. 위에서는, 스트레인 센서를 양측에서 구부려 크랙을 벌어지는 기전을 이용했다면, 도 17에서는 스트레인 센서를 반대방향으로 구부려 크랙을 좁아지게 하는 기전을 이용한다. 17 is a graph showing measurement results when strains in opposite directions are applied. In the above, if a mechanism for cracking cracks by bending the strain sensor from both sides was used, in FIG. 17, a mechanism for narrowing cracks by bending the strain sensor in the opposite direction is used.

이 경우에도, 도 17에 도시된 바와 같이, 압압력을 가할때마다 저항이 줄어는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 스트레인 센서는 어느 방향으로 스트레인을 인가하더라도 민감도 높게 스트레인의 크기를 감지할 수 있음을 확인할 수 있었다.Even in this case, as shown in FIG. 17 , it was confirmed that the resistance decreased whenever a pressing force was applied. That is, it was confirmed that the strain sensor according to the present invention can detect the magnitude of the strain with high sensitivity no matter which direction the strain is applied.

도 18은 종래 기술의 센서 대비 본 발명에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타내는 그래프이다. 도 18의 (a)와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 센서에서는 매우 낮은 스트레인 0.3(%)에 대한 저항 변화율(ΔR/R0)은 대략 200% 전후로 측정된다. 도 18의 (b)와 같이, 종래의 [1] 내지 [5]의 스트레인 센서와 비교하면, 매우 낮은 스트레인에 대해서도 높은 민감도를 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 18 is a graph showing the sensitivity of the strain sensor according to the present invention compared to the sensor of the prior art. As shown in (a) of FIG. 18 , in the strain sensor according to the present invention, the resistance change rate (ΔR/R 0 ) with respect to a very low strain of 0.3 (%) is measured around 200%. As shown in (b) of FIG. 18 , compared with the conventional strain sensors of [1] to [5], it was confirmed that they had high sensitivity even to very low strains.

도 19a는 본 발명에 따른 스트레인 센서를 통해 생체 신호를 측정하는 모습을 도시하며, 도 18b는 생체 신호 측정 결과를 나타내는 그래프이다.19A is a diagram illustrating a state in which a biosignal is measured through a strain sensor according to the present invention, and FIG. 18B is a graph illustrating a result of measuring a biosignal.

도 19a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 센서를 사람 목에 부착하고, 전극을 연결하여 신호를 측정하면, 도 19b에 도시된 바와 같은 저항 변화를 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 19A , when the strain sensor according to the present invention is attached to a person's neck and an electrode is connected to measure a signal, a change in resistance as shown in FIG. 19B could be confirmed.

도 19b의 상부 그래프는 운동 전의 측정 결과(저항 변화)이고, 도 19b의 하부 그래프는 운동 후의 측정 결과(저항 변화)이다. 이를 비교하면, 맥박의 주기와 함께 세기까지 측정할 수 있음이 확인되었다.The upper graph of FIG. 19B is the measurement result (resistance change) before exercise, and the lower graph of FIG. 19B is the measurement result (resistance change) after exercise. Comparing this, it was confirmed that it was possible to measure up to the intensity along with the period of the pulse.

도 20은 본 발명에 따른 스트레인 센서 제조방법의 또 다른 순서를 도시한다. 위에서 설명한 도 9a 내지 9d의 기판 제공 단계에 대응하는 과정은 생략하고 설명하기로 한다. 20 shows another sequence of the strain sensor manufacturing method according to the present invention. A process corresponding to the step of providing the substrate of FIGS. 9A to 9D described above will be omitted and described.

먼저, 플렉서블한 나노그레이팅 기판을 준비한 뒤(도 20의 (a)), 제1 경사증착을 수행한다(도 20의 (b)). 제1 경사증착은 도 9a 내지 9d의 제1 경사증착(S120,S220,S320,S420)에 대응한다. 증착 단계는 플렉서블 기판의 돌출부의 일 측 또는 타 측, 중 어느 하나 이상의 입사 방향으로 소정 각도 경사지게 증착물질을 분사하여 증착하는 단계이다.First, after preparing a flexible nano-grating substrate (FIG. 20 (a)), a first gradient deposition is performed (FIG. 20 (b)). The first gradient deposition corresponds to the first gradient deposition ( S120 , S220 , S320 , and S420 ) of FIGS. 9A to 9D . The deposition step is a step of depositing a deposition material by spraying the deposition material at a predetermined angle in an incident direction of one or the other side of the protrusion of the flexible substrate.

상기 증착은 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리적 기상 증착)에 의하여 이루어질 수 있다. PVD는 물질에 가해진 에너지가 운동에너지로 변하여 물질이 이동 가능하게 되어 기판으로 쌓이도록 하는 증착법으로, 이때 증기를 어떻게 만드느냐에 따라 크게 열증발 진공증착(Thermal evaporation Deposition), 전자빔 증착, 스퍼터링(Sputtering) 증착으로 나눌 수 있고, 본 발명에 따른 제조방법은 어떠한 증착 방식을 채용해도 무방하고, 경우에 따라서는, 여기에 설명된 것 외의 다른 방식을 이용하여 증착을 수행해도 좋다. 제1 경사증착이 수행되면, 돌출부의 상부면의 우측 방향(경사진 증착(분사) 방향에 가까운 면)에 증착이 좀 더 치우치는 것을 알 수 있다. The deposition may be performed by PVD (Physical Vapor Deposition). PVD is a deposition method that converts energy applied to a material into kinetic energy so that the material becomes movable and accumulates on a substrate. It can be divided into vapor deposition, and any vapor deposition method may be employed for the manufacturing method according to the present invention, and in some cases, vapor deposition may be performed using a method other than those described herein. When the first inclined deposition is performed, it can be seen that the deposition is more biased toward the right side of the upper surface of the protrusion (a surface close to the inclined deposition (spraying) direction).

이후, 제2 경사증착을 수행한다(도 20의 (c)). 제2 경사증착은 도 9a 내지 9d의 제2 경사증착(S130,S230,S330,S430) 단계의 경사증착에 대응한다. 제2 경사증착 역시 위에서 설명한 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리적 기상 증착)에 의하여 이루어질 수 있다. 제2 경사증착은 제1 경사증착에서의 분사방향과 반대 방향으로 증착물질이 분사된다. 제2 경사증착이 이루어지면, 이번에는 돌출부의 상부면의 좌측 방향(경사진 증착(분사) 방향에 가까운 면)에 증착이 좀 더 치우치는 것을 알 수 있다.Thereafter, a second gradient deposition is performed (FIG. 20(c)). The second gradient deposition corresponds to the gradient deposition in the second gradient deposition steps S130, S230, S330, and S430 of FIGS. 9A to 9D . The second gradient deposition may also be performed by PVD (Physical Vapor Deposition) described above. In the second gradient deposition, the deposition material is sprayed in a direction opposite to the spraying direction in the first gradient deposition. When the second inclined deposition is performed, it can be seen that this time, deposition is more biased toward the left side of the upper surface of the protrusion (a surface close to the inclined deposition (spraying) direction).

다음으로, 수직증착이 이루어진다(도 20의 (d)). 수직증착은 도 9c 및 9d의 수직증착(S340,S440)에 대응한다. 즉, 기판에 대하여 수직인 방향으로 증착물질이 분사되어 이루어지며, 제1 경사증착에 의한 제1 증착층, 그 위에 쌓인 제2 증착층 위에 제3 증착층을 형성한다.Next, vertical deposition is performed (FIG. 20(d)). The vertical deposition corresponds to the vertical deposition (S340 and S440) of FIGS. 9C and 9D. That is, the deposition material is sprayed in a direction perpendicular to the substrate, and a third deposition layer is formed on the first deposition layer by the first gradient deposition and the second deposition layer stacked thereon.

이때, 수직증착에 의해서 제3 증착층에 크랙이 형성되지 않는 경우에는, 도 20의 (e)와 같이 기판의 양단에 스트레스를 인가하여 증착층을 찢어내는 방식으로, 크랙을 형성한다. 골부 라인 상에 형성된 증착층은, 위에서 설명한 애터믹 쉐도잉 이펙트에 의해 매우 얇은 증착층이 형성되어 있다. 따라서, 플렉서블한 기판의 양단을 구부리게 되면, 직선형 돌출부의 사이가 벌어지면서, 골부 라인 상의 증착층 연결이 파괴되어 골부 라인을 따라 크랙이 형성된다. 이에 따라, 소정 폭의 크랙이 형성된 스트레인 센서를 획득할 수 있게 된다.At this time, if cracks are not formed in the third deposition layer by vertical deposition, cracks are formed by applying stress to both ends of the substrate and tearing the deposition layer as shown in FIG. 20E . As for the deposition layer formed on the valley line, a very thin deposition layer is formed by the above-described atomic shadowing effect. Accordingly, when both ends of the flexible substrate are bent, the straight protrusions are widened, and the connection of the deposition layer on the valley line is broken, and cracks are formed along the valley line. Accordingly, it is possible to obtain a strain sensor in which a crack of a predetermined width is formed.

도 21은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 내구성 실험 결과이다. 스트레인 센서를 0.26%의 스트레인을 인가했다가 릴리즈했다 하는 동작을 대략 20,000회 가량 반복 실시했다. 그 결과, 동작이 지속적으로 이루어짐에도 불구하고 결과값(저항 변화율)은 큰 차이 없이 일정한 패턴을 보였다. 이는 두 차례의 경사증착과 한 차례의 수직증착에 의해 형성된 크랙을 이용한 센서의 내구성이 매우 높음을 입증하는 것이고, 다양한 제품에 바로 적용될 수 있음을 시사하는 것이다.21 is a durability test result of the strain sensor according to the present invention. The motion of applying 0.26% of strain to the strain sensor and releasing it was repeated approximately 20,000 times. As a result, despite the continuous operation, the result value (resistance change rate) showed a constant pattern with no significant difference. This proves that the durability of the sensor using cracks formed by two times of gradient deposition and one round of vertical deposition is very high, and suggests that it can be directly applied to various products.

본 발명에 따른 스트레인 센서의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 스트레인 센서에 의하면, 크랙의 정렬도 및 밀도를 매우 향상시킬 수 있기 때문에 민감도를 월등히 높일 수 있다. 아울러, 도 21에서 입증된 바와 같이, 스트레인 센서의 내구성까지 확보할 수 있기 때문에, 다양한 제품에 적용될 수 있을 것이다.According to the method for manufacturing a strain sensor according to the present invention and a strain sensor manufactured using the same, since the alignment and density of cracks can be greatly improved, the sensitivity can be significantly increased. In addition, as demonstrated in FIG. 21 , since durability of the strain sensor can be secured, it may be applied to various products.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an illustration and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in the range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

100: 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)
Rreleasing: 스크레인이 인가되지 않는 경우의 저항
Rbending: 스트레인이 인가된 경우의 저항
100: nanograting substrate (nanograting substrate)
R releasing : resistance when no crane is applied
R bending : resistance when strain is applied

Claims (12)

복수의 돌출부가 구비된 기판을 제공하는 기판 제공 단계;
상기 기판에 대하여 제1 경사각을 갖고 증착물질을 증착하는 제1 경사증착 단계; 및
상기 기판에 대하여 제2 경사각을 갖고 증착물질을 증착하는 제2 경사증착 단계;를 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
A substrate providing step of providing a substrate provided with a plurality of protrusions;
a first inclined deposition step of depositing a deposition material having a first inclination angle with respect to the substrate; and
and a second inclined deposition step of depositing a deposition material having a second inclination angle with respect to the substrate.
제1항에 있어서,
상기 기판에 대하여 수직 방향으로 증착물질을 증착하는 수직증착 단계;를 더 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a strain sensor further comprising a vertical deposition step of depositing a deposition material in a direction perpendicular to the substrate.
제1항 또는 제2항에 있어서,
스트레스를 인가하여 상기 기판 상에 형성된 증착층에 크랙을 생성하는 스트레스 인가 단계;를 더 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
3. The method of claim 1 or 2,
The method of manufacturing a strain sensor further comprising a stress applying step of applying stress to generate cracks in the deposition layer formed on the substrate.
제3항에 있어서,
상기 기판은 복수의 직선형 돌출부가 소정 간격을 두고 이격된 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)인 스트레인 센서 제조방법.
4. The method of claim 3,
The method for manufacturing a strain sensor, wherein the substrate is a nanograting substrate in which a plurality of linear protrusions are spaced apart from each other at predetermined intervals.
제4항에 있어서,
상기 크랙은 상기 복수의 직선형 돌출부 사이에 위치하는 직선형 골부를 따라 직선형으로 형성되는 스트레인 센서 제조방법.
5. The method of claim 4,
The crack is a strain sensor manufacturing method that is formed in a straight line along a straight valley located between the plurality of straight protrusions.
제5항에 있어서,
상기 스트레스 인가 단계는 상기 기판을 벤딩(bending) 혹은 스트레칭(stretching)하여 상기 복수의 직선형 돌출부 사이를 멀어지게 함으로써, 직선형 크랙을 상기 증착층 상에 형성시키는 스트레인 센서 제조방법.
6. The method of claim 5,
The stress applying step is a strain sensor manufacturing method of forming a linear crack on the deposition layer by bending or stretching the substrate to make the distance between the plurality of linear protrusions.
제1항에 있어서,
상기 기판은 플렉서블 재료로 이루어진 스트레인 센서 제조방법.
According to claim 1,
The substrate is a strain sensor manufacturing method made of a flexible material.
제1항에 있어서,
상기 기판 제공 단계는,
Si 나노 그레이팅 기판 상에 플렉서블 재료층을 형성하는 단계; 및
상기 Si 나노 그레이팅 기판을 제거하여 그레이팅 패턴을 전사하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
According to claim 1,
The step of providing the substrate,
forming a flexible material layer on the Si nano grating substrate; and
Strain sensor manufacturing method comprising a; removing the Si nano grating substrate to transfer the grating pattern.
제8항에 있어서,
상기 플렉서블 재료층 상에 베이스층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 스트레인 센서 제조방법.
9. The method of claim 8,
The strain sensor manufacturing method further comprising; forming a base layer on the flexible material layer.
제1항에 있어서,
상기 돌출부 사이의 골부에 침투하는 증착물질의 양은 상기 돌출부의 상면이나 상측면에 증착되는 증착물질의 양보다 적은 스트레인 센서 제조방법.
According to claim 1,
The amount of the deposition material penetrating into the valleys between the protrusions is less than the amount of the deposition material deposited on the upper surface or the upper side of the protrusions.
제1항에 있어서,
상기 기판 상에 생성된 크랙의 크기는 상기 기판에 형성된 증착층의 상부로 갈수록 작아지는 스트레인 센서 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a strain sensor in which the size of the crack generated on the substrate becomes smaller toward an upper portion of the deposition layer formed on the substrate.
제1항에 기재된 스트레인 센서 제조방법에 의하여 제조된 스트레인 센서.A strain sensor manufactured by the strain sensor manufacturing method according to claim 1.
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