KR20230117903A - 내재형 미세유체채널이 포함된 3차원 전자소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

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차지훈
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본 발명은 3차원 전자소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 순차적 및 선택적 가소화를 위한 내재형 미세유체채널이 포함된 3차원 전자소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널을 통해 가소화제의 투입량 및 경로를 순차적 및 선택적으로 조절하여 가소화 공정을 수행함으로써 고분자 프레임의 영률을 일시적으로 변화시켜 정밀한 형태 변형이 가능하고, 가소화 된 상기 고분자 프레임을 변형 시키면 상기 고분자 프레임이 물리적 완화층(mechanical buffer layer)으로 작용하여 변형 시 소자에 가해지는 스트레스를 흡수하여 변형시 상기 소자를 보호하므로, 상기 소자의 전도도 하락을 방지하고 전기적 특성을 유지할 수 있다.

Description

내재형 미세유체채널이 포함된 3차원 전자소자 및 이의 제조방법{3-dimension electronic device comprising embedded microfluidic channel and preparation method thereof}
본 발명은 3차원 전자소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 순차적 및 선택적 가소화를 위한 내재형 미세유체채널이 포함된 3차원 전자소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기존의 평면형 전자소자는 딱딱한 기판 위에 존재하였으나, 최근 나노기술, 생명공학기술, 정보통신기술, 에너지환경기술 등 기술 간의 융복합화가 가속화되면서, 인체 친화형 헤드마운트 디스플레이, 전자종이, 유연 디스플레이, 피부형 전자소자와 같은 휘고 접을 수 있으며, 인체 적용이 가능한 가볍고 유연한 형태의 유연성 전자소자부로 개발되어 왔다.
이러한 유연성 전자소자부는 디스플레이, 센서, 에너지변환 저장 및 회로설계 분야에서 광범위하게 개발되고 있는 분야로, 평면형 소자에 비해 광학적, 전기적, 공학적 측면에서 장점을 지님에 따라, 유연한 형태의 3차원 구조의 전자소자의 필요성 또한 커졌다.
유연한 형태의 3차원 전자소자는 현재까지 깨지기 쉬운 세라믹 소재를 얇게 박막화하거나 용액으로 제조한 후 코팅 또는 프린팅 등에 의해 기판 상에 얇은 막을 형성하는 방식으로 개발되어 왔다. 이에 따라 어느 정도 구부릴 수 있을 뿐 웨어러블 장치 등에 적용되는 유연성을 가지는 전자소자로 이용하기에는 기계적, 전기적 특성이 현저히 부족하다는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해 흑연을 원자 층 수준으로 얇게 만든 그래핀을 재료로 하여 유연성을 극대화시킨 박막을 제조하였고, 제조된 그래핀을 접었을 때 접힌 부위에서의 그래핀 곡률반경이 0.4 mm까지 작아질 수 있도록 하였다.
이러한 3차원 유연성 전자소자부는 접힌 부위의 곡률 반경이 옹스트롬(angstrom) 수준으로 작아지더라도 그래핀의 C-C 결합은 끊어지지 않을 것이라 예상하였으나, 실상 기판과 그래핀 박막 사이의 계면에서 발생하는 스트레스로 인해 박막의 유연성이 급격하게 저하되어 신호전달 지연 등과 같이 전기적 특성이 저하되거나 C-C 결합이 끊어질 수 있는 또 다른 문제가 발생하였다. 구체적으로 그래핀과 같은 고체 재료를 원자 층 수준의 초 박막(ultra-thin film)으로 얇게 제조하더라도 이를 사용하기 위해서는 기판 상에 적층 해야 하며, 이때 기판과 박막 사이에 상호작용이 존재하므로, 접힌 부위의 계면에서 발생하는 스트레스로 인하여 초박막의 유연성 및 전기적 특성이 현저하게 낮아지는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해 등록특허 10-1767245호는 기판과 박막 사이에 액체 막을 구비함으로써 유연성과 전기적 특성을 더욱 향상시키고 복합박막이 휘는 경우 이의 접힌 부위에서 계면 스트레스를 억제하여 유연성 및 신호전달 지연 등의 전기적 특성이 저하되는 문제점을 해결하고자 하였다.
하지만, 평면형 전자소자를 3차원으로 변형하기 위해서는 기판과 초박막 구조의 소자가 일정 각도 이상 접혀야 하고, 접히는 각도에 따라 기판이 파열되거나 소자에 균열이 발생하여 전도도가 하락하는 문제가 발생하는 문제를 해결하지는 못하였다. 또한, 변형 방식의 한계로, 처음의 변형 이후 추가적인 변형이 불가능하므로, 이는 다양한 3차원 형태로의 변형을 제한시키는 문제가 있었다.
이에, 평면형 전자소자가 3차원으로 변형되어도, 기판이 파열되거나 소자의 균열이 발생하지 않아, 전기적 특성을 유지할 수 있으며, 복잡한 3차원 형태변형의 자유도를 갖는 3차원 전자소자의 개발이 필요한 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1767245호
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 새로운 유형의 3차원 전자소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 3차원 전자소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은 새로운 유형의 3차원 전자소자를 제공한다. 상기 3차원 전자소자는 평면 형태의 고분자 기판이 접혀서 형성된 다면체 형태의 고분자 프레임; 및 상기 고분자 프레임의 외부 표면에 위치하는 유연성 전자소자부를 포함하고, 상기 고분자 기판은 미세유체채널을 내재하는 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 프레임은 인접면이 접하는 모서리부 및 상기 고분자 기판이 내부로 접혀 들어간 시접부를 포함하고, 상기 모서리부 및 시접부에는 미세유체채널이 형성될 수 있다.
상기 미세유체채널은 가소화제 투입구, 변형 유도 채널, 및 상기 가소화제 투입구와 변형 유도 채널을 연결하는 흐름 유도 채널을 포함할 수 있다.
상기 흐름 유도 채널은 변형 유도 채널보다 단면적이 작을 수 있다.
상기 흐름 유도 채널은 정사각형의 단면을 가질 수 있다.
상기 고분자 프레임은 상기 고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제가 투입된 부분이 선택적으로 가소화되고, 상기 가소화 되는 부분이 접혀서 형성된 것일 수 있다.
상기 유연성 전자소자부는, 전자소자 및 회로패턴을 포함하고, 상기 고분자 프레임의 인접면에 위치하는 전자소자는 상기 회로패턴을 통하여 전기적으로 연결되는 것일 수 있다.
상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate),폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나 이상의 고분자 물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 3차원 전자소자의 제조방법을 제공한다. 상기 3차원 전자소자의 제조방법은 미세유체채널이 내재된 고분자 기판과, 유연성 전자소자부를 준비하는 단계(S10); 고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계(S20); 고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제를 투입하여 선택적으로 가소화 및 형태 변형시키는 단계(S30); 및 형태 변형이 완료된 후 가소화제를 제거하여 고분자 프레임의 형태를 유지시켜 3차원 전자소자를 제조하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 유연성 전자소자부는 실리콘을 유기기판에 전사하는 단계(S11); 상기 유기기판에 절연층을 형성하는 단계(S12); 상기 절연층 상에 Via를 패터닝하는 단계(S13); 및 전극소재의 코팅 및 증착을 통해 전자회로를 구성하는 단계(S14)를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 전극소재는 전이 금속류, 전이후 금속류, 준금속류, 다원자 비금속류, 알칼리 금속류, 알칼리 토금속류, 란타넘족, 악티늄족 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속; 전도성 나노소재; 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌(polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene) 및 폴리뷰틸티오펜(polybutylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성고분자; 또는 상기 소재들의 혼합소재일 수 있다.
상기 고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계는 수용성 테이프를 이용하여 상기 유연성 전자소자부를 고분자 기판 표면에 전사하는 단계; 및 상기 수용성 테이프를 용해하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide; DMF), 아세탈디하이드(Acetaldehyde), 아세틱엑시드(Acetic acid), 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 아세토페네디틴(Acetopheneditin), 아세토페논(Acetophenoe), 아세틸아세톤(Acetyl acetone), 아세틸클로라이드(Acetyl Chloride), 아세틸나이트라이드(Acetyl nitrite), 아세틸나이트릴 (Acetylnitrile), 아세틸로나이트릴(Acetylonitrile), 알릴알콜 (Allyl alcohol), 알릴클로라이드(Allyl chloride), 아민(Amines), 암모니아(Ammonia), 암모늄플로라이드(Ammonium fluoride), 아밀아세테이트(Amyl acetate), 아밀클로라이드(Amyl chloride), 아닐린(Aniline), 아닐린클로로하이드레이트(Aniline chlorohydrate), 아쿠아레지아(Aqua regia), 아로마틱하이드로카본(Aromatic hydrocarbons), 아스팔트(Asphalt), 벤잘데하이드(Benzaldehyde), 벤젠(Benzene), 벤젠설포닉엑시드(Benzene sulfonic acid), 벤질아세테이트(Benzyl acetate), 벤질알콜(Benzyl alcohol), 벤질클로라이드(Benzyl chloride), 브로마인(Bromine), 부타디엔(Butadiene), 부탄(Butane), 뷰틸아세테이트(Butyl acetate), 뷰틸아크릴레이트(Butyl acrylate), 뷰틸알콜(Butyl Alcohol), 뷰틸클로라이드(Butyl chloride), 뷰틸이써(Butyl ether), 뷰틸페놀(Butyl phenol), 보론용매(Boron fluides), 브로모폼(Bromoform), 브로모톨루엔(Bromotoluene), 부타디엔메톡시(Butadiene-2,4-p-Methoxy), 뷰틸프탈레이드(Butyl phthalate), 뷰틸렌(Butylene), 뷰틸릭엑시드(Butyric acid), 칼슘비스설파이드(Calcium bisulfide), 칼슘클로라이드(Calcium chloride), 칼슘하이드로옥사이드(Calcium hydroxide), 칼슘하이포클로라이트(Calcium hypochlorite), 캠퍼오일(Camphor oil), 카본모노옥사이드(Carbon monoxide) 카본다이설파이드(Carbon disulfide), 카본테트라클로라이드(Carbon Tetrachloride), 코스틱소다(Caustic soda), 클로릭엑시드(Chloric acid), 클로린(Chlorine), 클로로아세틱엑시드(Chloroacetic acid), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 클로로폼(Chloroform), 클로로설포닉엑시드(Chlorosulfonic acid), 클로미아룸(Chrome alum), 크로믹엑시드(Chromic acid), 카퍼사이나이드(Copper cyanide), 카퍼플루오보레이드(Copper fluoborate), 크레오졸(Creosols), 크레오실릭엑시드(Creosylic acid), 크레졸(Cresol), 사이클로헥산(Cyclohexane), 사이클로헥사놀(Cyclohexanol), 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 데카하이드로나프탈렌(Decahydronaphthalene), 다이뷰티옥시에틸프탈레이드(Di(butoxyethyl) phthalate), 다이뷰틸프탈레이드(Dibutyl phthalate), 다이클로로에탄(Dichloro ethane), 다이클로로벤젠(Dichlorobenzene), 다이클로로에틸렌(Dichloroethylene), 다이에틸이써(Diethyl ether), 다이에틸아민(Diethylamine), 다이메틸아민(Dimethylamine), 다이옥틸프탈레이드(Dioctyl phthalate), 이써(Ethers), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 에틸벤젠(Ethyl benzene), 에틸이써(Ethyl ether), 에틸렌클로라이드(Ethylene chloride), 에틸렌클로로하이드린(Ethylene chlorohydrin), 에틸렌다이아민(Ethylene diamine), 에틸렌클리콜(Ethylene glycol), 에틸렌옥사이드(Ethylene oxide), 파티엑시드(Fatty acids), 플로린가스(Fluorine gas), 포말데하이드(Formaldehyde), 포레온12(Freon12), 퍼퓨릴알콜(Furfuryl alcohol), 가솔린(Gasoline), 젤라틴(Gelatin), 글루코스(Glucose), 글리세린(Glycerine), 헵탄(Heptane), 하이드로브로믹엑시드(Hydrobromic acid), 하이드로클로릭엑시드(Hydrochloric acid), 하이드로사이아닉엑시드(Hydrocyanic acid), 하이드로플루오릭엑시드(Hydrofluoric acid), 하이드로젠퍼옥사이드(Hydrogen peroxide), 하이드로젠설파이드(Hydrogen sulfide), 아이오딘(Iodine), 아이소뷰탄(Isobutane), 아이소프로필아세테이트 (Isopropyl acetate), 아이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 아이소프로필이써(Isopropyl ether), 락틱엑시드(Lactic acid), 라노린(Lanolin), 리드아세테이트(Lead acetate), 린시드오일(Linseed oil), 마그네슘클로라이드(Magnesium chloride), 마그네슘설트(Magnesium salts), 머큐리설트(Mercury salts), 메탄(Methane), 메틸아세테이트(Methyl acetate), 메틸알콜(Methyl alcohol), 메틸아민(Methyl amine), 메틸브로마이드(Methyl bromide), 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride), 메틸설퍼릭엑시드(Methylsulfuric acid), 모르포린(Morpholine), 나프타(Naphtha), 나프탈렌(Naphthalene), 니켈나이트레이트(Nickel nitrate), 나이트릭엑시드(Nitric acid), 니트로벤젠(Nitrobenzene), 올릭엑시드(Oleic acid), 올리브오일(Olive oil), 옥시즌가스(Oxygen Gas), 오존(Ozone), 팔미틱엑시드(Palmitic acid), 파라핀(Paraffin), 퍼클로릭엑시드(Perchloric acid), 퍼클로로에틸렌(Perchloroethylene), 페트로레움(Petroleum), 페닐하이드라진(Phenyl hydrazine), 포스젠가스(Phosgene gas), 포스젠용매(Phosgene liquid), 포스퍼릭엑시드(Phosphoric acid), 포스퍼우스트리클로라이드(Phosphorous trichloride), 포스퍼우스옥시클로라이드(Phosphorus oxychloride), 포스퍼우스펜타클로라이드(Phosphorus pentachloride), 포타슘바이카보네이트(Potassium bicarbonate), 포타슘보레이트(Potassium borate), 포타슘브로메이트(Potassium bromate), 포타슘브로마이드(Potassium bromide), 포타슘카보네이트(Potassium carbonate), 포타슘클로라이드(Potassium chloride, 포타슘사이아나이드(Potassium cyanide), 포타슘페리사이나이드(Potassium ferricyanide), 포타슘퍼클로레이트(Potassium perchlorate), 포타슘퍼만가네이트(Potassium permanganate), 포타슘퍼설페이트(Potassium persulfate), 포타슘설페이트(Potassium sulfate), 프로판(Propane), 프로파놀(Propanol), 프로파글리알콜(Propargyl alcohol), 프로피오닉엑시드(Propionic acid), 프로필알콜(Propyl alcohol), 프로필렌옥사이드(Propylene oxide), 피리딘(Pyridine), 실리콘오일(Silicone oil), 실버나이트레이트(Silver nitrate), 소듐아세테이트(Sodium acetate), 소듐벤죠에이트(Sodium benzoate), 소듐바이카보네이트(Sodium bicarbonate), 소듐바이설페이트(Sodium bisulfate), 소듐바이설파이트(Sodium bisulfite), 소듐클로레이트(Sodium chlorate), 소듐클로라이드(Sodium chloride), 소듐크로메이트(Sodium chromate), 소듐페로사이나이드(Sodium ferrocyanide), 소듐하이포클로라이트(Sodium hypochlorite), 소듐아이오딘(Sodium iodide), 소듐옥살레이트(Sodium oxalate), 소듐포스페이트(Sodium phosphate), 소듐설파이드(Sodium sulfide), 스테네우스클로라이드(Stannous chloride), 스터릭엑시드(Stearic acid), 설퍼다이옥사이드(Sulfur dioxide), 설퍼릭엑시드(Sulfuric acid), 설퍼우스엑시드(Sulfurous acid), 타르타릭엑시드(Tartaric acid), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane), 테트라에틸리드(Tetraethyl lead), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 티오닐클로라이드(Thionyl chloride), 톨루엔(Toluene), 트랜스포머오일(Transformer oil), 트리클로로아세틱엑시드(Trichloroacetic acid), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 트리에틸아민(Triethylamine), 투르펜틴(Turpentine), 우레아(Urea), 우릭엑시드(Uric acid), 바세린(Vaseline), 비닐아세테이트(Vinyl acetate), 물(Deionized Water), 자일렌(Xylene) 및 진크설트(Zinc salts)로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS)이고, 상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF)인 것일 수 있다.
상기 가소화제의 제거는 가열을 통해 가소화제를 증발시켜 수행될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널을 통해 가소화제의 투입량 및 경로를 순차적 및 선택적으로 조절하여 가소화 공정을 수행함으로써 고분자 프레임의 영률을 일시적으로 변화시켜 정밀한 형태 변형이 가능하다.
또한, 가소화 된 상기 고분자 프레임을 변형 시키면 상기 고분자 프레임이 물리적 완화층(mechanical buffer layer)으로 작용하여 변형 시 소자에 가해지는 스트레스를 흡수하여 변형시 상기 소자를 보호하므로, 상기 소자의 전도도 하락을 방지하고 전기적 특성을 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 전자소자의 제조방법은 회로 기판, 이미지 센서, 디스플레이, 안테나, 통신 기술 등 다방면으로 3차원 전자소자 제작에 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 외부 평면 전개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 내부 평면 전개도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법에 있어서, 유연성 전자소자부의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법에 있어서, 선택적으로 가소화제 투입 및 형태 변형을 진행하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널의 단면도 모양에 따른 가소화제의 확산 및 가소화제에 의한 고분자의 팽창 현상으로 채널이 닫히는 모습을 나타내는 도면이다((a) 정사각형 채널, (b) 직사각형 채널).
도 8은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널의 단면도 모양에 따른 가소화제에 의한 고분자 팽창 효과의 영향을 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제에 의한 고분자 기판의 기계적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제의 노출 시간에 따른 고분자 기판의 굽힘 힘의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제의 노출 시간에 따른 고분자 기판의 굽힘 강성의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자부가 고분자 기판 상부에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 상기 전자소자부가 장착된 고분자 기판의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자부가 고분자 기판 하부에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 상기 전자소자부가 장착된 고분자 기판의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자부가 고분자 기판 중간에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 상기 전자소자부가 장착된 고분자 기판의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전자소자부로서 더 복잡한 구조의 박막형 IGZO 트랜지스터를 사용시, 가소화 후에 고분자 기판을 구부리는 변형에서 전자소자의 전기적 특성 변화를 나타낸다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면은 미세유채체널이 내재된 고분자 프레임을 포함하는 3차원 전자소자를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자를 나타내는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예의 3차원 전자소자는, 평면 형태의 고분자 기판이 접혀서 형성된 다면체 형태의 고분자 프레임(10); 및 상기 고분자 프레임(10)의 외부 표면에 위치하는 유연성 전자소자부를 포함하고, 상기 유연성 전자소자부는 회로패턴(20)과 전자소자(30)를 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 전자소자는 상기 고분자 프레임(10)의 형태와 동일한 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 3차원 전자소자는 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체 및 정이십면체 등의 정다면체의 형태일 수 있고, 육팔면체, 십이이십면체와 같은 깎은 정다면체의 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 3차원 전자소자는 도 1에 나타낸 바와 같이, 2종 이상의 상이한 다각형으로 구성된 다면체의 형태일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 외부 평면 전개도이고,
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예의 3차원 전자소자는 상기 평면 형태의 고분자 기판 상에 유연성 전자소자부가 형성된 것으로, 상기 평면 형태의 고분자 기판은 3차원의 다면체 형태를 형성하기 위해 전개도의 형태로 이루어질 수 있다. 상기 전개도의 형태를 형성하는 고분자 기판은 다면체의 일면을 형성하는 복수개의 고분자 프레임을 가지며, 상기 고분자 프레임은 인접면이 접하는 모서리부 및 상기 고분자 기판이 내부로 접혀 들어간 시접부를 포함한다. 상기 모서리부 및 시접부는 구부려질 수 있도록 가소화제에 의해 가소화될 수 있다.
일반적으로, 평면형 전자소자의 입체변형을 위해서는 초 박막구조(ultra-thin film)로 이루어진 유연성 전자소자의 사용이 필요하나 그 자체의 얇은 두께와 유연함으로 인해 입체 변형 및 형태유지가 어렵다. 따라서 유연성 전자소자의 형태를 제어하기 위한 프레임의 도입이 필수적이다.
본 발명의 고분자 프레임은 상술한 유연성 전자소자의 형태를 제어하기 위한 프레임일 수 있고, 상기 고분자 프레임(10)이 영률(Young's modulus)이 1 GPa 이상의 단단한(hard) 프레임인 경우 그 견고함으로 형태 유지에는 적합하나 적은 변형에도 파열될 수 있고 소자의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 반면, 영률이 10 MPa 이하의 유연한(soft) 프레임은 큰 변형에도 파열이 일어나지 않으나 자체가 유연하기 때문에 형태 유지가 어렵다.
상술한 이유로, 본 발명의 고분자 프레임(10)은 고분자 기판을 가소화제에 노출시켜 상기 고분자 기판의 일 부분을 가소화시킨 후, 가소화된 부분을 접어 형태 변형을 통해 형성할 수 있으며, 상기 고분자 기판의 표면에 전사되어 상기 고분자 기판과 함께 접혀서 상기 고분자 프레임(10)의 표면에 위치하게 되는 유연성 전자소자부는 파열이 일어나지 않고, 3차원 전자소자를 구성할 수 있게 된다.
또한, 상기 고분자 기판이 고분자 프레임(10)의 형태로의 변형되는 경우, 함께 변형되는 유연성 전자소자부에 스트레스가 가해질 수 있는데, 본 발명의 3차원 전자소자는 상기 고분자 프레임(10)이 물리적 완화층(mechanical buffer layer)으로 작용하여, 변형 시 상기 유연성 전자소자부에 가해지는 스트레스를 흡수하여 상기 소자의 변형을 보호 할 수 있고, 전도도 하락을 방지하고, 전기적 특성을 유지할 수 있다.
상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은 후술하는 가소화제에 의하여 가소화 되어 영률이 변할 수 있는 물질, 예를 들면, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate),폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질, 예를 들면, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS)를 포함하여 구성될 수 있으나, 언급하지 않은 다른 소재들 중에서 적절한 가소화제를 선택할 수 있는 소재는 모두 사용 가능하다.
본 발명에 따른 일 실시예의 3차원 전자소자에 있어서, 상기 평면 형태의 고분자 기판은 미세유체채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 내부 평면 전개도이다.
도 3을 참조하면, 상기 고분자 기판은 가소화를 위하여 모서리부 및 시접부에 해당하는 부분을 미세유체채널로 형성할 수 있다. 종래에는 고분자 기판 상에 가소화제를 노출시켰으나, 이러한 가소화제는 대부분 휘발성 물질이므로 충분히 노출 전에 공기중으로 휘발되어 충분한 가소화가 이루어지지 않는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명에 따라 고분자 기판 내에 미세유체채널을 형성하게 되면 가소화제가 휘발되지 않고 미세유체채널 상에 머물러 있으면서 충분한 가소화를 진행할 수 있다.
이 때, 상기 미세유체채널은 도 3에 나타낸 바와 같이, 가소화제 투입구(11); 가소화제를 운반하는 흐름 유도 채널(12); 및 가소화에 의해 변형이 이루어지는 변형 유도 채널(13)을 포함한다. 상기 고분자 프레임의 모서리부 및 시접부는 각각 개별적인 변형 유도 채널로 이루어질 수 있고, 상기 변형 유도 채널(13)은 대응하는 흐름 유도 채널(12)을 통해 가소화제 투입구와 연결되어 있다. 상기 가소화제 투입구(11)는 고분자 프레임당 하나 정도 형성되어, 인근의 모서리부 및 시접부에 있는 미세유체채널에만 국한하여 연결되어 있기 때문에, 가소화제의 투입량 및 경로를 순차적 및 선택적으로 조절하여 원하는 부분만 순차적으로 가소화시킬 수 있다.
상기 흐름 유도 채널(12)은 가소화제 투입구(11)와 변경 유도 채널(13)을 연결하는 통로로서, 가소화의 영향을 최소화하기 위하여 상기 흐름 유도 채널(12)은 변경 유도 채널(13)보다 작은 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 일례로서, 상기 변경 유도 채널의 단면적은 1.5~3.0 mm2일 수 있으며, 상기 흐름 유도 채널의 단면적은 0.1~0.2 mm2일 수 있다.
상기 변경 유도 채널(13)의 두께는 10 nm 내지 10 m, 예를 들면, 200 μm일 수 있다. 상기 고분자 기판 내에 형성된 변경 유도 채널(13)의 두께에 따라, 상기 고분자 기판의 표면에 가소화 되어 접히게 되는 부분의 너비가 결정될 수 있고, 상기 범위의 접히게 되는 부분의 너비로 인하여, 더욱 정밀하고 세밀한 구조의 3 차원 전자소자 또는 대형 구조의 3 차원 전자소자가 형성될 수 있다.
상기 고분자 기판에 형성된 가소화제 투입구(11)를 통해 가소화제 투입 시, 상기 흐름 유도 채널(12)은 가소화제를 변형 유도 채널(13)로 운반하고, 일정 시간 이후, 고분자 프레임의 팽창으로 흐름 유도 채널(12)은 사라진다. 변형 유도 채널(13)로 운반된 가소화제는 채널 주변을 가소화시켜 영률을 낮게 변화시킨다. 이는 변형 과정에서 고분자 프레임에 장착된 박막형 전자소자를 보호하고, 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있게 한다.
이때, 상기 흐름 유도 채널(12)의 단면의 형태는 정사각형 형태인 것이 바람직한데, 이는 동일한 면적의 직사각형 형태보다 고분자 팽창에 의해 채널이 닫히는 시간을 더 길게 유지할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유연성 전자소자부는 전자소자(30) 및 회로패턴(20)을 포함하고, 상기 고분자 프레임(10)의 인접면에 위치하는 전자소자(30)는 상기 회로패턴(20)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 전자소자(30)는 전도성 접착제(25)를 통해 회로패턴(20) 상에 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 회로패턴은, 예를 들면, 금(Au), 크롬(Cr)과 같은 전도성 물질을 포함하는 전극 소재가 폴리이미드(PI)와 같은 유연한 기판 위에 증착되어 형성될 수 있고, 상기 전자소자는 상기 회로패턴 상에 위치하며, 예를 들면, LED소자 또는 광다이오드(photodiode) 일 수 있다.
상기 유연성 전자소자부의 회로패턴(20)은 고분자 기판의 표면 전체에 위치하여, 고분자 프레임(10)의 외부 표면, 모서리부 및 시접부에 모두 위치할 수 있고, 상기 유연성 전자소자부의 전자소자(30)는 고분자 프레임(10)의 외부 표면에 위치할 수 있으며, 상기 고분자 프레임(10)의 인접면에 위치하는 전자소자는 상기 회로패턴에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 3차원 전자소자의 제조방법을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법은
미세유체채널이 내재된 고분자 기판과, 유연성 전자소자부를 준비하는 단계(S10);
고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계(S20);
고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제를 투입하여 선택적으로 가소화 및 형태 변형시키는 단계(S30); 및
형태 변형이 완료된 후 가소화제를 제거하여 고분자 프레임의 형태를 유지시켜 3차원 전자소자를 제조하는 단계(S40)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 3차원 전자소자의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, S10 단계는 미세유체채널이 내재된 고분자 기판과, 유연성 전자소자부를 준비하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 고분자 기판은 전술한 바와 같이, 미세유체채널이 내재된 것을 특징으로 하며, 상기 미세유체채널은 3D 프린터 등을 통하여 고분자 기판 내부에 형성할 수 있다. 상기 고분자 기판은 가소화제에 의하여 가소화 되어 영률이 변할 수 있는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적인 종류 및 상세한 설명은 전술한 바와 같으므로, 중복 기재를 피하기 위하여 생략한다.
상기 유연성 전자소자부는 전자소자(30) 및 회로패턴(20)을 포함할 수 있고, 상기 유연성 전자소자부를 준비하는 공정은 당 업계에 공지된 유연성 전자소자부를 제조하는 방법이라면 이를 제한 하지 않고 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 유연성 전자소자부를 준비하는 공정은 실리콘 광다이오드(Silicon photodiode) 기반으로 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법에 있어서, 유연성 전자소자부의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
이때, 상기 공정은 도 5를 참조하면,
실리콘을 유기기판에 전사하는 단계(S11);
상기 유기기판에 절연층을 형성하는 단계(S12);
상기 절연층 상에 Via를 패터닝하는 단계(S13); 및
전극소재의 코팅 및 증착을 통해 전자회로를 구성하는 단계(S14)를 포함할 수 있다.
일례로써, SOI(Silicon-on-insulator)위에서 도핑된 실리콘을 건식전사인쇄방법을 통해 폴리이미드(PI)와 GeOx가 코팅된 유리 기판에 전사하고, 다시 폴리이미드를 코팅하여 절연층을 형성한 후, 건식식각방법을 통하여 폴리이미드에 via를 패터닝 한 후, 스퍼터링을 통해 전극을 증착시켜 회로패턴을 구성할 수 있다. 이후에 폴리이미드를 코팅하여 보호층을 만들고, GeOx층을 제거하여 최종적으로 전사 가능한 형태의 유연성 전자소자부를 제조할 수 있다.
상기 건식식각방법은 미세가공에서 습식 식각과는 다르게 기체 플라즈마가 활성화된 기체에 의한 반응을 이용하여 회로패턴 형성에 필요하지 않은 부분을 제거하는 것을 의미한다.
이때, 상기 전극소재는 전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌(Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌(polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(polybutylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성고분자 및 상기 소재들의 혼합소재일 수 있다.
다음으로, S20 단계는 고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계이다.
상기 전사하는 단계(S20)는 당 업계에서 공지된 방법이라면 이를 제한 하지 않으나, 예를 들면, 수용성 테이프를 이용하여 수행되고, 상기 유연성 전자소자부를 고분자 기판 표면에 전사하는 단계 이후에, 상기 수용성 테이프를 용해하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다음으로, S30 단계는 고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제를 투입하여 선택적으로 가소화 및 형태 변형시키는 단계이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전자소자의 제조방법에 있어서, 선택적으로 가소화제 투입 및 형태 변형을 진행하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 가소화 및 형태 변형 단계는 고분자 기판에 형성된 미세유체채널에 연결된 가소화제 투입구에 가소화제를 투입함으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 기판에 형성된 가소화제 투입구를 통해 가소화제 투입 시, 상기 가소화제는 미세유체채널 중 상기 가소화제 투입구에 연결된 흐름 유도 채널을 통해 가소화가 진행될, 변형 유도 채널로 이동되고, 상기 변형 유도 채널로 운반된 가소화제는 채널 주변을 가소화시켜 영률을 낮게 변화시킨다. 가소화되어 영률이 낮아진 채널 주변은 유연해지게 되어 접히는 등의 변형이 가능하게 되어 형태 변형이 수행될 수 있고, 이에, 가소화된 고분자 기판 부분을 따라 접어서 고분자 프레임(10)을 형성하게 된다.
이때, 변형 과정에서 고분자 프레임이 접히게 되면 유연 전자소자도 같이 접히게 되는데, 유연 전자소자에 가해지는 스트레스를 고분자 프레임이 흡수하게 되면서 유연 전자소자의 변형을 보호하고, 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있게 한다.
상기 가소화제는 상기 고분자 기판과 접촉하여 상기 고분자 기판의 일 부분을 가소화 할 수 있는 물질, 예를 들면, 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF), 아세탈디하이드(Acetaldehyde), 아세틱엑시드(Acetic acid), 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 아세토페네디틴(Acetopheneditin), 아세토페논(Acetophenoe), 아세틸아세톤(Acetyl acetone), 아세틸클로라이드(Acetyl Chloride), 아세틸나이트라이드(Acetyl nitrite), 아세틸나이트릴(Acetylnitrile), 아세틸로나이트릴(Acetylonitrile), 알릴알콜(Allyl alcohol), 알릴클로라이드(Allyl chloride), 아민(Amines), 암모니아(Ammonia), 암모늄플로라이드(Ammonium fluoride), 아밀아세테이트(Amyl acetate), 아밀클로라이드(Amyl chloride), 아닐린(Aniline), 아닐린클로로하이드레이트(Aniline chlorohydrate), 아쿠아레지아(Aqua regia), 아로마틱하이드로카본(Aromatic hydrocarbons), 아스팔트(Asphalt), 벤잘데하이드(Benzaldehyde), 벤젠(Benzene), 벤젠설포닉엑시드(Benzene sulfonic acid), 벤질아세테이트(Benzyl acetate), 벤질알콜(Benzyl alcohol), 벤질클로라이드(Benzyl chloride), 브로마인(Bromine), 부타디엔(Butadiene), 부탄(Butane), 뷰틸아세테이트(Butyl acetate), 뷰틸아크릴레이트(Butyl acrylate), 뷰틸알콜(Butyl Alcohol), 뷰틸클로라이드(Butyl chloride), 뷰틸이써(Butyl ether), 뷰틸페놀(Butyl phenol), 보론용매(Boron fluides), 브로모폼(Bromoform), 브로모톨루엔(Bromotoluene), 부타디엔메톡시(Butadiene-2,4-p-Methoxy), 뷰틸프탈레이드(Butyl phthalate), 뷰틸렌(Butylene), 뷰틸릭엑시드(Butyric acid), 칼슘비스설파이드(Calcium bisulfide), 칼슘클로라이드(Calcium chloride), 칼슘하이드로옥사이드(Calcium hydroxide), 칼슘하이포클로라이트(Calcium hypochlorite), 캠퍼오일(Camphor oil), 카본모노옥사이드(Carbon monoxide) 카본다이설파이드(Carbon disulfide), 카본테트라클로라이드(Carbon Tetrachloride), 코스틱소다(Caustic soda), 클로릭엑시드(Chloric acid), 클로린(Chlorine), 클로로아세틱엑시드(Chloroacetic acid), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 클로로폼(Chloroform), 클로로설포닉엑시드(Chlorosulfonic acid), 클로미아룸(Chrome alum), 크로믹엑시드(Chromic acid), 카퍼사이나이드(Copper cyanide), 카퍼플루오보레이드(Copper fluoborate), 크레오졸(Creosols), 크레오실릭엑시드(Creosylic acid), 크레졸(Cresol), 사이클로헥산(Cyclohexane), 사이클로헥사놀(Cyclohexanol), 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 데카하이드로나프탈렌(Decahydronaphthalene), 다이뷰티옥시에틸프탈레이드(Di(butoxyethyl) phthalate), 다이뷰틸프탈레이드(Dibutyl phthalate), 다이클로로에탄(Dichloro ethane), 다이클로로벤젠(Dichlorobenzene), 다이클로로에틸렌(Dichloroethylene), 다이에틸이써(Diethyl ether), 다이에틸아민(Diethylamine), 다이메틸아민(Dimethylamine), 다이옥틸프탈레이드(Dioctyl phthalate), 이써(Ethers), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 에틸벤젠(Ethyl benzene), 에틸이써(Ethyl ether), 에틸렌클로라이드(Ethylene chloride), 에틸렌클로로하이드린(Ethylene chlorohydrin), 에틸렌다이아민(Ethylene diamine), 에틸렌클리콜(Ethylene glycol), 에틸렌옥사이드(Ethylene oxide), 파티엑시드(Fatty acids), 플로린가스(Fluorine gas), 포말데하이드(Formaldehyde), 포레온12(Freon12), 퍼퓨릴알콜(Furfuryl alcohol), 가솔린(Gasoline), 젤라틴(Gelatin), 글루코스(Glucose), 글리세린(Glycerine), 헵탄(Heptane), 하이드로브로믹엑시드(Hydrobromic acid), 하이드로클로릭엑시드(Hydrochloric acid), 하이드로사이아닉엑시드(Hydrocyanic acid), 하이드로플루오릭엑시드(Hydrofluoric acid), 하이드로젠퍼옥사이드(Hydrogen peroxide), 하이드로젠설파이드(Hydrogen sulfide), 아이오딘(Iodine), 아이소뷰탄(Isobutane), 아이소프로필아세테이트 (Isopropyl acetate), 아이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 아이소프로필이써(Isopropyl ether), 락틱엑시드(Lactic acid), 라노린(Lanolin), 리드아세테이트(Lead acetate), 린시드오일(Linseed oil), 마그네슘클로라이드(Magnesium chloride), 마그네슘설트(Magnesium salts), 머큐리설트(Mercury salts), 메탄(Methane), 메틸아세테이트(Methyl acetate), 메틸알콜(Methyl alcohol), 메틸아민(Methyl amine), 메틸브로마이드(Methyl bromide), 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride), 메틸설퍼릭엑시드(Methylsulfuric acid), 모르포린(Morpholine), 나프타(Naphtha), 나프탈렌(Naphthalene), 니켈나이트레이트(Nickel nitrate), 나이트릭엑시드(Nitric acid), 니트로벤젠(Nitrobenzene), 올릭엑시드(Oleic acid), 올리브오일(Olive oil), 옥시즌가스(Oxygen Gas), 오존(Ozone), 팔미틱엑시드(Palmitic acid), 파라핀(Paraffin), 퍼클로릭엑시드(Perchloric acid), 퍼클로로에틸렌(Perchloroethylene), 페트로레움(Petroleum), 페닐하이드라진(Phenyl hydrazine), 포스젠가스(Phosgene gas), 포스젠용매(Phosgene liquid), 포스퍼릭엑시드(Phosphoric acid), 포스퍼우스트리클로라이드(Phosphorous trichloride), 포스퍼우스옥시클로라이드(Phosphorus oxychloride), 포스퍼우스펜타클로라이드(Phosphorus pentachloride), 포타슘바이카보네이트(Potassium bicarbonate), 포타슘보레이트(Potassium borate), 포타슘브로메이트(Potassium bromate), 포타슘브로마이드(Potassium bromide), 포타슘카보네이트(Potassium carbonate), 포타슘클로라이드(Potassium chloride, 포타슘사이아나이드(Potassium cyanide), 포타슘페리사이나이드(Potassium ferricyanide), 포타슘퍼클로레이트(Potassium perchlorate), 포타슘퍼만가네이트(Potassium permanganate), 포타슘퍼설페이트(Potassium persulfate), 포타슘설페이트(Potassium sulfate), 프로판(Propane), 프로파놀(Propanol), 프로파글리알콜(Propargyl alcohol), 프로피오닉엑시드(Propionic acid), 프로필알콜(Propyl alcohol), 프로필렌옥사이드(Propylene oxide), 피리딘(Pyridine), 실리콘오일(Silicone oil), 실버나이트레이트(Silver nitrate), 소듐아세테이트(Sodium acetate), 소듐벤죠에이트(Sodium benzoate), 소듐바이카보네이트(Sodium bicarbonate), 소듐바이설페이트(Sodium bisulfate), 소듐바이설파이트(Sodium bisulfite), 소듐클로레이트(Sodium chlorate), 소듐클로라이드(Sodium chloride), 소듐크로메이트(Sodium chromate), 소듐페로사이나이드(Sodium ferrocyanide), 소듐하이포클로라이트(Sodium hypochlorite), 소듐아이오딘(Sodium iodide), 소듐옥살레이트(Sodium oxalate), 소듐포스페이트(Sodium phosphate), 소듐설파이드(Sodium sulfide), 스테네우스클로라이드(Stannous chloride), 스터릭엑시드(Stearic acid), 설퍼다이옥사이드(Sulfur dioxide), 설퍼릭엑시드(Sulfuric acid), 설퍼우스엑시드(Sulfurous acid), 타르타릭엑시드(Tartaric acid), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane), 테트라에틸리드(Tetraethyl lead), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 티오닐클로라이드(Thionyl chloride), 톨루엔(Toluene), 트랜스포머오일(Transformer oil), 트리클로로아세틱엑시드(Trichloroacetic acid), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 트리에틸아민(Triethylamine), 투르펜틴(Turpentine), 우레아(Urea), 우릭엑시드(Uric acid), 바세린(Vaseline), 비닐아세테이트(Vinyl acetate), 물(Deionized Water), 자일렌(Xylene), 진크설트(Zinc salts)중 어느 하나와 이를 성분으로써 포함하는 용매, 예를 들면, 아세톤(Acetone) 또는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide)일 수 있다.
일례로서, 상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS)이고, 상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF)인 것일 수 있다.
상기 가소화제 투입구는 고분자 프레임당 하나 정도 형성되어, 인근의 모서리부 및 시접부에 있는 미세유체채널에만 국한하여 연결되어 있기 때문에, 가소화제의 투입량 및 경로를 순차적 및 선택적으로 조절하여 원하는 부분만 순차적으로 가소화시킬 수 있으며, 이에, 상기 S30 단계는 여러 번 반복 수행할 수 있다.
다음으로, S40 단계는 형태 변형이 완료된 후 가소화제를 제거하여 고분자 프레임의 형태를 고정시켜 3차원 전자소자를 제조하는 단계이다.
상기 가소화제는 고분자 기판과 접촉하는 동안에는 고분자 기판을 가소화시켜 영률을 일시적으로 낮추나, 가소화제가 증발 등에 의해 제거되면 상기 가소화된 고분자 기판의 영률이 복원될 수 있고, 따라서, 접혀서 형성된 상태의 고분자 프레임은 다시 단단함을 유지할 수 있게 된다.
즉, 고분자 기판의 접히는 부분은 가소화제의 유무에 따라 영률을 일시적으로 변화 시켜 hard → soft → hard 의 변화가 가능해 진다.
따라서, 상기 S30 단계에 의해 형태 변형이 완료된 후에는 가소화제를 제거하여 고분자 프레임의 형태를 고정시킬 수 있다.
상기 가소화제의 제거는 가열을 통해 가소화제를 증발시켜 수행될 수 있다.
일례로서, 상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide; DMF)일 수 있으며, 상기 가소화제가 DMF인 경우는 50 ℃ 내지 70 ℃, 예를 들면, 약 60 ℃의 온도를 가하여 증발시킴으로써 가소화제를 제거할 수 있다.
한편, 상기 가소화제가 아세톤 또는, 상기 아세톤과 같이 실온에서 증발할 수 있는 물질의 경우, 상기 S40의 고분자 프레임의 형태를 고정키는 단계는 생략될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널을 통해 가소화제의 투입량 및 경로를 순차적 및 선택적으로 조절하여 가소화 공정을 수행함으로써 고분자 프레임의 영률을 일시적으로 변화시켜 정밀한 형태 변형이 가능하다.
또한, 가소화 된 상기 고분자 프레임을 변형 시키면 상기 고분자 프레임이 물리적 완화층(mechanical buffer layer)으로 작용하여 변형 시 소자에 가해지는 스트레스를 흡수하여 변형시 상기 소자를 보호하므로, 상기 소자의 전도도 하락을 방지하고 전기적 특성을 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 전자소자의 제조방법은 회로 기판, 이미지 센서, 디스플레이, 안테나, 통신 기술 등 다방면으로 3차원 전자소자 제작에 널리 활용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예 및 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것 일뿐, 본 발명이 하기의 제조예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1 : LED 칩을 포함하는 3차원 전자소자의 제조>
먼저, SOI(Silicon-on-insulator)위에서 도핑된 실리콘을 건식전사인쇄방법을 통해 폴리이미드(PI)와 GeOx가 코팅된 유리 기판에 전사하고, 다시 폴리이미드를 코팅하여 절연층을 형성하였다. 이후, 건식식각방법을 통하여 폴리이미드에 via를 패터닝 한 후, 스퍼터링을 통해 전극을 증착시켜 회로패턴을 구성하였다. 이후에 폴리이미드를 코팅하여 보호층을 만들고, GeOx층을 제거하여 최종적으로 전사 가능한 형태의 회로패턴을 제조하였다.
다음으로, 제조된 회로패턴을 수용성 테이프를 이용하여 물리적 접촉시킨 후, 미세유체채널이 내재되어 프린팅 된 ABS(Acrylonitrile butadiene styrene) 기판 상에 상기 수용성 테이프를 접착하여 상기 회로패턴을 전사시킨 후, 증류수로 수용성 테이브를 제거하였다. 이후, 상기 회로패턴 상에 전도성 접착제로 LED 칩을 부착시켜 회로패턴에 연결시킴으로써 유연성 전자소자부를 제조하였다.
다음으로, ABS 기판 내에 형성된 미세유체채널의 가소화제 투입구에 가소화제로서 다이메틸폼아미드(DMF)를 투입하고, 15~30분 후에 가소화 된 부분을 구부려 형태 변형을 수행하였다. 이러한 과정을 수 회 반복하여 3차원으로 형태 변형을 수행하였다.
형태 변형이 완료된 후, 약 60℃로 가열하여 가소화제를 증발시켜 3차원 형태의 고분자 프레임을 고정시켜 3차원 형태의 전자소자를 제조하였다.
<제조예 2 : 트랜지스터를 포함하는 3차원 전자소자의 제조>
제조예 1에 있어서, 유연성 전자소자부를 제조예 1보다 더욱 복잡한 IGZO 기반 트랜지스터로 제조하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 수행하여 3차원 전자소자를 제조하였다.
<실험예 1 : 미세유체채널의 단면 모양이 가소화에 미치는 영향>
본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조에 있어서, 미세유체채널을 내재한 고분자 기판의 미세유체채널의 최적 단면 모양을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 동일한 면적을 갖는 정사각형 단면 또는 직사각형 단면을 가진 미세유체채널을 내재한 ABS 프레임에 DMF를 투입하고 일정시간 동안 기다린 후 액체질소에 담가 가소화를 중단시킨 다음, 칼날을 이용해 단면을 자르고 광학현미경으로 관찰하여 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널의 단면도 모양에 따른 가소화제의 확산 및 가소화제에 의한 고분자의 팽창 현상으로 채널이 닫히는 모습을 나타내는 도면이다((a) 정사각형 채널, (b) 직사각형 채널).
도 8은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널의 단면도 모양에 따른 가소화제에 의한 고분자 팽창 효과의 영향을 비교한 그래프이다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 미세유체채널의 채널 모양을 정사각형과 직사각형으로 디자인 하였을 때, 가소화제 투입에 의해 가소화제가 미세유체채널 주변으로 확산이 일어남을 확인하였으며, 상기 가소화제에 의해 고분자의 팽창 현상이 발생하여 시간이 지날수록 채널이 막혀서 채널이 차단됨을 확인하였다. 이때, 동일한 면적임에도 불구하고, 정사각형 모양의 채널이 직사각형 모양의 채널에 비하여 채널이 막히는 시간이 더 길게 나타남으로써, 정사각형 디자인이 흐름 유도 채널의 모양으로 적합함을 알 수 있다.
<실험예 2 : 미세유체채널에 가소화제를 투입시 고분자 기판의 기계적 특성 변화>
본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조에 있어서, 미세유체채널을 내재한 고분자 기판의 미세유체채널에 가소화제를 투입시 고분자 기판의 기계적 특성 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 미세유체채널을 내재한 ABS 프레임에 DMF를 투입하고 일정시간 동안 노출시킨 후 cantilever test를 진행하였다. 이때, 변형 유도 채널은 너비 2 mm, 높이 0.7 mm, 길이 10 mm, 단면적 1.4 mm2로 구성되었으며, 흐름 유도 채널은 너비 0.4 mm, 높이 0.4 mm, 길이 10 mm, 단면적 0.16 mm2로 구성되었다.
시간에 따른 고분자 기판의 기계적 특성 변화를 측정하여 도 9 내지 도 11에 나타내었다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제에 의한 고분자 기판의 기계적 특성 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제의 노출 시간에 따른 고분자 기판의 굽힘 힘의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 고분자 기판에 내재된 미세유체채널에 가소화제를 투입시 가소화제의 노출 시간에 따른 고분자 기판의 굽힘 강성의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 변형 유도 채널(μ-FCfold)의 경우 가소제에 노출되는 시간이 증가할수록 채널 주변이 모두 가소화되어 강성도(stiffness)가 급격하게 감소함으로써 굽힘 등의 형태 변형을 수행하는 경우 용이하게 형태 변형이 가능한 반면, 상대적으로 단면적이 작은, 흐름 유도 채널(μ-FCguide)의 경우에는 채널 주변의 일부분만 가소화 되어 높은 강성도를 유지함으로써 굽힘 등의 형태 변형을 수행하는 경우 기판이 부러지는 것으로 나타났다. 따라서, 3차원 전자소자 제조에서 형태 변형은 변형 유도 채널에서만 수행될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 변형 유도 채널(μ-FCfold)의 경우, 시편을 건조(dry)시켜 가소화제를 제거하면, 강성도가 가소화제를 노출하지 않은 수준으로 근접하게 회복하는 것으로 나타났다. 이를 통해 본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조에 있어서, 가소화제를 미세유체채널에 투입하여 변형 유도 채널 주변의 고분자 프레임을 가소화 시켜 형태 변형을 할 수 있으며, 형태 변형 후 가소화제를 제거하면 다시 단단해져 3차원 형태를 안정적으로 유지할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 3 : 미세유체채널에 가소화제를 투입시 전자소자가 장착된 고분자 기판의 굽힘에 따른 형태 및 전기적 특성 변화>
본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조에 있어서, 미세유체채널을 내재한 고분자 기판에 전자소자를 장착하고, 미세유체채널에 가소화제를 투입시 굽힘에 따른 형태 및 전기적 특성 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 미세유체채널을 내재한 ABS 프레임에 박막형 전극을 전사한 다음, 상기 미세유체채널에 가소화제로서 DMF를 투입하고 일정시간 동안 노출시킨 후 시편을 0~180도까지 구부림 변형을 진행하였다. 이때, 변형 유도 채널은 너비 3 mm, 높이 0.7 mm, 길이 10 mm, 단면적 2.1 mm2로 구성되었다.
비교예로서 가소화제를 투입하지 않은 상태로 시편을 0~180도까지 구부림 변형을 진행하였다.
구부림 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 측정하여 도 12 내지 도 14에 나타내었다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자가 고분자 기판 상부에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 고분자 기판에 장착된 전자소자의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자가 고분자 기판 하부에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 고분자 기판에 장착된 전자소자의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 전자소자가 고분자 기판 중간에 장착되는 경우, 가소화 유무에 있어서, 고분자 기판에 장착된 전자소자의 굽힘 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 12 내지 도 14에 나타낸 바와 같이, 가소화시킨 시편의 경우 각 위치에(위, 중간, 아래) 장착된 전자소자는 완전한 180도 접이에도 모두 일정한 전도도를 유지하는 반면, 가소화하지 않은 시편의 경우 전극이 끊어지거나(도 12 참조), 전도도가 감소하거나(도 13 참조), 전도도는 어느정도 유지하지만 지지하는 프레임이 파괴되는 것(도 14 참조)으로 나타났다.
이는 가소화시킨 시편의 경우, 가소화제에 의해 영률이 낮아진 고분자 기판의 변형 시, 영률이 낮아져서 유연해진 고분자 기판을 전자소자가 밀어내기 때문에(inward, outward force) 전자소자의 굽힘 반경(bending radius)이 증가하도록 도와주며, 이를 통해 변형 유도 채널에서 가소화에 의한 변형 시 전자소자를 보호하는 효과를 나타낸다.
한편, 전자소자로서 종래 박막형 전극보다 더 복잡한 구조의 박막형 트랜지스터로 변화시켜 구부림 각도에 따른 고분자 기판의 형태 및 전기적 특성 변화를 측정하여 도 15 내지 도 17에 나타내었다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 전자소자로서 더 복잡한 구조의 박막형 IGZO 트랜지스터를 사용시, 가소화 후에 고분자 기판을 구부리는 변형에서 전자소자의 전기적 특성 변화를 나타낸다.
도 15 내지 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조시, 전극과 같은 단순한 구조뿐만 아니라 트랜지스터와 같이 여러 층으로 제작된 복잡한 소자도 내재형 미세유체채널을 이용한 가소화 공정을 통해 180도 변형에도 안정적인 성능을 나타내었다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 전자소자 제조방법은 회로 기판, 이미지 센서, 디스플레이, 안테나, 통신 기술 등 다방면으로 3차원 전자소자 제작에 널리 활용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 고분자 프레임
20 : 회로패턴
25 : 전도성 접착제
30 : 전자소자

Claims (15)

  1. 평면 형태의 고분자 기판이 접혀서 형성된 다면체 형태의 고분자 프레임; 및
    상기 고분자 프레임의 외부 표면에 위치하는 유연성 전자소자부를 포함하고,
    상기 고분자 기판은 미세유체채널을 내재하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 프레임은 인접면이 접하는 모서리부 및 상기 고분자 기판이 내부로 접혀 들어간 시접부를 포함하고, 상기 모서리부 및 시접부에는 미세유체채널이 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미세유체채널은 가소화제 투입구, 변형 유도 채널, 및 상기 가소화제 투입구와 변형 유도 채널을 연결하는 흐름 유도 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흐름 유도 채널은 변형 유도 채널보다 단면적이 작은 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 흐름 유도 채널은 정사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 프레임은 상기 고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제가 투입된 부분이 선택적으로 가소화되고, 상기 가소화 되는 부분이 접혀서 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 전자소자부는,
    전자소자 및 회로패턴을 포함하고,
    상기 고분자 프레임의 인접면에 위치하는 전자소자는 상기 회로패턴을 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은
    아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate),폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidenefluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나 이상의 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.
  9. 미세유체채널이 내재된 고분자 기판과, 유연성 전자소자부를 준비하는 단계(S10);
    고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계(S20);
    고분자 기판 내의 미세유체채널에 가소화제를 투입하여 선택적으로 가소화 및 형태 변형시키는 단계(S30); 및
    형태 변형이 완료된 후 가소화제를 제거하여 고분자 프레임의 형태를 유지시켜 3차원 전자소자를 제조하는 단계(S40)를 포함하는,
    3차원 전자소자의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유연성 전자소자부는
    실리콘을 유기기판에 전사하는 단계(S11);
    상기 유기기판에 절연층을 형성하는 단계(S12);
    상기 절연층 상에 Via를 패터닝하는 단계(S13); 및
    전극소재의 코팅 및 증착을 통해 전자회로를 구성하는 단계(S14)를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 3차원 전자소자의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극소재는 전이 금속류, 전이후 금속류, 준금속류, 다원자 비금속류, 알칼리 금속류, 알칼리 토금속류, 란타넘족, 악티늄족 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속; 전도성 나노소재; 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌(polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene) 및 폴리뷰틸티오펜(polybutylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성고분자; 또는 상기 소재들의 혼합소재인 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 기판의 표면에 유연성 전자소자부를 전사하는 단계는
    수용성 테이프를 이용하여 상기 유연성 전자소자부를 고분자 기판 표면에 전사하는 단계; 및
    상기 수용성 테이프를 용해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide; DMF), 아세탈디하이드(Acetaldehyde), 아세틱엑시드(Acetic acid), 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 아세토페네디틴(Acetopheneditin), 아세토페논(Acetophenoe), 아세틸아세톤(Acetyl acetone), 아세틸클로라이드(Acetyl Chloride), 아세틸나이트라이드(Acetyl nitrite), 아세틸나이트릴 (Acetylnitrile), 아세틸로나이트릴(Acetylonitrile), 알릴알콜 (Allyl alcohol), 알릴클로라이드(Allyl chloride), 아민(Amines), 암모니아(Ammonia), 암모늄플로라이드(Ammonium fluoride), 아밀아세테이트(Amyl acetate), 아밀클로라이드(Amyl chloride), 아닐린(Aniline), 아닐린클로로하이드레이트(Aniline chlorohydrate), 아쿠아레지아(Aqua regia), 아로마틱하이드로카본(Aromatic hydrocarbons), 아스팔트(Asphalt), 벤잘데하이드(Benzaldehyde), 벤젠(Benzene), 벤젠설포닉엑시드(Benzene sulfonic acid), 벤질아세테이트(Benzyl acetate), 벤질알콜(Benzyl alcohol), 벤질클로라이드(Benzyl chloride), 브로마인(Bromine), 부타디엔(Butadiene), 부탄(Butane), 뷰틸아세테이트(Butyl acetate), 뷰틸아크릴레이트(Butyl acrylate), 뷰틸알콜(Butyl Alcohol), 뷰틸클로라이드(Butyl chloride), 뷰틸이써(Butyl ether), 뷰틸페놀(Butyl phenol), 보론용매(Boron fluides), 브로모폼(Bromoform), 브로모톨루엔(Bromotoluene), 부타디엔메톡시(Butadiene-2,4-p-Methoxy), 뷰틸프탈레이드(Butyl phthalate), 뷰틸렌(Butylene), 뷰틸릭엑시드(Butyric acid), 칼슘비스설파이드(Calcium bisulfide), 칼슘클로라이드(Calcium chloride), 칼슘하이드로옥사이드(Calcium hydroxide), 칼슘하이포클로라이트(Calcium hypochlorite), 캠퍼오일(Camphor oil), 카본모노옥사이드(Carbon monoxide) 카본다이설파이드(Carbon disulfide), 카본테트라클로라이드(Carbon Tetrachloride), 코스틱소다(Caustic soda), 클로릭엑시드(Chloric acid), 클로린(Chlorine), 클로로아세틱엑시드(Chloroacetic acid), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 클로로폼(Chloroform), 클로로설포닉엑시드(Chlorosulfonic acid), 클로미아룸(Chrome alum), 크로믹엑시드(Chromic acid), 카퍼사이나이드(Copper cyanide), 카퍼플루오보레이드(Copper fluoborate), 크레오졸(Creosols), 크레오실릭엑시드(Creosylic acid), 크레졸(Cresol), 사이클로헥산(Cyclohexane), 사이클로헥사놀(Cyclohexanol), 사이클로헥사논(Cyclohexanone), 데카하이드로나프탈렌(Decahydronaphthalene), 다이뷰티옥시에틸프탈레이드(Di(butoxyethyl) phthalate), 다이뷰틸프탈레이드(Dibutyl phthalate), 다이클로로에탄(Dichloro ethane), 다이클로로벤젠(Dichlorobenzene), 다이클로로에틸렌(Dichloroethylene), 다이에틸이써(Diethyl ether), 다이에틸아민(Diethylamine), 다이메틸아민(Dimethylamine), 다이옥틸프탈레이드(Dioctyl phthalate), 이써(Ethers), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 에틸벤젠(Ethyl benzene), 에틸이써(Ethyl ether), 에틸렌클로라이드(Ethylene chloride), 에틸렌클로로하이드린(Ethylene chlorohydrin), 에틸렌다이아민(Ethylene diamine), 에틸렌클리콜(Ethylene glycol), 에틸렌옥사이드(Ethylene oxide), 파티엑시드(Fatty acids), 플로린가스(Fluorine gas), 포말데하이드(Formaldehyde), 포레온12(Freon12), 퍼퓨릴알콜(Furfuryl alcohol), 가솔린(Gasoline), 젤라틴(Gelatin), 글루코스(Glucose), 글리세린(Glycerine), 헵탄(Heptane), 하이드로브로믹엑시드(Hydrobromic acid), 하이드로클로릭엑시드(Hydrochloric acid), 하이드로사이아닉엑시드(Hydrocyanic acid), 하이드로플루오릭엑시드(Hydrofluoric acid), 하이드로젠퍼옥사이드(Hydrogen peroxide), 하이드로젠설파이드(Hydrogen sulfide), 아이오딘(Iodine), 아이소뷰탄(Isobutane), 아이소프로필아세테이트 (Isopropyl acetate), 아이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 아이소프로필이써(Isopropyl ether), 락틱엑시드(Lactic acid), 라노린(Lanolin), 리드아세테이트(Lead acetate), 린시드오일(Linseed oil), 마그네슘클로라이드(Magnesium chloride), 마그네슘설트(Magnesium salts), 머큐리설트(Mercury salts), 메탄(Methane), 메틸아세테이트(Methyl acetate), 메틸알콜(Methyl alcohol), 메틸아민(Methyl amine), 메틸브로마이드(Methyl bromide), 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride), 메틸설퍼릭엑시드(Methylsulfuric acid), 모르포린(Morpholine), 나프타(Naphtha), 나프탈렌(Naphthalene), 니켈나이트레이트(Nickel nitrate), 나이트릭엑시드(Nitric acid), 니트로벤젠(Nitrobenzene), 올릭엑시드(Oleic acid), 올리브오일(Olive oil), 옥시즌가스(Oxygen Gas), 오존(Ozone), 팔미틱엑시드(Palmitic acid), 파라핀(Paraffin), 퍼클로릭엑시드(Perchloric acid), 퍼클로로에틸렌(Perchloroethylene), 페트로레움(Petroleum), 페닐하이드라진(Phenyl hydrazine), 포스젠가스(Phosgene gas), 포스젠용매(Phosgene liquid), 포스퍼릭엑시드(Phosphoric acid), 포스퍼우스트리클로라이드(Phosphorous trichloride), 포스퍼우스옥시클로라이드(Phosphorus oxychloride), 포스퍼우스펜타클로라이드(Phosphorus pentachloride), 포타슘바이카보네이트(Potassium bicarbonate), 포타슘보레이트(Potassium borate), 포타슘브로메이트(Potassium bromate), 포타슘브로마이드(Potassium bromide), 포타슘카보네이트(Potassium carbonate), 포타슘클로라이드(Potassium chloride, 포타슘사이아나이드(Potassium cyanide), 포타슘페리사이나이드(Potassium ferricyanide), 포타슘퍼클로레이트(Potassium perchlorate), 포타슘퍼만가네이트(Potassium permanganate), 포타슘퍼설페이트(Potassium persulfate), 포타슘설페이트(Potassium sulfate), 프로판(Propane), 프로파놀(Propanol), 프로파글리알콜(Propargyl alcohol), 프로피오닉엑시드(Propionic acid), 프로필알콜(Propyl alcohol), 프로필렌옥사이드(Propylene oxide), 피리딘(Pyridine), 실리콘오일(Silicone oil), 실버나이트레이트(Silver nitrate), 소듐아세테이트(Sodium acetate), 소듐벤죠에이트(Sodium benzoate), 소듐바이카보네이트(Sodium bicarbonate), 소듐바이설페이트(Sodium bisulfate), 소듐바이설파이트(Sodium bisulfite), 소듐클로레이트(Sodium chlorate), 소듐클로라이드(Sodium chloride), 소듐크로메이트(Sodium chromate), 소듐페로사이나이드(Sodium ferrocyanide), 소듐하이포클로라이트(Sodium hypochlorite), 소듐아이오딘(Sodium iodide), 소듐옥살레이트(Sodium oxalate), 소듐포스페이트(Sodium phosphate), 소듐설파이드(Sodium sulfide), 스테네우스클로라이드(Stannous chloride), 스터릭엑시드(Stearic acid), 설퍼다이옥사이드(Sulfur dioxide), 설퍼릭엑시드(Sulfuric acid), 설퍼우스엑시드(Sulfurous acid), 타르타릭엑시드(Tartaric acid), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane), 테트라에틸리드(Tetraethyl lead), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 티오닐클로라이드(Thionyl chloride), 톨루엔(Toluene), 트랜스포머오일(Transformer oil), 트리클로로아세틱엑시드(Trichloroacetic acid), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 트리에틸아민(Triethylamine), 투르펜틴(Turpentine), 우레아(Urea), 우릭엑시드(Uric acid), 바세린(Vaseline), 비닐아세테이트(Vinyl acetate), 물(Deionized Water), 자일렌(Xylene) 및 진크설트(Zinc salts)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자의 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 기판 및 고분자 프레임은 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS)이고, 상기 가소화제는 다이메틸폼아미드(Dimethylformamide, DMF)인 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자의 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 가소화제의 제거는 가열을 통해 가소화제를 증발시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자의 제조방법.
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