WO2020130599A1 - Electronic device attachable to skin and manufacturing method therefor - Google Patents

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WO2020130599A1
WO2020130599A1 PCT/KR2019/017923 KR2019017923W WO2020130599A1 WO 2020130599 A1 WO2020130599 A1 WO 2020130599A1 KR 2019017923 W KR2019017923 W KR 2019017923W WO 2020130599 A1 WO2020130599 A1 WO 2020130599A1
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WO
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layer
skin
forming
flexible patch
electronic device
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Application number
PCT/KR2019/017923
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Korean (ko)
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한지연
연한울
김은주
김지환
Original Assignee
㈜아모레퍼시픽
메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof

Definitions

  • Embodiments relate to an electronic device that can be attached to the skin, and more specifically, a semiconductor circuit unit, consisting of a semiconductor element (e.g., including an active layer) and circuit components (e.g., including electrodes and/or interconnects, etc.). And, the semiconductor circuit unit is used as a substrate to be integrated, relates to an electronic device including a flexible patch that can be attached to the skin and a method for manufacturing the same.
  • the flexible patch used as a circuit board has a plurality of through holes, and thus has high air permeability and strong adhesion.
  • a skin sensor is attached to a subject's skin in order to obtain information about the skin, such as skin changes and conditions.
  • the skin is the outermost and largest area of the body's outermost surface organs, which are pores, such as sweat, sebum secretion, and volatile organic emissions, essential for preserving the homeostasis of the body.
  • the skin sensor attached to the skin should be manufactured in consideration of the biological properties of the skin.
  • a high-quality skin sensor for monitoring a long-term health condition or skin condition must have both adhesion and breathability as essential requirements.
  • Conventional skin sensors are manufactured using polymer substrates such as PI or PET, which have low permeability, and when attached to the skin, they block the pores of the skin and interfere with the physiological activity of the skin and prevent inflammation and irritation. Provoking problems have been raised. If the chemical attachment is additionally used for a strong bond between the skin sensor and the skin, there is a possibility that the inflammation becomes more severe. Since the infected skin loses its protective function against the virus, secondary infection or complications may occur. In addition, due to the elastic modulus of the polymer substrate, which is about 1000 times larger than that of the skin, there is a problem that the adhesion to the skin is very low and thus it cannot be attached to the skin for a long time or the re-adhesion efficiency is very low.
  • an electronic device including a semiconductor circuit unit composed of circuit components and a flexible patch attachable to the skin, which is used as a substrate on which the semiconductor circuit unit is integrated.
  • An electronic device that can be attached to the skin includes: a semiconductor circuit unit, wherein the semiconductor circuit unit includes a circuit element including at least one of an electrode and an interconnect; And a semiconductor device including an insulating layer and an active layer; And it may include a flexible patch configured to be attached to the skin, including a plurality of through-holes.
  • the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to the plurality of through holes of the flexible patch.
  • the plurality of through-holes include a circular through-hole, and the distance between the plurality of through-holes may be less than 60 ⁇ m.
  • the plurality of through-holes may further include through-holes in the form of dumbbells.
  • the plurality of through-holes may include a combination of a first through-hole having a first diameter and a second through-hole having a second diameter.
  • the first diameter is larger than the second diameter, and the second through hole may be located around the first through hole.
  • the flexible patch may be disposed on the active layer such that a plurality of through holes of the flexible patch and a plurality of through holes of the insulating layer are matched in a plane.
  • the active layer may be made of a material containing AlN or GaN.
  • the circuit element may include a first electrode and a second electrode located opposite the first electrode.
  • the first electrode includes at least one first bar
  • the second electrode includes at least one second bar
  • the plane of the first bar is a zigzag shape of the first bar
  • the second The second bar extends toward the electrode
  • the plane of the second bar is zigzag, extending toward the first electrode.
  • the zigzag shape of the first bar or the second bar may include a hinge pattern located at a point where the extending direction of the bar changes.
  • the flexible patch may include a first flexible layer having a first elastic modulus and a second flexible layer having a second elastic modulus.
  • the first elastic modulus may be a value lower than the second elastic modulus.
  • the thickness t1 of the first flexible layer and the thickness t2 of the second flexible layer are determined based on the following equation:
  • t is the thickness of the flexible patch
  • E1 is the elastic modulus of the first flexible layer
  • E2 is the elastic modulus of the second flexible layer
  • R is the curvature of the flexible patch attached to the skin
  • ⁇ dSkin is the dispersion component of the skin's contact surface
  • dPatch ⁇ represents the distribution of the touch surface of the patch
  • ⁇ pSkin is the polar component of the contact surface of the skin
  • ⁇ pPatch represents the polarity component of the contact surface of the patch.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to skin includes forming a sacrificial layer on a first substrate; Forming a semiconductor circuit unit including a semiconductor element and a circuit element on the sacrificial layer; Bonding a flexible patch including a plurality of through holes on the semiconductor circuit; And etching the sacrificial layer to manufacture the electronic device including the semiconductor circuit unit and the flexible patch.
  • forming the semiconductor circuit unit comprises: forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising one or more of an electrode and an interconnect; Forming an insulating layer on the circuit element-the insulating layer is formed to have a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch; And forming an active layer on the insulating layer.
  • forming the active layer comprises: forming an active layer on a second substrate; Forming a stresser layer on the active layer; Placing a tape on the stresser layer; Peeling the active layer and the stresser layer from the second substrate using the tape; Transferring a peeled active layer and a stresser layer onto the insulating layer-the peeled active layer is transferred onto the insulating layer; And peeling the stresser layer from the active layer using the tape.
  • the stressor layer is made of a plurality of layers
  • the step of forming the stressor layer may include forming a first stressor layer on the active layer by evaporating; Forming a second stressor layer on the first stressor layer by sputtering deposition; And forming a third stressor layer on the second stressor layer by sputtering deposition.
  • the second stressor layer may be made of a material containing Al
  • the third stressor layer may be made of a material containing Ni.
  • the first stressor layer may be made of a material containing Ni or AgNi.
  • the bonding step may further include applying pressure between the flexible patch and the semiconductor circuit unit.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include plasma treatment of the semiconductor circuit unit and the flexible patch prior to bonding.
  • the flexible patch in the bonding step, may be disposed on the active layer such that a plurality of through holes of the flexible patch and a plurality of through holes of the insulating layer are matched in a plane.
  • the sacrificial layer may be formed of any one of Ni, Cr, Al, and combinations thereof.
  • forming the semiconductor circuit unit may include forming an active layer on the sacrificial layer; Forming an insulating layer on the active layer; And forming a circuit element on the insulating layer, wherein the circuit element includes one or more of an electrode and an interconnect.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to skin includes forming a sacrificial layer on a first substrate; Forming a semiconductor circuit unit including a circuit element and a semiconductor element on the sacrificial layer; Forming a flexible patch layer on the semiconductor circuit unit; A step of contacting a mold including a groove to form a plurality of through holes to a flexible patch layer-a mold portion excluding the groove penetrates the flexible patch layer; And etching the sacrificial layer to manufacture an electronic device.
  • forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer comprises: forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising one or more of an electrode and an interconnect; Forming an insulating layer on the circuit element, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And forming an active layer on the insulating layer.
  • forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer may include forming an active layer on the sacrificial layer; Forming an insulating layer on the active layer, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And forming a circuit element on the insulating layer, wherein the circuit element includes one or more of an electrode and an interconnect.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin includes forming a polyamide layer on the sacrificial layer before forming an active layer; And after contacting the mold to the flexible patch layer, removing the polyamide layer.
  • forming the active layer may include forming the active layer on the polyamide layer using a transfer structure.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include patterning the active layer such that the width of the active layer is smaller than the width of a through hole to be formed by the mold.
  • the step of contacting the mold including the plurality of grooves with the flexible patch layer may include heating the flexible patch layer.
  • a groove capable of forming a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes and a combination thereof may be formed on the surface of the mold.
  • a groove capable of forming a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes may be formed on the surface of the mold.
  • a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include forming one or more alignment keys for alignment of a penetrating mold.
  • the arrangement key is configured to have a height
  • the mold further includes one or more key holes corresponding to the plane of the arrangement key.
  • the width of the groove forming the through hole may be less than 60 ⁇ m.
  • forming the flexible patch layer may include: forming a third flexible layer having a third elastic modulus on the semiconductor circuit unit; And forming a fourth flexible layer having a fourth elastic modulus on the third flexible layer.
  • the fourth elastic modulus has a lower value than the third elastic modulus.
  • An electronic device manufacturing method may manufacture electronic devices by bonding semiconductor circuit units including various circuit elements and semiconductor elements, such as electrodes and interconnects, on a flexible patch configured to be attached to skin.
  • an electronic device in which circuit elements and semiconductor elements are disposed on a flexible patch can be manufactured. Patches that must adhere to the skin's surface should be flexible.
  • the present invention can solve a problem that occurs when a circuit element and/or a semiconductor element is directly integrated on a flexible patch through a reverse process of integrating a semiconductor circuit in reverse order.
  • the flexible patch of such an electronic device may include a plurality of through-holes and have high air permeability and strong adhesion. Due to this, even if the electronic device is worn on the skin, it does not affect the skin condition.
  • the plurality of through-holes may be configured to have different sizes in order to maximize the function of the semiconductor circuit disposed on the flexible patch.
  • the electronic device of the electronic device when the semiconductor device of the electronic device includes a piezoelectric material, the electronic device may be used as a skin sensor that can be attached to the skin to obtain skin deformation and/or elasticity information.
  • the piezoelectric material for which deformation is detected is disposed on a relatively large through hole, so that the skin sensor can more effectively obtain skin deformation information due to the physiological behavior of the skin.
  • the electronic device of the electronic device when configured to respond to light, the electronic device may be used as an optical sensor or image sensor for a skin surface.
  • the electronic device of the electronic device when configured to respond to moisture, the electronic device may be used as a moisture sensor for measuring moisture loss in the skin.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams schematically illustrating electronic devices attached to a subject's skin according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining the operating principle of the skin sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing skin strain over time, measured by a skin sensor, according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4B are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of preparing a semiconductor structure in which an active layer is formed in the manufacturing process of the skin sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • 6A to 6E are diagrams for explaining an electrode and/or interconnect structure configured to have oxetic properties according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a transfer structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a view schematically showing a manufacturing process of the flexible patch 30 according to an embodiment of the present invention.
  • 9A to 9D are diagrams for explaining a flexible patch formed by a mold according to embodiments of the present invention.
  • 10A to 10D are diagrams for explaining adhesion of a flexible patch attached to skin according to an embodiment of the present invention.
  • 11A to 11B are conceptual views schematically showing a manufacturing process of a skin sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • 12A to 12H are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13A to 13K are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers and/or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • the electronic device attachable to the skin includes a substrate attachable to the skin; And a semiconductor circuit unit integrated on the substrate.
  • the semiconductor circuit unit includes an active layer; It includes a semiconductor device including an insulating layer, and circuit connection components such as electrodes and/or interconnects, and operates as circuits that perform functions of electronic devices.
  • the electronic device may be configured to operate by itself or electrically connected to an external device.
  • the electronic device attachable to the skin may be a skin sensor capable of obtaining information of the attached skin.
  • the description related to the electronic device attachable to the skin of the present invention is not limited to the skin sensor. According to embodiments of the present invention, an electronic device (eg, a light emitter) operating with a function other than a sensor and the same can be manufactured.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams schematically illustrating electronic devices attached to a subject's skin according to embodiments of the present invention.
  • the electronic device 1 may be attached to a subject's skin.
  • the electronic device 1 is a semiconductor circuit unit 10 that operates to perform a function of a sensor, and a substrate on which the semiconductor circuit unit 10 is integrated, and includes a flexible patch 30 that can be attached to the skin. Includes.
  • the semiconductor circuit unit 10 is composed of semiconductor elements including semiconductor materials, and circuit components such as electrodes and/or interconnection components (eg, interconnects, etc.).
  • the function of the semiconductor circuit unit 10 depends on the semiconductor element and/or circuit component.
  • the semiconductor circuit unit 10 when the active layer of the semiconductor circuit unit 10 is made of a piezoelectric material, the semiconductor circuit unit 10 operates as a piezoelectric element circuit in which characteristics of a current change according to a change in shape of the active layer, and the semiconductor circuit unit ( The electronic device 1 including 10) may operate as a skin deformation sensor that obtains skin deformation information and, further, elasticity information.
  • the semiconductor circuit unit 10 operates as a change detection structure. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 below.
  • the electronic device 1 may operate as a skin optical sensor or a skin image sensor.
  • the electronic device 1 may operate as a skin moisture sensor.
  • the electronic device 1 may operate as a skin light-emitting massager.
  • the semiconductor circuit unit 10 will be described as an example of a sensor circuit unit that can detect deformation of the skin, including a piezoelectric material (hereinafter, the semiconductor circuit unit 10 is sometimes referred to as a sensor unit circuit). (Referred to as (10)), describing the electronic device 1 as an example of a skin sensor including the sensor unit circuit 10 (hereinafter, the electronic device 1 is sometimes referred to as a skin sensor 1). The invention is described by way of example.
  • a skin sensor 1 that can be attached to the skin.
  • the skin sensor 1 may be configured to be attached to the skin and obtain information about the skin.
  • the skin sensor 1 includes a flexible patch 30 in which a plurality of air permeable through holes H are formed and a sensor circuit unit 10 bonded to the flexible patch 30.
  • the flexible patch 30 is a substrate on which the semiconductor circuit unit 10 is integrated, and is configured such that at least one surface has a viscosity that can be attached to the skin.
  • the flexible patch 30 is configured to have high air permeability and strong adhesion, including a plurality of through holes. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 below.
  • the skin sensor 1 is formed in a free standing shape on the breathable through hole H.
  • the active layer of the skin sensor unit 10 is composed of a free standing type structure positioned on a through hole. Since the active layer, which is a piezoelectric material, hangs freely in a through hole for skin breathability, it is possible to efficiently measure the change in the through hole due to skin deformation. That is, the active layer of the skin sensor 1 can be bent effectively according to skin deformation induced by mechanical stress.
  • the skin sensor 1 comprises a sensor circuit unit 10 disposed on a flexible patch 30, which sensor circuit unit 10 is a circuit component (eg, electrode 111 and/or interconnect 112). ), an insulating layer 113 and an active layer 115.
  • sensor circuit unit 10 is a circuit component (eg, electrode 111 and/or interconnect 112).
  • circuit component eg, electrode 111 and/or interconnect 112
  • sensor circuit unit 10 may include circuit components (eg, electrodes 111 and/or interconnects 112) disposed on flexible patch 30, as shown in FIGS. 1B-1C, It includes an insulating layer 113 disposed on the circuit component, and an active layer 115 disposed on the insulating layer 113.
  • the components 111, 112, 113, and 115 disposed on the flexible patch 30 may be configured to have through holes corresponding to at least one of the through holes of the flexible patch 30. For this reason, the electronic device 1 can have strong adhesion, and high air permeability can be secured.
  • the sensor circuit unit 10 is disposed on the active layer 115 disposed on the flexible patch 30, the insulating layer 113 disposed on the active layer 115, and the insulating layer 113 Circuit components.
  • the operating principle of the skin sensor 1 will be described in more detail with reference to FIG. 2 below.
  • the skin sensor 1 may include one or more semiconductor circuit units 10.
  • the semiconductor circuit unit 10 may be configured to perform the same function, or may be configured to perform different individual functions.
  • the skin sensor 1 has a variety of information about the skin of the skin holder (eg, skin elasticity information, skin deformation) while the semiconductor circuit is attached to the skin through a flexible patch while minimizing the effect on the skin of the skin holder even when attached for a long time. Information, etc.).
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining the operating principle of the skin sensor 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the skin sensor 1 may be detachably attached to the skin Ts and Td.
  • the skin includes a stratum corneum (Ts) and a dermal layer (Td).
  • Ts stratum corneum
  • Td dermal layer
  • the skin sensor 1 is in close contact with the surface of the stratum corneum Ts.
  • the mechanical change of the skin causes a change in the through hole H. Therefore, if the change in the through hole H can be measured, information on the mechanical change of the skin can be obtained.
  • the mechanical changes of the skin can be analyzed based on the mechanism of the skin membrane.
  • the skin consists of a stratum corneum up to approximately 20 ⁇ m, and an epidermal and dermal layer up to approximately 2 mm. Accordingly, when the dermal layer is viewed as a substrate, the stratum corneum has a thin film structure at a ratio of approximately 1/100 to the dermal layer. Accordingly, when the skin is dried, the volume shrinkage of the stratum corneum layer, which is relatively thin, is induced.
  • the skin sensor 1 is attached to the through hole H in a free standing type to detect a change in pressure by detecting a change in pressure applied to the change detection structure according to a change in size of the through hole H attached to the skin It can be configured to.
  • the rate of skin change may be defined as the following [Equation 1] for the initial length L0 and the length Lt of the skin in a predetermined region.
  • the rate of skin change can be provided as a quantitative value.
  • the situation (a) of FIG. 2A shows a case where no pressure is applied due to no skin change.
  • the through hole may have a length of d3.
  • the situation (b) of FIG. 2B shows a case in which substances containing moisture are released from the skin over time.
  • tensile stresses F5, F6
  • the through hole may have a length of d4.
  • d4 has a longer length than d3.
  • the situation (c) of FIG. 2c represents a case where drying continuously occurs. If the drying occurs continuously, cracks (C) are generated in the stratum corneum, and the size of the through hole decreases compared to the situation (b). Therefore, the tensile stress applied to the active layer 115 disposed on the through-hole decreases, and in this case, may have a length of d5. d5 has a shorter length than d4.
  • the amount of skin change can be measured according to the pressure applied to the active layer 115 disposed on the through-hole.
  • FIG 3 is a graph showing skin strain over time, measured by a skin sensor, according to an embodiment of the present invention.
  • the situation (a) of FIG. 2A corresponds to the exposure start time in the graph of FIG. 3.
  • the tensile stress increases with drying of the stratum corneum, and the skin deformation continuously increases.
  • the sensor circuit unit 10 operating as a sensor is located on the flexible patch 30. That is, the flexible patch 30 is used as a substrate on which the circuit is integrated. Unlike the commonly used circuit boards, the flexible patch 30 is soft and sticky. Therefore, it is difficult to manufacture the skin sensor 1 of the present invention by simply sequentially integrating circuit components on a substrate.
  • 4A to 4B are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • a method for manufacturing a skin sensor 1 includes forming a sacrificial layer 105 on a substrate 101 (S401); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S410), forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the sacrificial layer 105 (S411); Forming an insulating layer 113 on the electrode and/or interconnect (S413); And forming an active layer 115 on the insulating layer 113 (S415); Bonding the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) and a flexible patch 30 (S430 ); And etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S450).
  • the substrate 101 (or referred to as the first substrate) is used to stack the inner layers of the sensor circuit unit 10. That is, the substrate 101 is a substrate used to form components of the sensor circuit unit 10, such as the electrode 111 and/or the interconnect 112, the active layer 115, and the like. In one example, the substrate 101 is made of silicon (Si), and a sacrificial layer 105 may be formed on the substrate 101 (S401).
  • the sacrificial layer 105 is made of a material (for example, metal) that is resistant to organic solvents and capable of photo-lithography.
  • the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, Au, and combinations thereof.
  • the sacrificial layer 105 is one material property related to adhesion (e.g., standard oxidation potential) and/or other material properties related to thermal stability (e.g., melting temperature). ). In this case, the sacrificial layer 105 may have strong adhesion and thermal stability sufficient to withstand various strains. In some embodiments, the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, and combinations thereof.
  • a semiconductor structure operating as a sensor circuit unit 10 is formed on the sacrificial layer 105.
  • 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of preparing a semiconductor structure in which an active layer is formed in the manufacturing process of the skin sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • a conductive layer including an electrode 111 and/or an interconnect 112 is formed on the sacrificial layer 105 (S411 ).
  • the electrode 111 and/or the interconnect 112 are circuit components made of a conductive material (eg, gold (Au), platinum (Pt)), and are skinned by transmitting a current change based on an active layer functioning as a piezoelectric element.
  • the sensor 1 is operated.
  • the skin sensor 1 is configured to be deformable according to the skin surface, and is also configured to have strong durability despite excessive deformation of the skin sensor 1 in the de-attachment process. Accordingly, the electrode 111 and/or the interconnect 112 are formed to have a structure resistant to deformation.
  • 6A to 6E are diagrams for explaining an electrode and/or interconnect structure configured to have oxetic properties according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode 111 and/or the interconnect 112 is formed on the sacrificial layer 105 in a planar structure in which oxetic characteristics can be implemented (S411).
  • the auxetic structure generally refers to a structure in which its dimension increases in a direction orthogonal to the first direction when a tensile force is applied in the first direction.
  • the oxetic structure can be described as having a length, width and thickness, when the oxetic structure is subjected to a tensile force in the longitudinal direction, the width is increased.
  • the length and width are increased when the oxetic structure is stretched in the longitudinal direction, and the width and length are increased when stretched in the transverse direction, but the thickness is not bidirectional.
  • This oxetic structure is characterized by having a negative Poisson's ratio.
  • the first electrode 111A and the second electrode 111B are formed on the sacrificial layer 105.
  • the first electrode and the second electrode 111A and 111B include one or more bars.
  • the bar included in the first electrode 111A has a zigzag shape in a plane, and extends to the second electrode 111B on the opposite side.
  • the plane is also in a zigzag shape, and extends to the first electrode 111A on the opposite side.
  • Each of the electrodes 111A and 111B includes a zigzag bar, and thus may have characteristics generated by an oxetic structure (ie, oxetic structure characteristics).
  • the bar may be configured to have a circular cut hinge pattern at a point at which the extension direction of the bar changes.
  • the white paper pattern can prevent crack propaganda.
  • the interconnect 112 is configured to form a dumbbell-shaped hole, which has a circular shape at both ends and a central portion connecting the circles at both ends, with a pillar having a thickness smaller than the diameter of both ends. Further, the interconnect 112 is configured to form a circular hole (D-mbbell-hole pattern).
  • the interconnect 112 in which the through hole is formed may have characteristics generated by an oxetic structure (that is, oxetic structure characteristics).
  • the electrode 111 and/or interconnect 112 having such an oxetic structural property may be formed on the sacrificial layer 105 in various ways.
  • the electrode 111 and/or interconnect 112 is formed in a photolithography-based etching process using a mask (eg, as shown in FIG. 6E) configured to form an oxic structure after forming the conductive layer. It can be formed by.
  • the conductive layer region corresponding to the dark portion is formed as an interconnect
  • the conductive layer region corresponding to the bright portion is formed as a through hole.
  • an insulating layer 113 is formed (S413).
  • the insulating layer 113 may be an oxide layer (SiO2) formed on the surface of the silicon (Si) substrate 110.
  • SiO2 oxide layer
  • the insulating layer 113 may be made of an oxide material other than silicon oxide.
  • the insulating layer 113 may include a plurality of through holes to ensure air permeability.
  • the through hole of the insulating layer 113 is formed to match the through hole of the flexible patch 30 so as not to interfere with the flow of air moving through the through hole of the flexible patch 30. Due to this, the breathability of the skin sensor 1 is maximized.
  • the through hole of the insulating layer 113 may be formed by a photolithography-based etching process.
  • the active layer 115 may be formed on the insulating layer 113 (S415). The process of forming the active layer 115 and the active layer 115 will be described in more detail with reference to FIG. 7 below.
  • the active layer 115 may be formed on the insulating layer 113 by being transferred by a transfer structure (S415).
  • the transfer structure is a structure formed on the substrate 701, and includes a metal layer 710 formed on the substrate 701; An active layer 115 formed on the metal layer 710; A stresser layer 730 formed on the active layer 115; And a tape layer 750 disposed on the stresser layer 730.
  • the substrate 701 (or referred to as a second substrate) is a substrate used to form a transfer structure, and is a substrate different from the substrate 101.
  • the active layer 115 is formed on the substrate 701.
  • the substrate 701 may be made of a material including silicon (Si).
  • the active layer 115 may be formed on the metal layer 710 formed on the substrate 701.
  • the metal layer 710 is configured to have weak adhesion so that the active layer 115 is more easily transferred.
  • the metal layer 710 may be made of a material including gold (Au).
  • the active layer 115 is a layer made of a material having semiconductor properties and performs a main function of the electronic device 1 that can be attached to the skin.
  • the active layer 115 has excellent electron transport properties and may be made of a material including Ga and Al that can be used as a piezoelectric material. have.
  • the active layer 115 may be made of AlN or GaN-containing material.
  • the stresser layer 730 enhances the semiconductor characteristics by applying a deformation to the material of the active layer 115.
  • the piezoelectric performance may be enhanced by the stressor layer 730.
  • the active layer 115 is configured to minimize the formation of cracks in the process of being transferred on the insulating layer 113.
  • the stresser layer 730 may be formed of a multi-layer structure including a plurality of layers having various materials and various thicknesses.
  • the stressor layer 730 includes three layers 731-735.
  • the first stressor layer 731 may be a high-stress metal layer made of a material containing Ni (eg, Ni, or AgNi, etc.).
  • the second stressor layer 733 may be made of a material containing Al.
  • the third stressor layer 735 may be made of a material containing Ag.
  • the thickness of the first stressor layer 731 may be formed differently depending on the material. For example, when the first stressor layer 731 is made of Ni, the thickness of the first stressor layer 731 may be 50 nm. Meanwhile, when the first stressor layer 731 is made of AgNi, the thickness of the first stressor layer 731 may be 70 nm.
  • the formation method may be the same for each stressor layer, or it may be different.
  • the first stressor layer 731 formed on the active layer 115 may be formed by evaporating.
  • the second stressor layer 733 formed on the first stressor layer 731 and the third stressor layer 735 formed on the second stressor layer 735 may be formed by sputtering deposition.
  • the formation speed of each stressor layer may be different from each other.
  • the second stressor layer 733 may be 1.8 1.8 -1 and the third stresser layer 735 may be 2 ⁇ s -1 .
  • the second stressor layer 733 may be formed of 0.4 ⁇ s -1
  • the third stresser layer 735 may be formed of 2 ⁇ s -1 .
  • the transfer structure of FIG. 7 is peeled from the substrate 701 by the tape layer 750, and the peeled active layer 115 is transferred on the insulating layer 113. Thereafter, the tape layer 750 and the stressor layer 730 are removed, and a conductive layer including the substrate 101, the sacrificial layer 105, the electrode 111, and/or the interconnect 112; A laminate including the insulating layer 113 and the active layer 115 is formed.
  • the transfer of the active layer 115 using the transfer structure of FIG. 5 may be performed within a range of approximately 165°C. In this case, the amount of tape residue on the active layer 115 is minimized.
  • the active layer 115 made of high performance, single crystal piezoelectric semiconductor materials may be transferred on the insulating layer 113 using 2D material based layer transfer (2DLT). .
  • the flexible patch 30, which is a component attached to the skin, is disposed on the active layer 115 of the semiconductor structure, and the disposed flexible patch 30 is bonded to the active layer 115 (S430). .
  • FIG 8 is a view schematically showing a manufacturing process of the flexible patch 30 according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing the flexible patch 30 includes forming a sacrificial layer on a mold having a plurality of concave grooves formed on one surface (S810); And forming a flexible patch layer on the sacrificial layer (S830).
  • a wet/dry etch method is used to form a geometric planar structure such as a micro-hole patterned surface, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • a relatively soft flexible material eg, PDMS, etc.
  • a shape that forms a geometric planar structure such as a hole is damaged when a dry/wet etch method is used to form the geometric planar structure.
  • a mold 810 in which a plurality of concave grooves are formed it is possible to obtain a flexible patch layer 830 whose hole shape is not broken.
  • the mold 810 is configured such that the groove is formed on one surface to have a geometric plane.
  • the cross section of the groove forming the geometric plane of the form 810 is concavely formed into one surface, as shown in FIG. 8.
  • any material having fluidity for example, including a flexible material used to form the flexible patch layer 830
  • the optional material fills the groove.
  • the optional material is cured, a height structure corresponding to the filled groove is formed inside the groove.
  • the groove may be configured to have a single step, or may be configured to have one or more steps.
  • the flexible patch layer 830 includes a layer of a material that can be attached to the skin. Therefore, when the flexible patch layer 830 is directly formed on the mold 810, it is difficult to separate the flexible patch layer 830 from the mold 810, and in this process, the flexible patch layer 830 is damaged. When it occurs, there is a fear that the quality of the flexible patch 30 is impaired.
  • a sacrificial layer having an anti-sticky layer function preventing adhesion between the flexible patch layer 830 and the mold 810 820 is formed between the mold 810 and the flexible patch layer 830 (S810). By using the sacrificial layer 820, the flexible patch layer 830 can be separated from the mold 810 without damage, thereby obtaining a high-quality flexible patch 30.
  • the mold 810 is not etched by an etching solution, and can maintain its shape even when a certain heat is applied, and is configured to have a certain hardness.
  • the mold 810 is made of a non-magnetic material. In one example, it may be made of a material containing silicon (Si), but is not limited to this, and is not removed by a material that removes the sacrificial layer 820 below, and can maintain its shape even above a certain temperature, and mold making It can be made of various materials that are not difficult.
  • 9A to 9D are diagrams for explaining a structure of a mold and a plurality of through-holes of a flexible patch formed according to the mold according to embodiments of the present invention.
  • the mold 810 has a shape and distribution of grooves, which allows holes to be formed with excellent characteristics of the flexible patch 30, such as breathability and adhesion.
  • the grooves formed on the surface of the mold 810 may be configured to form a plurality of circular through-hole patterns.
  • a mold 810 in which a groove having a circular rim is formed may be used.
  • FIG. 9A it is possible to obtain a flexible patch 30 including a through hole having a plane of FIG. 9B.
  • the grooves formed in the mold 810 may be distributed such that the gap between the holes of the flexible patch 30 is less than 60 ⁇ m.
  • the width of the groove may be less than 60 ⁇ m.
  • Sweat pores have a variety of sizes depending on the skin location.
  • the area of the pores has a diameter of 60 ⁇ m or more, and is known to have an average diameter of 80 ⁇ m.
  • the biological functions performed by sweat such as the amount of wastes to be discharged and the temperature control, are different depending on the skin position, they are arranged at different distribution densities depending on body parts.
  • the pores are such parts are distributed at a density of 60cm -2, the palm 400 cm -2, and the forehead 180 cm -2.
  • the gap between the holes of the flexible patch 30 should be less than 60 ⁇ m.
  • the distance between the holes is 60 ⁇ m or more, the surface of the flexible patch 30 other than the hole may block the sweat hole. Accordingly, the flexible patch 30 having a gap between holes of less than 60 ⁇ m can obtain higher air permeability (eg, almost 100% air permeability).
  • the flexible patch 30 may be manufactured using a mold 10 that has a through-hole pattern with a gap between holes of 50 ⁇ m.
  • the main factor to achieve high breathability is the spacing between through holes.
  • the size of the through hole affects both adhesion and breathability. This is because the larger the size of the through hole, the larger the area of the skin in contact with the air, but the volume of the skin to be collected decreases. In embodiments of the present invention, even if the size of the through hole is small, by reducing the distance between the through holes, high air permeability and strong adhesion can be obtained.
  • the size of the through hole can be variously set within a range that does not impair adhesion.
  • the groove of the surface of the mold 810 is formed in consideration of the design of the semiconductor circuit to be integrated on the flexible patch 30.
  • a groove formed on the surface of the mold 810 forms a plurality of circular hole patterns, while the circular hole pattern surrounds one circular hole having a relatively large diameter, and the circular hole And a combination of a plurality of circular holes having a smaller diameter.
  • the piezoelectric that undergoes major deformation The element portion may be set to form a through hole having a relatively size, and the remaining portion may form a through hole having a relatively small size. In this case, only a small number of through-holes in which the piezoelectric elements are disposed are large in size, and the remaining through-holes that occupy most of the flexible patch 30 have a small enough size to capture the skin, and thus still have strong adhesion.
  • the flexible patch 30 may be formed to have characteristics (ie, oxetic structure characteristics) generated by oxetic structures.
  • the groove of the mold 810 may be configured to form a circular through-hole in the flexible patch 30, and may also be configured to form a through-hole having a flat shape of a dumbbell.
  • the flexible patch 30 having such a through-hole may have an oxetic structure characteristic. That is, the mold 810 is composed of a structure in which a column surrounding the empty space in the form of a circle and/or dumbbell is formed. If the mold 810 of FIG. 9C is used, a flexible patch 30 including a through hole having a plane of FIG. 9D can be obtained.
  • the spacing between holes can be formed to less than 60 ⁇ m as described above to obtain high breathability.
  • the distance between the center of the connection portion of one dumbbell through hole (H C ) and one end of the other dumbbell through hole (H C ) is 35 ⁇ m
  • one dumbbell through hole ( The distance between one end of H C ) and the other round through hole H B may be 25 ⁇ m.
  • the diameter of the circular through hole (H B ) may be 50 ⁇ m
  • the internal spacing of one end of the dumbbell through hole (H C ) may be 100 ⁇ m.
  • this is merely exemplary, and may be variously set based on the breathability, adhesion, and durability of the flexible patch 30.
  • the sacrificial layer 820 may be formed on the mold 810 of FIG. 9A by a spin coating method.
  • the PDMS patch layer 830 cannot be separated from the mold 810 of FIG. 9C, for example, 60 ⁇ m It is not possible to manufacture the flexible patch 30 having holes formed at intervals of tens of micro units (such as spacing).
  • the mold 810 of FIG. 9C is configured to form a through hole in a circular and dumbbell form, so that the contact area between the mold 810 and the PDMS patch layer 830 is compared to the embodiment using the mold 810 of FIG. 9A. This is because the PMMA spin coating becomes unbalanced because the gap between the grooves in the mold 810 of FIG. 9C is narrowed.
  • the sacrificial layer 820 is formed on the mold 810 as shown in FIG. 9C
  • the sacrificial layer 820 is formed on the mold 810 of FIG. 9C using a vaporization coating method (S130 ).
  • the vaporization coating method may be self-assembled monolayers (SAMs).
  • the sacrificial layer 820 and the flexible patch layer 830 may be formed on the mold 810 having a geometric plane associated with the oxetic structural properties. (S810, S830) Thereafter, after removing the portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove (S850), the sacrificial layer 820 is etched to obtain a flexible patch 30 having a geometric plane having oxetic structure characteristics. Can be obtained.
  • the flexible patch 30 of FIG. 9D manufactured using the mold 810 of FIG. 9C causes a moisture change of about 6% when comparing the amount of skin moisture change before and after attachment. That is, even if the flexible patch 30 is attached, almost no moisture loss occurs in the skin.
  • the sacrificial layer 820 is made of a material usable for manufacturing a semiconductor device of nano- to micro-units.
  • the sacrificial layer 820 is made of a material including poly(methyl methacrylate) (PMMA).
  • PMMA poly(methyl methacrylate)
  • the present invention is not limited thereto, and the sacrificial layer 820 may be made of a material including a polymer or the like.
  • the sacrificial layer 820 is formed on one surface of the mold 810 having a concave groove by a spin coating method (S810).
  • the thickness of the sacrificial layer 820 can be prevented from being attached between the mold 810 and the flexible patch layer 830, and is formed to a thickness that can be easily removed by the etching solution in step S870.
  • the flexible patch layer 830 is made of a material having a flexible property to be adhered to the skin while having a flexible property so that a conformable contact in which the patch shape is deformable according to the contour of the skin.
  • the flexible patch layer 830 may be made of an elastomer having similar mechanical properties to skin.
  • the flexible patch layer 830 may be made of a material including poly-dimethylsiloxane (PDMS).
  • the flexible patch layer 830 may be formed to have a certain thickness. If the thickness of the flexible patch layer 830 is too thin, it may not be possible to obtain a durability that can be repeatedly applied to the skin multiple times. In one example, the flexible patch layer 830 may be formed to have a thickness of 75 ⁇ m or more.
  • a flexible material eg, PDMS
  • the flexible material may fill the grooves and further overflow from inside the grooves.
  • a part of the flexible patch layer 830 may be formed at a position higher than the surface of the mold 810.
  • a casting-frame structure which is often used in the present specification for the understanding of a person skilled in the art, is a flexible material filled in a groove (or filled to overflow a groove), as shown in step S830 of FIG. 8, It refers to a structure including a mold 810, a sacrificial layer 820, and a flexible material, and the hardness of the flexible material may be soft or hard.
  • the flexible patch layer 830 exceeding the groove is removed (S850 ).
  • the plate 850 is brought into contact with a portion of the flexible patch layer 830 (ie, the excess surface) that exceeds the groove of the mold 810, and the plate 850 and/or flexible patch layer 830 ( That is, the part exceeding the groove is removed by rubbing the casting-frame structure).
  • the plate 850 serves as a plastering board, which pushes and removes the excess portion of the flexible material.
  • plate 850 includes substrate 851 and sacrificial layer 852 formed on substrate 851.
  • the substrate 851 may have a structure suitable for performing a rubbing function (eg, a flat structure), and durability, and strength.
  • the substrate 851 may be made of a non-magnetic material.
  • the substrate 851 may be made of a material including silicon (Si).
  • the sacrificial layer 852 may be formed of a material that can be etched by an etching solution in step S870.
  • the sacrificial layer 852 may include the same material as the sacrificial layer 820 (eg, PMMA).
  • the present invention is not limited thereto, and may be etched by an etching solution in step S870, and is generated on the surface of the flexible patch layer 830 after removal in the process of rubbing contact with a portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove. It may be made of a material that minimizes possible damage.
  • the sacrificial layer 852 may be formed on the substrate 851 by a spin coating method, but is not limited thereto, and may be formed on the substrate 851 by various coating methods.
  • the rubbing process of step S850 may further include an additional process to more effectively remove excess parts.
  • step S850 may include heating a contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850. For example, by applying a heat of 70° C. or more to the contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850, the flexible material in a portion exceeding the groove of the mold can be more efficiently removed.
  • the strength of the contact portion is weakened (ie, has a soft structure state). Due to this, when the plate 850 is rubbed against the flexible patch layer 830 (ie, the cast-frame structure) (or the cast-frame structure is rubbed against the plate 850), the excess portion of the flexible material is caused by relative movement. It is pushed out of the area occupied by the casting-frame structure. For example, placing a support plate on a plaster plaster and rubbing it is similar to pushing the plaster plaster underneath the support plate out of the area occupied by the support plate. Eventually, the excess portion is gradually lowered in height, and as shown in FIG. 8, the top layer of the flexible material filled in the grooves coincides with the grooved surface.
  • step S850 may include flipping the top and bottom so that the flexible patch layer 830 is disposed on one surface of the plate 850 during the contact process.
  • a flexible patch layer 830 ie, a casting-frame structure
  • the area of the plate 850 may be larger than the area of the casting-frame structure.
  • step S850 may further include applying pressure to a contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850.
  • the pressure may be applied using a magnet.
  • a casting-frame structure and a plate 850 may be disposed between the magnet 861 and the magnet 862. Due to this, pressure may be applied to the contact portion by the attraction force between the magnet 861 and the magnet 862.
  • the cast-frame structure and the plate 850 may be made of a non-magnetic material, so that interaction of attraction between the magnet 861 and the magnet 862 does not affect.
  • the sacrificial layer 820 is etched using the etching solution (S870).
  • the etching is performed while adjusting the selectivity of the etching solution so as not to etch the mold 810 and the flexible patch layer 830 while etching the sacrificial layer 820.
  • the etching solution used for etching the sacrificial layer 820 may include acetone.
  • the sacrificial layer 820 is removed by immersing the casting-frame structure in which the portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove is removed in the etching solution, and the mold 810 and the casting (ie, flexible patch) Layer 830 is separated.
  • the separated flexible patch layer 830 includes a plurality of holes formed by grooves of the mold 810.
  • the plurality of holes are formed in a through shape because the flexible material inside the groove is matched to the surface of the mold 810 in step S850.
  • a flexible patch layer 830 including a plurality of through-holes can be obtained, and the flexible patch layer 830 including a plurality of through-holes can be used as the flexible patch 30 Can.
  • the time during which the casting-frame structure is immersed in the etching solution can be variously set.
  • the etching time of the casting-frame structure may be determined by the thickness of the groove (ie, the thickness of the flexible patch 30), the thickness of the sacrificial layer 820, the cross-sectional area where the groove and the flexible patch layer 830 abut, and the like. have.
  • the casting-frame structure in the etching solution may be ultrasonicated for a more efficient etching process.
  • the flexible patch 30 manufactured in steps S810 to S870 is manufactured in a thickness of micro units, adhesion may be increased by a plurality of holes.
  • the plurality of holes is a through-hole, and even when the flexible patch 30 is attached to the skin, it does not block the skin of the attachment portion from outside air.
  • the flexible patch 30 is surface-treated so as to have a micro structure only on the patch surface (such as an octopus sucker, or a cutting board foot), so that only the adhesion is good, and the breathability is relatively inferior to the conventional skin patch. Alternatively, it can have both breathability and adhesion.
  • the flexible patch 30 Since the flexible patch 30 has excellent adhesion and breathability to the skin, it can be used to manufacture various electronic devices that can be attached to the skin, such as a skin sensor.
  • the flexible patch 30 may have stronger adhesion due to material properties such as the components and thickness of the flexible patch layer 830.
  • 10A to 10D are diagrams for explaining the adhesion of the flexible patch 30 attached to the skin according to an embodiment of the present invention.
  • the through hole of the flexible patch 30 is a micro unit and is very small compared to the size of the flexible patch 30, and is omitted in FIG. 10 for clarity.
  • 10A is a view for explaining the principle of attachment between an object and a surface.
  • the ability of the contact object (P) to contact the surface (S) to attach to the surface (S) is in competition between structural resistance and interfacial interactions for deformation (competitive with each other in terms of reversibility and pluripotency). It is decided by. As shown in FIG. 10A, when the surface is deformed by the object P, the energy between the object P and the surface S may be expressed by the following Equation 2-5.
  • Utotal represents the total potential energy
  • Uadhesion represents the attachment energy between the object P and the surface S
  • Ubending represents the bending energy associated with the resistance of the surface S deformed by the object P.
  • the sign of the attachment energy and the bending energy only indicates the direction of interaction, and in other embodiments, the sign of the attachment energy may be expressed as +, and the sign of the bending energy may be expressed as -.
  • W is the work of adhesion (unit is N m-1)
  • b is the length of the object (P) attached to the surface
  • R is the curvature
  • is the contact between the object (P) and the surface (S) It represents the contact angle, which is the angle from the center of the part to the point where the abutting part ends.
  • D is the flexural rigidity of the object P, which is determined by the Young's modulus of the object P and the thickness of the object.
  • the surface S corresponds to the skin surface
  • the object P is a flexible patch including a flexible patch layer 830 in which a through hole is formed. 30). Therefore, the flexural strength D for the flexible patch 30 is determined by the elastic modulus E of the flexible patch layer 830 and the thickness t of the flexible patch layer 830.
  • the flexible patch 30 when the patch 30 is made of a material having a large modulus of elasticity (eg, a stiff material), and/or has a high flexural strength D when the thickness is thick. Accordingly, the flexible patch 30 can be stably attached on the skin surface when the flexural strength D of the flexible patch 30 decreases and/or when the adhesion between the skin surface and the flexible patch 30 is large.
  • a material having a large modulus of elasticity eg, a stiff material
  • the flexible patch 30 can stably adhere on the skin surface when the thickness of the flexible patch 30 is thin.
  • the adhesion energy between the flexible patch 30 and the surface of the skin increases, the adhesion of the flexible patch 30 is enhanced.
  • the adhesion energy between the skin surface and the flexible patch 30 depends on the attachment work W.
  • the attachment work W between the flexible patch 30 and the skin surface is expressed by the following equation (7).
  • ⁇ d denotes a dispersive component of surface
  • ⁇ p denotes a polar component of surface
  • ⁇ dPatch denotes the variance of the touch surface of the patch (30)
  • ⁇ pSkin is the polar component of the contact surface of the skin
  • ⁇ pPatch patch 30 It shows the ingredients.
  • the flexible patch 30 is configured based on Equation 7 above.
  • the flexible patch 30 can be utilized to manufacture a skin sensor.
  • a PDMS patch 30 having an exemplary elastic modulus of 1 MPa sufficient to support micro-scale micro-elements in the micro-thickness range can be attached to the skin.
  • ⁇ d and ⁇ p of the skin surface are different for each site, but the maximum and minimum ranges of the variables are known as shown in Table 1 below.
  • the attachment work W between the skin and the PDMS patch 30 is roughly calculated as follows: 31 ⁇ W ⁇ 54 mJ m -2 .PDMS with elastic modulus 1MPa
  • a single flexible patch 30 having an elastic modulus lower than 1 MPa may have a thickness of less than 80 ⁇ m, it may have stronger adhesion.
  • one layer of the flexible patch 30 having a modulus of elasticity lower than 1 MPa is suitable for adherence to the skin surface even with a thickness of 80 ⁇ m or more. For example, even when the thickness of one layer attached to the skin surface is 100 ⁇ m, it may be possible to adhere to the skin.
  • flexural strength D is related to the ability of the flexible patch 30 to attach, and also to the ability to maintain the shape of the flexible patch 30. Referring to Equations 5 and 6, when the elastic modulus E of the flexible patch 30 is low, when the thickness of the flexible patch 30 is thin, the flexible patch 30 is stably attached on the skin surface. Can.
  • the flexible patch 30 may be configured to have flexural strength.
  • the flexible patch 30 may be formed of one or more layers so as to have stronger adhesion and sufficient flexural strength to support other components (eg, including electrodes, semiconductor devices, interactions, etc.). Can be configured.
  • the flexible patch layer 830 formed on the sacrificial layer 820 may include one or more sub-layers.
  • 10B is a view for explaining a flexible patch 30 having a bi-layer structure having different elastic moduli, according to an embodiment of the present invention.
  • the flexible patch 30 having a bi-layer structure includes two sub layers having different rigidities (the first flexible layer 831 of FIG. 10B, and the second flexible layer 133). can do.
  • the first flexible layer 831 attached to the skin has a lower flexural strength D1 than the flexural strength D2 of the second flexible layer 832 that is not attached to the skin.
  • the first flexible layer 831 can be configured to have a low modulus of elasticity (eg, 0.04 Mpa) to allow for a suitable attachment to the skin surface.
  • the second flexible layer 832 is more rigidly configured to facilitate handling by appropriately controlling bending of the flexible patch 30 while supporting a semiconductor circuit or the like integrated on the flexible patch 30.
  • the first flexible layer 831 has an elastic modulus E1 of 0.04 MPa
  • the second flexible layer 832 has an elastic modulus E2 of 1 MPa, so that the first flexible layer 831 It can be formed more smoothly.
  • the flexible patch layer 830 may include a first flexible layer 831 and a second flexible layer 832 that include a pre-polymer and a curing agent.
  • the second flexible layer 832 may be configured to have a larger curing agent ratio than the curing agent ratio of the first flexible layer 831.
  • the first flexible layer 831 may have a pre-polymer to curing agent ratio of 40:1
  • the second flexible layer 832 may have a pre-polymer to curing agent ratio of 10. It can consist of :1.
  • the flexural strength D of the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 is determined differently due to the difference in ratio of the curing agent.
  • the first flexible layer 831 is relatively soft and sticky compared to the second flexible layer 832, and the flexible patch 30 can be attached to the skin To do.
  • the relatively rigid second flexible layer 832 serves as a support (eg, a substrate) for integrating micro-scale devices when the flexible patch 30 is used to manufacture a skin sensor or the like.
  • the thickness of the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 may be formed differently from each other.
  • the flexural strength D is determined depending on the elastic modulus E and the thickness.
  • FIG. 10C is a view for explaining a flexible patch 30 having a bi-layer structure having different thicknesses according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10D is a bi according to the first embodiment of the present invention.
  • -It is a graph showing the characteristics of the flexible patch according to the thickness of the layer structure.
  • the attached flexible patch 30 is stretched due to the characteristic of the skin surface having a generally curved structure. .
  • the stretched flexible patch 30 is applied with a restoring force (F ret ) to return to before stretching.
  • the resilience (F ret ) may be analyzed as in Equation 8 below.
  • the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 of the flexible patch 30 may have the same tensile stress ⁇ and tensile strain ⁇ when made of the same material (eg, PDMS).
  • F1 denotes each restoring force applied to the first flexible layer 831 attached to the skin
  • F2 denotes each of the second flexible layer 832 attached to the skin
  • t1 represents the thickness of the first flexible layer 831
  • t2 represents the thickness of the second flexible layer 832.
  • the total elastic modulus Eeq of the bi-layer structured flexible patch 30 may be expressed by the following Equation (9).
  • the effective elastic modulus of the flexible patch 30, and the refractive strength (Flexural) The rigidity), and a graph of the critical attachment work between the flexible patch 30 and the skin surface can be calculated by Equation (9) above, and the result is shown in FIG. 10D.
  • the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 included in the bi-layer structured flexible patch 30 refer to Equation (9) above, wherein the flexible patch 30 is manufactured (eg, skin) It may be formed to have a thickness and elastic modulus suitable for the function of the sensor).
  • the flexible patch layer 830 of the bi-layer structure is merely exemplary, and the flexible patch layer 830 of the present invention is not interpreted as being limited to the bi-layer structure.
  • the flexible patch layer 830 may be formed in a mono-layer or triple-layer structure.
  • the flexible patch layer 830 may be formed in a mono layer structure including only the second flexible layer 832.
  • the flexible patch layer 830 may be formed of a triple layer structure including a rigid second flexible layer positioned between two soft first flexible layers.
  • the triple layer structured flexible patch layer 830 may include two first flexible layers having different thicknesses.
  • the first flexible layer of the portion attached to the skin may be formed with a thickness of 10 ⁇ m, and the first flexible layer on the opposite side may be formed with a thickness of 100 ⁇ m.
  • 1MPa disclosed as an elastic modulus supporting a micro device in a micro unit is merely exemplary, and the second flexible layer 832 included in the flexible patch 30 may have a different elastic modulus.
  • the flexible patch 30 may be manufactured using the sacrificial layer 820 and thus may have high durability because no damage occurs in the process of obtaining the flexible patch layer 830 having a micro unit thickness.
  • the flexible patch 30 is bonded to the active layer 115 of the sensor circuit unit 10. It can be made (S430). Bonding can be accomplished by conventional wafer bonding techniques. In one embodiment, for bonding between the flexible patch 30 and the active layer 115 manufactured by the manufacturing process of FIG. 8, the semiconductor structure and the flexible patch 30 are plasma treated (eg, O2 plasma treatment) ) To activate the bonding surface of the semiconductor structure and the flexible patch 30.
  • plasma treated eg, O2 plasma treatment
  • the bonding surface of the flexible patch 30 may be one side of the harder layer.
  • the bonding surface of the flexible patch 30 is one side of any one of the more sticky layers Can.
  • an insulating layer (eg, SiO2) may be further formed on the semiconductor structure of FIG. 5D prior to plasma treatment.
  • additional pressure may be applied to the flexible patch and the semiconductor structure.
  • the flexible patch 30 whose surface is activated by plasma treatment is disposed on the semiconductor structure to bond the flexible patch 30 with the semiconductor structure (ie, the active layer 115) (S430).
  • the sacrificial layer 105 is removed through a process such as etching, and the flexible patch 30 is a flexible adhesive substrate attached to the skin, and the skin including the sensor circuit unit 10 integrated on the flexible adhesive substrate
  • the sensor 1 can be obtained (S450).
  • Etching is performed while adjusting the selectivity of the etching solution so as not to etch the components of the skin sensor 1 (including the sensor circuit unit 10 and the flexible patch 30) while etching the sacrificial layer 105.
  • the etching solution used for etching the sacrificial layer 105 may include acetone.
  • the bonding process (S430) may be performed based on further arrangement between components of the skin sensor 1 in order to maximize air permeability of the skin sensor 1.
  • the components of the skin sensor 1 may be arranged based on the principle of operation of the skin sensor.
  • the flexible patch 30 in the case of manufacturing the skin sensor 1 for detecting deformation of the skin, the flexible patch 30 includes a part of the active layer 115 and the flexible material of the flexible patch 30 The through hole is disposed on the active layer 115 so as not to contact (S430).
  • the flexible patch is disposed on the active layer such that a plurality of through-holes of the flexible patch and a plurality of through-holes of the insulating layer are matched in a plane. Therefore, the deformation result of the active layer 115 located in the air can be obtained to the maximum.
  • the flexible patch 30 is disposed further based on components below the active layer 115.
  • a through hole H1 of the insulating layer 113 on a part (eg, an extension bar included in the electrodes 111A and 111B) or all of the electrode 111 ) Is disposed, and the active layer 115 is disposed on the through hole H of the insulating layer 113, and the through hole H2 of the flexible patch 30 can be disposed on the active layer 115.
  • the through-hole H1 of the insulating layer 113 may be arranged such that the through-hole H2 of the flexible patch 30 and the projection portion match, as illustrated in FIG. 2B. Through this arrangement, the skin sensor 1 can effectively obtain skin information based on the operation of the active layer 115, and can secure high breathability of the skin sensor 1.
  • the flexible patch 30 may be disposed on Align glass.
  • the flexible patch 30 may not have a flat surface due to its flexible nature.
  • the adhesiveness of the flexible patch 30 increases as the surface to which the skin is attached is flat. Accordingly, after the flexible patch 30 has a flat cross-section of the flexible patch 30 on the array glass by using a ruler on the flexible patch 30, the flexible patch 30 is transferred onto a semiconductor structure and the array glass is removed.
  • the skin sensor 1 having the flexible patch 30 with a flat surface can be manufactured. Due to this, the adhesion of the skin sensor 1 can be maximized.
  • the electronic device when the semiconductor device of the electronic device includes a piezoelectric material, the electronic device may be used as a skin sensor that is attached to the skin and obtains deformation and/or elasticity information of the skin.
  • the skin sensor 1 manufactured by the above-described process may operate as a sensor in a state attached to the skin.
  • the piezoelectric material for which deformation is detected is disposed on a relatively large through hole, so that the skin sensor can more effectively obtain skin deformation information due to the physiological behavior of the skin.
  • the skin sensor 1 can be used not only to measure skin pull, but also to measure skin elasticity.
  • 11A to 11B are conceptual views schematically showing a manufacturing process of a skin sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • the active layer 115 of the sensor circuit unit 10 is formed to be positioned closest to the flexible patch 30 among the components of the sensor circuit unit 10.
  • the active layer 115 of the sensor circuit unit 10 may be formed to be positioned farthest from the flexible patch 30 among the components of the sensor circuit unit 10. That is, the skin sensor 1 of FIGS. 1B and 1C can be manufactured.
  • the method of manufacturing the skin sensor 1 attachable to the skin similar to the first embodiment, forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1101); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S1110); Bonding the sensor circuit unit 10 and the flexible patch 30 including the through hole (S1130); And etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S1150).
  • forming the sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 includes: forming an active layer 115 on the sacrificial layer 105 (S1111); Forming an insulating layer 113 on the active layer 115 (S1113); And forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the insulating layer 113 (S1115).
  • the skin sensor 1 may be manufactured such that the active layer 115 is positioned at the top of the skin sensor 1.
  • the circuit components ie, the electrode 111 and/or the interconnect 112
  • the active layer 115 are replaced with the rest of the structure. Therefore, the operating principle of the skin sensor 1 in FIG. 11 is similar to the operating principle of the skin sensor 1 in FIG. 2, and detailed description is omitted.
  • the process of forming a semiconductor device and the process of manufacturing the flexible patch 30 including a plurality of through holes are separated.
  • the electronic device of the first or second embodiment can be manufactured by an all-in-one process.
  • 12A to 12H are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the skin sensor 1 having the same structure as the first embodiment can be manufactured.
  • the manufacturing method of the skin sensor 1 according to the third embodiment of the present invention includes a process of manufacturing the flexible patch 30 and a process of manufacturing a semiconductor structure including the sensor circuit unit 10. It consists of a non-separable, all-in-one manufacturing process. That is, the manufacturing process of the flexible patch 30 and the manufacturing process of the semiconductor structure are separated from the manufacturing method of the skin sensor 1 of the first embodiment.
  • a method of manufacturing a skin sensor 1 attachable to skin includes: forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1201); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S1210), forming an electrode 111 and/or an interconnect 112 on the sacrificial layer 105 (S1211); Forming an insulating layer 113 on the electrode and/or interconnect (S1213); And forming an active layer 115 on the insulating layer 113 (S1215).
  • a flexible patch layer 830 on the sensor circuit unit 10 ie, on the active layer 115
  • S1230 forming a flexible patch layer 830 on the sensor circuit unit 10 (ie, on the active layer 115)
  • the skin sensor 1 manufactured by the manufacturing method of the skin sensor 1 of the third embodiment is monolithic in which all circuit elements and interconnections are formed on the flexible patch 30, which is a flexible adhesive substrate. It corresponds to electronic devices.
  • the manufacturing method of the skin sensor 1 of the third embodiment has the advantage of being able to produce a miniaturized and lightweight electronic device, high integration and reliability of the electronic device, and mass production possible, resulting in low cost.
  • the sacrificial layer 105 is formed in consideration of photolithography, etching selectivity, and thermal stability.
  • the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, Au, and combinations of the sacrificial layer 105.
  • the sacrificial layer 105 may be further formed in consideration of cost.
  • the sacrificial layer 105 may be made of, for example, a material including one or more of Cr, Al, Ni, and combinations thereof.
  • a sensor circuit unit 10 ie, a polycrystalline semiconductor structure
  • a polycrystalline active layer 115 or the like is deposited on the metal sacrificial layer 105.
  • electrode 111 and interconnect 112, insulating layer 113, and active layer 115 are sequentially formed on sacrificial layer 105.
  • the polycrystalline active layer 115 may be formed through transfer using a stressor, similar to the first embodiment.
  • the polycrystalline semiconductor material can grow regardless of the substrate, it is formed by directly growing on the sacrificial layer 105.
  • the polycrystalline active layer 115 may be formed by sputtering, evaporation, physical vapor deposition (PVD), or low-pressure CVD (CVD), plasma-enhanced CVD (CVD), or the like. It may be formed by vapor deposition directly by a vapor deposition method. In some examples, growth of the polycrystalline active layer 115 may be performed at a temperature of 500 degrees or less.
  • each layer is formed to have a through hole corresponding to the through hole of the flexible patch 30, as shown in Figure 12c, the insulating layer 113 to ensure breathability.
  • Steps S1201 and S1210 are performed by a photolithography-based etching process.
  • a flexible patch layer 830 is formed on the sensor circuit unit 10 (S1230).
  • the flexible patch layer 830 is a flexible patch 30 in which a through hole is not formed.
  • the flexible patch layer 830 is directly formed on the sensor circuit unit 10 (S1230).
  • a through hole may be formed in the flexible patch layer 830.
  • step S1240 the formation of the through-holes may be performed by a soft lithography-based process.
  • the formation of through-holes may be performed by a soft lithography process using micromolding.
  • the mold 810 is contacted with the flexible patch layer 830 to form a through hole (S1240).
  • the mold 810 may be configured with a groove structure having a flat shape shown in FIGS. 9A and 9C.
  • the groove depth of the mold 810 may have a depth greater than or equal to the thickness from the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) to the flexible patch layer 830.
  • the formwork 810 contacts the flexible patch layer 830 to reach the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) to form a through hole. That is, the mold 810 is similar to stamping a soft material. When the mold 810 is in contact with the flexible patch layer 830, the edge portion of the groove penetrates the flexible patch layer 830 so as to form a through hole in the flexible patch layer 830.
  • step S1240 a process of heating the flexible patch layer 830 may be further performed so that the edge region of the groove of the mold 810 can penetrate the flexible patch layer 830 more easily.
  • step S1240 a mold 810 capable of forming one or more through holes may be used to enhance breathability.
  • a through-hole may be formed to manufacture the free standing skin sensor 1. That is, at least one of the through holes formed by the mold 810 is disposed on the zigzag bar of the electrode 111 as described with reference to FIG. 2.
  • the through hole is formed on a portion of the electrode 111 based on one or more key holes included in the mold 810 and one or more alignment keys included in the semiconductor structure. .
  • the skin sensor 1 can have a free standing type structure. Since the structure of the skin sensor 1 manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment is the same as that of the skin sensor 1 of the first embodiment, skin information can be obtained by the same operation principle.
  • the formwork 810 may include one or more key holes.
  • the key hole is a through hole different from the through hole of the flexible patch 30 for breathability of the skin sensor 1, and may be composed of different planes (eg, crosses) as shown in FIG. 12.
  • one or more keys matching the key hole of the mold 810 may be formed in the semiconductor structure before step S1040.
  • one or more keys having a planar shape matching the hole shape of the keyhole may be formed in step S1211.
  • the one or more keys may be formed by the same material as the material constituting the electrode 111 and/or the interconnect 112, and/or by the same method.
  • the sacrificial layer 105 is etched (S1250). After the sacrificial layer 105 is removed, the mold 810 is removed to prepare the skin sensor 1.
  • the manufacturing method according to the second embodiment forms a semiconductor circuit using photography on the substrate 101, and a biocompatible PDMS patch that does not inhibit skin breathability by using soft lithography directly thereon.
  • the skin sensor 1 can be manufactured by forming 30. Due to this, the semiconductor circuit (that is, the sensor circuit unit 10) and the flexible patch need not be made separately and then bonded, thereby reducing the complexity of the process and obtaining a high device transfer yield.
  • FIGS. 13A to 13K are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the skin sensor 1 having the same structure as the second embodiment can be manufactured. That is, the skin sensor 1 shown in FIGS. 1B and 1C can be manufactured.
  • the process of manufacturing the flexible patch 30 and the process of manufacturing the semiconductor structure including the sensor circuit unit 10 are not separated, all-in-one (all- in one) manufacturing process. That is, the manufacturing process of the flexible patch 30 and the manufacturing process of the semiconductor structure are separated from the manufacturing method of the skin sensor 1 of the second embodiment.
  • a method of manufacturing a skin sensor 1 that can be attached to a skin includes: forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1301); Forming a sensor circuit unit 10 (S1310); Forming a flexible patch layer 830 on the sensor circuit unit 10 (S1330); Contacting the mold 810 with the flexible patch layer 830 to form a plurality of through holes (S1340); Etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S1350); And removing the mold 810 (S1370).
  • the skin sensor 1 of the fourth embodiment has the same structure as the skin sensor 1 of the second embodiment. Accordingly, the sensor circuit unit 10 of the fourth embodiment is formed in order of the active layer 115, the insulating layer 113, and the circuit components (electrodes 111 and/or interconnects 112) after the sacrificial layer 105 is formed. It is laminated (S1310). That is, step S1310 includes forming an active layer 115 (S1311); Forming an insulating layer 113 on the active layer 115 (S1313); And forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the insulating layer 113 (S1315).
  • the skin sensor 1 can be manufactured using the active layer 115 made of a single crystal structure.
  • the single crystal material cannot be raised directly on the metal sacrificial layer 105.
  • a substrate that is the same or similar to a single crystal semiconductor and a temperature of at least 700 degrees is required. Therefore, instead of directly forming the single crystal active layer 115 on the metal sacrificial layer 105, 2DLT stressor transfer using a stressor is performed to form the active layer 115 on the metal sacrificial layer 105.
  • a polyamide layer 109 is first formed on the sacrificial layer 105 (S1309), and a single crystal thin film (ie, active layer 115) separated by a 2DLT process is polyamide.
  • a process of forming the active layer 115 by transferring to the layer 109 is added (S1311).
  • the polyamide layer 109 may be made of a material including polyamide.
  • the polyamide layer 109 is a compounding state including various fillers, and may be formed in an uncured structure.
  • step S1311 further includes a step of patterning the active layer 115 such that the width of the active layer 115 becomes smaller than the width of the through hole of the flexible patch 30.
  • the width of the active layer 115 formed in FIG. 13C is reduced by patterning, as shown in FIG. 13D.
  • an insulating layer 113 having a through hole matching the through hole of the flexible patch 30 is formed.
  • a through hole penetrating the insulating layer 113 and the flexible patch 30 may be formed on the patterned active layer 115.
  • the through hole of the insulating layer 113 is matched with the through hole of the flexible patch 30 so as not to interfere with the flow of air moving through the through hole of the flexible patch 30 Because it is formed.
  • step S1311 the active layer 115;
  • the active layer 115 is transferred onto the polyamide layer 109 using a transfer structure including a stresser layer 730 and a tape layer 750. Thereafter, the stressor layer 730 and the tape layer 750 excluding the active layer 115 are removed so that only the active layer 115 is positioned on the polyamide layer 109. Since the formation of the active layer 115 using the transfer structure is similar to that described with reference to FIG. 7, detailed description is omitted.
  • the method for manufacturing the skin sensor 1 according to the fourth embodiment further includes the step of removing the polyamide layer 109 (S1360).
  • polyamide layer 109 is removed by plasma etching (eg, including O2 plasma etching).
  • the electronic device 1 may be manufactured by a process in which the process of forming the semiconductor circuit unit 10 and the process of forming the flexible patch 30 are separated, or the semiconductor circuit unit 10 and the flexible patch by an integrated process. Electronic device 1 including 30 can be obtained.
  • the electronic device has a mechanical property similar to that of a skin and has a through hole, and thus is formed on a flexible patch having strong adhesion and high breathability.
  • Such electronic devices can be utilized as various electronic devices attached to the skin, such as a skin sensor, and thus can be used infinitely in various technical fields that can utilize skin-related electronic devices such as the healthcare field and the beauty field.

Abstract

Embodiments relate to an electronic device attachable to skin and manufacturing method therefor, the electronic device comprising: a semiconductor circuit unit comprising a circuit device including an electrode, an interconnect, and the like and a semiconductor device including an insulation layer, an activation layer, and the like; and a flexible patch configured to be attachable to skin, wherein the flexible patch includes a plurality of through-holes, and the insulation layer includes a plurality of through-holes corresponding to the plurality of through-holes of the flexible patch. In the case that the activation layer consists of a piezoelectric material, the electronic device can be utilized as a skin sensor capable of obtaining deformation and/or elasticity information of skin.

Description

피부에 부착 가능한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법Electronic devices that can be attached to the skin and methods for manufacturing the same
관련 출원에 대한 상호 참조Cross reference to related applications
본 출원은 2018년 12월 18일자로 출원된 미국 특허출원 제 16/223,541호 그리고 2019년 7월 2일자로 출원된 한국 특허출원 제10-2019-0079400호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원 내용 전체가 본 출원에 참조로서 통합된다. This application claims priority to U.S. Patent Application No. 16/223,541 filed on December 18, 2018 and Korean Patent Application No. 10-2019-0079400 filed on July 2, 2019. The whole is incorporated herein by reference.
실시예들은 피부에 부착 가능한 전자 기기에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는, (예컨대, 활성층을 포함한) 반도체 소자 및 (예컨대, 전극 및/또는 인터커넥트 등을 포함한) 회로 구성요소로 구성된, 반도체 회로 유닛, 그리고 상기 반도체 회로 유닛이 집적되는 기판으로 사용되는, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치를 포함한 전자 기기 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 회로의 기판으로 사용되는 플렉서블 패치는 복수의 관통홀을 갖고 있어, 높은 통기성 및 강한 부착성을 가진다.Embodiments relate to an electronic device that can be attached to the skin, and more specifically, a semiconductor circuit unit, consisting of a semiconductor element (e.g., including an active layer) and circuit components (e.g., including electrodes and/or interconnects, etc.). And, the semiconductor circuit unit is used as a substrate to be integrated, relates to an electronic device including a flexible patch that can be attached to the skin and a method for manufacturing the same. In particular, the flexible patch used as a circuit board has a plurality of through holes, and thus has high air permeability and strong adhesion.
산업 및 경제발전으로 생활이 윤택해짐에 따라, 대다수의 현대인들은 단순히 건강한 삶을 영위하고자 하는 욕구를 넘어, 더욱 젊고 아름다운 얼굴 및 신체를 갖고 유지하고자 하는 욕구를 가지고 있다. 이러한 현대인들의 욕구를 충족해주고자, 자신의 건강 상태, 특히 피부 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있게 해주는 (예컨대, 스킨 센서와 같은) 피부 적합형 전자 감지 기술(skin-conformable electronic sensing technology)에 대한 관심이 높아지고 있다. As life is enriched by industrial and economic development, the majority of modern people have a desire to maintain a younger and more beautiful face and body, not just a desire to lead a healthy life. In order to meet the needs of these modern people, interest in skin-conformable electronic sensing technology (e.g., skin sensors) that allows them to continuously monitor their health, especially skin condition. This is getting higher.
일반적으로 피부의 변화, 상태 등과 같은 피부에 관한 정보를 얻기 위해서는 스킨 센서를 대상자의 피부에 부착한다. 그러나, 피부는 신체의 가장 바깥쪽에 위치하고 가장 큰 면적을 갖는 외부 표면 기관으로서, 화합물인체의 항상성(homeostasis)을 보존하는 데 필수적인, 땀, 피지 분비물 (sebum secretion), 휘발성 유기 배출물과 같은, 숨구멍을 기반으로 하는 다양한 생리학적 행동이 수행된다. 피부에 부착되는 스킨 센서는 전술한 피부의 생물학적 특성을 고려해서 제작되어야 한다. In general, a skin sensor is attached to a subject's skin in order to obtain information about the skin, such as skin changes and conditions. However, the skin is the outermost and largest area of the body's outermost surface organs, which are pores, such as sweat, sebum secretion, and volatile organic emissions, essential for preserving the homeostasis of the body. Various physiological actions based on this are performed. The skin sensor attached to the skin should be manufactured in consideration of the biological properties of the skin.
따라서, 장기간의 건강 상태, 또는 피부 상태를 모니터링하는 고품질의 스킨 센서는 부착성과 통기성을 모두 필수적 요건으로 가져야 한다.Therefore, a high-quality skin sensor for monitoring a long-term health condition or skin condition must have both adhesion and breathability as essential requirements.
종래의 스킨 센서는 낮은 침투성(poor permeability)를 갖는, PI 또는PET 등의 고분자 기판을 이용하여 제조되기 때문에, 피부에 부착될 경우 피부의 숨구멍을 막게 되어 피부의 생리 활동을 방해하고 염증과 자극을 유발하는 문제가 제기되어왔다. 스킨 센서와 피부 사이의 강력한 접합을 위해 화학 부착제가 추가로 사용되는 경우 염증이 더욱 심해질 가능성도 있다. 감염된 피부는 바이러스에 대한 보호 기능을 상실하기 때문에, 2차 감염이나 합병증이 발생할 수 있다. 또한, 피부보다 1000배 정도 큰 고분자 기판의 탄성계수 (elastic modulus)에 기인하여 피부에 대한 부착력이 매우 낮아 피부에 오랜 시간 붙이지 못하거나, 재 부착 효율이 매우 떨어지는 문제도 있다. Conventional skin sensors are manufactured using polymer substrates such as PI or PET, which have low permeability, and when attached to the skin, they block the pores of the skin and interfere with the physiological activity of the skin and prevent inflammation and irritation. Provoking problems have been raised. If the chemical attachment is additionally used for a strong bond between the skin sensor and the skin, there is a possibility that the inflammation becomes more severe. Since the infected skin loses its protective function against the virus, secondary infection or complications may occur. In addition, due to the elastic modulus of the polymer substrate, which is about 1000 times larger than that of the skin, there is a problem that the adhesion to the skin is very low and thus it cannot be attached to the skin for a long time or the re-adhesion efficiency is very low.
이를 극복하기 위해 피부의 기계적 성질과 유사한 PDMS 등의 탄성중합체 (elastomer)를 기반으로 부착 표면이 문어 빨판, 또는 도마뱀 발바닥과 같은 마이크로 구조를 갖는 스킨 센서의 개발이 시도되고 있으나, 이러한 마이크로 구조는 표면 상에만 존재하는, 비관통형 구조이다. 따라서, 제조 과정이 복잡하고, 소형화가 어려운 한계가 있다. In order to overcome this, the development of a skin sensor having a micro structure such as a sucker or a lizard sole is being attempted because the surface of the attachment is an octopus based on an elastomer, such as PDMS, which is similar to the mechanical properties of the skin. It is a non-penetrating structure, present only in the phase. Therefore, the manufacturing process is complicated, and there is a limitation that it is difficult to downsize.
또한, 이러한 탄성중합체 기반 스킨 센서를 제조하는데 있어서, 변형 가능하고 통상적으로 사용되는 실리콘 기판에 비해 부드럽기 때문에 스킨 센서의 회로 소자를 탄성중합체 상에 집적시키기 어려운 한계가 있다.In addition, in manufacturing such an elastomer-based skin sensor, it is difficult to integrate circuit elements of the skin sensor on the elastomer because it is deformable and softer than a commonly used silicon substrate.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회로 구성요소로 구성된 반도체 회로 유닛 및 상기 반도체 회로 유닛이 집적되는 기판으로 사용되는, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치를 포함한 전자 기기를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, it is possible to provide an electronic device including a semiconductor circuit unit composed of circuit components and a flexible patch attachable to the skin, which is used as a substrate on which the semiconductor circuit unit is integrated.
또한, 상기 전자 기기를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, a method of manufacturing the electronic device can be provided.
본 발명의 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기는, 반도체 회로 유닛 - 상기 반도체 회로 유닛은 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함하는 회로 소자; 그리고 절연층, 및 활성층을 포함한 반도체 소자를 포함함; 및 복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함한다. An electronic device that can be attached to the skin according to an aspect of the present invention includes: a semiconductor circuit unit, wherein the semiconductor circuit unit includes a circuit element including at least one of an electrode and an interconnect; And a semiconductor device including an insulating layer and an active layer; And it may include a flexible patch configured to be attached to the skin, including a plurality of through-holes. Here, the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to the plurality of through holes of the flexible patch.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 원형의 관통홀을 포함하며, 상기 복수의 관통홀 간의 간격은 60μm 미만일 수 있다. In one embodiment, the plurality of through-holes include a circular through-hole, and the distance between the plurality of through-holes may be less than 60 μm.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 아령 형태의 관통홀을 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the plurality of through-holes may further include through-holes in the form of dumbbells.
일 실시예에서, 상기 복수의 관통홀은 제1 직경을 갖는 제1 관통홀 및 제2 직경을 갖는 제2 관통홀의 조합을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 직경은 제2 직경 보다 더 크며, 상기 제2 관통홀은 제1 관통홀을 주위에 위치할 수 있다.In one embodiment, the plurality of through-holes may include a combination of a first through-hole having a first diameter and a second through-hole having a second diameter. Here, the first diameter is larger than the second diameter, and the second through hole may be located around the first through hole.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치될 수 있다. In one embodiment, the flexible patch may be disposed on the active layer such that a plurality of through holes of the flexible patch and a plurality of through holes of the insulating layer are matched in a plane.
일 실시예에서, 상기 활성층은 AlN 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the active layer may be made of a material containing AlN or GaN.
일 실시예에서, 상기 회로 소자는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 맞은 편에 위치한 제2 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극은 하나 이상의 제1 바를 포함하고, 상기 제2 전극은 하나 이상의 제2 바를 포함하며, 상기 제1 바는 상기 제1 바의 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 상기 제2 전극을 향해 연장되고, 상기 제2 바는 제2 바의 평면이 지그재그 형태로서, 상기 제1 전극을 향해 연장된다. In one embodiment, the circuit element may include a first electrode and a second electrode located opposite the first electrode. Here, the first electrode includes at least one first bar, the second electrode includes at least one second bar, and the plane of the first bar is a zigzag shape of the first bar, the second The second bar extends toward the electrode, and the plane of the second bar is zigzag, extending toward the first electrode.
일 실시예에서, 상기 제1 바 또는 제2 바의 지그재그 형태는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 위치한 힌지 패턴을 포함할 수 있다. In one embodiment, the zigzag shape of the first bar or the second bar may include a hinge pattern located at a point where the extending direction of the bar changes.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치는 제1 탄성 계수를 갖는 제1 플렉서블 층 및 제2 탄성 계수를 갖는 제2 플렉서블 층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 탄성 계수는 제2 탄성 계수 보다 낮은 값일 수 있다. In one embodiment, the flexible patch may include a first flexible layer having a first elastic modulus and a second flexible layer having a second elastic modulus. Here, the first elastic modulus may be a value lower than the second elastic modulus.
일 실시예에서, 상기 제1 플렉서블 층의 두께(t1) 및 제2 플렉서블 층의 두께(t2)는 다음의 수학식에 기초하여 결정된다:In one embodiment, the thickness t1 of the first flexible layer and the thickness t2 of the second flexible layer are determined based on the following equation:
[수학식][Mathematics]
Figure PCTKR2019017923-appb-img-000001
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그리고 t는 플렉서블 패치의 두께, E1은 제1 플렉서블 층의 탄성 계수, E2는 제2 플렉서블 층의 탄성 계수, R은 피부에 부착된 플렉서블 패치의 곡률, γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치의 접촉 표면의 극성 성분을 나타낸다. And t is the thickness of the flexible patch, E1 is the elastic modulus of the first flexible layer, E2 is the elastic modulus of the second flexible layer, R is the curvature of the flexible patch attached to the skin, γ dSkin is the dispersion component of the skin's contact surface, dPatch γ represents the distribution of the touch surface of the patch, γ pSkin is the polar component of the contact surface of the skin, γ pPatch represents the polarity component of the contact surface of the patch.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 상기 희생층 상에 반도체 소자 및 회로 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계; 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치를 상기 반도체 회로 상에 접합하는 단계; 및 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 포함하는 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing an electronic device attachable to skin according to another aspect of the present invention includes forming a sacrificial layer on a first substrate; Forming a semiconductor circuit unit including a semiconductor element and a circuit element on the sacrificial layer; Bonding a flexible patch including a plurality of through holes on the semiconductor circuit; And etching the sacrificial layer to manufacture the electronic device including the semiconductor circuit unit and the flexible patch.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는, 회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함; 절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 갖도록 형성됨; 및 활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the semiconductor circuit unit comprises: forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising one or more of an electrode and an interconnect; Forming an insulating layer on the circuit element-the insulating layer is formed to have a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch; And forming an active layer on the insulating layer.
일 실시예에서, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 제2 기판 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층 상에 스트레서 층을 형성하는 단계; 상기 스트레서 층에 테이프를 배치하는 단계; 상기 테이프를 이용하여 상기 제2 기판으로부터 상기 활성층 및 스트레서 층을 박리하는 단계; 박리된 활성층 및 스트레서 층을 상기 절연층 상에 전사하는 단계 - 박리된 활성층이 상기 절연층 상에 전사됨; 및 상기 테이프를 이용하여 상기 활성층으로부터 상기 스트레서 층을 박리하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, forming the active layer comprises: forming an active layer on a second substrate; Forming a stresser layer on the active layer; Placing a tape on the stresser layer; Peeling the active layer and the stresser layer from the second substrate using the tape; Transferring a peeled active layer and a stresser layer onto the insulating layer-the peeled active layer is transferred onto the insulating layer; And peeling the stresser layer from the active layer using the tape.
일 실시예에서, 상기 스트레서 층은 복수의 층으로 이루어지며, In one embodiment, the stressor layer is made of a plurality of layers,
상기 스트레서 층을 형성하는 단계는, 증발(evaporating)에 의해 상기 활성층 상에 제1 스트레서 층을 형성하는 단계; 스퍼터링 증착에 의해 상기 제1 스트레서 층 상에 제2 스트레서 층을 형성하는 단계; 및 스퍼터링 증착에 의해 상기 제2 스트레서 층 상에 제3 스트레서 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The step of forming the stressor layer may include forming a first stressor layer on the active layer by evaporating; Forming a second stressor layer on the first stressor layer by sputtering deposition; And forming a third stressor layer on the second stressor layer by sputtering deposition.
일 실시예에서, 상기 제2 스트레서 층은 Al을 포함한 물질로 이루어지고, 상기 제3 스트레서 층은 Ni를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the second stressor layer may be made of a material containing Al, and the third stressor layer may be made of a material containing Ni.
일 실시예에서, 상기 제1 스트레서 층은 Ni 또는 AgNi를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the first stressor layer may be made of a material containing Ni or AgNi.
일 실시예에서, 상기 접합하는 단계는, 상기 플렉서블 패치 및 반도체 회로 유닛 간에 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the bonding step may further include applying pressure between the flexible patch and the semiconductor circuit unit.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 접합 이전에 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 플라즈마 처리(plasma treatment)하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include plasma treatment of the semiconductor circuit unit and the flexible patch prior to bonding.
일 실시예에서, 상기 접합하는 단계는, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치될 수 있다. In one embodiment, in the bonding step, the flexible patch may be disposed on the active layer such that a plurality of through holes of the flexible patch and a plurality of through holes of the insulating layer are matched in a plane.
일 실시예에서, 상기 희생층은 Ni, Cr, Al 및 이들의 조합 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the sacrificial layer may be formed of any one of Ni, Cr, Al, and combinations thereof.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는, 활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계; 및 회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the semiconductor circuit unit may include forming an active layer on the sacrificial layer; Forming an insulating layer on the active layer; And forming a circuit element on the insulating layer, wherein the circuit element includes one or more of an electrode and an interconnect.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 플렉서블 패치층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 복수의 관통홀을 형성하게 하는 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계 - 상기 홈을 제외한 형틀 부분은 상기 플렉서블 패치층을 관통함; 및 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing an electronic device attachable to skin according to another aspect of the present invention includes forming a sacrificial layer on a first substrate; Forming a semiconductor circuit unit including a circuit element and a semiconductor element on the sacrificial layer; Forming a flexible patch layer on the semiconductor circuit unit; A step of contacting a mold including a groove to form a plurality of through holes to a flexible patch layer-a mold portion excluding the groove penetrates the flexible patch layer; And etching the sacrificial layer to manufacture an electronic device.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는, 회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함; 절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및 활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer comprises: forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising one or more of an electrode and an interconnect; Forming an insulating layer on the circuit element, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And forming an active layer on the insulating layer.
일 실시예에서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는, 활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및 회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer may include forming an active layer on the sacrificial layer; Forming an insulating layer on the active layer, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And forming a circuit element on the insulating layer, wherein the circuit element includes one or more of an electrode and an interconnect.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 활성층을 형성하기 이전에, 폴리아미드 층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 및 상기 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉한 이후에, 상기 폴리아미드 층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin includes forming a polyamide layer on the sacrificial layer before forming an active layer; And after contacting the mold to the flexible patch layer, removing the polyamide layer.
일 실시예에서, 상기 활성층을 형성하는 단계는, 전사 구조물을 이용하여 상기 활성층을 상기 폴리아미드 층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, forming the active layer may include forming the active layer on the polyamide layer using a transfer structure.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 상기 활성층의 폭이 상기 형틀에 의해 형성될 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층을 패터닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include patterning the active layer such that the width of the active layer is smaller than the width of a through hole to be formed by the mold.
일 실시예에서, 상기 복수의 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계는, 상기 플렉서블 패치층을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of contacting the mold including the plurality of grooves with the flexible patch layer may include heating the flexible patch layer.
일 실시예에서, 상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀 및 이들의 조합을 형성 가능한 홈이 형성될 수 있다. In one embodiment, a groove capable of forming a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes and a combination thereof may be formed on the surface of the mold.
일 실시예에서, 상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀을 형성 가능한 홈이 형성될 수 있다. In one embodiment, a groove capable of forming a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes may be formed on the surface of the mold.
일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은, 관통하는 형틀의 정렬을 위해 하나 이상의 배열 키(alignment key)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 배열 키는 높이를 갖도록 구성되고, 상기 형틀은 상기 배열 키의 평면에 대응되는 하나 이상의 키 홀을 더 포함한다. In one embodiment, a method of manufacturing an electronic device attachable to a skin may further include forming one or more alignment keys for alignment of a penetrating mold. Here, the arrangement key is configured to have a height, and the mold further includes one or more key holes corresponding to the plane of the arrangement key.
일 실시예에서, 상기 관통홀을 형성하는 홈의 폭은 60μm 미만일 수 있다. In one embodiment, the width of the groove forming the through hole may be less than 60 μm.
일 실시예에서, 상기 플렉서블 패치층을 형성하는 단계는, 제3 탄성 계수를 갖는 제3 플렉서블 층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 및 제4 탄성 계수를 갖는 제4 플렉서블 층을 상기 제3 플렉서블 층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제4 탄성 계수는 상기 제3 탄성 계수 보다 낮은 값을 가진다. In one embodiment, forming the flexible patch layer may include: forming a third flexible layer having a third elastic modulus on the semiconductor circuit unit; And forming a fourth flexible layer having a fourth elastic modulus on the third flexible layer. Here, the fourth elastic modulus has a lower value than the third elastic modulus.
본 발명의 일 측면에 따른 전자 기기 제조 방법은 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치 상에 전극, 인터커넥트 등과 같은 다양한 회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 접합하여 전자 기기를 제조할 수 있다. An electronic device manufacturing method according to an aspect of the present invention may manufacture electronic devices by bonding semiconductor circuit units including various circuit elements and semiconductor elements, such as electrodes and interconnects, on a flexible patch configured to be attached to skin.
특히, 플렉서블 패치 상에 회로 소자 및 반도체 소자가 배치된 전자 기기를 제조할 수 있다. 피부 표면에 부착되어야 하는 패치는 유연해야 한다. 본 발명은 반도체 회로를 역순으로 집적하는 리버스 공정을 통해 회로 소자 및/또는 반도체 소자를 플렉서블 패치 상에 직접 집적할 경우 발생하는 문제를 해결할 수 있다. In particular, an electronic device in which circuit elements and semiconductor elements are disposed on a flexible patch can be manufactured. Patches that must adhere to the skin's surface should be flexible. The present invention can solve a problem that occurs when a circuit element and/or a semiconductor element is directly integrated on a flexible patch through a reverse process of integrating a semiconductor circuit in reverse order.
이러한 전자 기기의 플렉서블 패치는 복수의 관통홀을 포함하여, 높은 통기성 및 강한 부착성을 가질 수 있다. 이로 인해, 전자 기기가 피부에 착용되더라도 피부 상태에 영향을 미치지 않는다. The flexible patch of such an electronic device may include a plurality of through-holes and have high air permeability and strong adhesion. Due to this, even if the electronic device is worn on the skin, it does not affect the skin condition.
또한, 상기 복수의 관통홀은 플렉서블 패치 상에 배치되는 반도체 회로의 기능을 극대화하기 위해 상이한 크기를 갖도록 구성될 수 있다. Further, the plurality of through-holes may be configured to have different sizes in order to maximize the function of the semiconductor circuit disposed on the flexible patch.
일 실시예에서 전자 기기의 반도체 소자가 압전 물질을 포함하는 경우, 전자 기기는 피부에 부착되어 피부의 변형 및/또는 탄력 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서로 활용될 수 있다. 변형이 감지되는 압전 물질은 상대적으로 크기가 큰 관통홀 상에 배치되어, 스킨 센서는 피부의 생리학적 거동으로 인한 피부 변형 정보를 보다 효율적으로 얻을 수 있다.In one embodiment, when the semiconductor device of the electronic device includes a piezoelectric material, the electronic device may be used as a skin sensor that can be attached to the skin to obtain skin deformation and/or elasticity information. The piezoelectric material for which deformation is detected is disposed on a relatively large through hole, so that the skin sensor can more effectively obtain skin deformation information due to the physiological behavior of the skin.
다른 일 실시예에서, 전자 기기의 반도체 소자가 빛에 응답하도록 구성된 경우, 전자 기기는 피부 표면에 대한 광학 센서, 또는 이미지 센서로 활용될 수 있다. In another embodiment, when the semiconductor device of the electronic device is configured to respond to light, the electronic device may be used as an optical sensor or image sensor for a skin surface.
또 다른 일 실시예에서, 전자 기기의 반도체 소자가 수분에 응답하도록 구성된 경우, 전자 기기는 피부의 수분 손실을 측정하는 수분 센서로 활용될 수 있다.In another embodiment, when the semiconductor device of the electronic device is configured to respond to moisture, the electronic device may be used as a moisture sensor for measuring moisture loss in the skin.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 하나 이상의 도면에서 도시된 유사한 요소를 식별하기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the technical solutions in the embodiments of the present invention or in the prior art more clearly, the drawings required in the description of the embodiments are briefly introduced below. The same reference numbers are used to identify similar elements shown in one or more drawings. It should be understood that the drawings below are for the purpose of describing the embodiments of the present specification and not for the purpose of limitation. In addition, some elements to which various modifications such as exaggeration and omission are applied may be illustrated in the drawings below for clarity.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 피험자의 피부에 부착된 전자 기기를 개략적으로 도시한 도면이다. 1A to 1C are diagrams schematically illustrating electronic devices attached to a subject's skin according to embodiments of the present invention.
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2A to 2C are diagrams for explaining the operating principle of the skin sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서에 의해 측정된, 시간에 따른 피부 변형율을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing skin strain over time, measured by a skin sensor, according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다. 4A to 4B are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 제조 과정에서 활성층이 형성된 반도체 구조물의 준비 과정을 나타내는 단면도이다. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of preparing a semiconductor structure in which an active layer is formed in the manufacturing process of the skin sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 옥세틱 특성을 갖도록 구성된 전극 및/또는 인터커넥트 구조를 설명하기 위한 도면이다. 6A to 6E are diagrams for explaining an electrode and/or interconnect structure configured to have oxetic properties according to an embodiment of the present invention.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사 구조물을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a transfer structure according to an embodiment of the present invention.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.8 is a view schematically showing a manufacturing process of the flexible patch 30 according to an embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시예들에 따른, 형틀에 의해 형성되는 플렉서블 패치를 설명하기 위한 도면이다. 9A to 9D are diagrams for explaining a flexible patch formed by a mold according to embodiments of the present invention.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부에 부착되는 플렉서블 패치의 부착성을 설명하기 위한 도면이다.10A to 10D are diagrams for explaining adhesion of a flexible patch attached to skin according to an embodiment of the present invention.
도 11 a 내지 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.11A to 11B are conceptual views schematically showing a manufacturing process of a skin sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 12 a 내지 도 12h는, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.12A to 12H are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a third embodiment of the present invention.
도 13 a 내지 도 13k는, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다.13A to 13K are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers and/or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only to refer to a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular forms used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of “comprising” embodies a particular property, region, integer, step, action, element, and/or component, and the presence or presence of another property, region, integer, step, action, element, and/or component. It does not exclude addition.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90° 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms referring to relative spaces such as "below", "above", etc. may be used to more easily describe the relationship of one part to another part shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or actions of the device in use with the meanings intended in the drawings. For example, if the device in the figure is turned over, some parts described as being "below" other parts are described as being "above" other parts. Thus, the exemplary term “below” includes both the up and down directions. The device can be rotated 90° or rotated at different angles, and terms indicating relative space are also construed accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Commonly used dictionary-defined terms are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical documents and currently disclosed contents, and are not interpreted as ideal or very formal meanings unless defined.
본 명세서에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기는 피부에 부착 가능한 기판; 및 상기 기판 상에 집적된 반도체 회로 유닛을 포함한다. 상기 반도체 회로 유닛은 활성층; 절연층을 포함한 반도체 소자, 그리고 전극 및/또는 인터커넥터와 같은 회로 연결 구성요소를 포함하며, 전자 기기의 기능을 수행하는 회로로 동작한다. 상기 전자 기기는 그 자체로 동작하거나, 외부 장치에 전기적으로 연결되어 동작하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 피부에 부착 가능한 전자 기기는 부착된 피부의 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서 일 수 있다. 그러나, 본 발명의 피부에 부착 가능한 전자 기기와 관련된 설명은 스킨 센서에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들에 의해 센서 이외의 다른 기능으로 동작하는 전자 기기 (예컨대, 발광기) 및 이를 제조할 수 있다. In the present specification, the electronic device attachable to the skin includes a substrate attachable to the skin; And a semiconductor circuit unit integrated on the substrate. The semiconductor circuit unit includes an active layer; It includes a semiconductor device including an insulating layer, and circuit connection components such as electrodes and/or interconnects, and operates as circuits that perform functions of electronic devices. The electronic device may be configured to operate by itself or electrically connected to an external device. In one embodiment, the electronic device attachable to the skin may be a skin sensor capable of obtaining information of the attached skin. However, the description related to the electronic device attachable to the skin of the present invention is not limited to the skin sensor. According to embodiments of the present invention, an electronic device (eg, a light emitter) operating with a function other than a sensor and the same can be manufactured.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 실시예들에 따른, 피험자의 피부에 부착된 전자 기기를 개략적으로 도시한 도면이다. 1A to 1C are diagrams schematically illustrating electronic devices attached to a subject's skin according to embodiments of the present invention.
도 1a을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기(1)는 피험자의 피부에 부착될 수 있다. Referring to FIG. 1A, the electronic device 1 according to embodiments of the present invention may be attached to a subject's skin.
일 실시예에서, 전자 기기(1)는 센서의 기능을 수행하기 위해 동작하는 반도체 회로 유닛(10), 및 반도체 회로 유닛(10)이 집적되는 기판으로서, 피부에 부착 가능한 플렉서블 패치(30)를 포함한다. In one embodiment, the electronic device 1 is a semiconductor circuit unit 10 that operates to perform a function of a sensor, and a substrate on which the semiconductor circuit unit 10 is integrated, and includes a flexible patch 30 that can be attached to the skin. Includes.
반도체 회로 유닛(10)은 반도체 물질을 포함한 반도체 소자, 및 전극 및/또는 상호 접속 구성요소(예컨대, 인터커넥트 등)와 같은 회로 구성요소로 구성된다. The semiconductor circuit unit 10 is composed of semiconductor elements including semiconductor materials, and circuit components such as electrodes and/or interconnection components (eg, interconnects, etc.).
반도체 회로 유닛(10)의 기능은 반도체 소자 및/또는 회로 구성요소에 의존한다. 일 실시예에서, 반도체 회로 유닛(10)의 활성층이 압전 물질로 이루어진 경우, 반도체 회로 유닛(10)은 활성층의 형태 변화에 따라 전류의 특성이 변하는 압전 소자 회로로 동작하며, 상기 반도체 회로 유닛(10)을 포함한 전자 기기(1)는 피부의 변형 정보, 나아가 탄력 정보를 얻는 스킨 변형 센서로 동작할 수 있다. 이와 같이 전자 기기(1)가 압전 물질로 이루어진 구성요소를 포함한 경우, 반도체 회로 유닛(10)은 변화 감지 구조물로 동작한다. 이에 대해서는 아래의 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 서술한다. The function of the semiconductor circuit unit 10 depends on the semiconductor element and/or circuit component. In one embodiment, when the active layer of the semiconductor circuit unit 10 is made of a piezoelectric material, the semiconductor circuit unit 10 operates as a piezoelectric element circuit in which characteristics of a current change according to a change in shape of the active layer, and the semiconductor circuit unit ( The electronic device 1 including 10) may operate as a skin deformation sensor that obtains skin deformation information and, further, elasticity information. In this way, when the electronic device 1 includes a component made of a piezoelectric material, the semiconductor circuit unit 10 operates as a change detection structure. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 below.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 빛의 변화에 응답하는 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 광학 센서, 또는 스킨 이미지 센서로 동작할 수 있다. Alternatively, when the semiconductor circuit unit 10 includes a material that responds to changes in light, the electronic device 1 may operate as a skin optical sensor or a skin image sensor.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 수분의 변화에 응답하는 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 수분 센서로 동작할 수 있다. Alternatively, when the semiconductor circuit unit 10 includes a material that responds to a change in moisture, the electronic device 1 may operate as a skin moisture sensor.
대안적으로, 반도체 회로 유닛(10)이 발광 가능한 물질을 포함하는 경우, 전자 기기(1)는 스킨 발광 마사지기로 동작할 수 있다. Alternatively, when the semiconductor circuit unit 10 includes a light-emitting material, the electronic device 1 may operate as a skin light-emitting massager.
이하, 설명의 명료성을 위해, 압전 물질을 포함하여 피부의 변형을 감지할 수 있는 센서 회로 유닛을 예시로 반도체 회로 유닛(10)을 서술하고 (이하, 반도체 회로 유닛(10)은 때때로 센서 유닛 회로(10)로 지칭됨), 상기 센서 유닛 회로(10)를 포함한 스킨 센서를 예시로 전자 기기(1)을 서술하여 (이하, 전자 기기(1)는 때때로 스킨 센서(1)로 지칭됨) 본 발명을 예시적으로 서술한다. Hereinafter, for clarity of description, the semiconductor circuit unit 10 will be described as an example of a sensor circuit unit that can detect deformation of the skin, including a piezoelectric material (hereinafter, the semiconductor circuit unit 10 is sometimes referred to as a sensor unit circuit). (Referred to as (10)), describing the electronic device 1 as an example of a skin sensor including the sensor unit circuit 10 (hereinafter, the electronic device 1 is sometimes referred to as a skin sensor 1). The invention is described by way of example.
본 발명의 실시예들에 의하면, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 스킨 센서(1)는 피부에 부착되어 피부에 대한 정보를 얻도록 구성될 수 있다. According to embodiments of the present invention, it is possible to manufacture a skin sensor 1 that can be attached to the skin. The skin sensor 1 may be configured to be attached to the skin and obtain information about the skin.
일 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 복수의 통기성(air permeable) 관통 홀(H)들이 형성된 플렉서블 패치(30)와 플렉서블 패치(30)에 접합된 센서 회로 유닛(10)을 포함한다. The skin sensor 1 according to an embodiment includes a flexible patch 30 in which a plurality of air permeable through holes H are formed and a sensor circuit unit 10 bonded to the flexible patch 30.
플렉서블 패치(30)는 반도체 회로 유닛(10)이 집적되는 기판으로서, 적어도 일 표면이 피부에 부착 가능한 점성을 갖도록 구성된다. 또한, 플렉서블 패치(30)는 복수의 관통홀을 포함하여 높은 통기성 및 강한 부착성을 갖도록 구성된다. 이에 대해서는 아래의 도2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 서술한다. The flexible patch 30 is a substrate on which the semiconductor circuit unit 10 is integrated, and is configured such that at least one surface has a viscosity that can be attached to the skin. In addition, the flexible patch 30 is configured to have high air permeability and strong adhesion, including a plurality of through holes. This will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 below.
스킨 센서(1)는 상기 통기성 관통 홀(H) 상에 프리 스탠딩(free standing)형으로 형성된다. 일 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이 스킨 센서 유닛(10)의 활성층이 관통홀 상에 위치하는 프리 스탠딩(free standing)형 구조물로 구성된다. 압전 물질인 활성층이 피부 통기성을 위한 관통홀에 프리 스탠딩형으로 매달려 있기 때문에, 피부 변형에 따른 관통홀의 변화를 효율적으로 측정할 수 있다. 즉, 스킨 센서(1)의 활성층은 기계적 응력에 의해 유도되는 피부 변형에 따라 효과적으로 구부러질 수 있다. The skin sensor 1 is formed in a free standing shape on the breathable through hole H. In one embodiment, as shown in Figure 1a, the active layer of the skin sensor unit 10 is composed of a free standing type structure positioned on a through hole. Since the active layer, which is a piezoelectric material, hangs freely in a through hole for skin breathability, it is possible to efficiently measure the change in the through hole due to skin deformation. That is, the active layer of the skin sensor 1 can be bent effectively according to skin deformation induced by mechanical stress.
스킨 센서(1)는 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 센서 회로 유닛(10)을 포함하며, 상기 센서 회로 유닛(10)은 회로 구성요소(예컨대, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)), 절연층(113) 및 활성층(115)을 포함한다. The skin sensor 1 comprises a sensor circuit unit 10 disposed on a flexible patch 30, which sensor circuit unit 10 is a circuit component (eg, electrode 111 and/or interconnect 112). ), an insulating layer 113 and an active layer 115.
일부 실시예에서 센서 회로 유닛(10)은 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 회로 구성요소(예컨대, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)), 회로 구성요소 상에 배치된 절연층(113), 및 절연층(113) 상에 배치된 활성층(115)을 포함한다. 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 구성요소들(111, 112, 113, 115)은 플렉서블 패치(30)의 관통홀 중 적어도 하나에 대응되는 관통홀을 갖도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 전자 기기(1)가 강한 부착성을 가질 수 있으면서, 높은 통기성을 확보할 수 있다. In some embodiments, sensor circuit unit 10 may include circuit components (eg, electrodes 111 and/or interconnects 112) disposed on flexible patch 30, as shown in FIGS. 1B-1C, It includes an insulating layer 113 disposed on the circuit component, and an active layer 115 disposed on the insulating layer 113. The components 111, 112, 113, and 115 disposed on the flexible patch 30 may be configured to have through holes corresponding to at least one of the through holes of the flexible patch 30. For this reason, the electronic device 1 can have strong adhesion, and high air permeability can be secured.
다른 일부 실시예에서, 센서 회로 유닛(10)은 플렉서블 패치(30) 상에 배치된 활성층(115), 활성층(115) 상에 배치된 절연층(113), 및 절연층(113) 상에 배치된 회로 구성요소를 포함한다. 이러한 스킨 센서(1)의 동작 원리에 대해서는 아래의 도 2를 참조하여 보다 상세하게 서술한다. In some other embodiments, the sensor circuit unit 10 is disposed on the active layer 115 disposed on the flexible patch 30, the insulating layer 113 disposed on the active layer 115, and the insulating layer 113 Circuit components. The operating principle of the skin sensor 1 will be described in more detail with reference to FIG. 2 below.
스킨 센서(1)는 하나 이상의 반도체 회로 유닛(10)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 회로 유닛(10)은 동일한 기능을 수행하도록 구성되거나, 또는 상이한 개별적 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. The skin sensor 1 may include one or more semiconductor circuit units 10. The semiconductor circuit unit 10 may be configured to perform the same function, or may be configured to perform different individual functions.
이러한 스킨 센서(1)는 장시간 부착되어도 피부착자의 피부에 미치는 영향을 최소화하면서 반도체 회로가 플렉서블 패치를 통해 피부에 부착된 상태에서 피부착자의 피부에 대한 다양한 정보(예컨대, 피부 탄력 정보, 피부 변형 정보 등)를 얻도록 구성된다. The skin sensor 1 has a variety of information about the skin of the skin holder (eg, skin elasticity information, skin deformation) while the semiconductor circuit is attached to the skin through a flexible patch while minimizing the effect on the skin of the skin holder even when attached for a long time. Information, etc.).
도 2a 내지 도 2c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2A to 2C are diagrams for explaining the operating principle of the skin sensor 1 according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 피부(Ts, Td)상에 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 상기 피부는 각질층(Ts)과 진피층(Td)을 포함한다. 스킨 센서(1)는 각질층(Ts)의 표면에 밀착된다. 피부의 기계적 변화는 관통 홀(H)의 변화를 야기한다. 따라서, 관통홀(H)의 변화를 측정할 수 있으면, 피부의 기계적 변화에 대한 정보를 얻을 수 있다. 2A to 2C, the skin sensor 1 according to an embodiment of the present invention may be detachably attached to the skin Ts and Td. The skin includes a stratum corneum (Ts) and a dermal layer (Td). The skin sensor 1 is in close contact with the surface of the stratum corneum Ts. The mechanical change of the skin causes a change in the through hole H. Therefore, if the change in the through hole H can be measured, information on the mechanical change of the skin can be obtained.
피부의 기계적 변화는 피부 막의 메커니즘에 기초하여 분석될 수 있다. 피부는, 대략 20 ㎛ 까지는 각질층으로, 대략 2 mm 까지는 표피층과 진피층으로 구성된다. 그에 따라 진피층을 기재로 보는 경우, 각질층은 진피층에 대해 대략 1/100의 비율로 박막 구조를 갖게 된다. 그에 따라 피부 건조가 이뤄지는 경우 상대적으로 박막 형태인 각질층의 부피 수축이 유도된다. The mechanical changes of the skin can be analyzed based on the mechanism of the skin membrane. The skin consists of a stratum corneum up to approximately 20 μm, and an epidermal and dermal layer up to approximately 2 mm. Accordingly, when the dermal layer is viewed as a substrate, the stratum corneum has a thin film structure at a ratio of approximately 1/100 to the dermal layer. Accordingly, when the skin is dried, the volume shrinkage of the stratum corneum layer, which is relatively thin, is induced.
그리고, 건조가 발생하는 경우, 초기에는 각질층의 수분이 감소하여 수축하나 진피층은 상대적으로 덜 건조되므로 진피층이 각질층을 당김으로써 인장 응력이 발생하게 된다. 그러나, 지속적으로 건조가 발생하는 경우 각질층의 탄성 계수는 증가하게 되고, 각질층(Ts)에 크랙에 발생하여 보호 기능의 손실을 가져오게 된다. 그리고, 크랙이 발생하는 경우 인장 응력이 감소하여 늘어지게 된다.And, when drying occurs, initially, the moisture of the stratum corneum layer decreases and contracts, but the dermal layer is relatively less dried, so that the dermal layer pulls the stratum corneum, thereby causing tensile stress. However, when the drying occurs continuously, the elastic modulus of the stratum corneum increases, and a crack occurs in the stratum corneum Ts, resulting in a loss of the protective function. In addition, when cracking occurs, tensile stress decreases and stretches.
스킨 센서(1)는 관통 홀(H) 상에 프리 스탠딩형으로 부착되어 피부에 부착된 관통 홀(H)의 크기 변화에 따라 변화 감지 구조물 상에 가해지는 압력의 변화를 감지하여 피부 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.The skin sensor 1 is attached to the through hole H in a free standing type to detect a change in pressure by detecting a change in pressure applied to the change detection structure according to a change in size of the through hole H attached to the skin It can be configured to.
본 명세서에서 피부 변화율을 기 설정된 구역의 피부의 최초 길이(L0)와 t 시간 후의 길이(Lt)에 대하여 다음 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.In this specification, the rate of skin change may be defined as the following [Equation 1] for the initial length L0 and the length Lt of the skin in a predetermined region.
Figure PCTKR2019017923-appb-img-000002
Figure PCTKR2019017923-appb-img-000002
즉, 변화 감지 구조물(즉, 활성층(115))의 길이 변화를 산출함으로써 피부 변화율을 정량적인 수치로 제공할 수 있다. That is, by calculating the change in length of the change sensing structure (ie, the active layer 115), the rate of skin change can be provided as a quantitative value.
도 2a의 상황(a)은 피부 변화가 없어 아무런 압력이 가해지지 않은 경우를 나타낸다. 도 2의 상황(a)에서, 관통홀은 d3의 길이를 가질 수 있다.The situation (a) of FIG. 2A shows a case where no pressure is applied due to no skin change. In the situation (a) of FIG. 2, the through hole may have a length of d3.
도 2b의 상황(b)은 시간이 지나 수분을 포함하는 물질들이 피부로부터 방출된 경우를 나타낸다. 도 2b의 상황(b)에서, 시간이 지나 수분을 포함하는 물질들이 피부로부터 방출되어 각질층이 먼저 건조되면, 각질층에 인장 응력(F5, F6)이 발생하게 된다. 이로 인해, 관통홀의 크기가 증가하고, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 인장 응력이 가해진다. 관통홀은 d4의 길이를 가질 수 있다. d4는 d3에 비하여 긴 길이를 갖게 된다. 관통홀의 변화에 따라 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분이 변하므로, 전류 변화가 발생한다. 그리고, 이 경우 피험자의 피부 당김이 발생하였다고 판단할 수 있다. The situation (b) of FIG. 2B shows a case in which substances containing moisture are released from the skin over time. In the situation (b) of Figure 2b, when the material containing moisture is released from the skin over time and the stratum corneum is dried first, tensile stresses (F5, F6) are generated in the stratum corneum. Due to this, the size of the through hole increases, and tensile stress is applied to the portion of the active layer 115 disposed on the through hole. The through hole may have a length of d4. d4 has a longer length than d3. As the portion of the active layer 115 disposed on the through hole changes according to the change of the through hole, a current change occurs. And, in this case, it can be determined that the subject's skin pulling occurred.
도 2c의 상황(c)은 지속적으로 건조가 발생한 경우를 나타낸다. 지속적으로 건조가 발생하면 각질층에 크랙(C)들이 발생하여 관통홀의 크기가 상황(b)에 비해 감소한다. 따라서, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 가해지는 인장 응력은 감소하게 되며, 이 경우 d5의 길이를 가질 수 있다. d5는 d4에 비해 짧은 길이를 갖게 된다. The situation (c) of FIG. 2c represents a case where drying continuously occurs. If the drying occurs continuously, cracks (C) are generated in the stratum corneum, and the size of the through hole decreases compared to the situation (b). Therefore, the tensile stress applied to the active layer 115 disposed on the through-hole decreases, and in this case, may have a length of d5. d5 has a shorter length than d4.
위와 같은 방식으로, 관통홀 상에 배치된 활성층(115) 부분에 가해지는 압력에 따라 피부 변화량을 측정할 수 있다. In the above manner, the amount of skin change can be measured according to the pressure applied to the active layer 115 disposed on the through-hole.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스킨 센서에 의해 측정된, 시간에 따른 피부 변형율을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing skin strain over time, measured by a skin sensor, according to an embodiment of the present invention.
도 2a의 상황(a)는 도 3의 그래프에서 노출 시작 시간에 해당된다. 피부 건조가 시작되면, 도 2b의 상황(b)에서는 각질층의 건조에 따라 인장 응력이 증가하여 지속적으로 피부 변형이 증가하게 된다. The situation (a) of FIG. 2A corresponds to the exposure start time in the graph of FIG. 3. When the drying of the skin begins, in the condition (b) of FIG. 2B, the tensile stress increases with drying of the stratum corneum, and the skin deformation continuously increases.
그러다가, 각질층이 형성되는 도 2c의 상황(c)에서는 각질층에 크랙이 형성됨에 따라 다시 인장 응력이 감소함으로써 다시 변형이 초기 상태와 같거나 이와 비슷한 상태로 되돌아가게 된다.Then, in the situation (c) of FIG. 2C in which the stratum corneum is formed, the tensile stress decreases again as the cracks are formed in the stratum corneum, so that the deformation returns to the same state as or similar to the initial state.
피부 표면에 부착된 스킨 센서(1)에 있어서, 센서로 동작하는 센서 회로 유닛(10)은 플렉서블 패치(30) 상에 위치한다. 즉, 플렉서블 패치(30)는 회로가 집적되는 기판으로 사용된다. 일반적으로 사용되는 회로 기판들과 달리, 플렉서블 패치(30)는 부드럽고(soft), 끈적하게(sticky) 구성된다. 따라서, 단순히 기판 상에 회로 구성요소를 순차적으로 집적하는 공정에 의해서는 본 발명의 스킨 센서(1)를 제조하기 어려운 문제가 있다.In the skin sensor 1 attached to the skin surface, the sensor circuit unit 10 operating as a sensor is located on the flexible patch 30. That is, the flexible patch 30 is used as a substrate on which the circuit is integrated. Unlike the commonly used circuit boards, the flexible patch 30 is soft and sticky. Therefore, it is difficult to manufacture the skin sensor 1 of the present invention by simply sequentially integrating circuit components on a substrate.
<제1 실시예><First Example>
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다. 4A to 4B are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S401); 상기 희생층(105) 상에 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S410)로서, 상기 희생층(105) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S411); 상기 전극 및/또는 인터커넥트 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S413); 및 상기 절연층(113) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S415)를 포함하며; 상기 센서 회로 유닛(10)과 (즉, 상기 활성층(115)과) 플렉서블 패치(30)를 접합(bonding)하는 단계(S430); 및 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S450)를 포함한다. 4A and 4B, a method for manufacturing a skin sensor 1 according to a first embodiment of the present invention includes forming a sacrificial layer 105 on a substrate 101 (S401); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S410), forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the sacrificial layer 105 (S411); Forming an insulating layer 113 on the electrode and/or interconnect (S413); And forming an active layer 115 on the insulating layer 113 (S415); Bonding the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) and a flexible patch 30 (S430 ); And etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S450).
기판(101)(또는 제1 기판이라고 지칭함)은 센서 회로 유닛(10)의 내부 층들을 적층하는데 사용된다. 즉, 기판(101)은 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112), 활성층(115) 등과 같은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소를 형성하는데 사용되는 기판이다. 일 예에서, 기판(101)은 실리콘(Si)로 이루어지며, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성할 수 있다(S401). The substrate 101 (or referred to as the first substrate) is used to stack the inner layers of the sensor circuit unit 10. That is, the substrate 101 is a substrate used to form components of the sensor circuit unit 10, such as the electrode 111 and/or the interconnect 112, the active layer 115, and the like. In one example, the substrate 101 is made of silicon (Si), and a sacrificial layer 105 may be formed on the substrate 101 (S401).
한편, 희생층(105)은 유기 용매(organic solvents)에 대한 내성이 있고, 포토 리소그래피(photo-lithography) 가 가능한 물질(예를 들어, 금속)로 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(105)은 Cr, Al, Ni, Au및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. On the other hand, the sacrificial layer 105 is made of a material (for example, metal) that is resistant to organic solvents and capable of photo-lithography. In one embodiment, the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, Au, and combinations thereof.
또한, 희생층(105)은 부착성과 관련된 일 물질 특성(예컨대, 표준 산화 전위(standard oxidation potential)) 및/또는 열적 안정성(thermal stability)과 관련된 다른 물질 특성(에컨대, 녹는 점(melting temperature))에 더 기초하여 구성될 수 있다. 이 경우, 희생층(105)은 다양한 응력(strain)에 견디기 충분한 강한 부착성 및 열적 안정성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 희생층(105)은 Cr, Al, Ni 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In addition, the sacrificial layer 105 is one material property related to adhesion (e.g., standard oxidation potential) and/or other material properties related to thermal stability (e.g., melting temperature). ). In this case, the sacrificial layer 105 may have strong adhesion and thermal stability sufficient to withstand various strains. In some embodiments, the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, and combinations thereof.
상기 희생층(105) 상에는 센서 회로 유닛(10)으로 동작하는 반도체 구조물이 형성된다. A semiconductor structure operating as a sensor circuit unit 10 is formed on the sacrificial layer 105.
도 5a 내지 도 5c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 스킨 센서(1)의 제조 과정에서 활성층이 형성된 반도체 구조물의 준비 과정을 나타내는 단면도이다. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a process of preparing a semiconductor structure in which an active layer is formed in the manufacturing process of the skin sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 희생층(105) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 포함한 전도층을 형성한다(S411). 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 (예컨대, 금(Au), 백금(Pt)과 같은) 전도 물질로 이루어진 회로 구성요소로서, 압전 소자로 기능하는 활성층에 기초한 전류 변화를 전달하여 스킨 센서(1)로 동작하게 한다. Referring to FIG. 5A, a conductive layer including an electrode 111 and/or an interconnect 112 is formed on the sacrificial layer 105 (S411 ). The electrode 111 and/or the interconnect 112 are circuit components made of a conductive material (eg, gold (Au), platinum (Pt)), and are skinned by transmitting a current change based on an active layer functioning as a piezoelectric element. The sensor 1 is operated.
스킨 센서(1)는 피부 표면에 따라 변형 가능하도록 구성되고, 또한, 탈-부착 과정에서 스킨 센서(1)의 과도한 변형에 불구하고 강한 내구성을 가질 수 있도록 구성된다. 따라서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 변형에 강한 구조를 갖도록 형성된다. The skin sensor 1 is configured to be deformable according to the skin surface, and is also configured to have strong durability despite excessive deformation of the skin sensor 1 in the de-attachment process. Accordingly, the electrode 111 and/or the interconnect 112 are formed to have a structure resistant to deformation.
도 6a 내지 도 6e는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 옥세틱 특성을 갖도록 구성된 전극 및/또는 인터커넥트 구조를 설명하기 위한 도면이다. 6A to 6E are diagrams for explaining an electrode and/or interconnect structure configured to have oxetic properties according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 옥세틱 특성이 구현 가능한 평면 구조로 희생층(105) 상에 형성된다(S411). In one embodiment, the electrode 111 and/or the interconnect 112 is formed on the sacrificial layer 105 in a planar structure in which oxetic characteristics can be implemented (S411).
옥세틱 구조(Auxetic structure)는 일반적으로, 제1 방향으로 인장력을 받게 될 때, 제1 방향에 직교하는 방향으로 그 치수가 증대되는 구조를 일컫는다. 예를 들어, 옥세틱 구조가 길이, 폭 및 두께를 갖는 것으로 설명될 수 있는 경우, 옥세틱 구조가 종방향으로 인장력을 받고 있을 때, 그 폭이 증대된다. 또한, 옥세틱 구조가 종방향으로 신장될 때 그 길이와 폭이 증대되고 횡방향으로 신장될 때 그 폭과 길이가 증대되지만, 그 두께는 증대되지 않는 양방향성의 것이다. 이러한 옥세틱 구조는 음의 포아송비를 갖는 것을 특징으로 한다. The auxetic structure generally refers to a structure in which its dimension increases in a direction orthogonal to the first direction when a tensile force is applied in the first direction. For example, if the oxetic structure can be described as having a length, width and thickness, when the oxetic structure is subjected to a tensile force in the longitudinal direction, the width is increased. In addition, the length and width are increased when the oxetic structure is stretched in the longitudinal direction, and the width and length are increased when stretched in the transverse direction, but the thickness is not bidirectional. This oxetic structure is characterized by having a negative Poisson's ratio.
단계(S411) 에서, 희생층(105) 상에 제1 전극(111A) 및 제2 전극(111B)이 형성된다. 도 6a를 참조하면, 제1 전극 및 제2 전극(111A 및 111B)은 하나 이상의 바를 포함한다. 제1 전극(111A)에 포함된 바는 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 반대 편의 제2 전극(111B)로 연장된다. 제2 전극(111B)에 포함된 바 또한 평면이 지그재그 형태로서, 반대 편의 제1 전극(111A)로 연장된다. 각 전극(111A 및 111B)은 지그재그 형태의 바를 포함함으로써, 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을 가질 수 있다.In step S411, the first electrode 111A and the second electrode 111B are formed on the sacrificial layer 105. Referring to FIG. 6A, the first electrode and the second electrode 111A and 111B include one or more bars. The bar included in the first electrode 111A has a zigzag shape in a plane, and extends to the second electrode 111B on the opposite side. Also included in the second electrode 111B, the plane is also in a zigzag shape, and extends to the first electrode 111A on the opposite side. Each of the electrodes 111A and 111B includes a zigzag bar, and thus may have characteristics generated by an oxetic structure (ie, oxetic structure characteristics).
도 6b를 참조하면, 일 실시예에서, 상기 바는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 원형의 컷 힌지(cut hinge) 패턴을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 흰지 패턴은 균열 전파(crack propaganda)를 방지할 수 있다. Referring to FIG. 6B, in one embodiment, the bar may be configured to have a circular cut hinge pattern at a point at which the extension direction of the bar changes. The white paper pattern can prevent crack propaganda.
도 6c에 도시된 바와 같이, 인터커넥트(112)는 양단은 원형이고 상기 양단의 원형을 연결하는 중심부는 양단의 직경 보다 작은 두께의 기둥으로 구성된, 아령 형태의 홀을 형성하도록 구성된다. 또한, 인터커넥트(112)는 원형 홀을 형성하도록 구성된다(아령-홀 패턴(Dμmbbell-hole pattern)). 이러한 관통홀이 형성된 인터커넥트(112)는 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을 가질 수 있다.As shown in Figure 6c, the interconnect 112 is configured to form a dumbbell-shaped hole, which has a circular shape at both ends and a central portion connecting the circles at both ends, with a pillar having a thickness smaller than the diameter of both ends. Further, the interconnect 112 is configured to form a circular hole (D-mbbell-hole pattern). The interconnect 112 in which the through hole is formed may have characteristics generated by an oxetic structure (that is, oxetic structure characteristics).
이러한 옥세틱 구조 특성에 의해 외부 힘이 인터커넥트(112)에 작용하여 인터커넥트(112)의 형태가 변형되더라도 양단에서 크랙의 발생이 최소화된다. 도 6d를 참조하면, 크랙이 발생하는 부위가 아령 형태의 관통홀을 갖는 경우 더 적은 것을 확인할 수 있다. Due to the oxetic structure characteristics, the occurrence of cracks at both ends is minimized even if the shape of the interconnect 112 is deformed by an external force acting on the interconnect 112. Referring to FIG. 6D, it can be confirmed that the crack-producing portion is smaller when it has a through hole in the form of a dumbbell.
이러한 옥세틱 구조 특성을 갖는 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 다양한 방식에 의해 희생층(105) 상에 형성될 수 있다. 일 예에서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)는 전도층을 형성한 후, 옥세틱 구조를 형성하도록 구성된 (예컨대, 도 6e에 도시된 바와 같은) 마스크를 이용한 포토 리소그래피 기반 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 6e의 마스크에서 어두운 부분에 대응하는 전도층 영역은 인터커넥트로 형성되고, 밝은 부분에 대응하는 전도층 영역은 관통홀로 형성된다. The electrode 111 and/or interconnect 112 having such an oxetic structural property may be formed on the sacrificial layer 105 in various ways. In one example, the electrode 111 and/or interconnect 112 is formed in a photolithography-based etching process using a mask (eg, as shown in FIG. 6E) configured to form an oxic structure after forming the conductive layer. It can be formed by. In the mask of FIG. 6E, the conductive layer region corresponding to the dark portion is formed as an interconnect, and the conductive layer region corresponding to the bright portion is formed as a through hole.
도 5b를 참조하면, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성한 이후, 절연층(113)을 형성한다(S413). 절연층(113)은 실리콘(Si) 기판(110)의 표면에 형성된 산화물 층(SiO2)일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 절연층(113)은 실리콘 산화물 이외의 산화물질로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 5B, after forming the electrode 111 and/or the interconnect 112, an insulating layer 113 is formed (S413). The insulating layer 113 may be an oxide layer (SiO2) formed on the surface of the silicon (Si) substrate 110. However, this is an example, and the insulating layer 113 may be made of an oxide material other than silicon oxide.
일 실시예에서, 절연층(113)은 통기성을 확보하기 위해 복수의 관통홀을 포함할 수 있다. 절연층(113)의 관통홀은 플렉서블 패치(30)의 관통홀을 통해 이동하는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 플렉서블 패치(30)의 관통홀과 매칭되도록 형성된다. 이로 인해, 스킨 센서(1)의 통기성이 극대화된다. 일부 실시예에서, 절연층(113)의 관통홀은 포토 리소그래피 기반 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. In one embodiment, the insulating layer 113 may include a plurality of through holes to ensure air permeability. The through hole of the insulating layer 113 is formed to match the through hole of the flexible patch 30 so as not to interfere with the flow of air moving through the through hole of the flexible patch 30. Due to this, the breathability of the skin sensor 1 is maximized. In some embodiments, the through hole of the insulating layer 113 may be formed by a photolithography-based etching process.
도 5c를 참조하면, 활성층(115)은 절연층(113) 상에 형성될 수 있다(S415). 활성층(115) 및 활성층(115)의 형성 과정에 대해서는 아래의 도 7을 참조하여 보다 상세하게 서술한다. Referring to Figure 5c, the active layer 115 may be formed on the insulating layer 113 (S415). The process of forming the active layer 115 and the active layer 115 will be described in more detail with reference to FIG. 7 below.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전사 구조물을 설명하기 위한 도면이다. 일 실시예에서, 활성층(115)은 전사 구조물에 의해 전사됨으로써 절연층(113) 상에 형성될 수 있다(S415). 7 is a view for explaining a transfer structure according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, the active layer 115 may be formed on the insulating layer 113 by being transferred by a transfer structure (S415).
도 7를 참조하면, 전사 구조물은 기판(701) 상에 형성된 구조물로서, 기판(701) 상에 형성된 금속층(710); 금속층(710) 상에 형성된 활성층(115); 활성층(115) 상에 형성된 스트레서 층(730); 스트레서 층(730) 상에 배치된 테이프 층(750)을 포함한다. Referring to FIG. 7, the transfer structure is a structure formed on the substrate 701, and includes a metal layer 710 formed on the substrate 701; An active layer 115 formed on the metal layer 710; A stresser layer 730 formed on the active layer 115; And a tape layer 750 disposed on the stresser layer 730.
기판(701)(또는 제2 기판으로 지칭됨)은 전사 구조물을 형성하는데 사용되는 기판으로서, 기판(101)과 상이한 기판이다. 기판(701) 상에는 활성층(115)이 형성된다. 일 예에서, 기판(701)은 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.The substrate 701 (or referred to as a second substrate) is a substrate used to form a transfer structure, and is a substrate different from the substrate 101. The active layer 115 is formed on the substrate 701. In one example, the substrate 701 may be made of a material including silicon (Si).
일 실시예에서, 활성층(115)은 기판(701) 상에 형성된 금속층(710) 상에 형성될 수 있다. 금속층(710)은 활성층(115)이 보다 쉽게 전사되도록 약한 접착력을 갖도록 구성된다. 일 예에서, 금속층(710)은 금(Au)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the active layer 115 may be formed on the metal layer 710 formed on the substrate 701. The metal layer 710 is configured to have weak adhesion so that the active layer 115 is more easily transferred. In one example, the metal layer 710 may be made of a material including gold (Au).
활성층(115)은 반도체 특성을 갖는 물질로 이루어진 층으로서, 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)의 주된 기능을 수행한다. 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)가 스킨 센서로 활용되는 경우, 일 실시예에서, 활성층(115)은 전자 수송 특성이 우수하며, 압전 물질로 활용될 수 있는 Ga, Al을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 활성층(115)은 AlN, 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. The active layer 115 is a layer made of a material having semiconductor properties and performs a main function of the electronic device 1 that can be attached to the skin. When the electronic device 1 that can be attached to the skin is used as a skin sensor, in one embodiment, the active layer 115 has excellent electron transport properties and may be made of a material including Ga and Al that can be used as a piezoelectric material. have. For example, the active layer 115 may be made of AlN or GaN-containing material.
스트레서층(730)은 활성층(115)의 물질에 변형을 가하여 반도체 특성을 강화하게 한다. 예를 들어, 스트레서층(730)에 의해 압전 성능이 강화될 수 있다. 또한, 활성층(115)이 절연층(113) 상에 전사되는 과정에서 크랙의 형성을 최소화하도록 구성된다. 이를 위해, 스트레서층(730)은 다양한 물질, 다양한 두께를 갖는 복수의 층을 포함한 멀티층 구조로 형성될 수 있다. The stresser layer 730 enhances the semiconductor characteristics by applying a deformation to the material of the active layer 115. For example, the piezoelectric performance may be enhanced by the stressor layer 730. In addition, the active layer 115 is configured to minimize the formation of cracks in the process of being transferred on the insulating layer 113. To this end, the stresser layer 730 may be formed of a multi-layer structure including a plurality of layers having various materials and various thicknesses.
일 실시예에서, 스트레서층(730)은 3개의 층(731 내지 735)을 포함한다. 제1 스트레서 층(731)은 Ni를 포함한 물질(예컨대, Ni, 또는 AgNi 등)로 이루어진, 고-응력 금속층일 수 있다. 제2 스트레서 층(733)은 Al을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 제3 스트레서 층(735)은 Ag를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the stressor layer 730 includes three layers 731-735. The first stressor layer 731 may be a high-stress metal layer made of a material containing Ni (eg, Ni, or AgNi, etc.). The second stressor layer 733 may be made of a material containing Al. The third stressor layer 735 may be made of a material containing Ag.
제1 스트레서 층(731)의 두께는 물질에 따라 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스트레서 층(731)이 Ni로 이루어진 경우, 제1 스트레서 층(731)의 두께는 50nm일 수 있다. 한편, 제1 스트레서 층(731)이 AgNi로 이루어진 경우, 제1 스트레서 층(731)의 두께는 70nm일 수 있다. The thickness of the first stressor layer 731 may be formed differently depending on the material. For example, when the first stressor layer 731 is made of Ni, the thickness of the first stressor layer 731 may be 50 nm. Meanwhile, when the first stressor layer 731 is made of AgNi, the thickness of the first stressor layer 731 may be 70 nm.
각 스트레서 층별로 형성 방식이 동일할 수도, 또는 상이할 수도 있다. 일 예에서, 활성층(115) 상에 형성되는 제1 스트레서층(731)은 증발(evaporating)에 의해 형성될 수 있다. 제1 스트레서 층(731) 상에 형성되는 제2 스트레서 층(733) 및 제2 스트레서 층 상에 형성되는 제3 스트레서 층(735)은 스퍼터링 증착(sputtering deposition)에 의해 형성될 수 있다. 각 스트레서층의 형성 속도는 서로 상이할 수 있다. 일 예에서, 제2 스트레서층(733)은 1.8 Å -1, 제3 스트레서층(735)은 2 Ås -1로 형성될 수 있다. 다른 일 예에서, 제2 스트레서층(733)은 0.4 Ås -1, 제3 스트레서층(735)은 2 Ås -1로 형성될 수 있다.The formation method may be the same for each stressor layer, or it may be different. In one example, the first stressor layer 731 formed on the active layer 115 may be formed by evaporating. The second stressor layer 733 formed on the first stressor layer 731 and the third stressor layer 735 formed on the second stressor layer 735 may be formed by sputtering deposition. The formation speed of each stressor layer may be different from each other. In one example, the second stressor layer 733 may be 1.8 1.8 -1 and the third stresser layer 735 may be 2 Ås -1 . In another example, the second stressor layer 733 may be formed of 0.4 Ås -1 , and the third stresser layer 735 may be formed of 2 Ås -1 .
도 7의 전사 구조물은 테이프층(750)에 의해 기판(701)으로부터 박리되고, 박리된 활성층(115)이 절연층(113) 상에 전사된다. 그 후, 테이프 층(750)과 스트레서 층(730)을 제거하여, 기판(101), 희생층(105), 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 포함한 전도층; 절연층(113) 및 활성층(115)을 포함한 적층체가 형성된다. The transfer structure of FIG. 7 is peeled from the substrate 701 by the tape layer 750, and the peeled active layer 115 is transferred on the insulating layer 113. Thereafter, the tape layer 750 and the stressor layer 730 are removed, and a conductive layer including the substrate 101, the sacrificial layer 105, the electrode 111, and/or the interconnect 112; A laminate including the insulating layer 113 and the active layer 115 is formed.
일 실시예에서, 도 5의 전사 구조물을 이용한 활성층(115)의 전사는 대략 165℃의 범위 내에서 수행될 수 있다. 이 경우, 활성층(115) 상의 테이프 잔류물(tape residue) 량이 최소화된다. In one embodiment, the transfer of the active layer 115 using the transfer structure of FIG. 5 may be performed within a range of approximately 165°C. In this case, the amount of tape residue on the active layer 115 is minimized.
이와 같이, 고성능, 단결정 압전 반도체 물질(AlN, GaN)들로 이루어진 활성층(115)은 이차원 물질 기반 전사(2 Dimension material based Layer Transfer, 2DLT)를 사용하여 절연층(113) 상에 전사 될 수 있다. As such, the active layer 115 made of high performance, single crystal piezoelectric semiconductor materials (AlN, GaN) may be transferred on the insulating layer 113 using 2D material based layer transfer (2DLT). .
다시 도 4를 참조하면, 피부에 부착하는 구성요소인 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물의 활성층(115) 상에 배치하고, 배치된 플렉서블 패치(30)를 활성층(115)과 접합한다(S430). Referring to FIG. 4 again, the flexible patch 30, which is a component attached to the skin, is disposed on the active layer 115 of the semiconductor structure, and the disposed flexible patch 30 is bonded to the active layer 115 (S430). .
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.8 is a view schematically showing a manufacturing process of the flexible patch 30 according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 플렉서블 패치(30)의 제조 방법은 희생층을 일 표면에 복수의 오목한 홈이 형성되어 있는 형틀 상에 형성하는 단계(S810); 및 플렉서블 패치층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계(S830);를 포함한다. Referring to FIG. 8, a method of manufacturing the flexible patch 30 includes forming a sacrificial layer on a mold having a plurality of concave grooves formed on one surface (S810); And forming a flexible patch layer on the sacrificial layer (S830).
단단한(rigid) 물질에 대해서는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은, 마이크로 홀이 패터닝된 표면과 같은 기하학적 평면 구조를 형성하기 위해 습식/건식 식각 방식을 이용한다. 그러나, 상대적으로 부드러운 플렉서블 물질(예컨대, PDMS 등)은 건식/습식 식각 방식을 이용하여 기하학적 평면 구조를 형성하고자 하는 경우 홀과 같이 기하학적 평면 구조를 이루고 있는 형상이 망가지는 문제가 있다. 그러나, 플렉서블 물질의 일 표면에 복수의 홀을 형성하기 위해, 복수의 오목한 홈이 형성되어 있는 형틀(810)을 사용하는 경우, 홀의 형상이 망가지지 않는 플렉서블 패치층(830)을 얻을 수 있다. For rigid materials, a wet/dry etch method is used to form a geometric planar structure such as a micro-hole patterned surface, as shown in FIGS. 1A and 1B. However, a relatively soft flexible material (eg, PDMS, etc.) has a problem in that a shape that forms a geometric planar structure such as a hole is damaged when a dry/wet etch method is used to form the geometric planar structure. However, in order to form a plurality of holes on one surface of the flexible material, when using a mold 810 in which a plurality of concave grooves are formed, it is possible to obtain a flexible patch layer 830 whose hole shape is not broken.
형틀(mold)(810)은 홈이 일 표면에 형성되어 있어 기하학적 평면을 갖도록 구성된다. 형틀(810)의 기하학적 평면을 이루는 홈의 단면은, 도 8에 도시된 바와 같이, 일 표면 안으로 오목하게 형성되어 있다. 유동성을 갖는 임의의 물질(예컨대, 플렉서블 패치층(830)을 형성하는데 사용되는 플렉서블 물질 등을 포함함)이 형틀(810) 상에 형성되는 경우 상기 임의의 물질이 홈을 채우게 된다. 상기 임의의 물질이 경화되면, 채워진 홈에 대응하는 높이 구조물이 홈의 내부에 형성된다. 상기 홈은 단일 단차를 갖도록 구성되거나, 또는 하나 이상의 단차를 갖도록 구성될 수 있다. The mold 810 is configured such that the groove is formed on one surface to have a geometric plane. The cross section of the groove forming the geometric plane of the form 810 is concavely formed into one surface, as shown in FIG. 8. When any material having fluidity (for example, including a flexible material used to form the flexible patch layer 830) is formed on the mold 810, the optional material fills the groove. When the optional material is cured, a height structure corresponding to the filled groove is formed inside the groove. The groove may be configured to have a single step, or may be configured to have one or more steps.
상기 플렉서블 패치층(830)은 피부에 부착 가능하도록 부착성이 있는 물질층을 포함한다. 따라서, 플렉서블 패치층(830)이 바로 형틀(810) 상에 형성되는 경우, 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 분리시키는데 어려움이 있고, 이 과정에서 플렉서블 패치층(830)에 손상이 발생할 경우 플렉서블 패치(30)의 품질이 저해될 우려가 있다. 이를 극복하기 위해, 플렉서블 물질로 형틀(810)의 홈을 채우기 이전에, 플렉서블 패치층(830)과 형틀(810) 사이의 부착을 방지하는 안티-접착층(anti-sticky layer) 기능을 갖는 희생층(820)을 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830) 사이에 형성한다(S810). 희생층(820)을 이용함으로써, 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 손상없이 분리할 수 있어 고품질의 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다.The flexible patch layer 830 includes a layer of a material that can be attached to the skin. Therefore, when the flexible patch layer 830 is directly formed on the mold 810, it is difficult to separate the flexible patch layer 830 from the mold 810, and in this process, the flexible patch layer 830 is damaged. When it occurs, there is a fear that the quality of the flexible patch 30 is impaired. To overcome this, prior to filling the grooves of the mold 810 with a flexible material, a sacrificial layer having an anti-sticky layer function preventing adhesion between the flexible patch layer 830 and the mold 810 820 is formed between the mold 810 and the flexible patch layer 830 (S810). By using the sacrificial layer 820, the flexible patch layer 830 can be separated from the mold 810 without damage, thereby obtaining a high-quality flexible patch 30.
상기 형틀(810)은 식각 용액에 의해 식각되지 않고, 일정 열이 가해져도 형태를 유지할 수 있으며, 일정 경도를 갖도록 구성된다. 또한, 형틀(810)은 비자성물질로 이루어진다. 일 예에서, 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 아래의 희생층(820)을 제거하는 물질에 의해 제거되지 않고, 특정 온도 이상에도 형상을 유지할 수 있으며, 형틀 제작이 어렵지 않는 다양한 물질로 이루어질 수 있다.The mold 810 is not etched by an etching solution, and can maintain its shape even when a certain heat is applied, and is configured to have a certain hardness. In addition, the mold 810 is made of a non-magnetic material. In one example, it may be made of a material containing silicon (Si), but is not limited to this, and is not removed by a material that removes the sacrificial layer 820 below, and can maintain its shape even above a certain temperature, and mold making It can be made of various materials that are not difficult.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 실시예들에 따른, 형틀의 구조 및 상기 형틀에 따라 형성되는 플렉서블 패치의 복수의 관통홀을 설명하기 위한 도면이다. 9A to 9D are diagrams for explaining a structure of a mold and a plurality of through-holes of a flexible patch formed according to the mold according to embodiments of the present invention.
형틀(810)은, 통기성, 부착성 등과 같은 플렉서블 패치(30)의 특성이 우수하게 하는 홀을 생성하게 하는, 홈의 형태, 분포를 가진다. The mold 810 has a shape and distribution of grooves, which allows holes to be formed with excellent characteristics of the flexible patch 30, such as breathability and adhesion.
일 실시예에서, 형틀(810)의 표면에 형성되어 있는 홈은 복수의 원형 관통홀 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치(30)에 복수의 홀을 형성하기 위해, 테두리가 원형인 홈이 형성되어 있는 형틀(810)이 이용될 수 있다. 도 9a의 형틀(810)을 이용하면, 도 9b의 평면을 갖는 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다. In one embodiment, the grooves formed on the surface of the mold 810 may be configured to form a plurality of circular through-hole patterns. For example, in order to form a plurality of holes in the flexible patch 30, a mold 810 in which a groove having a circular rim is formed may be used. Using the mold 810 of FIG. 9A, it is possible to obtain a flexible patch 30 including a through hole having a plane of FIG. 9B.
일부 실시예에서, 형틀(810)에 형성된 홈은 플렉서블 패치(30)의 홀 간의 간격이 60μm 미만이 되도록 분포할 수 있다. 예를 들어, 홈의 폭은 60μm 미만으로 구성될 수 있다. 땀구멍은 배치된 피부 위치에 따라 다양한 크기를 가진다. 예를 들어, 땀구멍의 면적은 60μm 이상의 직경을 가지며, 평균적으로 80μm의 직경을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한, 배출해야 하는 노폐물의 양, 온도 조절과 같은 땀에 의해 수행되는 생물학적 기능이 피부 위치에 따라 상이하기 때문에 신체 부위에 따라 상이한 분포 밀도로 배치되어 있다. 예를 들어, 땀구멍은 등 부분에는 60cm -2, 손바닥에는 400 cm -2, 그리고 이마에는 180 cm -2의 밀도로 분포되어 있다. In some embodiments, the grooves formed in the mold 810 may be distributed such that the gap between the holes of the flexible patch 30 is less than 60 μm. For example, the width of the groove may be less than 60 μm. Sweat pores have a variety of sizes depending on the skin location. For example, the area of the pores has a diameter of 60 μm or more, and is known to have an average diameter of 80 μm. In addition, since the biological functions performed by sweat, such as the amount of wastes to be discharged and the temperature control, are different depending on the skin position, they are arranged at different distribution densities depending on body parts. For example, the pores are such parts are distributed at a density of 60cm -2, the palm 400 cm -2, and the forehead 180 cm -2.
이러한 땀구멍의 크기, 면적 정보에 기초할 때, 플렉서블 패치(30)의 홀 간의 간격은 60μm 미만으로 형성되어야 한다. 홀 간의 간격이 60μm 이상인 경우, 홀 이외의 플렉서블 패치(30) 표면이 땀구멍을 차단할 수 있다. 따라서, 홀 간의 간격이 60μm 미만인 플렉서블 패치(30)는 보다 높은 통기성(예를 들어, 거의 100% 통기성)을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 홀 간의 간격이 50μm인 관통홀 패턴을 갖도록 하는 형틀(10)을 이용하여 플렉서블 패치(30)를 제조할 수 있다. Based on the size and area information of the pores, the gap between the holes of the flexible patch 30 should be less than 60 μm. When the distance between the holes is 60 μm or more, the surface of the flexible patch 30 other than the hole may block the sweat hole. Accordingly, the flexible patch 30 having a gap between holes of less than 60 μm can obtain higher air permeability (eg, almost 100% air permeability). In some embodiments, the flexible patch 30 may be manufactured using a mold 10 that has a through-hole pattern with a gap between holes of 50 μm.
높은 통기성을 얻기 위한 주된 요소는 관통홀 간의 간격이다. 관통홀의 크기는 부착성 및 통기성 모두에 영향을 미친다. 관통홀의 크기가 클수록 공기와 접촉하는 피부 면적이 증가하나, 반대로 포집되는 피부의 부피가 줄어들기 때문이다. 본 발명의 실시예들은 관통홀의 크기가 작더라도 관통홀 간의 간격을 줄임으로써, 높은 통기성 및 강한 부착성을 얻을 수 있다. 관통홀의 크기는 부착성을 저해하지 않는 범위 내에서 다양하게 설정될 수 있다. The main factor to achieve high breathability is the spacing between through holes. The size of the through hole affects both adhesion and breathability. This is because the larger the size of the through hole, the larger the area of the skin in contact with the air, but the volume of the skin to be collected decreases. In embodiments of the present invention, even if the size of the through hole is small, by reducing the distance between the through holes, high air permeability and strong adhesion can be obtained. The size of the through hole can be variously set within a range that does not impair adhesion.
또한, 형틀(810)의 표면의 홈은 플렉서블 패치(30) 상에 집적될 반도체 회로의 설계를 고려하여 형성된다. 일부 실시예에서, 형틀(810)의 표면에 형성되어 있는 홈은 복수의 원형 홀 패턴을 형성하면서, 상기 원형 홀 패턴은 상대적으로 큰 직경을 갖는 하나의 원형 홀, 및 상기 하나의 원형 홀을 둘러싸면서 보다 작은 직경을 갖는 복수의 원형 홀의 조합을 포함할 수 있다.In addition, the groove of the surface of the mold 810 is formed in consideration of the design of the semiconductor circuit to be integrated on the flexible patch 30. In some embodiments, a groove formed on the surface of the mold 810 forms a plurality of circular hole patterns, while the circular hole pattern surrounds one circular hole having a relatively large diameter, and the circular hole And a combination of a plurality of circular holes having a smaller diameter.
예를 들어, 플렉서블 패치(30) 상에 압전 소자의 일부가 관통홀 상에 배치되고, 상기 압전 소자의 변형에 따른 전류 변화를 측정 및 전달하도록 회로 구성요소가 배치된 경우, 주된 변형이 일어나는 압전 소자 부분은 상대적으로 크기를 갖는 관통홀을 형성하고, 나머지 부분은 상대적으로 작은 크기의 관통홀을 형성하도록 설정될 수 있다. 이 경우, 압전 소자가 배치되는 소수의 관통홀만 크기가 크고 플렉서블 패치(30)에서 대부분을 차지하는 나머지 관통홀은 피부가 포집되기 충분한 작은 크기를 가지므로, 여전히 강한 부착성을 가진다.For example, when a part of a piezoelectric element is disposed on a through hole on the flexible patch 30, and a circuit component is disposed to measure and transmit a current change according to the deformation of the piezoelectric element, the piezoelectric that undergoes major deformation The element portion may be set to form a through hole having a relatively size, and the remaining portion may form a through hole having a relatively small size. In this case, only a small number of through-holes in which the piezoelectric elements are disposed are large in size, and the remaining through-holes that occupy most of the flexible patch 30 have a small enough size to capture the skin, and thus still have strong adhesion.
또한, 플렉서블 패치(30)는 옥세틱 구조에 의해 발생하는 특성(즉, 옥세틱 구조 특성)을갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 형틀(810)의 홈은 플렉서블 패치(30)에 원형의 관통홀을 형성하도록 구성되고, 또한 평면 형상이 아령 형태(dumbbell)인 관통홀을 형성하도록 구성될 수 있다. In addition, the flexible patch 30 may be formed to have characteristics (ie, oxetic structure characteristics) generated by oxetic structures. For example, the groove of the mold 810 may be configured to form a circular through-hole in the flexible patch 30, and may also be configured to form a through-hole having a flat shape of a dumbbell.
구체적으로, 양단은 원형이고 상기 양단의 원형을 연결하는 중심부는 양단의 직경 보다 작은 두께의 기둥으로 구성된, 아령 형태의 홀과 원형 홀이 플렉서블 패치(30)에 형성된 경우, (즉, 아령-홀 패턴(Dμmbbell-hole pattern)의 관통홀이 형성된 경우) 이러한 관통홀이 형성된 플렉서블 패치(30)는 옥세틱 구조 특성을 가질 수 있다. 즉, 형틀(810)은 원형 및/또는 아령 형태의 빈 공간을 둘러 싸는 기둥이 형성되어 있는 구조로 구성된다. 도 9c의 형틀(810)을 이용하면, 도 9d의 평면을 갖는 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다. Specifically, when both ends are circular and the center connecting the circles at both ends is formed of a pillar having a thickness smaller than the diameter of both ends, when a hole in the form of a dumbbell and a circular hole are formed in the flexible patch 30, (ie, a dumbbell-hole When a through-hole of a pattern (Dμmbbell-hole pattern) is formed) The flexible patch 30 having such a through-hole may have an oxetic structure characteristic. That is, the mold 810 is composed of a structure in which a column surrounding the empty space in the form of a circle and/or dumbbell is formed. If the mold 810 of FIG. 9C is used, a flexible patch 30 including a through hole having a plane of FIG. 9D can be obtained.
일 실시예에서, 높은 통기성을 얻기 위해 홀 간의 간격은 전술한 바와 같이 60μm 미만으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 도9c에 도시된 것과 같이, 하나의 아령 관통홀(H C)의 연결부 중심과 다른 하나의 아령 관통홀(H C)의 일 단 간의 간격은 35μm이고, 하나의 아령 관통홀(H C)의 일 단과 다른 하나의 원형 관통홀(H B) 간의 간격은 25μm일 수도 있다. 또한, 원형 관통홀(H B)의 직경은 50μm, 아령 관통홀(H C) 일 단의 내부 간격은 100μm일 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것으로서, 플렉서블 패치(30)의 통기성, 부착성 및 내구성 등에 기초하여 다양하게 설정될 수 있다.In one embodiment, the spacing between holes can be formed to less than 60 μm as described above to obtain high breathability. In one example, as shown in Figure 9c, the distance between the center of the connection portion of one dumbbell through hole (H C ) and one end of the other dumbbell through hole (H C ) is 35μm, one dumbbell through hole ( The distance between one end of H C ) and the other round through hole H B may be 25 μm. In addition, the diameter of the circular through hole (H B ) may be 50 μm, and the internal spacing of one end of the dumbbell through hole (H C ) may be 100 μm. However, this is merely exemplary, and may be variously set based on the breathability, adhesion, and durability of the flexible patch 30.
희생층(820)은 스핀 코팅 방식에 의해 도 9a의 형틀(810) 상에 형성될 수 있다.The sacrificial layer 820 may be formed on the mold 810 of FIG. 9A by a spin coating method.
그러나, 스핀 코팅 방식이 도 9c의 형틀(810) 상에 희생층(820)을 형성하는데 적용되는 경우, PDMS 패치층(830)을 도 9c의 형틀(810)에서 분리할 수 없어, (예컨대 60μm 간격과 같은) 수십 마이크로 단위의 간격으로 형성된 홀을 갖는 플렉서블 패치(30)를 제조할 수 없다. 도 9c의 형틀(810)이 원형 및 아령 형태의 관통홀을 형성하도록 구성되어, 형틀(810)과 PDMS 패치층(830)의 접촉 면적이 도 9a의 형틀(810)을 사용하는 실시예에 비해 증가하고, 또한, 도 9c의 형틀(810) 내 홈의 간격이 좁아져 PMMA 스핀 코팅이 불균형하게 되기 때문이다. However, when the spin coating method is applied to form the sacrificial layer 820 on the mold 810 of FIG. 9C, the PDMS patch layer 830 cannot be separated from the mold 810 of FIG. 9C, for example, 60 μm It is not possible to manufacture the flexible patch 30 having holes formed at intervals of tens of micro units (such as spacing). The mold 810 of FIG. 9C is configured to form a through hole in a circular and dumbbell form, so that the contact area between the mold 810 and the PDMS patch layer 830 is compared to the embodiment using the mold 810 of FIG. 9A. This is because the PMMA spin coating becomes unbalanced because the gap between the grooves in the mold 810 of FIG. 9C is narrowed.
도 9c와 같은 형틀(810) 상에 희생층(820)을 형성하는 경우, 기화 코팅 방식을 이용하여 희생층(820)을 도 9c의 형틀(810) 상에 형성한다(S130). 일 예에서, 기화 코팅 방식은 SAMs(Self-assembled monolayer)일 수 있다.When the sacrificial layer 820 is formed on the mold 810 as shown in FIG. 9C, the sacrificial layer 820 is formed on the mold 810 of FIG. 9C using a vaporization coating method (S130 ). In one example, the vaporization coating method may be self-assembled monolayers (SAMs).
이러한 과정에 의해, 옥세틱 구조 특성에 연관된 기하학 평면을 갖는 형틀(810) 상에 희생층(820), 및 플렉서블 패치층(830)을 형성할 수 있다. (S810, S830) 그 후, 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분을 제거한 뒤(S850), 희생층(820)을 식각하여 옥세틱 구조 특성을 갖는 기하학 평면을 갖는 플렉서블 패치(30)를 얻을 수 있다. By this process, the sacrificial layer 820 and the flexible patch layer 830 may be formed on the mold 810 having a geometric plane associated with the oxetic structural properties. (S810, S830) Thereafter, after removing the portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove (S850), the sacrificial layer 820 is etched to obtain a flexible patch 30 having a geometric plane having oxetic structure characteristics. Can be obtained.
도 9c의 형틀(810)을 사용하여 제조된 도 9d의 플렉서블 패치(30)는 부착 전후의 피부 수분 변화량을 비교시 약6%의 수분 변화를 유발한다. 즉, 플렉서블 패치(30)가 부착되어도 피부의 수분 손실이 거의 일어나지 않는다. The flexible patch 30 of FIG. 9D manufactured using the mold 810 of FIG. 9C causes a moisture change of about 6% when comparing the amount of skin moisture change before and after attachment. That is, even if the flexible patch 30 is attached, almost no moisture loss occurs in the skin.
다시 도 8을 참조하면, 희생층(820)은 나노 단위 내지 마이크로 단위의 반도체 소자를 제조하는데 사용 가능한 물질로 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(820)은 PMMA(Poly(methyl methacrylate))를 포함한 물질로 이루어진다. 그러나, 이에 제한되지 않으며 희생층(820)은 폴리머 등을 포함한 물질로 이루어질 수도 있다. Referring back to FIG. 8, the sacrificial layer 820 is made of a material usable for manufacturing a semiconductor device of nano- to micro-units. In one embodiment, the sacrificial layer 820 is made of a material including poly(methyl methacrylate) (PMMA). However, the present invention is not limited thereto, and the sacrificial layer 820 may be made of a material including a polymer or the like.
일 실시예에서, 희생층(820)은 스핀 코팅 방식에 의해 오목한 홈을 갖는 형틀(810)의 일 표면 상에 형성된다(S810). 희생층(820)의 두께는 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830) 사이의 부착을 방지 가능하고, 단계(S870)의 식각 용액에 의해 손쉽게 제거 가능한 두께로 형성된다. In one embodiment, the sacrificial layer 820 is formed on one surface of the mold 810 having a concave groove by a spin coating method (S810). The thickness of the sacrificial layer 820 can be prevented from being attached between the mold 810 and the flexible patch layer 830, and is formed to a thickness that can be easily removed by the etching solution in step S870.
플렉서블 패치층(830)은 피부 윤곽에 따라 패치 형태가 변형가능한 적응적 접촉(conformable contact)이 가능하도록 플렉서블 특성을 가지면서, 피부에 부착 가능한 부착성을 갖는 물질로 이루어진다. 일 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 피부와 기계적 특성이 유사한 탄성중합체로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 PDMS(Poly-dimethylsiloxane)를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. The flexible patch layer 830 is made of a material having a flexible property to be adhered to the skin while having a flexible property so that a conformable contact in which the patch shape is deformable according to the contour of the skin. In one embodiment, the flexible patch layer 830 may be made of an elastomer having similar mechanical properties to skin. In one example, the flexible patch layer 830 may be made of a material including poly-dimethylsiloxane (PDMS).
일부 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 일정 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 플렉서블 패치층(830)의 두께가 너무 얇은 경우, 피부에 여러 번 반복 부착 가능한 정도의 내구성을 얻지 못할 수 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 75μm 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. In some embodiments, the flexible patch layer 830 may be formed to have a certain thickness. If the thickness of the flexible patch layer 830 is too thin, it may not be possible to obtain a durability that can be repeatedly applied to the skin multiple times. In one example, the flexible patch layer 830 may be formed to have a thickness of 75 μm or more.
플렉서블 패치층(830)이 희생층(820) 상에 형성되는 단계(S830)에서, 플렉서블 패치층(830)을 이루는 플렉서블 물질(예컨대, PDMS)이 홈 내부를 채우게 된다. 플렉서블 물질은 홈을 채우고, 나아가 홈 내부로부터 넘칠 수 있다. 이와 같이 홈 내부의 부피 보다 더 많은 플렉서블 물질이 공급되고 플렉서블 물질이 홈 외부로 넘치는 경우, 플렉서블 패치층(830)의 일부가 형틀(810)의 표면 보다 높은 위치에 형성될 수도 있다. In step S830 in which the flexible patch layer 830 is formed on the sacrificial layer 820, a flexible material (eg, PDMS) constituting the flexible patch layer 830 fills the inside of the groove. The flexible material may fill the grooves and further overflow from inside the grooves. As described above, when more flexible material is supplied than the volume inside the groove and the flexible material overflows outside the groove, a part of the flexible patch layer 830 may be formed at a position higher than the surface of the mold 810.
플렉서블 물질이 홈에 채워짐으로써, 또는 넘침으로써 얻어지는, 형틀(810), 희생층(820) 및 플렉서블 패치층(830)을 포함한 구조물은, 예를 들어 주조물을 완성하기 이전에, 형틀에 주물을 부은 상태의 구조물과 유사하다. 이하, 통상의 기술자의 이해를 돕기 위해 본 명세서 내에 종종 사용되는 주물-형틀 구조물은 도 8의 단계(S830)에 도시된 바와 같이, 플렉서블 물질이 홈에 채워진, (또는 홈을 넘치도록 채워진), 형틀(810), 희생층(820) 및 플렉서블 물질을 포함하는 구조물을 지칭하며, 플렉서블 물질의 경도는 부드러울 수도, 단단할 수도 있다. Structures comprising a mold 810, a sacrificial layer 820 and a flexible patch layer 830, obtained by filling or overflowing a flexible material into a groove, for example, casting a mold into a mold prior to completing the casting It is similar to the structure of the state. Hereinafter, a casting-frame structure, which is often used in the present specification for the understanding of a person skilled in the art, is a flexible material filled in a groove (or filled to overflow a groove), as shown in step S830 of FIG. 8, It refers to a structure including a mold 810, a sacrificial layer 820, and a flexible material, and the hardness of the flexible material may be soft or hard.
플렉서블 패치층(830)이 형성된 이후, 홈을 초과한 (즉, 형틀(810)의 표면 보다 높은 위치에 형성된) 플렉서블 패치층(830)을 제거한다(S850). 일 실시예에서, 형틀(810)의 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분(즉, 초과 표면)에 판(850)을 접촉시키고, 판(850) 및/또는 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)을 문질러(rubbing) 홈을 초과한 부분을 제거한다. After the flexible patch layer 830 is formed, the flexible patch layer 830 exceeding the groove (ie, formed at a position higher than the surface of the mold 810) is removed (S850 ). In one embodiment, the plate 850 is brought into contact with a portion of the flexible patch layer 830 (ie, the excess surface) that exceeds the groove of the mold 810, and the plate 850 and/or flexible patch layer 830 ( That is, the part exceeding the groove is removed by rubbing the casting-frame structure).
판(850)은 초과 부분의 플렉서블 물질을 밀어서 제거하는, 미장 판(plastering board)과 같은 역할을 수행한다. 일 실시예에서, 판(850)은 기판(851) 및 기판(851) 상에 형성된 희생층(852)을 포함한다. 기판(851)은 문지르는 기능을 수행하기 적합한 구조(예컨대, 평평한 구조), 그리고 내구성, 및 강도를 가질 수 있다. 또한, 상기 기판(851)은 비자성 물질로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 기판(851)은 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. The plate 850 serves as a plastering board, which pushes and removes the excess portion of the flexible material. In one embodiment, plate 850 includes substrate 851 and sacrificial layer 852 formed on substrate 851. The substrate 851 may have a structure suitable for performing a rubbing function (eg, a flat structure), and durability, and strength. In addition, the substrate 851 may be made of a non-magnetic material. In one example, the substrate 851 may be made of a material including silicon (Si).
희생층(852)은 단계(S870)에서 식각 용액에 의해 식각될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 희생층(852)은 희생층(820)과 동일한 물질(예컨대, PMMA)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며 단계(S870)에서 식각 용액에 의해 식각될 수 있고, 홈을 초과한 플렉서블 패치층(830) 부분과 문질러 접촉하는 과정에서 제거 이후의 플렉서블 패치층(830)의 표면에 발생 가능한 손상을 최소화하는 물질로 이루어질 수도 있다. The sacrificial layer 852 may be formed of a material that can be etched by an etching solution in step S870. In one example, the sacrificial layer 852 may include the same material as the sacrificial layer 820 (eg, PMMA). However, the present invention is not limited thereto, and may be etched by an etching solution in step S870, and is generated on the surface of the flexible patch layer 830 after removal in the process of rubbing contact with a portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove. It may be made of a material that minimizes possible damage.
일 실시예에서, 희생층(852)은 스핀 코팅 방식에 의해 기판(851) 상에 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 코팅 방식에 의해 기판(851) 상에 형성될 수 있다.In one embodiment, the sacrificial layer 852 may be formed on the substrate 851 by a spin coating method, but is not limited thereto, and may be formed on the substrate 851 by various coating methods.
단계(S850)의 문지르는 공정은 초과 부분을 보다 효율적으로 제거하기 위해, 추가적인 공정을 더 포함할 수 있다. The rubbing process of step S850 may further include an additional process to more effectively remove excess parts.
일 실시예에서, 단계(S850)는 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분에 70℃이상의 열을 가하여 형틀의 홈을 초과하는 부분의 플렉서블 물질을 보다 효율적으로 제거할 수 있다. In one embodiment, step S850 may include heating a contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850. For example, by applying a heat of 70° C. or more to the contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850, the flexible material in a portion exceeding the groove of the mold can be more efficiently removed.
플렉서블 패치층(830) 또는 접촉 부분에 열이 가해지면 접촉 부분의 강도가 약해진다(즉, 부드러운 구조 상태를 가진다). 이로 인해, 판(850)을 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)에 문지르는 경우 (또는 주물-형틀 구조물을 판(850)에 문지르는 경우) 상대적인 움직임에 의해 초과 부분의 플렉서블 물질이 주물-형틀 구조물이 차지하는 영역의 외부로 밀려난다. 예를 들어, 석고 회반죽에 지지판을 놓은 뒤 문지르면, 지지판 밑의 석고 회반죽이 지지판이 차지하는 영역 외부로 밀려나는 것과 유사하다. 결국, 초과 부분은 점점 높이가 낮아지게 되고 도 8에 도시된 바와 같이, 홈에 채워진 플렉서블 물질의 최상층은 홈이 형성된 표면에 일치하게 된다. When heat is applied to the flexible patch layer 830 or the contact portion, the strength of the contact portion is weakened (ie, has a soft structure state). Due to this, when the plate 850 is rubbed against the flexible patch layer 830 (ie, the cast-frame structure) (or the cast-frame structure is rubbed against the plate 850), the excess portion of the flexible material is caused by relative movement. It is pushed out of the area occupied by the casting-frame structure. For example, placing a support plate on a plaster plaster and rubbing it is similar to pushing the plaster plaster underneath the support plate out of the area occupied by the support plate. Eventually, the excess portion is gradually lowered in height, and as shown in FIG. 8, the top layer of the flexible material filled in the grooves coincides with the grooved surface.
일 실시예에서, 단계(S850)는 접촉 과정에서 플렉서블 패치층(830)이 판(850)의 일 표면 상에 배치되도록 상하를 뒤집는(flipping) 단계를 포함할 수 있다. 뒤집는 단계가 수행되면 판(850)의 일 표면 상에 플렉서블 패치층(830)(즉, 주물-형틀 구조물)이 배치된다. 상기 실시예에서, 판(850)의 면적은 주물-형틀 구조물의 면적 보다 클 수 있다. In one embodiment, step S850 may include flipping the top and bottom so that the flexible patch layer 830 is disposed on one surface of the plate 850 during the contact process. When the flipping step is performed, a flexible patch layer 830 (ie, a casting-frame structure) is disposed on one surface of the plate 850. In this embodiment, the area of the plate 850 may be larger than the area of the casting-frame structure.
이런 배치 상태에서 판(850)과 주물-형틀 구조물을 문지르는 경우, 주물-형틀 구조물의 움직임에 의해 초과 부분의 플렉서블 물질이 주물-형틀 구조물이 차지하는 영역의 외부로 밀려나며, 또한 주물-형틀 구조물의 측면에 초과 부분의 플렉서블 물질이 잔류할 확률이 더욱 적어진다.In this arrangement, when the plate 850 and the casting-frame structure are rubbed, the excess material of the casting-frame structure is pushed out of the area occupied by the casting-frame structure by movement of the casting-frame structure. It is less likely that excess portions of the flexible material remain on the sides.
또한, 단계(S850)는 플렉서블 패치층(830)과 판(850) 사이의 접촉 부분에 압력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 압력은 도 8에 도시된 바와 같이, 자석을 이용하여 가해질 수 있다. 일 예에서, 자석(861)과 자석(862)의 사이에 주물-형틀 구조물과 판(850)이 접촉된 상태로 배치될 수 있다. 이로 인해, 자석(861)과 자석(862) 간의 인력에 의하여 압력이 접촉 부분에 가해질 수 있다. 전술한 바와 같이, 주물-형틀 구조물 및 판(850)은 비자성물질로 이루어질 수 있어, 자석(861)과 자석(862) 사이에 인력의 상호작용이 발생하는 것에 영향을 미치지 않는다. In addition, step S850 may further include applying pressure to a contact portion between the flexible patch layer 830 and the plate 850. 8, the pressure may be applied using a magnet. In one example, a casting-frame structure and a plate 850 may be disposed between the magnet 861 and the magnet 862. Due to this, pressure may be applied to the contact portion by the attraction force between the magnet 861 and the magnet 862. As described above, the cast-frame structure and the plate 850 may be made of a non-magnetic material, so that interaction of attraction between the magnet 861 and the magnet 862 does not affect.
이로 인해, 주물-형틀 구조물과 판(850)을 문지른 결과, 초과 부분이 제거되는 시간이 감소될 수 있어, 제거 공정의 효율이 향상될 수 있다. Due to this, as a result of rubbing the cast-frame structure and the plate 850, the time during which the excess portion is removed can be reduced, so that the efficiency of the removal process can be improved.
단계(S850) 이후, 식각 용액을 이용하여 희생층(820)을 식각한다(S870). 식각은 희생층(820)을 식각하면서 형틀(810), 플렉서블 패치층(830)을 식각하지 않도록 식각 용액의 선택성(selectivity)을 조절하면서 이루어진다. 일 실시예에서, 희생층(820)의 식각에 사용되는 식각 용액은 아세톤(acetone)을 포함할 수 있다.After the step S850, the sacrificial layer 820 is etched using the etching solution (S870). The etching is performed while adjusting the selectivity of the etching solution so as not to etch the mold 810 and the flexible patch layer 830 while etching the sacrificial layer 820. In one embodiment, the etching solution used for etching the sacrificial layer 820 may include acetone.
실험적인 실시예에서, 홈을 초과하는 플렉서블 패치층(830)의 부분을 제거한 주물-형틀 구조물을 식각 용액에 담금으로써 희생층(820)을 제거하고, 형틀(810)과 주물(즉, 플렉서블 패치층(830))을 분리한다. 분리된 플렉서블 패치층(830)은 형틀(810)의 홈에 의해 형성된 복수의 홀을 포함한다. 상기 복수의 홀은 단계(S850)에서 홈 내부의 플렉서블 물질을 형틀(810)의 표면에 일치시켰기 떄문에 관통형으로 형성된다. 그 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치층(830)을 얻을 수 있으며, 상기 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치층(830)은 플렉서블 패치(30)로 활용될 수 있다. In an experimental embodiment, the sacrificial layer 820 is removed by immersing the casting-frame structure in which the portion of the flexible patch layer 830 exceeding the groove is removed in the etching solution, and the mold 810 and the casting (ie, flexible patch) Layer 830 is separated. The separated flexible patch layer 830 includes a plurality of holes formed by grooves of the mold 810. The plurality of holes are formed in a through shape because the flexible material inside the groove is matched to the surface of the mold 810 in step S850. As a result, as shown in FIG. 8, a flexible patch layer 830 including a plurality of through-holes can be obtained, and the flexible patch layer 830 including a plurality of through-holes can be used as the flexible patch 30 Can.
주물-형틀 구조물이 식각 용액에 담겨있는 시간은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 주물-형틀 구조물의 식각 시간은 홈의 두께(즉, 플렉서블 패치(30)의 두께), 희생층(820)의 두께, 홈과 플렉서블 패치층(830)이 맞닿는 단면적 등에 의해 결정될 수 있다.The time during which the casting-frame structure is immersed in the etching solution can be variously set. For example, the etching time of the casting-frame structure may be determined by the thickness of the groove (ie, the thickness of the flexible patch 30), the thickness of the sacrificial layer 820, the cross-sectional area where the groove and the flexible patch layer 830 abut, and the like. have.
또한 단계(S870)에서 보다 효율적인 식각 공정을 위해 식각 용액 내 주물-형틀 구조물은 초음파 처리될 수도 있다. Also, in step S870, the casting-frame structure in the etching solution may be ultrasonicated for a more efficient etching process.
단계(S810 내지 S870)에 의해 제조된 플렉서블 패치(30)는 마이크로 단위의 두께로 제조됨에도 불구하고, 복수의 홀에 의해 부착성이 증가할 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀은 관통형 홀로서, 플렉서블 패치(30)가 피부에 부착되어도 부착 부분의 피부를 외부 공기와 차단하지 않는다. 따라서, 플랙서블 패치(30)는, 패치 표면에만 (예컨대, 문어빨판, 또는 도마백 발바닥과 같은) 마이크로 구조를 갖도록 표면 처리하여 오직 부착성만을 좋게 하고, 통기성은 상대적으로 떨어지는 종래의 스킨 패치와 달리, 통기성 및 부착성을 모두 가질 수 있다. Although the flexible patch 30 manufactured in steps S810 to S870 is manufactured in a thickness of micro units, adhesion may be increased by a plurality of holes. In addition, the plurality of holes is a through-hole, and even when the flexible patch 30 is attached to the skin, it does not block the skin of the attachment portion from outside air. Thus, the flexible patch 30 is surface-treated so as to have a micro structure only on the patch surface (such as an octopus sucker, or a cutting board foot), so that only the adhesion is good, and the breathability is relatively inferior to the conventional skin patch. Alternatively, it can have both breathability and adhesion.
또한, 희생층(820)을 이용하여 플렉서블 패치층(830)을 형틀(810)로부터 분리하면, 플렉서블 패치층(830)에 복수의 홀 (또는 홀 패턴)을 생성하고 분리하는 과정에서 찢어짐과 같은 손상이 발생하지 않는다. In addition, when the flexible patch layer 830 is separated from the mold 810 using the sacrificial layer 820, a plurality of holes (or hole patterns) in the flexible patch layer 830 are generated and separated, such as tearing. No damage occurs.
상기 플렉서블 패치(30)는 피부에 대한 부착성과 통기성이 매우 뛰어나므로, 스킨 센서와 같은, 피부에 부착 가능한 다양한 전자 기기를 제조하는데 활용될 수 있다. Since the flexible patch 30 has excellent adhesion and breathability to the skin, it can be used to manufacture various electronic devices that can be attached to the skin, such as a skin sensor.
추가적으로, 플렉서블 패치(30)는 플렉서블 패치층(830)의 성분, 두께 등과 같은 물질 특성에 의해 보다 강한 부착성을 가질 수 있다. Additionally, the flexible patch 30 may have stronger adhesion due to material properties such as the components and thickness of the flexible patch layer 830.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 피부에 부착되는 플렉서블 패치(30)의 부착성을 설명하기 위한 도면이다. 10A to 10D are diagrams for explaining the adhesion of the flexible patch 30 attached to the skin according to an embodiment of the present invention.
플렉서블 패치(30)의 관통홀은 마이크로 단위로서 플렉서블 패치(30)의 크기에 비해 매우 작아, 도 10에서는 설명의 명료성을 위해 생략되었다.The through hole of the flexible patch 30 is a micro unit and is very small compared to the size of the flexible patch 30, and is omitted in FIG. 10 for clarity.
도 10a는 물체와 표면 간의 부착 원리를 설명하기 위한 도면이다. 10A is a view for explaining the principle of attachment between an object and a surface.
표면(S)에 접촉하는 접촉 물체(P)가 표면(S)에 부착되는 능력은 가역성(reversibility)과 다원성(pluripotency) 측면에서 서로 경쟁하는) 변형에 대한 구조적 저항과 계면 상호 작용 사이의 경쟁에 의해 결정된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 표면이 물체(P)에 의해 변형된 경우, 물체(P)와 표면(S) 사이의 에너지는 다음의 수학식 2-5에 의해 표현될 수 있다. The ability of the contact object (P) to contact the surface (S) to attach to the surface (S) is in competition between structural resistance and interfacial interactions for deformation (competitive with each other in terms of reversibility and pluripotency). It is decided by. As shown in FIG. 10A, when the surface is deformed by the object P, the energy between the object P and the surface S may be expressed by the following Equation 2-5.
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여기서, Utotal은 총 포텐셜 에너지를 나타내고, Uadhesion은 물체(P)와 표면(S) 사이의 부착 에너지를 나타내며, Ubending은 물체(P)에 의해 변형된 표면(S)의 저항에 연관된 굽힘 에너지를 나타낸다. 여기서, 부착 에너지와 굽힘 에너지의 부호는 단지 상호 작용의 방향을 나타내는 것으로서, 다른 실시예에서는 부착 에너지의 부호가 +, 굽힘 에너지의 부호가 -로 표현될 수도 있다.Here, Utotal represents the total potential energy, Uadhesion represents the attachment energy between the object P and the surface S, and Ubending represents the bending energy associated with the resistance of the surface S deformed by the object P. . Here, the sign of the attachment energy and the bending energy only indicates the direction of interaction, and in other embodiments, the sign of the attachment energy may be expressed as +, and the sign of the bending energy may be expressed as -.
또한, W는 부착 일(work of adhesion, 단위는 N m-1), b는 표면에 부착되는 물체(P)의 길이, R은 곡률, θ은 물체(P)와 표면(S) 사이의 접하는 부분의 중심에서 접하는 부분이 끝나는 지점까지의 각도인 접촉각(contact angle)을 각각 나타낸다. D는 물체(P)에 대한 굴곡 강도(flexural rigidity)로서, 물체(P)의 탄성 계수(Young's modulus)와 물체의 두께에 의해 결정된다. In addition, W is the work of adhesion (unit is N m-1), b is the length of the object (P) attached to the surface, R is the curvature, θ is the contact between the object (P) and the surface (S) It represents the contact angle, which is the angle from the center of the part to the point where the abutting part ends. D is the flexural rigidity of the object P, which is determined by the Young's modulus of the object P and the thickness of the object.
플렉서블 패치(30)의 부착성을 보다 단순하게 설명하기 위해, 단일층(mono-layer) 구조의 플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 부착되는 경우를 도 10a를 참조하여 서술한다. In order to describe the adhesion of the flexible patch 30 more simply, a case where the flexible patch 30 having a mono-layer structure is attached to the skin surface will be described with reference to FIG. 10A.
플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 부착되는 경우를 도 10a에 적용하면, 표면(S)은 피부 표면에 대응하고, 물체(P)는 관통홀이 형성된 플렉서블 패치층(830)을 포함한 플렉서블 패치(30)에 대응한다. 따라서, 플렉서블 패치(30)에 대한 굴곡 강도 D는 플렉서블 패치층(830)의 탄성 계수E, 그리고 플렉서블 패치층(830)의 두께 t에 의해 결정된다. When the case where the flexible patch 30 is attached to the skin surface is applied to FIG. 10A, the surface S corresponds to the skin surface, and the object P is a flexible patch including a flexible patch layer 830 in which a through hole is formed. 30). Therefore, the flexural strength D for the flexible patch 30 is determined by the elastic modulus E of the flexible patch layer 830 and the thickness t of the flexible patch layer 830.
부착 에너지가 굽힘 에너지 이상이어야 패치(30)와 피부 표면 간의 부착이 가능하다. 부착 에너지가 굽힘 에너지 미만인 경우 패치(30)는 피부 표면으로부터 탈착된다. 부착의 가능 여부를 결정하는 임계 부착 일(Wc, critical work of adhesion)은 다음의 수학식 6에 의해 결정된다.When the adhesion energy is greater than the bending energy, adhesion between the patch 30 and the skin surface is possible. When the attachment energy is less than the bending energy, the patch 30 is detached from the skin surface. The critical work of adhesion (Wc), which determines whether attachment is possible, is determined by Equation 6 below.
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수학식 6을 Wc로 정리하면, 물체와 표면의 부착이 유지되는 임계 부착 일(Wc)은 Wc=D/(24R 2) 로 계산된다. 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W이 임계 부착 일Wc 이상이면 플렉서블 패치(30)가 피부 표면에 적응적 접촉(conformal contact)이 가능하다. 반면, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W이 임계 부착 일Wc 미만인 경우 플렉서블 패치(30)는 피부 표면에 접촉하지 않는다. 따라서, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착이 가능하려면 임계 부착 일Wc의 크기가 작아지고, 및/또는 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W의 크기가 커져야 한다. If Equation 6 is summarized as Wc, the critical attachment work Wc at which the object and the surface is maintained is calculated as Wc=D/(24R 2 ). If the attachment W between the flexible patch 30 and the skin surface is greater than or equal to the critical attachment work Wc, the flexible patch 30 is capable of conformal contact with the skin surface. On the other hand, when the attachment work W between the flexible patch 30 and the skin surface is less than the critical attachment work Wc, the flexible patch 30 does not contact the skin surface. Therefore, in order to be able to adhere between the flexible patch 30 and the skin surface, the size of the critical attachment work Wc must be reduced, and/or the size of the attachment work W between the flexible patch 30 and the skin surface must be increased.
수학식 5를 참조하면, 패치(30)가 탄성 계수가 큰 물질(예컨대, 뻣뻣한 물질)로 구성되는 경우, 및/또는 두께가 두꺼운 경우에 높은 굴곡 강도 D를 가진다. 따라서, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도D가 감소하는 경우 및/또는 피부 표면과 플렉서블 패치(30) 간의 부착 일이 큰 경우 플렉서블 패치(30)를 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다. Referring to Equation 5, when the patch 30 is made of a material having a large modulus of elasticity (eg, a stiff material), and/or has a high flexural strength D when the thickness is thick. Accordingly, the flexible patch 30 can be stably attached on the skin surface when the flexural strength D of the flexible patch 30 decreases and/or when the adhesion between the skin surface and the flexible patch 30 is large.
따라서, 플렉서블 패치(30)의 탄성 계수 E가 낮은 경우, 플렉서블 패치(30)의 두께가 얇은 경우에 플렉서블 패치(30)가 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다. Therefore, when the elastic modulus E of the flexible patch 30 is low, the flexible patch 30 can stably adhere on the skin surface when the thickness of the flexible patch 30 is thin.
또한, 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 에너지가 클수록 플렉서블 패치(30)의 부착성이 강화된다. 수학식 2를 참조하면, 피부 표면과 플렉서블 패치(30) 간의 부착 에너지는 부착 일W에 의존한다. 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 부착 일W은 다음의 수학식 7으로 표현된다.In addition, as the adhesion energy between the flexible patch 30 and the surface of the skin increases, the adhesion of the flexible patch 30 is enhanced. Referring to Equation 2, the adhesion energy between the skin surface and the flexible patch 30 depends on the attachment work W. The attachment work W between the flexible patch 30 and the skin surface is expressed by the following equation (7).
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여기서, γ d 는 접촉 표면의 분산 성분(dispersive component of surface), γ p 는 접촉 표면의 극성 성분(polar component of surface)을 나타낸다. γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치(30)의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치(30)의 접촉 표면의 극성 성분을 나타낸다. 플렉서블 패치(30)는 상기 수학식 7에 기초하여 구성된다.Here, γ d denotes a dispersive component of surface, and γ p denotes a polar component of surface. γ dSkin polarity of the contact surface of the dispersion component of the contact surface of the skin, γ dPatch denotes the variance of the touch surface of the patch (30), γ pSkin is the polar component of the contact surface of the skin, γ pPatch patch 30 It shows the ingredients. The flexible patch 30 is configured based on Equation 7 above.
전술한 바와 같이, 플렉서블 패치(30)는 스킨 센서를 제조하기 위해 활용될 수 있다. 마이크로 두께 범위에서 마이크로 단위의 초소형 소자를 지지하는데 있어서 충분한 예시적인 탄성 계수 1MPa를 갖는 PDMS 패치(30)가 피부에 부착될 수 있다. 피부 표면의 γ d, γ p 는 부위별로 상이하나, 상기 변수들의 최대, 최소 범위는 다음의 표 1과 같이 알려져 있다. As described above, the flexible patch 30 can be utilized to manufacture a skin sensor. A PDMS patch 30 having an exemplary elastic modulus of 1 MPa sufficient to support micro-scale micro-elements in the micro-thickness range can be attached to the skin. Γ d and γ p of the skin surface are different for each site, but the maximum and minimum ranges of the variables are known as shown in Table 1 below.
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상기 표 1의 데이터를 상기 수학식 7에 적용하면, 피부와 PDMS 패치(30) 간의 부착 일W은 다음과 같이 대략적으로 계산된다: 31≤W≤54 mJ m -2.탄성 계수 1MPa를 갖는 PDMS 패치(30)의 두께가 모든 피부에 대해 부착되기 위해서는 부착 일이 가장 낮은 피부 표면(Skin Min)에도 부착 가능해야 한다. 따라서, 상기 PDMS 패치(30)는 Wc=31의 값을 가져야 한다. 따라서, PDMS 패치(30)는 약 80μm의 두께로 형성되어야 상기 임계 부착 일Wc의 조건을 충족한다. 따라서, 1MPa 의 단일 플렉서블 패치(30)의 두께는 80μm 미만으로 제조되어야 피부 표면에 적합성 부착(conformal adhesion)이 가능하다. When the data in Table 1 is applied to Equation 7, the attachment work W between the skin and the PDMS patch 30 is roughly calculated as follows: 31≤W≤54 mJ m -2 .PDMS with elastic modulus 1MPa In order for the thickness of the patch 30 to be attached to all skins, it should be possible to attach to the skin surface (Skin Min) with the lowest attachment work. Therefore, the PDMS patch 30 should have a value of Wc=31. Therefore, the PDMS patch 30 must be formed to a thickness of about 80 μm to meet the condition of the critical attachment work Wc. Therefore, the thickness of the single flexible patch 30 of 1 MPa is less than 80 μm, so conformal adhesion to the skin surface is possible.
일부 실시예에서, 1MPa 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 단일 플렉서블 패치(30)가 80μm 미만의 두께를 가지면, 더 강한 부착성을 가질 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 1MPa 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 플렉서블 패치(30)의 일 층은 80μm 이상의 두께로도 피부 표면에 적합성 부착이 가능하다. 예를 들어, 피부 표면에 부착되는 일 층의 두께가 100μm인 경우에도 피부에 부착 가능할 수 있다.In some embodiments, if a single flexible patch 30 having an elastic modulus lower than 1 MPa has a thickness of less than 80 μm, it may have stronger adhesion. In some other embodiments, one layer of the flexible patch 30 having a modulus of elasticity lower than 1 MPa is suitable for adherence to the skin surface even with a thickness of 80 μm or more. For example, even when the thickness of one layer attached to the skin surface is 100 μm, it may be possible to adhere to the skin.
전술한 바와 같이, 굴곡 강도D는 플렉서블 패치(30)의 부착 능력에 연관되고, 또한 플렉서블 패치(30)의 형상 유지 능력에 연관된다. 상기 수학식 5 및 수학식 6을 참조하면, 플렉서블 패치(30)의 탄성 계수 E가 낮은 경우, 플렉서블 패치(30)의 두께가 얇은 경우에 플렉서블 패치(30)가 피부 표면 상에 안정적으로 부착할 수 있다. As described above, flexural strength D is related to the ability of the flexible patch 30 to attach, and also to the ability to maintain the shape of the flexible patch 30. Referring to Equations 5 and 6, when the elastic modulus E of the flexible patch 30 is low, when the thickness of the flexible patch 30 is thin, the flexible patch 30 is stably attached on the skin surface. Can.
그러나, 부착성만을 고려하여 플렉서블 패치(30)의 두께가 너무 얇거나, 탄성 계수가 너무 낮게 플렉서블 패치(30)를 형성하는 경우에는 핸들링이 어렵다. 구체적으로, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도가 너무 낮은 경우 플렉서블 패치(30)에 굽힘이 발생해서 핸들링하기 어렵고, 플렉서블 패치(30)의 형상이 일정하게 유지되기 어렵다. 따라서, 플렉서블 패치(30)의 굴곡 강도가 너무 낮은 경우, 플렉서블 패치(30) 상에 다른 구성요소들을 집적하는데 어려움이 있다. However, handling is difficult when the thickness of the flexible patch 30 is too thin or the elastic modulus is too low in consideration of only adhesiveness. Specifically, when the flexural strength of the flexible patch 30 is too low, bending occurs in the flexible patch 30, making it difficult to handle, and the shape of the flexible patch 30 is difficult to maintain constant. Therefore, when the flexural strength of the flexible patch 30 is too low, it is difficult to integrate other components on the flexible patch 30.
이를 극복하기 위해, 피부에 부착되는 부분은 상대적으로 낮은 굴곡 강도를 갖고, 피부에는 부착되지 않아 높은 부착성의 필요성이 상대적으로 떨어지는 다른 구성요소들이 집적되는 부분은 굽힘이 발생하지 않고 형상이 유지되기 충분할 굴곡 강도를 갖도록 플렉서블 패치(30)가 구성될 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 패치(30)는 보다 강한 부착성을 가지면서, 다른 구성요소들(예컨대, 전극, 반도체 소자, 인터렉션 등을 포함함)을 지지하기에 충분한 굴곡 강도를 갖도록, 하나 이상의 층으로 구성될 수 있다. 이러한 플렉서블 패치(30)를 제조하기 위해, 희생층(820) 상에 형성되는 플렉서블 패치층(830)은 하나 이상의 서브 층을 포함할 수 있다.To overcome this, the portion attached to the skin has a relatively low flexural strength, and the portion where other components, which are not attached to the skin and have a relatively low need for high adhesion, are accumulated, is sufficient to maintain shape without bending. The flexible patch 30 may be configured to have flexural strength. For example, the flexible patch 30 may be formed of one or more layers so as to have stronger adhesion and sufficient flexural strength to support other components (eg, including electrodes, semiconductor devices, interactions, etc.). Can be configured. In order to manufacture the flexible patch 30, the flexible patch layer 830 formed on the sacrificial layer 820 may include one or more sub-layers.
도 10b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 탄성 계수가 서로 상이한 바이 레이어 구조의 플렉서블 패치(30)를 설명하기 위한 도면이다. 10B is a view for explaining a flexible patch 30 having a bi-layer structure having different elastic moduli, according to an embodiment of the present invention.
일 실시예에서, 바이-레이어 구조를 갖는 플렉서블 패치(30)는 강도(rigidity)가 상이한 두 개의 서브 층(도 10b의 제1 플렉서블 층(831), 및 제2 플렉서블 층(133))을 포함할 수 있다.In one embodiment, the flexible patch 30 having a bi-layer structure includes two sub layers having different rigidities (the first flexible layer 831 of FIG. 10B, and the second flexible layer 133). can do.
여기서, 피부에 부착되는 제1 플렉서블 층(831)은 피부에 부착되지 않는 제2 플렉서블 층(832)의 굴곡 강도D2 보다 낮은 굴곡 강도D1를 가진다. 예를 들어, 제1 플렉서블 층(831)은 피부 표면에 대한 적합성 부착이 가능하기 위해 낮은 탄성 계수(예컨대, 0.04Mpa)를 갖도록 구성될 수 있다.Here, the first flexible layer 831 attached to the skin has a lower flexural strength D1 than the flexural strength D2 of the second flexible layer 832 that is not attached to the skin. For example, the first flexible layer 831 can be configured to have a low modulus of elasticity (eg, 0.04 Mpa) to allow for a suitable attachment to the skin surface.
반면, 제2 플렉서블 층(832)은 플렉서블 패치(30) 상에 집적되는 반도체 회로 등을 지지하면서, 플렉서블 패치(30)의 굽힘을 적절하게 제어하여 핸들링을 쉽게하기 위해 보다 단단하게 구성된다. On the other hand, the second flexible layer 832 is more rigidly configured to facilitate handling by appropriately controlling bending of the flexible patch 30 while supporting a semiconductor circuit or the like integrated on the flexible patch 30.
도 10b에 도시된 바와 같이, 제1 플렉서블 층(831)은 0.04MPa 인 탄성 계수 E1를 가지고, 제2 플렉서블 층(832)은 1MPa인 탄성 계수 E2를 가짐으로써, 제1 플렉서블 층(831)이 더 부드럽게 형성될 수 있다.10B, the first flexible layer 831 has an elastic modulus E1 of 0.04 MPa, and the second flexible layer 832 has an elastic modulus E2 of 1 MPa, so that the first flexible layer 831 It can be formed more smoothly.
일 실시예에서, 플렉서블 패치층(830)은 전-폴리머(pre-polymer) 및 경화제(curing agent)를 포함하는 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 플렉서블 층(832)은 제1 플렉서블 층(831)의 경화제 비율 보다 큰 경화제 비율을 갖도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 제1 플렉서블 층(831)은 전-폴리머(pre-polymer)와 경화제의 비율이 40:1로 이루어질 수 있고, 제2 플렉서블 층(832)은 전-폴리머와 경화제의 비율이 10:1로 이루어질 수 있다. 이러한 경화제의 비율 차이로 인해 제1 플렉서블 층(831)과 제2 플렉서블 층(832)의 굴곡 강도 D가 상이하게 결정된다. In one embodiment, the flexible patch layer 830 may include a first flexible layer 831 and a second flexible layer 832 that include a pre-polymer and a curing agent. Here, the second flexible layer 832 may be configured to have a larger curing agent ratio than the curing agent ratio of the first flexible layer 831. In one example, the first flexible layer 831 may have a pre-polymer to curing agent ratio of 40:1, and the second flexible layer 832 may have a pre-polymer to curing agent ratio of 10. It can consist of :1. The flexural strength D of the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 is determined differently due to the difference in ratio of the curing agent.
이러한 구성 물질의 차이에 의해, 제1 플렉서블 층(831)은 제2 플렉서블 층(832)에 비해 상대적으로 부드럽고(soft), 끈적하게(sticky) 구성되며, 플렉서블 패치(30)가 피부에 부착 가능하게 한다. 상대적으로 단단한 제2 플렉서블 층(832)은 플렉서블 패치(30)가 스킨 센서 등을 제조하기 위해 사용되는 경우, 마이크로 단위의 소자를 집적하기 위한 지지체(예컨대, 기판) 역할을 수행하게 한다. Due to the difference in these constituent materials, the first flexible layer 831 is relatively soft and sticky compared to the second flexible layer 832, and the flexible patch 30 can be attached to the skin To do. The relatively rigid second flexible layer 832 serves as a support (eg, a substrate) for integrating micro-scale devices when the flexible patch 30 is used to manufacture a skin sensor or the like.
또한, 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)의 두께는 서로 상이하게 형성될 수 있다. 전술한 수학식 5를 다시 참조하면, 굴곡 강도D는 탄성 계수E 및 두께에 의존하여 결정된다. In addition, the thickness of the first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 may be formed differently from each other. Referring back to Equation 5 above, the flexural strength D is determined depending on the elastic modulus E and the thickness.
도 10c는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 두께가 서로 상이한 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)를 설명하기 위한 도면이고, 도 10d는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 바이-레이어 구조의 두께에 따른 플렉서블 패치의 특성을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 10C is a view for explaining a flexible patch 30 having a bi-layer structure having different thicknesses according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 10D is a bi according to the first embodiment of the present invention. -It is a graph showing the characteristics of the flexible patch according to the thickness of the layer structure.
도 10c에 도시된 바와 같이, 피부 표면 상에 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)가 부착된 경우, 일반적으로 곡면 구조를 갖는 피부 표면의 특징으로 인해, 부착된 플렉서블 패치(30)는 늘어나게 된다. 늘어난 플렉서블 패치(30)에는 늘어나기 이전으로 되돌아가려는 복원력(F ret)이 적용된다. 상기 복원력(F ret)은 다음의 수학식 8과 같이 분석될 수 있다. 상기 플렉서블 패치(30)의 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)은 동일한 물질(예컨대, PDMS)로 구성된 경우 동일한 인장 응력(σ), 및 인장 변형률(ε을 가질 수 있다.As shown in FIG. 10C, when the bi-layer flexible patch 30 is attached to the skin surface, the attached flexible patch 30 is stretched due to the characteristic of the skin surface having a generally curved structure. . The stretched flexible patch 30 is applied with a restoring force (F ret ) to return to before stretching. The resilience (F ret ) may be analyzed as in Equation 8 below. The first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 of the flexible patch 30 may have the same tensile stress σ and tensile strain ε when made of the same material (eg, PDMS).
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여기서, F1은 피부에 부착된 제1 플렉서블 층(831), F2는 피부에 부착된 제2 플렉서블 층(832)에 적용되는 각각의 복원력을 나타낸다. t1은 제1 플렉서블 층(831)의 두께, t2는 제2 플렉서블 층(832)의 두께를 나타낸다. Here, F1 denotes each restoring force applied to the first flexible layer 831 attached to the skin, and F2 denotes each of the second flexible layer 832 attached to the skin. t1 represents the thickness of the first flexible layer 831 and t2 represents the thickness of the second flexible layer 832.
바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)의 전체 탄성 계수Eeq는 다음의 수학식 9로 표현될 수 있다. The total elastic modulus Eeq of the bi-layer structured flexible patch 30 may be expressed by the following Equation (9).
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일 예에서, 0.04MPa의 탄성 계수를 가져 피부에 부착되는 제1 플렉서블 층(831)의 두께가 100μm으로 형성된 경우, 플렉서블 패치(30)의 유효 탄성 계수(effective elastic modulus), 및 굴절 강도(Flexural rigidity), 그리고 플렉서블 패치(30)와 피부 표면 간의 임계 부착 일의 그래프는 상기 수학식 9에 의해 계산될 수 있고, 그 결과 도 10d와 같이 도시된다. In one example, when the thickness of the first flexible layer 831 attached to the skin having a modulus of elasticity of 0.04 MPa is formed to be 100 μm, the effective elastic modulus of the flexible patch 30, and the refractive strength (Flexural) The rigidity), and a graph of the critical attachment work between the flexible patch 30 and the skin surface can be calculated by Equation (9) above, and the result is shown in FIG. 10D.
바이-레이어 구조의 플렉서블 패치(30)에 포함된 제1 플렉서블 층(831) 및 제2 플렉서블 층(832)은 상기 수학식 9을 참조하여, 플렉서블 패치(30)가 활용되는 제조물(예컨대, 스킨 센서)의 기능에 알맞은 두께 및 탄성 계수를 갖도록 형성될 수 있다. The first flexible layer 831 and the second flexible layer 832 included in the bi-layer structured flexible patch 30 refer to Equation (9) above, wherein the flexible patch 30 is manufactured (eg, skin) It may be formed to have a thickness and elastic modulus suitable for the function of the sensor).
전술한 바이-레이어 구조의 플렉서블 패치층(830)에 대한 설명은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 플렉서블 패치층(830)이 바이-레이어 구조로 한정되어 해석되지 않는다. 다른 실시예들에서, 플렉서블 패치층(830)은 모노 레이어, 트리플 레이어 구조로 형성될 수도 있다. 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 제2 플렉서블 층(832)만을 포함한 모노 레이어 구조로 형성될 수 있다. 다른 일 예에서, 플렉서블 패치층(830)은 부드러운 두 개의 제1 플렉서블 층 사이에 위치한 단단한 제2 플렉서블 층을 포함하는 트리플 레이어 구조로 형성될 수 있다. 트리플 레이어 구조의 플렉서블 패치층(830)은 두께가 서로 상이한 두 개의 제1 플렉서블 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 피부에 부착되는 부분의 제1 플렉서블 층은 10μm의 두께로 형성되고, 반대편의 제1 플렉서블 층은 100μm의 두께로 형성될 수도 있다. The above description of the flexible patch layer 830 of the bi-layer structure is merely exemplary, and the flexible patch layer 830 of the present invention is not interpreted as being limited to the bi-layer structure. In other embodiments, the flexible patch layer 830 may be formed in a mono-layer or triple-layer structure. In one example, the flexible patch layer 830 may be formed in a mono layer structure including only the second flexible layer 832. In another example, the flexible patch layer 830 may be formed of a triple layer structure including a rigid second flexible layer positioned between two soft first flexible layers. The triple layer structured flexible patch layer 830 may include two first flexible layers having different thicknesses. For example, the first flexible layer of the portion attached to the skin may be formed with a thickness of 10 μm, and the first flexible layer on the opposite side may be formed with a thickness of 100 μm.
또한, 마이크로 단위에서 마이크로 소자를 지지하는 탄성 계수로 개시된 1MPa는 단지 예시적인 것으로서, 플렉서블 패치(30)에 포함된 제2 플렉서블 층(832)은 다른 탄성 계수를 가질 수도 있다. In addition, 1MPa disclosed as an elastic modulus supporting a micro device in a micro unit is merely exemplary, and the second flexible layer 832 included in the flexible patch 30 may have a different elastic modulus.
이와 같이, 플렉서블 패치(30)는 희생층(820)을 이용하여 제조됨으로써, 마이크로 단위 두께의 플렉서블 패치층(830)을 얻는 과정에서 손상이 발생하지 않아 높은 내구성을 가질 수 있다. As described above, the flexible patch 30 may be manufactured using the sacrificial layer 820 and thus may have high durability because no damage occurs in the process of obtaining the flexible patch layer 830 having a micro unit thickness.
다시 도 4를 참조하면, 제1 기판(101), 희생층(105) 및 센서 회로 유닛(10)을 형성한 후, 플렉서블 패치(30)를 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)에 접합시킬 수 있다(S430). 접합은 통상의 웨이퍼(wafer) 접합 기법에 의하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 도 8의 제조 과정에 의해 제조된 플렉서블 패치(30)와 활성층(115) 간의 접합을 위해, 반도체 구조물 및 플렉서블 패치(30)를 플라즈마 처리(예컨대, O2 플라즈마 처리(plasma treatment))하여 반도체 구조물 및 플렉서블 패치(30)의 접합 표면을 활성화할 수 있다. Referring back to FIG. 4, after forming the first substrate 101, the sacrificial layer 105 and the sensor circuit unit 10, the flexible patch 30 is bonded to the active layer 115 of the sensor circuit unit 10. It can be made (S430). Bonding can be accomplished by conventional wafer bonding techniques. In one embodiment, for bonding between the flexible patch 30 and the active layer 115 manufactured by the manufacturing process of FIG. 8, the semiconductor structure and the flexible patch 30 are plasma treated (eg, O2 plasma treatment) ) To activate the bonding surface of the semiconductor structure and the flexible patch 30.
일부 실시예에서, 플렉서블 패치(30)가 보다 끈적한 층 및 보다 단단한 층으로 구성된 바이-레이어 구조인 경우, 플렉서블 패치(30)의 접합 표면은 보다 단단한 층의 일 면일 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 플렉서블 패치(30)가 2개의 보다 끈적한 표면 및 하나의 보다 단단한 표면으로 구성된 트리플-레이어 구조인 경우, 플렉서블 패치(30)의 접합 표면은 보다 끈적한 층 중 어느 하나의 일 면일 수 있다. In some embodiments, when the flexible patch 30 is a bi-layer structure composed of a more sticky layer and a harder layer, the bonding surface of the flexible patch 30 may be one side of the harder layer. In some other embodiments, when the flexible patch 30 is a triple-layer structure composed of two more sticky surfaces and one harder surface, the bonding surface of the flexible patch 30 is one side of any one of the more sticky layers Can.
또한, 플라즈마 처리 이전에 도 5d의 반도체 구조물 상에 (예컨대, SiO2와 같은) 절연층을 더 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 접합을 위해, 플렉서블 패치 및 반도체 구조물에 압력을 추가로 가할 수도 있다. In addition, an insulating layer (eg, SiO2) may be further formed on the semiconductor structure of FIG. 5D prior to plasma treatment. In some embodiments, for bonding, additional pressure may be applied to the flexible patch and the semiconductor structure.
그 후 플라즈마 처리에 의해 표면이 활성화된 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 배치하여 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물(즉, 활성층(115))과 접합한다(S430). Thereafter, the flexible patch 30 whose surface is activated by plasma treatment is disposed on the semiconductor structure to bond the flexible patch 30 with the semiconductor structure (ie, the active layer 115) (S430).
그리고, 식각과 같은 과정을 통해 희생층(105)을 제거하고, 플렉서블 패치(30)를 피부에 부착되는 유연성 접착 기판으로 가지며, 상기 유연성 접착 기판 상에 집적된 센서 회로 유닛(10)을 포함한 스킨 센서(1)를 얻을 수 있다(S450). Then, the sacrificial layer 105 is removed through a process such as etching, and the flexible patch 30 is a flexible adhesive substrate attached to the skin, and the skin including the sensor circuit unit 10 integrated on the flexible adhesive substrate The sensor 1 can be obtained (S450).
식각은 희생층(105)을 식각하면서 스킨 센서(1)의 구성요소(센서 회로 유닛(10) 및 플렉서블 패치(30)를 포함함)들을 식각하지 않도록 식각 용액의 선택성(selectivity)을 조절하면서 이루어진다. 희생층(105)의 식각에 사용되는 식각 용액은 아세톤(acetone)을 포함할 수 있다. Etching is performed while adjusting the selectivity of the etching solution so as not to etch the components of the skin sensor 1 (including the sensor circuit unit 10 and the flexible patch 30) while etching the sacrificial layer 105. . The etching solution used for etching the sacrificial layer 105 may include acetone.
상기 접합 과정(S430)은 스킨 센서(1)의 통기성을 극대화하기 위해, 스킨 센서(1)의 구성요소 간의 배치에 더 기초하여 수행될 수 있다. The bonding process (S430) may be performed based on further arrangement between components of the skin sensor 1 in order to maximize air permeability of the skin sensor 1.
스킨 센서(1)의 구성요소들은 스킨 센서의 동작 원리에 기초하여 배치될 수 있다. 도 2를 참조하여 서술된 바와 같이, 피부의 변형을 감지하기 위한 스킨 센서(1)를 제조하기 위한 경우, 플렉서블 패치(30)는 활성층(115)의 일부가 플렉서블 패치(30)의 플렉서블 물질과 접하지 않도록 관통홀이 활성층(115) 상에 배치된다(S430). 일 예에서, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치된다. 따라서, 허공에 위치한 활성층(115)의 변형 결과를 최대로 얻을 수 있다. The components of the skin sensor 1 may be arranged based on the principle of operation of the skin sensor. As described with reference to FIG. 2, in the case of manufacturing the skin sensor 1 for detecting deformation of the skin, the flexible patch 30 includes a part of the active layer 115 and the flexible material of the flexible patch 30 The through hole is disposed on the active layer 115 so as not to contact (S430). In one example, as described above with reference to FIG. 2, the flexible patch is disposed on the active layer such that a plurality of through-holes of the flexible patch and a plurality of through-holes of the insulating layer are matched in a plane. Therefore, the deformation result of the active layer 115 located in the air can be obtained to the maximum.
또한, 플렉서블 패치(30)는 활성층(115) 아래의 구성요소들에 더 기초하여 배치된다. 일 실시예에서, 스킨 센서(1)를 제조하기 위해, 전극(111)의 일부(예컨대, 전극(111A 및 111B)에 포함된 연장 바) 또는 전부 상에 절연층(113)의 관통홀(H1)이 배치되고, 상기 절연층(113)의 관통홀(H) 상에 활성층(115)이 배치되며, 상기 활성층(115) 상에 플렉서블 패치(30)의 관통홀(H2)이 배치될 수 있다. 여기서, 절연층(113)의 관통홀(H1)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 플렉서블 패치(30)의 관통홀(H2)과 사영 부분이 매칭되도록 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조를 통해 스킨 센서(1)는 활성층(115)의 동작에 기초하여 피부 정보를 효과적으로 얻을 수 있으며, 스킨 센서(1)의 높은 통기성을 확보할 수 있다. In addition, the flexible patch 30 is disposed further based on components below the active layer 115. In one embodiment, in order to manufacture the skin sensor 1, a through hole H1 of the insulating layer 113 on a part (eg, an extension bar included in the electrodes 111A and 111B) or all of the electrode 111 ) Is disposed, and the active layer 115 is disposed on the through hole H of the insulating layer 113, and the through hole H2 of the flexible patch 30 can be disposed on the active layer 115. . Here, the through-hole H1 of the insulating layer 113 may be arranged such that the through-hole H2 of the flexible patch 30 and the projection portion match, as illustrated in FIG. 2B. Through this arrangement, the skin sensor 1 can effectively obtain skin information based on the operation of the active layer 115, and can secure high breathability of the skin sensor 1.
추가적으로, 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 (즉, 활성층(115) 상에) 배치하기 위해, 플렉서블 패치(30)를 배열용 유리(Align glass) 상에 배치할 수 있다. 플렉서블 패치(30)는 유연한 특성 상 표면이 평평하지 않을 수 있다. 플렉서블 패치(30)의 부착성은 피부 부착 표면이 평평할수록 증가한다. 따라서, 플렉서블 패치(30)에 룰러를 이용하여 배열용 유리 상에 플렉서블 패치(30)의 단면이 평평하게 배치한 뒤, 플렉서블 패치(30)를 반도체 구조물 상에 전사하고, 배열용 유리를 제거하여 표면이 평평한 플렉서블 패치(30)를 갖는 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 이로 인해, 스킨 센서(1)의 부착성을 극대화할 수 있다. Additionally, to place the flexible patch 30 on the semiconductor structure (ie, on the active layer 115), the flexible patch 30 may be disposed on Align glass. The flexible patch 30 may not have a flat surface due to its flexible nature. The adhesiveness of the flexible patch 30 increases as the surface to which the skin is attached is flat. Accordingly, after the flexible patch 30 has a flat cross-section of the flexible patch 30 on the array glass by using a ruler on the flexible patch 30, the flexible patch 30 is transferred onto a semiconductor structure and the array glass is removed. The skin sensor 1 having the flexible patch 30 with a flat surface can be manufactured. Due to this, the adhesion of the skin sensor 1 can be maximized.
이와 같이 전자 기기의 반도체 소자가 압전 물질을 포함하는 경우, 전자 기기는 피부에 부착되어 피부의 변형 및/또는 탄력 정보를 얻을 수 있는 스킨 센서로 활용될 수 있다. 전술한 과정에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 피부에 부착된 상태에서 센서로 동작할 수 있다. 변형이 감지되는 압전 물질은 상대적으로 크기가 큰 관통홀 상에 배치되어, 스킨 센서는 피부의 생리학적 거동으로 인한 피부 변형 정보를 보다 효율적으로 얻을 수 있다. As such, when the semiconductor device of the electronic device includes a piezoelectric material, the electronic device may be used as a skin sensor that is attached to the skin and obtains deformation and/or elasticity information of the skin. The skin sensor 1 manufactured by the above-described process may operate as a sensor in a state attached to the skin. The piezoelectric material for which deformation is detected is disposed on a relatively large through hole, so that the skin sensor can more effectively obtain skin deformation information due to the physiological behavior of the skin.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스킨 센서(1)는 피부 당김을 측정하는 데에 이용될 수 있을 뿐 아니라 피부의 탄력을 측정하는 데에 활용될 수 있다.In addition, the skin sensor 1 according to various embodiments of the present invention can be used not only to measure skin pull, but also to measure skin elasticity.
<제2 실시예><Second Example>
도 11a 내지 도 11b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다. 11A to 11B are conceptual views schematically showing a manufacturing process of a skin sensor according to a second embodiment of the present invention.
도 4 및 도 11를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 4의 제1 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.4 and 11, since the manufacturing method of the skin sensor according to the second embodiment of the present invention is substantially similar to the manufacturing method of the skin sensor according to the first embodiment of FIG. 4, differences will be mainly described.
도 4에 도시된 바와 같이, 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소 중 플렉서블 패치(30)와 가장 가깝게 위치하도록 형성된다. As shown in FIG. 4, the active layer 115 of the sensor circuit unit 10 is formed to be positioned closest to the flexible patch 30 among the components of the sensor circuit unit 10.
그러나, 다른 실시예들에서, 센서 회로 유닛(10)의 활성층(115)은 센서 회로 유닛(10)의 구성요소 중 플렉서블 패치(30)와 가장 멀리 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 1b 및 도 1c의 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다.However, in other embodiments, the active layer 115 of the sensor circuit unit 10 may be formed to be positioned farthest from the flexible patch 30 among the components of the sensor circuit unit 10. That is, the skin sensor 1 of FIGS. 1B and 1C can be manufactured.
제2 실시예에 따른 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 제1 실시예와 유사하게, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1101); 센서 회로 유닛(10)을 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1110); 센서 회로 유닛(10)과 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 접합하는 단계(S1130); 및 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1150)를 포함한다. The method of manufacturing the skin sensor 1 attachable to the skin according to the second embodiment, similar to the first embodiment, forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1101); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S1110); Bonding the sensor circuit unit 10 and the flexible patch 30 including the through hole (S1130); And etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S1150).
상기 실시예에서, 센서 회로 유닛(10)을 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1110)는, 희생층(105) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S1111); 활성층(115) 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1113); 및 절연층(113) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S1115)를 포함할 수 있다. In the above embodiment, forming the sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S1110) includes: forming an active layer 115 on the sacrificial layer 105 (S1111); Forming an insulating layer 113 on the active layer 115 (S1113); And forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the insulating layer 113 (S1115).
이와 같이, 스킨 센서(1)는 활성층(115)이 스킨 센서(1)의 최 상단에 위치하도록 제조될 수 있다. 제2 실시예에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 회로 구성요소(즉, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112))와 활성층(115)의 위치가 교체되었을 뿐, 나머지 구조는 동일하다. 따라서, 도 11의 스킨 센서(1)의 동작 원리는 도 2의 스킨 센서(1)의 동작 원리와 유사하며, 자세한 설명은 생략한다. As such, the skin sensor 1 may be manufactured such that the active layer 115 is positioned at the top of the skin sensor 1. In the skin sensor 1 manufactured by the second embodiment, the circuit components (ie, the electrode 111 and/or the interconnect 112) and the active layer 115 are replaced with the rest of the structure. Therefore, the operating principle of the skin sensor 1 in FIG. 11 is similar to the operating principle of the skin sensor 1 in FIG. 2, and detailed description is omitted.
전술한 실시예들에 따른 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법은 반도체 소자를 형성하는 과정과 복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정이 분리되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 따르면 제1 실시예 또는 제2 실시예의 전자 기기를 일체형(all-in-one) 공정에 의해 제조할 수 있다. In the method of manufacturing an electronic device attachable to the skin according to the above-described embodiments, the process of forming a semiconductor device and the process of manufacturing the flexible patch 30 including a plurality of through holes are separated. However, according to other embodiments of the present invention, the electronic device of the first or second embodiment can be manufactured by an all-in-one process.
<제3 실시예><Third Example>
도 12 a 내지 도 12h는, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다. 12A to 12H are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a third embodiment of the present invention.
도 4 및 도 12을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 4의 제1 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명한다.4 and 12, since the manufacturing method of the skin sensor according to the third embodiment of the present invention is substantially similar to the manufacturing method of the skin sensor according to the first embodiment of FIG. 4, differences will be mainly described.
제2 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법에 의하면, 제1 실시예와 동일한 구조를 갖는 스킨 센서(1)가 제조될 수 있다. 그러나, 도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정과 센서 회로 유닛(10)을 포함한 반도체 구조물을 제조하는 과정이 분리되지 않은, 일체형(all-in one) 제조 과정으로 구성된다. 즉, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정과 반도체 구조물의 제조 과정이 분리된 제1 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법과 구별된다. According to the manufacturing method of the skin sensor according to the second embodiment, the skin sensor 1 having the same structure as the first embodiment can be manufactured. However, referring to FIG. 12, the manufacturing method of the skin sensor 1 according to the third embodiment of the present invention includes a process of manufacturing the flexible patch 30 and a process of manufacturing a semiconductor structure including the sensor circuit unit 10. It consists of a non-separable, all-in-one manufacturing process. That is, the manufacturing process of the flexible patch 30 and the manufacturing process of the semiconductor structure are separated from the manufacturing method of the skin sensor 1 of the first embodiment.
도 12a 내지 도 12h를 참조하면, 제3 실시예에서, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1201); 상기 희생층(105) 상에 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S1210)로서, 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 희생층(105) 상에 형성하는 단계(S1211); 상기 전극 및/또는 인터커넥트 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1213); 및 상기 절연층(113) 상에 활성층(115)을 형성하는 단계(S1215)를 포함한다. 또한, 플렉서블 패치층(830)을 상기 센서 회로 유닛(10) 상에 (즉, 상기 활성층(115) 상에) 형성하는 단계(S1230); 복수의 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉하는 단계(S1240); 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1250); 및 형틀(810)을 제거하는 단계(S1270)를 포함한다. 12A to 12H, in a third embodiment, a method of manufacturing a skin sensor 1 attachable to skin includes: forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1201); Forming a sensor circuit unit 10 on the sacrificial layer 105 (S1210), forming an electrode 111 and/or an interconnect 112 on the sacrificial layer 105 (S1211); Forming an insulating layer 113 on the electrode and/or interconnect (S1213); And forming an active layer 115 on the insulating layer 113 (S1215). In addition, forming a flexible patch layer 830 on the sensor circuit unit 10 (ie, on the active layer 115) (S1230); Contacting the mold 810 with the flexible patch layer 830 to form a plurality of through holes (S1240); Etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S1250); And removing the mold 810 (S1270).
이와 같이, 제3 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법에 의해 제조된 스킨 센서(1)는 유연성 접착 기판인 플렉서블 패치(30) 위에 모든 회로 소자와 상호 접속 부분을 형성한 모놀로식(monolithic) 전자 기기에 해당된다. 제3 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법은 소형화, 경량화된 전자 기기를 생성할 수 있고, 전자 기기의 집적도와 신뢰도가 높으며, 대량 생산이 가능하여 비용이 저렴한 장점이 있다. As described above, the skin sensor 1 manufactured by the manufacturing method of the skin sensor 1 of the third embodiment is monolithic in which all circuit elements and interconnections are formed on the flexible patch 30, which is a flexible adhesive substrate. It corresponds to electronic devices. The manufacturing method of the skin sensor 1 of the third embodiment has the advantage of being able to produce a miniaturized and lightweight electronic device, high integration and reliability of the electronic device, and mass production possible, resulting in low cost.
도 12a를 참조하면, 일 실시예에서, 희생층(105)은 포토리소그래피, 식각용액의 선택성(etching selectivity), 열적 안정성(thermal stability) 등을 고려하여 형성된다. 일 예에서, 희생층(105)은 희생층(105)은 Cr, Al, Ni, Au 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 희생층(105)은 비용을 고려하여 더 형성될 수 있다. 이 경우, 희생층(105)은 예를 들어 Cr, Al, Ni, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 12A, in one embodiment, the sacrificial layer 105 is formed in consideration of photolithography, etching selectivity, and thermal stability. In one example, the sacrificial layer 105 may be made of a material including one or more of Cr, Al, Ni, Au, and combinations of the sacrificial layer 105. In some embodiments, the sacrificial layer 105 may be further formed in consideration of cost. In this case, the sacrificial layer 105 may be made of, for example, a material including one or more of Cr, Al, Ni, and combinations thereof.
단계(S1210)에서, 상기 금속 희생층(105) 상에 다결정 활성층(115) 등을 포함한 센서 회로 유닛(10)(즉, 다결정 반도체 구조물)을 증착한다. 일 실시예에서, 전극(111) 및 인터커넥트(112), 절연층(113), 및 (예컨대, 센싱 물질로 동작하는) 활성층(115)이 순차적으로 희생층(105) 상에 형성된다.In step S1210, a sensor circuit unit 10 (ie, a polycrystalline semiconductor structure) including a polycrystalline active layer 115 or the like is deposited on the metal sacrificial layer 105. In one embodiment, electrode 111 and interconnect 112, insulating layer 113, and active layer 115 (eg, acting as a sensing material) are sequentially formed on sacrificial layer 105.
일 예에서, 다결정 활성층(115)은, 제1 실시예와 유사하게, 스트레서를 이용한 전사를 통해 형성될 수 있다. In one example, the polycrystalline active layer 115 may be formed through transfer using a stressor, similar to the first embodiment.
다른 일 예에서, 상기 다결정 반도체 물질은 기판에 상관 없이 성장할 수 있으므로, 희생층(105) 상에 직접 성장하여 형성된다. 예를 들어, 다결정 활성층(115)은 스퍼터링, 증발(evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방식, 또는 저압 CVD(Low-pressure CVD), 플라즈마 강화 CVD(Plasma-enhanced CVD) 등과 같은 CVD (Chemical vapor deposition) 방식에 의해 직접 증착하여 형성될 수도 있다. 일부 예에서, 다결정 활성층(115)의 성장은 500도 이하의 온도에서 수행될 수 있다. In another example, since the polycrystalline semiconductor material can grow regardless of the substrate, it is formed by directly growing on the sacrificial layer 105. For example, the polycrystalline active layer 115 may be formed by sputtering, evaporation, physical vapor deposition (PVD), or low-pressure CVD (CVD), plasma-enhanced CVD (CVD), or the like. It may be formed by vapor deposition directly by a vapor deposition method. In some examples, growth of the polycrystalline active layer 115 may be performed at a temperature of 500 degrees or less.
일 예에서, 각 층은 도 12c에 도시된 바와 같이, 통기성 확보를 위해 절연층(113)은 플렉서블 패치(30)의 관통홀에 대응되는 관통홀을 갖도록 형성된다. In one example, each layer is formed to have a through hole corresponding to the through hole of the flexible patch 30, as shown in Figure 12c, the insulating layer 113 to ensure breathability.
단계(S1201 및 S1210)는 포토리소그래피 기반 식각 공정에 의해 수행된다. Steps S1201 and S1210 are performed by a photolithography-based etching process.
그 후, 센서 회로 유닛(10) 상에 플렉서블 패치층(830)을 형성한다(S1230). 상기 플렉서블 패치층(830)은 관통홀이 형성되지 않은 플렉서블 패치(30)이다. 플렉서블 패치층(830)은 센서 회로 유닛(10) 상에 직접 형성된다(S1230). 플렉서블 패치층(830)을 형성하는 과정 및 플렉서블 패치층의 성분, 구조, 두께 등은 도 8 및 도 10을 참조하여 전술하였는 바, 자세한 설명은 생략한다. Thereafter, a flexible patch layer 830 is formed on the sensor circuit unit 10 (S1230). The flexible patch layer 830 is a flexible patch 30 in which a through hole is not formed. The flexible patch layer 830 is directly formed on the sensor circuit unit 10 (S1230). The process of forming the flexible patch layer 830 and the components, structures, and thicknesses of the flexible patch layer have been described above with reference to FIGS. 8 and 10, and detailed descriptions thereof will be omitted.
플렉서블 패치층(830)을 형성한 이후, 플렉서블 패치층(830)에 관통홀을 형성할 수 있다. After forming the flexible patch layer 830, a through hole may be formed in the flexible patch layer 830.
단계(S1240)에서, 관통홀의 형성은 소프트 리소그래피 기반 공정에 의해 수행될 수 있다. 일 예에서, 관통홀의 형성은, 마이크로형틀(micromolding)을 이용한 소프트 리소그래피 공정에 의해 수행될 수 있다. In step S1240, the formation of the through-holes may be performed by a soft lithography-based process. In one example, the formation of through-holes may be performed by a soft lithography process using micromolding.
구체적으로, 일 실시예에서, 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉한다(S1240). 형틀(810)은 도 9a 및 도 9c에 도시된 평면 형태를 갖는 홈 구조로 구성될 수 있다. 형틀(810)의 홈 깊이는 센서 회로 유닛(10)(즉, 활성층(115))으로부터 플렉서블 패치층(830)까지의 두께 이상의 깊이를 가질 수 있다. Specifically, in one embodiment, the mold 810 is contacted with the flexible patch layer 830 to form a through hole (S1240). The mold 810 may be configured with a groove structure having a flat shape shown in FIGS. 9A and 9C. The groove depth of the mold 810 may have a depth greater than or equal to the thickness from the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) to the flexible patch layer 830.
상기 형틀(810)은 관통홀을 형성하기 위해 센서 회로 유닛(10)(즉, 활성층(115))까지 도달하도록 플렉서블 패치층(830)과 접촉한다. 즉, 형틀(810)은 부드러운 물질에 도장을 찍는 것과 유사하다. 형틀(810)이 플렉서블 패치층(830)에 접촉하면 플렉서블 패치층(830)에 관통홀을 형성할 수 있도록 홈의 테두리 부분이 플렉서블 패치층(830)을 관통한다. The formwork 810 contacts the flexible patch layer 830 to reach the sensor circuit unit 10 (ie, the active layer 115) to form a through hole. That is, the mold 810 is similar to stamping a soft material. When the mold 810 is in contact with the flexible patch layer 830, the edge portion of the groove penetrates the flexible patch layer 830 so as to form a through hole in the flexible patch layer 830.
단계(S1240)에서, 형틀(810)의 홈의 테두리 영역이 플렉서블 패치층(830)을 보다 쉽게 관통할 수 있도록, 플렉서블 패치층(830)을 가열하는 과정이 더 수행될 수 있다. In step S1240, a process of heating the flexible patch layer 830 may be further performed so that the edge region of the groove of the mold 810 can penetrate the flexible patch layer 830 more easily.
도 12에서는 활성층(115)이 배치되는 관통홀만이 형성되는 형틀(810)을 도시하고 있으나, 이는 단지 설명의 명료성을 위한 것이다. 단계(S1240)에서는 통기성을 강화하기 위해 하나 이상의 관통홀을 형성할 수 있는 형틀(810)을 이용할 수 있다. 12 shows the form 810 in which only the through hole in which the active layer 115 is disposed is formed, this is for clarity of explanation only. In step S1240, a mold 810 capable of forming one or more through holes may be used to enhance breathability.
단계(1240)에서, 관통홀은 프리 스탠딩형 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 형틀(810)에 의해 형성되는 관통홀 중 적어도 하나는, 도 2를 참조하여 서술된 바와 같이 전극(111)의 지그재그 바 상에 배치된다. In step 1240, a through-hole may be formed to manufacture the free standing skin sensor 1. That is, at least one of the through holes formed by the mold 810 is disposed on the zigzag bar of the electrode 111 as described with reference to FIG. 2.
일 실시예에서, 관통홀은 형틀(810)에 포함된 하나 이상의 키 홀(key hole) 및 반도체 구조물에 포함된 하나 이상의 배열 키(alignment key)에 기초하여 전극(111)의 일부 상에 형성된다. 이로 인해, 스킨 센서(1)가 프리 스탠딩형 구조를 가질 수 있다. 제2 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 스킨 센서(1)의 구조는 제1 실시예의 스킨 센서(1)의 구조와 동일하므로, 동일한 동작 원리에 의해 피부 정보를 얻을 수 있다. In one embodiment, the through hole is formed on a portion of the electrode 111 based on one or more key holes included in the mold 810 and one or more alignment keys included in the semiconductor structure. . For this reason, the skin sensor 1 can have a free standing type structure. Since the structure of the skin sensor 1 manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment is the same as that of the skin sensor 1 of the first embodiment, skin information can be obtained by the same operation principle.
상기 실시예에서, 형틀(810)은 하나 이상의 키 홀(key hole)을 포함할 수 있다. 상기 키 홀은 스킨 센서(1)의 통기성을 위한 플렉서블 패치(30)의 관통홀과 상이한 관통홀로서, 도 12에 도시된 바와 같이 상이한 평면(예컨대, 십자가)으로 구성될 수 있다. In the above embodiment, the formwork 810 may include one or more key holes. The key hole is a through hole different from the through hole of the flexible patch 30 for breathability of the skin sensor 1, and may be composed of different planes (eg, crosses) as shown in FIG. 12.
상기 실시예에서, 형틀(810)의 키 홀에 매칭되는 하나 이상의 키가 반도체 구조물에 단계(S1040) 이전에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 키 홀의 홀 형태에 매칭되는 평면 형태를 갖는, 하나 이상의 키가 단계(S1211)에서 형성될 수 있다. 상기 하나 이상의 키는 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 이루는 물질과 동일한 물질, 및/또는 동일한 방식에 의해 형성될 수 있다. In the above embodiment, one or more keys matching the key hole of the mold 810 may be formed in the semiconductor structure before step S1040. In one embodiment, one or more keys having a planar shape matching the hole shape of the keyhole may be formed in step S1211. The one or more keys may be formed by the same material as the material constituting the electrode 111 and/or the interconnect 112, and/or by the same method.
단계(S1240)에서 관통홀을 형성할 수 있도록 형틀(810)과 플렉서블 패치층(830)이 접촉한 이후, 희생층(105)을 식각한다(S1250). 희생층(105) 제거 이후, 형틀(810)을 제거하여 스킨 센서(1)를 제조한다. After the mold 810 and the flexible patch layer 830 contact to form a through hole in step S1240, the sacrificial layer 105 is etched (S1250). After the sacrificial layer 105 is removed, the mold 810 is removed to prepare the skin sensor 1.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 제조 방법은 기판(101) 상에 포토그래피를 이용해 반도체 회로를 형성하고, 그 위에 직접 소프트 리소그래피를 이용하여 피부의 통기성을 저해하지 않는 생체적합한(biocompatible) PDMS 패치(30)를 형성하여 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 이로 인해, 반도체 회로(즉, 센서 회로 유닛(10)) 및 플렉서블 패치를 각각 따로 만든 후 접합할 필요가 없어 공정의 복잡성이 감소하고, 높은 소자 전사 이득(device transfer yield)을 얻을 수 있다.As described above, the manufacturing method according to the second embodiment forms a semiconductor circuit using photography on the substrate 101, and a biocompatible PDMS patch that does not inhibit skin breathability by using soft lithography directly thereon. The skin sensor 1 can be manufactured by forming 30. Due to this, the semiconductor circuit (that is, the sensor circuit unit 10) and the flexible patch need not be made separately and then bonded, thereby reducing the complexity of the process and obtaining a high device transfer yield.
<제4 실시예><Fourth Example>
도 13 a 내지 도 13k는, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 스킨 센서의 제조 과정을 개략적으로 도시한 개념도이다. 13A to 13K are conceptual views schematically illustrating a manufacturing process of a skin sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법은 도 12의 제3 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법과 상당부분 유사하므로, 제조 과정에 대해서는 제3 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.12 and 13, since the manufacturing method of the skin sensor according to the fourth embodiment of the present invention is substantially similar to the manufacturing method of the skin sensor according to the third embodiment of FIG. 12, the manufacturing process is the third Differences from the examples will be mainly described.
제4 실시예에 따른 스킨 센서의 제조 방법에 의하면, 제2 실시예와 동일한 구조를 갖는 스킨 센서(1)가 제조될 수 있다. 즉, 도 1b 및 도 1c에 도시된 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. According to the manufacturing method of the skin sensor according to the fourth embodiment, the skin sensor 1 having the same structure as the second embodiment can be manufactured. That is, the skin sensor 1 shown in FIGS. 1B and 1C can be manufactured.
본 발명의 제4 실시예에 따른 스킨 센서(1) 제조 방법은 플렉서블 패치(30)를 제조하는 과정과 센서 회로 유닛(10)을 포함한 반도체 구조물을 제조하는 과정이 분리되지 않은, 일체형(all-in one) 제조 과정으로 구성된다. 즉, 플렉서블 패치(30)의 제조 과정과 반도체 구조물의 제조 과정이 분리된 제2 실시예의 스킨 센서(1) 제조 방법과 구별된다. In the method for manufacturing the skin sensor 1 according to the fourth embodiment of the present invention, the process of manufacturing the flexible patch 30 and the process of manufacturing the semiconductor structure including the sensor circuit unit 10 are not separated, all-in-one (all- in one) manufacturing process. That is, the manufacturing process of the flexible patch 30 and the manufacturing process of the semiconductor structure are separated from the manufacturing method of the skin sensor 1 of the second embodiment.
제4 실시예에서, 피부에 부착 가능한 스킨 센서(1)를 제조하는 방법은, 기판(101) 상에 희생층(105)을 형성하는 단계(S1301); 센서 회로 유닛(10)을 형성하는 단계(S1310); 센서 회로 유닛(10) 상에 플렉서블 패치층(830)을 형성하는 단계(S1330); 복수의 관통홀을 형성하기 위해 형틀(810)을 플렉서블 패치층(830)에 접촉하는 단계(S1340); 스킨 센서(1)를 제조하기 위해 희생층(105)을 식각하는 단계(S1350); 및 형틀(810)을 제거하는 단계(S1370)를 포함한다. In a fourth embodiment, a method of manufacturing a skin sensor 1 that can be attached to a skin includes: forming a sacrificial layer 105 on the substrate 101 (S1301); Forming a sensor circuit unit 10 (S1310); Forming a flexible patch layer 830 on the sensor circuit unit 10 (S1330); Contacting the mold 810 with the flexible patch layer 830 to form a plurality of through holes (S1340); Etching the sacrificial layer 105 to manufacture the skin sensor 1 (S1350); And removing the mold 810 (S1370).
한편, 제4 실시예의 스킨 센서(1)는 구조가 제2 실시예의 스킨 센서(1)와 동일하다. 따라서, 제4 실시예의 센서 회로 유닛(10)은 희생층(105)을 형성한 이후 활성층(115), 절연층(113) 및 회로 구성요소(전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)) 순으로 적층된다(S1310). 즉, 단계(S1310)은 활성층(115)을 형성하는 단계(S1311); 활성층(115) 상에 절연층(113)을 형성하는 단계(S1313); 및 절연층(113) 상에 전극(111) 및/또는 인터커넥트(112)를 형성하는 단계(S1315)를 포함한다.On the other hand, the skin sensor 1 of the fourth embodiment has the same structure as the skin sensor 1 of the second embodiment. Accordingly, the sensor circuit unit 10 of the fourth embodiment is formed in order of the active layer 115, the insulating layer 113, and the circuit components (electrodes 111 and/or interconnects 112) after the sacrificial layer 105 is formed. It is laminated (S1310). That is, step S1310 includes forming an active layer 115 (S1311); Forming an insulating layer 113 on the active layer 115 (S1313); And forming an electrode 111 and/or interconnect 112 on the insulating layer 113 (S1315).
제4 실시예에 따르면, 단결정 구조로 이루어진 활성층(115)을 이용하여 스킨 센서(1)를 제조할 수 있다. 단결정 물질은 단결정 물질은 금속 희생층(105) 상에 직접 기를 수 없다. According to the fourth embodiment, the skin sensor 1 can be manufactured using the active layer 115 made of a single crystal structure. The single crystal material cannot be raised directly on the metal sacrificial layer 105.
단결정 반도체 물질을 성장시키기 위해서는 단결정 반도체와 동일 또는 유사한 기판 및 최소 700도 이상의 온도가 필요하다. 따라서, 단결정 활성층(115)을 금속 희생층(105)에 직접 형성하는 대신, 스트레서를 이용하는 2DLT 스트레서 전사를 수행하여 활성층(115)을 금속 희생층(105) 상에 형성한다. In order to grow a single crystal semiconductor material, a substrate that is the same or similar to a single crystal semiconductor and a temperature of at least 700 degrees is required. Therefore, instead of directly forming the single crystal active layer 115 on the metal sacrificial layer 105, 2DLT stressor transfer using a stressor is performed to form the active layer 115 on the metal sacrificial layer 105.
구체적으로, 도 13c에 도시된 바와 같이, 희생층(105) 상에 폴리아미드 층(109)을 우선 형성하고(S1309), 2DLT 공정으로 떼어낸 단결정 박막(즉, 활성층(115))을 폴리아미드 층(109)에 전사하여 활성층(115)을 형성하는 과정이 추가된다(S1311). Specifically, as shown in FIG. 13C, a polyamide layer 109 is first formed on the sacrificial layer 105 (S1309), and a single crystal thin film (ie, active layer 115) separated by a 2DLT process is polyamide. A process of forming the active layer 115 by transferring to the layer 109 is added (S1311).
일 실시예에서, 폴리아미드 층(109)은 폴리아미드(polyamide)를 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드 층(109)은 다양한 배합체(filler)가 포함된 컴파운딩 상태로서, 미경화 구조(uncured structure)로 형성될 수 있다. In one embodiment, the polyamide layer 109 may be made of a material including polyamide. For example, the polyamide layer 109 is a compounding state including various fillers, and may be formed in an uncured structure.
또한, 단계(S1311)는 활성층(115)의 폭이 플렉서블 패치(30)의 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층(115)을 패터닝하는 단계를 더 포함한다. 도 13c에 형성된 활성층(115)의 너비는 패터닝에 의해, 도 13d에 도시된 바와 같이, 감소하게 된다. In addition, step S1311 further includes a step of patterning the active layer 115 such that the width of the active layer 115 becomes smaller than the width of the through hole of the flexible patch 30. The width of the active layer 115 formed in FIG. 13C is reduced by patterning, as shown in FIG. 13D.
이어서, 도 13e에 도시된 바와 같이, 플렉서블 패치(30)의 관통홀에 매칭하는 관통홀을 갖는 절연층(113)이 형성된다. 그러면, 도 13k에 도시된 바와 같이, 패터닝된 활성층(115) 상에 절연층(113) 및 플렉서블 패치(30)를 관통하는 관통홀이 형성될 수 있다. 도 5b를 참조하여 위에서 서술한 바와 같이, 절연층(113)의 관통홀은 플렉서블 패치(30)의 관통홀을 통해 이동하는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 플렉서블 패치(30)의 관통홀과 매칭되도록 형성되기 때문이다. Subsequently, as illustrated in FIG. 13E, an insulating layer 113 having a through hole matching the through hole of the flexible patch 30 is formed. Then, as illustrated in FIG. 13K, a through hole penetrating the insulating layer 113 and the flexible patch 30 may be formed on the patterned active layer 115. As described above with reference to FIG. 5B, the through hole of the insulating layer 113 is matched with the through hole of the flexible patch 30 so as not to interfere with the flow of air moving through the through hole of the flexible patch 30 Because it is formed.
단계(S1311)에서, 활성층(115); 스트레서 층(730) 및 테이프 층(750)을 포함한 전사 구조물을 이용하여 활성층(115)을 폴리아미드 층(109) 상에 전사한다. 그 후, 활성층(115)를 제외한 스트레서 층(730) 및 테이프 층(750)을 제거하여 폴리아미드 층(109) 상에 활성층(115) 만이 위치하게 한다. 전사 구조물을 이용한 활성층(115)의 형성은 도 7을 참조하여 설명된 내용과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다. In step S1311, the active layer 115; The active layer 115 is transferred onto the polyamide layer 109 using a transfer structure including a stresser layer 730 and a tape layer 750. Thereafter, the stressor layer 730 and the tape layer 750 excluding the active layer 115 are removed so that only the active layer 115 is positioned on the polyamide layer 109. Since the formation of the active layer 115 using the transfer structure is similar to that described with reference to FIG. 7, detailed description is omitted.
또한, 제4 실시예에 따른 스킨 센서(1)의 제조 방법은, 폴리아미드 층(109)을 제거하는 단계(S1360)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 폴리아미드 층(109)은 (예컨대, O2 플라즈마 식각을 포함한) 플라즈마 식각에 의해 제거된다. In addition, the method for manufacturing the skin sensor 1 according to the fourth embodiment further includes the step of removing the polyamide layer 109 (S1360). In one embodiment, polyamide layer 109 is removed by plasma etching (eg, including O2 plasma etching).
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 피부에 부착 가능한 전자 기기(1)를 얻을 수 있다. 상기 전자 기기(1)는 반도체 회로 유닛(10)의 형성 과정과 플렉서블 패치(30)의 형성 과정이 분리된 공정에 의해 제조될 수도 있고, 또는 일체형 공정에 의해 반도체 회로 유닛(10)과 플렉서블 패치(30)를 포함한 전자 기기(1)를 얻을 수 있다. As described above, according to embodiments of the present invention, it is possible to obtain an electronic device 1 that can be attached to the skin. The electronic device 1 may be manufactured by a process in which the process of forming the semiconductor circuit unit 10 and the process of forming the flexible patch 30 are separated, or the semiconductor circuit unit 10 and the flexible patch by an integrated process. Electronic device 1 including 30 can be obtained.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and modifications of the embodiments are possible therefrom. However, it should be considered that such modifications are within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명의 실시예들에 따른 전자기기는 피부와 기계적 성질이 비슷하고, 관통홀을 가져 강한 부착성 및 높은 통기성을 갖는 플렉서블 패치 상에 형성된다. 이러한 전자기기는 스킨 센서와 같은 피부에 부착되는 다양한 전자기기로 활용될 수 있어 헬스케어 분야, 뷰티 분야와 같은 피부 관련 전자기기를 활용할 수 있는 다양한 기술분야에서 무궁무진하게 이용될 수 있다. The electronic device according to embodiments of the present invention has a mechanical property similar to that of a skin and has a through hole, and thus is formed on a flexible patch having strong adhesion and high breathability. Such electronic devices can be utilized as various electronic devices attached to the skin, such as a skin sensor, and thus can be used infinitely in various technical fields that can utilize skin-related electronic devices such as the healthcare field and the beauty field.

Claims (33)

  1. 반도체 회로 유닛 - 상기 반도체 회로 유닛은 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함하는 회로 소자; 그리고 절연층, 및 활성층을 포함한 반도체 소자를 포함함; 및Semiconductor circuit unit-The semiconductor circuit unit includes a circuit element including at least one of an electrode and an interconnect; And a semiconductor device including an insulating layer and an active layer; And
    복수의 관통홀을 포함한, 피부에 부착 가능하도록 구성된 플렉서블 패치를 포함하되,Includes a flexible patch configured to be attached to the skin, including a plurality of through-holes,
    상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The insulating layer includes a plurality of through-holes corresponding to the plurality of through-holes of the flexible patch, the electronic device attachable to the skin.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 복수의 관통홀은 원형의 관통홀을 포함하며, 상기 복수의 관통홀 간의 간격은 60μm 미만인 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The plurality of through-holes includes a circular through-hole, characterized in that the gap between the plurality of through-holes is less than 60μm, an electronic device that can be attached to the skin.
  3. 제2항에 있어서, According to claim 2,
    상기 복수의 관통홀은 아령 형태의 관통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The plurality of through-holes, characterized in that it further comprises a through-hole in the form of a dumbbell, an electronic device that can be attached to the skin.
  4. 제2항에 있어서, According to claim 2,
    상기 복수의 관통홀은 제1 직경을 갖는 제1 관통홀 및 제2 직경을 갖는 제2 관통홀의 조합을 포함하되, The plurality of through-holes include a combination of a first through-hole having a first diameter and a second through-hole having a second diameter,
    상기 제1 직경은 제2 직경 보다 더 크며, 상기 제2 관통홀은 제1 관통홀을 주위에 위치하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The first diameter is larger than the second diameter, the second through-hole, characterized in that the first through-hole is located around, electronic device that can be attached to the skin.
  5. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The flexible patch is disposed on the active layer so that the plurality of through-holes of the flexible patch and the plurality of through-holes of the insulating layer are matched in a plane, an electronic device attachable to the skin.
  6. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 활성층은 AlN 또는 GaN을 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The active layer is made of a material containing AlN or GaN, electronic device that can be attached to the skin.
  7. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 회로 소자는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 맞은 편에 위치한 제2 전극을 포함하며, The circuit element includes a first electrode and a second electrode located opposite the first electrode,
    상기 제1 전극은 하나 이상의 제1 바를 포함하고, The first electrode includes one or more first bars,
    상기 제2 전극은 하나 이상의 제2 바를 포함하며, The second electrode includes at least one second bar,
    상기 제1 바는 상기 제1 바의 평면이 지그재그(zigzag) 형태로서, 상기 제2 전극을 향해 연장되고, 상기 제2 바는 제2 바의 평면이 지그재그 형태로서, 상기 제1 전극을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. In the first bar, the plane of the first bar is zigzag, extending toward the second electrode, and in the second bar, the plane of the second bar is zigzag, extending toward the first electrode Electronic device that can be attached to the skin, characterized in that.
  8. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제1 바 또는 제2 바의 지그재그 형태는 바의 연장 방향이 변하는 지점에 위치한 힌지 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기. The zigzag shape of the first bar or the second bar is characterized in that it comprises a hinge pattern located at a point where the direction of extension of the bar changes, the electronic device attachable to the skin.
  9. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 플렉서블 패치는 제1 탄성 계수를 갖는 제1 플렉서블 층 및 제2 탄성 계수를 갖는 제2 플렉서블 층을 포함하되,The flexible patch includes a first flexible layer having a first elastic modulus and a second flexible layer having a second elastic modulus,
    상기 제1 탄성 계수는 제2 탄성 계수 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.The first elastic modulus, characterized in that lower than the second elastic modulus, an electronic device that can be attached to the skin.
  10. 제9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 제1 플렉서블 층의 두께(t1) 및 제2 플렉서블 층의 두께(t2)는 다음의 수학식에 기초하여 결정되며, The thickness t1 of the first flexible layer and the thickness t2 of the second flexible layer are determined based on the following equation,
    [수학식][Mathematics]
    Figure PCTKR2019017923-appb-img-000012
    Figure PCTKR2019017923-appb-img-000012
    그리고 t는 플렉서블 패치의 두께, E1은 제1 플렉서블 층의 탄성 계수, E2는 제2 플렉서블 층의 탄성 계수, R은 피부에 부착된 플렉서블 패치의 곡률, γ dSkin은 피부의 접촉 표면의 분산 성분, γ dPatch는 패치의 접촉 표면의 분산 성분을 나타내고, γ pSkin은 피부의 접촉 표면의 극성 성분, γ pPatch는 패치의 접촉 표면의 극성 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기.And t is the thickness of the flexible patch, E1 is the elastic modulus of the first flexible layer, E2 is the elastic modulus of the second flexible layer, R is the curvature of the flexible patch attached to the skin, γ dSkin is the dispersion component of the skin's contact surface, dPatch γ denotes the variance of the touch surface of the patch, γ pSkin is the polar component of the contact surface of the skin, γ pPatch is attachable to the skin, characterized in that the electronic device indicating the polar component of the contact surface of the patch.
  11. 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;Forming a sacrificial layer on the first substrate;
    상기 희생층 상에 반도체 소자 및 회로 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계; Forming a semiconductor circuit unit including a semiconductor element and a circuit element on the sacrificial layer;
    복수의 관통홀을 포함한 플렉서블 패치를 상기 반도체 회로 상에 접합하는 단계; 및Bonding a flexible patch including a plurality of through holes on the semiconductor circuit; And
    상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 포함하는 전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.And etching the sacrificial layer to manufacture the electronic device including the semiconductor circuit unit and the flexible patch.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein the step of forming the semiconductor circuit unit,
    회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;Forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising at least one of an electrode and an interconnect;
    절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 갖도록 형성됨; 및Forming an insulating layer on the circuit element-the insulating layer is formed to have a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch; And
    활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.Forming an active layer on the insulating layer; characterized in that it comprises, a method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin.
  13. 제11항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein the step of forming the active layer,
    제2 기판 상에 활성층을 형성하는 단계; Forming an active layer on the second substrate;
    상기 활성층 상에 스트레서 층을 형성하는 단계; Forming a stresser layer on the active layer;
    상기 스트레서 층에 테이프를 배치하는 단계; Placing a tape on the stresser layer;
    상기 테이프를 이용하여 상기 제2 기판으로부터 상기 활성층 및 스트레서 층을 박리하는 단계; Peeling the active layer and the stresser layer from the second substrate using the tape;
    박리된 활성층 및 스트레서 층을 상기 절연층 상에 전사하는 단계 - 박리된 활성층이 상기 절연층 상에 전사됨; 및Transferring a peeled active layer and a stresser layer onto the insulating layer-the peeled active layer is transferred onto the insulating layer; And
    상기 테이프를 이용하여 상기 활성층으로부터 상기 스트레서 층을 박리하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to skin, comprising the step of peeling the stresser layer from the active layer using the tape.
  14. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 스트레서 층은 복수의 층으로 이루어지며, The stresser layer is made of a plurality of layers,
    상기 스트레서 층을 형성하는 단계는,The step of forming the stressor layer,
    증발(evaporating)에 의해 상기 활성층 상에 제1 스트레서 층을 형성하는 단계; Forming a first stressor layer on the active layer by evaporating;
    스퍼터링 증착에 의해 상기 제1 스트레서 층 상에 제2 스트레서 층을 형성하는 단계; 및Forming a second stressor layer on the first stressor layer by sputtering deposition; And
    스퍼터링 증착에 의해 상기 제2 스트레서 층 상에 제3 스트레서 층을 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to a skin, comprising forming a third stressor layer on the second stressor layer by sputtering deposition.
  15. 제14항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 제2 스트레서 층은 Al을 포함한 물질로 이루어지고, The second stressor layer is made of a material containing Al,
    상기 제3 스트레서 층은 Ni를 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin, characterized in that the third stressor layer is made of a material containing Ni.
  16. 제15항에 있어서, The method of claim 15,
    상기 제1 스트레서 층은 Ni 또는 AgNi를 포함한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.The first stressor layer is characterized in that made of a material containing Ni or AgNi, Method for manufacturing an electronic device that can be attached to the skin.
  17. 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계는, The method of claim 11, wherein the bonding step,
    상기 플렉서블 패치 및 반도체 회로 유닛 간에 압력을 가하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to the skin, further comprising applying pressure between the flexible patch and the semiconductor circuit unit.
  18. 제11항에 있어서, The method of claim 11,
    접합 이전에 상기 반도체 회로 유닛 및 플렉서블 패치를 플라즈마 처리(plasma treatment)하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to the skin, further comprising plasma treatment of the semiconductor circuit unit and the flexible patch prior to bonding.
  19. 제11항에 있어서, 상기 접합하는 단계는,The method of claim 11, wherein the bonding step,
    상기 플렉서블 패치의 복수의 관통홀과 상기 절연층의 복수의 관통홀이 평면상 매칭되도록 상기 플렉서블 패치가 상기 활성층 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin, characterized in that the flexible patch is disposed on the active layer so that a plurality of through holes of the flexible patch and a plurality of through holes of the insulating layer are matched in a plane.
  20. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 희생층은 Ni, Cr, Al 및 이들의 조합 중 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.The sacrificial layer is made of any one of Ni, Cr, Al and combinations thereof, a method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin.
  21. 제11항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 형성하는 단계는,The method of claim 11, wherein the step of forming the semiconductor circuit unit,
    활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계;Forming an active layer on the sacrificial layer;
    절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계; 및Forming an insulating layer on the active layer; And
    회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.Forming a circuit element on the insulating layer, the circuit element comprising at least one of an electrode and an interconnect; a method of manufacturing an electronic device attachable to the skin.
  22. 제1 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; Forming a sacrificial layer on the first substrate;
    회로 소자 및 반도체 소자를 포함한 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계;Forming a semiconductor circuit unit including a circuit element and a semiconductor element on the sacrificial layer;
    플렉서블 패치층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계;Forming a flexible patch layer on the semiconductor circuit unit;
    복수의 관통홀을 형성하게 하는 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계 - 상기 홈을 제외한 형틀 부분은 상기 플렉서블 패치층을 관통함; 및A step of contacting a mold including a groove to form a plurality of through holes to a flexible patch layer-a mold portion excluding the groove penetrates the flexible patch layer; And
    전자 기기를 제조하기 위해 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to the skin, comprising the step of etching the sacrificial layer to manufacture the electronic device.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는,23. The method of claim 22, The step of forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer,
    회로 소자를 상기 희생층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함; Forming a circuit element on the sacrificial layer, the circuit element comprising at least one of an electrode and an interconnect;
    절연층을 상기 회로 소자 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및Forming an insulating layer on the circuit element, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And
    활성층을 상기 절연층 상에 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.And forming an active layer on the insulating layer.
  24. 제22항에 있어서, 상기 반도체 회로 유닛을 상기 희생층 상에 형성하는 단계는,23. The method of claim 22, The step of forming the semiconductor circuit unit on the sacrificial layer,
    활성층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; Forming an active layer on the sacrificial layer;
    절연층을 상기 활성층 상에 형성하는 단계 - 상기 절연층은 상기 형틀에 의해 형성된 플렉서블 패치층의 복수의 관통홀에 대응하는 복수의 관통홀을 포함함; 및Forming an insulating layer on the active layer, wherein the insulating layer includes a plurality of through holes corresponding to a plurality of through holes of the flexible patch layer formed by the mold; And
    회로 소자를 상기 절연층 상에 형성하는 단계 - 상기 회로 소자는 전극 및 인터커넥트 중 하나 이상을 포함함;를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.Forming a circuit element on the insulating layer, the circuit element comprising at least one of an electrode and an interconnect; a method of manufacturing an electronic device attachable to the skin.
  25. 제24항에 있어서, The method of claim 24,
    활성층을 형성하기 이전에, 폴리아미드 층을 상기 희생층 상에 형성하는 단계; 및Forming a polyamide layer on the sacrificial layer prior to forming the active layer; And
    상기 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉한 이후에, 상기 폴리아미드 층을 제거하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to skin, further comprising removing the polyamide layer after contacting the mold with the flexible patch layer.
  26. 제25항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계는,The method of claim 25, wherein the step of forming the active layer,
    전사 구조물을 이용하여 상기 활성층을 상기 폴리아미드 층 상에 형성하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.And forming the active layer on the polyamide layer using a transfer structure.
  27. 제24항에 있어서, The method of claim 24,
    상기 활성층의 폭이 상기 형틀에 의해 형성될 관통홀의 폭 보다 작아지도록 활성층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device attachable to skin, further comprising patterning the active layer such that the width of the active layer is smaller than the width of a through hole to be formed by the mold.
  28. 제21항에 있어서, 상기 복수의 홈을 포함한 형틀을 플렉서블 패치층에 접촉하는 단계는,The method of claim 21, wherein the step of contacting the mold including the plurality of grooves to the flexible patch layer,
    상기 플렉서블 패치층을 가열하는 단계를 포함하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.And heating the flexible patch layer.
  29. 제21항에 있어서, The method of claim 21,
    상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀 및 이들의 조합을 형성 가능한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin, characterized in that the surface of the mold is formed with a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes and a groove capable of forming a combination thereof.
  30. 제21항에 있어서, The method of claim 21,
    상기 형틀의 표면에는 복수의 원형 관통홀 및 복수의 아령 형태의 관통홀을 형성 가능한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.A method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin, characterized in that a groove capable of forming a plurality of circular through-holes and a plurality of dumbbell-shaped through-holes is formed on the surface of the mold.
  31. 제21항에 있어서, The method of claim 21,
    관통하는 형틀의 정렬을 위해 하나 이상의 배열 키(alignment key)를 형성하는 단계를 더 포함하고,Forming one or more alignment keys to align the penetrating mold,
    상기 배열 키는 높이를 갖도록 구성되고, The arrangement key is configured to have a height,
    상기 형틀은 상기 배열 키의 평면에 대응되는 하나 이상의 키 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.The mold, characterized in that it further comprises at least one key hole corresponding to the plane of the array key, a method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin.
  32. 제21항에 있어서, The method of claim 21,
    상기 관통홀을 형성하는 홈의 폭은 60μm 미만인 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법. Method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin, characterized in that the width of the groove forming the through-hole is less than 60μm.
  33. 제21항에 있어서, 상기 플렉서블 패치층을 형성하는 단계는,The method of claim 21, wherein the step of forming the flexible patch layer,
    제3 탄성 계수를 갖는 제3 플렉서블 층을 상기 반도체 회로 유닛 상에 형성하는 단계; 및Forming a third flexible layer having a third elastic modulus on the semiconductor circuit unit; And
    제4 탄성 계수를 갖는 제4 플렉서블 층을 상기 제3 플렉서블 층 상에 형성하는 단계를 포함하되, Forming a fourth flexible layer having a fourth elastic modulus on the third flexible layer,
    상기 제4 탄성 계수는 상기 제3 탄성 계수 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 피부에 부착 가능한 전자 기기를 제조하는 방법.The fourth modulus of elasticity is characterized in that lower than the third modulus of elasticity, a method of manufacturing an electronic device that can be attached to the skin.
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