KR101499058B1 - Stretchable conductive sticker and manufacturing method comprising the same - Google Patents

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KR101499058B1 KR20130127080A KR20130127080A KR101499058B1 KR 101499058 B1 KR101499058 B1 KR 101499058B1 KR 20130127080 A KR20130127080 A KR 20130127080A KR 20130127080 A KR20130127080 A KR 20130127080A KR 101499058 B1 KR101499058 B1 KR 101499058B1
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stretchable conductive
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하정숙
윤장열
임예인
홍수영
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a stretchable conductive sticker using a metal nanoline as a connection line and a manufacturing method thereof. The stretchable conductive sticker according to the present invention connects device by stably maintaining conductivity in spite of external strain and obtains safety against an external impact. The purpose of the present invention is to connect stretchable devices by using the stretchable conductive sticker.

Description

스트레쳐블 전도성 스티커 및 이의 제조방법 {Stretchable conductive sticker and manufacturing method comprising the same}[0001] STRETCHABLE CONDUCTIVE STICKER AND METHOD FOR MANUFACTURING [0002]

본 발명은 기판의 소자간의 연결을 시켜줄 수 있는 스트레쳐블 전도성 스티커 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stretchable conductive sticker capable of providing a connection between elements of a substrate and a method of manufacturing the same.

현재 유연하거나 늘임이 가능한 전자소자 기반 공정 기술은 시시각각 변화하고 있으며 다양한 분야의 기술을 접목하고 있다. 특히 스트레쳐블 전자소자 관련 기술은 입는 컴퓨터(wearable computer)의 다음 단계의 기술로 주목 받고 있으며 미래 인체의 센서, 의료 기술, 동력 제공 등 다양한 분야에서 적용될 것으로 기대된다.Currently, flexible or expandable electronic device-based process technology is changing every moment and incorporating various technologies. Especially, the technology related to the stretchable electronic device is attracting attention as the next step of the wearable computer, and it is expected to be applied in various fields such as sensor of the human body, medical technology, power supply, and the like.

이러한 스트레처블 전자소자에서 미세 소자간 연결 공정 기술은 기존의 딱딱한 금속 전극으로는 한계가 있으며 더욱이 얇게 만들어야 하기 때문에 공정에도 큰 제약이 있으며, 연결선을 보호하는 필름 층을 추가로 덮어야 하기 때문에 효율성도 떨어진다. 또한, 기존의 딱딱한 기판에서 유연하거나 늘임이 가능한 기판으로 확장됨에 따라 기존의 소자간 연결선 공정을 그대로 적용하기에는 문제점이 있다. 얇은 금속을 증착하여 만들어진 연결선은 작은 구부림이나 스트레칭에도 단락이 될 수 있기 때문에 늘임이 가능한 연결선의 필요성이 대두되고 있다. 따라서 금속을 증착하는 것이 아닌 전도성이 높은 금속 나노선을 이용한 공정이 발전되고 있으며, 미래의 스트레쳐블 전자소자 공정에 있어서 늘임이 가능하면서 높은 전도성을 가지는 연결선은 필수적이라고 할 수 있다.In such a strainable electronic device, the connection process between the fine devices is limited by the existing rigid metal electrode, and since it is required to be made thinner, there is a great restriction on the process, and since the film layer for protecting the connection line must be additionally covered, Falls. In addition, since it is extended to a flexible or stretchable substrate in a conventional rigid substrate, there is a problem in applying the existing interconnection line process as it is. Since the connection line made by depositing thin metal can be short-circuited to small bending or stretching, there is a need for an extendable connection line. Therefore, processes using metal nano-wires with high conductivity are being developed, not by depositing metal, and connection lines with high conductivity that can be stretched in a future stretchable electronic device process are indispensable.

대한민국 공개특허 제10-2006-0115463호Korean Patent Publication No. 10-2006-0115463 대한민국 공개특허 제10-2012-0006916호Korean Patent Publication No. 10-2012-0006916

본 발명은 금속 나노선을 연결선으로 사용하며, 금속 나노선이 코팅된 스트레쳐블 전도성 스티커 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Disclosure of the Invention The object of the present invention is to provide a stretchable conductive sticker using a metal nanowire as a connection line and coated with a metal nanowire and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 상기 스트레쳐블 전도성 스티커를 이용하여 스트레쳐블 소자간의 연결을 시키는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method of connecting a scalable device using the stretchable conductive sticker.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 (1)기판 위에 고분자를 코팅하는 단계;(1) coating a polymer on a substrate;

(2)상기 코팅된 고분자를 반경화하는 단계;(2) semi-curing the coated polymer;

(3)상기 반경화된 고분자 위에 금속 나노선 용액을 코팅하는 단계;(3) coating a metal nanowire solution on the semi-cured polymer;

(4)상기 금속 나노선 용액을 증발시켜 고분자 위에 금속 나노선만 남게 하는 단계; 및(4) evaporating the metal nanowire solution to leave only the metal nanowire on the polymer; And

(5)기판으로부터 금속 나노선이 코팅된 고분자를 분리하는 단계를 포함하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법을 제공한다.(5) separating the metal nanowire-coated polymer from the substrate.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 스트레쳐블 전도성 스티커를 제공한다.The present invention also provides a stretchable conductive sticker produced by the above method.

본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커는 원하는 곳을 쉽게 연결할 수 있고, 공정이 단순하여 플라스틱 기판에도 적용이 가능하다.The stretchable conductive sticker of the present invention can be easily connected to a desired place and can be applied to a plastic substrate with a simple process.

또한, 연결선으로 직경이 작고, 길이가 긴 금속 나노선을 사용하기 때문에 기판의 스트레칭에도 안정적으로 전기 전도도를 유지할 수 있다.In addition, since a metal wire or wire having a small diameter and a long length is used as the connecting wire, the electrical conductivity can be stably maintained even when the substrate is stretched.

도 1은 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커를 비아 홀(via-hole)전극(140)과 금속 전극(130)사이에 연결한 것을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 광학 이미지이다.
도 4는 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 고분자 위에 코팅된 은 나노선을 관찰한 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5의 (a)는 소스와 드레인 전극 사이에 위치한 금속 전극을 나타낸 모식도이고, (b)는 소스와 드레인 전극 사이에 위치한 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커를 나타낸 모식도이다.
도 6은 금속 전극과 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 저항을 측정한 그래프이다.
도 7의 (a)는 스트레칭에 따른 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 저항을 나타낸 그래프이고, (b)는 필름 위에 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커를 부착하고 구리선을 연결한 모식도이다.1 is a schematic view showing a method of manufacturing a stretchable conductive sticker of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing that the stretchable conductive sticker of the present invention is connected between a via-hole electrode 140 and a metal electrode 130.
3 is an optical image of the stretchable conductive sticker of the present invention.
4 is an electron microscope (SEM) image of a silver nanowire coated on a polymer of the stretchable conductive sticker of the present invention.
FIG. 5A is a schematic view showing a metal electrode located between a source and a drain electrode, and FIG. 5B is a schematic diagram showing a stressable conductive sticker according to the present invention located between a source and a drain electrode.
6 is a graph showing resistance of the metal electrode and the stretchable conductive sticker of the present invention.
7 (a) is a graph showing the resistance of the stretchable conductive sticker according to the present invention according to stretching, and FIG. 7 (b) is a schematic diagram showing the sticking of the stretchable conductive sticker according to the present invention on a film and connecting copper wires.

이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 스트레쳐블 전도성 스티커의 제조방법에 관한 것으로, 제조 단계는 하기와 같다.The present invention relates to a method for producing a stretchable conductive sticker, and the manufacturing steps are as follows.

(1)기판 위에 고분자를 코팅하는 단계;(1) coating a polymer on a substrate;

(2)상기 코팅된 고분자를 반경화하는 단계;(2) semi-curing the coated polymer;

(3)상기 반경화된 고분자 위에 금속 나노선 용액을 코팅하는 단계;(3) coating a metal nanowire solution on the semi-cured polymer;

(4)상기 금속 나노선 용액을 증발시켜 고분자 위에 금속 나노선만 남게 하는 단계; 및(4) evaporating the metal nanowire solution to leave only the metal nanowire on the polymer; And

(5)기판으로부터 금속 나노선이 코팅된 고분자를 분리하는 단계를 통하여 스트레쳐블 전도성 스티커를 제조한다.
(5) A strainable conductive sticker is prepared by separating the metal nanowire-coated polymer from the substrate.

상기 (1)단계에서는 기판 위에 고분자를 코팅하여 점착성이 있는 스트레쳐블 스티커를 제조한다. 상기 기판은 실리콘 옥사이드 기판 또는 폴리스티렌(Poly styrene)과 같은 플라스틱 기판 모두 가능하며, 실리콘 옥사이드 기판 상에서 스트레쳐블 전도성 스티커가 잘 분리되므로 바람직하게는 실리콘 옥사이드 기판을 사용한다. 상기 실리콘 옥사이드 기판은 200 내지 400nm로 성장한 실리콘 옥사이드/실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판에 100 내지 500μm의 두께로 고분자를 코팅하여 스트레쳐블 스티커를 제조하며, 이때 코팅된 고분자의 두께가 100μm 미만일 경우 너무 얇아 찢어지기 쉬우며, 500μm를 초과하면 스트레칭이 되지 않을 수가 있다. 상기 고분자는 점착성이 있는 고분자가 사용되며 바람직하게는 PDMS(polydimethylsiloxane), ecoflex 및 PDMS와 ecoflex의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이다.In the step (1), the polymer is coated on the substrate to produce a stickable stickable paste. The substrate may be a silicon oxide substrate or a plastic substrate such as polystyrene, and a silicon oxide substrate is preferably used because the strained conductive sticker is well separated on the silicon oxide substrate. The silicon oxide substrate may be a silicon oxide / silicon substrate grown to 200 to 400 nm. When the thickness of the coated polymer is less than 100 탆, it is too thin to be easily torn. If the thickness exceeds 500 탆, the stretchable sticker may not be stretched. The polymer is preferably a polymer selected from the group consisting of PDMS (polydimethylsiloxane), ecoflex, and a mixture of PDMS and ecoflex.

상기 (2)단계에서는 코팅된 고분자를 약 65℃에서 9 내지 12분 동안 반 정도 경화하며, 상기 (3)단계에서는 반 경화된 고분자 위에 금속 나노선 용액을 코팅하여 전도성을 가지는 연결선을 제조한다. 상기 금속 나노선의 금속은 은 또는 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 전도성이 더욱 우수한 은 나노선이 바람직하게 사용된다. 금속 나노선 용액은 3차 증류수 또는 이소프로필알코올 용액에 금속 나노선을 0.5 내지 1.0 중량%로 희석한 용액이 사용되며, 필요에 따라 횟수를 달리하여 고분자 위에 코팅할 수 있다. 또한, 상기 금속 나노선은 평균 직경이 55 내지 75nm이며, 평균 길이는 10 내지 20μm인 것이 바람직하며, 늘임이 가능하므로 외부의 스트레인에서도 전도성을 유지할 수 있다. 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 은 나노선을 전자현미경(SEM)을 사용하여 관찰한 사진을 도 4에 나타내었다.In step (2), the coated polymer is cured at about 65 ° C. for about 9 to 12 minutes. In step (3), a metal nanowire solution is coated on the semi-cured polymer to produce a conductive wire having conductivity. The metal of the metal nanowire may be at least one kind selected from the group consisting of silver and copper, and silver nanowire having better conductivity is preferably used. The metal nanowire solution may be a solution prepared by diluting the metal nanowire to 0.5 to 1.0 wt% with a tertiary distilled water or an isopropyl alcohol solution, and may be coated on the polymer by varying the number of times as required. In addition, the metal nanowire preferably has an average diameter of 55 to 75 nm and an average length of 10 to 20 μm, and can be stretched to maintain conductivity even in an external strain. FIG. 4 shows a photograph of silver trace of the stretchable conductive sticker of the present invention observed using an electron microscope (SEM).

상기 (4)단계에서는 금속 나노선 용액을 증발시켜 고분자 위에 금속 나노선만을 남게 하며, 상기 (5)단계에서는 금속 나노선이 코팅된 고분자를 기판으로부터 분리하여 스트레쳐블 전도성 스티커를 제조한다.In step (4), the metal nanowire solution is evaporated to leave only the metal nanowire on the polymer. In step (5), the metal nanowire-coated polymer is separated from the substrate to produce the stretchable conductive sticker.

상기 제조방법 단계에 따른 모식도를 도 1에 나타냈으며, 도 2는 전도성이 높은 물질이 채워진 비아홀 전극(140)과 금속 전극을 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커로 연결한 모식도를 나타냈다. 또한, 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 광학 이미지와 전자현미경으로 관찰한 은 나노선을 도 3 및 도 4에 나타내었다.
FIG. 2 is a schematic view illustrating a via hole electrode 140 filled with a highly conductive material and a metal electrode according to the present invention with a strapable conductive sticker. The optical image of the stretchable conductive sticker of the present invention and the silver nanowires observed by the electron microscope are shown in FIG. 3 and FIG.

본 발명에서는 상기 방법으로 제조된 스트레쳐블 전도성 스티커를 제공하며, 상기 스트레쳐블 전도성 스티커는 금속 나노선을 아래로 향하게 하여 기판 위에 부착한 뒤 경화하여 소자간의 연결을 시키는 역할을 수행한다.The present invention provides a strainable conductive sticker manufactured by the above method, wherein the strainable conductive sticker is attached on a substrate with a metal nanowire facing downward, and then cured to connect the devices.

상기 스트레쳐블 전도성 스티커가 부착되는 기판 역시 스트레쳐블 기판일 수 있으며, 기판이 늘어날지라도 상기 스트레쳐블 전도성 스티커 및 스티커의 연결선도 함께 늘어나 안정적으로 전도도를 유지하며 소자를 연결시킬 수 있다.
The substrate to which the stretchable conductive sticker is attached may also be a stretchable substrate. Even if the substrate is stretched, the connecting lines of the stretchable conductive sticker and the sticker are also increased so that the device can be connected stably while maintaining the conductivity.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following Examples and Experimental Examples are provided for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to Examples and Experimental Examples.

실시예Example 1.  One. 스트레쳐블Stretchable 전도성 스티커 제조 Conductive sticker manufacture

실리콘 옥사이드가 300nm로 성장한 SiO2/Si 기판 위에 PDMS를 300μm의 두께로 코팅한 후 65 ℃에서 12분 동안 PDMS를 반 정도 경화하였다. 상기 반경화된 PDMS 위에 3차 증류수에 은 나노선을 1.0 wt%로 희석한 용액을 2회 코팅하였다. 그 후 용액을 증발시켜 PDMS 위에 은 나노선만을 남게 하였으며, 원하는 크기로 잘라 실리콘 옥사이드 기판으로부터 분리하여 스트레쳐블 전도성 스티커를 제조하였다.
PDMS was coated to a thickness of 300 탆 on a SiO 2 / Si substrate of silicon oxide grown at 300 nm, and then PDMS was cured by half at 65 캜 for 12 minutes. A solution of 1.0 wt% of silver nanowire in the third distilled water was coated twice on the semi-cured PDMS. Then, the solution was evaporated to leave only the silver nanowire on the PDMS, and the stretchable conductive sticker was prepared by separating it from the silicon oxide substrate to a desired size.

실험예Experimental Example 1. 금속전극과  1. Metal electrode and 스트레쳐블Stretchable 전도성 스티커의 저항 측정 Resistance measurement of conductive sticker

소스와 드레인 전극 사이에 금속전극(Au)을 위치(도 5(a))시켜 저항을 측정하였으며, 소스와 드레인 전극 사이에 실시예 1에서 제조한 스트레쳐블 전도성 스티커(도 5(b))를 부착하여 65℃ 드라이오븐에서 1시간 동안 경화한 후 저항을 측정하였다(도 6). 실시예 1에서 5개의 스트레쳐블 전도성 스티커를 제조하였으며, 이를 Ag_1 내지 Ag_5로 이름을 붙여 각각의 저항을 측정하였다.5 (a)) between the source and drain electrodes, and the stressed conductive sticker (Fig. 5 (b)) prepared in Example 1 was placed between the source and the drain electrode. And the resistance was measured after curing in a 65 ° C dry oven for 1 hour (FIG. 6). In Example 1, five stretchable conductive stickers were prepared and labeled with Ag_1 to Ag_5, and the respective resistances were measured.

금속전극의 저항은 약 15Ω으로 측정되었으며, 은 나노선을 연결선으로 사용한 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커의 저항은 약 12Ω으로 측정되었으며, 재현성도 우수하였다. 따라서, 실시예 1에서 제조한 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커는 금속 전극보다 더 낮은 저항을 보여 더 높은 전도성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
The resistance of the metal electrode was measured to be about 15 OMEGA. The resistive conductive sticker of the present invention using the silver nanowire as a connection line was measured to have a resistance of about 12?, And the reproducibility was excellent. Therefore, the inventive stretchable conductive sticker prepared in Example 1 showed lower resistance than the metal electrode, and it was confirmed that the sticker had higher conductivity.

실험예Experimental Example 2. 스트레인에 따른  2. Depending on strain 스트레쳐블Stretchable 전도성 스티커의 전도성 변화 Conductive change of conductive sticker

Ecoflex 필름 위에 상기 실시예 1에서 제조한 스트레쳐블 전도성 스티커를 부착한 뒤, 구리선과 연결하여 스트레인에 따른 저항 변화를 측정하였다.After attaching the stretchable conductive sticker prepared in Example 1 on the Ecoflex film, the resistance change according to the strain was measured by connecting with the copper wire.

스트레인을 가하지 않았을 때의 저항과 스트레인을 100% 가해주었을 때의 저항이 차이가 발생하지 않았으며, 일정하게 저항값을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the resistance when the strain was not applied and the resistance when the strain was 100% were not generated, and the resistance value was constantly maintained.

따라서, 본 발명의 스트레쳐블 전도성 스티커는 외부 스트레인에 강하며, 일정한 저항을 유지하여 전도성이 높은 것을 알 수 있었다.Thus, the stretchable conductive sticker of the present invention is strong against external strain, and it can be seen that the conductivity is high by maintaining a constant resistance.

100 : 기판
110 : 고분자
120 : 금속 나노선
130 : 금속 전극
140 : 비아 홀(via-hole) 전극
S : 소스
D : 드레인100: substrate
110: polymer
120: Metal wire
130: metal electrode
140: Via-hole electrode
S: Source
D: drain

Claims (9)

(1)기판 위에 고분자를 코팅하는 단계;
(2)상기 코팅된 고분자를 반경화하는 단계;
(3)상기 반경화된 고분자 위에 금속 나노선 용액을 코팅하는 단계;
(4)상기 금속 나노선 용액을 증발시켜 고분자 위에 금속 나노선만 남게 하는 단계; 및
(5)기판으로부터 금속 나노선이 코팅된 고분자를 분리하는 단계를 포함하고
상기 기판 위에 코팅된 고분자의 두께는 100 내지 500μm인 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법. (1) coating a polymer on a substrate;
(2) semi-curing the coated polymer;
(3) coating a metal nanowire solution on the semi-cured polymer;
(4) evaporating the metal nanowire solution to leave only the metal nanowire on the polymer; And
(5) separating the metal nanowire-coated polymer from the substrate
Wherein the polymer coated on the substrate has a thickness of 100 to 500 占 퐉. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 실리콘 옥사이드 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법.The method of claim 1, wherein the substrate is a silicon oxide or plastic substrate. 청구항 1에 있어서, 상기 고분자는 PDMS, ecoflex 및 PDMS와 ecoflex의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 전도성 스트레쳐블 스티커 제조방법.[2] The method of claim 1, wherein the polymer is one selected from the group consisting of PDMS, ecoflex, and a mixture of PDMS and ecoflex. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 금속 나노선은 은 및 구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법.[2] The method of claim 1, wherein the metal nanowire is at least one selected from the group consisting of silver and copper. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 나노선 용액은 3차 증류수 또는 이소프로필알코올 용액에 금속 나노선을 0.5 내지 1.0 중량%로 희석한 용액인 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법.[2] The method of claim 1, wherein the metal nanowire solution is a solution diluted with 0.5 to 1.0% by weight of metal nanowires in a third distilled water or an isopropyl alcohol solution. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 나노선은 평균 직경이 55 내지 75nm 및 평균 길이가 10 내지 20μm인 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커 제조방법.The method according to claim 1, wherein the metal nanowire has an average diameter of 55 to 75 nm and an average length of 10 to 20 μm. 청구항 1의 방법으로 제조된 스트레쳐블 전도성 스티커.A stretchable conductive sticker produced by the method of claim 1. 청구항 8에 있어서, 상기 스트레쳐블 전도성 스티커의 금속 나노선을 아래로 향하게 하여 기판 위에 부착한 뒤 경화하여 소자간의 연결을 시키는 것을 특징으로 하는 스트레쳐블 전도성 스티커.The stretchable conductive sticker according to claim 8, wherein the strained conductive sticker is attached on the substrate with the metal nanowire facing down, and then cured to connect the devices.
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Citations (4)

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