KR20170126302A - Pressure sensor device and method for fabricaing the pressure sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압력 센서 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연성을 가지는 고감도 압력 센서 소자의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure sensor element and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a structure of a high-sensitivity pressure sensor element having flexibility and a manufacturing method thereof.
최근 사물 인터넷(Internet of Thing; IOT)이나 웨어러블 디바이스(Wearable device)와 같은 첨단 기술이 각광받으면서, 이러한 기술을 구현할 수 있도록 해주는 소자들에 대한 관심이 급속도로 증가하고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Recently, as technologies such as the Internet of Thing (IOT) and wearable devices become popular, interest in devices that can implement such technologies is rapidly increasing.
이러한 기술들을 구현하기 위해서는 소자들은 종래의 소자들에 비해 보다 우수한 성능이 요구되는 데, 예를 들어, 사물 인테넷 관련 모바일 소자들은 각 소자의 셀의 크기가 작아야 하고 동작전압이 낮아야 하며, 웨어러블 디바이스 관련 소자들은 저전압 구동이 가능하면서도 유연성을 가질 것이 요구되고 있다.In order to implement these technologies, devices are required to have better performance than conventional devices. For example, mobile devices related to Internet for objects must have small cell size of each device, low operating voltage, The devices are required to have flexibility while being able to drive at low voltages.
특히, 유연성을 지니는 압력 센서 소자는 로봇 전자피부와 헬스케어 모니터링 시스템에 적용할 수 있는 소자로서, 이를 이용하는 경우 거동이 불편한 환자의 신체 또는 의복에 부착하여 환자의 상태(자세, 하중압력)등을 모니터링할 수 있는 등 그 쓰임새가 다양하기 때문에 이를 구현하기 위한 시도가 계속되고 있다.In particular, the flexible pressure sensor element can be applied to robot electronic skin and health care monitoring system. When it is used, it can be attached to the body or clothes of the patients who have inconvenient behavior, and the condition (posture, load pressure) And it can be monitored. Therefore, attempts are being made to implement it.
유연성을 지니는 압력센서를 구현하기 위해 종래, Advanced Materials 2014, 26, pp.3451-3458 논문에서 유연한 고무재질의 나노 마이크로 피라미드 구조를 갖는 PDMS를 이용한 압력 센서 소자를 형성하는 방법이 시도된 바 있다. In order to realize a flexible pressure sensor, a method of forming a pressure sensor element using a PDMS having a nano micro-pyramid structure of a flexible rubber material has been attempted in the past article of Advanced Materials 2014, 26, pp.3451-3458.
그러나, 이러한 형태의 구조체를 갖는 센서는 고감도 압력 구배 능력을 가지는 장점이 있으나, 반복되는 물리적인 힘에 의해 전극 물질이 유연한 기판과의 접착력을 유지하지 못하여 감지능력이 현저하게 감소하는 문제점이 있었다. 또한, 현재까지 보고되고 있는 나노 마이크로 구조를 갖는 대부분의 압력 센서가 이러한 문제로 인해 신뢰성 향상이 요구되고 있다. However, the sensor having this type of structure has the advantage of having a high sensitivity pressure gradient ability, but the repeated physical force does not maintain the adhesive force between the electrode material and the flexible substrate, so that the sensing ability is remarkably reduced. In addition, most of the pressure sensors having nano micro structures reported to date are required to improve reliability due to such problems.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반복적인 외력 인가에도 전도도의 열화가 작고, 유연한 소재와의 접착(adhesion)이 오랫동안 유지되는 신뢰성 높은 압력 센서 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a highly reliable pressure sensor element in which adhesion with a flexible material is maintained for a long time, do.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 압력 센서 소자는, 기판, 기판상에 형성되는 유연 재질의 절연성 물질층, 및 절연성 물질층상에 형성된 전도성 물질층 포함하며, 절연성 물질층은 상층의 면적이 하층보다 좁아지는 다층 구조의 돌출부를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 뿔형 구조 외측에 계단 형태의 골짜기 구조를 형성하여 보다 많은 양의 전도성 물질을 유연 재질의 절연성 물질층 상에 보유할 수 있게 되어, 반복적인 외력 인가에도 우수한 유연성과 고감도의 특성을 유지할 수 있는 신뢰성 높은 압력 센서 소자를 제작할 수 있게 된다.In order to achieve the above object, a pressure sensor element according to the present invention comprises a substrate, a flexible insulating material layer formed on the substrate, and a conductive material layer formed on the insulating material layer, And includes a projection of a multi-layer structure that becomes narrower. According to such a configuration, a stepwise valley structure is formed outside the horn-shaped structure, so that a larger amount of conductive material can be retained on the insulating material layer of the flexible material, so that flexibility and sensitivity It is possible to manufacture a pressure sensor element with high reliability.
이때, 돌출부에는 상층과 하층상에 각각 형성된 전도성 물질층이 서로 연결되도록 전도성 물질로 채워지는 홈이 형성될 수 있다. 특히, 홈은 돌출부의 일측면에서 타측면을 가로지르도록 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 돌출부 외측에 형성된 전도성 물질층에 균열 등의 하자가 발생하는 경우에도 홈에 채워지는 전도성 물질을 통해 전류가 흐를 수 있어 압력 센서 소자의 특성을 유지할 수 있게 된다.At this time, the protrusions may be formed with grooves filled with a conductive material so that the conductive material layers formed respectively on the upper and lower layers are connected to each other. In particular, the groove may be formed to cross the other side surface on one side of the protrusion. According to such a configuration, even when a defect such as cracks occurs in the conductive material layer formed outside the protrusion, a current can flow through the conductive material filled in the groove, so that the characteristics of the pressure sensor element can be maintained.
또한, 절연성 물질층 아래 위치하는 기판은 유연 재질의 기판일 수 있다. 이 경우 압력 센서 소자 전체를 유연성 있도록 제작할 수 있게 된다.Further, the substrate positioned under the insulating material layer may be a flexible substrate. In this case, the entire pressure sensor element can be made flexible.
또한, 전도성 물질은 압전 물질일 수 있다. 이 경우, 외부에서 인가되는 별도 전원이 없는 경우에도 압전 물질에서 발생하는 전압을 통해 소자에 인가되는 압력을 감지할 수 있게 된다.In addition, the conductive material may be a piezoelectric material. In this case, even when there is no separate power source applied from the outside, the pressure applied to the device can be sensed through the voltage generated from the piezoelectric material.
또한, 돌출부 상부에서 돌출부와 이격되어 위치하는 제 1 전극, 및 전도성 물질층과 연결된 제 2 전극을 더 포함하거나, 압력 인가시 돌출부 상부에서 전도성 물질층과 접촉하는 제 1 전극, 및 돌출부와 이격되어 전도성 물질층과 연결된 제 2 전극을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 외부 입력 인가시 전극의 접촉 여부에 따라 정전 용량, 압전, 정전기 유도와 같은 다양한 방식의 압력 센서 소자를 구현할 수 있게 된다.The first electrode further comprises a first electrode located above the protrusion and spaced apart from the protrusion and a second electrode connected to the layer of conductive material, or a first electrode in contact with the layer of conductive material above the protrusion upon application of pressure, And a second electrode connected to the conductive material layer. As described above, various types of pressure sensor devices, such as capacitance, piezoelectricity, and electrostatic induction, can be implemented depending on whether the electrodes are in contact with the external input.
또한, 본 발명에 따른 압력 센서 소자 제조 방법은, 센서 기판상에 상층의 면적이 하층보다 좁아지는 다층 구조의 돌출부를 포함하는 유연 재질의 절연성 물질층을 형성하는 단계, 및 절연성 물질층상에 전도성 물질층을 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 몰드 기판에 하층의 면적이 상층보다 좁아지는 다층 구조의 홈부를 형성하는 단계, 및 몰드 기판의 홈부상에 유연 재질의 절연성 물질층을 형성하는 단계, 및 몰드 기판상에 형성된 유연 재질의 절연성 물질층을 센서 기판으로 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a pressure sensor element, comprising: forming a flexible insulating material layer having a multi-layered protrusion on an upper surface of a sensor substrate; To form a layer. Forming a groove portion of a multi-layer structure in which an area of a lower layer is narrower than that of an upper layer on the mold substrate; forming an insulating material layer of a flexible material on the groove portion of the mold substrate; And transferring the material layer to the sensor substrate.
이와 같은 구성에 의하면, 몰드 기판에 다층 구조의 홈을 형성하고 형성된 홈을 이용하여 생성한 다층 고조의 절연성 물질층을 센서 기판에 전사함으로써, 다층 구조를 가지는 유연 재질의 돌출부가 형성된 압력 센서 소자를 제조할 수 있게 된다.According to this structure, by forming the grooves of the multi-layered structure on the mold substrate and transferring the insulating layer of the multi-layered structure generated by using the grooves formed on the mold substrate to the sensor substrate, the pressure sensor element having the protrusion of the flexible material having the multi- .
이때, 홈부의 일부 영역상에 홈부의 상층과 하층을 연결하는 연결부를 형성할 수 있으며, 특히, 연결부는 홈부의 일측면에서 타측면을 가로지르도록 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 이후 센서 기판에 전사되어 생성되는 돌출부 외측에 형성된 전도성 물질층에 균열 등의 하자가 발생하는 경우에도 연결부에 의해 형성되는 돌출부 홈에 채워지는 전도성 물질을 통해 전류가 흐를 수 있어 압력 센서 소자의 특성을 유지할 수 있게 된다.At this time, a connection portion connecting the upper layer and the lower layer of the groove portion may be formed on a part of the groove portion. In particular, the connection portion may be formed to cross the other side surface from one side of the groove portion. According to such a configuration, even if a defect such as cracks occurs in the conductive material layer formed outside the protruding portion generated by being transferred to the sensor substrate, a current can flow through the conductive material filled in the protruding portion groove formed by the connecting portion, The characteristics of the sensor element can be maintained.
또한, 홈부의 다층 구조는 몰드 기판을 서로 다른 면적으로 반복 식각함으로써 형성될 수 있으며, 이때, 홈부는 식각 깊이에 따라 경사지도록 식각될 수 있다.In addition, the multi-layer structure of the trench can be formed by repeatedly etching the mold substrate with different areas, wherein the trench can be etched to be inclined according to the etching depth.
본 발명에 의하면, 뿔형 구조 외측에 계단 형태의 골짜기 구조를 형성하여 보다 많은 양의 전도성 물질을 유연 재질의 절연성 물질층 상에 보유할 수 있게 되어, 반복적인 외력 인가에도 우수한 유연성과 고감도의 특성을 유지할 수 있는 신뢰성 높은 압력 센서 소자를 제작할 수 있게 된다.According to the present invention, a stepwise valley structure is formed outside the horn-shaped structure, so that a larger amount of conductive material can be retained on the insulating material layer made of a flexible material, so that excellent flexibility and high sensitivity characteristics A pressure sensor element with high reliability that can be maintained can be manufactured.
또한, 돌출부 외측에 형성된 전도성 물질층에 균열 등의 하자가 발생하는 경우에도 홈에 채워지는 전도성 물질을 통해 전류가 흐를 수 있어 압력 센서 소자의 특성을 유지할 수 있게 된다.In addition, even if defects such as cracks occur in the conductive material layer formed on the outside of the protrusion, a current can flow through the conductive material filled in the groove, so that the characteristics of the pressure sensor element can be maintained.
또한, 압력 센서 소자 전체를 유연성 있도록 제작할 수 있게 된다.In addition, the entire pressure sensor element can be made flexible.
또한, 외부에서 인가되는 별도 전원이 없는 경우에도 압전 물질에서 발생하는 전압을 통해 소자에 인가되는 압력을 감지할 수 있게 된다.In addition, even when there is no separate power source applied from the outside, the pressure applied to the device can be sensed through the voltage generated from the piezoelectric material.
또한, 외부 입력 인가시 전극의 접촉 여부에 따라 정전 용량, 압전, 정전기 유도와 같은 다양한 방식의 압력 센서 소자를 구현할 수 있게 된다.In addition, various types of pressure sensor devices such as capacitance, piezoelectricity, and electrostatic induction can be implemented depending on whether the electrodes are in contact with the external input.
또한, 몰드 기판에 다층 구조의 홈을 형성하고 형성된 홈을 이용하여 생성한 다층 고조의 절연성 물질층을 센서 기판에 전사함으로써, 다층 구조를 가지는 유연 재질의 돌출부가 형성된 압력 센서 소자를 제조할 수 있게 된다.Further, it is possible to manufacture a pressure sensor element in which a protrusion of a flexible material having a multi-layered structure is formed by transferring a multilayered layer of insulating material produced by using a groove formed by forming a groove of a multilayered structure on a mold substrate, do.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 센서 소자의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 센서 소자의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 압력 센서 소자 제조 방법의 개략적인 흐름도.
도 4는 층계 구조가 형성된 3단 피라미드 형식의 Si 몰드 이미지.
도 5는 도 4에 연결부를 형성하기 위해 패턴이 추가된 상태의 Si 몰드 이미지.
도 6은 절연성 물질층 위에 전도성 물질층이 형성된 상태의 평면도 및 단면도. 1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor element according to a first embodiment of the present invention;
2 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor element according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic flow chart of a method of manufacturing a pressure sensor element according to the present invention.
Fig. 4 is an Si mold image of a three-step pyramid type in which a layered structure is formed. Fig.
Fig. 5 is an Si mold image with a pattern added to form a connection in Fig. 4; Fig.
6 is a plan view and a cross-sectional view of a layer of a conductive material formed on a layer of an insulating material.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압력 센서 소자의 개략적인 단면도이다. 도 1에는 저항 변화 방식의 압력 센서의 단면도의 일 예가 도시되어 있다.1 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a resistance-change type pressure sensor.
도 1에서, 압력 센서 소자(100)는, 기판(110), 기판(110)상에 형성되는 유연 재질의 절연성 물질층(120), 및 절연성 물질층(120)상에 형성된 전도성 물질층(130)을 포함한다. 1, the
기판(110)은 유연 재질의 기판일 수 있으며, PET 기판을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 유연 재질의 기판을 사용하는 경우 압력 센서 소자 전체를 유연성 있도록 제작할 수 있게 된다.The
절연성 물질층(120)은 유연 재질로서, PDMS와 같은 실리콘 계열의 고무 또는 폴리 우레탄 등을 사용할 수 있다. 압력 인가될 때, 저항(Ω) 또는 정전용량 (C)의 변화를 감지하는 방식의 압력 센서 또는 압전 또는 정전기에 의해 전류와 전압이 생성되어 이를 감지하는 방식의 압력 센서를 구현하기 위해, 고무재질의 하부 구조에 전도성 물질을 코팅하여 유연성을 지니는 하부전극을 제작하는 것이다.The
전도성 물질층(130)으로는 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS) 혹은 Ag ink 같은 전도성 용액을 코팅하여 형성할 수 있다. 전극물질로는 이외에도, FeZr, CoNi, Fe-Nb-Al composite, La-Al-Cu, Al-Sc, ZrTiCuNiBe, AuSi, 등이 사용될 수 있다. 또한, 전도성 물질층(130)으로, P(VDF-TrFE), BaTiO3, PbZrTiO3와 같은 압전 물질을 사용할 수도 있다.The
절연성 물질층(120)은 상층의 면적이 하층보다 좁아지는 다층 구조의 돌출부(200)를 포함한다. 반복적인 구부림이 가해질 때, 인가된 하중에 따른 저항(Ω) 또는 정전용량(C)의 변화를 감지하는 성능이 소자의 열화에 따라 감소하는 것을 최소화하기 위해, 피라미드 구조를 계단형식의 층계구조로 제작하여 유연한 기판에 더 많은 양의 전도성 용액이 코팅되도록 하는 것이다.The
이때, 돌출부(200)의 최상층은 필요에 따라 도 1(a)에 도시된 바와 같이 뾰족한 첨두형태로 형성할 수도 있고, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 평평한 형태로 형성할 수도 있다. 돌출부(200)의 최상층을 뾰족한 형태로 형성하는 경우 보다 정밀한 압력을 감지할 수 있게 되고, 평평한 형태로 형성하는 경우 보다 강한 압력에 대해서도 압력을 감지할 수 있게 된다. At this time, the uppermost layer of the
또한, 압력 센서 소자(100)는 돌출부(200) 상부에서 돌출부(200)와 이격되어 위치하는 제 1 전극(310), 및 전도성 물질층(130)과 연결된 제 2 전극(320)을 더 포함하며, 특히, 정전용량 변화방식의 압력 센서에서는 상부전극과 하부전극이 직접 접촉하는 것을 피하는 구조로 형성될 수 있다.The
또한, 압전 및 정전기 방식에서는 압전 특성을 지니는 물질, 예를 들면, P(VDF-TrFE), BaTiO3, PbZrTiO3와 같은 압전체 물질을 사용할 수 있으며, 정전기 유도 방식의 압력 센서에서는 전자친화도가 다른 두 물질을 상, 하부 전극으로 사용하여 제작할 수 있다.In addition, piezoelectric materials such as P (VDF-TrFE), BaTiO 3 , and PbZrTiO 3 can be used in the piezoelectric and electrostatic systems, and electrostatic induction type pressure sensors have different electron affinities Both materials can be used as upper and lower electrodes.
돌출부(200)에는 상층과 하층상에 각각 형성된 전도성 물질층(130)이 서로 연결되도록 전도성 물질로 채워지는 홈(210)이 형성될 수 있다. 특히, 홈(210)은 돌출부(200)의 일측면에서 타측면을 가로지르도록 형성될 수 있다. The
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압력 센서 소자의 개략적인 단면도이다. 도 2에는 도 1의 압력 센서에 홈 구조가 추가된 단면도의 예가 도시되어 있다.2 is a schematic cross-sectional view of a pressure sensor element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example of a sectional view in which a groove structure is added to the pressure sensor of FIG.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도 2의 실시예에서는 층계형태의 나노 마이크로 피라미드에 골짜기와 같은 구조를 형성하고 전극 물질을 고립시켜, 단순한 마이크로 피라미드 구조 대비 많은 양의 전극물질을 포함하는 피라미드 구조의 집합체를 형성하며, 이를 통해 반복된 외력에도 기존의 특성을 유지하는 고신뢰성 압력센서를 구현할 수 있게 된다.As shown in FIG. 2, in the embodiment of FIG. 2, a valley-like structure is formed in a nano-micro-pyramid in the form of a stair and an electrode material is isolated to form a pyramid structure including a large amount of electrode material Thereby realizing a highly reliable pressure sensor that maintains the existing characteristics even with repeated external forces.
도 3은 본 발명에 따른 압력 센서 소자 제조 방법의 개략적인 흐름도이다.3 is a schematic flow chart of a method of manufacturing a pressure sensor element according to the present invention.
먼저, 몰드 기판에 하층의 면적이 상층보다 좁아지는 다층 구조의 홈부를 형성한다(S110). 이때, 홈부의 다층 구조는 몰드 기판을 서로 다른 면적으로 반복 식각함으로써 형성될 수 있다. First, a groove portion having a multi-layer structure in which the area of the lower layer is narrower than that of the upper layer is formed on the mold substrate (S110). At this time, the multilayer structure of the groove portion can be formed by repeatedly etching the mold substrate with different areas.
보다 구체적인 예로서, 층계 구조를 가지는 유연 재질 구조체의 형성을 위한 몰드제작은 1. SI 웨이퍼에 산화막을 증착한 후, 2. 사각형 패턴의 리소그래피 공정하여, 3. 산화막과 Si을 식각하고, 4. 원하는 패턴이 식각된 웨이퍼에 산화막을 재증착하며, 5. 식각한 패턴 대비 작은 크기의 패턴을 1~3과정을 반복하여 층계구조를 형성한다. 도 4는 층계 구조가 형성된 3단 피라미드 형식의 Si 몰드 이미지(mold image)이다. As a more specific example, a mold for forming a flexible material structure having a layered structure is formed by: 1. depositing an oxide film on an Si wafer; 2. lithographically processing a square pattern; 3. etching the oxide film and Si; The oxide film is re-deposited on the wafer having the desired pattern. 5. A step pattern is formed by repeating steps 1 to 3 of the small pattern compared to the etched pattern. 4 is a Si mold image of a three-step pyramid type in which a layered structure is formed.
이때, 홈부는 식각 깊이에 따라 경사지도록 식각될 수 있는데, KOH에 의한 식각시 Si 기판의 결정구조에 따라 사선으로 식각이 수행되는 현상을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 이와 같은 사선 방향 식각을 이용하여 층계 구조 최상층을 뾰족한 형태로 식각할 수 있다.At this time, the grooves can be etched so as to be inclined according to the etch depth, which can be performed by using a phenomenon that etching is performed obliquely according to the crystal structure of the Si substrate during KOH etching. In addition, the uppermost layer structure of the layered structure can be etched in a pointed shape by using the oblique direction etching.
이어서, 홈부의 일부 영역상에 홈부의 상층과 하층을 연결하는 연결부를 형성한다(S120). 연결부는 이후 홈부에 PDMS와 같은 절연성 물질이 채워져 다층 피라미드 형태의 구조를 형성할 때 도랑형태의 홈이 형성될 공간을 마련하기 위한 구성으로서, 홈부의 미리 설정된 영역에 금속 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. 도 5는 도 4에 연결부를 형성하기 위해 패턴이 추가된 상태의 Si 몰드 이미지이다.Subsequently, a connecting portion connecting the upper layer and the lower layer of the groove portion is formed on a part of the groove portion (S120). The connecting portion may be formed by depositing a metal material in a predetermined region of the groove portion to provide a space for forming a trench-like groove when the trench is filled with an insulating material such as PDMS to form a multi-layered pyramid- have. Fig. 5 is an Si mold image with a pattern added to form a connection in Fig.
이어서, 몰드 기판의 홈부상에 유연 재질의 절연성 물질층을 형성하고, 몰드 기판상에 형성된 유연 재질의 절연성 물질층을 센서 기판으로 전사한다(S130). Subsequently, an insulating material layer of a flexible material is formed on the groove portion of the mold substrate, and a flexible insulating material layer formed on the mold substrate is transferred to the sensor substrate (S130).
마지막으로, 전사된 절연성 물질층상에 전도성 물질층을 형성한다(S140). 이때, 다층 피라미드 형태의 구조에 형성된 도랑형태의 홈에도 전도성 물질이 채워지게 된다.Finally, a conductive material layer is formed on the transferred insulating material layer (S140). At this time, the trenches formed in the multi-layered pyramid-shaped structure are filled with the conductive material.
이와 같이, 압력 센서 소자의 절연성 물질층을 층계형 구조로 형성하고, 형성된 도랑형태의 홈을 전도성 용액으로 채움으로써, 단순한 박막형태 피라미드 구조의 압력센서 대비 내구성과 민감성을 증가시킬 수 있게 된다. As described above, by forming the insulating material layer of the pressure sensor element in a layered structure and filling the ditch-shaped groove with the conductive solution, it is possible to increase the durability and sensitivity of the pressure sensor with a simple thin film pyramid structure.
도 6은 절연성 물질층 위에 전도성 물질층이 형성된 상태의 평면도 및 단면도이다. 도 6(a)에는 층계형 구조의 상부가 뾰족한 형태로 구현된 예가 도시되어 있으며, 도 6(b)에는 층계형 구조의 상부가 평평한 형태로 구현된 예가 도시되어 있다.6 is a plan view and a cross-sectional view of the conductive material layer formed on the insulating material layer. FIG. 6A shows an example in which the top of the layered structure is implemented in a pointed shape, and FIG. 6B shows an example in which the top of the layered structure is implemented in a flat shape.
본 발명은 유연성을 지니는 고감도 압력센서 소자 구조에 관한 것으로, 그 원리는 저항 및 정전용량 변화 방식의 압력센서로 압력인가 시, 상부 전극과 하부 전극간의 접촉 면적 변화에 따른 전기적 특성 변화를 이용하여 넓은 하중 범위 (1g~수백g)에서 동작 가능한 고신뢰성 압력 센서의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-sensitivity pressure sensor element structure having flexibility, To a structure of a high-reliability pressure sensor which can be operated in a load range (1 g to several hundred g).
본 발명의 압력 센서는 층계구조를 가지는 유연한 재질의 구조물들의 집합체로 이루어진다. 이 셀은 궁극적으로 전자피부에서 하나의 압점 역할을 할 수 있다. 층계형 구조의 마이크로 피라미드는 기존 보고된 압력센서 대비 나노 마이크로 구조체의 전도성 물질 함유량을 증가시킬 수 있는 구조이며, 반복된 구부림, 늘림, 및 눌림과 같은 물리적 자극에도 전도도를 유지할 수 있는 고신뢰성 소자 구현을 위한 구조이다. The pressure sensor of the present invention is made of a collection of flexible structures having a layered structure. This cell can ultimately serve as a single point of closure for the electron skin. The micro-pyramid structure of the layered structure is a structure that can increase the content of the conductive material of the nano micro structure compared to the previously reported pressure sensor, and it can realize a highly reliable device capable of maintaining conductivity even with physical stimulation such as repeated bending, .
이를 위해, 본 발명에서는 유연 기판, 예를 들어, PET 기판 위에 유연 재질(PDMS 와 같은 실리콘 계열의 고무 또는 폴리 우레탄 등)의 계단 형식의 구조를 가지는 나노 마이크로 구조체를 형성하고 그 위에 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS) 혹은 Ag ink 같은 전도성 용액을 코팅하여 하부 전극을 형성한다.To this end, in the present invention, a nanomicro-structure having a step-type structure of a flexible material (such as silicone rubber or polyurethane such as PDMS) is formed on a flexible substrate, for example, a PET substrate, PEDOT: PSS) or Ag ink to form the lower electrode.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby but should be modified and improved in accordance with the above-described embodiments.
100: 압력 센서 소자
110: 기판
120: 절연성 물질층
130: 전도성 물질층
200: 돌출부
210: 홈
310: 제 1 전극
320: 제 2 전극100: Pressure sensor element
110: substrate
120: Insulating material layer
130: Conductive material layer
200: protrusion
210: Home
310: first electrode
320: second electrode
Claims (13)
상기 기판상에 형성되는 유연 재질의 절연성 물질층; 및
상기 절연성 물질층상에 형성된 전도성 물질층을 포함하며,
상기 절연성 물질층은 상층의 면적이 하층보다 좁아지는 다층 구조의 돌출부를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
Board;
An insulating material layer of a flexible material formed on the substrate; And
And a layer of a conductive material formed on the insulating material layer,
Wherein the insulating material layer includes a projection having a multi-layer structure in which the area of the upper layer is narrower than that of the lower layer.
상기 돌출부에는 상층과 하층상에 각각 형성된 전도성 물질층이 서로 연결되도록 전도성 물질로 채워지는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method according to claim 1,
And a groove filled with a conductive material is formed on the protrusion so that the conductive material layers formed on the upper and lower layers are connected to each other.
상기 홈은 상기 돌출 영역의 일측면에서 타측면을 가로지르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method of claim 2,
Wherein the groove is formed to cross the other side surface on one side of the protruding region.
상기 기판은 유연 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method of claim 3,
Wherein the substrate is a flexible substrate.
상기 전도성 물질은 압전 물질인 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method of claim 4,
Wherein the conductive material is a piezoelectric material.
상기 돌출부 상부에서 상기 돌출부와 이격되어 위치하는 제 1 전극; 및
상기 전도성 물질층과 연결된 제 2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method of claim 4,
A first electrode spaced from the protrusion above the protrusion; And
And a second electrode connected to the conductive material layer.
상기 압력 인가시 상기 돌출부 상부에서 상기 전도성 물질층과 접촉하는 제 1 전극; 및
상기 돌출부와 이격되어 상기 전도성 물질층과 연결된 제 2 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
The method of claim 4,
A first electrode in contact with the conductive material layer above the protrusion when the pressure is applied; And
And a second electrode spaced apart from the protrusion and connected to the conductive material layer.
상기 절연성 물질층상에 전도성 물질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
Forming an insulating material layer of flexible material on the sensor substrate, the insulating material layer including a protrusion of a multi-layer structure in which an area of an upper layer is narrower than that of a lower layer; And
And forming a conductive material layer on the insulating material layer.
몰드 기판에 하층의 면적이 상층보다 좁아지는 다층 구조의 홈부를 형성하는 단계;
상기 몰드 기판의 홈부상에 상기 유연 재질의 절연성 물질층을 형성하는 단계; 및
상기 몰드 기판상에 형성된 유연 재질의 절연성 물질층을 상기 센서 기판으로 전사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
The method of claim 8,
Forming a groove portion of a multi-layered structure in which an area of a lower layer of the mold substrate is narrower than that of an upper layer;
Forming a flexible insulating material layer on the groove of the mold substrate; And
Further comprising the step of transferring a flexible insulating material layer formed on the mold substrate to the sensor substrate.
상기 홈부의 일부 영역상에 상기 홈부의 상층과 하층을 연결하는 연결부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
The method of claim 9,
And forming a connection portion connecting an upper layer and a lower layer of the groove portion on a part of the groove portion.
상기 연결부는 상기 홈부의 일측면에서 타측면을 가로지르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein the connecting portion is formed to cross the other side surface of one side of the groove portion.
상기 홈부의 다층 구조는 상기 몰드 기판을 서로 다른 면적으로 반복 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
The method of claim 11,
Wherein the multi-layer structure of the groove is formed by repeatedly etching the mold substrate with different areas.
상기 홈부는 식각 깊이에 따라 경사지도록 식각되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자 제조 방법.
The method of claim 12,
Wherein the groove is etched so as to be inclined according to an etching depth.
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2016
- 2016-05-09 KR KR1020160056552A patent/KR20170126302A/en not_active Application Discontinuation
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