KR20210063520A - 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents

다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20210063520A
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Abstract

본 발명은 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 진공 증착 없이 레이저 프린팅 기술을 이용하여 직접 스트레인 센서를 제조하기 위한 것이다. 본 발명은 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하는 단계; 상기 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하는 단계; 상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판으로부터 제거하는 단계; 상기 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 상기 더미 기판으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하는 단계; 및 상기 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 상기 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 스트레인 센서를 제공한다.

Description

다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법{Strain Sensor Using Direct Patterning and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 스트레인 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 프린팅 기술을 활용한 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
스트레인 센서(또는 스트레인 게이지)는 피구조물이 외력으로 변형될 때에 변형량을 측정하는 측정기를 말하며, 피구조물에 부착시켜 변형량을 측정한다.
이러한 스트레인 센서는 Cu, Cr, Ni, W 등의 금속을 진공증착 방법을 통해 필름 위에 형성한 후 포토 에칭 방법을 이용하여 제조한다. 스트레인 센서는 피구조물의 변형을 측정하기 위해 특정 부분에 부착하여 사용되고 있으며, 변형에 따른 저항의 변화를 측정하여 구조체의 상태를 모니터링할 수 있다.
하지만 종래의 스트레인 센서는 진공증착 및 포토 에칭으로 제조하기 때문에, 고가의 증착 장비와 포토 에칭 장비가 필요하여 투자 비용이 많이 들고 유지보수 비용이 높은 단점이 있다.
또한 종래의 스트레인 센서는 접착제를 사용하여 피구조물에 부착되는데, 온도, 습도 등과 같은 외부 환경 요인에 따라 접착제가 열화되어 스트레인 게이지가 피구조물에서 떨어지는 단점이 있다.
등록특허공보 제10-2005178호 (2019.07.29. 공고)
따라서 본 발명의 목적은 진공 증착 없이 레이저 프린팅 기술을 활용한 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 피구조물에 대한 안정적인 접착 특성을 갖는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하는 단계; 상기 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하는 단계; 상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판으로부터 제거하는 단계; 상기 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 상기 더미 기판으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하는 단계; 및 상기 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 상기 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하는 단계;를 포함하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법을 제공한다.
상기 금속 박막은 Ni, Cu, Mn, W, Al, Cr, Fe, Si, Pt, Ir, Mo, Pt, Pd, Rh 및 이들 금속의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 소재를 포함할 수 있다.
상기 센서 패턴을 형성하는 단계에서 상기 레이저 프린팅은, 상기 금속 박막에 레이저를 직접 조사하여 상기 센서 패턴을 상기 금속 박막에 다이렉트 패터닝한다.
상기 금속 박막을 부착하는 단계는, 상기 더미 기판 위에 점착층을 형성하는 단계; 및 상기 점착층 위에 금속 박막을 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제거하는 단계에서, 상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판의 점착층으로부터 제거한다.
상기 접착 필름을 분리하는 단계에서, 상기 더미 기판의 점착층으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리한다.
상기 접착 필름은 상기 점착층 보다는 접착력이 크다.
상기 접착 필름 및 상기 보호 필름은 각각 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), PET, PEN, PC, FR-4, PDMS 및 폴리에스터(Polyester)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접착 필름을 분리하는 단계에서, 상기 더미 기판에 상기 접착 필름을 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가할 수 있다.
상기 보호 필름을 부착하는 단계에서, 상기 접착 필름 위에 상기 보호 필름을 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가할 수 있다.
상기 센서 패턴은, 상기 스트레인 센서의 변형에 따라 저항이 변화하는 저항 패턴; 및 상기 저항 패턴에 연결되며, 상기 저항 패턴의 저항 변화를 출력하는 복수의 접속 패드;를 포함한다.
상기 보호 필름을 부착하는 단계에서, 상기 보호 필름이 상기 센서 패턴을 덮도록 상기 접착 필름 위에 부착되되, 상기 복수의 접속 패드는 상기 보호 필름 밖으로 노출된다.
그리고 본 발명은, 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하고, 상기 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하고, 상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판으로부터 제거하고, 상기 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 상기 더미 기판으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하고, 상기 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 상기 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하여 제조한 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서를 제공한다.
본 발명에 따르면, 진공 증착 없이 금속 박막에 대한 레이저 프린팅 기술을 이용하여 센서 패턴을 다이렉트 패터닝하여 스트레인 센서로 제조할 수 있기 때문에, 진공 증착 없이 스트레인 센서를 제조할 수 있다.
이로 인해 본 발명에 따른 스트레인 센서의 제조 방법은 증착 장비와 포토 에칭 장비를 이용하지 않기 때문에, 유지비용이 낮고 클린룸과 같은 시설 관리 비용이 적어 스트레인 센서의 제조 단가를 낮을 수 있다.
본 발명에 따른 스트레인 센서는 스테인리스 스틸 소재의 매개 기판에 부착한 후 금속 소재의 피구조물에 용접으로 부착할 수 있기 때문에, 온도, 습도 등과 같은 외부 환경 요인에 따라 스트레인 센서는 피구조물에서 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 스트레인 센서는 표면 거칠기가 큰 피구조물에 부착하는 경우, 스트레인 센서를 부착할 피구조물의 표면에 절연층을 형성한 후 스트레인 센서를 부착함으로써, 온도, 습도 등과 같은 외부 환경 요인에 따라 스트레인 센서는 피구조물에서 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 스트레인 센서는 피구조물에 안정적으로 부착시킬 수 있기 때문에, 가혹한 환경에서 피구조물의 변형을 감지할 수 있어 다양한 응용 분야의 확대를 기대할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 9는 도 8의 9-9선 단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 1의 제조 방법으로 제조되는 실시예에 따른 스트레인 센서를 보여주는 사진들이다.
도 12는 실시예에 따른 스트레인 센서를 포함하는 스트레인 센서 조립체를 보여주는 사진이다.
도 13은 실시예에 따른 스트레인 센서의 특성 평가 장치를 보여주는 사진이다.
도 14는 실시예에 따른 스트레인 센서의 특성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 15는 도 12의 스트레인 센서 조립체가 피구조물에 부착된 상태를 보여주는 사진이다.
도 16은 본 발명에 따른 스트레인 센서가 표면 거칠기가 큰 피구조물에 부착된 상태를 보여주는 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법은, 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하는 단계(S10,S20,S30), 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하는 단계(S40), 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 더미 기판으로부터 제거하는 단계(S50), 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 더미 기판으로부터 센서 패턴이 부착된 접착 필름을 분리하는 단계(S60), 및 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하는 단계(S70)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 제조 방법은 금속 포일이나 금속 박판과 같은 금속 박막에 레이저 프린팅 기술을 적용하여 일정한 저항을 갖는 센서 패턴을 형성함으로써 제조되는 스트레인 센서의 제조 방법이다. 즉 레이저 프린팅 기술로 제조된 센서 패턴이 열경화 타입의 접착 필름과 보호 필름 사이에 개재된 구조로 형성함으로써, 본 발명에 따른 스트레인 센서로 제조할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 스트레인 센서의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2 내지 도 8은 도 1의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다. 도 9는 도 8의 9-9선 단면도이다.
먼저 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, S10 내지 S30단계에서 더미 기판(10) 위에 금속 박막(30)을 부착한다.
더미 기판(10) 위에 금속 박막(30)을 부착하는 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다.
먼저 도 2에 도시된 바와 같이, S10단계에서 스트레인 센서(도 8의 60)로 제조될 센서 패턴(도 6의 40)이 형성되는 더미 기판(10)을 준비한다. 더미 기판(10)은 센서 패턴(40)을 형성하기 위한 기초가 되는 기판으로서, 센서 패턴(40)이 형성된 이후에는 센서 패턴(40)으로부터 제거된다.
이러한 더미 기판(10)의 소재로는 금속, 유리, 석영, 플라스틱 소재이 사용될 수 있다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, S20단계에서 더미 기판(10) 위에 점착층(20)을 형성한다. 즉 더미 기판(10) 위에 점착제(21)를 도포한 후 스퀴즈(23)로 밀어서 점착층(20)을 형성할 수 있다. 그 외 다양한 프린팅 방법을 이용하여 점착층(20)을 더미 기판(10) 위에 형성할 수 있다. 더미 기판(10) 위에 점착층(20)을 형성한 이후에 건조 또는 열처리 공정을 수행할 수 있다. 점착층(20)이 형성된 더미 기판(10)은 1회 이상 사용할 수 있다. 즉 후술되겠지만 더미 기판(10)의 점착층(20) 위에 센서 패턴(40)을 형성하고 제거하는 공정을 반복적으로 수행할 수 있음을 의미한다. 점착층(20)의 소재로는 실리콘 기반의 점착제(21)가 사용될 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S30단계에서 점착층(20) 위에 금속 박막(30)을 부착한다. 즉 금속 박막(30)은 접착층 위에 라미네이팅 방법으로 부착할 수 있다. 금속 박막(30)은 센서 패턴(40)으로 형성될 소재이다. 이러한 금속 박막(30)의 소재로는 Ni, Cu, Mn, W, Al, Cr, Fe, Si, Pt, Ir, Mo, Pt, Pd, Rh 및 이들 금속의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 소재가 사용될 수 있다. 이때 합금은 콘스탄탄(Constantan), Advance, Manganin, Nichrome, Nichrome V, Karma, Nichrotal L, Karmalloy, Iso-elastic, Armour D, Pt-Ir 합금, Pt-W 합금 또는 Pt-Rh-Pd 합금을 포함하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이때 더미 기판(10) 위에 금속 박막(30)을 부착하기 위해서, 더미 기판(10) 위에 점착층(20)을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 점착층(20)의 형성없이 더미 기판(10) 위에 직접 금속 박막(30)을 부착할 수 있다. 이 경우 더미 기판(10) 위에 금속 박막(30)을 부착할 때, 더미 기판(10)과 금속 박막(30) 간에 열 및 압력 중에 하나를 인가하여 부착할 수 있다. 또는 더미 기판(10)과 금속 박막(30) 간의 표면장력, 정전기력 등을 이용하여 더미 기판(10)에 금속 박막(30)을 직접 부착할 수도 있다.
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, S40단계에서 금속 박막(30)에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴(40)을 형성한다. 금속 박막(30)에 레이저 프린터기(45)로 레이저를 직접 조사하여 센서 패턴(40)을 금속 박막(30)에 다이렉트로 패터닝한다. 즉 레이저 프린팅을 통해서, 금속 박막(30)은 센서 패턴(40)과, 그 외 부분으로 분리된다. 센서 패턴(40)은 금속 박막(30)의 중심 부분에 형성되고, 그 외 부분은 센서 패턴(40)을 둘러싸는 형태로 배치된다.
이때 센서 패턴(40)은 스트레인 센서의 변형에 따라 저항이 변화하는 저항 패턴(41)과, 저항 패턴(41)에 연결되며 저항 패턴(41)의 저항 변화를 출력하는 복수의 접속 패드(43)를 포함한다. 저항 패턴(41)은 외력에 의해 쉽게 변경할 수 있는 가늘고 긴 굴곡형으로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 접속 패드(43)는 저항 패턴(41)의 저항 변화를 검출하는 검출기의 단자가 연결되는 부분이다. 복수의 접속 패드(43)는 저항 패턴(41)을 기준으로 일측에 마련될 수 있다.
다음으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, S50단계에서 센서 패턴(40)을 제외한 나머지 금속 박막 부분(31)을 제거한다. 즉 더미 기판(10)에 점착층(20)에 의해 점착된 센서 패턴(40) 부분을 남기고, 금속 박막(30)의 그 외 부분(31)을 떼어낸다. 이때 금속 박막(30)은 점착층(20)에 부착되어 있기 때문에, 센서 패턴(40)을 제외한 그 외 부분(31)은 점착층(20)으로부터 쉽게 분리할 수 있다.
이어서 도 7에 도시된 바와 같이, S60단계에서 더미 기판(10)에 접착 필름(51)을 부착한 후 분리하여 더미 기판(10)으로부터 센서 패턴(40)을 분리한다.
즉 점착층(20) 보다 접착력이 큰 접착 필름(51)을 센서 패턴(40)이 형성된 더미 기판(10) 위에 부착한다. 이로 인해 접착 필름(51)에 센서 패턴(40)이 부착된다. 접착 필름(51)을 더미 기판(10)에 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가하여 센서 패턴(40)에 대한 접착력을 높일 수 있다.
다음으로 접착 필름(51)을 더미 기판(10)으로 떼어냄으로써, 더미 기판(10)에서 센서 패턴(40)만 접착 필름(51)에 부착된 상태로 분리된다. 이때 접착 필름(51)을 더미 기판(10)에서 떼어낼 때, 센서 패턴(40)이 점착층(20) 보다는 접착력이 상대적으로 큰 접착 필름(51)에 부착된 상태로 점착층(20)에서 분리된다.
이러한 접착 필름(51)의 소재로는 열경화성 플라스틱 소재가 사용될 수 있으며, 예컨대 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), PET, PEN, PC, FR-4, PDMS 및 폴리에스터(Polyester)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 소재가 사용될 수 있다.
그리고 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, S70단계에서 센서 패턴(40)이 부착된 접착 필름(51) 위에 보호 필름(53)을 부착함으로써, 본 발명에 따른 스트레인 센서(60)를 제조할 수 있다. 접착 필름(51) 및 보호 필름(53)에 의해 센서 패턴(40)은 외부 환경으로부터 보호된다.
보호 필름(53)의 소재로는 접착 필름(51)과 동일한 소재가 사용될 수 있다. 보호 필름(53)을 접착 필름(51)에 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가하여 센서 패턴(40) 및 접착 필름(51)에 대한 접착력을 높일 수 있다.
보호 필름(53)을 부착할 때, 저항 패턴(41)의 저항 변화를 검출하는 검출기의 단자가 복수의 접속 패드(43)에 연결될 수 있도록, 복수의 접속 패드(43)는 보호 필름(53) 밖으로 노출된다. 즉 보호 필름(53)이 센서 패턴(40)을 덮도록 접착 필름(51) 위에 부착되되, 복수의 접속 패드(43)는 보호 필름(53) 밖으로 노출된다.
도시하진 않았지만, 제조된 스트레인 센서(60)에 온도 보상 센서를 부가할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 진공 증착 없이 금속 박막(30)에 대한 레이저 프린팅 기술을 이용하여 센서 패턴(40)을 다이렉트 패터닝하여 스트레인 센서(60)로 제조할 수 있기 때문에, 진공 증착 없이 스트레인 센서(60)를 제조할 수 있다.
이로 인해 본 발명에 따른 스트레인 센서(60)의 제조 방법은 증착 장비와 포토 에칭 장비를 이용하지 않기 때문에, 유지비용이 낮고 클린룸과 같은 시설 관리 비용이 적어 스트레인 센서(60)의 제조 단가를 낮을 수 있다.
[실시예]
이와 같은 본 발명에 따른 스트레인 센서(60)의 특성을 평가하기 위해서 실시예에 따른 스트레인 센서(60)를 제조하였다.
더미 기판(10) 위에 실리콘 기반의 점착제(21)를 도포하여 점착층(20)을 형성한다. 점착층(20) 위에 콘스탄탄 박막을 라미네이팅으로 부착한다. 다음으로 레이저 프린팅을 이용하여 콘스탄탄 박막을 패터닝하여 센서 패턴(40)을 형성한다. 다음으로 센서 패턴(40) 밖의 콘스탄탄 박막 부분을 떼어낸다. 다음으로 센서 패턴(40) 위에 점착제(21)보다 접착력이 큰 에폭시 접착 필름(51)을 부착한 후 분리하여 더미 기판(10)으로부터 센서 패턴(40)을 떼어낸다.
그리고 센서 패턴(40)이 부착된 접착 필름(51) 위에 접착 필름(51)과 동일한 소재의 에폭시 보호 필름(53)을 부착함으로써, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은, 실시예에 따른 스트레인 센서(60)를 제조할 수 있다. 여기서 도 10 및 도 11은 도 1의 제조 방법으로 제조되는 실시예에 따른 스트레인 센서(60)를 보여주는 사진들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 접착 필름(51)과 보호 필름(53)에 의해 센서 패턴(40)의 저항 패턴(41)이 덮여 보호되고, 복수의 접속 패드(43)가 보호 필름(53) 밖으로 노출된 것을 확인할 수 있다.
[스트레인 센서 조립체]
도 12는 실시예에 따른 스트레인 센서(60)를 포함하는 스트레인 센서 조립체(70)를 보여주는 사진이다.
도 12를 참조하면, 스트레인 센서 조립체(70)는 매개 기판(71)과, 매개 기판(71) 위에 부착된 스트레인 센서(60)를 포함한다. 스트레인 센서 조립체(70)는 스트레인 센서(60)를 금속 소재의 피구조물에 부착하는 경우에 사용될 수 있다. 즉 스트레인 센서(60)는 접착 필름 및 보호 필름이 플라스틱 소재이기 때문에, 금속 소재의 피구조물에 직접 부착할 경우 접착력이 떨어질 수 있다.
따라서 금속 소재의 피구조물 중에서 표면 거칠기가 양호한 금속 소재의 피구조물의 경우, 스트레인 센서 조립체(70)로 금속 소재의 피구조물에 부착할 수 있다.
매개 기판(71) 위에 스트레인 센서(60)를 부착할 때, 스트레인 센서(60)의 접착 필름의 면을 부착한다. 즉 접착 필름은 센서 패턴이 부착된 면에 반대되는 면이 매개 기판(71) 위에 부착된다. 매개 기판(71)으로는 스테인리스 스틸 소재가 사용될 수 있다.
그리고 스트레인 센서(60)는 매개 기판(71) 위에 열 또는 압력을 인가하여 부착할 수 있다.
[스트레인 센서의 특성 평가 실험]
실시예에 따른 스트레인 센서(60)의 특성을 평가하기 위해서, 실시예에 따른 스트레인 센서(60)를 포함하는 스트레인 센서 조립체(70)를 이용하였다.
스트레인 센서(60)의 특성 평가는 도 13에 도시된 특성 평가 장치(80)를 이용하였다. 특성 평가 결과는 도 14와 같다. 여기서 도 13은 실시예에 따른 스트레인 센서(60)의 특성 평가 장치(80)를 보여주는 사진이다. 도 14는 실시예에 따른 스트레인 센서(60)의 특성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 스트레인 센서(60)의 특성 평가 장치(80)는 캔틸레버 빔(cantilever beam)을 이용한 벤딩 테스트(bending test) 장치이다.
스트레인 센서(60)의 특성 평가 장치(80)는 스트레인 센서 조립체(70)의 한쪽 끝을 고정할 수 있는 지그(81)와, 지그(81)에 고정된 스트레인 센서 조립체(70)의 다른 쪽 끝에 압력을 인가하는 가압 바(83)를 포함한다. 스트레인 센서(60)의 특성 평가 장치(80)는 스트레인 센서(60)의 저항 변화를 검출할 수 있는 단자(85)가 스트레인 센서(60)의 접속 패드에 전기적으로 연결된다.
즉 지그(81)에 스트레인 센서 조립체(70)의 한쪽 끝을 고정한다. 다음으로 스트레인 센서 조립체(70)의 다른 쪽에 가압 바(83)로 압력을 인가하여, 실시예에 따른 스트레인 센서(60)의 변형을 평가한다.
스트레인 센서(60)의 특성 평가 장치(80)는 스트레인 센서(60)의 전극 패드에 연결된 단자(85)를 통해서 실시간으로 저항을 측정함으로써, 스트레인 센서(60)의 변형에 따른 저항 변화를 검출할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 지그(81)에 물린 수평 상태의 스트레인 센서 조립체(70)를 기준으로 가압 바(83)로 스트레인 센서 조립체(70)의 다른 쪽을 아래로 1, 2, 3, 4, 5mm 눌렀을 때의 저항 변화를 측정하였다. 각각의 깊이에서 5회씩 반복적으로 눌러 저항 변화를 측정하여 스트레인 센서(60)의 히스테리시스 평가하였다.
평가 결과, 실시예에 따른 스트레인 센서(60)는 각각의 깊이에서 모두 일정하게 저항이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실시예에 따른 스트레인 센서(60)는 양호한 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 스트레인 센서(60)는 피구조물(91,93)의 표면 거칠기에 따라서 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 부착할 수 있다.
[스트레인 센서 조립체를 이용한 피구조물 부착예]
도 15는 도 12의 스트레인 센서 조립체(70)가 피구조물(91)에 부착된 상태를 보여주는 사진이다.
도 15를 참조하면, 스트레인 센서 조립체(70)는 금속 소재의 피구조물(91)에 용접으로 부착될 수 있다. 즉 스트레인 센서 조립체(70)는 스트레인 센서(60)가 부착된 면에 반대되는 매개 기판(71)을 피구조물(91)의 표면에 용접으로 부착한다.
이와 같은 스트레인 센서 조립체(70)는 금속 소재의 피구조물(91)에 용접으로 부착할 수 있기 때문에, 온도, 습도 등과 같은 외부 환경 요인에 따라 스트레인 센서(60)는 피구조물(91)에서 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
[스트레인 센서 및 절연층을 이용한 피구조물 부착예]
도 15는 본 발명에 따른 스트레인 센서(60)가 표면 거칠기가 큰 피구조물(93)에 부착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하면, 스트레인 센서(60)를 표면 거칠기가 큰 피구조물(93)에 부착해야 하는 경우, 스트레인 센서(60)를 부착할 피구조물(93)의 표면에 절연층(95)을 형성한다. 절연층(95)은 프린팅 방법으로 형성할 수 있다. 절연층(95)의 소재로는 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), PET, PEN, PC, FR-4, PDMS 및 폴리에스터(Polyester)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 소재가 사용될 수 있다.
그리고 스트레인 센서(60)를 절연층(95)에 부착한다. 이때 절연층(95) 위에 스트레인 센서(60)의 접착 필름(51)을 부착한다. 스트레인 센서(60)를 절연층(95)에 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가하여 절연층(95)에 대한 스트레인 센서(60)의 접착력을 높일 수 있다.
이와 같이 스트레인 센서(60)는 표면 거칠기가 큰 피구조물(93)에 부착하는 경우, 스트레인 센서(60)를 부착할 피구조물(93)의 표면에 절연층(93)을 형성한 후 스트레인 센서(60)를 부착함으로써, 온도, 습도 등과 같은 외부 환경 요인에 따라 스트레인 센서(60)는 피구조물(93)에서 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 더미 기판 20 : 점착층
21 : 점착제 23 : 스퀴즈
30 : 금속 박막 40 : 센서 패턴
41 : 저항 패턴 43 : 접속 패드
45 : 레이저 프린터기 51 : 접착 필름
53 : 보호 필름 60 : 스트레인 센서
70 : 스트레인 센서 조립체 71 : 매개 기판
80 : 특성 평가 장치 81 : 지그
83 : 가압 바 85 : 단자
91, 93 : 피구조물 95 : 절연층

Claims (9)

  1. 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하는 단계;
    상기 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하는 단계;
    상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판으로부터 제거하는 단계;
    상기 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 상기 더미 기판으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하는 단계; 및
    상기 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 상기 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하는 단계;
    를 포함하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은 Ni, Cu, Mn, W, Al, Cr, Fe, Si, Pt, Ir, Mo, Pt, Pd, Rh 및 이들 금속의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센서 패턴을 형성하는 단계에서 상기 레이저 프린팅은,
    상기 금속 박막에 레이저를 직접 조사하여 상기 센서 패턴을 상기 금속 박막에 다이렉트 패터닝하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 박막을 부착하는 단계는,
    상기 더미 기판 위에 점착층을 형성하는 단계; 및
    상기 점착층 위에 금속 박막을 부착하는 단계;를 포함하고,
    상기 제거하는 단계에서, 상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판의 점착층으로부터 제거하고,
    상기 접착 필름을 분리하는 단계에서, 상기 더미 기판의 점착층으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착 필름은 상기 점착층 보다는 접착력이 큰 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착 필름 및 상기 보호 필름은 각각 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), PET, PEN, PC, FR-4, PDMS 및 폴리에스터(Polyester)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 접착 필름을 분리하는 단계에서,
    상기 더미 기판에 상기 접착 필름을 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가하고,
    상기 보호 필름을 부착하는 단계에서,
    상기 접착 필름 위에 상기 보호 필름을 부착할 때 열 및 압력 중에 적어도 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 센서 패턴은,
    상기 스트레인 센서의 변형에 따라 저항이 변화하는 저항 패턴; 및
    상기 저항 패턴에 연결되며, 상기 저항 패턴의 저항 변화를 출력하는 복수의 접속 패드;를 포함하고,
    상기 보호 필름을 부착하는 단계에서,
    상기 보호 필름이 상기 센서 패턴을 덮도록 상기 접착 필름 위에 부착되되, 상기 복수의 접속 패드는 상기 보호 필름 밖으로 노출되는 것을 특징으로 하는 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서의 제조 방법.
  9. 더미 기판 위에 금속 박막을 부착하고,
    상기 금속 박막에 대한 레이저 프린팅으로 센서 패턴을 형성하고,
    상기 센서 패턴을 제외한 나머지 금속 박막 부분을 상기 더미 기판으로부터 제거하고,
    상기 더미 기판 위에 접착 필름을 부착한 후 분리하여 상기 더미 기판으로부터 상기 센서 패턴이 부착된 상기 접착 필름을 분리하고,
    상기 센서 패턴이 부착된 접착 필름 위에 상기 센서 패턴을 보호하는 보호 필름을 부착하여 제조한 다이렉트 패터닝을 이용한 스트레인 센서.
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