스트레인 센서, 스트레인 센서의 제조방법 및 스트레인 센서가 장착된 이차전지
STRAIN SENSOR, MANUFACTURING METHOD OF STRAIN SENSOR, AND SECONDARY BATTERY EQUIPPED WITH STRAIN SENSOR
특허 요약
본 발명은, 전극조립체의 외측을 감싸는 케이스 및 케이스의 외측에 접착되어 파우치셀의 변형을 측정하는 스트레인 센서를 포함하며, 스트레인 센서는, 케이스의 외측에 부착되는 백킹부와, 백킹부에 설치되며 단결정 실리콘으로 이루어지는 스트레인 게이지와, 스트레인 게이지와 함께 백킹부에 적층되며 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 배선부 및 배선부의 일부를 제외하고 스트레인 게이지와 배선부를 감싸며 백킹부에 고정되는 봉지부를 포함할 수 있다.
청구항
번호청구항
15

제14항에 있어서,상기 포토레지스트 제거단계는, 아세톤을 이용하여 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및상기 포토레지스트가 제거된 후 상기 단결정 실리콘 박막층이 전사된 상기 백킹부를 하드 베이킹하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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이차전지의 케이스 외측에 부착되는 백킹부;상기 백킹부에 설치되며 단결정 실리콘으로 이루어지는 스트레인 게이지;상기 스트레인 게이지와 함께 상기 백킹부에 적층되며, 상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 배선부; 및상기 배선부의 일부를 제외하고, 상기 스트레인 게이지와 상기 배선부를 감싸며 상기 백킹부에 고정되는 봉지부;를 포함하는 스트레인 센서.

2

제1항에 있어서,상기 백킹부의 두께는 상기 봉지부의 두께 보다 10배 이상 두꺼운 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

3

제1항에 있어서,상기 백킹부는 폴리이미드(Polyimide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

4

제1항에 있어서,상기 스트레인 게이지의 두께는 100 내지 300nm 이며,상기 백킹부의 두께는 10 내지 50㎛ 인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

5

제1항에 있어서,상기 백킹부는, 이차전지의 외측에 접한 상태로 설치되는 제1변형층;상기 제1변형층의 상측에 위치하는 제2변형층; 및상기 제1변형층과 상기 제2변형층의 사이에 위치하는 경계층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

6

제5항에 있어서,상기 이차전지의 스웰링 현상에 의해 상기 제1변형층은 압축변형을 하며, 상기 제2변형층은 인장변형을 하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

7

제5항에 있어서,상기 스트레인 센서는 상기 경계층의 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서.

8

단결정 실리콘 박막층(SiNM)과 절연 산화막층과 베이스 웨이퍼층이 차례로 적층된 SOI(Silicon-on-Insulator) 웨이퍼를 준비하는 준비단계;포토리소그래피 공정을 사용하여 상기 단결정 실리콘 박막층에 홀 패턴을 형성하는 홀 형성단계;상기 SOI 웨이퍼에서 상기 절연 산화막층을 제거하는 산화막 제거단계;상기 단결정 실리콘 박막층을 상기 베이스 웨이퍼층에서 백킹부로 이동시키는 이동단계;상기 단결정 실리콘 박막층에 남아 있는 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 제거단계;마스킹 및 식각 공정을 사용하여 상기 단결정 실리콘 박막층에서 스트레인 게이지를 형성하는 패터닝단계;상기 백킹부의 외측에 배선부로 사용되는 금속막을 증착하고, 포토리소그래피 공정을 통해 배선부를 형성하는 배선단계; 및상기 스트레인 게이지와 상기 배선부를 감싸며 상기 백킹부에 봉지부를 설치하는 봉지부 설치단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

9

제8항에 있어서,상기 준비단계에서, 상기 단결정 실리콘 박막층에 p 타입의 보론(Boron) 불순물을 5e17 내지 5e18의 농도로 이온 주입하여 도핑하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 홀 형성단계는, 상기 단결정 실리콘 박막층의 상측에 포토레지스트(PR: Photoresist)를 적층하는 단계;광원을 이용해 상기 포토레지스트에 마이크로 사이즈의 직경을 갖는 홀 패턴을 형성하는 단계; 및반응성 이온 식각(RIE: Reactive ion etching) 공정을 사용하여 상기 홀 패턴을 통해 노출된 상기 단결정 실리콘 박막층을 건식 식각하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제10항에 있어서,상기 포토레지스트의 두께는 300 내지 600nm 인 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.

12

제10항에 있어서,상기 홀 패턴은, 직경 3㎛의 마이크로 홀을 50㎛의 간격으로 배치하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 산화막 제거단계는, 상기 홀 패턴이 형성된 상기 SOI 웨이퍼를 불산 용액에 넣어서 상기 절연 산화막층을 제거하는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 이동단계는, PDMS(Polydimethylsiloxane) 스탬프를 사용하여 상기 단결정 실리콘 박막층을 상기 베이스 웨이퍼층에서 분리하는 단계;폴리이미드 필름으로 구성된 상기 백킹부에 액상 폴리이미드를 스핀 코팅 후 소프트 베이킹하는 단계; 및상기 PDMS 스탬프로 떼어낸 상기 단결정 실리콘 박막층을 소프트 베이킹이 끝난 상기 백킹부에 전사하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제15항에 있어서,상기 소프트 베이킹은 100110℃에서 30 내지 50초로 경화가 이루어지며,상기 하드 베이킹은 195205℃에서 2시간 경화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 패터닝단계는, 상기 단결정 실리콘 박막층에 포토리소그래피 공정을 적용하는 단계; 및반응성 이온 식각 공정을 사용하여 상기 단결정 실리콘 박막층을 지그재그 형상 또는 서펜타인(Serpentine) 형상으로 건식 식각하여 상기 스트레인 게이지를 형성하는 단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 배선단계에서 금속막은, 구리, 알루미늄, 금, 은 중 적어도 어느 하나를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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제8항에 있어서,상기 봉지부 설치단계는, 상기 스트레인 게이지와 상기 배선부를 감싸며 상기 백킹부의 상측에 에폭시를 설치하는 단계; 및포토리소그래피 공정을 통해 상기 배선부의 상측에 적층된 에폭시를 봉지부의 형상으로 가공하며, 상기 배선부의 일부를 노출시키는 단계;를 포함하는 스트레인 센서의 제조방법.

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전극조립체의 외측을 감싸는 케이스; 및상기 케이스의 외측에 접착되어 상기 케이스의 변형을 측정하는 스트레인 센서;를 포함하며,상기 스트레인 센서는, 상기 케이스의 외측에 부착되는 백킹부;상기 백킹부에 설치되며 단결정 실리콘으로 이루어지는 스트레인 게이지;상기 스트레인 게이지와 함께 상기 백킹부에 적층되며, 상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되는 배선부; 및상기 배선부의 일부를 제외하고, 상기 스트레인 게이지와 상기 배선부를 감싸며 상기 백킹부에 고정되는 봉지부;를 포함하는 스트레인 센서가 장착된 이차전지.