자원고갈 및 환경오염의 우려가 있는 화석연료를 대체할 차세대 연료로 수소가스가 크게 각광받고 있다. 고압용 스트레인 게이지는 수소가스를 주로 사용하는 연료전지자동차 부문에서 수소가스의 적재현황을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 압력센서 시스템을 구성하는데 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 고압용 초박형 실리콘 스트레인 게이지를 안정적으로 제조하기 위해 ...
자원고갈 및 환경오염의 우려가 있는 화석연료를 대체할 차세대 연료로 수소가스가 크게 각광받고 있다. 고압용 스트레인 게이지는 수소가스를 주로 사용하는 연료전지자동차 부문에서 수소가스의 적재현황을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 압력센서 시스템을 구성하는데 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 고압용 초박형 실리콘 스트레인 게이지를 안정적으로 제조하기 위해 silicon on insulator (SOI) wafer를 사용하였고, 기존 건식 식각/Si micromachining에 의존하던 제조공정에서 벗어나 습식 식각공정을 더하여 surface Si micromachining을 기반으로 하는 새로운 제조공정을 확립하였다. 그리고 실리콘 습식식각에 사용되는 buffered oxide etchant (BOE, NH4F:HF = 6:1) 의 온도에 따른 식각속도 변화 및 첨가제에 따른 BOE 용액의 접촉각 변화를 contact angle analyzer를 이용한 측정 및 각 용액을 이용한 실리콘 스트레인 게이지 분리 실험을 진행하였다. BOE 용액의 온도가 증가할수록 식각속도는 증가함을 확인할 수 있었고, 식각속도의 증분 또한 증가함을 확인할 수 있었다. 하지만 공정 후 분리된 실리콘 스트레인 게이지의 상태가 악화된 것을 확인할 수 있었으며, 문제를 해결하기 위해 계면활성제인 octylamine (OA, C8H19N), octyl alcohol (OCT, CH3(CH2)7CH)을 BOE용액에 첨가하였다. 그 결과, OA를 첨가하였을 때 BOE 용액의 접촉각이 기존보다 60% 감소하였고, Si/SiO2의 에칭 선택비가 증가하여 이로 인해 실리콘 스트레인 게이지의 표면 상태가 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다. 그리고 OCT를 BOE 용액에 첨가하였을 경우, 접촉각은 그대로 유지되면서 OA에 의한 발포 현상이 억제되었다. 그 결과 온전한 형태의 실리콘 스트레인 게이지를 분리할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 OA, OCT를 첨가한 BOE 용액을 이용하여 1.2 × 0.5 × 0.020 ㎣의 크기를 가진 실리콘 스트레인 게이지를 성공적으로 분리하였다. 최종 실리콘 스트레인 게이지의 패턴 및 단면도는 field effect scanning electron microscope (FE-SEM)로 촬영되었다. 분리된 실리콘 스트레인 게이지들은 glass-frit 공정을 이용하여 압력센서 다이어프램에 일렬로 부착되었다. 최종적으로 유압 시스템을 이용하여 부착된 실리콘 스트레인 게이지들의 hysteresis, non-linearity, rate of resistance change, thermal coefficient of resistance (TCR) 및 sensitivity를 측정, 분석하였다.
자원고갈 및 환경오염의 우려가 있는 화석연료를 대체할 차세대 연료로 수소가스가 크게 각광받고 있다. 고압용 스트레인 게이지는 수소가스를 주로 사용하는 연료전지자동차 부문에서 수소가스의 적재현황을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 압력센서 시스템을 구성하는데 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 고압용 초박형 실리콘 스트레인 게이지를 안정적으로 제조하기 위해 silicon on insulator (SOI) wafer를 사용하였고, 기존 건식 식각/Si micromachining에 의존하던 제조공정에서 벗어나 습식 식각공정을 더하여 surface Si micromachining을 기반으로 하는 새로운 제조공정을 확립하였다. 그리고 실리콘 습식식각에 사용되는 buffered oxide etchant (BOE, NH4F:HF = 6:1) 의 온도에 따른 식각속도 변화 및 첨가제에 따른 BOE 용액의 접촉각 변화를 contact angle analyzer를 이용한 측정 및 각 용액을 이용한 실리콘 스트레인 게이지 분리 실험을 진행하였다. BOE 용액의 온도가 증가할수록 식각속도는 증가함을 확인할 수 있었고, 식각속도의 증분 또한 증가함을 확인할 수 있었다. 하지만 공정 후 분리된 실리콘 스트레인 게이지의 상태가 악화된 것을 확인할 수 있었으며, 문제를 해결하기 위해 계면활성제인 octylamine (OA, C8H19N), octyl alcohol (OCT, CH3(CH2)7CH)을 BOE용액에 첨가하였다. 그 결과, OA를 첨가하였을 때 BOE 용액의 접촉각이 기존보다 60% 감소하였고, Si/SiO2의 에칭 선택비가 증가하여 이로 인해 실리콘 스트레인 게이지의 표면 상태가 크게 개선된 것을 확인할 수 있었다. 그리고 OCT를 BOE 용액에 첨가하였을 경우, 접촉각은 그대로 유지되면서 OA에 의한 발포 현상이 억제되었다. 그 결과 온전한 형태의 실리콘 스트레인 게이지를 분리할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 OA, OCT를 첨가한 BOE 용액을 이용하여 1.2 × 0.5 × 0.020 ㎣의 크기를 가진 실리콘 스트레인 게이지를 성공적으로 분리하였다. 최종 실리콘 스트레인 게이지의 패턴 및 단면도는 field effect scanning electron microscope (FE-SEM)로 촬영되었다. 분리된 실리콘 스트레인 게이지들은 glass-frit 공정을 이용하여 압력센서 다이어프램에 일렬로 부착되었다. 최종적으로 유압 시스템을 이용하여 부착된 실리콘 스트레인 게이지들의 hysteresis, non-linearity, rate of resistance change, thermal coefficient of resistance (TCR) 및 sensitivity를 측정, 분석하였다.
Hydrogen gas is widely considered as a promising fuel to replace fossil fules which are concerned with resource depletion and environment pollution. Strain gauges used for high pressure are an essential element in constructing a pressure sensor system that can continuously monitor the loading status...
Hydrogen gas is widely considered as a promising fuel to replace fossil fules which are concerned with resource depletion and environment pollution. Strain gauges used for high pressure are an essential element in constructing a pressure sensor system that can continuously monitor the loading status of hydrogen gas in the field of fuel cell vehicle (FCV) which mainly uses hydrogen gas. In this study, silicon on insulator (SOI) wafers were used to fabricate high-pressure ultra-thin strain gauges stably. And a new etching process based on surface micromachining and wet etching process is established by adjusting the conventional fabrication process that is based on dry etching and bulk micromachining. The, the etch rate and wetting angle of BOE solution in accordance with the temperature of buffered oxide etchant (BOE, NH4F:HF = 6:1) used for wet etching process are measured by contact angle analyzer. In addition, gauge releasing of each solution is carried out. As the temperature of BOE solution increased, etching rate and increment of etching rate increased as well. However, it is confirmed that the surface of released gauge is degraded after wet etching process. To solve this problem, octylamine and octylalcohol surfactant are added to BOE solution. As a result of this, it is found that addition of octylamine reduced the wetting angle of BOE solution by 60% and the Si/SiO2 selectivity increased, thereby improving the surface condition of the gauge. When octyl alcohol is added, wetting angle of BOE solution is not changed and foaming is inhibited by octylamine. Accordingly, strain gauges are released in intact form. Strain gauges with dimensions of 1.2 × 0.5 × 0.020 ㎣ are released successfully by using BOE solution containing octylamine and octyl alcohol. The pattern and cross-senction of released strain gauge are photographed with field effect scanning electron microscope (FE-SEM). And, released strain gauges are attached in line to the diaphragm by glass-frit bonding process. Finally, the hysteresis, non-linearity, rate of resistance change, thermal coefficient of resistance (TCR) and sensitivity of attached strain gauges are analyzed using a hydraulic system consisting of hydraulic pressure geneartor, pressure gauge, chamber, multimeter, data processing PC.
Hydrogen gas is widely considered as a promising fuel to replace fossil fules which are concerned with resource depletion and environment pollution. Strain gauges used for high pressure are an essential element in constructing a pressure sensor system that can continuously monitor the loading status of hydrogen gas in the field of fuel cell vehicle (FCV) which mainly uses hydrogen gas. In this study, silicon on insulator (SOI) wafers were used to fabricate high-pressure ultra-thin strain gauges stably. And a new etching process based on surface micromachining and wet etching process is established by adjusting the conventional fabrication process that is based on dry etching and bulk micromachining. The, the etch rate and wetting angle of BOE solution in accordance with the temperature of buffered oxide etchant (BOE, NH4F:HF = 6:1) used for wet etching process are measured by contact angle analyzer. In addition, gauge releasing of each solution is carried out. As the temperature of BOE solution increased, etching rate and increment of etching rate increased as well. However, it is confirmed that the surface of released gauge is degraded after wet etching process. To solve this problem, octylamine and octylalcohol surfactant are added to BOE solution. As a result of this, it is found that addition of octylamine reduced the wetting angle of BOE solution by 60% and the Si/SiO2 selectivity increased, thereby improving the surface condition of the gauge. When octyl alcohol is added, wetting angle of BOE solution is not changed and foaming is inhibited by octylamine. Accordingly, strain gauges are released in intact form. Strain gauges with dimensions of 1.2 × 0.5 × 0.020 ㎣ are released successfully by using BOE solution containing octylamine and octyl alcohol. The pattern and cross-senction of released strain gauge are photographed with field effect scanning electron microscope (FE-SEM). And, released strain gauges are attached in line to the diaphragm by glass-frit bonding process. Finally, the hysteresis, non-linearity, rate of resistance change, thermal coefficient of resistance (TCR) and sensitivity of attached strain gauges are analyzed using a hydraulic system consisting of hydraulic pressure geneartor, pressure gauge, chamber, multimeter, data processing PC.
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