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[국내논문] Aerosol을 이용한 Direct-Write 시스템에서 침착된 입자의 형상예측 모델에 관한 연구
DEVELOPMENT OF PREDICTION MODEL OF THE SHAPE OF DEPOSITED PARTICLES APPLIED FOR AEROSOL BASED DIRECT-WRITE TECHNOLOGY 원문보기

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.13 no.1 = no.40, 2008년, pp.1 - 6  

박준정 (서울시립대학교 대학원 기계정보공학과) ,  백성구 (삼성전자(주) 생산기술연구소) ,  리광훈 (서울시립대학교 기계정보공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Direct Write Technologies are being utilized in various industrial fields such as antennas, engineered structures, sensors and tissue engineering. With Direct Write Technologies, producing features have the mesoscale range, from 1 to 100 microns. One form of the Direct Write Technologies is based on...

Keyword

#다이렉트 라이트 테크놀로지   #선폭   #선두께   #예측 모델   #입자  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 레이저를 이용하게 되면 에어로졸을 이용한 Direct-Write Technology보다 고해상도의 부품을 생산할 수 있으나 현재까지 산업현장에서 사용되고 있지는 않다[4]. 따라서 본 연구에서는 산업현장에서 이용 중인 에어로졸을 이용한 Direct-Write Technology를 해석대상으로 선정하여 전산해석을 수행하였으며 해석된 결과를 토대로 침착된 Droplet의 형상을 예측하는 방법에 관한 방법론적인 연구를 수행하였다.
  • 그러나 이처럼 다양한 장점을 지닌 에어로졸을 이용한 Direct-Write Technology를 산업현장에 적용하기 위해서는 보다 정밀한 공정이 필요하며 정밀한 공정을 위해서는 droplet이 침착된 형태를 예측하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 침착된 Droplet의 2차원 단면형상을 예측하는 방법론을 개발하였고, 개발된 방법론의 타당성을 검증하기 위하여 실험결과에 나타난 선폭(line-width)과 선두께(line-thickness)를 비교하여 본 연구에서 개발된 방법론의 타당성에 관해 살펴보았다.
  • 그러나 이러한 방정식을 통한 해석은 에어로졸 입자들의 궤적이나 크기에 관한 정보는 알 수 있으나 실제로 필요한 정보인 최종적으로 기판에 쌓인 선폭 및 단면의 모양은 알 수 없다. 따라서 본 연구에서는 이렇게 얻어진 droplet의 정보를 토대로 최종적으로 기판에 쌓인 선폭 및 단면의 모양 등을 예측하였다.
  • Droplet이 쌓이는 형태 및 선폭을 확인하기 위해서는 우선 유동장 해석 및 droplet의 궤적이 계산되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기본적인 유동장 해석 및 입자의 방정식을 통해 Droplet이 침착되는 위치에 관해 알아보았다.
  • 본 연구에서는 개발된 형상예측 모델의 타당성을 검증하기 위해 우선 3~9μm사이의 입자를 1μm단위로 균일하게 분포시킨 상태로 해석을 수행하였고 기판과 노즐간의 간격은 1mm~6mm로 변경시키면서 전산해석을 수행하여 droplet이 침착되는 위치에 관해 알아보았다. Fig.
  • 6으로부터 확인할 수 있다. 본 연구에서는 위의 정보를 토대로 형상예측 모델을 이용하여 기판에 쌓이는 선폭 및 단면의 형상에 관해 알아보았다.
  • 본 연구에서는 이송되는 기판에 침착되는 droplet이 형성하는 형상을 예측할 수 있는 방법론을 개발하였다. 상용유체해석 프로그램인 CFD-ACE를 이용하여 Aerosol-jet 내부의 유동장을 축대칭 2차원으로 해석하고 유동장을 기준으로 Lagrangian 관점에서 유도된 입자방정식을 이용하여 droplet의 궤적 및 침착된 위치정보를 얻어냈다.

가설 설정

  • 2와 같이 반구 형태로 변한다고 가정할 수 있다. 그러나 침착된 입자의 형태를 정확한 반구로는 볼 수 없기 때문에 본 연구에서는 단면의 모양을 타원으로 가정하였고 타원의 장축 및 단축(r1,r2)을 침착되기 전 입자의 직경의 함수로 표시하면 식 (2)와 같이 표시할 수 있다. 본 연구에서 적용한 장축과 단축의 길이인 r1과 r2는 각각 입자의 직경에 비례하는 함수로서 나타내었으며 각각의 수치는 실험값 및 식 (2)에 나타낸 관계식을 통해 선정하였고 그 값은 각각 r1=0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MEMS공정에서 주로 사용되는 공정은 무엇인가? 현재 MEMS공정에서 후막(thick film)공정과 박막(thin film)공정이 주로 사용되고 있다. 그러나 후막공정은 100mm이하의 공정에서는 적용하기 힘들며, 박막공정은 공정과정이 복잡하고 생산단가가 높다는 단점을 지닌다[1].
Direct-Write Technology의 방법은 무엇이 있는가? Direct-Write Technology에는 에어로졸(aerosol)을 이용하는 방법과 레이저(laser)를 이용하는 방법이 있다. 레이저를 이용하게 되면 에어로졸을 이용한 Direct-Write Technology보다 고해상도의 부품을 생산할 수 있으나 현재까지 산업현장에서 사용되고 있지는 않다[4].
MEMS공정으로 사용되는 후막공정과 박막공정의 단점은 무엇이 있는가? 현재 MEMS공정에서 후막(thick film)공정과 박막(thin film)공정이 주로 사용되고 있다. 그러나 후막공정은 100mm이하의 공정에서는 적용하기 힘들며, 박막공정은 공정과정이 복잡하고 생산단가가 높다는 단점을 지닌다[1]. 따라서 최근에는 박막공정보다는 생산단가가 저렴하며 후막공정보다는 더 정밀하게 가공할 수 있는 방법인 Direct-Write Technology(DWT)가 주목받고 있다[2,3].
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참고문헌 (7)

  1. Michael, J.R., Bruce H.K. and Marcelino E., "Masklees deposition technology targets passive embedded components." 

  2. 2004, Valery, M., "Electrical resistance of laser sintered Direct-Write deposited materials for microelectronic applications," International Microelectronics and packaging society, Vol.1, pp.261-268 

    상세보기 crossref

  3. 2002, Marquez, G.J., Renn, M.J. and Miller, W.D., "Aerosol-Based Direct-Write of biological materials for biomedical applications," Material research symposium proceedings, pp.343-349 

  4. 2000, Odde, D.J. and Renn, M.J., "Lager-Guide Direct-Writing of living cells," Biotechnology and Bioengineering, pp.312-318 

  5. 2005, Martin, H., Mike, R. and Mike, K., "5th International Conference on Polymers and Adhesives in Microelectronics and Photonics," pp.53-57 

  6. 1980, Patankar, S.V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, New York McGraw-Hill 

  7. 1993, Berry, R.A., Gibeling, H,J. and DeJong, F.J., "Multidimensional Calculation of Two-Phase Flow in a Spray-Forming Nozzle Using Eulerian-Lagrangian Analysis," ASME Fluids Engineering Conf., Paper No.93-FE-1 

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