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마이크로 Groove에서 액적충돌에 대한 수치적 연구
A Numerical Study on Droplet Deposition in a Micro-Groove 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.33 no.10 = no.289, 2009년, pp.789 - 796  

이우림 (서강대학교 기계공학과) ,  서영호 (연세대학교 계산과학공학과) ,  손기헌 (서강대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Microdroplet deposition in a micro-groove is studied numerically. The droplet shape is determined by a level-set method which is improved by incorporating a sharp-interface modeling technique for accurately enforcing the matching conditions at the liquid-gas interface and the no-slip and contact ang...

주제어

#액적 충전   #잉크젯 프린팅   #레벨셋방법   #마이크로 라인  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 groove가 있는 기판에 액적의 충돌현상을 수치적으로 해석하였다. 계산에는 VOF방법에 비해 표면장력을 효과적으로 계산할 수 있는 레벨셋 방법을 바탕으로 상경계면 조건을 정확하게 적용할 수 있는 sharp-interface(11~14)모델링 기법과 격자점과 일치하지 않는 미세구조물 형상을 고려하는 수치기법을 결합하였다.
  • Khare 등(5)은 groove 내부에서 액적의 충전현상에 대해서 연구하였다. 삼각형, 직사각형 등 다양한 groove의 형상, 표면에너지 및 종횡비에 따라서 액적이 어떤 형태로 충전되는지에 대한 연구를 수행하였다. Hendriks 등(4)은 다양한 형태의 groove를 제작하여 미세라인을 제작하는 연구를 수행하였다.
  • 계산에는 VOF방법에 비해 표면장력을 효과적으로 계산할 수 있는 레벨셋 방법을 바탕으로 상경계면 조건을 정확하게 적용할 수 있는 sharp-interface(11~14)모델링 기법과 격자점과 일치하지 않는 미세구조물 형상을 고려하는 수치기법을 결합하였다. 이를 이용하여 액적과 마이크로 groove의 접촉각, 액적의 직경 및 액적의 충돌 속도의 변화에 따른 미세라인 형성에 관한 연구를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마이크로 groove에서 액적은 어떠한 요인에 따라 형상이 달라지는가? 마이크로 groove에서 액적은 접촉각 및 groove의 종횡비 등에 따라서 형상이 매우 다양하게 나타난다.(5) 따라서 전기회로의 groove 위에 미세하고 종횡비가 큰 라인을 정교하게 제작하기 위해서는 매우 짧은 시간에 일어나는 액적의 변형과 groove와의 상호작용 등의 복합현상에 대하여 이해하는 것이 필수적이다.
잉크젯 프린팅 기법은 어떠한 장점을 가지는가? 최근 이러한 단점을 극복하는 방법으로 기판 위에 직접 인쇄하는 프린팅 기법이 크게 각광받고 있는데 액적을 기판에 비접촉식으로 충돌시켜 미세배선을 형성하는 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 잉크젯 프린팅 기법은 기판 위에 직접 인쇄하기 때문에 공정이 적고, 소모되는 재료의 양도 줄어 친환경적이며 상대적으로 낮은 가격의 공정이 가능하기 때문에 수십μm의 패턴 공정이 필요한 PDP의 전극배선, TFT 소자 등의 가공에 효과적으로 사용되고 있다.(1)
기존의 포토리소그래피 방식이 가진 단점을 극복하는 방법으로 어떠한 기법이 각광받고 있는가? 기존의 포토리소그래피 방식은 10단계 이상의 긴 공정이 필요하며 재료의 소모와 폐기물 발생이 많고 공정시간이 오래 걸리며 가격이 많이 드는 단점이 있다. 최근 이러한 단점을 극복하는 방법으로 기판 위에 직접 인쇄하는 프린팅 기법이 크게 각광받고 있는데 액적을 기판에 비접촉식으로 충돌시켜 미세배선을 형성하는 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 잉크젯 프린팅 기법은 기판 위에 직접 인쇄하기 때문에 공정이 적고, 소모되는 재료의 양도 줄어 친환경적이며 상대적으로 낮은 가격의 공정이 가능하기 때문에 수십μm의 패턴 공정이 필요한 PDP의 전극배선, TFT 소자 등의 가공에 효과적으로 사용되고 있다.
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참고문헌 (15)

  1. de Gans, B. J., Duinveld, P. C. and Schubert, U. S., 2004, 'Inkjet Printing of Polymers: State of the Art and Future Developments,' Adv. Mater., Vol. 14, No. 3, pp. 203-213 

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  2. Narayan, K. S. and Rao, M., 2006, 'Electricfield- induced Steering of Conducting Polymer Dispersion in Microchannels,' Appied Phy. Letters, Vol. 88, 073506 

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  3. Gian, P. W., Shan, X., Liang, Y. N., Lok, B. K., Lu, C. W. and Ooi, B. L., 2008, 'High Aspect Pattern Formation by Integration of Micro Inkjetting and Electroless Plating,' Symp. on DTIP of MEMS & MOEMS 2008, pp. 162-167 

  4. Hendriks, C. E., Smith, P. J., Perelaer, J., van den Berg, M. J. and Schubert, U. S., 2008, ''Invisible' Silver Tracks Produced by Combining Hot- Embossing and Inkjet Printing,' Adv. Mater., Vol. 18, No. 7, pp. 1031-1038 

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  5. Khare, K., Herminghaus, S., Baret, J. C., Law, B. M., Brinkmann, M. and Seemann, R., 2007, 'Switching Liquid Morphologies on Linear Grooves,' Langmuir, Vol. 23, pp. 12997-13006 

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  6. Park, B. K., Lim, D., Jeong, S., Moon, J. and Kim, J. S., 2007, 'Direct Writing of Copper Conductive Patterns by Ink-jet Printing,' Thin Solid Films, Vol 515, pp. 7706-7711 

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  7. Stringer, J. and Derby, B., 2009, 'Limits to Feature Size and Resolution in Ink Jet Printing,' J. Eur. Ceram. Soc. , Vol. 29, pp. 913-918 

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  8. Khatavkar, V. V., Anderson, P. D., Duineveld, P. C. and Meijer, H. H. E., 2005, 'Diffuse Interface Modeling of Droplet Impact on a Pre-Patterned Solid Surface,' Macromol. Rapid Commu., Vol. 26, pp. 298-303 

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  9. Liou, T.-M., Chan, C.-Y., Fu, C.-C. and Shih, K.-C., 2008, 'Effects of Impact Inertia and Surface Chanracteristics on Deposited Polymer Droplets in Microvacities,' J. MEMS, Vol. 17, pp. 278-287 

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  10. Suh, Y. and Son, G., 2008, 'A Numerical Study on Patterning Process Including a Self-Alignment Technique of a Microdroplet,' Trans. KSME (B), Vol. 33, No. 1, pp. 28-37 

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  11. Fedkiw, R. P., Aslam, T., Merriman, B. and Osher, S., 1999, 'A Non-oscillatory Eulerian approach to Interfaces in Multimaterial Flows (th Ghost Fluid Method),' J. Comput. Phys., Vol. 152, pp. 457-492 

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  12. Marella, S., Krishnan, S., Liu, H. and Udaykumar, H. S., 2005, 'Sharp Interface Cartesian grid Method I: An Easily Implemented Technique for 3D Moving Boundary Computations,' J. Comput. Phys., Vol. 210, pp. 1-13 

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  13. Sussman, M., Smith, K. M., Hussainin, M. Y., Ohta, M. and Zhi-Wei, R., 2007, 'A Sharp Interface Method for Incompressible Two-phase Flows,' J. Comput. Phys., Vol. 221, pp. 469-505 

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  14. Son, G. and Dhir. V. K., 2007, 'A Level Set Method for Analysis of Film Boiling on an Immersed Solid Surface,' Numer. Heat Transfer B, Vol. 52, pp. 153-177 

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  15. Sussman, M., Smereka, P. and Osher, S., 1994, 'A Level Set Approach for Computing Solution to Incompressible Two-Phase Flow,' J. Comput. Phys., Vol. 114, pp. 146-159 

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