선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 고성능 미세 전극 형성이 가능한 최대 패터닝 속도의 토출을 통한 정전기력 미세전극 패터닝 시스템의 생산 효율적 측면을 고찰하고자 한다. 패터닝 속도에 따른 정전기력 미세 전극 패터닝 실험은 고정 변수를 노즐압력 0.
- 구현된 패턴에 대한 저항측정을 통해 10µm 급 미세전극 성능에 대한 고찰을 하고자 하였다.
- 본 논문에서는 50µm급 패터닝 헤드를 장착한 정전기력 미세전극 패터닝(EHD micro electrode patterning) 시스템을 이용한 공정 실험을 통해 고성능 미세전극 패턴을 구현하고자 하였다.
- 인가전압과 패터닝 속도 고정 조건에서 노즐 압력에 따른 미세 전극 패턴 선폭 변화를 통해 10µm급 선폭 구현 방법을 고찰하고자 한다.
- 전압에 따른 정전기력 토출 실험을 통해 stable jet mode의 전압 범위를 분석하고자 하였다. Stable jet mode가 확보되면 패터닝 속도와 노즐압력 공정 조건의 적용이 유리하기 때문이다.
가설 설정
- 2(a) DOD(drop on demand) 모드와 Fig. 2(b) 연속 토출(continuous jetting) 모드로 구분된다. 두 토출 모드는 초기 메니스커스 형성 과정, 인가전압의 형태 그리고 패터닝되는 형태로 구별된다.
제안 방법
- 5(a) dripping mode, (b) stable jet mode, (c) multi jet mode로 보여지며, Fig. 5(b) stable jet mode를 통해 미세전극 패터닝 공정을 진행하였다.
- 10µm급 고성능 미세전극 패턴의 구현을 위해 Ag 입자 함량 75wt%, 점도 1000cps의 고함량/고점도 전도성 잉크를 사용하였으며, 전압, 압력, 속도 등의 공정변수에 따른 고점도 전도성 잉크의 정전기력 토출 과정 분석을 통하여 미세전극 패턴 구현에 최적화된 정전기력 공정조건을 찾을 수 있었다.
- 10µm급의 미세전극 패턴의 반복정밀도를 확보하기 위해 정전기력 패터닝 헤드의 잉크 토출 모드를 분석하여, 노즐 오리피스에서 형성되는 테일러 콘 젯이 항상 안정화된 stable jet mode 상태에서 공정 실험을 진행하였다.
- 고성능 미세전극 패턴 구현을 위해 정전기력 미세전극 패터닝 시스템과 정전기력 패터닝 헤드로 구분하여 실험 장치를 구성하였다. 정밀도 높은 미세전극 패턴 실험을 위해 정전기력 미세전극 패터닝 시스템 스테이지의 위치 및 반복 정밀도 확보를 위한 설계를 적용하였다.
- 고성능 미세전극 패턴의 구현을 위해서 인가전압, 패터닝 속도, 노즐압력으로 3가지 공정 변수 조건을 설정하고 동일 조건의 패턴을 20회 반복 · 측정하여 분석 결과를 얻었다.
- 고점도 잉크 특성의 기술적 요소인 점도, 표면장력, 건조특성, 캐리어의 종류는 잉크의 조성과 선택에 따라 고려되어야 할 사양이다. 고점도 전도성 잉크의 액적 토출의 특성은 인가 전압과 노즐 압력 변수에 따라 제어 가능하며, 안정된 테일러 콘 젯 형상의 유지를 위해 고전압 발생장치 제어와 공압 챔버의 압력 제어로 미세전극 패턴의 선폭과 균일도를 제어하였다.
- 그리고 헤드의 정밀 제어를 위한 통합 제어 모듈을 구축하고, 개발된 다양한 정전기력 패터닝 헤드를 적용할 수 있도록 시스템을 구축하였다. 고점도 전도성 잉크의 적용을 위해 헤드의 구조 설계를 단순화 하였으며, 마이크로 용액 공급장치와 공압제어장치를 연동하여 잉크의 메니스커스(meniscus)를 제어하였다.
- 정밀도 높은 미세전극 패턴 실험을 위해 정전기력 미세전극 패터닝 시스템 스테이지의 위치 및 반복 정밀도 확보를 위한 설계를 적용하였다. 그리고 헤드의 정밀 제어를 위한 통합 제어 모듈을 구축하고, 개발된 다양한 정전기력 패터닝 헤드를 적용할 수 있도록 시스템을 구축하였다. 고점도 전도성 잉크의 적용을 위해 헤드의 구조 설계를 단순화 하였으며, 마이크로 용액 공급장치와 공압제어장치를 연동하여 잉크의 메니스커스(meniscus)를 제어하였다.
- 인가전압과 패터닝 속도 고정 조건에서 노즐 압력에 따른 미세 전극 패턴 선폭 변화를 통해 10µm급 선폭 구현 방법을 고찰하고자 한다. 노즐압력에 따른 정전기력 미세 전극 패터닝 실험은 고정 변수를 패터닝 속도 25mm/sec, 인가전압 1.6kV로 설정하여 진행하였다. 패터닝 속도와 인가전압에 따른 미세 전극 패터닝 실험 결과 인가전압이 1.
- 고성능 미세전극 패턴의 구현을 위해서 인가전압, 패터닝 속도, 노즐압력으로 3가지 공정 변수 조건을 설정하고 동일 조건의 패턴을 20회 반복 · 측정하여 분석 결과를 얻었다. 미세전극 패턴의 선폭에 대한 표준편차와 평균 선폭을 산출하여 stable jet mode에서의 선폭에 대한 선형적 분석에 적용하였다.
- 미세패턴의 전극으로써 성능 고찰을 위해 10mm 구간에서의 선저항을 측정하였으며, 선폭 11.3µm에서 612mΩ의 저항치를 갖는 전극을 구현할 수 있었다.
- 정전기력 헤드의 노즐 오리피스 끝 단에 맺힌 잉크 메니스커스 양에 따라, 같은 변수 조건에서도 패터닝되는 미세 전극의 선폭이 달라진다. 본 논문에서는 공압 제어 장치를 통해 노즐 압력 제어하여 초기 메니스커스를 제어하였다.
- 1kPa로 설정하여 진행하였다. 인가전압 1.6kV, 1.7kV, 1.8kV에 따라 패터닝 속도를 25mm/sec에서 25mm/sec씩 증가시켜서 이송 스테이지 한계점인150mm/sec까지 실험을 진행하였다. 패터닝 결과 미세 전극 선폭은 패터닝 속도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하였으며, 인가 전압 1.
- 인가전압 제어, 패터닝 속도 제어, 노즐 압력 제어를 통해 선형적으로 패턴 선폭을 결정할 수 있는 최적화된 정전기력 토출 공정 조건을 도출하여, 10µm급 고성능 미세전극 패턴을 구현하였다.
- 인가전압에 따른 정전기력 미세 전극 패터닝 실험은 고정 변수를 노즐압력 0.1kPa, 헤드 이송 속도 25mm/sec로 설정하여 진행하였다. 전도성 잉크 토출 시작점의 인가전압은 1.
- 4의 그래프와 같이 나타난다. 인가전압에 미세전극 패턴의 선폭에 따라 Fig. 4에서와같이 3가지 토출 모드로 분석하였다. Dripping mode는 인가 전압 1.
- 공압 제어기와 잉크 유량 제어기는 정전기력 패터닝 헤드 노즐 끝 단의 초기 메니스커스를 제어하는 역할을 한다. 잉크 챔버 내의 잉크량을 일정하게 유지하기 위해 수위센서를 사용하였으며, 잉크 특성 변화를 방지하기 위해 챔버 냉각장치를 추가하여 5~10℃를 유지하도록 제작하였다. 챔버 내부의 잉크량이 감소하면 용액 공급 장치를 통해 잉크를 공급하게 되며, 공압 제어기를 통해 일정한 내부압력을 유지하게 된다.
- 1kPa, 헤드 이송 속도 25mm/sec로 설정하여 진행하였다. 전도성 잉크 토출 시작점의 인가전압은 1.1kV였고, 1.1kV에서 0.1kV씩 3.0kV까지 증가시키면서 패터닝을 진행하였다. 인가전압3.
- 고성능 미세전극 패턴 구현을 위해 정전기력 미세전극 패터닝 시스템과 정전기력 패터닝 헤드로 구분하여 실험 장치를 구성하였다. 정밀도 높은 미세전극 패턴 실험을 위해 정전기력 미세전극 패터닝 시스템 스테이지의 위치 및 반복 정밀도 확보를 위한 설계를 적용하였다. 그리고 헤드의 정밀 제어를 위한 통합 제어 모듈을 구축하고, 개발된 다양한 정전기력 패터닝 헤드를 적용할 수 있도록 시스템을 구축하였다.
- 정전기력 미세 전극 패턴의 성능과 10µm급 선폭 확보를 위해 인가전압, 노즐압력, 헤드이송속도 제어하는 실험을 진행하였으며, 모든 실험에 적용한 동일한 변수 조건은 잉크 공급 유량 10µl/hr, 노즐과 기판 간격 500µm이다.
- 고성능 미세 전극 형성이 가능한 최대 패터닝 속도의 토출을 통한 정전기력 미세전극 패터닝 시스템의 생산 효율적 측면을 고찰하고자 한다. 패터닝 속도에 따른 정전기력 미세 전극 패터닝 실험은 고정 변수를 노즐압력 0.1kPa로 설정하여 진행하였다. 인가전압 1.
- 6kV로 설정하여 진행하였다. 패터닝 속도와 인가전압에 따른 미세 전극 패터닝 실험 결과 인가전압이 1.6kV일 때, 가장 안정적인 메니스커스 형상과 테일러 콘 젯 형태를 확인하였으며, 두 변수 조건을 고정한 상태에서 노즐 압력 변화에 따른 미세전극 패턴을 구현하고자 하였다.
- 패터닝 헤드의 노즐은 정밀 드릴 가공을 통해 50µm 홀 가공을 하였으며, 홀 가공 후 내부 표면의 버 제거를 위해 마이크로 방전가공을 추가하여 표면을 처리하였다.
대상 데이터
- 정밀한 미세 전극 패턴을 구현하기 위해 Fig. 3(a)와 같은 미세 노즐 오리피스를 갖는 85Cu-15Zn 황동재질의 싱글 cone 타입 헤드를 제작하여 사용하였다. 패터닝 헤드의 노즐은 정밀 드릴 가공을 통해 50µm 홀 가공을 하였으며, 홀 가공 후 내부 표면의 버 제거를 위해 마이크로 방전가공을 추가하여 표면을 처리하였다.
- 1과 같은 모듈 단위의 시스템으로 구성된다. 공정변수 최적 제어를 위한 주요 모듈은 잉크 유량 제어기(ink flow controller), 공압 제어기(air controller), 고전압 제어기(high voltage controller)와 정전기력 패터닝 헤드(EHD head), 2축 정밀 이송 장치(2-axis stage), 고속카메라(high speed camera), 공정 제어 시스템(main control system)으로 구성되었다. 공압 제어기는 필터를 통과시킨 드라이 에어를 주입하여, 차압발생기(vacuum ejector)와 정압레귤레이터(air regulator) 사이에서 솔레노이드 밸브를 통해 제어된다.
데이터처리
- 인가전압에 따른 미세전극 선폭 측정데이터의 예측 분석을 위해 1차 선형 회귀 분석법을 적용하였으며, Fig. 4의 선형 그래프로 나타내었다. 1차 선형 회귀 분석 식의 상수 항과 1차 선형 계수는 Table 1와 같다.
- 패터닝 속도에 따른 미세 전극 패터닝 선폭 결과에 대한 예측 분석을 위해 1차 선형 회귀 분석을 하였으며, 각각의 인가전압 조건 별로 Fig. 6에 선형 그래프로 나타내었다. 1.
이론/모형
- 구현된 미세전극 패턴의 성능 고찰을 위해 4-point 프로브 시스템을 이용한 선저항을 측정하였다. 4-point 프로브 시스템의 선저항 측정 모드를 통해 패턴을 10회 반복 측정하여 평균치를 산출하였으며, 프로브의 탐침폭인 10mm에 대한 측정저항 값임을 알 수 있다.
성능/효과
- 1.6kV 인가전압 조건에서의 노즐 압력에 따른 미세전극 패턴의 선폭 변화는 압력이 0.1 kPa씩 감소함에 따라 초기 선폭 33.24 µm에서 약 9.94%씩 감소함을 확인할 수 있었다.
- 6에 선형 그래프로 나타내었다. 1.8kV, 1.7kV, 1.6kV 전압 조건 별 패터닝 속도에 따른 미세 전극 패턴의 선폭은 공통적으로 속도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하였다. 정전기력 미세 전극 패턴 선폭 변화에 대한1차 선형 회귀 분석 식의 상수 항과 1차 선형 계수는 Table 2와 같다.
- 1000cps고점도 잉크 사용 조건에서 Fig. 8의 결과와 같은 최적화된 정밀 미세전극 패턴 구현을 위해서는 정전기력에 의한 테일러 콘 젯 형상이 안정한 stable jet mode가 되어야 한다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 미세전극 선폭의 선형적 변화를 적용할 수 있는 구간은 stable jet mode상태 임을 확인하였으며, 본 실험의 stable jet mode의 전압 범위는 1.
- 정전기력 액적의 토출 모드는 노즐 오리피스 끝 단에 형성되는 힘에 따라 유체에 인가된 전압이 거의 없는 액적의 토출 상태인 micro dripping mode, 인가된 전압에 의해 테일러 콘 젯이 형성되는 상태인 stable jet mode, 토출 전압이 증가하여 테일러 콘이 불안정한 상태인 ramified-jet mode와 multi jet mode로 구분된다.11 고점도 전도성 잉크 패터닝 기술을 이용한 고성능 미세전극의 구현을 위해 dripping mode와 stable jet mode, multi jet mode를 분석하였고, 안정된 메니스커스 형성을 위해 stable jet mode를 유지하는 것이 필요함을 보였다.
- 구현된 미세전극 패턴의 성능 고찰을 위해 4-point 프로브 시스템을 이용한 선저항을 측정하였다. 4-point 프로브 시스템의 선저항 측정 모드를 통해 패턴을 10회 반복 측정하여 평균치를 산출하였으며, 프로브의 탐침폭인 10mm에 대한 측정저항 값임을 알 수 있다. 미세전극 패턴의 선폭에 따른 평균 저항값은 Fig.
- 고점도 전도성 잉크 토출을 통해 기존 잉크젯에서 적용할 수 없었던 Ag 나노 파티클 75wt% 이상의 고함량·고전도성 패턴을 구현할 수 있었다.
- 정전기력 미세 전극 패터닝용의 고점도 전도성 잉크는 Ag 나노 파티클 함량 75wt%, 점도 1000cP의 특성을 가지며, 전도도는 5 µΩ·cm 이다. 기존 잉크젯 프린팅 기술에서 패턴 가능한 용액 점도는 50cps 미만이지만, 정전기력 패터닝 헤드에서는 300cps 이상의 고점도 잉크를 적용할 수 있었다. 고점도 전도성 잉크 토출을 통해 기존 잉크젯에서 적용할 수 없었던 Ag 나노 파티클 75wt% 이상의 고함량·고전도성 패턴을 구현할 수 있었다.
- 8의 결과와 같은 최적화된 정밀 미세전극 패턴 구현을 위해서는 정전기력에 의한 테일러 콘 젯 형상이 안정한 stable jet mode가 되어야 한다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 미세전극 선폭의 선형적 변화를 적용할 수 있는 구간은 stable jet mode상태 임을 확인하였으며, 본 실험의 stable jet mode의 전압 범위는 1.4~1.8kV 구간이였다. 특히 미세전극 패턴 선폭 결과에 대한 1차 선형 회귀 분석을 통해1.
- 8과 같이 보여준다. 인가 전압을 1.6kV, 패터닝 속도를 25mm/sec에서 노즐 압력의 변화를 통해 최적 공정 조건을 설정할 수 있었다. 고성능의 미세 전극 패턴은 50µm부터 10µm까지 형성할 수 있었으며, 각각의 변수 조건에 따른 선형적인 변화를 보여주었다.
- 정전기력 기반의 패터닝 시스템에서 공정 변수 별 실험을 통한 1000cps의 고점도 전도성 잉크를 토출하여 고성능 미세 전극 패터닝이 가능함을 보였다. 50µm 직경의 노즐 오리피스를 갖는Cone 형태의 정전기력 패터닝 헤드를 사용하여 11.
- 최적화된 정전기력 공정조건을 적용하여 안정된 연속토출 모드에서 미세전극 선폭을 선형적으로 조절할 수 있었고, 10µm급의 미세전극 패턴을 구현할 수 있었다.
- 8kV 구간이였다. 특히 미세전극 패턴 선폭 결과에 대한 1차 선형 회귀 분석을 통해1.6kV에서 패터닝 속도가 25mm/sec씩 증가함에 따라 선폭은 약 11%씩 감소하였고, 노즐 압력이 0.1 kPa씩 감소함에 따라 선폭은 약 9.94%씩 감소함을 보였다.
- 패터닝 결과 미세 전극 선폭은 패터닝 속도가 증가함에 따라 선형적으로 감소하였으며, 인가 전압 1.6kV, 150mm/sec일 때 미세 전극 선폭을 33.27µm까지 구현하였다.
- 패터닝 속도가25mm/sec씩 증가함에 따라 1.8kV조건에서는 선폭56.65µm에서 약 12%씩 감소 하였으며, 1.7kV와1.6kV조건에서는 각각의 선폭 54.76µm, 52.04µm에서 약 11%씩 감소함을 확인할 수 있었다.
- Multi jet mode는 선폭 50µm 이상부터 나타나는 현상으로 정전기력 에너지에 의한 잉크의 토출량이 증가하면서 테일러 콘 젯이 형성되지 않고 넓게 분무되는 현상이다. 평균 선폭은 선형적으로 증가하지만 미세전극 패터닝에는 적합하지 않고 토출이 안정화 되지 않아 선폭의 오차가 증가하였다. 전압에 따른 정전기력 액적 토출현상은 Fig.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.