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구리박막 시험편의 인장시험
Tension Tests of Copper Thin Films 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.8, 2017년, pp.745 - 750  

박경조 (전남대학교 기계설계공학부) ,  김정엽 (전남대학교 기계설계공학부)

초록
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본 연구에서는 두께 $12{\mu}m$의 구리박막에 대한 인장시험을 수행하였으며, 변위 측정은 디지털이미지를 기반으로 한 디지털이미지상관법을 이용하였다. 일반적인 디지털이미지상관법에서 시험편 표면의 큰변형으로 인해 변형률계산에 큰 오차가 발생하는 문제점을 개선하여, 시험편 전영역에 걸쳐 정밀하게 변형률을 계산할 수 있었으며 직접 시험편의 표면에서 변형률을 정확하게 측정할 수 있었다. 계산된 시험편 표면의 변형률 분포는 일반적인 벌크소재의 시험편에서와는 달리 전체적으로 균일하지가 않고 그 변화폭이 매우 크며, 항복응력이하의 탄성범위에 있는 경우에도 변형률분포는 균일하지 않다. 이것은 구리박막의 전해증착 제조공정에서 발생한 시험편의 거칠기가 비교적 큰 영향을 준 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tension tests for copper thin films with thickness of $12{\mu}m$ were performed by using a digital image correlation method based on consecutive digital images. When calculating deformation using digital image correlation, a large deformation causes errors in the calculated result. In thi...

주제어

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문제 정의

  • 구리박막과 같이 파단시 변형률이 높은, 즉 연성이 높은 경우, 일반적인 DIC법에서는 시험편 표면의 변형으로 인해 변형률계산에 큰 오차를 유발하게 된다. 이에 본 연구에서는 상호상관계수를 기준으로 변위계산을 위한 기준이미지를 바꿈으로써 시험편 전영역에 걸쳐 정확하게 변형률을 계산할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
박막소재의 사용범위는? 박막소재(thin film materials)는 전자기기를 비롯한 다양한 제품에 사용되고 있으며 사용범위 또한 넓어지고 있다. 이와 같은 전자기기의 신뢰성 측면에 있어서 박막소재의 기계적 물성은 매우 중요하며, 박막의 기계적 물성이 벌크(bulk) 소재와는 다르다는 사실이 잘 알려져 있어, 박막소재의 기계적 특성에 대한 많은 연구가 수행되고 있다.
디지털이미지상관(digital image correlation, DIC)법이란? 지금까지 정전용량형변위계(capacitance type displacement gage)(9)나 광학적 측정법(5,10,11) 등의 다양한 비접촉식 측정법이 개발 · 사용되고 있다. 그중 대표적인 측정법의 하나는 디지털이미지상관(digital image correlation, DIC)법(8,11)으로 시험편의 변형 전 · 후 이미지에 대하여 디지털 이미지프로세싱(digital image processing)을 통해 변형을 계산하는 방법이다. 따라서 시험편 표면의 자체 질감(texture) 이미지 상태에 따라 계산결과의 정밀도가 결정된다.
DIC 법에 의한 변형률 계산시 시험편 표면의 자체 질감만으로 변위계산의 정밀도를 향상시키기가 어려워 무엇을 이용하여 이용하여 시험편 표면에 불규칙한 패턴(speckle pattern)을 만들어, DIC 법을 이용하여 변형률을 측정하였는가? 구리박막의 인장시험에서 시험편의 파단변형률이 약 20% 정도에 이를 정도로 커서, 저자들의 이전연구(8)에서는 DIC 법에 의한 변형률 계산시 시험편 표면의 자체 질감만으로 변위계산의 정밀도를 향상시키기가 어려웠다. 따라서, 잉크젯프린터를 이용하여 시험편 표면에 불규칙한 패턴(speckle pattern)을 만들어, DIC 법을 이용하여 변형률을 측정할 수 있었다. 그러나 이 방법은 작은 시험편에 패턴의 크기 및 간격을 충분히 작게 만들기가 어렵고, 시험편 전체의 변형률 분포를 정밀하게 관찰하는 것에 한계가 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Weihs, T. P., Hong, S., Bravman, J. C. and Nix, W. D., 1988, "Mechanical Deflection of Cantilever Microbeams: a New Technique for Testing the Mechanical Properties of Thin Films," J Mater Res, Vol. 3, pp. 931-942. 

  2. Schweitz, J. A., 1992, "Mechanical Characterization of Thin Films by Micromechanical Techniques," MRS Bull, XVII, pp. 34-45. 

  3. Bromley, E. I., Randall, J. N., Flanders, D. C. and Mountain, R. W., 1983, "A Technique for the Determination of Stress in Thin Films," J Vac Sci Technol B, Vol. 1, pp. 1364-1366. 

  4. Tsuchiya, T., Tabata, O., Sakata, J. and Taga, Y., 1998, "Specimen Size Effect on Tensile Strength of Surface Micromachined Polycrystalline Silicon Thin Films," J Microelectromech Syst, Vol. 7, pp. 106-113. 

  5. Sharpe, W. N., Yuan, B. and Edwards, R. L., 1997, "A New Technique for Measuring the Mechanical Properties of Thin Films," J Microelectromech Syst, Vol. 6, pp. 193-199. 

  6. Greek, S., Ericson, F., Johansson, S., Furtsch, M. and Rump, A., 1999, "Micro Characterization of Thick Polysilicon Films: Young's Modulus and Fracture Strength Evaluated with Microstructure," J Micromech Microeng, Vol. 9, pp. 245-251. 

  7. Park, J. H., An, J. H., Kim, Y. J., Huh, Y. H. and Lee, H. J., 2008, "Tensile and High Cycle Fatigue Test of Copper Thin Film," Material wissenschaft and Werkstofftechnik, Vol. 39, pp. 187-192. 

  8. Kim, C. Y., Song, J. H. and Park, K. J., 2012, "Tensile Tests for Copper Thin Foils by using DIC Method," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 36, pp. 1529- 1534. 

  9. Kim, C. Y., Song, J. H. and Lee, D. Y., 2009, "Development of a Fatigue Testing System for Thin Films," Int J Fatigue, Vol. 31, pp. 736-742. 

  10. Kim, C. Y. and Sharpe, W. N., 2010, "Development of a Fatigue Testing System for Micro-Specimens," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 34, pp. 1201- 1207. 

  11. Pan, B., Qiam, K., Xie, H. and Anand, A., 2009, "Two-dimensional Digital Image Correlation for Inplane Displacement and Strain Measurement: A Review," Meas Sci Technol, Vol. 20, pp. 1-17. 

  12. Hwangbo, Y. and Song, J. H., 2010, "Fatigue Life and Plastic Deformation Behavior of Electrodeposited Copper Thin Films," Mater. Sci. Eng. A, Vol. 527, pp. 2222-2232. 

  13. ASTM E08M-04, 2004, Annual book of ASTM standards, Vol. 03.01. Philadelphia (PA), p. 419. 

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