[논문]메탈 인쇄용 압전 헤드 제작 프로세스 연구

유영석; 김영재; 심원철; 박창성; 정재우; 오용수

메탈 인쇄용 압전 헤드 제작 프로세스 연구
Studies of Printing Head Fabrication Process For Mano Metal Printing System 원문보기

유영석 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.) , 김영재 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.) , 심원철 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.) , 박창성 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.) , 정재우 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.) , 오용수 (삼성전기 중앙연구소 eMD Lab.)

It is a paper for design, manufacture and estimation of industry inkjet head. Simulations for Actuator, Ink flow and Ejection are executed for securing design ability. Relations between droplet and properties of ink are explained closely through simulation for nozzle. Actually, two silicon plates are made by dry and wet etching and directly bonded. PZT materials is attached on the bended ink flow part and cut to $540{\mu}m$ interval by dicing saw. Actuator was seen variation within 10% between simulation and actual head. Through the ejection estimation, it is shown that stabilized driving voltages change according to viscosity and surface tension of metal ink. Using the metal ink of viscosity of 4.8 cps and surface tension of 0.025 N/m, it is possible to eject the stable droplets with 5m/s, 20 pl, 5 kHz.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

잉크쳇헤드에 대한 연구는 오랜동안 진행되었으나 기존의 잉크풀성과 전혀 다른 금속잉크의 물성을 만족하기에는 아직도 어려움이 많으며 웅용분야를 넓혀감에 따라서 다양한 잉코를 토출할 수 었는 해드 설계 기술과 제조기술을 필요로 한다. 따라서 본 연구예서는 금속 잉크를 토출할 수 있는 혜드롤 설계하고 제작하는 과정에서 설계능력을 확보하고자 하였다.
잉크의 표면장력의 변화를 주면서 drop size 변화를 보고자 하였다. 표면장력이 변화함에 따라서 안정된 drop이 생기는 인가전압이 달라졌으며 그로 인하여 직접적인 비교는 할 수 없었다.

제안 방법

먼저 잉크를 토출하는 구동력을 발휘하는 Aatuator부 설계가 필요하며 설계 주요 Facts로 피에조의 두께. menbrane의 두께와 폭 그리고 너시를 책정하여 적정한 설계를 위해 변위에 대한 simul at ion 해석을 실시하였고 최적의 설계를 위해 4인자 3수준 DOE를 실시하였다. 결과적으로 주어진 범위 내에서 99% 신뢰할 수 있는 회귀식을 얻을 수 있었다.
나노금속잉크를 토줆하기 위한 헤드를 주요한 3부분으로 나누어 설계하고 MEMS 공정을 통하여 산업용 압전 잉크쳇 헤드를 제작하였다. 이 과정에서 Aetnator를 설계하는 주요인자와 유로을 설계하기 위한 주요인자 그리고 토출에 영향을 주는 인자롤 포출함으로써 추후 다른 기능성 잉크에 대해 적합한 헤드를 설계하고 제작할 수 있는 능력을 갖초 수 있었다.
다음은 유로 설계로 잉크의 안정된 토출이 가능하기 위해서는 잉크의 주입부인 Restrictor와 잉크의 토출부인 Nozzle의 유체 저항에 대한 설계가 필요하며 이를 위해 3차원 시뮬레이션을 실시하였 다. 그림3은 시뮬레이션을 위한 3차원 구조를 나타내었다.
031N/m로 커짐에 따라서 일반적으로 5SA85V의 높은 구동전압을 필요로 하였다 표면장력이 낮으면 낮은 전압에서 구동하면서도 50pl 이상의 큰 Droplet이 형성되었으며 위성이 쉽게 발생하였다. 또한 점도 차이에 따른 droplet 평가를 실시하였다. 표면장력은 0.
75으로 위치에 따른 변화 없이 거의 균일한 변위를 얻을 수 있었다. 이는 기존의 시뮬레이션 검증에 의한 29.5nm의 변위 예측치보다 3.5nm 작은 결과이지만 제작상의 오차로 판단하고 잉크를 충진하여 잉토출 평가를 실시하였다. 그림7에 이를 그래프로 나 타내었다.

대상 데이터

MEMS 공정을 이용한 Si wafer를 사용하였다. 유호의 구성욘 앞에서 언급한 바와 같이 상/하판으로 이루어져 있다.
그림 6은 측정장비의 간단한 모식도로 나타내었다. 그리고 충분한 변위를 발생하는 챔버 폭, 600um로 T고 챔버 길이는 2700um로 하여 15개씩 2열의 헤드를 제작하였다. 30개의 노즐에서 평균26,0nm, 표준편차 1.
유호의 구성욘 앞에서 언급한 바와 같이 상/하판으로 이루어져 있다. 상판에는 S01 wafer를 이용하였고 하판은 Si wafer를 사용하였다. 그림 5에 제조공정을 도식화하여 나타내었다.

성능/효과

그리고 충분한 변위를 발생하는 챔버 폭, 600um로 T고 챔버 길이는 2700um로 하여 15개씩 2열의 헤드를 제작하였다. 30개의 노즐에서 평균26,0nm, 표준편차 1.75으로 위치에 따른 변화 없이 거의 균일한 변위를 얻을 수 있었다. 이는 기존의 시뮬레이션 검증에 의한 29.
그림3은 시뮬레이션을 위한 3차원 구조를 나타내었다. 3쌍의 노즐과 Restrictor 구초를 설정하여 3차원 시뮬레이션 to이로 분석한 결과도 얻을 수 있었다.
menbrane의 두께와 폭 그리고 너시를 책정하여 적정한 설계를 위해 변위에 대한 simul at ion 해석을 실시하였고 최적의 설계를 위해 4인자 3수준 DOE를 실시하였다. 결과적으로 주어진 범위 내에서 99% 신뢰할 수 있는 회귀식을 얻을 수 있었다. 그림 2에 가장 영향을 많이 주는 PZT 두께와 membrane의 두께에 따른 변위변화를 3차원으로 나타냈다,
이 과정에서 Aetnator를 설계하는 주요인자와 유로을 설계하기 위한 주요인자 그리고 토출에 영향을 주는 인자롤 포출함으로써 추후 다른 기능성 잉크에 대해 적합한 헤드를 설계하고 제작할 수 있는 능력을 갖초 수 있었다. 그리고 결과적으로 Actuator 성능 30개의 노즐에서 평균 26.0nm, 표준편차 1.75으로 위치에 따른 변화 없이 거의 균일한 변위를 얻을 수 있었다. 이는 기존의 시뮬레이션 검중에 의한29.
5nm 작았다. 또한 토출 전압이 1A30V에서 점도 4,8 cP, 표면장력 0.025 N/m인 잉크를 사용하여 5kHz, 5m/s,20pl의 안정된 토출 결과를 얻었다.
나노금속잉크를 토줆하기 위한 헤드를 주요한 3부분으로 나누어 설계하고 MEMS 공정을 통하여 산업용 압전 잉크쳇 헤드를 제작하였다. 이 과정에서 Aetnator를 설계하는 주요인자와 유로을 설계하기 위한 주요인자 그리고 토출에 영향을 주는 인자롤 포출함으로써 추후 다른 기능성 잉크에 대해 적합한 헤드를 설계하고 제작할 수 있는 능력을 갖초 수 있었다. 그리고 결과적으로 Actuator 성능 30개의 노즐에서 평균 26.
또한 점도 차이에 따른 droplet 평가를 실시하였다. 표면장력은 0.025N/m로 일정하게 하고 점도를 4.8cPs 8.6eP로 달리하면서 평가하였고 4.8cP에서의 안정된 토출 전압이 15-3OV 였던 점에 반하여 &&P의 잉크는 구동 전압이 60V 이상이었고 노즐로부터 토출된 잉크가 Drop으로 분리되는 시간이 길어졌다.
이를 예측하기 위해 시뮬레이션 lool을 사용하여 잉크의 물성에 따른 토줄 양태를 예측하였고 이를 그림4에 나타내었다. 표면장력이 증가함에 따라서 drop size는 작아졌으며 점도도 증가하면서 Drop 가 작아졌다, 이를 바탕으로 산업용 잉크에 걸맞는 헤드설계를 완성하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

메탈 인쇄용 압전 헤드 제작 프로세스 연구
Studies of Printing Head Fabrication Process For Mano Metal Printing System 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

메탈 인쇄용 압전 헤드 제작 프로세스 연구 Studies of Printing Head Fabrication Process For Mano Metal Printing System 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

메탈 인쇄용 압전 헤드 제작 프로세스 연구
Studies of Printing Head Fabrication Process For Mano Metal Printing System 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper