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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김욱배
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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미세유체소자에서 유리소재는 광학적 투명성, 화학적 안정성, 고경도, 보존성 등의 장점 때문에 마이크로시스템 및 부품 소재로써 각광받고 많이 사용되어 왔다. 유리를 미세가공하는 방법 중에 파우더 블라스팅법은 연마재 입자를 공압으로 가속시켜 재료표면과 충돌 후 재료표면에 크랙을 발생시켜 재료를 제거하는 가공 방법이다. 블라스팅 법은 가공속도가 빠르며 비용도 저렴하여 다른 방법에 비해 효율이 좋지만 크랙으로 인한 높은 표면거칠기는 미세유체소자에 적용되기가 어렵다. 유체제트 연마법(abrasive jet polishing, AJP)은 워터젯의 한 종류로써, 3~20 bar수준의 낮은 압력으로 수직분사 시 유체속의 연마재는 피가공물과 충돌 후 재료와 평행한 방향으로 운동방향이 바뀌게 되고 이때 연성절삭에 의한 재료제거가 일어난다.
이를 이용하여 본 논문에서는 유체제트 연마법으로 파우더 블라스팅에 의한 유리표면의 크랙과 요철을 제거하고자 하였고 유체제트 연마법의 가공메커니즘에 대해 분석하여 표면거칠기와 재료제거량을 예측하였다. 크랙과 요철에 의해 높은 표면거칠기를 형성하고 있던 유리표면은 유체제트 연마법에 의해 급격히 낮아 질수 있었고 또한 경면 표면에 가한 유체제트 연마법의 가공프로파일과 표면거칠기 데이터를 통해 이론식과 비교하여 근사한 값을 얻었다.
또한 파우더 블라스팅과 유체제트 연마법의 순차가공을 통해 마이크로채널을 형성하는 실험을 진행하였다. 파우더 블라스팅과 마스크를 통해 빠르게 미세채널의 형상을 제작할 수 있었으며, 마스크 제거 후 유체제트 연마법을 적용하여 채널표면의 크랙과 요철을 빠르게 제거하였다. 그 후 표면 SEM 사진을 통해 유체제트 연마법이 적용되는 횟수에 따라 표면의 변화과정을 보여줄 수 있었고 유제제트 연마 6회 왕복 적용 시 매끈한 표면을 확인할 수 있었다. 유체제트 연마법을 채널에 적용 시 발생하던 채널의 형상의 확장과 엣지 부의 라운딩 효과는 화학적기계적평탄화(chemical machanical planarization, CMP)를 통해 해결할 수 있었다. 마지막으로 간단한 미세유체소자의 형태로 마스크를 제작하여 블라스팅을 진행하였으며 이후 유체제트 연마법과 화학적기계적 연마법을 순차적으로 적용하여 매끈한 채널을 가지는 유리미세유체소자를 제작하였다.
이를 이용하여 본 논문에서는 유체제트 연마법으로 파우더 블라스팅에 의한 유리표면의 크랙과 요철을 제거하고자 하였고 유체제트 연마법의 가공메커니즘에 대해 분석하여 표면거칠기와 재료제거량을 예측하였다. 크랙과 요철에 의해 높은 표면거칠기를 형성하고 있던 유리표면은 유체제트 연마법에 의해 급격히 낮아 질수 있었고 또한 경면 표면에 가한 유체제트 연마법의 가공프로파일과 표면거칠기 데이터를 통해 이론식과 비교하여 근사한 값을 얻었다.
또한 파우더 블라스팅과 유체제트 연마법의 순차가공을 통해 마이크로채널을 형성하는 실험을 진행하였다. 파우더 블라스팅과 마스크를 통해 빠르게 미세채널의 형상을 제작할 수 있었으며, 마스크 제거 후 유체제트 연마법을 적용하여 채널표면의 크랙과 요철을 빠르게 제거하였다. 그 후 표면 SEM 사진을 통해 유체제트 연마법이 적용되는 횟수에 따라 표면의 변화과정을 보여줄 수 있었고 유제제트 연마 6회 왕복 적용 시 매끈한 표면을 확인할 수 있었다. 유체제트 연마법을 채널에 적용 시 발생하던 채널의 형상의 확장과 엣지 부의 라운딩 효과는 화학적기계적평탄화(chemical machanical planarization, CMP)를 통해 해결할 수 있었다. 마지막으로 간단한 미세유체소자의 형태로 마스크를 제작하여 블라스팅을 진행하였으며 이후 유체제트 연마법과 화학적기계적 연마법을 순차적으로 적용하여 매끈한 채널을 가지는 유리미세유체소자를 제작하였다.
목차
목 차목 차 ⅰ표 목 차 ⅳ그 림 목 차 ⅳ국 문 요 약 ⅶ제 1 장 서 론 9제 1 절 연구 배경 91.1.1 유리 미세유체소자 91.1.2 파우더 블라스팅 111.1.3 유체제트연마 (Abrasive jet polishing, AJP) 12제 2 절 연구 목적 15제 3 절 문헌 분석 16제 4 절 논문 구성 17제 2 장 이론적 배경 18제 1 절 입자충돌에 의한 erosion 현상 18제 2 절 파우더 블라스팅 재료제거 메커니즘 202.2.1 Marshall의 이론 202.2.2 Slikkerveer의 모델 22제 3 절 유체제트 연마의 가공 메커니즘 242.3.1 Finnie의 모델 242.3.2 유체제트 연마에 의한 표면거칠기 및 재료제거량 예측 262.3.3 유체제트 연마의 가공프로파일 29제 3 장 블라스팅 표면의 유체제트 연마 실험 31제 1 절 실험장치 및 조건 313.1.1 실험장치 313.1.2 실험방법 33제 2 절 기초 특성 363.2.1 습식 파우더 블라스팅에 의한 표면특성 363.2.2 유체제트 연마에 의한 경면 가공특성 39제 3 절 파우더 블라스팅 - 유체제트 연마의 표면특성 453.3.1 유체제트 연마에 의한 폴리싱 효과 453.3.2 연마된 표면의 주파수 분석 50제 4 장 유리 미세유체소자(Microfluidics)로의 적용 52제 1 절 실험조건 524.1.1 마스크 524.1.2 실험방법 53제 2 절 실험결과 544.2.1 마이크로채널 가공특성 544.2.2 채널 단면의 변화 56제 3 절 평탄화 공정을 통한 채널단면 형성의 재생 59제 4 절 글라스 웨이퍼를 이용한 미세유체소자제작 61제 5 장 결론 62참고문헌 63ABSTRACT 67
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