| 학회 |
한국재료학회 |
| 학술대회 |
2006년 봄 (05/19 ~ 05/20, 경상대학교 ) |
| 권호 |
12권 1호 |
| 발표분야 |
전자재료 |
| 제목 |
압전 방식 액츄에이터 제작과 전기 기계적 특성 |
| 초록 |
기존의 광학적 패터닝 기술을 이용한 회로 제작은 많은 시간이 소요되고 비용이 많이 드는 다단계 공정이며 환경오염 물질을 발생시킨다. 이를 극복하기 위한 방안으로 산업용 ink-jet printing 기술이 대두되고 있다. 이 방법을 이용할 경우 원하는 위치에 정해진 양의 금속/반도체/절연 물질을 다층구조로 증착 할 수 있기 때문에 공정과정을 줄일 수 있고 따라서 친환경적 생산이 가능하다. 본 연구에서는 사용범위가 제한적인 thermal 잉크젯 헤드가 아닌 직물, 금속, 세라믹, 폴리머 등과 같이 다양한 물질들을 다양한 종류의 기판 위에 패터닝 할 수 있는 압전 방식의 ink-jet head를 MEMS 기술을 이용하여 제작하였다. 설계된 ink-jet head는 압전 구동 다이아프램 펌프를 포함하는 상판과 잉크 채널이 형성되는 하판 부분으로 구성되며, ink-jet head 구동 시 분사 대상 유체의 노즐 쪽으로의 순방향 흐름을 유도하기 위한 diffuser 구조를 잉크채널에 적용하였다. 실제 ink-jet head 구조에서 압전 구동 다이아프램의 하부 표면은 분사를 목적으로 주입된 유체와 접촉하게 되며, 특정 점도를 갖고 있는 주입된 유체와의 상호 작용에 의해 인가 구동 전압에 따른 변위 특성은 크게 변하게 된다. 이러한 현상을 예측하기 위해 수치해석 시뮬레이션 프로그램(CFD ACE+ software)을 이용하여 유체와의 상호 작용에 의한 구동 특성을 예측하였다. 시뮬레이션 결과 5V 인가 시 1.3μm의 변위 값을 나타내었다. 구동부를 포함한 상판의 제작을 위해 Pt/Ta/SiO2/SiNx/SiO2/SiNx 기판 위에 압전 재료인 PZT를 sol-gel법으로 코팅하였다. PZT와 하부전극(Pt/Ta)은 ICP를 이용하여 식각 하였다. 상.하부 전극간 절연을 위해 SiO2로 이루어진 ILD이 적용되었으며, E-beam evaporator 및 lift-off 법으로 형성하였다. 그리고 상부전극을 Sputter 및 lift-off 공정으로 형성하였다. 잉크 챔버 및 다이아프램 구조를 만들기 위해 상판 뒷면의 SiNx와 SiO2 층 그리고 Si 기판 재료를 건식 식각하였다. 잉크채널과 노즐로 구성된 하판은 Deep-RIE와 KOH 습식 식각을 통해 형성하였다. 각각 완성된 상판과 하판의 접합을 위해 Au Eutectic bonding 기술이 사용되었다. 완성된 ink-jet head의 전기적 특성을 HP4194A를 이용하여 측정한 결과 유전상수와 유전손실은 100~100kHZ에서 각각 1500과 5~15%를 나타내었고 변위 특성을 분석한 결과 5V의 인가 구동 전압에서 0.03~0.07um의 변위 값을 나타내었다. |
| 저자 |
이장근, Pham Van So, 여재진, 신상훈, 이재찬
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| 소속 |
성균관대 |
| 키워드 |
ink-jet; MEMS; PZT; actuator
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