• Tribology and Lubricants
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• 제25권6호
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• pp.404-408
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• 2009

본 연구에서는 마이크로/나노입자를 이용한 연마가공 공정에서의 입자-표면간 접촉상황에서 접촉계면의 기계적 성질과 재료제거율간의 관계를 실험적으로 고찰하였다. 연마가공 공정에서의 입자-평면간 접촉을 모사하기 위하여 팁 대신 실리카 입자를 부착한 콜로이드 프로브를 이용한 원자현미경 실험을 통하여 마찰력과 강성을 실험적으로 측정하였다. 실험결과와 이론적 접촉해석으로부터, 마찰계수는 횡방향 접촉강성에 따라 대체적으로 증가하고 재료제거율은 실리카 입자와 Cu, PolySi, Ni과 같은 다양한 재료표면간 접촉에서의 마찰계수들과 지수함수적인 비례관계를 가지고 있음을 규명하였다.

• 청정기술
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• 제10권1호
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• pp.47-51
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• 2004

현재 반도체 공정에서 사용되는 세정기술은 대부분이 1970년대 개발된 RCA 세정법인 과산화수소를 근간으로 하는 습식 세정으로, 표면의 입자를 제거하기 위한 SC-1 세정액은 강력한 산화제인 과산화수소에 의한 표면과 입자의 산화와 암모니아에 의한 표면의 에칭이 동시에 일어나 입자를 표면으로부터 분리시킨다. 금속 불순물을 제거하기 위한 SC-2 세정액은 염산과 과산화수소 혼합액을 사용하며 금속 불순물을 용해시켜 알칼리나 금속 이온을 형성하거나 용해 가능한 화합물을 형성시켜 제거한다. 또한 황산과 과산화수소를 혼합한 Piranha 세정액은 효과적인 유기물 제거제로서 웨이퍼에 오염된 유기물을 용해 가능한 화합물로 만들거나 과산화수소에 의해 형성되는 산화막내에 오염물을 포함시켜 불산 용액으로 산화막을 제거할 때 함께 제거된다. 최근 금속과 산화막을 동시에 제거하기 위해 희석시킨 불산에 과산화수소를 첨가한 세정공정이 사용되고 있으며 불산에 의해 표면의 산화막이 제거될 때 산화막내에 포함된 금속 불순물을 동시에 제거시킬 수 있다. 그러나 이와 같이 습식세정액 내에 공통적으로 포함되어 있는 과산화수소의 분해는 그만큼 가속화되어 사용되는 화학 약품의 양이 그만큼 증가하게 되고 조작하기 어려운 단점도 있다. 이를 해결하기 위해 환경친화적인 관점으로 화학약품의 사용을 최소화하는 등 RCA세정을 보완하는 연구가 계속 진행되고 있다. 본 연구에서는 RCA세정법을 환경적으로 대체할 수 있는 세정에 사용되는 전리수의 pH변화에 따른 전리수 분석을 하였다. 전리수의 제조를 위하여 전해질로는 NH4CI (HCI:H2O:NH4OH=1:1:1)를 사용하였다. pH 11 이상, ORP -700mV~-850mV인 환원수와 pH 3 이하, ORP 1000mV~1200mV인 산화수를 제조하였으며, 초순수를 첨가하여 pH 7.2와 ORP 351.1mV상태까지 조절하였다. 이렇게 만들어진 산화수와 환원수를 시간 변화와 pH 변화에 따라 Clean Room 안에서 FT-IR과 접촉각 측정기로 실험하였다. FT-IR분석에서 산화수는 pH가 높아질수록, 환원수는 낮아질수록 흡수율이 낮아졌다. 접촉각 실험에서는 산화수의 pH가 높아질수록 환원수의 pH가 낮아질수록 접촉각이 커짐을 확인하였다. 결론적으로 전리수를 이용하여 세정을 하면, 접촉성을 조절할 수 있어 반도체 세정을 가능하게 할 수 있으며, 환경친화적인 결과를 도출할 것으로 전망된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제29권2호
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• pp.341-349
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• 2005

Damage often occurs on the surface of railway wheel by wheel-rail contact fatigue. It should be removed before reaching wheel failure, because wheel failure can cause derailment with loss of life and property. The increase or decrease of the contact fatigue life by the metal removal of the contact surface were shown by many researchers, but it has not explained precisely why fatigue life increases or decreases. In this study, the effect of metal removal depth on the contact fatigue life for railway wheel has been evaluated by applying finite element analysis. It has been revealed that the residual stress and the plastic flow are the main factors determining the fatigue life. The railway wheel has the initial residual stress formed during the manufacturing process, and the residual stress is changed by thermal stress induced by braking. It has been found that the initial residual stress determines the amount of metal removal depth. Also, the effects of the initial residual stress and metal removal on the contact fatigue lift has been estimated, and an equation is proposed to decide the optimal metal removal depth for maximizing the contact fatigue life.

• 대한기계학회논문집A
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• 제29권10호
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• pp.1384-1391
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• 2005

Damage often occurs on the surface of railway wheels due to wheel-rail contact fatigue. It should be removed before reaching wheel failure, because wheel failure can cause derailment with loss of life and property. The increase or decrease of the contact fatigue lift by the metal removal of the contact surface were investigated by many researchers, but they have not considered initial residual stress and traction force. The railway wheel has the initial residual stress formed during the manufacturing process, and the residual stress is changed by thermal stress induced by braking. The traction force and residual stress are operated on wheels of locomotive and electric motor vehicle. In this study, the effect of metal removal depth on the contact fatigue life for a railway wheel has been evaluated by applying lolling contact fatigue test. The effect of the traction force and metal removal on the contact fatigue life has been estimated by finite element analysis. It has been found that the initial residual stress determines the amount of metal removal depth if the traction coefficient is less than 0.15. If the traction coefficient is greater than 0.2, however, the amount of metal removal depth is independent on the intial residual stress.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 1994년도 추계 학술발표 강연 및 논문 개요집
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• pp.60-60
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• 1994

• 기계저널
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• 제32권2호
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• pp.184-193
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• 1992

현재의 3차원 측정기 중에서 CNC 3차원 측정기, 3차원 측정기의 데이터 처리장치 및 측정용 센서에 대해서 알아보았다 3차원 측정기는 공작기계와 많은 관계가 있지만 로봇, CAD/CAM 과도 밀접한 관계를 지니고 있다. 또한 3차원 측정기는 센서와도 밀접한 관계가 있다. 앞으로 더욱 바람직한 것은 3차원 형상의 고속연속측정이 가능하게 하는 것, 접촉점의 위치좌표가 고 정도로 구해지는 것 마찰력을 제거할 수 있는 것, 소형, 경량화 등을 열거할 수 있겠다. 한편, 비접촉 센서로서는 광학적 방법을 이용한 센서가 많이 개발되어지고 있지만 표면거칠기, 표면 반사율, 경사각 등의 영향을 받기 쉽기 때문에 고정도의 3차원 측정에 있어서 아직 많은 문제가 남아 있다. 앞으로도 이 같은 많은 문제점을 해결할 수 있는 연구가 계속 진전되기를 바란다

• 보존과학회지
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• 제32권3호
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• pp.377-384
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• 2016

철불의 개금 시 표면에 남아 있는 옻칠 제거 방법에는 물리적인 방법과 화학적인 방법을 사용하고 있으나, 표면 손상 및 약품 사용으로 인한 환경오염, 보존과학자의 건강에도 매우 유해하다. 그래서 본 연구에서는 비접촉식이고 친환경적인 Nd:YAG 레이저를 이용하여 옻칠 제거 실험을 실시하였다. 시편은 크기가 $5{\times}5cm$인 철제(Fe 99.9%)시편 표면을 균일하게 연마한 후 생칠을 도포 횟수를 달리하여 각각 $10{\mu}m$, $20{\mu}m$, $30{\mu}m$의 두께 차이로 제작하였다. 본 실험에서 사용된 레이저기기는 Nd:YAG 레이저로, 적외선 영역의 1064 nm(160~800 mJ)와 가시광선 영역인 532nm(50~350 mJ)의 두 가지 파장 모드를 이용하였다. 실험은 레이저 파장 에너지 조사 횟수 등에 따른 시편 표면의 변화를 조사하였다. 레이저 조사 전 후 표면을 실체현미경과 SEM 관찰, 비접촉 표면 조도 측정기, FT-IR 등을 이용하여 옻칠의 제거 및 잔류 여부를 알아보았다. 분석 결과 1064 nm 파장을 이용하여 $1.0J/cm^2$ 밀도에서 표면 손상 없이 $10{\mu}m$, $20{\mu}m$ 두께의 옻칠이 제거됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 철불 개금 시 잔류하고 있는 옻칠 제거 방법으로 Nd:YAG 레이저가 효율적임을 본 실험을 통해 알 수 있었다. 향후 금속뿐만 아니라 목칠 가구 등 다양한 재질의 연구가 이루어지면 표면 손상 없이 옻칠을 제거 하는데 효과적으로 활용 가능할 것으로 본다.

• 한국철도학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.141-146
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• 2012

차륜과 레일의 반복적인 구름접촉은 레일 표면결함을 유발하고, 레일 표면결함은 충격하중을 유발하여 소음 진동, 레일파단, 궤도파괴로 이어지고 심할 경우 열차사고(탈선)를 발생할 수 있다. 이러한 레일 표면결함을 제어하기 위한 방법으로 레일연마가 시행되고 있다. 본 연구는 KTX차륜과 UIC레일에서 발생하는 최대 접촉압력을 유한요소해석을 통해 산정하였고, 일반레일 및 열처리레일에 대한 구름접촉피로시험을 수행하여 접촉압력 및 반복횟수에 따른 레일표면 경화층 형성 경향을 분석하였으며, 누적통과톤수에 따라 고속철도 레일에서 발생하는 표면 경화층을 제거하여 건전한 레일표면을 유지하기 위해 0.2mm/2천만톤의 적정 레일연마량을 제안하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권4호
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• pp.337-346
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• 2014

본 연구는 주기적 강제 진동이 가해지는 표면의 액적 모드 특성과 표면에 놓인 액적의 제거에 대한 조건을 실험적으로 이해하는 것을 목적으로 하고 있다. 액적의 거동을 명확하게 관찰하기 위해 아크릴 표면에 Teflon 코팅을 진행하여 접촉각을 높였고, 히스테리시스는 25도 이내로 진행하여 액적의 거동이 보다 쉽게 진행되도록 하였다. 본 실험은 먼지가 적은 청정실에서 실험이 진행되었다. 제작된 소수성 표면에 놓인 액적의 실제 공진 주파수를 예측하기 위해 이론 및 실험적 해석을 통해 두 접근방법의 타당성을 파악하였으며, 두 개의 초고속카메라를 액적의 상면과 측면에 설치하여 2가지 측면에서 액적의 다양한 형상 변형 특성- 모드 형상, 분리, 미소 액적의 발생, 그리고 좌우 비틀림의 특성을 관찰하였다. 이론 값 비교결과 실제 공진 주파수 값들의 차이가 약 18% 이하로 관찰되었으며, 이러한 차이는 접촉선 마찰, 비선형 벽 고착, 실험의 불확실성 등에 가장 큰 영향을 받는 것으로 판단된다. 사용된 스피커에 상대적으로 낮은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 고정된 상태에서 좌우 대칭적인 액적 형상진동이 나타났다. 반면, 높은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 비고정된 상태가 되면서 더 활발한 형상 진동이 나타났다. 가진 주파수가 모드 주파수와 일치할 경우에는 액적의 로브 크기가 주변부 주파수 일 때 보다 비교적으로 컸으며, 같은 전압을 인가 할 경우, 표면에 놓인 액적의 미소 액적 발생 및 완전한 제거는 2차 모드에서만 진행되는 것을 실험을 통해 규명하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.32.2-32.2
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• 2011

반도체 생산공정에서 CMP (Chemical-mechanical planarization) 공정은 우수한 전기전도성 재료인 Cu의 사용과 다층구조의 소자를 형성하기 위해서 도입되었으며, 최근 소자의 집적도가 증가함에 따라 CMP 공정 비중은 점점 높아지고 있다. Cu CMP 공정에서 연마제인 슬러리는 금속 표면과의 물리적 화학적 반응을 동시에 사용하여 표면을 연마하게 되며, 연마특성을 향상시키기 위해 산화제, 부식방지제, 분산제 및 다양한 계면활성제가 첨가된다. 하지만 슬러리는 Cu 표면을 평탄화하는 동시에 오염입자, 유기오염물, 스크레치, 표면부식 등을 발생시키며 결과적으로 소자의 결함을 야기시킨다. 특히 부식방지제로 사용되는 BTA (Benzotriazole)은 Cu CMP 공정 중 Cu-BTA 형태로 표면에 흡착되어 오염원으로 작용하며 입자오염을 증가시시고 건조공정에서 물반점 등의 표면 결함을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Cu 표면에서 식각과 부식반응을 최소화하며, 오염입자 제거 및 유기오염물을 효과적으로 제거하기 위한 Post-CMP 세정 공정과 세정액 개발이 요구된다. 본 연구에서는 오염입자 및 유기물 제거와 동시에 표면 거칠기와 부식현상을 제어할 수 있는 post Cu CMP 세정액을 개발 평가하였다. 오염입자 및 유기오염물을 제거하기 위해서 염기성 용액인 TMAH 사용하였으며, Cu 이온을 용해할 수 있는 Chelating agent와 표면 부식을 억제하는 부식 방지제를 사용하여 세정액을 합성하였다. 접촉각 측정과 FESEM(field Emission Scanning Electron Microscope) 분석을 통하여 CMP 공정에서 발생하는 유기오염물과 오염입자의 흡착과 제거를 확인하였으며 Cu 웨이퍼 세정 전후의 표면 거칠기의 변화와 식각량을 AFM(Atomic Force Microscope)과 4-point probe를 사용하여 각각 평가하였다. 또한 세정액 내에서의 연마입자의 zeta-potential을 측정 및 조절하여 세정력을 향상시켰다. 개발된 세정액과 Cu 표면에서의 화학반응 및 부식방지력은 potentiostat를 이용한 전기화학 분석법을 통해서 chelating agent와 부식방지제의 농도를 최적화 시켰다. 개발된 세정액을 적용함으로써 Cu-BTA 형태의 유기오염물과 오염입자들이 효과적으로 제거됨을 확인하였다.