• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권1호
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• pp.81-87
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• 2012

본 논문에서는 마이크로 BGA 패키지 내외부의 마이크로 볼의 3차원 형상을 측정하는 광학 측정 시스템을 제안하고 이를 구현한다. 대부분의 시각 검사 시스템은 마이크로 볼의 복잡한 반사 특성 때문에 검사에 어려움을 겪고 있다. 정확한 형상의 측정을 위해서, 특별히 설계된 시각 센서 시스템을 제안하고, 위상이송 모아레 간섭계의 측정원리에 기반한 형상측정 알고리즘을 제안한다. 센서 시스템은 4개의 서브시스템을 보유한 패턴 투사 시스템과 영상획득 시스템으로 구성된다. 패턴 투사용 서브시스템은 공간상으로 서로 상이한 투사 방향을 가지며, 이는 측정 물체에 각기 다른 입사 방향을 가지는 패턴 조명이 투사될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 위상이송 모아레 간섭계의 구현을 위한 정밀 위상이송을 위해서, 각 서브시스템의 패턴 격자는 PZT 구동기를 이용하여 일정 간격으로 이송한다. 최종적으로 측정되는 마이크로 볼의 경면반사와 그림자 영역을 효과적으로 제거하기 위해서, 다중 패턴 투사 시스템과 영상획득 시스템을 구현하고, 이를 테스트한다. 특히, 다중 프로젝션을 이용하여 획득되는 다중 높이 정보를 효과적으로 융합하기 위하여, 베이지안 센서 융합 이론을 기반으로한 센서 융합 알고리즘이 제안된다. 제안되는 시스템의 원리검증과 성능확인을 위해, 마이크로 BGA볼과 기판 범프의 측정대상물에 대해서, 측정 반복성을 중심으로 실험이 수행되었으며, 획득된 실험 결과를 분석하고 논의한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제41권3호
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• pp.216-220
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• 2004

본 논문은 압전세라믹의 압전상수 d$_{33}$ 를 이용한 적층 세라믹 박판 작동층 IDEAL (InterDigitated Electrode Actuation Layer)의 개발에 관한 것이다. 대부분의 박판 압전 작동층은 압전상수 d$_{31}$ 효과를 이용하고 있다. 현재 개발된 압전작동기의 성능을 향상시키기 위해 많은 연구가 수행 중에 있으며, 그 중 한 방법이 압전상수 d$_{33}$ 를 이용하는 방법이다. 압전세라믹의 압전상수 d$_{33}$ 는 압전상수 d$_{31}$ 보다 일반적으로 두배 정도이기 때문에 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하면 작동기의 성능을 향상시킬 수 있다. 미국 MIT에서 개발된 AFC와 NASA Langley 연구소 연구팀이 개발한 LaRC-MFC$^{TM}$는 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하였으나 빗살형 전극이 작동층 상하 표면에 부착되어 있어 완전한 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하였다고 볼 수 없다. 본 논문에서는 빗살형 전극을 세라믹 층간에 삽입한 적층형 세라믹 박판 작동층을 설계하고 제작하였다. 제작된 작동층의 작동 스트레인을 측정하였고 LaRC-MFC$^{TM}$의 작동 스트레인과 비교한 결과, 본 연구에서 개발한 박판 세라믹 작동층이 15% 이상의 작동 스트레인을 발생시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.20-20
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• 2009

치아의 치석제거 및 치골절삭에 사용되는 초음파 스케일러는 일반적으로 마그넷형과 압전형으로 구분할 수 있으며, 최근에 들어 소형화, 저전력, 정밀성, 저비용 등의 장점으로 인해 압전형이 주로 사용되고 있다. 국내의 대부분의 치과에서 한 대 이상 운용되는 초음파 스케일러는 대부분 유럽 제품으로며, 국내에서는 이를 대체하기 위한 제품이 출시되고 있으나 아직까지 유럽 제품에 비해 출력강도, 정밀도 등에서 성능이 모자란 현실로 시장에서 외면 받고 있다. 본 연구에서는 앞서 언급한 압전 초음파 스케일러에 대한 체계적인 연구를 진행하여 외국에 비해 상대적으로 성능이 떨어지는 초음파 스케일러의 성능을 개선하고자 하였다. 이를 위하여 스케일러의 진동 발생부, 즉 압전 세라믹과 SUS 재질의 head, tail 부로 구성된 진동발생부의 최적구조톨 도출하기 위하여 유한요소 해석을 실시하였으며, 스케일러의 중심주파수 28kHz에서 최대 출력이 발생할 수 있는 구조를 도출하였다. 스케일러의 Head 와 Tail 부문의 두께와 직경, 길이 변화에 따른 중심주파수 및 출력 변위의 경향분석을 실시하였으며, 이상의 결과를 바탕으로 실제 스케일러를 제작하여 시뮬레이션의 유효성을 검증하였다. 이상의 과정으로 거쳐 개발된 압전 초음파 스케일러는 다양한 Tip 종류의 영향을 최소화할 수 있으며, 중심주파수는 28~30kHz 에서 뛰어난 성능을 나타내어 기종 유럽제품의 성능을 앞지르는 특성을 확보할 수 있었다.

• 세라미스트
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• 제23권1호
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• pp.89-100
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• 2020

Abnormally large electromechanical strain properties have been reported in bismuth-based piezoelectric ceramics, which cast a promise for replacing the market-dominating PZT-based piezoelectric ceramics in actuator applications. In spite of these large strains in bismuth-based piezoelectric ceramics, there still remains a critical issue for its safe transfer to practical applications, representatively, a relatively high operating field required to obtain the large strain properties. To overcome the challenge, much attention has been paid to so-called 0-3(or 3-0) type ceramic/ceramic composite approach to better tailoring the strain properties of bismuth-based piezoelectric ceramics. The approach turns out to be highly effective, leading to a drastic decrease in the operating electric field for these materials. Besides, both extensive and intensive search for the related mechanism revealed that the reduction in the operating electric field is largely due to the contribution from polarization coupling or strain coupling model between two different ceramics. This article reviews the status of the art in the development of novel ceramic/ceramic composites to make large incipient piezostrains in bismuth-based lead-free piezoelectric ceramics practical.

• International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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• 제9권3호
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• pp.27-32
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• 2008

This paper describes a contact atomic force microscope (AFM) that can be used for high-speed precision measurements of microstructured surfaces. The AFM is composed of an air-bearing X stage, an air-bearing spindle with the axis of rotation in the Z direction, and an AFM probe unit. The traversing distance and maximum speed of the X stage are 300 mm and 400 mm/s, respectively. The spindle has the ability to hold a sample in a vacuum chuck with a maximum diameter of 130 mm and has a maximum rotation speed of 300 rpm. The bandwidth of the AFM probe unit in an open loop control circuit is more than 40 kHz. To achieve precision measurements of microstructured surfaces with slopes, a scanning strategy combining constant height measurements with a slope compensation technique is proposed. In this scanning strategy, the Z direction PZT actuator of the AFM probe unit is employed to compensate for the slope of the sample surface while the microstructures are scanned by the AFM probe at a constant height. The precision of such a scanning strategy is demonstrated by obtaining profile measurements of a microstructure surface at a series of scanning speeds ranging from 0.1 to 20.0 mm/s.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권3호
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• pp.318-327
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• 2006

Due to the diversified use of recent Piezoelectric Zirconate Titanate Composite Actuate. (PZTCA), various PZTCAs with the different ply orientation of the fiber layer have been applied. For this reason, the applicable bending moment equation is necessary even though the fiber layer ply orientation and the laminate configuration are changed. The aim of this research is to evaluate the relationship between the total effective moment $(M^E)$ and Bernoulli-Euler bending moment (M) when the ply orientations of UD CFRP are changed. In conclusions, firstly, as the performance test results by the CFRP ply orientation, the performance of [0] and [90] were stable. However, while the performance of [+45] was suddenly decreased after 5 hours. Secondly, the change of $(M^E)$ by the CFRP ply orientation was evaluated. As the CFRP ply orientation was increased from [0] to [+60], the $(M^E)$ were gradually decreased. However, they became a little bit increased from [+60] to [90]. Finally, after the change of M by the CFRP ply orientation was evaluated, it was found that $M^E=2.2M$ was valid for just [0] and that there was a relationship between $M^E$ and M according to the ply orientation.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권5호
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• pp.263-269
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• 2017

A piezoelectric cantilever energy harvester (PCEH) driven in longitudinal (3-3) vibration mode was fabricated, and its electrical properties were evaluated by varying the resistive load. A commercial PZT piezoelectric ceramic with a high piezoelectric charge constant ($d_{33}$) of 520 pC/N and the interdigitated (IDT) electrode pattern was used to fabricate the PCEH driven in longitudinal vibration. The IDT Ag electrode embedded piezoelectric laminates were co-fired at $850^{\circ}C$ for 2 h. The 3-3 mode PCEH was successfully fabricated by attaching the piezoelectric laminates to a SUS304 elastic substrate. The PCEH exhibited a high output power of 3.8 mW across the resistive load of $100k{\Omega}$ at 100 Hz and 1.5 G. This corresponds to a power density of $10.3mW/cm^3$ and a normalized global power factor of $4.56mW/g^2{\cdot}cm^3$. Given the other PCEH driven in transverse (3-1) vibration mode, the 3-3 mode PCEH could be better for vibration energy harvesting applications.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권9호
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• pp.581-588
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• 2016

Piezoelectric thick films of a soft $Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) based commercial material were produced by a conventional tape casting method. Thereafter, the interdigitated (IDT) Ag-Pd electrode pattern was printed on the $25{\mu}m$ thick piezoelectric film at room temperature. Co-firing of the 10-layer laminated piezoelectric thick films was conducted at $1,100^{\circ}C$ and $1,150^{\circ}C$ for 1 h, respectively. Piezoelectric cantilever energy harvesters were successfully fabricated using the IDT electrode pattern embedded piezoelectric laminates for 3-3 operation mode. Their energy harvesting characteristics were investigated with an excitation of 120 Hz and 1 g under various resistive loads (ranging from $10k{\Omega}$ to $200k{\Omega}$). A parabolic increase of voltage and a linear decrease of current were shown with an increase of resistive load for all the energy harvesters. In particular, a high output power of 3.64 mW at $100k{\Omega}$ was obtained from the energy harvester (sintered at $1,150^{\circ}C$).