| 10μm급 디스펜싱 국산화 에어로졸 노즐 소개 및 반도체 디스펜서 장착 Ⅰ |
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| 2024-11 글 : 주승환 교수, 장병록 교수, 김희태, 김하늘 / 인하대학교 제조혁신전문대학원 |
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에어로졸 3D 프린팅의 시스템 구조
에어로졸 3D, 소형 밀집화되는 전자기기의 구조적 문제 해결
전자 산업은 꾸준히 발전하여 전자기기의 다양화, 소형화, 고밀도 직접화, 고성능화가 진행됨에 따라 반도체는 물론 전자 부품의 실장 밀도를 향상시키기 위한 패턴의 미세화가 크게 필요하게 되었다. 이에 따라 미세 패턴 형성 기술이 절실하게 필요해졌다. 현재 미세 디스펜싱 기술은 피에조젯, 잉크젯, 에어로졸 3D 프린팅(A3DP) 기술이 있다. 잉크젯은 100μm, 피에조젯 100μm 대가 주류이며, 50um 이하의 경우에는 안정되고 일정한 속도로 분사하는 기술이 없다. 이에 유일한 기술은 A3DP 기술이다. A3DP 노즐 분사 시스템을 인하대학교 주승환교수 연구실에서 국산화하고, 이를 반도체 디스펜서에 적용한 사례에 대해 소개한다.
요약
본 연구 개발의 에어로졸 3D 프린팅 방식은 반도체 패키징 및 소형 밀집화되는 전자기기의 구조적 문제를 해결하고, 선택적 위치에 높은 해상도로 미세 패터닝 할 수 있는 장점을 가진다. 본 기술을 활용하기 위하여 국산화 설계를 진행하고, 성능 평가 후, 반도체용 설비에 적용하는 연구를 다룬다.
연구에 사용되는 에어로졸 3D 프린팅 시스템은 공압 분무 방식(Pneumatic Atomization)으로 Carrier GAS를 주입하여 입자가 작은 에어로졸을 형성하고, 가상의 임팩터(virtual impactor)를 통해 관성 분리 방식으로 직진성이 있는 에어로졸을 통과시켜 미세 노즐로 토출하는 방식으로 공정을 구성하였다.
여러 가지 환경적 변수에 대한 토출 결과물에 관한 분석 및 연구를 진행하였다. 이를 바탕으로 G-CODE 방식의 설비를 제작하였으며, 반도체 공정에서 용이하게 사용하도록 반도체용 설비에 에어로졸 3D 프린팅 시스템을 적용함으로써, 원하는 선택적 위치에, AgNP, PEDOT:PSS 잉크를 활용하여 정밀한 10μm급의 패터닝을 구현하였으며, 프린팅 후, 열처리를 통해 잉크를 소결하여 전기적 특성을 부여하였다. 본 연구의 결과에 따라 구조물의 제한된 공간에서 효율적인 다이렉트 미세 패터닝을 가능하게 하여 고정밀화에 필요한 다양한 EMI 차폐, Wire Bonding 대체, 안테나 Direct Writing 등 반도체 산업 현장에서의 디자인 요구에 따른 구조적 문제를 해결하고, 직접적인 에어로졸 3D 프린팅(A3DP) 활용에 대한 잠재력을 입증하였으며, 향후 다양한 응용 분야에서 활용할 가능성을 보였다.
서문
전자 산업은 꾸준히 발전하여 전자기기의 다양화, 소형화, 고밀도 직접화, 고성능화가 진행됨에 따라 반도체는 물론 전자 부품의 실장 밀도를 향상시키기 위한 패턴의 미세화가 크게 필요하게 되었다. 이에 따라 미세 패턴 형성 기술이 절실하게 필요해졌다.
현재 미세 디스펜싱 기술은 피에조젯, 잉크젯, 에어로졸 3D 프린팅(A3DP) 기술이 있다. 잉크젯은 100μm, 피에조젯 100μm 대가 주류이며, 50um 이하의 경우에는 안정되고 일정한 속도로 분사하는 기술이 없다. 이에 유일한 기술은 A3DP 기술이다. A3DP 기술은 최대 10μm까지의 선폭 구현이 가능하고, 연구실 레벨에서는 산업체에서 사용 중인 은나노 잉크(Ag Nano Ink)을 사용하여 5μm까지 프린팅을 한 사례가 보고되고 있다. 본 기술은 반도체의 패키징에서 정전기 차폐, 와이어 본딩의 대체, 3차원(3D) 곡면 인쇄에서 보편적으로 사용하는 기술이 되었다.
본 기술을 적용한 A3DP 노즐 분사 시스템을 인하대학교 주승환교수 연구실에서 국산화하고, 이를 반도체 디스펜서에 적용한 사례에 대해 소개한다. 실제, 국내의 반도체 패키징에서 많이 사용되고, 연구가 되고 있으나 회사의 영업적 비밀 사항이라 자세히 소개는 못하고 있는 실정이다.
반도체 패키징 기술은 초기의 삽입 실장형 패키지인 SIP, DIP, PGA 등에서 작고 전기적 성능이 우수한 표면 실장형의 SOP, QFP, BGA의 형태로 발전해 왔으며, 점차 경박단소화된 외형에 내부 실장의 효율화 목적의 기술이 도입되는 형태로 진화하고 있다. 최근에는 완성품의 외형은 CSP(Chip Scale Package) 등 기존 패키징 규격과 동일하게 유지하면서 내부적으로 플립칩 실장(Flip-chip Bonding), 웨이퍼 레벨 패키징(WLP, Wafer Level Packaging)과 3차원 적층 실장을 적용한 MCM(Multi-chip Module), SiP(System in Package) 등으로 동일 부피 및 면적 내에서 집적 효율성을 높일 수 있는 기술이 도입되고 있다.(1)
반도체의 고밀도 집적화 더불어 인쇄회로기판(PCB)의 고밀도화 역시 필수적이다.
그림 3에서는 Pitch와 trace 간의 한계에 대해 설명한다.
d의 간격이 좁아지게 되면 W의 폭은 줄어들어야 한다. 기존 잉크젯 방식의 한계점이 20~25μm 이상이기 때문에 한계점 이하가 되면 정밀한 미세 패턴을 대체할 수 있는 APJ와 같은 20~25μm 이하의 패터닝 기술이 필요하다.
실질적으로, 기존의 잉크젯 방식은 미세패턴의 영역으로 진행이 되면, 생산에 대한 부담감이 늘어난다. 이러한 요소로 인하여 반도체 공정은 물론 PCB 제작 과정에서도 미세패턴을 제작하는 공법 기술은 필수적 요소가 된다.
그림 4에서는 리지드 PCB와 곡면 등에 적용하기 위한 플렉시블 PCB, 리지드-플렉시블 PCB의 이미지를 보여주고 있다. 리지드 PCB는 단단하고 유연성이 없는 기판으로 부품 소자들을 전기적으로 연결하는데 사용되며, 고성능과 높은 신뢰도를 제공하는 반면, 유연성이 부족하고 충격에 민감하다. 유연성의 단점을 보완하고자 플렉시블 PCB와 리지드-플렉시블 PCB를 대안으로 사용한다. 플렉시블 PCB는 유연성, 경량화, 내구성 등의 장점을 가지고 있고, 플렉시블 PCB의 유연성은 PCB를 구부릴 수 있어서 3차원 공간에 맞게 설계할 수 있으며, 복잡한 전자기기에 이상적이고, 제한된 공간 및 구조적 문제를 일부 개선할 수 있다.
에어로졸 프린팅 방식만으로 리지드 PCB, 플렉시블 PCB가 없어도 구조적 문제를 모두 해결하고, 곡면 등에 회로를 구현하는 것은 현재로서는 해결해야 할 과제들이 많다. 그 중에서도 반도체 소자는 평면적 소자이기 때문에, 에어로졸 프린팅 기술을 독자적으로 활용하기는 어렵다. 잉크젯 방식의 리지드 PCB, 플렉시블 PCB의 미세패턴 및 굴곡면 패터닝의 한계성을 보완하는 부분에 에어로졸 프린팅 방식의 기술은 매우 효과적이다.
에어로졸 제트 프린트는 매우 작은 노즐을 통해 미세한 에어로졸 입자를 분사하여 복잡한 곡면에 높은 해상도로 패턴을 형성할 수 있다. 전자기기 μ및 웨어러블 디바이스의 복잡한 3D 구조물에 전자회로를 직접 인쇄하는 방법은 전자기기 및 웨어러블 디바이스 등의 공간 제약적 문제를 해결하고, 소형화할 수 있는 방안을 제시할 수 있다.
연구 동향
전자기기의 인쇄 전자 분야, 바이오 메디컬 응용 분야, 에너지 소자 분야, 재료 과학 분야, 산업 및 제조 분야, 반도체 차폐 분야에서 에어로졸 디스펜서 기술은 정밀한 미세 패터닝 및 다양한 재료의 정확한 분사 능력 때문에 주목받고 있다.
전자 분야에서는 평면 및 곡면 기판에 정밀한 전자 회로를 인쇄하는 데 사용되며, 안테나, 배터리, 스마트 패키징, 웨어러블 디바이스, 신축성 센서 등의 제작에 활용된다. 은 나노 입자(AgNPs)를 사용한 고아스펙트비 트러스 요소, 마이크로필라 배열 등의 3D 구조를 인쇄하는 연구도 보고 되고 있다. 즉, 고해상도와 정밀도를 요구하는 전자기기 제조에 유용하다. 생명과학 분야의 경우, PEDOT 및 콜라겐 기반 잉크는 세포 배양 시스템, 전기 생리학적 기록 센서, 미생물 전해 셀 등 생체 친화적 응용에 연구되고 있다. 이러한 잉크는 낮은 세포 독성으로, 다양한 세포 계통에서의 응용 가능성이 확인되고 있다. 콜라겐 및 하이드록시아파타이트(HAp)를 포함한 복합 잉크를 사용하여 뼈 조직 공학에 적합한 3D 마이크로 구조를 제작하는 연구가 진행되고 있다.
마이크로 제조 분야에서는 연속 제트 증착, 층별 인쇄, 점멸 인쇄 등 다양한 프린팅 전략을 통해 복잡한 3D 마이크로 구조를 제작하는데 활용, 다양한 잉크와 조합하여 높은 생도와 정밀도를 가진 마이크로 제조 공정에 활용될 수 있도록 연구하고 있다.
연구 목적과 범위
본 연구의 목적은 여러 응용 분야의 활용을 위해 공압방식을 적용한 에어로졸 디스펜싱 공정을 구현하고, 정밀한 에어로졸 디스펜서 시스템을 설계 및 제작하여 안정적 토출 및 증착에 대한 기술적 및 환경적 문제를 개선하고 실험 평가한다.
연구된 공정 기술을 기반으로 반도체 설비에 적용하여 반도체 패키징 분야에서도 활용할 수 있는 설비를 구현하여 고정밀화에 필요한 다양한 EMI 차폐, Wire Bonding 대체, 안테나 Direct Writing 등 반도체 산업 현장에서의 디자인 요구에 따른 구조적 문제를 해결하고, 직접적인 에어로졸 3D 프린팅 활용에 대한 잠재력을 입증한다.
문헌 연구
잉크젯 프린팅과 에어로졸 3D 프린팅의 비교
잉크젯 프린팅과 에어로졸 3D 프린팅 기술의 공통점은 두 방식 모두 비접촉 상태에서 노즐을 통해 프린팅되는 방식으로, 기능을 가진 전자 소자 또는 전자 회로를 인쇄하는데 활용이 된다.
잉크젯 방식과 에어로졸 방식은 각각 그 특성에 맞게 고유한 장점과 제한적인 요소가 있어서 각기 다른 분야에 적합한 방법을 선택하여 활용되고 있다.
두 가지의 기술적 차이를 비교하면, 잉크젯 프린팅 방식의 경우는 피에조 젯 노즐이 매트릭스 형태로 여러 개가 붙어 있는 형태인데, 액체 잉크를 작은 방울 형태로 노즐에서 분사하여 서브스트레이트에 직접 인쇄를 하며, Drop-on-demend 방식을 활용하여 필요한 곳에 프린팅을 한다. 일반적으로 1~100mPas의 저점도 잉크를 사용한다. 고점도의 잉크는 노즐 막힘 및 분사에 영향을 줄 수도 있어서 제한적으로 사용되기도 한다. 반면, 에어로졸 3D 프린팅 방식은 금속 액체를 미세입자로 전환하고, 이를 분무하는 형태로 캐리어 가스를 이용하여 노즐부까지 일정 단계를 거쳐 서브스트레이트에 직접 인쇄를 한다. 잉크젯 프린팅 방식에 비해 가장 큰 장점은 적용 가능한 잉크의 점도 범위가 1~2500mPas로 넓어서 높은 점도의 잉크도 사용할 수 있다. 따라서, 다양한 금속을 다룰 수 있어 응용 분야가 폭 넓다.
잉크 토출의 선폭을 비교한 연구를 보면, 잉크젯 패턴의 크기는 저점도와 고점도에 따라 다르고, 20~50µm 수준으로 보고 되고 있지만, 이 또한 상당히 이상적인 결과물이다. 반면 에어로졸 3D 프린팅의 경우는 10µm 이하의 미세한 패턴까지 프린팅할 수 있다. 이로 인해 상당히 고해상도의 작업이 가능하고, 잉크젯 프린터의 평면적 기판에 국한된 재료 특성에서 벗어나 다양한 조건의 기판 특성에 프린팅할 수 있다는 장점이 있다. 특성적으로는 에어로졸 3D 프린팅의 방법이 잉크젯 프린팅 방식보다 매력적이긴 하지만, 잉크젯 프린팅의 경우는 기술적 진입 장벽이 낮아 가정용, 산업용에 다양하게 활용되는 반면, 에어로졸 제트 프린팅의 경우는 장비가 잉크젯 프린팅보다 더 복잡하고, 여러 가지 공정 변수를 가지게 된다. 따라서, 장비의 가격 또한 더 높으며, 운영 면에서도 고비용이 소비될 수 있다. 기술적 접근은 잉크젯 프린터의 경우는 그래픽 인쇄, 종이 인쇄, 전도성 잉크를 활용한 평면 기판의 간단한 전자 제품 인쇄 등에서 널리 사용되고, 에어로졸 제트 프린팅 방식은 전자 부품, 센서, 유연한 전자 디바이스, 생체 재료 등에 활용된다. 에어로졸 3D 프린팅 방식은 잉크젯 프린팅보다는 활용도 면에서 더욱 넓은 기술적 범위와 유연한 기판구조에 대응이 가능한 매력을 가지고 있다. 하지만, 에어로졸 3D 프린팅의 경우, 잉크젯 방식의 효율적 비용과 대규모 생산 방식의 장점을 넘어서기에는 힘에 부친다. 현재까지는 고비용 부담이 높은 장벽이라 할 수 있다. 이를 극복하기 위해서는 외국 기술에 의존된 장비 기술의 탈피와 여러 공정 변수에 대한 사항을 관리 또는 기술적 접목을 통하여 보다 효율적 운영을 가능하게 한다면, 잉크젯 방식의 프린팅 보다 고해상도, 고정밀 인쇄, 3D 구조에 인쇄할 수 있는 에어로졸 제트 프린팅 방식이 매력적인 기술 대상이라 볼 수 있다.
에어로졸 3D 프린팅의 시스템 구조
그림 7에서는 에어로졸 3D 프린팅 시스템의 구조를 간략하게 보여주고 있다. 이 구조에 대해서는 에어로졸 제트 프린트의 분무, 가상의 임팩터, 노즐, 증착 구성으로 설명한다.
분무(Atomization)
분무(Atomization)하기에 적합한 특성을 가진 에어로졸(Aerosol)을 생산하려면 분무 기술과 잉크의 유변학적 특성을 모두 이해해야 한다.
에어로졸화 방법과 재료의 표면 장력, 점도, 휘발성 및 밀도 간의 상호작용은 공정 개발에서 많은 과제를 제시한다. 이러한 문제는 다음과 같다. 서로 다른 유형의 잉크 간의 높은 공정 가변성으로 인해 이슈가 제기된다. 이상적인 에어로졸은 단분산이고 밀도가 높으며 그리고 기판에 충격을 가할 수 있는 충분한 관성을 지닌 방울을 포함해야 한다. 액적은 최소 피처 크기에 부정적인 영향을 미치거나 노즐 막힘을 유발할 정도로 크지 않아야 한다.
에어로졸화는 초음파 또는 공압 분무 중 하나를 적용하여 생성된다. 초음파 분무기는 매우 균일한 에어로졸을 생성하지만, 점도가 1~10cp 범위인 잉크로 제한되는 단점을 가지고 있다. 공압 접근 방식을 사용하면 점도가 최대 1000cp인 재료도의 점도를 가진 재료를 에어로졸화 할 수 있지만, 생성되는 에어로졸은 균일하지 않기 때문에 증착(deposition) 전에 개선 단계를 거쳐야 한다.
초음파 분무
초음파 분무 방식을 에어로졸 제트 프린트(에어로졸 3D 프린팅)방식에 적용하면, 매우 초입자의 균일한 에어로졸을 생성하는 장점을 가지고 있으나, 점도가 1~10cp 범위인 잉크로 제한된다.
초음파는 일반적으로 인간의 청각 범위인 20Hz에서 20kHz를 초과하는 주파수를 말한다. 이 주파수 대역 중 초음파 분무에는 1MHz에서 3MHz의 고주파 대역을 사용한다.
초음파 분무는 초음파 변환기에서 발생한 진동을 액체에 전달시키고, 이때 초음파의 에너지가 액체에 흡수되어 액체 표면에 고주파 진동을 일으킨다. 이 고주파 진동은 액체 내부에서 작은 기포(cavitation)을 형성하고, 이 기포는 진동 에너지를 흡수하여 파열되면서 높은 에너지를 방출한다. 이 과정에서, 액체는 미세한 입자로 분해된다. 이렇게 방출된 입자들이 주입된 가스(Carrier gas)를 통하여 공기 중으로 방출되어 에어로 졸을 형성하게 된다. 이러한 원리로, 초음파 분무 방식을 활용하여 에어로졸 제트 프린트(에어로졸 3D 프린팅)에 사용한다. 그림 8은 초음파 분무 방식의 에어로졸 생성 과정을 설명하고 있다.
공압 분무(Pneumatic Atomization)
공압 분무 방식은 더 넓은 범위의 점도의 재료를 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있지만, 초음파 분무 방식에 비해 고르지 못하다는 단점이 있다. Optomec社의 최신 데이터시트에 따르면 보수적인 1~500cp이다. 공압 분무는 이전에 문서화되어 있는 콜리슨 스타일 분무기의 변형을 사용하여 이루어진다.
Collison-style atomiser는 박테리아 현탁액의 에어로졸화에 사용되었다. 디자인, 이 유형의 분무기에 대한 설명 및 적용은 문헌에서 찾아볼 수 있으며, 1972년 5월에 발표된 보고서에서는 상세한 설계 연구가 존재한다. 일반적인 콜리슨 분무기의 구동 원리는 다음과 같다. 분무하는 동안 캐리어 가스는 잉크 공급 채널의 상단을 가로질러 가속된다. 잉크를 캐리어 가스로 끌어당기는 정압 감소 흐름에 도달하면, 최상층에서 일련의 다분산 방울을 생성한다. 이 스트림 내의 크고 관성이 높은 액적은 분무 챔버의 측면 벽에 충격을 받고 아래로 내려가며, 관성이 낮은 액적은 에어로졸로 남아 분무기에서 가상 임팩터를 향해 배출된다.
가상의 임팩터
가상 임팩터(그림 10의 ①)로 이송되며 관성이 큰 물방울은 직진하며(그림 10의 ②) 이 영역을 극복하기에 관성이 충분하지 않은 작은 물방울은 방사형으로 방출된다. 대부분의 흐름, 주요 흐름은 방사형으로 방출된다(그림 10의 ③). 이런 방식으로 관성이 낮은 에어로졸은 대기로 배출된다. 관성이 큰 에어로졸은 정체된 흐름 영역을 통과하여 증착 헤드 쪽으로 계속 이동된다. 이 에어로졸은 증착 헤드(그림 10의 ④)의 위치로 나간다.
포커싱 및 증착(Focusing and deposition)
적절한 에어로졸이 생성되면, 이 에어로졸은 캐리어 가스 흐름에 의해 증착 헤드로 전달된다. (그림 11의 ①). 물리적 노즐을 사용하여 초점을 맞춘다. 세스 가스라는 2차 흐름(그림 11의 ②)의 도입은 환형 외피 내의 에어로졸을 제한하고 수축시킨다.
세스 가스로 이루어진 환형 외피는 에어로졸을 수축시켜, 포커싱을 한다(그림 11의 ③). 에어로졸과 환형 외피는 물리적 노즐을 통해 기판에 증착된다(그림 11의 ④).
이와 같이 세스 가스를 적용하면 다음과 같은 특성이 나타난다. 에어로졸 흐름이 콜리메이트되어 1~5mm 스탠드오프에서 일관된 증착이 가능하고, 에어로졸 흐름과 재료 사이의 중간층으로 인해 노즐 막힘의 현상이 없어지고, 세스 가스에 대한 에어로졸 유량이 조작되어 하드웨어 변경 없이 증착 형상을 공정 중 제어할 수 있다. 세스 가스를 활용한 가포커싱과 물리적 노즐의 조합으로 노즐의 10분의 1 크기의 증착이 가능하다. 세스 가스를 사용하여 초점을 맞추는 데 따르는 어려운 점은 기판 및 이전 증착물과의 상호 작용, 특히 액체 또는 분말 형태인 경우에 어려움이 나타난다.
증착에 영향을 미치는 요인(Factors affecting deposition)
프린팅된 증착(deposit) 품질은 다양한 요인에 따라 달라진다(그림 12 참조). 장치, 공정 및 설계는 쉽게 구성할 수 있는 반면, 프린팅되는 기판(Substrate) 및 환경 요인은 특히 산업 생산 라인의 맥락에서 제어하기가 어렵다. 산업 생산 라인에서 재료와 잉크 배합은 가장 큰 도전 과제이다. 프로세스 매개변수의 영향을 조사하기 시작했으며, 최근에는 에어로졸 3D 프린팅의 기본 원칙이 잘 제시되었다.
Goth 등은 접착성, 전도성 및 습윤성에 초점을 맞춘 연구를 수행했다. 은 및 팔라듐 잉크의 접착, 전도성 및 습윤 특성에 초점을 맞춘 연구를 수행했다. 그들은 에어로졸 3D 프린팅 전에 기판 표면을 플라즈마 처리하면 재료 확산과 접착력이 증가한다고 보고했다. Mahajan et al. 은 이 연구를 바탕으로 최초로 초점 비율(focussing ratio)- Sheath gas flow rate 대 캐리어 가스 Flow rate의 비율인 초점 비율을 에어로졸 3D 프린팅을 사용한 미세 피처 프린팅의 핵심 파라미터로 최초로 확인했다. 초점 비율의 중요성은 분석 연구 중에 재확인되었다. 최근에는 스미스 등이 처리 매개변수에 대한 조사를 실시하여 기판 온도를 포함하도록 연구를 확장했다. 이러한 모든 연구에서 오버 스프레이를 최소화하는 것은 초기 공정 개발 과정에서 에어로졸 3D 프린팅의 과제로 확인되었다. 오버스프레이 침전물(그림 13 참조)은 관성이 충분하지 않은 액적이 캐리어와 세스 가스로 확산되기 전의 에어로졸 흐름이다. 액적의 밀도와 속도가 모두 같다고 가정하면 속도, 이러한 관성 차이는 방울의 부피로 어느 정도 제어할 수 있다. 잉크 구성, 분무 매개변수 및 가상 임팩터를 통해 어느 정도 제어할 수 있다. 합리적으로 개발된 모든 공정에서 오버 스프레이는 증착 메커니즘으로 생긴 것일 뿐이며, 그 결과는 주로 라인 품질을 정의하는 지표로 사용된다.
오버스프레이를 최소화하여 에지 정의 및 전체 라인 품질을 개선하는 것은 현재 경험적 최적화를 통해 이루어진다. 증착 메커니즘에 대한 이해를 높이기 위한 분석 모델이 개발되기 시작했으며, 이를 통해 공정 파라미터의 상호 의존성을 더 잘 이해하고 강력한 프린트 레시피 개발을 가속화할 수 있다. 사용자 직관에 의존하는 방식에서 벗어나기 위해서는 불량 라인과 고품질 라인을 구분할 수 있는 객관적인 지표가 에어로졸 3D 프린팅에 중요해질 것이다. 전도성 트레이스의 경우, 스미스 등은 전폭을 비교하여 라인 품질을 정량적으로 정의하는 방법을 개발했다. 절반 최대 높이(FWHM)에서의 전폭을 측정하여 라인 품질을 정량적으로 정의하는 방법을 개발했다.
오버 스프레이 가장자리 사이의 거리. 유효 너비라고 하는 이 측정값이 다음과 같은 경우 FWHM보다 훨씬 큰 것으로 확인되면, 많은 부분이 품질이 좋지 않은 것으로 간주된다. Salary et al.은 공정 중 모니터링 도구를 개발하기 시작했다. 6가지 메트릭(선폭, 선 밀도, 가장자리 평활도, 오버 스프레이 지수, 라인 불연속성 및 피들러 수)를 광학 현미경 사진에서 추출하여 다음을 결정한다. 궁극적으로 에어로졸 3D 프린팅 공정의 폐쇄 루프 제어 시스템을 구현하고자 한다.
종종 간과되는 운송 손실도 최종 품질에 큰 영향을 미칠 수 있다. Secor는 운송 손실에 대한 모델을 발표하고 확산, 기계 형상 및 잉크 배합도 중요한 역할을 하는 중력 침강을 주요 요인으로 강조했다. 운송 중 손실은 다음을 설명할 수 있다. 에어로졸 증가에 따른 증착 속도의 비선형성 에어로졸의 밀도가 일정하다고 가정할 경우, 흐름 실제로 이송 튜브가 길어질수록 동일한 손실에 대해 더 큰 에어로졸 유량이 필요하므로 증착 헤드에서 멀리 떨어진 곳에서 에어로졸을 생성하는 장비 구성은 로컬에서 에어로졸을 생성하는 장비보다 더 큰 손실을 경험하게 된다. 최근의 Optomec과 NANO JET 시스템은 하나로 통합했다. 어셈블리를 증착 헤드에 통합했는데, 이는 아마도 이러한 효과를 나타내는 것일 수 있다. Secor는 이러한 흐름 경로를 고려한 설계를 통해 흐름 경로, 손실을 활용하여 줄일 수 있다.
에어로졸 흐름 내 액적의 분포가 원칙적으로는 매력적이지만, 이 방법을 통해 얻을 수 있는 이득이 제한적이기 때문에 접근 방식은 가상의 임팩터나 잉크 및 처리 매개변수 최적화와 같은 다른 기법에 비해 경험적 노력을 기울일 만한 가치가 없을 것으로 보인다.
참조문헌
(1) 하나마이크론 기술분석 보고서 박정연 연구원, 2020-173, 2020-04-23
(2) ‘3D-printing and advanced manufacturing for electronics’, Alejandro H. Espera Jr., John Ryan C. Dizon, Qiyi Chen, Rigoberto C. Advincula, Springer Nature Switzerland AG 2019
(3) ‘3D-printing and advanced manufacturing for electronics’, Alejandro H. Espera Jr., John Ryan C. Dizon, Qiyi Chen, Rigoberto C. Advincula, Springer Nature Switzerland AG 2019
(4) ‘Aerosol-Jet Printed Interconnects for 2.5 D Electronic and Photonic Integration’, Journal of Lightwave Technology, Vol.36, No.16, August / 15 / 2018, p3529
(5) ‘A review of aerosol jet printing—a non-traditional hybrid process for micro-manufacturing’, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology / 2019, N. J. Wilkinson & M. A. A. Smith & R. W. Kay & R. A. Harris
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