Dual-Buck Power Converters with Enhanced System Reliability and Efficiency : 고 신뢰성, 고효율 듀얼 벅 파워 컨버터

Khan, Ashraf Ali 경북대학교 대학원 2018 국내박사

고 신뢰성, 고효율 듀얼 벅 파워 컨버터 아쉬라프 알리 칸 경북대학교 건설 환경 에너지 공학부환경 에너지 공학 전공 (지도교수: 차헌녕) (초록) 기존의 양방향 컨버터의 대부분은 안정성에 문제가 되는 슛-쓰루 (shoot-through) 위험성을 가지고 있다. 슛-쓰루 (shoot-through) 문제를 피하고 안정성을 높이기 위해 데드 타임이 게이트 신호 사이에 삽입된다. 하지만 데드 타임은 전압 이득을 줄이고 효율을 감소 시켜 컨버터의 성능을 떨어트린다. 또한 이는 제어 능력을 떨어트리고 출력 파형을 왜곡 시키며 스위칭 주파수를 제한한다. 전력 변환기는 일반적으로 MOSFET과 IGBT를 스위치 소자로 사용한다. MOSFET은 IGBT보다 빠른 스위칭, 낮은 스위칭 손실 및 전압 강하 특징을 갖는다. 이러한 특징 때문에 MOSGET은 고주파 스위칭이 필요한 전력 변환기에 적합하다. 고주파 스위칭은 전력변환기의 수동 부품 양을 줄이고 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 하드 스위칭하거나 버스 전압이 높은 경우 MOSFET의 바디 다이오드는 역 회복 문제를 갖는다. 따라서 버스 전압이 높은 상태에서 하드 스위칭을 하는 기존의 컨버터는 일반적으로 MOSFET을 스위치 소자로 쓰는 것을 권장하지 않는다. 본 논문은 듀얼 벅 컨버터 라 불리는 하드 스위칭 컨버터를 제안한다. 이는 슛-쓰루 (shoot-through) 위험성을 제거하여 높은 신뢰성을 달성하고 MOSFET 바디 다이오드의 역 회복 문제를 제거하여 효율을 향상시켰다. 넓은 범위의 입력 전압을 가진 채 출력 AC 전압을 조절하기 위해서는 벅-부스트 전력 시스템이 필요하다. 본 논문은 1단 2-레벨 벅-부스트 인버터를 제안한다. 제안한 인버터는 슛-쓰루 (shoot-through) 문제가 없어 시스템 신뢰성이 향상되었으며 파워 MOSFET을 사용하여 효율을 높였다. 광범위한 전압이득 구간을 가지고 있으며 출력 AC 파형을 왜곡 없이 얻을 수 있기 때문에 게이트 신호의 데드 타임을 없앨 수 있다. 제안한 1단 벅-부스트 인버터의 효율과 안정성을 더욱 향상시키기 위해 저주파와 고주파 변조를 결합한 PWM 이 본 논문에서 제안된다. 고전압 민 고전력dc-ac 전력 변환에서 2-레벨 인버터는 잘 사용되지 않는다. 고전압 및 고전력 전력변환을 위해 다중 레벨 인버터가 대안으로 발전해왔다. 본 논문은 새로운 방식의 캐스케이드 및 중앙 포인트 클램핑 멀티 레벨 인버터를 제안한다. 이는 왜곡이 적은 출력 AC 전압을 생성 할 수 있다. 또한 제안한 멀티 레벨 인버터는 저전압 정격을 가진 소자로 높은 출력 AC 전압을 얻을 수 있으며 스위칭 주파수를 줄일 수 있다. 게다가 이 또한 슛-스루 (shoot-through)와 MOSFET바디 다이오드의 역 회복 문제가 없다. 일반적으로 인버터는 DC-AC 전력 변환에 사용되며 AC-AC 컨버터는 AC-AC 전력 변환에 사용된다. 전통적인 AC-AC 컨버터는 정류 문제를 가지고 있어 실제로 어플리케이션에 적용하기가 어렵다. 본 논문은 새로운 유형의 2단 단상, 3 상 및 다단 계단식 AC-AC 컨버터를 제안한다. 이들은 슛-스루와 데드 타임 관련 문제가 없다. 또한 RC 스너버를 사용하거나 소프트 정류 방법을 이용하는 전통적인 방법을 하지 않아도 안전한 정류를 할 수 있다. 게다가 이들은 출력전압 왜곡이 거의 없으며, 바디 다이오드의 역 회복 문제 또한 없기 때문에 파워 MOSFET을 사용하여 높은 효율을 가질 수 있다. 고전압 AC-AC 전력 변환을 위해, 위상 변환 제어를 하는 새로운 계단식 AC-AC 전력 변환기가 본 논문에 소개된다. 이는 저전압 정격 반도체 소자를 사용하여 고출력 AC 전압을 생성 할 수 있다. 위상 변환 제어는 컨버터의 스위칭 주파수를 캐스케이드 단위만큼 증가시킨다. 본 논문은 제안한 컨버터의 스위칭 전략과 상세한 이론 분석 및 설계 지침을 설명한다. 제안한 회로의 특징을 확인하기 위해 다양한 시제품이 제작되고 테스트되었다. Abstract Dual-Buck Power Converters with Enhanced System Reliability and Efficiency By Ashraf Ali Khan Most of the conventional bidirectional converters have shoot-through risk, which is a major reliability issue. To avoid the shoot-through, finite dead-time is inserted between the switches. The dead-time guarantees safe operation. However, it adversely affects the performance of the converter. The dead-time reduces the voltage gain, reduces efficiency, decreases controllability, distorts the output waveforms, and limits the switching frequencies. In power converters, MOSFET and IGBT are commonly used as switching devices. In comparison with IGBT, MOSFET has fast switching, low switching loss and resistive conduction voltage drop. These features make MOSFET attractive in power converters for high frequency switching to reduce the volume of passive components by increasing switching frequency and to improve efficiency. However, the body diode of MOSFET has poor reverse recovery characteristics which cause reverse recovery issues during hard switching and when the bus voltage is high. Therefore, in the conventional hard switching converters at high bus voltage, MOSFETs are normally not recommended for switching. In this thesis hard switching converters called dual-buck converters are proposed to attain high reliability by eliminating shoot-through risk, and improve efficiency by utilizing MOSFETs without reverse recovery issues of their body diodes. A buck-boost power conditioning system is required to regulate the output ac voltage for wide range input dc voltage variation. This dissertation proposes single-stage two-level buck-boost inverters. Compared to the conventional single-stage buck-boost inverters, the proposed inverters have enhanced system reliability due to no shoot-through issues, and can increase the efficiency by using power MOSFETs. They can eliminate the dead-time in gate signals, owing to which the obtainable voltage gain can be reached and the output ac waveforms can be obtained with less distortion. To further improve the efficiency and stability of the proposed single-stage buck-boost inverters, PWM strategies combining the low and high frequency modulations are proposed. In high-voltage and high dc-ac power conversion, the two-level inverters can be hardly used. For this purpose, multilevel inverters have evolved as a viable solution. This dissertation proposes new type of cascaded and neutral point clamped multilevel inverters. They can generate an output ac voltage with low distortion. In addition, a high output ac voltage can be obtained with standard low voltage rating devices. Furthermore, they can reduce the switching frequencies. Besides, the proposed multilevel inverters have no shoot-through issues and can utilize power MOSEFTs without reverse recovery issues of their body diodes. Inverters are normally used for dc-ac power conversion, and ac-ac converters are used for ac-ac power conversion. The direct ac-ac converters are used for applications that require only voltage or power regulation. The traditional direct ac-ac converters have commutation problem which limits their practical implementation. This dissertation proposes new type two-level single-phase, three-phase and multilevel cascaded direct ac-ac converters. They have no shoot-through and dead-time related problems, and they can achieve safe commutation without employing the traditional techniques of using RC snubbers and employing soft commutation strategies. Further, they produce output voltages with extremely low distortion, and they can attain high efficiency by utilizing power MOSFETs without reverse recovery issues of their body diodes. To work with high voltage and high ac-ac power conversion, new type cascaded ac-ac power converters with phase-shift control are proposed in this dissertation. It can generate a high output ac voltage using standard low voltage rating semiconductor devices. The phase shift control increases the switching frequency of the converter by the number of cascaded units. The switching strategies for the proposed converters are developed, and detailed theoretical analysis and design guidelines of the proposed topologies are presented. To verify the performance and effectiveness of the proposed topologies, various laboratory prototypes are fabricated and tested.

Integrated Thermal Management with Thermal Mapping and Heat Dissipation

전원하 서울대학교 대학원 2016 국내석사

초 록 온도 맵핑과 열 분산 기능이 집적된 열관리 기술 서울대학교 대학원 전기 정보 공학부 전원하 모든 전자기기와 회로는 사용 중에 열을 발생시킨다. 산업의 발전에 따라 이들 기기와 회로는 소형화, 고성능화 및 다기능화가 심화되고 있으며, 이로 인하여 이들 기기 및 회로에서 발생되는 단위 부피 당 열의 양은 지속적으로 증가하고 있다. 한편, 전자기기에서 발생하는 과도한 열은 기기의 수명 및 신뢰성을 떨어뜨리고, 또한, 이들 기기의 오작동을 야기시킬 수 있으므로 실시간 온도 모니터링과 과도한 열을 제거하기 위한 방열 및 냉각기술을 통하여 기기 및 회로에 적절한 온도를 유지시켜 주기 위한 열관리(Thermal management) 기술은 필수적이다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 낮은 자기방전율, 높은 출력 전압 또한 메모리 효과가 없으므로 휴대전자기기, 가전, 국방, 우주항공 및 전기자동차 등 매우 다양한 분야에 동력원으로써 사용되고 있다. 하지만 리튬 이온 배터리의 충방전시 전지 내부반응으로 인한 온도 상승은 전지의 성능, 에너지 효율 및 안정성 등에 매우 큰 영향을 미친다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 배터리의 표면이나 내부의 온도를 감지하여 열 폭주를 예방하는 방법, 배터리를 직접 냉각시켜서 온도를 낮추는 방법 그리고 열 방출이 쉽도록 열전도도가 높은 물질을 이용하는 방법들이 연구 되고 있다. 본 논문에서는 종래의 열관리 방법과 달리 표면 온도 맵핑과 열 분산 기능을 결합하여 백금 온도 센서 배열과 열전도도가 우수한 그래파이트(Graphite) 열 분산기를 집적한 구조를 제안한다. 온도 맵핑은 실리콘 기판 위에 반도체 공정으로 형성된 백금 저항 배열의 온도에 따른 변화를 측정함으로써 수행되었다. 열 전달 시뮬레이션을 통하여 온도 센서 기판으로 사용된 실리콘과 그래파이트의 두께에 따른 열원의 온도 감소 효과와 표면 내 최대, 최소 온도 차이를 확인하였다. 또한 같은 방법으로 그래파이트 유무에 대해서도 실시하여 그래파이트로 인한 효과를 확인하였다. 그래파이트 열 분산기 도입은 열원의 온도 감소와 표면 내 최대, 최소 온도 차 감소에 효과적이었으며, 두께가 증가할수록 효과는 증대 되었다. 백금 측온저항체와 구리 배선으로 이루어진 온도 센서 배열은 서울대학교 반도체공동연구소를 이용하여 제작하였으며25μm 두께의 그래파이트 시트를 열 분산기로 부착하여 열 분산 기능을 결합한 온도 맵핑 소자를 제작하였다. 제작한 열 분산 기능을 결합한 온도 맵핑 소자를 리튬 이온 배터리 표면에 부착하여 전자부품연구원에서 방전 실험을 통하여 표면 온도와 방열 성능을 측정하였다. 그래파이트 부착으로 인한 평면 열전도도 증가로 인하여 7C로 방전할 경우, 미 부착 시와 비교하여 배터리 내부 최대 온도가 8.9℃ 감소하였으며 또한 배터리 내부 온도 차이 역시 9.4℃ 감소하였다. 결론적으로 온도 센서 배열은 실시간으로 표면의 온도 분포를 정밀한 측정을 가능하게 하였으며 그래파이트 열 분산기는 표면 온도 균일화 및 방열 효과에 좋은 결과를 보였다. 주요어 : 열관리 기술, 열 전달 시뮬레이션, 온도 맵핑, 그래파이트 열 분산기 학 번 : 2014-21667  

韓國農村地域における農家住宅の 空間構成に關する基礎的硏究

신원재우 [早稻田大學理] 1982 해외박사

Structural, Optical and Electrical Properties of Ga-Doped ZnO Thin Films Grown by r.f. Magnetron Sputtering

EricArifin 영남대학교 대학원 2007 국내석사

Resolving Mutually Exclusive Immunological Activities of Chitosan

이수영 포항공과대학교 융합생명공학부대학원 2021 국내박사

Chitosan is a derivate of chitin from crustacean shells, insect exoskeleton, and fungal cell walls. It is diversely applied in biomaterials and pharmaceuticals due to its attractive properties, including biocompatibility, biodegradability, antimicrobial effects, anticoagulation activities, wound healing, and immunological activities. A chemical modifications or polymer blends are used to improve chitosan's effectiveness for usage as a drug carrier, tissue engineering scaffold, antimicrobial agents, anticancer agents, and vaccine adjuvants. Firstly, a chitosan-based wet tissue adhesive with hemostasis was fabricated by introducing gallic acid to enhance the hemostatic ability and adhesion in wet conditions and hemostatic ability. Then, the studies of immune activities of chitosan are investigated to suggest further applications of chitosan in pharmaceuticals, indicating that which indicated that chitin and chitosan induced allergy, and had acute inflammation, anti-tumor, and anti-inflammation properties, which are mutually exclusive immunological effects. The pro- and anti-inflammatory properties of chitosan hinder its effective development as a biomedical material and pharmaceutical ingredient. Secondly, the influence of molecular weight of chitosan on its immune regulatory properties are investigated. The anti-inflammatory properties of chitosan with different molecular weights in adaptive immunity are compared by utilizing immunological assays and nanomechanics based experiments on the surface forces apparatus (SFA). Interestingly, low molecular weight (LMW) chitosan, compared with higher molecular weight chitosan, significantly enhances the differentiation of anti-inflammatory regulatory T cells (Tregs) by the Dectin-1 pattern recognition receptor (PRR) on antigen-presenting cells. The results of the interaction force measured by SFA also exhibit a similar trend between chitosan and the selected PRRs depending on the molecular weight of chitosan. The results of the immunological and nanomechanical experiments are consistent and imply that the PRRs and chitosan binding features vary depending on the MW of chitosan, which may shift immune responses. In vivo administration of LMW chitosan, not higher MW chitosan, suppresses inflammatory responses, and the progression of symptoms in experimental colitis. The interdisciplinary in vitro, in vivo immune studies, and nanomechanical studies provide in-depth insight into the utility of size-based fractionation of chitosan. Furthermore, this study elucidates a previously unexplored size-dependent immune regulatory property of chitosan in adaptive immunity. It suggests the applicability of LMW chitosan as a pharmaceutical ingredient to treat diverse inflammatory disorders and improves the understanding of chitosan for conventional biomedical and pharmaceutical applications. 키토산은 갑각류, 곤충의 외골격, 균류의 세포벽을 구성하고 있는 키틴을 탈아세틸화 시켜 얻을 수 있는 생체고분자로 생체 적합성, 생분해성, 상처 지료 효과, 항균작용, 지혈효과, 낮은 독성, 항염 작용, 항암효과 등의 특성을 가지고 있어 지혈제, 항균제, 항암제, 조직 지지체, 약물 및 유전자 전달체 등 생체 의학 및 약학 분야에서 다양하게 응용되고 있다. 키토산은 아민 그룹(-NH2)과 수산기 그룹(-OH)을 가져 원하는 특성을 도입하거나 효과를 향상시키기 위해 다양한 화학적 개질을 진행하거나 고분자를 혼합하게 된다. 키토산 사슬에 갈산(gallic acid)을 도입하여 습윤 환경에서의 접착력과 지혈 효과가 향상된 키토산 기반 지혈 접착제를 제작했으며 이는 시중 판매되는 피브린 글루보다 높은 습윤 환경 조직 접착력을 가졌으며 개질(modification)이 진행되지 않은 키토산보다 높은 지혈 효과를 나타내었다. 약학 분야에서 키토산을 이용한 추가 응용 연구를 위해 키틴과 키토산의 면역 활성에 대해 찾아보던 중, 이들이 알레르기, 급성 염증반응, 항암작용, 그리고 항염증 반응 등 상반되는 면역 활성을 일으킨다는 연구들이 보고 된 것을 확인하였다. 키토산이 가진 염증과 항염증 반응 특성은 서로 상반되는 것으로 이것이 생체 의학 재료나 약학조성물로 효과적인 개발되는데 걸림돌이 되고 있다. 본 학위 과정 동안 키토산의 분자량에 따른 상반되는 면역 염증 반응에 대해 연구를 진행하였다. 후천 면역에서 저분자와 상대적으로 분자량이 높은 키토산이 나타내는 항염증 반응에 대해 면역학적 그리고 표면힘측정기(SFA, surface forces apparatus)를 이용한 나노 역학적 접근을 통해 실험을 진행하였다. 고분자 키토산과 비교했을 때, 저분자 키토산에서 흥미롭게도 항염증 반응에 관여하는 조절 T 세포의 분화가 증가한 것을 확인할 수 있었다. T 세포의 분화는 항원제시세포 표면에 위치한 패턴 인식 수용체 (PRR, pattern recognition receptor)와 키토산의 결합에 영향을 받는데 Dectin-1 이 저분자 키토산 처리에 따른 조절 T 세포 분화에 우세하게 관여하였다. 이러한 결과는 SFA를 이용하여 측정한 PRRs와 분자량이 다른 키토산 간의 결합력에서도 동일한 경향성을 보였다. 면역학적 실험 결과와 나노 역학적 실험 결과에서 보이는 정합성은 키토산의 분자량에 따라 PRRs와 결합하는 양상이 달라지고 이것이 면역 활성의 변화를 유도하는 것으로 보여진다. 또한, 항염증 효과를 보인 저분자 키토산을 대장염 동물 모델에 처리하였을 때, 염증반응과 증상의 진행을 저해하는 결과를 얻을 수 있었다. In vitro, in vivo 면역 실험과 나노역학 실험들을 통해 그 동안 진행되지 않았던 후천면역에서 키토산의 분자량에 따른 면역 조절 특성에 대한 연구를 진행하였다. 이는 저분자 키토산의 다양한 염증성 질환 치료를 위한 약학 조성물로서의 적용 가능성과 기존 생체 의학 및 약학 분야로 응용 시 요구되는 면역 활성을 가진 키토산을 선택함에 있어 분자량에 따른 심층적인 통찰력을 제공할 수 있을 것이라 기대한다.

Fabrication and characterization of CNTs/graphene based structure gas sensor for CO₂

김진환 인제대학교 일반대학원 2015 국내석사

그래핀/탄소나노튜브 기반의 구조를 가진 CO2 감지용 가스 센서의 제작과 특성 분석 김 진 환 (지도교수 : 전 민 현, 공학박사) 나노시스템 공학부 인제대학교 대학원 일상생활에서의 대기는 다양한 질소, 산소, 이산화탄소, 수증기 등의 다양한 가스 분자로 구성되어 있다. 그런데, 일상 생활 공간에서의 이산화탄소 농도의 증가는 다양한 건강 문제를 야기하므로 우리의 일상 생활에서의 이산화탄소 농도를 측정하는 것은 매우 중요하다. 기존의 비 분산 근 적외선 (Non dispersive infra-red, 이하 NDIR) 식의 이산화탄소 가스 센서는 느린 감지 속도와, 이산화가스 소모 문제, 연속적 측정의 불가능 등 많은 단점을 가지고 있다. 그러므로 기존의 이산화탄소 가스 센서를 대체하기 위한 새로운 가스 센서의 개발은 필수적이다. 이에 따라 반도체 재료나 금속 산화물 재료를 이용한 반도체식 가스 센서의 개발이 활발히 이루어지고 있는데 특히 우수한 전기적 특성과 유연성을 갖는 탄소계 물질인 그래핀과, 뛰어난 촉매적 특성과 전기적 특성을 갖는 탄소나노튜브를 이용한 연구가 각광받고 있다. 하지만 기존의 연구에서의 그래핀/탄소나노튜브 복합 구조에서는 그래핀은 소자의 유연성과 탄소나노튜브의 지지체로써의 역할만을 수행하고 전기적 특성에는 전혀 기여 하지 못하며, 탄소나노튜브는 전기적 특성에만 기여하는 병렬형 구조를 가지는 단점을 가지고 있다. 이에 우리는 새로운 그래핀과 탄소나노튜브 복합 구조를 전자 빔 식각 공정을 이용하여 제작하고, 이후 2단자 방식과 3단자 방식을 사용하여 진공 챔버를 갖는 반도체 분석 장비인 HP 4145B를 이용하여 그 특성을 평가하였다. 새로운 그래핀/탄소나노튜브 복합 구조는 직접 성장시킨 그래핀 상에 탄소나노튜브를 분산시켜 표면적을 향상시킴으로써 그래핀의 우수한 전기적 특성과 탄소나노튜브의 뛰어난 촉매 반응 및 표면적에 의한 시너지 작용으로 인해 기판의 유연성을 잃지 않으면서도 우수한 전기적 특성을 보여주었다. 키워드 : 그래핀, 탄소나노튜브, 가스 센서, 산소, 이산화탄소, 나노 구조 Fabrication and characterization of CNTs/graphene based structure gas sensors for CO2 Jinhwan Kim (Advisor : Minhyon Jeon, Ph.D) Departments of Nanosystems & Engineering Graduate School, Inje University Atmosphere is composed of many vapor molecules such as nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapor. However, increase of carbon dioxide (CO2) in living space causes many problems. Therefore, to detect the concentration of CO2 is very important in our lives. Conventional non dispersive infra-red (NDIR) type CO2 sensors have many disadvantages such as a slow sensor response, large consumption of reference gas, impossibility of continuous measurement. Therefore, development of new CO2 sensor is necessary to replace the conventional gas sensor. Owing to its disadvantages, graphene and CNT is considered a viable candidate for high performance gas sensing material. But, in the established studies, the graphene contribute flexibility only and the CNT contribute electrical property only. In this letter, therefore, we introduce an advanced carbon based hybrid film consisted of the CNTs/graphene using electron beam lithography. Thereafter, the electrical properties were measured by using both two-terminal and three terminal methods in the semiconductor parameter analyzer that has vacuum chamber (HP 4145B). The advanced hybrid film shows excellent flexibility and electrical properties. Because, this materials synergistically comprises the high surface area of CNTs with electrical property of graphene film. Keyword : graphene, gas sensor, carbon dioxide, oxygen, CNT, nanostructure

岩石爆破における裝藥量に關する

김웅수 北海道大學 工學部 1981 국내박사

후판 압연시 판 평탄도 불량 분석 및 저감 방법 연구

서재형 부산대학교 대학원 2019 국내박사

SimMechanics를 이용한 여유자유도를 갖는 매니퓰레이터의 작업공간 동적제어에 관한 연구

김정수 부경대학교 대학원 2008 국내석사

The redundant manipulators provide the execution of complex tasks with flexibility. The redundancy of such manipulators can be effectively used to avoid obstacle, avoid singularities while performing the desired end-effector task. The operational space formulation analyzes the manipulator dynamics as seen from the operational space. However, a dynamic behavior using the operational coordinates in redundant manipulator is insufficient to completely specify the dynamic behavior of the entire redundant system. This paper presents dynamic control law in operational space that guarantees the tracking of a given end-effector trajectory, avoiding the obstacle in operational space. The simulation using the SimMechanics in Matlab toolbox has been performed to evaluate the dynamic control law in operational space using Power Module.

Glass reflow process를 이용한 평면오목렌즈 제작

김민성 서울대학교 대학원 2017 국내석사

초 록 Glass reflow process를 이용한 평면오목렌즈 제작 서울대학교 대학원 전기정보공학부 김민성 렌즈란 굴절률이 다른 매질을 빛이 통과할 때 굴절하는 성질을 이용하여 빛을 모으거나 분산시켜 상을 확대하거나 축소하는 도구이다. 이러한 성질을 가지는 렌즈는 일상생활, 과학연구, 의료, 우주항공 분야등 매우 많은 분야에서 사용되고 있으며 그 사용 영역은 더욱더 확대되고 있다. 일반적으로 렌즈는 연삭 공정을 통해 표면을 갈아서 형성하는데 크기가 작은 마이크로 렌즈의 필요성이 점차 커짐에 따라 반도체 공정을 이용한 제작법에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서도 감광막, PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 폴리머를 이용한 렌즈제작에 대한 연구가 많이 이루어졌으며 글래스를 이용하여 렌즈를 제작하는 방법에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 글래스를 이용한 렌즈 제작 방법에 대한 연구는 볼록렌즈 제작법에 관한 비중이 높으며 볼록렌즈와 더불어 중요 광학 부품 중 하나임에도 불구하고 오목렌즈를 제작하는 방법에 대한 연구는 부족한 것이 사실이다. 본 논문은 반도체 공정을 이용하여 오목렌즈를 제작하는 방법에 관한 것으로 아직 시도되지 않은 글래스 리플로우 공정을 이용하여 구조의 크기를 컨트롤 하였다. 이를 위해 렌즈에 관한 광학 공식을 이용하여 렌즈를 설계하고 설계한 렌즈를 제작하기 위해 하나의 마스크와 글래스 리플로우를 이용하여 아래와 같이 오목렌즈를 제작하였다. 한 장의 실리콘 웨이퍼는 170㎛의 캐비티를 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)로 형성하고 또 다른 실리콘 웨이퍼는 2000㎛의 지름을 가지는 실린더의 관통공정을 진행한다. 이렇게 준비된 실리콘 웨이퍼와 Pyrex7740 글래스 웨이퍼는 양극 접합을 진행한 후 글래스 웨이퍼가 변형될 수 있도록 675℃에서 5분간 글래스 리플로우를 진행한다. 이 때 Pyrex7740 글래스 웨이퍼의 위에 양극 접합되어 렌즈의 지름을 결정할 관통 실리콘 웨이퍼와 Pyrex7740 글래스 웨이퍼 아래쪽에 양극 접합된 아래쪽 실리콘 웨이퍼와의 압력차이가 렌즈를 형성하게 된다. 이렇게 제작된 렌즈의 표면형상은 알파스텝을 이용하여 측정하였으며 렌즈의 새그(sag height)값과 지름은 렌즈에 크롬을 증착한 뒤 현미경 깊이 측정기를 이용하여 측정하였다. 이렇게 측정된 평면 오목렌즈는 각각 평균 지름 2008㎛, 평균 새그값 163.8㎛, 평균 초점거리 -6.7mm를 갖는다. 본 논문은 MEMS공정을 통하여 단일한 공정조건에서 렌즈를 형성할 수 있으며 mm단위의 크기를 갖는 오목렌즈를 제작하는 새로운 방법을 제안하였다. 주요어 : Plano concave lens, Glass reflow process, Triple anodic bonding, Lens equation 학 번 : 2015-20894