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- 저자 : 장덕석(Deoksuk Jang) (검색결과 5 건)
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액체의 레이저 유기 절연파괴를 이용한 신개념 표면 세정 공정
장덕석(Deoksuk Jang),이종명(Jong-Myoung Lee),김동식(Dongsik Kim) 한국레이저가공학회 2009 한국레이저가공학회지 Vol.12 No.4
The surface cleaning method based on the laser-induced breakdown (LIB) of gas and subsequent plasma and shock wave generation can remove small particles from solid surfaces. In the laser shock cleaning (LSC) process, a high-power laser pulse induces optical breakdown of the ambient gas above the solid surface covered with contaminant particles. The subsequently created shock wave followed by a high-speed flow stream detaches the particles. In this work, a novel surface cleaning process using laser-induced breakdown of liquid is introduced and demonstrated. LIB of a micro liquid jet increases the shock wave intensity and this removes smaller particle than the conventional LSC method. Experiments demonstrate that the cleaning force and cleaning efficiency are also increased significantly by this method.
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액체 보조 방식의 Excimer 레이저 폴리머 미세가공
장덕석(Deoksuk Jang),김동식(Dongsik Kim) 한국레이저가공학회 2007 한국레이저가공학회지 Vol.10 No.1
Previous studies demonstrated that laser ablation under transparent liquid can result in ablation enhancement and particle removal from the surface. Although the ablation enhancement by liquid is already known for semiconductor and metal, the phenomena of polymer ablation have not been studied. In this work, the liquid-assisted excimer laser ablation process is examined for polymer materials, such as polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA) with emphasis on ablation enhancement and surface topography. In the case of PET and PMMA, the effect of liquid is analyzed both for thin water film and bulk water. The results show that application of liquid increases the ablation rate of PMMA while that of PET remains unchanged even in the liquid-assisted process. However, the surface roughness is generally deteriorated in the liquid-assisted process. The surface topography is found to be strongly dependent on the method of liquid application, i.e., thin film or bulk liquid.
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레이저 습식후면 식각 기법을 이용한 유리 미세가공 공정 해석
이태화(Taehwa Lee),장덕석(Deoksuk Jang),김동식(Dongsik Kim) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5
유리와 같은 투명 재료는 광학적, 화학적 기계적 성질이 우수하여 통신, 광학 장비, 마이크로 전자기계 시스템(MEMs) 폭 넓은 분야에서 이용되고 있으나, 유리의 우수한 성질은 가공을 어렵게 하는 인자로 작용하고 있다. 일반적으로 유리 가공을 위해 화학적 에칭, 기계적 가공, 레이저 가공 등이 이용되었고 있으나, 화학 습식 에칭에 의한 유리 가공은 마스크를 증착해야 하고 화학 용액에 장시간 담가 두어야 한다는 점에서 시간과 비용이 많이 든다. 엑시머 또는 펨토 초 레이저 등의 직접 조사에 의한 가공은 고 에너지, 고 비용이다. 최근에 개발된 레이저 습식후연 식각(LIBWE) 기법은 레이저 빔이 유리에 거의 흡수되지 않고 투과하여 유리의 후면에 위치한 흡광 액체에 흡수시켜 유리를 가공하는 방법으로, 고온으로 상승한 액체에 의해 유리 재료를 용융시키며, 폭발적 상 변화를 통해 생성된 기포 및 충격파와 같은 기계적 힘으로 용융된 유리를 제거한다. 이와 같은 간접적인 방식은 레이저의 직접조사에 의한 방식보다 비교적 낮은 레이저 플루언스(fluence)에서 가공할 수 있고, 가공면의 질도 기존의 가공법에 비하여 우수하다. 하지만 본 공정의 메커니즘에 관한 연구가 매우 부족한 실정이다. 특히 용융된 재료가 제거되는데 영향을 미치는 주변환경 변화에 대한 연구는 아직까지 수행된 적이 없다. 본 연구에서는 흡광 액체의 어블레이션이 일어나는 챔버의 내부 환경 변화가 유리의 식각률에 미치는 영향을 분석하기 위해, 기포 거동을 가시화하고 챔버 크기와 유리의 두께를 변화 시키면서 가공 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 광원으로 KrF 엑시머 레이저(λ=248 ㎚, full width at half maximum=25 ㎱, 10㎐)를 사용하여, 양면이 연마된 fused silica 유리 시편을 가공하였다. 시편 두께 변화에 따른 가공 깊이 변화를 분석하기 위해 500 ㎛ 와 2 ㎜ 두께의 유리가 사용되었다. 흡광 액체로써 일반적으로 본 공정에서 널리 사용되는 톨루엔 (흡광 계수 α = 8.9 ㎛?¹)을 사용하였다. 레이저 가공 결과 레이저 플루언스와 조사된 펄스수에 따라 가공 깊이가 선형적으로 비례하여 증가하는 것을 확인하였으며, Fig. 1과 같이 가공 결과물의 주변부가 상승하는 림(rim) 현상 및 더브리(debris) 발생이 현저히 감소함을 확인하였다. 흡광 액체의 어블레이션 현상을 살펴보기 위하여 톨루엔에 플루언스 0.8 J/㎠ 의 빔이 조사하였을 때 발생하는 현상을 레이저 섬광사진(shadowgraph technique) 기법이 이용하여 관찰하였다. Figure 2에서 충격파의 생성과 기포의 거동을 볼 수 있다. 고온, 고압의 액체가 급속히 팽창하면서 주변 유체를 밀어내어 충격파가 발생되고 뒤이어 액체 상변화에 의해 기포가 생성된다. 기포가 급격히 성장하여 30 ㎲ 지연 시간에 최대 크기 300 ㎛ 에 이른다. 초기 반경 변화로부터 계산한 기포의 초기 성장 속도는 95 ㎧ 이고 이것을 이용하여 기포 성장으로 인해 시편에 가해지는 압력(~200 ㎫)을 예측할 수 있다. 크기가 다른 챔버에서 레이저 가공을 수행한 결과, Fig. 3(a)와 같이 챔버의 크기가 작을수록 식각율이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 기포가 챔버 내에서 성장할 때, 기포 주변 액체가 차지한 부피가 기포의 체적만큼 줄어들어서 액체는 압축되고 그 결과로 기포 주변의 압력은 상승하므로 작은 챔버에서 기포 내부의 압력 상승은 유리 시편에 가해지는 반발력이 커지는 것으로 이해 될 수 있다. 시편의 두께 변화에 따른 가공 결과를 살펴본 결과, Fig. 3(b)와 같이 유리 시편의 두께가 두꺼울수록 가공이 깊게 되는 것을 알 수 있다. 레이저 에너지가 액체에 조사되어 온도 상승 및 기포를 발생할 때, 유리 시편은 기포가 팽창하는 방향과 반대의 방향으로 휘어지는 현상이 발생한다. 즉 시편이 변형되면서 기포의 성장이 제한되는 효과가 감소하고 시편에 가해지는 기계적 효과도 줄어들 수 있다. 기포 성장에 의한 유리 시편의 휨량을 기포 내부 압력과 주변 압력의 상승으로부터 계산해 보면, 1 J/㎠ 플루언스에서 2 ㎜ 두께의 유리 시편의 변형량은 90 ㎚로 500 ㎛ 두께의 5 ㎚ 보다 훨씬 크다. 따라서 두께가 얇은 수록 기계적 에너지가 용융된 유리를 제거하는데 효율적으로 전달 되지 못하여 낮은 식각률을 보이는 것이다.
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압밀 금속 마이크로 입자의 펄스 레이저 ABLATION에 의한 나노입자 합성
장덕석,오부국,김동식 한국레이저가공학회 2002 한국레이저가공학회지 Vol.5 No.2
This paper describes the process of nanoparticle synthesis by laser ablation of consolidated microparticles. We have generated nanoparticles by high-power pulsed laser ablation of Al, Cu and Ag microparticles using a Q-switched Nd:YAG laser (wavelength 355 nm, FWHM 5 ns, fluence 0.8∼2.0 J㎠). Microparticles of mean diameter 18-80 μm are ablated in the ambient air. The generated nanoparticles are collected on a glass substrate and the size distribution and morphology are examined using a scanning electron microscope and a transmission electron microscope. The effect of laser fluence and collector position on the distribution of particle size is investigated. The dynamics of ablation plume and shock wave is analyzed by monitoring the photoacoustic probe-beam deflection signal. Nanosecond time-resolved images of the ablation process are also obtained by laser flash shadowgraphy. Based on the experimental results, discussions are made on the dynamics of ablation plume.
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장덕석,김동식 한국레이저가공학회 2008 한국레이저가공학회지 Vol.11 No.1
Laser micromachining is a promising technique to fabricate the micro-scale devices. However, there remains important challenges to reducethe redeposition of ablated materials around the laser irradiated zone and to get a smooth surface, especially for metal and semiconductor materials. To achieve the high-quality micromachined devices, various methods have been developed. Liquid-assisted micromachining can be a good solution to overcome the previously mentioned problems. During the laser ablation process, the liquid around the solid sample dramatically changes the ablation characteristics, such as ablation rate, surface profile, formation of debris, and so on. In this investigation, we conducted the laser micromachining of Si in various liquid environmental conditions, such as liquid types, liquid thickness. In addition, using nanoscale time-resolved shadowgraphy technique, we observed the ablation process in liquid environments to understand the mechanism of liquid-assisted laser micromachining.
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