기쿠나가 카즈야(연구원), 노나카 카즈히로(리더), 사카이 카즈후미(초빙 선임 연구원), 카모하라 토시히로(AIST 박사후 연구원), 국립산업종합연구소 측정솔루션연구센터(원장: 사카모토 미치루) 광학측정솔루션팀 Science and Technology(AIST, 회장: 노마쿠치 타모츠)는 진동과 전자기장을 이용하여 바카라 양방기를 검출하는 새로운 방법을 고안했습니다 다양한 제약이 있는 생산 현장에 유연하게 적용할 수 있는 비접촉 바카라 양방기 측정 기술을 개발했습니다
바카라 양방기가 있는 물체(예: 대전체)의 진동은 전자기장을 유도합니다 유도된 전자기장의 변화를 측정하면 대상의 바카라 양방기 양을 측정할 수 있습니다 다양한 공간적 제약이 있는 생산 현장에서 활용 가능성이 높은 이 기술은 1) 유도된 전자기장을 전방향으로 감지하고, 2) 음파를 이용하여 물체를 진동시키고, 3) 간단한 장치 구성으로 다양한 환경에 유연하게 설치할 수 있습니다 또한 이 기술을 사용하면 물체 표면에 집중된 음파를 스캐닝하여 평평한 표면의 바카라 양방기 분포를 시각화할 수 있습니다 생산현장에서 사람, 제품 등 움직이는 물체의 바카라 양방기를 단시간에 가시화할 수 있는 유망 기술이다
이 기술에 대한 자세한 내용은 8월 30일 야마가타 대학에서 개최된 일본 응용물리학회 제72회 추계 학회(2011)에서 발표되었습니다
 |
| 그림 1 : 폴리이미드 필름의 바카라 양방기 분포 측정 |
위치정보를 결합하여 바카라 양방기 분포를 시각화
측정된 바카라 양방기 정보를 사용하여 집중된 음파에 대한 정보입니다 |
바카라 양방기는 생산현장 곳곳에서 불규칙적으로 발생하여 생산성 저하의 원인이 되어 전자기기의 손상, 필름의 물체흡착, 제품에의 오염물질침착 등의 문제를 야기합니다 특히 반도체 생산에서는 이러한 대책에도 불구하고 바카라 양방기 문제가 더욱 심각해지고 있습니다 전자 기기의 바카라 양방기 방전 저항 수준은 고절연 소재 사용과 다층 반도체 회로의 소형화를 통해 향상되기 때문입니다 바카라 양방기 문제를 확실하고 효과적으로 줄이기 위해 생산 현장 엔지니어들은 각 생산 공정에서 발생하는 바카라 양방기를 측정하는 고속 기술을 모색해 왔습니다
바카라 양방기 측정 장치로 널리 사용되어 온 표면 전위계는 센서를 측정 대상에 가깝게 배치해야 하기 때문에 공간적 제약이 있습니다 또한, 표면전위계는 원칙적으로 근처의 대전물체, 접지 등 측정환경에 쉽게 영향을 받습니다 또한 2차원 표면의 바카라 양방기 분포 측정 속도를 높이는 것은 어렵습니다 이러한 측정을 위해서는 센서를 한 지점에서 다른 지점으로 이동해야 하기 때문입니다
AIST는 생산 현장에서 불규칙적으로 발생하는 바카라 양방기를 정량화하고 생산 공정에 피드백하기 위해 현장 바카라 양방기 측정 기술을 개발하기 위해 노력해 왔습니다 바카라 양방기 측정의 어려움은 정지 전하를 측정하는 데 있습니다 연구진은 대전체를 진동시켜 발생하는 전자기장을 감지하는 새로운 바카라 양방기 측정 기술을 개발했습니다
개발된 기술은 음파 조사로 대전체의 진동을 통해 전기장과 자기장을 상호 유도하여 전자기장을 생성합니다 바카라 양방기는 전기장의 변화를 감지하는 안테나로 측정됩니다 기술의 개략도는 그림 2와 같다 일반적으로 전기 도체에 전류가 흐르면서 발생하는 시간적, 공간적 변화에 의해 전기장과 자기장이 상호 유도되면서 전자기장이 발생한다 고안된 방법은 대전체를 진동시켜 고정 전하(바카라 양방기)의 위치에 공간적 변화를 일으키는 것을 포함합니다 그런 다음 교류와 동일한 효과를 생성하여 전자기장이 유도됩니다
 |
| 그림 2 : 개발된 기술의 개략도 |
(1) 대전체(대전체)
(2) 충전된 몸체는 음파에 의해 진동됩니다
(3) 정지 전하 자체가 물체와 함께 진동합니다
(4) 전하의 진동은 전기장과 자기장을 유도하여 전자기장을 생성합니다
(5) 안테나는 유도된 전기장을 감지하고 신호는 바카라 양방기에 대한 정보로 변환됩니다 |
그림 3에 표시된 장비를 사용하여 폴리이미드 필름을 음파로 진동시키고 전기장 강도의 변화를 안테나로 감지했습니다 대전되지 않은 폴리이미드 필름을 음파로 진동시켰을 때 전계 강도의 변화는 관찰되지 않았지만, 대전된 폴리이미드 필름에서는 전계 강도의 변화가 관찰되었습니다(그림 4) 이러한 결과를 통해 물체의 진동과 전기장의 변화는 밀접한 관계가 있으며, 전하를 띤 물체가 물리적, 주기적으로 진동함으로써 전자기장이 생성된다는 사실이 밝혀졌습니다
그림 3 : 실험 시스템 구성
|
그림 4 : 충전되지 않은 필름과 충전된 필름에 대한 음파 조사에 따른 전기장 강도의 변화
|
바카라 양방기 측정에는 바카라 양방기의 양과 전기 극성(양성 또는 음성)에 대한 정보가 필요합니다 연구진은 바카라 양방기를 정량적으로 평가하기 위해 표면 전위를 측정할 수 있는 바카라 양방기 전압계를 사용했다 대전된 폴리이미드 필름의 표면 전위와 전자기장 특성 사이의 관계를 분석한 결과, 감지된 전계 강도는 전기 극성에 관계없이 표면 전위의 양에 비례하는 것으로 나타났습니다(그림 5) 또한 유도 전기장의 위상은 전기 극성에 따라 크게 달라졌다(그림 5) 이는 양전하와 음전하가 같은 방향으로 이동하고, 유도 전기장의 위상이 다를 때 가상 전류의 방향이 바뀌기 때문이다 전술한 바와 같이, 개발된 기술은 유도 전기장의 세기와 위상을 결정함으로써 바카라 양방기의 양과 전기적 극성을 측정할 수 있다 또한 이 기술을 사용하면 360도 모든 방향에서 진동 영역에서만 전자기장을 감지할 수 있습니다 따라서 측정 기술은 주변 전기 환경이나 공간 제한의 영향을 받지 않습니다
집속된 음파를 이용하여 작은 영역을 진동시키면 선택된 영역의 바카라 양방기량만을 측정할 수 있습니다 집속된 음파를 스캔하여 바카라 양방기의 2차원 분포를 측정할 수 있습니다 집속된 음파가 목표로 하는 위치를 제어할 수 있으므로 스캔 속도를 높이면 표면 바카라 양방기 분포를 고속으로 측정할 수 있습니다
 |
그림 5 : 전기장과 바카라 양방기의 관계
바카라 양방기에 대한 정보는 전기장을 측정하여 얻을 수 있습니다 |
연구원들은 공간적으로 매우 제한된 생산 현장에 설치할 수 있는 바카라 양방기 센서 개발을 시작할 것입니다 또한, 집중된 음파를 고속으로 스캐닝할 수 있는 초지향성 사운드 시스템을 개발하고 바카라 양방기 분포를 신속하게 시각화하는 시스템을 개발할 계획입니다