KR20080064517A - 금속표면의 산화막을 검출할 수 있는 프로브 니들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속표면의 산화막을 검출할 수 있는 프로브 니들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화막이 형성되어 있지만 너무 얇아 육안으로 식별할 수 없는 경우에 산화막의 저항을 측정할 수 있는 프로브 니들에 관한 것이다.

본 발명은 막대형상의 프로브 니들 몸체부; 상기 몸체부에서 연장 형성된 바늘형상의 니들부; 및 상기 니들부의 외면에 형성된 연질의 도전성 코팅층을 포함한다. 상기 코팅층은 상기 니들부 전체 또는 일부에 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명은 막대형상의 프로브 니들 몸체부; 상기 몸체부에서 연장 형성된 바늘형상의 제 1, 제 2니들부; 및 상기 제 1니들부의 외면에 형성된 연질의 도전성 코팅층을 포함하는 프로브 니들을 제공한다.

금속, 산화막, 프로브 니들

Description

금속표면의 산화막을 검출할 수 있는 프로브 니들 {SOFT TEST PROBE NEEDLE TATTLING OXIDIZED LAYER OF METAL SURFACES}

도 1은 종래의 경질의 프로브 니들의 문제점을 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 프로브 니들을 이용해 산화막의 저항을 측정하는 상태를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명의 제 5실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도임.

* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *

20 : 금속판(피측정물)

21 : 미산화금속층

22 : 산화막

100 : 프로브 니들

102, 112, 122, 132 : 몸체부

104, 114, 124, 134 : 니들부

106, 116, 126, 136 : 코팅층

200 : 프로브 니들

202 : 몸체부

204 : 제 1니들부

205 : 코팅층

206 : 제 2니들부

본 발명은 금속표면의 산화막을 검출할 수 있는 프로브 니들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화막이 형성되어 있지만 너무 얇아 육안으로 식별할 수 없는 경우에 산화막의 저항을 측정할 수 있는 프로브 니들에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 경질의 프로브 니들은 산화막을 뚫고 들어가 산화막의 저항을 측정할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 개선하여 프로브 니들이 금속의 산화막 표면을 손상시키지 않도록 하는 구조를 제공함으로써 산화막의 저항을 측정할 수 있는 프로브 니들에 관한 것이다.

종래의 일반적인 전기저항 측정법은 멀티미터와 연결된 한 쌍의 프로브 니들을 저항을 측정하고자 하는 물체의 표면에 손의 압력으로 눌러서 접촉시킨 상태에서 멀티미터의 상태창에 표시되는 저항값을 읽는 것이었다.

이러한 측정방법에서 가장 큰 오차 요소는 접촉저항으로, 접촉저항이란 프로브 니들과 측정대상이 임시적인 접촉을 통해 전기적으로 불안정한 상태로 연결되기 때문에 발생하는 것이다. 구체적으로, 프로브 니들을 누르는 힘, 프로브 니들과 피측정 물체의 실접촉면적, 피측정 물체의 표면 청결상태 등에 따라 그 값이 달라지는 일종의 노이즈와 같은 성분들로 인하여 발생하는 것이었다.

이러한 노이즈 요인들을 감안하여, 프로브 니들은 측정의 재현성, 소재의 내구성 등의 이유로 녹이 발생하지 않고 경도 및 강도가 우수한 재질인 스테인레스 스틸을 주로 사용한다. 상기와 같은 경질의 재질을 프로브 니들로 사용하게 되면 프로브 니들을 누르는 힘에 의해 프로브 니들의 표면이 쉽게 변형이 되지 않고 측정 대상물과의 접촉시 두 물질의 경도 차이에 따른 프로브의 마모를 최소화해 재현성 있는 측정결과를 제공할 수 있있다.

그러나 경질의 프로브 니들은 경우에 따라 정확한 측정을 방해하기도 한다.

그 예로 표면에 눈에 보이지 않을 정도로 얇은 산화막이 형성된 금속을 금이나 은과 같이 연한 금속소재와 압력을 이용해 접점을 형성시킬 경우, 연한 금속소재가 산화막을 뚫지 못하므로 산화막의 저항으로 인해 접점의 전기저항이 상승하는 문제가 발생하지만 고경도 프로브 니들로 산화된 금속의 표면저항을 측정하더라도 프로브 니들이 산화막을 뚫고 들어가는 문제점이 발생한다.

도 1은 종래의 경질의 프로브 니들의 문제점을 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 프로브 니들(10)을 이용하여 금속판(20)의 저항을 측정하는 경우에는, 금속판(20)의 표면에 산화막(22)이 존재하고 있지만 상기 프로브 니들(10)이 산화막(22)을 뚫고 들어가 미산화금속층(21)과 직접 접촉하게 되므로, 표면 전기저항 상승의 원인을 알아내기 어려운 상황이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 프로브 니들을 접촉시키는 힘을 미세하게 조절함으로써 산화막이 프로브 니들에 의해 관통되는 것을 방지하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 프로브 스테이션과 같은 별도의 장비를 사용해야 한다는 문제점을 가지고 있다.

다른 방법으로 전자현미경과 같은 장비로 금속 표면의 산화막의 존재를 확인할 수 있으나 시간적, 금전적 비용 측면에서 비효율적이어서 실용적이지 못하다는 문제를 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 산화막이 형성되어 있지만 너무 얇아 육안으로 관찰이 안되면서 경질의 테스트 프로브 니들에 의해 산화막이 파괴되는 금속에 대해 표면의 산화막을 용이하게 검출할 수 있는 프로브 니들을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 막대형상의 프로브 니들 몸체부; 상 기 몸체부에서 연장 형성된 바늘형상의 니들부; 및 상기 니들부의 외면에 형성된 연질의 도전성 코팅층을 포함한다.

상기 코팅층은 상기 니들부 전체 또는 어느 일부에 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 당업자가 자명하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

기타 본 발명의 실시 형태들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 포함되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 프로브 니들을 이용해 산화막의 저항을 측정하는 상태를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로브 니들(100)은, 막대 형상의 프로브 니들 몸체부(102)와, 상기 몸체부(102)에서 연장 형성된 바늘형상의 니들부(104)와, 상기 니들부(104)의 외면에 형성된 연질의 도전성 코팅층(106)으로 이루어진다.

상기 몸체부(102)와 니들부(104)는 종래와 프로브 니들의 재질인 스테인레스 스틸과 같은 경질의 금속재질로 형성되는 것이며, 상기 코팅층(106)은 연질의 도전 성 재질로 형성된다. 상기 코팅층(106)의 구체적인 성분이나 형성방법은 후술한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 프로브 니들(100)을 접촉시켜 산화막(22)이 형성된 금속판(20)의 저항을 측정하는 경우, 프로브 니들(100)의 니들부(104) 표면에 형성된 코팅층(106)의 낮은 경도로 인해서, 산화막(22)의 손상을 피하면서 도전성에 의해 전류는 통과시킴으로써 금속판(20) 표면 산화막(22)의 저항을 측정할 수 있다. 결과적으로 저항값을 비교하여 피측정물의 표면에 산화막이 존재하는지 여부를 저항값 측정을 통해서 손쉽게 확인할 수 있는 것이다.

이에 반해 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 경질의 프로브 니들(10)을 사용하는 경우는 경질의 프로브 니들(10)이 피측정물인 금속판(20) 표면의 산화막(22)을 뚫고 들어가게 되므로 산화막(22)을 배제한 금속판(20) 심부의 미산화금속층(21) 저항값만 측정하기 때문에 표면 산화막(22)의 저항을 측정하기는 불가능하다.

상기의 코팅층(106)은 적절한 탄성과 우수한 전기전도성을 동시에 나타낼 수 있어야 한다. 그 이유는 탄성이 없을 경우 반복적이며 재현성 있는 측정이 불가능하므로 사실상 프로브 니들로서 사용이 불가능해 지며 전기전도성이 불량할 경우 그 자체로 일반적인 접촉저항 수준을 넘어서는 내부저항으로 작용해 저항 측정용 프로브 니들이 될 수 없기 때문이다.

상기 코팅층(106)은 전기전도성 입자 30~80 중량%, 탄성 바인더 15~50 중량%, 잔여 용매를 포함하는 조성물에 상기 니들부(104)를 딥코팅 후 경화하는 방식으로 형성할 수 있다.

프로브 니들(100)의 니들부(104)에 피복된 코팅층(106)의 경도는 바람직하게는 쇼아 A 경도(Shore A hardness) 기준으로 20 ~ 80 범위인 것이 바람직하다. 경도가 20 미만인 경우에는 코팅층(106)이 너무 연약해서 측정시 프로브 니들부(104)에 의해 코팅층(106)이 파손되는 문제점을 가지고 있으며, 반대로 경도가 80 초과인 경우에는 코팅층(106)이 너무 단단해서 산화막(22)이 코팅층(106)에 의해 손상되므로 산화막의 저항을 측정하지 못하는 문제점을 가진다.

상기 코팅층(106)의 전기전도도는 체적비저항 기준으로 0.01 ohm-cm를 넘지 않는 것이 바람직하다. 이 값을 넘어설 경우 일반적인 접촉저항 수준인 0.01~0.02 ohm 보다 높은 저항을 나타냄으로써 측정 가능한 산화막(22)의 저항 범위를 감소시키는 문제점이 있다.

이러한 특성을 제공하기 위해서, 상기 코팅층(106)은 높은 전기전도성을 가지는 입자와 탄성 바인더를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 상기 전도전도성 입자로는 금, 은, 구리, 팔라듐(Pd), 백금, 알루미늄 등의 금속으로 형성된 입도(particle size) 0.01~100㎛ 범위로 금속성 입자를 사용하거나, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그라파이트와 같은 유기물 입자를 사용하거나, 이종의 소재가 코팅된 형태의 복합 입자 등을 사용할 수 있다.

상기 탄성 바인더는 열, 빛 또는 수분 등의 원인에 의해 경화가 가능한 실리콘, 고무소재(Ethylene Propylene Terpolymers, EDPM), 열에 의해 성형이 가능한 열가소성 고무 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이러한 성분들에 한정되는 것은 아니다.

상기 코팅층은 도전성 성분과 비도전성 성분의 복합체로서 체적비저항이 일반 경질 프로브 니들보다 높기 때문에 그 자체만으로 프로브 니들을 구성하는 것은 정확한 저항 측정에 부적합하며 경질의 재질인 니들부(104) 말단에 적당한 두께로 피복되어 형성되는 것이 바람직하다.

피복되는 과정은 용매를 사용해 조성물의 점도를 낮추어 프로브 니들(100)의 니들부(104)에 코팅을 한 후 필요한 경화과정을 거치거나 몰드를 이용해 조성물을 몸체부(102), 니들부(104)와 함께 경화시킬 수도 있으며, 이와 반대로 조성물만 몰드에 주입해 경화시켜 먼저 성형한 다음 니들부(104)에 장착하는 방식으로도 적용할 수 있다.

피복 과정에서 피복되는 코팅층(106)의 두께는 얇게 피복될 수록 조성물의 내부저항값이 저항측정값에 적게 반영되어 정확한 측정에 유리한 점은 있으나, 코팅층(106)의 두께가 0.5 mm보다 얇아지게 되면 측정시 조성물 층이 압력에 의해 찢어지거나 경질의 니들부(104)의 표면경도가 코팅층(106)의 표면에 반영되어 금속의 산화막(22)이 파손되는 문제가 있었다. 반대로 코팅층(106)이 너무 두꺼우면 프로브 니들의 끝부분이 두께가 증가하여 특정 부위의 저항값을 측정하기 곤란한 문제점이 발생하므로, 상기 코팅층(106)의 두께는 0.5~5mm 범위인 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 프로브 니들의 변형된 실시예들을 살펴본다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시예는 코팅층(116)을 니들부(114)의 말단에만 형성한 것이다. 실질적으로 코팅층(116)이 필요한 부위는 피측정물과 접촉하는 끝부분이기 때문에, 첨단부를 포함한 니들부(114)의 말단에만 코팅층을 형성할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 실시예는 코팅층(126)을 구형으로 형성하여, 니들부(124)의 첨단(124a)에만 형성한 형태를 나타낸 것이다. 코팅층(126)을 도시한 바와 같이 구형으로 형성하는 경우에는 산화막의 손상을 최소화할 수 있다는 장점을 가지게 된다.

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 니들부(134)를 굴곡지게 형성하고, 상기 니들부(134)의 일부에 코팅층(146)을 형성하는 경우, 저항측정시 니들부(134)의 첨단(134a)이 피측정물에 접촉하는 각도를 완만하게 하여 피측정물의 손상을 방지할 수있다.

도 7은 본 발명의 제 5실시예에 따른 프로브 니들의 구조를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 프로브 니들(200)은 막대형상의 프로브 니들 몸체부(202), 상기 몸체부(202)에서 연장 형성되는 바늘형상의 제 1니들 부(204)와, 제 2니들부(206), 그리고 상기 제 1니들부(204)의 외면에 형성된 연질의 도전성 코팅층(205)을 포함한다.

본 실시예는 복수의 니들부(204, 206)를 구비하여, 하나의 니들부(204)에만 코팅층(205)을 형성함으로써, 사용자의 필요에 따라서 연질의 코팅층(205)이 형성된 제 1니들부(204)를 사용하거나, 경질의 제 2니들부(206)를 사용하여 저항값을 측정할 수 있도록 해준다. 따라서, 제 1니들부(204)를 사용하여 측정한 저항값과 제 2니들부(206)를 사용하여 측정한 저항값을 비교하는 것만으로도 손쉽게 산화막의 유무를 확인할 수 있는 효과를 가져온다.

이하, 본 발명에 따른 연질 프로브 니들과 종래의 경질 프로브 니들을 이용한 저항값 측정 결과를 비교해 봄으로써, 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 1

전도성 금속 분말로 Potters사의 SC500P18 은-코팅 구리 입자 65 중량%, 고무 바인더로 동양실리콘사의 상온수분경화형 수지인 DSE 3887 30 중량%, 용매로 자일렌 5 중량%를 플라스틱 용기에 담고 수분이 없는 글로브박스 내에서 충분한 시간 동안 핸드믹싱하여 균일한 조성물을 준비한 후 스테인레스 스틸 재질의 프로브 니들을 조성물에 담궜다가 빼내고 이를 대기중의 수분에 48시간 동안 노출시켜 경화 시킴으로써 연질 프로브 니들을 제조한다.

상기 조성물의 경화후 특성은 경도는 쇼아 A 경도(Shore A hardness) 60, 체적비저항은 0.003 ohm-cm였으며 프로브 니들의 니들부에 형성된 코팅층의 두께는 약 2 mm였다.

피측정물로 폴리카보네이트 기재 위에 스프레이 코팅으로 전자파 차폐용 은분말 도료(제일모직 STAREM-EMS SS4001 K2)의 도막을 두께 10 미크론으로 준비한 후, 폭 0.2 cm, 길이 12 cm의 띠 모양으로 커팅하고 커팅된 띠의 저항을 상기 방법으로 제조된 연질 프로브 니들을 이용해 니들간 거리 2 cm 단위로 10 cm까지 측정하였다.

비교예 1

실시예 1에서 사용된 것과 동일한 은분말 도료의 도막 저항을 일반적인 저항 측정에 사용되는 스테인레스 스틸 재질의 경질 프로브 니들을 사용해 니들간 거리 2 cm 단위로 10 cm까지 측정하였다.

실시예 2

폴리카보네이트 기재 위에 진공증착법으로 두께 2 미크론의 알루미늄 박막을 입힌 후 폭 0.2 cm, 길이 12 cm의 띠 모양으로 커팅하고 커팅된 띠의 저항을 실시예 1에서 만들어진 것과 동일한 연질 프로브 니들을 이용해 2 cm 단위로 10 cm 거리까지 측정하였다.

비교예 2

실시예 2에서 사용된 것과 동일한 알루미늄 박막의 저항을 일반적인 저항 측정에 사용되는 스테인레스 스틸 재질의 경질 프로브 니들을 사용해 니들간 거리 2 cm 단위로 10 cm까지 측정하였다.

상기 표 1의 실시예 1과 비교예 1의 결과를 참고하면, 산화막이 생기지 않은 은도료 도막인 경우, 프로브 니들의 재질에 상관없이 프로브 니들간 측정 거리가 증가할수록 저항값이 거리에 정비례하여 증가하는 모습을 볼 수 있는데 이는 산화막이 없는 금속막에 대해 연질 프로브 니들이 일반적인 스테인레스 스틸 소재의 경질 프로브 니들과 동일한 측정결과를 나타냄을 의미하는 것이다.

그런데 표면에 산화피막이 존재하는 알루미늄에 대해 실시예 2와 같이 연질 프로브 니들을 이용해 저항을 측정하면 저항 값이 니들 거리에 상관없이 수 ohm대의 높은 저항이 나타나는데 이를 비교예 2의 일반 경질 프로브 니들로 측정한 결과와 비교해 보면 알루미늄 표면의 산화피막의 저항이 연질 프로브 니들에 의해 측정된 것이며 아울러 산화막의 저항은 프로브 니들간 거리와 무관하게 측정됨을 알 수 있다.

결과적으로 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2를 통해 일반 경질 프로브 니들로는 그 존재여부를 알 수 없었던 알루미늄의 산화막을 본 발명에 따른 연질 프로브 니들을 사용해 산화막의 높은 저항값을 측정함으로써 그 존재를 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 니들을 사용하면, 간단한 저항 테스트를 통해 금속재료 표면에 생성된 산화막의 존재 여부를 확인 할 수 있다. 따라서 전기접점을 포함하는 회로를 개발하거나 제조, 유지관리 하는 업무와 관련된 사람들에게 보다 쉽고 정확하게 금속 표면의 산화막에 대한 정보를 제공해줄 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (8)

1. 막대형상의 프로브 니들 몸체부;

   상기 몸체부에서 연장 형성된 바늘형상의 니들부; 및

   상기 니들부의 외면의 전체 또는 어느 일부에 형성된 연질의 도전성 코팅층을 포함하는 프로브 니들.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅층은 전기전도성 입자와 탄성 바인더를 포함하는 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅층은 전기전도성 입자 30~80 중량%, 탄성 바인더 15~50 중량% 및 잔여 용매를 포함하는 조성물에 상기 니들부를 딥코팅 후 경화하는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅층은 체적 비저항이 0.01ohm-cm 이하인 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅층은 쇼아 A 경도(Shore A hardness) 20~80 범위인 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅층의 두께는 0.5~5mm 범위인 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 전기전도성 입자는 분말상태의 금, 은, 구리, 팔라듐, 백금, 알루미늄과 같은 금속성 입자 또는 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그라파이트와 같은 유기물 입자 또는 이종의 코팅된 형태의 복합입자인 것을 특징으로 하는 프로브 니들.
8. 제 2항에 있어서,

   상기 탄성 바인더는 실리콘, 고무소재(Ethylene Propylene Terpolymers, EDPM), 열가소성 고무 중의 하나의 재질로 이루어지거나, 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 니들.

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