KR20110029986A - 열 분포 상태 분석방법 및 테스트 필름 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열 분포 상태 분석방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열 분포 상태 분석방법은 온도변화에 따라 하나 이상의 특성변화를 나타내는 구성물질을 포함하는 제1 테스트 필름을 형성하고, 제1 테스트 필름에 대한 온도변화 및 하나 이상의 특성변화 사이의 상관관계를 각각 데이터화하는 데이터화 단계, 제1 테스트 필름과 동일한 제2 테스트 필름을 분석 대상물 표면에 형성하는 필름형성단계, 분석 대상물의 발열을 위해 분석 대상물을 구동시키는 구동단계, 분석 대상물의 발열에 의해 변화하는 제2 테스트 필름에 대한 하나 이상의 특성 값을 측정하는 측정단계 및, 데이터화 단계를 통해 얻은 제1 테스트 필름에 대한 데이터를 이용하여 측정단계를 통해 측정된 제2 테스트 필름에 대한 하나 이상의 특성 값을 온도 값으로 각각 변환하고, 변환된 온도 값을 이용하여 분석 대상물의 열 분포 상태를 분석하는 분석단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 매우 미세한 시스템의 열 분포를 간단한 방법으로 분석할 수 있고, 각종 나노마이크로 규모의 시스템을 포함하는 분석 대상물의 열 분포를 나노 크기의 해상도로 보다 정밀하게 파악할 수 있다.
열 분석, 열 분포, 열변색성 중합체, 폴리디아세틸렌, 변색, 형광, 온도 분 석, 온도 분포, 나노마이크로 규모 시스템, 반도체 칩 불량 분석, 반도체 칩 열관리
Description
본 발명은 열 분포 상태 분석방법 및 테스트 필름 형성방법에 관한 것이다.
대표적인 나노마이크로 시스템인 IC 칩과 같은 경우, 그 크기가 매우 미세하며, 또한 산업이 발전함에 따라 집적도가 점점 더 커지고 있다. 따라서 이와 같은 나노마이크로 규모 시스템은 상당한 발열량과 함께 온도 상승과 더불어 시스템의 파워 소모량을 증가시키거나 소자의 불량을 유발하는 등 여러 문제가 야기될 수 있다.
이러한 문제점으로 인해 나노마이크로 시스템의 공정과정이나 디자인 과정이 매우 어려울 뿐만 아니라 시스템의 국부적인 부분까지 나노 단위로 세밀하고 정확한 온도를 측정하는 것은 매우 힘든 실정이다. 보통 시스템적인 결함이나 문제점은 열에 의해 발생하기 때문에 미세한 크기를 갖는 시스템의 국부적인 영역에서 온도 분포 파악하는 것은 매우 중요한 작업이라 할 수 있다.
일반적인 열 분포 분석 방법에는 열 분석기를 이용하는 것과 적외선 카메라 또는 열상장비를 이용한 열화상 분석 방법 등이 있다. 그러나 이와 같은 방법은 고 가일 뿐만 아니라 나노 단위의 미세한 규모에서 정확한 열 분포를 분석하는 데 한계가 있다.
상대적으로 저가일 뿐만 아니라 보다 간편하게 열 분포를 분석할 수 있는 방법에는 온도에 따라 결정의 구조가 변하여 광학적 성질이 변함으로써 색이 바뀌는 감온성 액정(Thermochromic Liquid Crystal, TLC)을 이용하는 방법이 있다.
그러나 감온성 액정을 이용한 열 분포 분석방법은 액정 두께가 밀리 단위로 구성되기 때문에, 밀리 단위의 열 분포를 분석하는 데에는 적합할 수 있으나 칩의 회로나 기타 미세한 나노마이크로미터 규모 시스템의 열 분포를 분석하는 데에는 적합하지 않다. 또한, 감온성 액정으로 인지할 수 있는 온도 범위는 수 도 ㅀC 정도에 불과해 그 범위가 매우 작다.
종래의 분석방법들은 비용 면에서나 기타 여러 면에서 비효율적이고 또한, 나노마이크로 규모의 시스템에 대한 열 분포를 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 이용성이 보다 우수하며, 나노마이크로 규모에서도 열 분석이 가능한 방법 개발에 대한 필요성이 요구되고 있다. 앞으로 산업이 발전하며 시스템의 소형화, 집적화가 더욱 가속화될 것이므로 나노마이크로 규모 시스템의 열 분포를 분석하는 방법은 매우 중요하다고 할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 나노마이크로미터 규모의 시스템에 대한 국부적인 영역에서의 열 분포 상태 분석이 가능하며, 보다 쉽고 저렴하며, 활용성이 우수한 열 분포 상태 분석방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 열 분포 상태 분석방법은 온도변화에 따라 하나 이상의 특성변화를 나타내는 구성물질을 포함하는 제1 테스트 필름을 형성하고, 제1 테스트 필름에 대한 온도변화 및 하나 이상의 특성변화 사이의 상관관계를 각각 데이터화하는 데이터화 단계, 제1 테스트 필름과 동일한 제2 테스트 필름을 분석 대상물 표면에 형성하는 필름형성단계, 분석 대상물의 발열을 위해 분석 대상물을 구동시키는 구동단계, 분석 대상물의 발열에 의해 변화하는 제2 테스트 필름에 대한 하나 이상의 특성 값을 측정하는 측정단계 및, 데이터화 단계를 통해 얻은 제1 테스트 필름에 대한 데이터를 이용하여 측정단계를 통해 측정된 제2 테스트 필름에 대한 하나 이상의 특성 값을 온도 값으로 각각 변환하고, 변환된 온도 값을 이용하여 분석 대상물의 열 분포 상태를 분석하는 분석단계를 포함한다.
구성물질은,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 포함하고,
데이터화 단계는,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 이용하여 제1 테스트 필름을 형성하는 단계, 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계 및, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관 관계를 데이터화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
필름형성단계는,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 분석 대상물 표면에 증착하여 제2 테스트 필름을 형성하는 것이 바람직하다.
비가역성 폴리디아세텔렌 중합체의 용액은,
스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대상물 표면에 증착되는 것이 바람직하다.
구성물질은,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 고체화시키기 위한 호스트 중합체를 포함하고,
데이터화 단계는,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 호스트 중합체의 용액을 혼합하고 경화시켜 제1 테스트 필름을 형성하는 단계, 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계 및, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
필름형성단계는,
비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 호스트 중합체의 용액을 혼합하 여 제1 혼합용액을 형성하는 단계, 제1 혼합용액을 분석 대상물 표면에 증착하는 단계 및, 분석 대상물 표면에 증착된 제1 혼합용액을 경화시켜 제2 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 혼합용액은,
스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대상물 표면에 증착되는 것이 바람직하다.
구성물질은,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 포함하고,
데이터화 단계는,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 이용하여 제1 테스트 필름을 형성하는 단계, 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계 및, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 측정된 형광 세기 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
필름형성단계는,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 분석 대상물 표면에 증착하여 제2 테스트 필름을 형성하는 것이 바람직하다.
가역성 폴리디아세텔렌 중합체의 용액은,
스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대 상물 표면에 증착되는 것이 바람직하다.
구성물질은,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 고체화시키기 위한 호스트 중합체를 포함하고,
데이터화 단계는,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 호스트 중합체의 용액을 혼합하고 경화시켜 제1 테스트 필름을 형성하는 단계, 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계 및, 온도 변화에 따른 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
필름형성단계는,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 호스트 중합체의 용액을 혼합하여 제2 혼합용액을 형성하는 단계, 제2 혼합용액을 분석 대상물 표면에 증착하는 단계 및, 분석 대상물 표면에 증착된 제2 혼합용액을 경화시켜 제2 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
제2 혼합용액은,
스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대상물 표면에 증착되는 것이 바람직하다.
호스트 중합체는,
폴리비닐알콜, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 테스트 필름 형성방법은 열변색성 중합체 용액 및 열변색성 중합체 용액을 고체 필름화 하기 위한 호스트 중합체 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계, 혼합용액을 분석 대상물 표면에 증착하는 단계 및, 분석 대상물 표면에 증착된 혼합용액을 경화시켜 분석 대상물 표면에 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함한다.
열변색성 중합체 용액은,
가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
호스트 중합체 용액은,
폴리비닐알콜(poly-vinyl alcohol, PVA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리스티렌(poly styrene, PS) 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
혼합용액은,
스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대상물 표면에 증착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 매우 미세한 시스템의 열 분포를 간단한 방법으로 분석할 수 있고, 각종 나노마이크로 규모의 시스템을 포함하는 분석 대상물의 열 분포를 나노미터 크기의 해상도로 보다 정밀하게 파악할 수 있다.
이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 분포 상태 분석방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 분포 상태 분석방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열 분포 상태 분석방법은 데이터화 단계(S110), 필름형성단계(S120), 구동단계(S130), 측정단계(S140) 및 분석단계(S150)를 포함한다.
1. 데이터화 단계(S110)
데이터화 단계(S110)에서는 온도변화에 따라 하나 이상의 특성변화를 나타내는 제1 테스트 필름에 대한 온도변화 및 하나 이상의 특성변화 사이의 상관관계를 각각 데이터화 할 수 있다.
여기서, 제1 테스트 필름은 온도변화에 따라 하나 이상의 특성변화를 나타내는 구성물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 여기서, 구성물질은 열변색성 중합체(thermochromic polymer)인 것이 바람직하다. '열변색성'이란 용어는 열에 의해 색 전이 현상이 나타난다는 것을 의미한다.
열변색성 중합체의 대표적인 물질로 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌(polydiacetylene, PDA) 중합체가 있다. 폴리디아세틸렌은 디아세틸렌 단량체(diacetylene monomer)의 중합체로서, 그 대표적인 일례로 PCDA-EDEA(10,12- pentacosadiynoicacid-2,2'-(ethylenedioxy)bis (ethylamine)) 단위체가 있다. PCDA-EDEA의 화학식은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
PCDA-EDEA는 말단이 아민(amine) 그룹으로 치환된 PDA 리포솜의 단위체이다. PCDA-EDEA 단량체를 적절한 조건에서 자외선 광원에 노출시켜 중합 반응이 일어나도록 하면 청색의 폴리디아세틸렌이 제조될 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 청색의 폴리디아세틸렌은 온도 변화에 따라 청색에서 적색으로 변환되는 열변색성 특성이 있다.
폴리디아세틸렌의 색 전이 현상은 분자인식에 의한 것으로, 온도 변화뿐만 아니라, pH 또는 기계적 압력 등 여러 가지 외부 요인에 의해서도 유발될 수도 있다. 또한, 폴리디아세틸렌은 외부 자극에 의해 색 전이 현상뿐만 아니라 형광 특성의 발현 현상을 보인다.
중합체는 외부 자극에 의한 성질 변화의 회복 여부에 따라 가역성과 비가역성 중합체로 나눌 수 있다.
외부 자극에 의한 성질 변화가 외부 자극의 소멸에 따라 초기 상태로 회복되는 중합체를 가역성 중합체라고 한다. 즉, 가역성 폴리디아세틸렌의 경우, 온도 변화에 따른 색 전이 현상과 형광 특성의 발현 등은 외부 자극이 제거될 경우 다시 초기 상태로 회복된다.
반면, 외부 자극에 의한 비가역성 중합체의 성질 변화는 외부 자극이 제거되어도 한 번 변화된 성질이 그대로 남아 있게 된다. 즉, 비가역성 폴리디아세틸렌의 경우, 고온 열원에 의한 색 전이 현상과 형광 특성의 발현 등이 열원이 제거된 이후에도 고온의 정보가 열 자취(thermal footprint)로 남아 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 열에 의해 하나 이상의 특성변화를 나타내는 구성물질로서 열변색성 중합체를 사용한다. 보다 구체적으로, 열변색성 중합체 중 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 또는 가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 사용하여 나노미터 크기의 해상도를 갖는 테스트 필름을 제조한다.
본 발명의 실시예에서는 분석 대상물의 열 분포 상태 분석에 이용되는 구성물질을 열변색성 중합체로 한정하는 것이 아니라, 열에 의해 하나 이상의 특성 변화를 나타내는 물질이면 사용 가능하다.
데이터화 단계(S110)에서는 분석 대상물 표면에 제2 테스트 필름을 형성하기 전 제2 테스트 필름에 대한 특성 정보를 파악하기 위하여 제2 테스트 필름과 동일한 제1 테스트 필름을 제조한 후, 제1 테스트 필름에 대한 특성 정보를 데이터화할 수 있다. 따라서 데이터화 단계(S110)를 통하여 제1 테스트 필름의 특성 변화에 대한 정보를 데이터화 할 수 있다.
제1 테스트 필름은 가역성 또는 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 자체만으로 형성할 수 있다. 단, 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 용액만으로 고체상의 필름을 형성하기 어려운 경우, 다른 종류의 중합체와 함께 형성할 수 있다. 즉, 가역성 또는 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액에 폴리비닐알콜(poly-vinyl alcohol, PVA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리스티렌(poly styrene, PS)과 같은 호스트 중합체를 혼합하여 고체상의 제1 테스트 필름을 제작할 수 있다. 이때, 제1 테스트 필름의 특성은 호스트 중합체의 종류와 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌과의 혼합비에 따라 달라질 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 제1 테스트 필름을 발열시키고, 온도 변화에 따른 테스트 필름 샘플의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고 해석한 후, 수치화된 색상 값과 온도 변화와의 관계를 구한다. 이후, 색상 값에 따른 온도의 함수를 구하는 캘리브레이션 작업을 수행하여 제1 테스트 필름에 대한 온도와 색상간의 상관관계 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 형광 현미경을 통해 발열된 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 측정된 형광 세기와 온도의 함수를 구하는 캘리브레이션 작업을 수행하여 제1 테스트 필름에 대한 온도와 형광 세기 간의 상관관계 데이터를 얻을 수 있다.
2. 필름형성단계(S120)
필름형성단계(S120)에서는 제2 테스트 필름을 분석 대상물 표면에 형성할 수 있다. 여기서, 제2 테스트 필름을 구성하는 물질과 방법은 제1 테스트 필름을 구성 하는 물질 및 방법과 동일하다.
제2 테스트 필름은 상술한 바와 같이, 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 주요 구성물질로서 이용할 수 있으며, 제1 테스트 필름의 구성물질과 동일한 구성물질로 제2 테스트 필름을 형성할 수 있다.
제2 테스트 필름의 구성물질인 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 대표적인 예로서 상술한 바와 같이, PCDA-EDEA 단위체의 중합체를 사용할 수 있다.
제2 테스트 필름을 형성할 경우, PCDA-EDEA를 분석 대상물 표면에 증착하여 액상의 테스트 필름을 형성할 수 있으나, PCDA-EDEA의 경우와 같은 용액으로는 고체상의 필름을 쉽게 얻을 수 없으므로, 다른 종류의 중합체와 함께 섞어주는 것이 바람직하다. 즉, 제2 테스트 필름을 고체화하기 위한 폴리비닐알콜, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌과 같은 호스트 중합체가 필요하다. 이때, PCDA-EDEA는 게스트 중합체로 작용할 수 있다.
이 단계에서 PCDA-EDEA 용액을 폴리비닐알콜 용액과 혼합하여 혼합 용액을 형성하고, 자외선(UV) 광원에 노출시킴으로써 중합 반응이 일어나도록 하면, 혼합 용액은 청색을 나타내게 된다.
이후, 혼합 용액을 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 분석 대상물 표면에 증착할 수 있다. 이때, 혼합 용액을 분석 대상물 표면에 증착하기 전, 분석 대상물이 IC 칩과 같이 칩을 감싸고 있는 패키지 층이 있을 경우, 디캡(De-capsulate) 작업을 추가적으로 수행할 수 있다. 이로써, 분석 대상물인 내부 칩 상의 회로 표면에 향후 형성될 제2 테스트 필름이 직접적으로 접합 될 수 있다. 제2 테스트 필름의 형성은 IC 칩뿐만 아니라 어떠한 분석 대상물의 표면도 가능하다.
이후, 분석 대상물 표면에 증착된 혼합 용액을 일정시간 동안 경화(curing)시켜 분석 대상물 표면에 접합된 고체상의 제2 테스트 필름을 형성한다. 이때, 테스트 필름의 두께는 PCDA-EDEA 용액의 양과 접합된 면적에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 2㎖의 용액이 2x3㎠의 면적에 접합될 경우, 약 50㎛ 두께의 필름을 형성할 수 있다. 형성된 필름의 두께는 매우 얇으며 임의의 두께로 만들 수 있다.
한편, 호스트 중합체로 사용되는 폴리비닐알콜은 뛰어난 점착성의 필름을 형성할 수 있는 특징을 지닌 중합체로서 필름을 형성하기 위하여 섞어줄 수 있는 대표적인 중합체라고 할 수 있다. PDA-PVA 필름은 대부분의 물질과 유착성이 뛰어나 고온에서도 분석 대상물에서 떨어지지 않지만, 향후 핀셋 등을 이용하여 분석 대상물로부터 물리적으로 떼어낼 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 테스트 필름은 탄성력이 좋고 유연성이 있을 뿐만 아니라 내구성도 뛰어나다.
PDA-PVA 혼합 용액을 분석 대상물 표면에 접합한 후 경화시킬 때는 분석 대상물의 외형이 그대로 PDA-PVA 필름에 주형처럼 그 형체가 남게 된다. 또한, PDA-PVA 필름은 상술한 바와 같이, 핀셋 등을 이용하여 분석 대상물로부터 물리적으로 떼어낼 수 있으며, 떼어낸 PDA-PVA 필름은 분석 대상물의 외형이 주형처럼 남아 있기 때문에 필름을 떼어낸 이후에도 필름에 남아 있는 주형 형체를 통해 필름에 있는 열 정보를 통해 분석 대상물의 세부적인 위치에 대한 열 정보까지 파악할 수 있다.
도 2는 분석 대상물(100) 표면에 형성된 제2 테스트 필름의 예로서 PDA-PVA 필름(103)을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 분석 대상물(100)의 국소화된 열원(105)이 있을 경우, PDA-PVA 필름(103)은 분석 대상물(100)의 열 자취에 대한 세부적인 위치로 나타나는 온도 분포도(103A, 103B)가 나타나게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PDA-PVA 필름의 온도 별 색상 변화를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, PDA-PVA를 이용하여 형성된 테스트 필름은 상온에서 청색을 나타낸다. 또한, PDA-PVA 필름의 색상은 온도가 올라감에 따라 적색으로 변하고, 온도를 더 증가시키게 되면 황색으로 변하게 된다.
또한, 청색에서 적색으로의 색 전이 현상과 함께 적색의 형광 특성이 나타나게 된다. 형광 특성은 색 전이 현상보다 열에 보다 민감한 변수이므로 현광 현미경을 통해 PDA-PVA 필름의 형광 특성을 관찰하면 보다 확실한 온도 분포를 알 수 있다. 청색의 PDA-PVA 필름은 초기 상태에는 형광 특성이 전혀 없으나 40℃ 이상으로 온도가 올라감에 따라 적색을 나타내며 온도가 높은 지역에서는 적색의 형광 특성이 나타난다.
도 4는 온도에 따른 표준화된 PDA-PVA 필름의 형광 세기를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, PDA-PVA 필름의 형광 세기는 온도의 절대치에 따라 다르다는 것을 알 수 있다. 또한, 온도와 형광 세기는 거의 선형 관계로 일정한 부호의 기울기 함수 관계가 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 이용하여 제2 테스트 필름을 제조하는 경우, 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 사용하는 경우와 비교하여 그 물질이 가역적이라는 것과 측정 방법에만 차이가 있을 뿐 동일하다.
여기서, 측정 방법에 대한 차이점은 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 이용한 필름의 경우, 필름에 열원에 제거되더라도 열 자취가 그대로 남아 있어 열원이 제거된 이후에도 분석이 가능하지만, 가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 이용한 필름의 경우, 필름에 열원이 제거된 이후에는 그 특성상 열 자취가 남아 있지 않기 때문에 열 분포 분석을 실시간으로 관찰하고 분석해야 한다. 가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 이용한 필름의 경우, 색 전이나 형광 특성의 변화가 가역적이기 때문에 시간에 따른 온도 변화가 어떻게 일어나는지 볼 수 있고, 열 정보를 실시간으로 나타내기 때문에 시간에 따른 열 분포가 어떻게 일어나는지 알 수 있다.
3. 구동단계(S130)
구동단계(S130)에서는 분석 대상물(100)의 발열을 위해 분석 대상물(100)을 구동시킬 수 있다. 이로써, 분석 대상물(100)이 발열될 수 있다.
4. 측정단계(S140)
측정단계(S140)에서는 분석 대상물(100)의 발열에 의해 변화하는 제2 테스트 필름(103)에 대한 하나 이상의 특성 값을 측정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제2 테스트 필름(103)에 대한 색상 값과 형광 세기를 측정할 수 있다.
색상 값은 제2 테스트 필름(103)에 대한 색상 이미지를 이미지 프로세싱을 통해 측정하여 수치화할 수 있다. 형광 세기는 형광 현미경 등을 통해 테스트 필름(103)에 대한 형광 세기를 측정하여 수치화할 수 있다.
5. 분석단계(S150)
제2 테스트 필름(103)에 대한 색상 이미지를 이미지 프로세싱을 통해 측정하여 수치화된 색상 값은 데이터화 단계(S110)를 통해 얻은 색상과 온도에 대한 캘리브레이션 데이터를 이용하면 온도 값으로 변환할 수 있다.
또한, 형광 현미경 등을 통해 제2 테스트 필름(103)에 대한 형광 세기를 측정하여 수치화된 형광 세기는 데이터화 단계(S110)를 통해 얻은 형광 세기와 온도에 대한 캘리브레이션 데이터를 이용하면 온도 값으로 변환할 수 있다. 이와 같이 형광 특성을 이용함으로써 보다 더 정확한 온도 분포 분석이 가능하고, 국부적인 부분까지 분석할 수 있다. 이때 형광 현미경을 통해서는 분석 대상물(100) 표면에 접합된 제2 테스트 필름(103)의 표면을 관찰하는 것이 바람직하다.
도 5는 임의의 열원에 의해 나타날 수 있는 PDA-PVA 필름의 온도 분포도와 그에 따른 형광 세기를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예로 나노미터 단위의 미세한 열원인 필라멘트를 포함하는 저항변화 메모리(ReRAM)의 전자현미경 사진이다.
도 7은 도 6에 도시된 ReRAM의 표면에 접합하여 형성한 PDA-PVA 필름의 형광 특성을 나타낸 형광 현미경 사진이다.
이와 같이, 분석단계(S150)에서는 측정단계(S140)를 통해 얻은 제2 테스트 필름(103)에 대한 형광 정보와 색상 정보를, 데이터화 단계(S110)를 통해 얻은 데이터와 비교하고 분석함으로써, 분석 대상물(100)에 대한 온도 분포를 정확한 온도의 절대치 값으로 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 매우 미세한 시스템의 열 분포를 간단한 방법으로 분석할 수 있다. 따라서, 각종 나노마이크로 규모의 시스템을 포함하는 분석 대상물의 열 분포를 나노미터 크기의 해상도로 보다 정밀하게 파악할 수 있다.
또한, 열에 의한 테스트 필름의 특성 변화는 육안으로도 식별 가능하며, 현미경을 통해 열 분포 분석이 가능하다. 광학 현미경을 통해 필름의 색 전이 특성을 분석함으로써, 열의 분포도를 알 수 있고, 온도 변화도와 영역 간 온도 비교가 가능하다.
또한, 나노 단위의 국부적인 열 분포를 파악할 수 있으므로, 반도체 칩과 같은 고집적 시스템의 열 불량 분석 방법에도 적용할 수 있다. 따라서 나노미터 크기의 해상도로 열 분포 상태를 분석하여 마이크로 시스템의 신뢰성이나 안정성을 근본적으로 미리 확보할 수 있다.
이하에는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 테스트 필름 형성방법에 대하여 설명한다.
이하에서 설명하는 테스트 필름 형성방법은 앞서 설명한 분석 대상물에 대한 열 분포 상태를 분석하는 과정에서 사용되는 테스트 필름을 형성하는 방법에 관한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 테스트 필름 형성방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 테스트 필름 형성방법은 혼합용액 형성단계(S810), 혼합용액 증착단계(S820) 및 테스트 필름 형성단계(S830)를 포함한다.
1. 혼합용액 형성단계(S810)
혼합용액 형성단계(S810)에서는 테스트 필름을 형성하기 위한 구성물질을 제조할 수 있다.
테스트 필름을 구성하는 주요 물질은 열변색성 중합체 용액을 사용할 수 있다. 여기서 '열변색성'이란 용어는 열에 의해 색 전이 현상이 나타난다는 것을 의미한다. 열변색성 중합체의 대표적인 물질로 가역성/비가역성 폴리디아세틸렌(polydiacetylene, PDA) 중합체가 있다. 폴리디아세틸렌은 디아세틸렌 단량체(diacetylene monomer)의 중합체로서, 그 일례로 PCDA-EDEA(10,12- pentacosadiynoicacid-2,2'-(ethylenedioxy)bis (ethylamine)) 단위체가 있다. PCDA-EDEA의 화학식은 하기와 같다.
PCDA-EDEA는 말단이 아민(amine) 그룹으로 치환된 PDA 리포솜의 단위체이다. PCDA-EDEA 단량체를 적절한 조건에서 자외선 광원에 노출시켜 중합 반응이 일어나도록 하면 청색의 폴리디아세틸렌이 제조 될 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 청색의 폴리디아세틸렌은 온도 변화에 따라 청색에서 적색으로 변환되는 열변색성 특성이 있다.
폴리디아세틸렌의 색 전이 현상은 분자인식에 의한 것으로 온도 변화뿐만 아니라 pH 또는 기계적 압력 등 여러 가지 외부 요인에 의해서도 유발 될 수도 있다. 또한, 폴리디아세틸렌은 외부 자극에 의해 색 전이 현상뿐만 아니라 형광 특성의 발현 현상을 보인다.
중합체는 외부 자극에 의한 성질 변화의 회복 여부에 따라 가역성과 비가역성 중합체로 나눌 수 있다.
외부 자극에 의한 성질 변화가 외부 자극의 소멸에 따라 초기 상태로 회복되는 중합체를 가역성 중합체라고 한다. 즉, 가역성 폴리디아세틸렌의 경우, 온도 변화에 따른 색 전이 현상과 형광 특성의 발현 등은 외부 자극이 제거될 경우 다시 초기 상태로 회복된다.
반면, 외부 자극에 의한 비가역성 중합체의 성질 변화는 외부 자극이 제거되 어도 한 번 변화된 성질이 그대로 남아 있게 된다. 즉, 비가역성 폴리디아세틸렌의 경우 고온 열원에 의한 색 전이 현상, 형광 특성의 발현 등이 열원이 제거된 이후에도 고온의 정보가 열 자취로 남아 있게 된다.
혼합용액 형성단계(S810)에서는 테스트 필름을 형성하기 위해 이와 같은 특성을 지닌 가역성 또는 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 용액을 사용할 수 있다.
가역성 또는 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 용액으로 고체상의 필름을 형성하기 위해서는 폴리비닐알콜(poly-vinyl alcohol, PVA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리스티렌(poly styrene, PS)과 같은 호스트 중합체 용액을 섞어주는 것이 바람직하다. 이때, 폴리디아세틸렌 중합체 용액은 게스트 중합체로 작용할 수 있다.
2. 혼합용액 증착단계(S820)
혼합용액 증착단계(S820)에서는 혼합용액 형성단계(S810)를 통해 제조된 혼합용액을 분석하고자 하는 분석 대상물 표면에 증착할 수 있다. 증착방법으로는 스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 이용할 수 있다.
혼합 용액을 분석 대상물 표면에 접합하기 전, 분석 대상물이 IC 칩과 같이 칩을 감싸고 있는 패키지 층이 있을 경우, 디캡(De-capsulate) 작업을 추가적으로 수행할 수 있다. 이로써, 분석 대상물인 내부 칩 상의 회로 표면에 향후 형성될 테스트 필름이 직접적으로 접합될 수 있다. 테스트 필름의 형성은 IC 칩뿐만 아니라 어떠한 분석 대상물의 표면도 가능하다.
3. 테스트 필름 형성단계(S830)
테스트 필름 형성단계(S830)에서는 분석 대상물 표면에 증착된 혼합용액을 경화시켜 분석 대상물 표면에 테스트 필름을 형성할 수 있다. 이때, 테스트 필름의 두께는 PCDA-EDEA 용액의 양과 접합된 면적에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 2㎖의 용액이 2x3㎠의 면적에 접합될 경우, 약50㎛ 두께의 필름을 형성할 수 있다. 형성된 필름의 두께는 매우 얇으며 임의의 두께로 만들 수 있다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 분포 상태 분석방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 테스트 필름의 하나 이상의 특성 변화 및 온도 분포도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PDA-PVA 필름의 온도 별 색상 변화를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PDA-PVA 필름의 온도 별 형광 특성 변이를 나타낸 도면.
도 5는 임의의 열원에 의해 나타날 수 있는 PDA-PVA 필름의 온도 분포도와 그에 따른 형광 세기를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예로 나노마이크로미터 단위의 미세한 열원인 필라멘트를 포함하는 저항변화 메모리(ReRAM)의 전자현미경 사진.
도 7은 도 6에 도시된 ReRAM의 표면에 접합하여 형성한 PDA-PVA 필름의 형광 특성을 나타낸 형광 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 테스트 필름 형성방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
********* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *********
100: 분석 대상물
103: 테스트 필름
105: 열원
103A, 103B: 열 분포
Claims (18)
- 온도변화에 따라 하나 이상의 특성변화를 나타내는 구성물질을 이용하여 분석 대상물에 대한 열 분포 상태를 분석하는 방법에 관한 것으로,상기 구성물질을 포함하는 제1 테스트 필름을 형성하고, 상기 제1 테스트 필름에 대한 온도변화 및 상기 하나 이상의 특성변화 사이의 상관관계를 각각 데이터화하는 데이터화 단계;상기 제1 테스트 필름과 동일한 제2 테스트 필름을 분석 대상물 표면에 형성하는 필름형성단계;상기 분석 대상물의 발열을 위해 상기 분석 대상물을 구동시키는 구동단계;상기 분석 대상물의 발열에 의해 변화하는 상기 제2 테스트 필름에 대한 상기 하나 이상의 특성 값을 측정하는 측정단계; 및상기 데이터화 단계를 통해 얻은 상기 제1 테스트 필름에 대한 데이터를 이용하여 상기 측정단계를 통해 측정된 상기 제2 테스트 필름에 대한 상기 하나 이상의 특성 값을 온도 값으로 각각 변환하고, 상기 변환된 온도 값을 이용하여 상기 분석 대상물의 열 분포 상태를 분석하는 분석단계를 포함하는 열 분포 상태 분석방법.
- 제1항에 있어서,상기 구성물질은,비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 포함하고,상기 데이터화 단계는,상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 이용하여 상기 제1 테스트 필름을 형성하는 단계;상기 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계;온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 상기 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계; 및온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 상기 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석 방법.
- 제2항에 있어서,상기 필름형성단계는,상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 상기 분석 대상물 표면에 증착하여 상기 제2 테스트 필름을 형성하는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제3항에 있어서,상기 비가역성 폴리디아세텔렌 중합체의 용액은,스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 상기 분 석 대상물 표면에 증착되는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제1항에 있어서,상기 구성물질은,비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 고체화시키기 위한 호스트 중합체를 포함하고,상기 데이터화 단계는,상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 상기 호스트 중합체의 용액을 혼합하고 경화시켜 상기 제1 테스트 필름을 형성하는 단계;상기 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계;온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 상기 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계; 및온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 상기 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석 방법.
- 제5항에 있어서,상기 필름형성단계는,상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 상기 호스트 중합체의 용액 을 혼합하여 제1 혼합용액을 형성하는 단계;상기 제1 혼합용액을 상기 분석 대상물 표면에 증착하는 단계; 및상기 분석 대상물 표면에 증착된 상기 제1 혼합용액을 경화시켜 상기 제2 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제6항에 있어서,상기 제1 혼합용액은,스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 상기 분석 대상물 표면에 증착되는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제1항에 있어서,상기 구성물질은,가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 포함하고,상기 데이터화 단계는,상기 가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 이용하여 상기 제1 테스트 필름을 형성하는 단계;상기 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계;온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 상기 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계; 및온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 상기 측정된 형광 세기 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석 방법.
- 제8항에 있어서,상기 필름형성단계는,상기 가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액을 상기 분석 대상물 표면에 증착하여 상기 제2 테스트 필름을 형성하는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제9항에 있어서,상기 가역성 폴리디아세텔렌 중합체의 용액은,스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 상기 분석 대상물 표면에 증착되는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제1항에 있어서,상기 구성물질은,가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 상기 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체를 고체화시키기 위한 호스트 중합체를 포함하고,상기 데이터화 단계는,상기 가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 상기 호스트 중합체의 용액을 혼합하고 경화시켜 상기 제1 테스트 필름을 형성하는 단계;상기 제1 테스트 필름을 발열시키는 단계;온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 색상 이미지를 이미지 프로세싱하여 색상 값으로 수치화하고, 상기 수치화된 색상 값과 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계; 및온도 변화에 따른 상기 제1 테스트 필름의 형광 세기를 측정하고, 상기 측정된 형광 세기와 온도 변화 사이의 상관관계를 데이터화하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석 방법.
- 제11항에 있어서,상기 필름형성단계는,상기 가역성 폴리디아세틸렌 중합체의 용액 및 상기 호스트 중합체의 용액을 혼합하여 제2 혼합용액을 형성하는 단계;상기 제2 혼합용액을 상기 분석 대상물 표면에 증착하는 단계; 및상기 분석 대상물 표면에 증착된 상기 제2 혼합용액을 경화시켜 상기 제2 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제12항에 있어서,상기 제2 혼합용액은,스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 상기 분 석 대상물 표면에 증착되는, 열 분포 상태 분석방법.
- 제5항, 제6항, 제11항 또는 제12항에 있어서,상기 호스트 중합체는,폴리비닐알콜, 폴리디메틸실록산 및 폴리스티렌 중 하나를 포함하는, 열 분포 상태 분석방법.
- 분석 대상물에 대한 열 분포 상태를 분석하기 위한 테스트 필름을 형성하는 방법에 관한 것으로,열변색성 중합체 용액 및 상기 열변색성 중합체 용액을 고체 필름화 하기 위한 호스트 중합체 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계;상기 혼합용액을 상기 분석 대상물 표면에 증착하는 단계; 및상기 분석 대상물 표면에 증착된 상기 혼합용액을 경화시켜 상기 분석 대상물 표면에 상기 테스트 필름을 형성하는 단계를 포함하는 테스트 필름 형성방법.
- 제15항에 있어서,상기 열변색성 중합체 용액은,가역성 폴리디아세틸렌 중합체 및 비가역성 폴리디아세틸렌 중합체 중 하나를 포함하는, 테스트 필름 형성방법.
- 제15항에 있어서,상기 호스트 중합체 용액은,폴리비닐알콜(poly-vinyl alcohol, PVA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리스티렌(poly styrene, PS) 중 하나를 포함하는, 테스트 필름 형성방법.
- 제15항에 있어서,상기 혼합용액은,스핀 코팅, 스프레이 코팅 또는 주사기를 이용한 코팅 방법을 통해 상기 분석 대상물 표면에 증착되는, 테스트 필름 형성방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090087889A KR101137703B1 (ko) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | 열 분포 상태 분석방법 및 테스트 필름 형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090087889A KR101137703B1 (ko) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | 열 분포 상태 분석방법 및 테스트 필름 형성방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110029986A true KR20110029986A (ko) | 2011-03-23 |
| KR101137703B1 KR101137703B1 (ko) | 2012-04-25 |
Family
ID=43935803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090087889A KR101137703B1 (ko) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | 열 분포 상태 분석방법 및 테스트 필름 형성방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101137703B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3026411A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-01 | The Boeing Company | Chromatic witness for thermal mapping and certification of heat blankets |
-
2009
- 2009-09-17 KR KR1020090087889A patent/KR101137703B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3026411A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-01 | The Boeing Company | Chromatic witness for thermal mapping and certification of heat blankets |
| US10101287B2 (en) | 2014-11-26 | 2018-10-16 | The Boeing Company | Chromatic witness for thermal mapping and certification of heat blankets |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101137703B1 (ko) | 2012-04-25 |
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