KR20110097283A - Method for measuring elastic modulus of thin film sample with dual section, method measuring for thermal expansion modulus of thin film sample with dual section, thin film sample for measuring elastic modulus and hermal expansion modulus and apparatus for measuring elastic modulus and thermal expansion modulus - Google Patents

Method for measuring elastic modulus of thin film sample with dual section, method measuring for thermal expansion modulus of thin film sample with dual section, thin film sample for measuring elastic modulus and hermal expansion modulus and apparatus for measuring elastic modulus and thermal expansion modulus Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 시편의 탄성 계수 및 열팽창 계수를 획득할 수 있는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 너비(폭)가 W1인 제1 섹션(section)과 너비(폭)가 W2인 제2 섹션(section)을 구비하는 하나의 시험편에 하중을 가하여 한 번의 실험을 통해 각각의 섹션(section)에서 서로 다른 2 개의 변형률을 측정함으로써 한 번의 실험으로 박막 시편의 신뢰성 있는 탄성 계수 및 열팽창 계수를 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 방법에 사용되는 박막 시편 및 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for obtaining elastic modulus and thermal expansion coefficient of a thin film specimen, and more particularly, a first section having a width of W 1 and a second having a width of W 2 . A single test measures the elastic modulus and thermal expansion coefficient of a thin film specimen by loading two specimens with sections and measuring two different strains in each section in one experiment. It's about how you can do it.
The present invention also relates to thin film specimens and measuring devices used in the above methods.

Description

이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법, 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 열팽창 계수 측정 방법, 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정용 박막 시편 및 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치{METHOD FOR MEASURING ELASTIC MODULUS OF THIN FILM SAMPLE WITH DUAL SECTION, METHOD MEASURING FOR THERMAL EXPANSION MODULUS OF THIN FILM SAMPLE WITH DUAL SECTION, THIN FILM SAMPLE FOR MEASURING ELASTIC MODULUS AND HERMAL EXPANSION MODULUS AND APPARATUS FOR MEASURING ELASTIC MODULUS AND THERMAL EXPANSION MODULUS}Method of measuring elastic modulus using thin section specimens with double section, method of measuring thermal expansion coefficient using thin section specimens with double section, thin film specimen for measuring elastic modulus and thermal expansion coefficient MODULUS OF THIN FILM SAMPLE WITH DUAL SECTION, METHOD MEASURING FOR THERMAL EXPANSION

본 발명은 박막 시편의 탄성 계수 및 열팽창 계수를 획득할 수 있는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 너비(폭)가 W1인 제1 섹션(section)과 너비(폭)가 W2인 제2 섹션(section)을 구비하는 하나의 시험편에 하중을 가하여 한 번의 실험을 통해 각각의 섹션(section)에서 서로 다른 2 개의 변형률을 측정함으로써 한 번의 실험으로 박막 시편의 신뢰성 있는 탄성 계수 및 열팽창 계수를 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for obtaining elastic modulus and thermal expansion coefficient of a thin film specimen, and more particularly, a first section having a width of W 1 and a second having a width of W 2 . A single test measures the elastic modulus and thermal expansion coefficient of a thin film specimen by loading two specimens with sections and measuring two different strains in each section in one experiment. It's about how you can do it.

또한, 본 발명은 상기한 방법에 사용되는 박막 시편 및 측정 장치에 관한 것이다.The present invention also relates to thin film specimens and measuring devices used in the above methods.

시험편의 탄성 계수 및 열팽창 계수를 측정하기 위하여는 시험편의 변형률을 측정하여야 하는데, 이 경우 시험편의 항복 응력 이하의 응력에서 온도에 의한 변형률을 측정하는 것이 관건이다.In order to measure the elastic modulus and thermal expansion coefficient of the test piece, the strain of the test piece should be measured. In this case, it is important to measure the strain due to temperature at a stress below the yield stress of the test piece.

벌크 소재의 열팽창 계수 측정시에는 온도 증가에 대한 변형률 변화를 측정하여 그 기울기 값을 취하게 되는데, 일반적인 변위계 혹은 열팽창 계수 측정 디바이스를 이용하여 측정하게 된다.When measuring the coefficient of thermal expansion of the bulk material, the change in the strain with respect to the temperature increase is taken to take the slope value, which is measured using a general displacement meter or a coefficient of thermal expansion measurement device.

박막 소재의 열팽창 계수 측정시에는 고온 인장 시험기를 이용한 측정, 웨이퍼 곡률측정을 통한 방법, 캔틸레버 형태의 시험편의 휨을 이용한 방법 등을 이용하게 된다. 이 중 인장 실험을 통하여 열팽창 계수를 측정하는 방법이 가장 좋은 방법으로 알려져 있으나 박막 소재의 경우 벌크 소재에 사용하던 변형률 측정 방법으로는 변형률을 측정하기 어려운 점이 있다.When the thermal expansion coefficient of the thin film material is measured, a method using a high temperature tensile tester, a method using a wafer curvature measurement, a method using a warp of a cantilever type test piece, or the like is used. Among them, the method of measuring the coefficient of thermal expansion through tensile tests is known as the best method, but in the case of the thin film material, the strain measurement method used in the bulk material is difficult to measure the strain.

박막 소재의 변형률을 측정하는 경우 광학적인 방법을 이용한 ISDG (Interferometric Strain/Displacement Gage), DIC(Digital Image Correlation) 등의 측정방법이 알려져 있다.In the case of measuring the strain of a thin film material, measurement methods such as ISDG (Interferometric Strain / Displacement Gage) and DIC (Digital Image Correlation) using optical methods are known.

한편, 고온 인장 시험기를 이용할 경우 DWDM(Dual Weight Difference Method)을 사용하여 서로 다른 응력 레벨(항복 응력 이하의 응력 레벨)에서 변형률 변화의 데이터를 바탕으로 박막 소재의 열팽창 계수를 측정한다.Meanwhile, when using a high temperature tensile tester, the coefficient of thermal expansion of a thin film material is measured based on data of strain change at different stress levels (stress level below yield stress) using a DWDM (Dual Weight Difference Method).

박막 시험편은 수 나노 에서 수 마이크로 정도의 두께를 가지므로, 벌크 소재의 시편을 만드는 방법으로는 제작이 어려우며 주로 MEMS 공정을 응용한 방법으로 제작되는데, electroplating, sputtering, depositing 등으로 증착된 박막을 광학적인 또는 비광학적인 리소그라피를 이용하여 형상을 정의하는 방법이 사용된다. MEMS 공정으로 제작된 시험편은 그 크기가 작고, 매우 쉽게 파손되므로, 일반적으로 손으로 취급이 어렵다. 이에 따라 시험편의 소재 이외에 그립부에 지그(Zig) 구조물을 설계하여 제작된다.Since the thin film specimens have a thickness of several nanometers to several micrometers, it is difficult to fabricate bulk specimens and is mainly manufactured by applying MEMS process. The thin film deposited by electroplating, sputtering, depositing, etc. A method of defining the shape using phosphorus or non-optical lithography is used. Specimens produced by the MEMS process are small in size and very easily broken, and are therefore generally difficult to handle by hand. Accordingly, a Zig structure is designed and manufactured in addition to the material of the test piece.

즉, 박막 시험편의 너비(폭)이 매우 큰 경우라 하더라도 1mm 이하의 크기를 가지며 수 나노에서 수 마이크로 정도의 두께를 가지므로 손으로 취급하기가 불가능하다. 또한, 약간의 힘을 가하여도 큰 변형이 일어나므로 실험 전에 시험편에 손상이 갈 수 있는 가능성이 있으며, 안정한 상태를 유지할 수 있는 추가적인 구조를 함께 설계하여야 한다. 따라서, 탄성 계수 측정을 위하여 두 번 이상의 실험을 해야 할 경우 위와 같은 크기에 대한 문제로 인해 실험에 어려움이 따르게 된다.That is, even if the width (width) of the thin film specimens is very large, it is not possible to handle it by hand because it has a size of 1 mm or less and a thickness of several nanometers to several micrometers. In addition, a large deformation occurs even with a slight force, which may damage the specimen before the experiment, and the additional structure should be designed together to maintain a stable state. Therefore, when two or more experiments need to be performed to measure the elastic modulus, the experiments are difficult due to the problem of the size.

한편, 시험편은 주로 MEMS 공정으로 제작되는데, 한 웨이퍼에서 여러 개의 시험편을 만들 수 있다. 그런데, 같은 웨이퍼에서 제작된 시험편이라 할지라도 웨이퍼 상의 위치에 따라 두께나 조성이 달라질 가능성이 있다. 따라서, 서로 다른 두 개 이상의 시험편을 사용하여 두 번 이상의 실험을 하는 경우 시험편의 제조 오차와 시험 조건의 미세한 차이로 인한 오차가 포함된다.On the other hand, the test piece is mainly produced by the MEMS process, it is possible to make several test pieces on one wafer. By the way, even if the test piece manufactured on the same wafer, there is a possibility that the thickness and composition vary depending on the position on the wafer. Therefore, when two or more experiments are performed using two or more different test pieces, errors due to minute differences between the test error and the manufacturing error of the test pieces are included.

즉, 서로 다른 두 개의 시험편을 이용하여 두 번 이상의 실험을 할 경우 시험편간의 편차(두께 차이, 조성 차이 등)가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다.That is, when two or more experiments are performed using two different specimens, the variation (thickness difference, composition difference, etc.) between the specimens may affect the experimental results.

한편, DWDM(Dual Weight Difference Method)과 인장 실험을 통한 실험의 경우 서로 다른 응력 레벨에서 온도에 대한 변형률 변화의 데이터가 필요하다. 그런데, 하나의 시험편을 가지고 두 번 이상 실험을 하는 경우 시험편이 온도 이력에 대한 영향을 받을 가능성을 가지고 있다.On the other hand, in the case of an experiment through a dual weight difference method (DWDM) and a tensile test, data of strain change with respect to temperature at different stress levels are required. By the way, if the experiment is performed more than once with one specimen, the specimen has a possibility of being affected by the temperature history.

또한, 실험을 두 번 이상 하게 되면, 실험을 할 때마다 실험 외부 조건의 미세한 차이가 있을 수 있으며, 이는 시험 결과에 오차요인으로 작용되어 정확성을 저해할 가능성을 내포한다.In addition, if the experiment is performed two or more times, there may be a slight difference in the external conditions of the experiment every time the experiment is performed, which implies an error in the test results and impairs the accuracy.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자, 서로 다른 너비를 갖는 하나의 박막 시편을 사용하여 한 번의 실험을 수행함으로써 박막 시편의 탄성 계수 및 열팽창 계수를 정확하고 신속하게 획득할 수 있는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 방법을 제공하고자 한다. 즉, 본 발명은 서로 다른 너비(폭)를 가지는 시험편에 총 하중 P(T)가 인가되는 경우 제1 섹션(section)과 제2 섹션(section)에 각각 서로 다른 응력이 발생하므로, 하나의 시험편으로 한 번의 실험을 통해 각각의 섹션(section)에서 각각의 변형률을 측정하여 박막 시편의 탄성 계수를 획득할 수 있어 신뢰성 있는 결과를 획득할 수 있는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an elastic modulus and a thermal expansion coefficient that can accurately and quickly obtain the elastic modulus and thermal expansion coefficient of a thin film specimen by performing one experiment using one thin film specimen having a different width. It is intended to provide a measurement method. That is, according to the present invention, when the total load P (T) is applied to test pieces having different widths (widths), different stresses are generated in the first section and the second section, respectively, In order to provide an elastic modulus and thermal expansion coefficient measuring method that can obtain the elastic modulus of the thin film specimen by measuring each strain in each section through a single experiment to obtain a reliable result.

또한, 본 발명은 상기한 방법에 사용되는 박막 시험편 및 측정 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a thin film test piece and measuring device used in the above method.

본 발명은 너비가 W1인 제1 섹션(section)(110)과 상기 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작거나 큰 W2인 제2 섹션(section)(120)을 구비하는 두께 t인 판상의 박막 시편(100)의 좌측단 및 우측단을 지그(210, 220)에 각각 고정하는 시편 고정 단계(S110); 상기 박막 시편(100)에 항복 응력 미만의 응력이 인가되도록 액츄에이터(actuator)(400)를 이용하여 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 하중 Pa를 인가하는 하중 인가 단계(S121); 상기 박막 시편(100)에 열을 가하여 상기 박막 시편(100)의 온도를 T0로부터 T로 증가시키는 온도 변화 단계(S123); 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중 P(T)를 측정하는 총 하중 측정 단계(S130); 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중이 P(T)이고, 상기 박막 시편(100)의 온도가 T인 상태에서, 상기 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 상기 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)을 측정하는 변형률 측정 단계(S140); 의 관계식을 이용하여 상기 박막 시편(100)의 탄성 계수 E(T)를 획득하는 탄성 계수 획득 단계(S150); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법에 관한 것이다. 여기서, P(T)는 상기 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중 Pa와, 상기 박막 시편(100)의 온도가 T0로부터 T로 변화되어 상기 박막 시편(100)이 좌우방향으로 변형됨에 따라 추가로 가해지는 하중인 변형 하중 PT의 합이다.The present invention is a width W 1 of the first section (section) (110) and the first section (section) (110) at the right end is formed integrally width is less than W 1, or greater than W 2 of the second section of a specimen fixing step (S110) for fixing the left and right ends of the plate-like thin film specimen 100 having a section t 120 to the jig 210 and 220, respectively; A load application step (S121) of applying a load P a along the left and right directions of the thin film specimen (100) by using an actuator (400) to apply a stress below the yield stress to the thin film specimen (100); A temperature change step (S123) of applying heat to the thin film specimen (100) to increase the temperature of the thin film specimen (100) from T 0 to T; A total load measuring step (S130) of measuring a total load P (T) applied along the left and right directions of the thin film specimen 100; The strain ε 1 of the first section 110 in a state where the total load applied along the left and right directions of the thin film specimen 100 is P (T) and the temperature of the thin film specimen 100 is T. A strain measurement step (S140) of measuring strain (T) and strain ε 2 (T) of the second section (120); An elastic modulus obtaining step (S150) of obtaining an elastic modulus E (T) of the thin film specimen 100 by using a relational expression of? It relates to a method of measuring the elastic modulus using a thin film specimen having a double section comprising a. Here, P (T) is in the actuator (actuator), the load applied by a (400) P a, and the temperature of the thin film sample 100 is changed from T 0 to T and the thin film sample 100, the right and left direction It is the sum of the deformation loads P T , which are additional loads as they are deformed.

본 발명에 있어서, 상기 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중 Pa는 미리 설정된 하중 값을 Pp라 하고, 허용 편차 하중 값을 Pd라 할 때, |Pp ― P(T)|< Pd가 되도록 조절될 수 있고, 상기 W1과 W2 사이의 비는 2 이상인 것이 바람직하다.In the present invention, wherein the actuator (actuator) when the load P a force applied by 400 is a P p la preset load value, and the tolerance of the load value P d d, | P p - P (T) Can be adjusted to be <P d , and said W 1 and W 2. It is preferable that ratio between them is two or more.

한편, 본 발명은 너비가 W1인 제1 섹션(section)(110)과 상기 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작거나 큰 W2인 제2 섹션(section)(120)을 구비하는 두께 t인 판상의 박막 시편(100)의 좌측단 및 우측단을 지그(210, 220)에 각각 고정하는 시편 고정 단계(S210); 상기 박막 시편(100)에 항복 응력 미만의 응력이 인가되도록 액츄에이터(actuator)(400)를 이용하여 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 하중 Pa 또는 일정 변위를 인가하는 단계(S221); 상기 박막 시편(100)에 열을 가하여 상기 박막 시편(100)의 온도를 T0로부터 T로 증가시키는 온도 변화 단계(S223); 상기 박막 시편(100)의 온도가 T인 상태에서, 상기 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 상기 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)을 측정하는 변형률 측정 단계(S240);

Figure pat00002
의 관계식을 이용하여 상기 박막 시편(100)의 열팽창 계수 α(T)를 획득하는 열팽창 계수 획득 단계(S250); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 열팽창 계수 측정 방법에 관한 것이다.On the other hand, the present invention is the width W 1 of the first section (section) (110) and the first section (section) (110) formed at the right end as one body, and the width is less than or greater than W 1, W 2 the A specimen fixing step S210 for fixing the left and right ends of the plate-like thin film specimen 100 having a thickness t having two sections 120 to the jig 210 and 220, respectively; Applying a load Pa or a predetermined displacement along the left and right directions of the thin film specimen (100) using an actuator (400) to apply a stress less than a yield stress to the thin film specimen (100); A temperature change step (S223) of applying heat to the thin film specimen (100) to increase the temperature of the thin film specimen (100) from T 0 to T; In the temperature of the thin film specimen (100) T state, the strain ε 2 (T) of the first section (section) (110) strain ε 1 (T) and said second section (section) (120) of Strain measurement step of measuring (S240);
Figure pat00002
A thermal expansion coefficient obtaining step (S250) of obtaining a thermal expansion coefficient α (T) of the thin film specimen 100 by using a relational expression of? It relates to a thermal expansion coefficient measurement method using a thin film specimen having a double section comprising a.

한편, 본 발명은 너비가 W1인 제1 섹션(section)(110); 상기 제1 섹션(section)(110)의 길이방향 측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작은 W2인 제2 섹션(section)(120); 을 포함하되, 두께가 t인 판상인 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정용 박막 시편에 관한 것이다.On the other hand, the present invention includes a first section (110) having a width W 1 ; The first section (section) a second section that is smaller than W 2 are integrally formed, the width W 1 in the longitudinal direction side end of (110) (section) (120 ); It includes, but relates to a thin film specimen for measuring the elastic modulus and thermal expansion coefficient, characterized in that the plate-like thickness.

한편, 본 발명은 상기 박막 시편(100); 일면에 요(凹) 모양과 철(凸) 모양 중 어느 하나가 형성되는 제1 물림부(211, 221)와, 상기 박막 시편(100)의 길이 방향 측단을 파지하기 위하여 상기 제1 물림부(211, 221)와 맞물리도록 일면에 요(凹) 모양과 철(凸) 모양 중 나머지 하나가 형성되는 제2 물림부(212, 222)를 구비하는 제1 지그(210) 및 제2 지그(220); 일측단이 액츄에이터(actuator)(400)에 연결되고 타측단이 상기 제1 지그(210)에 연결되는 제1 빔(beam)(310); 일측단이 상기 제2 지그(220)에 연결되고, 타측단이 로드 셀(load cell)(500)에 연결되는 제2 빔(beam)(320); 상기 박막 시편(100)에 열을 가하기 위하여, 상기 박막 시편(100) 하부에 위치하며 상기 제1 지그(210) 및 제2 지그(220)의 사이에 배치되는 열전모듈(600); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치에 관한 것이다.On the other hand, the present invention is the thin film specimen (100); First gripping portions 211 and 221 having one of a yaw shape and an iron shape formed on one surface thereof, and the first gripping portion (11) for gripping a longitudinal side end of the thin film specimen 100. The first jig 210 and the second jig 220 having second gripping portions 212 and 222 on one surface of which is formed a yaw shape and an iron shape so as to be engaged with the 211 and 221. ); A first beam 310 having one end connected to an actuator 400 and the other end connected to the first jig 210; A second beam 320 having one end connected to the second jig 220 and the other end connected to a load cell 500; A thermoelectric module 600 positioned below the thin film specimen 100 and disposed between the first jig 210 and the second jig 220 to apply heat to the thin film specimen 100; It relates to an elastic modulus and thermal expansion coefficient measuring apparatus comprising a.

본 발명은 상기 제1 빔(beam)(310)의 타측단에 돌출 형성되는 제1 빔(beam) 수나사(311); 상기 제1 지그(210)의 외측면에 돌출되는 제1 지그 수나사(213); 일측단에 상기 제1 빔(beam) 수나사(311)에 대응하는 암나사(811)가 형성되고 타측단에 상기 제1 지그 수나사(213)에 대응하는 암나사(812)가 형성되는 제1 연결대(810); 상기 제2 지그(220)의 외측면에 돌출되는 제2 지그 수나사(223); 상기 제2 빔(beam)(320)의 일측단에 돌출 형성되는 제2 빔(beam) 수나사(321); 일측단에 상기 제2 지그 수나사(223)에 대응하는 암나사(821)가 형성되고, 타측단에 상기 제2 빔(beam) 수나사(321)에 대응하는 암나사(822)가 형성되는 제2 연결대(820); 를 포함하되, 상기 제1 연결대(810)의 일측단에 형성되는 암나사(811) 및 상기 제1 연결대(810)의 타측단에 형성되는 암나사(812)는 상호 동일한 암나사이고, 상기 제2 연결대(820)의 일측단에 형성되는 암나사(821) 및 상기 제2 연결대(820)의 타측단에 형성되는 암나사(822)는 상호 동일한 암나사일 수 있다.The present invention includes a first beam male thread 311 protruding from the other end of the first beam 310; A first jig male screw 213 protruding from an outer surface of the first jig 210; A first connecting rod 810 having a female thread 811 corresponding to the first beam male thread 311 formed at one end and a female thread 812 corresponding to the first jig male thread 213 formed at the other end. ); A second jig male screw 223 protruding from an outer surface of the second jig 220; A second beam male thread 321 protruding from one end of the second beam 320; A second connecting rod having a female screw 821 corresponding to the second jig male thread 223 at one end thereof and a female screw 822 corresponding to the second beam male screw 321 formed at the other end ( 820); Including, but the female screw 811 formed on one side end of the first connecting rod 810 and the female screw 812 formed on the other end of the first connecting rod 810 are the same female screw, the second connecting rod ( The female screw 821 formed at one end of the 820 and the female screw 822 formed at the other end of the second connecting table 820 may be the same female screw.

본 발명에 있어서, 상기 박막 시편(100)의 상면에는 금속이 도포되고, 상기 제1 물림부(211, 221)와 제2 물림부(212, 222)는 부도체이며, 일측단이 상기 제1 물림부(211, 221)의 일면과 상기 제2 물림부(212, 222)의 일면 중 상기 박막 시편(100)의 상면과 접촉하는 어느 하나에 부착되고, 타측단이 상기 지그(210, 220)의 외측으로 돌출되는 금속 패드(212-1, 222-1)를 포함할 수 있다.In the present invention, a metal is coated on the upper surface of the thin film specimen 100, and the first bites 211 and 221 and the second bites 212 and 222 are insulators, and one end thereof is the first bite. It is attached to any one of the one surface of the portion (211, 221) and one surface of the second bleed portion (212, 222) in contact with the upper surface of the thin film specimen 100, the other end of the jig (210, 220) It may include a metal pad (212-1, 222-1) protruding outward.

본 발명은 서로 다른 너비(폭)를 가지는 시험편에 총 하중 P(T)가 인가되는 경우 너비(폭)가 W1인 제1 섹션(section)과 너비(폭)가 W2인 제2 섹션(section)에 각각 서로 다른 응력(혹은 변형률)이 발생하므로, 하나의 시험편으로 한 번의 실험을 통해 각각의 섹션(section)에서 각각의 변형률을 측정하여 박막 시편의 탄성 계수 및 열팽창계수를 획득할 수 있다. 이로부터 측정 결과의 정확성이 높으면서도 시험 시간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.The invention each case to which the other width (W) a total load of P (T) to the test piece having a width (width) is W 1 of the first section, the second section is (section) and width (W), W 2 ( Since different stresses (or strains) are generated in each section), the elastic modulus and the coefficient of thermal expansion of the thin film specimen can be obtained by measuring each strain in each section through one test with one specimen. . From this, it is possible to obtain an effect that the test time is short while the accuracy of the measurement results is high.

도1은 실시예1의 흐름도.
도2는 실시예1의 실시를 위한 장치의 개략도.
도3은 도2의 박막 시편의 상세도.
도4는 도1의 하중 인가 단계의 흐름도.
도5는 변형률 측정을 위한 도2의 박막 시편의 상세도.
도6은 도5의 이미지 촬영을 위한 장치의 개략도.
도7은 실시예2의 흐름도.
도8은 도2의 제1 지그의 개략도.
도9는 도2의 제2 지그의 개략도.
도10은 도2의 제1 빔(beam)과 제1 지그의 체결을 위한 설명도.
도11은 도2의 제2 지그와 제2 빔(beam)의 체결을 위한 설명도.
1 is a flowchart of Embodiment 1;
2 is a schematic diagram of an apparatus for implementation of the first embodiment;
3 is a detailed view of the thin film specimen of FIG.
4 is a flow chart of the load application step of FIG.
5 is a detail of the thin film specimen of FIG. 2 for strain measurement;
6 is a schematic diagram of an apparatus for image capture of FIG. 5;
7 is a flowchart of Embodiment 2. FIG.
8 is a schematic view of the first jig of FIG.
9 is a schematic view of the second jig of FIG.
10 is an explanatory diagram for fastening a first beam and a first jig of FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram for fastening a second jig and a second beam of FIG. 2; FIG.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예1Example 1

실시예1은 본 발명에 따른 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법에 관한 것이다.Example 1 relates to a method of measuring elastic modulus using a thin film specimen having a double section according to the present invention.

도1은 실시예1의 흐름도를, 도2는 실시예1의 실시를 위한 장치의 개략도를, 도3은 도2의 박막 시편의 상세도를, 도4는 도1의 하중 인가 단계의 흐름도를, 도5는 변형률 측정을 위한 도2의 박막 시편의 상세도를, 도6은 도5의 이미지 촬영을 위한 장치의 개략도를 나타낸다.1 is a flowchart of Embodiment 1, FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for implementing Embodiment 1, FIG. 3 is a detailed view of the thin film specimen of FIG. 2, and FIG. 4 is a flowchart of the load application step of FIG. 5 shows a detailed view of the thin film specimen of FIG. 2 for strain measurement, and FIG. 6 shows a schematic view of the apparatus for image capture of FIG.

도1을 참조하면 실시예1은 시편 고정 단계(S110), 하중 인가 및 온도 변화 단계(S120), 총 하중 측정 단계(S130), 변형률 측정 단계(S140) 및 탄성 계수 획득 단계(S150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, Example 1 includes a specimen fixing step (S110), a load application and temperature change step (S120), a total load measurement step (S130), a strain measurement step (S140), and an elastic modulus acquisition step (S150). do.

도2를 참조하면 시편 고정 단계(S110)에서는 박막 시편(100)의 좌측단이 제1 지그(210)에 고정되고, 박막 시편(100)의 우측단이 제2 지그(220)에 각각 고정된다.Referring to FIG. 2, in the specimen fixing step S110, the left end of the thin film specimen 100 is fixed to the first jig 210, and the right end of the thin film specimen 100 is fixed to the second jig 220, respectively. .

도3을 참조하면 박막 시편(100)은 제1 섹션(section)(110)과 제2 섹션(section)(120)을 구비한다. 제2 섹션(section)(120)은 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성된다. 제1 섹션(section)(110)은 너비가 W1이고, 제2 섹션(section)(120)은 너비가 W2인데, W1 > W2이다. W1 = 2W2 일수 있다. W1과 W2 사이에 차이가 있기만 하면 되지만 그 차이가 너무 작은 경우에는 또 다른 오차요인이 포함되므로, W1 과 W2 사이의 비는 2 이상인 것이 바람직하다. 박막 시편(100)은 두께 t인 판상으로 형성된다. 한편, 응력의 집중을 완화시키기 위하여 제1 섹션(section)(110)과 제2 섹션(section)(120) 연결부의 너비방향 측면에는 라운드부가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the thin film specimen 100 has a first section 110 and a second section 120. The second section 120 is integrally formed at the right end of the first section 110. The first section 110 is W 1 wide and the second section 120 is W 2 wide, W 1 > W 2 . W 1 = 2W 2 Can be. W 1 and W 2 All you need is a difference between them, but if the difference is too small, another error factor is included, so W 1 and W 2 It is preferable that ratio between them is two or more. The thin film specimen 100 is formed in a plate shape having a thickness t. Meanwhile, round portions may be formed on the widthwise side surfaces of the first section 110 and the second section 120 to reduce stress concentration.

도1을 참조하면 하중 인가 및 온도 변화 단계(S120)는 하중 인가 단계(S121) 및 온도 변화 단계(S123)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the load application and temperature change step S120 includes a load application step S121 and a temperature change step S123.

도2를 참조하면 하중 인가 단계(S121)에서는 액츄에이터(actuator)(400)를 이용하여 박막 시편(100)의 좌우방향(길이방향)을 따라 하중 Pa를 인가하게 된다. 하중 인가 단계(S121)에서는 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 박막 시편(100)에 항복 응력 미만의 응력이 인가된다.Referring to FIG. 2, in the load application step S121, a load P a is applied along the left and right directions (lengthwise directions) of the thin film specimen 100 using an actuator 400. In the load application step (S121), a stress less than the yield stress is applied to the thin film specimen 100 by the actuator (actuator) 400.

도2를 참조하면 온도 변화 단계(S123)에서는 박막 시편(100)에 열을 가하여 박막 시편(100)의 온도를 T0로부터 T로 증가시키게 된다. 박막 시편(100) 하부에 열전모듈(600)을 설치하고, 열전모듈(600)에 전류를 공급함으로써 열을 발생시켜 박막 시편(100)의 온도를 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, in the temperature change step S123, heat is applied to the thin film specimen 100 to increase the temperature of the thin film specimen 100 from T 0 to T. The thermoelectric module 600 may be installed under the thin film specimen 100, and heat may be generated by supplying a current to the thermoelectric module 600 to increase the temperature of the thin film specimen 100.

도2를 참조하면 총 하중 측정 단계(S130)에서는 로드 셀(load cell)(500)에 의하여 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중 P(T)를 측정하게 된다. 총 하중 P(T)는 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중을 Pa, 박막 시편(100)의 온도가 T0로부터 T로 변화되어 박막 시편(100)이 좌우방향으로 변형됨에 따라 추가로 가해지는 하중인 변형 하중을 PT라 할 때, P(T)는 Pa와 PT의 합이다. 한편, 도4를 참조하면 총 하중 측정 단계(S130)에서는 하중 Pa가 |Pp ― P(T)| = |Pp ― (Pa + PT)| < Pd가 되도록 조절된 상태에서 로드 셀(load cell)(500)을 이용하여 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중 P(T)를 측정하게 된다.Referring to FIG. 2, in the total load measuring step S130, the total load P (T) applied along the left and right directions of the thin film specimen 100 by the load cell 500 is measured. The total load P (T) is the load applied by the actuator 400, P a , the temperature of the thin film specimen 100 is changed from T 0 to T, so that the thin film specimen 100 is deformed in the left and right directions. when the load of the deformation load applied to the added P T d, P (T) is the sum of P a and P T. Meanwhile, Referring to Figure 4, the total load measuring step (S130) in the load P a a | P p - P (T) | = | P p - (P a + P T) | in the controlled state so that the <P d The total load P (T) applied along the left and right directions of the thin film specimen 100 is measured using a load cell 500.

도4를 참조하면 하중 인가 단계(S121)에서 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중 Pa는 |Pp ― P(T)| = |Pp ― (Pa + PT)| < Pd가 되도록 조절된다. 여기서, Pp는 미리 설정된 총 하중을 나타내고, Pd는 허용 편차 하중을 나타낸다. 즉, |Pp ― (Pa + PT)| ≥ Pd인 경우 Pa 를 증가 또는 감소시킴으로써 |Pp ― P(T)| = |Pp ― (Pa + PT)| < Pd가 되도록 조절된다.Referring to Figure 4, the load P a force applied by the actuator (actuator) (400) in the load applied to step (S121) is | P p - P (T) | = | P p - (P a + P T) | < It is adjusted to be P d . Here, P p represents a predetermined total force, P d represents a tolerance weight. In other words, if P p (P a + P T ) ≥ P d , increase or decrease P a to make p p -P (T) = P p (P a + P T ) is adjusted to be d .

실시예1은 항복 응력 이하의 응력에서 실시되어야 하기 때문에 박막 시편(100)에 항복 응력 이상의 응력이 인가되지 않도록 총 하중 P(T)를 제어하여야 한다. 박막 시편(100)에 온도를 가할 경우 일반적으로 박막 시편(100)은 늘어나기 때문에 총 하중 P(T)가 너무 작은 경우 박막의 특성상 변형률 측정에 문제가 생길 수 있고, 일반적으로 소재의 항복 응력은 고온에서의 값이 상온에서의 값에 비해 낮아지는 경향이 있으므로 총 하중 P(T) 가 항복 하중과 근사한 하중이 되도록 조작할 경우 잘못된 값을 측정할 가능성이 있다.Since Example 1 should be performed at a stress below the yield stress, the total load P (T) should be controlled so that the stress above the yield stress is not applied to the thin film specimen 100. When the temperature is applied to the thin film specimen 100, the thin film specimen 100 generally increases, so when the total load P (T) is too small, there may be a problem in measuring the strain due to the characteristics of the thin film. Since the value at high temperature tends to be lower than the value at room temperature, the total load P (T) If you manipulate the load to be close to the yield load, there is a possibility of measuring the wrong value.

따라서, 미리 설정된 총 하중 Pp는 열팽창 계수 측정 실험 이전에 인장 실험을 수행하여 소재의 항복 응력을 확인하여, 항복 응력에 해당하는 하중 이하의 값으로 설정해야 하며, 그 값은 소재마다 다르게 된다. 미리 설정된 총 하중 Pp는 상온 인장 실험으로 측정된 항복 하중의 50% 수준 이하의 값이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 전해도금 니켈 박막의 고온 인장 실험의 결과를 보면, 218 ℃에서의 항복 응력은 상온에서의 항복응력의 약 65% 정도의 값을 가지는 것으로 보고되어 있다.Therefore, the preset total load P p should be set to a value less than the load corresponding to the yield stress by performing a tensile test before the thermal expansion coefficient measurement experiment to check the yield stress of the material, and the value is different for each material. The preset total load P p is preferably set to a value of 50% or less of the yield load measured by the room temperature tensile test. As a result of the high temperature tensile test of the electroplated nickel thin film, the yield stress at 218 ° C. is reported to have a value of about 65% of the yield stress at room temperature.

허용 편차 하중 Pd의 경우, 하중 측정에 사용되는 로드 셀(500)의 분해능을 기준으로 설정하는 것을 기본으로 하며, 엑츄에이터(actuator)(400)의 인장 및 압축 속도가 빨라서 제대로 제어가 되지 않는다면 경우에 따라 임의로 설정가능하다.In the case of the allowable deviation load P d , it is basically set based on the resolution of the load cell 500 used for load measurement, and the tension and compression speed of the actuator 400 are fast and are not controlled properly. Can be set arbitrarily according to

도1을 참고하면 변형률 측정 단계(S140)에서는 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)를 측정하게 된다. 변형률 ε1(T) 및 변형률 ε2(T)는 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중이 P(T)이고, 박막 시편(100)의 온도가 T인 상태에서의 변형률이다.With reference to Figure 1 is the measurement of strain ε 2 (T) of the first section (section) (110) strain ε 1 (T) and a second section (section) (120) of the strain measurement step (S140). The strain ε 1 (T) and the strain ε 2 (T) are strains in a state where the total load applied along the left and right directions of the thin film specimen 100 is P (T) and the temperature of the thin film specimen 100 is T. .

도5를 참고하면 제1 섹션(section)(110)에는 제1-1 패턴(111) 및 제1-2 패턴(112)이 형성되고, 제2 섹션(section)(120)에는 제2-1 패턴(121) 및 제2-2 패턴(122)이 형성될 수 있다. 따라서, 제1-1 패턴(111)과 제1-2 패턴(112) 사이의 거리를 d1이라 하고, 제2-1 패턴(121)과 제2-2 패턴(122) 사이의 거리를 d2라 하면, 변형률 측정 단계(S140)에서는 하중 인가 및 온도 변화 단계(S120) 수행 후의 d1 및 d2를 측정하여, 이들 값과 하중 인가 및 온도 변화 단계(S120) 수행 전의 d1 및 d2를 이용하여 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)를 계산할 수 있다.Referring to FIG. 5, a first-first pattern 111 and a first-second pattern 112 are formed in a first section 110, and a second-first pattern is formed in a second section 120. The pattern 121 and the second-second pattern 122 may be formed. Therefore, the distance between the 1-1st pattern 111 and the 1-2 pattern 112 is d 1 , and the distance between the 2-1st pattern 121 and the 2-2 pattern 122 is d. 2 , in the strain measurement step (S140) d 1 after applying the load and performing the temperature change step (S120) And d 2 is measured, d 1 before applying these values and load and performing the temperature change step (S120). And can be used to calculate the strain d 2 ε 2 (T) of the first section (section) (110) strain ε 1 (T) and a second section (section) (120) of.

도6을 참조하면 d1 및 d2는 CCD 카메라 두 대를 사용하여 제1 섹션(section)(110) 및 제2 섹션(section)(120)의 이미지를 따로 촬영함으로써 각각 측정 가능하다. 이 경우 CCD 카메라 한 대당 하나의 경통을 사용하며, 좌측에 위치한 경통 하부에는 제1 미러(mirror)가 위치하고, 우측에 위치한 경통 하부에는 제2 미러(mirror)가 위치한다. 제2 미러(mirror)는 빛의 50%는 투과시키고, 50%는 반사시키는 하프 미러(mirror)일 수 있다. CCD 카메라 두 대를 사용하여 서로 다른 부위를 촬영하는 방법은 공지된 방법이므로 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, d 1 and d 2 may be measured by separately photographing images of the first section 110 and the second section 120 using two CCD cameras. In this case, one barrel is used for each CCD camera, and a first mirror is located under the barrel located on the left side, and a second mirror is located under the barrel located on the right side. The second mirror may be a half mirror that transmits 50% of the light and reflects 50% of the light. Since a method of photographing different portions using two CCD cameras is a known method, detailed description thereof will be omitted.

도1을 참조하면 탄성 계수 획득 단계(S150)에서는

Figure pat00003
의 관계식을 이용하여 박막 시편(100)의 탄성 계수 E(T)를 획득하게 된다.Referring to Figure 1 in the elastic modulus acquisition step (S150)
Figure pat00003
The elastic modulus E (T) of the thin film specimen 100 is obtained using the relational expression of.

탄성 계수 획득 단계(S150)에 필요한 수식은 열탄성이론(thermo-elasticity)으로부터 아래와 같이 유도된다.The equation required for the elastic modulus acquisition step S150 is derived from thermo-elasticity as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

[수학식 1] 및 [수학식 2]는 단축 열탄성 변형을 하는 시험편 구조에서 널리 사용되는 수식이며, 응력의 정의로부터

Figure pat00006
,
Figure pat00007
이고, α(T)는 박막 시편(100)의 열팽창 계수를 나타낸다.[Equation 1] and [Equation 2] are equations widely used in the structure of the test piece to uniaxial thermoelastic deformation, and from the definition of stress
Figure pat00006
,
Figure pat00007
Α (T) represents the thermal expansion coefficient of the thin film specimen 100.

[수학식 1] - [수학식 2]를 하면, 아래의 [수학식 3]을 얻는다.[Equation 1]-[Equation 2] to obtain the following [Equation 3].

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure pat00008
Figure pat00008

즉, 탄성 계수 획득 단계(S150)에서는 [수학식 3]을 이용하여 박막 시편(100)의 탄성 계수 E(T)를 획득하게 된다.That is, in the elastic modulus acquisition step (S150), the elastic modulus E (T) of the thin film specimen 100 is obtained by using Equation (3).

한편, W1 = 2W2인 경우 [수학식 3]으로부터 [수학식 4]를 얻을 수 있다.On the other hand, when W 1 = 2W 2 [Equation 4] can be obtained from [Equation 3].

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure pat00009
Figure pat00009

즉, W1 = 2W2인 경우 [수학식 3]은 [수학식 4]로 단순화된다.That is, when W 1 = 2W 2 , Equation 3 is simplified to Equation 4.

[수학식 3] 및 [수학식 4]에서 W1 및 W2는 미리 알고 있는 값이고, ε1(T) 및 ε2(T)는 변형률 측정 단계(S140)에서 측정 가능한 값이고, P(T)는 총 하중 측정 단계(S130)에서 측정 가능한 값이다. 따라서, 실시예1은 서로 다른 너비를 갖는 하나의 박막 시편(100)을 사용하여 한 번의 실험을 수행함으로써 박막 시편(100)의 탄성 계수를 획득할 수 있다.In Equations 3 and 4, W 1 and W 2 are known values, ε 1 (T) and ε 2 (T) are measurable values in the strain measurement step S140, and P ( T) is a value measurable in the total load measuring step (S130). Therefore, Example 1 can obtain the elastic modulus of the thin film specimen 100 by performing a single experiment using one thin film specimen 100 having a different width.

한편, 시험편의 너비(폭)이 매우 큰 경우라 하더라도 1mm 이하의 크기를 가지며 수 나노에서 수 마이크로 정도의 두께를 가지므로 손으로 취급하기가 불가능하다. 또한, 약간의 힘을 가하여도 큰 변형이 일어나므로 실험 전에 시험편에 손상이 갈 수 있는 가능성이 있으며, 안정한 상태를 유지할 수 있는 추가적인 구조를 함께 설계하여야 한다. 따라서, 탄성 계수 측정을 위하여 두 번 이상의 실험을 해야 할 경우 위와 같은 크기에 대한 문제로 인해 실험에 어려움이 따르게 된다.On the other hand, even if the width (width) of the test piece is very large, it is not possible to handle by hand because it has a size of less than 1mm and a thickness of several nano to several micro. In addition, a large deformation occurs even with a slight force, which may damage the specimen before the experiment, and the additional structure should be designed together to maintain a stable state. Therefore, when two or more experiments need to be performed to measure the elastic modulus, the experiments are difficult due to the problem of the size.

한편, 시험편은 주로 MEMS 공정으로 제작되는데, 한 웨이퍼에서 여러 개의 시험편을 만들 수 있다. 그런데, 같은 웨이퍼에서 제작된 시험편이라 할지라도 웨이퍼 상의 위치에 따라 두께나 조성이 달라질 가능성이 있다. 따라서, 서로 다른 시험편을 사용하여 두 번 이상의 실험을 하는 경우 시험편의 제조 오차로 인한 문제점이 발생한다.On the other hand, the test piece is mainly produced by the MEMS process, it is possible to make several test pieces on one wafer. By the way, even if the test piece manufactured on the same wafer, there is a possibility that the thickness and composition vary depending on the position on the wafer. Therefore, when two or more experiments are performed using different test pieces, a problem occurs due to manufacturing error of the test pieces.

즉, 서로 다른 두 개의 시험편을 이용하여 두 번 이상의 실험을 할 경우 시험편간의 편차(두께 차이, 조성 차이 등)가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있다.That is, when two or more experiments are performed using two different specimens, the variation (thickness difference, composition difference, etc.) between the specimens may affect the experimental results.

한편, DWDM(Dual Weight Difference Method)과 인장 실험을 통한 실험의 경우 서로 다른 응력 레벨에서 온도에 대한 변형률 변화의 데이터가 필요하다. 그런데, 하나의 시험편을 가지고 두 번 이상 실험을 하는 경우 시험편이 온도 이력에 대한 영향을 받을 가능성을 가지고 있다.On the other hand, in the case of an experiment through a dual weight difference method (DWDM) and a tensile test, data of strain change with respect to temperature at different stress levels are required. By the way, if the experiment is performed more than once with one specimen, the specimen has a possibility of being affected by the temperature history.

또한, 실험을 두 번 이상 하게 되면, 실험을 할 때마다 실험 외부 조건의 미세한 차이가 있을 수 있으며, 이는 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 없을 가능성을 내포한다.In addition, if the experiment is performed more than once, there may be a slight difference in the external conditions of the experiment every time the experiment is performed, which implies that a reliable result may not be obtained.

그런데, 본 발명에 따른 실시예1은 서로 다른 너비를 갖는 하나의 박막 시편(100)을 사용하여 한 번의 실험을 수행함으로써 박막 시편(100)의 탄성 계수를 획득할 수 있으므로, 상기한 문제점을 제거할 수 있는 장점이 있다. 즉 실시예1은 서로 다른 너비(폭)를 가지는 시험편에 총 하중 P(T)가 인가되는 경우 제1 섹션(section)과 제2 섹션(section)(120)에 각각 서로 다른 응력이 발생하므로, 하나의 시험편으로 한 번의 실험을 통해 각각의 섹션(section)(110, 120)에서 각각의 변형률을 측정하여 박막 시편(100)의 탄성 계수를 획득할 수 있다.
However, Example 1 according to the present invention can obtain the elastic modulus of the thin film specimen 100 by performing one experiment using one thin film specimen 100 having different widths, thus eliminating the above problems. There is an advantage to this. That is, in Example 1, when the total load P (T) is applied to a test piece having a different width (width), different stresses are generated in the first section and the second section 120, respectively. The elastic modulus of the thin film specimen 100 may be obtained by measuring each strain in each section 110 and 120 through one experiment with one test specimen.

실시예2Example 2

실시예2는 본 발명에 따른 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 열팽창 계수 측정 방법에 관한 것이다.Example 2 relates to a method of measuring thermal expansion coefficient using a thin film specimen having a double section according to the present invention.

도7은 실시예2의 흐름도를 나타낸다.7 shows a flowchart of Embodiment 2. FIG.

도7을 참조하면 실시예2는 시편 고정 단계(S210), 하중 인가 및 온도 변화 단계(S220), 변형률 측정 단계(S240) 및 열팽창 계수 획득 단계(S250)를 포함한다.Referring to FIG. 7, Example 2 includes a specimen fixing step S210, a load application and a temperature change step S220, a strain measurement step S240, and a thermal expansion coefficient obtaining step S250.

시편 고정 단계(S210), 하중 인가 및 온도 변화 단계(S220) 및 변형률 측정 단계(S240)는 실시예1에서 설명한 시편 고정 단계(S110), 하중 인가 및 온도 변화 단계(S120) 및 변형률 측정 단계(S140)와 동일하므로 설명을 생략한다. 즉, 하중 인가 및 온도 변화 단계(S220)는 실시예1에서와 마찬가지로 하중 인가 단계(S221) 및 온도 변화 단계(S223)를 포함한다.Specimen fixing step (S210), load application and temperature change step (S220) and strain measurement step (S240) is the specimen fixing step (S110), load application and temperature change step (S120) and strain measurement step ( Since it is the same as S140, description thereof is omitted. That is, the load application and temperature change step S220 includes the load application step S221 and the temperature change step S223 as in the first embodiment.

도7을 참조하면 열팽창 계수 획득 단계(S250)에서는

Figure pat00010
의 관계식을 이용하여 박막 시편(100)의 열팽창 계수 α(T)를 획득하게 된다.Referring to Figure 7, in the thermal expansion coefficient acquisition step (S250)
Figure pat00010
The thermal expansion coefficient α (T) of the thin film specimen 100 is obtained using the relational equation of.

실시예1에서 기술한 [수학식 1] 및 [수학식 2]을 이용하여 [수학식 1]×σ1 - [수학식 2]×σ2를 하면, 아래의 [수학식 5]를 얻는다.Using [Equation 1] and [Equation 2] described in Example 1, [Equation 1] × σ 1- [Equation 2] × σ 2 is obtained.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00011
Figure pat00011

즉, 열팽창 계수 획득 단계(S250)에서는 [수학식 5]를 이용하여 박막 시편(100)의 열팽창 계수 α(T)를 획득하게 된다. 위 수식에서 알 수 있는 사실은 열팽창계수만을 측정하는 경우에는 하중 측정이 불필요하다는 점이다. 즉, 하중 측정 센서를 포함하지 않고도, 열팽창계수를 측정하는 시스템 구성이 가능하다.That is, in the acquiring coefficient of thermal expansion (S250), the coefficient of thermal expansion α (T) of the thin film specimen 100 is obtained by using Equation (5). It can be seen from the above equation that the load measurement is unnecessary when only the coefficient of thermal expansion is measured. In other words, it is possible to configure a system for measuring the coefficient of thermal expansion without including a load measuring sensor.

한편, W1 = 2W2인 경우 [수학식 5]로부터 [수학식 6]을 얻을 수 있다.On the other hand, when W 1 = 2W 2 [Equation 6] can be obtained from [Equation 5].

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure pat00012
Figure pat00012

즉, W1 = 2W2인 경우 [수학식 5]는 [수학식 6]으로 단순화된다.That is, when W 1 = 2W 2 , Equation 5 is simplified to Equation 6.

[수학식 5] 및 [수학식 6]에서 W1 및 W2는 미리 알고 있는 값이고, ε1(T) 및 ε2(T)는 변형률 측정 단계(S240)에서 측정 가능한 값이고, T0 및 T도 측정 가능한 값이다. 따라서, 실시예2은 서로 다른 너비를 갖는 하나의 박막 시편(100)을 사용하여 한 번의 실험을 수행함으로써 박막 시편(100)의 열팽창 계수를 획득할 수 있다.
In Equations 5 and 6, W 1 and W 2 are known values, ε 1 (T) and ε 2 (T) are measurable values in the strain measurement step S240, and T 0 And T are also measurable values. Therefore, in Example 2, the coefficient of thermal expansion of the thin film specimen 100 may be obtained by performing one experiment using one thin film specimen 100 having a different width.

실시예3Example 3

실시예3은 실시예1 및 실시예2에서 사용된 박막 시편에 관한 것이다.Example 3 relates to the thin film specimens used in Examples 1 and 2.

도3을 참조하면 실시예1에서 설명한 바와 같이 실시예3의 박막 시편(100)은 제1 섹션(section)(110)과 제2 섹션(section)(120)을 구비한다. 제2 섹션(section)(120)은 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성된다. 제1 섹션(section)(110)은 너비가 W1이고, 제2 섹션(section)(120)은 너비가 W2인데, W1 > W2이다. W1 = 2W2 일수 있다. 박막 시편(100)은 두께 t인 판상으로 형성된다.Referring to FIG. 3, as described in Example 1, the thin film specimen 100 of Example 3 includes a first section 110 and a second section 120. The second section 120 is integrally formed at the right end of the first section 110. The first section 110 is W 1 wide and the second section 120 is W 2 wide, W 1 > W 2 . W 1 = 2W 2 Can be. The thin film specimen 100 is formed in a plate shape having a thickness t.

한편, 응력의 집중을 완화시키기 위하여 제1 섹션(section)(110)과 제2 섹션(section)(120) 연결부의 너비방향 측면에는 라운드부가 형성될 수 있다.Meanwhile, round portions may be formed on the widthwise side surfaces of the first section 110 and the second section 120 to reduce stress concentration.

도5를 참조하면 제1 섹션(section)(110)에는 제1-1 패턴(111) 및 제1-2 패턴(112)이 형성되고, 제2 섹션(section)(120)에는 제2-1 패턴(121) 및 제2-2 패턴(122)이 형성될 수 있다. 제1-1 패턴(111)과 제1-2 패턴(112)은 제1-1 패턴(111)과 제1-2 패턴(112) 사이의 거리 d1을 측정하기 위한 것이고, 제2-1 패턴(121)과 제2-2 패턴(122)은 제2-1 패턴(121)과 제2-2 패턴(122) 사이의 거리 d2를 측정하기 위한 것이다.
Referring to FIG. 5, a first-first pattern 111 and a first-second pattern 112 are formed in a first section 110, and a second-first pattern is formed in a second section 120. The pattern 121 and the second-second pattern 122 may be formed. The first-first pattern 111 and the first-second pattern 112 are for measuring the distance d 1 between the first-first pattern 111 and the first-second pattern 112 and the second-first pattern 111. The pattern 121 and the second-second pattern 122 are for measuring the distance d 2 between the second-first pattern 121 and the second-second pattern 122.

실시예4Example 4

실시예4는 실시예1 및 실시예2를 실시하기 위한 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치에 관한 것이다.Example 4 relates to a device for measuring elastic modulus and thermal expansion coefficient for carrying out Examples 1 and 2.

도8은 도2의 제1 지그의 개략도를, 도9는 도2의 제2 지그의 개략도를, 도10은 도2의 제1 빔(beam)과 제1 지그의 체결을 위한 설명도를, 도11은 도2의 제2 지그와 제2 빔(beam)의 체결을 위한 설명도를 나타낸다.8 is a schematic diagram of the first jig of FIG. 2, FIG. 9 is a schematic diagram of the second jig of FIG. 2, FIG. 10 is an explanatory diagram for fastening the first beam and the first jig of FIG. FIG. 11 is an explanatory view for fastening the second jig and the second beam of FIG. 2.

도2를 참조하면 실시예4는 실시예3의 박막 시편(100), 제1 지그(210) 및 제2 지그(220), 제1 빔(beam)(310), 제2 빔(beam)(320) 및 열전모듈(600)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the fourth embodiment includes the thin film specimen 100, the first jig 210, the second jig 220, the first beam 310, and the second beam ( 320 and the thermoelectric module 600.

도면에 도시되지 않았으나, 박막 시편(100)의 상면에는 금속이 도포될 수 있다.Although not shown in the drawings, a metal may be coated on the upper surface of the thin film specimen 100.

도2 및 도8을 참조하면 제1 지그(210)는 상면에 요(凹) 모양이 형성되는 제1 물림부(211)와, 박막 시편(100)의 길이 방향 좌측단을 파지하기 위하여 제1 물림부(211)와 맞물리도록 하면에 철(凸) 모양이 형성되는 제2 물림부(212)를 구비한다. 제1 물림부(211)와 제2 물림부(212)는 클램프 등에 의하여 조여지거나 풀어짐으로써 제1 물림부(211)의 상면과 제2 물림부(212)의 하면 사이의 거리가 조절될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 8, the first jig 210 may include a first gripping portion 211 having a concave shape on an upper surface thereof, and a first jig 210 for gripping the left end of the thin film specimen 100 in the longitudinal direction. A second bite portion 212 is formed on the bottom surface to be engaged with the bite portion 211. The distance between the top surface of the first stitch portion 211 and the bottom surface of the second stitch portion 212 may be adjusted by tightening or releasing the first stitch portion 211 and the second stitch portion 212 by a clamp or the like. .

도2 및 도9를 참조하면 제2 지그(220)는 상면에 요(凹) 모양이 형성되는 제1 물림부(221)와, 박막 시편(100)의 길이 방향 우측단을 파지하기 위하여 제1 물림부(221)와 맞물리도록 하면에 철(凸) 모양이 형성되는 제2 물림부(222)를 구비한다. 제1 물림부(221)와 제2 물림부(222)는 클램프 등에 의하여 조여지거나 풀어짐으로써 제1 물림부(221)의 상면과 제2 물림부(222)의 하면 사이의 거리가 조절될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 9, the second jig 220 may include a first gripping portion 221 having a concave shape formed on an upper surface thereof, and a first right side in order to grip the right end in the longitudinal direction of the thin film specimen 100. A second bite portion 222 having an iron shape is formed on the bottom surface to be engaged with the bite portion 221. The distance between the upper surface of the first portion 221 and the lower surface of the second portion 222 may be adjusted by tightening or releasing the first portion 221 and the second portion 222 by a clamp or the like. .

도8 및 도9를 참조하면 제1 물림부(211, 221)와 제2 물림부(212, 222)는 부도체일 수 있는데, 제2 물림부(212, 222)의 하면에는 박막 시편(100)의 측단 상면과 접촉하는 금속 패드(212-1, 222-1)가 부착된다. 제1 지그(210)의 제2 물림부(212)에 부착되는 금속 패드(212-1)는 좌측단이 제2 물림부(212)의 외부로 돌출되고, 제2 지그(220)의 제2 물림부(222)에 부착되는 금속 패드(222-1)는 우측단이 제2 물림부(222)의 외부로 돌출된다. 도면에 도시되지는 않았지만 금속 패드(212-1, 222-1)에는 박막 시편(100)에 흐르는 전류 측정을 위한 검류계의 양단자가 각각 접속되어 실시예1 및 실시예2의 적용이 박막 시편(100)의 파단 여부를 확인할 수 있다.8 and 9, the first bites 211 and 221 and the second bites 212 and 222 may be insulators, and a thin film specimen 100 may be formed on the bottom surface of the second bites 212 and 222. Metal pads 212-1 and 222-1 in contact with the upper surface of the side ends of the are attached. The left end of the metal pad 212-1 attached to the second engagement portion 212 of the first jig 210 protrudes to the outside of the second engagement portion 212, and the second portion of the second jig 220 is disposed. The right end of the metal pad 222-1 attached to the bite portion 222 protrudes out of the second bite portion 222. Although not shown in the drawings, the metal pads 212-1 and 222-1 are connected to both terminals of the galvanometer for measuring the current flowing through the thin film specimen 100, respectively. ) Can be checked for breakage.

도2를 참조하면 제1 빔(beam)(310)은 좌측단이 액츄에이터(actuator)(400)에 연결되고 우측단이 제1 지그(210)에 연결된다. 액츄에이터(actuator)(400)는 박막 시편(100)의 길이방향을 따라 인장력을 가하지 위한 것으로 분해능(Resolution)이 좋은 상용 액츄에이터(actuator)를 사용한다.Referring to FIG. 2, the first beam 310 has a left end connected to an actuator 400 and a right end connected to a first jig 210. The actuator 400 is to apply a tensile force along the longitudinal direction of the thin film specimen 100 and uses a commercially available actuator having a good resolution.

도10을 참조하면 제1 빔(beam)(310)의 우측단에는 제1 빔(beam) 수나사(311)가 우측으로 돌출 형성된다. 또한 제1 지그(210)의 좌측면에는 제1 지그 수나사(213)가 좌측으로 돌출 형성된다. 제1 빔(beam)(310) 및 제1 지그(210)는 제1 연결대(810)에 의하여 상호 일체로 체결된다. 따라서, 제1 연결대(810)의 좌측단에는 제1 빔(beam) 수나사(311)에 대응하는 암나사(811)가 형성되고, 제1 연결대(810)의 우측단에는 제1 지그 수나사(213)에 대응하는 암나사(812)가 형성된다. 제1 연결대(810)의 좌측단에 형성되는 암나사(811) 및 제1 연결대(810)의 우측단에 형성되는 암나사(812)는 상호 동일한 암나사이고, 제1 빔(beam) 수나사(311)와 제1 지그 수나사(213)는 상호 동일한 수나사이다. 따라서, 제1 연결대(810)의 우측단을 제1 지그 수나사(213)와 깊게 체결하고 제1 빔(beam) 수나사(311)의 우측단을 제1 연결대(810)의 좌측단에 인접시킨 상태에서, 제1 연결대(810)를 회전시켜 제1 연결대(810)의 우측단과 제1 지그 수나사(213)의 물림 길이를 줄이게 되면 제1 연결대(810)의 우측단이 제1 빔(beam) 수나사(311)에 물리게 된다. 따라서, 제1 빔(beam)(310) 및 제1 지그(210)가 제1 연결대(810)에 의하여 상호 일체로 체결된다.Referring to FIG. 10, a first beam male screw 311 protrudes to the right at the right end of the first beam 310. In addition, the first jig male screw 213 is protruded to the left on the left side of the first jig 210. The first beam 310 and the first jig 210 are integrally fastened to each other by the first connecting rod 810. Accordingly, a female screw 811 corresponding to the first beam male thread 311 is formed at the left end of the first connecting rod 810, and a first jig male screw 213 is formed at the right end of the first connecting rod 810. The female screw 812 corresponding to the above is formed. The female screw 811 formed at the left end of the first connecting rod 810 and the female screw 812 formed at the right end of the first connecting rod 810 are the same female screw, and the first beam male thread 311 The first jig male threads 213 are the same male threads. Therefore, the right end of the first connecting rod 810 is deeply fastened with the first jig male thread 213, and the right end of the first beam male screw 311 is adjacent to the left end of the first connecting rod 810. In order to reduce the bite length of the right end of the first connecting rod 810 and the first jig male screw 213 by rotating the first connecting rod 810, the right end of the first connecting rod 810 is the first beam male thread. It is bitten by 311. Therefore, the first beam 310 and the first jig 210 are integrally fastened to each other by the first connecting rod 810.

도2를 참조하면 제2 빔(beam)(320)은 좌측단이 제2 지그(220)에 연결되고 우측단이 로드 셀(load cell)(500)에 연결된다. 로드 셀(load cell)(500)은 박막 시편(100)의 길이방향을 따라 인가되는 하중을 측정하기 위한 것이다.2, the left end of the second beam 320 is connected to the second jig 220 and the right end of the second beam 320 is connected to the load cell 500. The load cell 500 is for measuring a load applied along the longitudinal direction of the thin film specimen 100.

도11을 참조하면 제2 빔(beam)(320)의 좌측단에는 제2 빔(beam) 수나사(321)가 좌측으로 돌출 형성된다. 또한 제2 지그(220)의 우측면에는 제2 지그 수나사(223)가 우측으로 돌출 형성된다. 제2 빔(beam)(320) 및 제2 지그(220)는 제2 연결대(820)에 의하여 상호 일체로 체결된다. 따라서, 제2 연결대(820)의 좌측단에는 제2 지그 수나사(223)에 대응하는 암나사(821)가 형성되고, 제2 연결대(820)의 우측단에는 제2 빔(beam) 수나사(321)에 대응하는 암나사(822)가 형성된다. 제2 연결대(820)의 좌측단에 형성되는 암나사(821) 및 제2 연결대(820)의 우측단에 형성되는 암나사(822)는 상호 동일한 암나사이고, 제2 빔(beam) 수나사(321)와 제2 지그 수나사(223)는 상호 동일한 수나사이다. 제2 빔(beam)(320) 및 제2 지그(220)의 체결방식은 제1 빔(beam)(310) 및 제1 지그(210)의 체결방식에 준한다.Referring to FIG. 11, a second beam male screw 321 protrudes to the left at a left end of the second beam 320. In addition, the second jig male screw 223 protrudes to the right on the right side of the second jig 220. The second beam 320 and the second jig 220 are integrally fastened to each other by the second connecting rod 820. Accordingly, a female screw 821 corresponding to the second jig male screw 223 is formed at the left end of the second connecting rod 820, and a second beam male screw 321 is formed at the right end of the second connecting rod 820. A female screw 822 is formed correspondingly. The female screw 821 formed at the left end of the second connecting rod 820 and the female screw 822 formed at the right end of the second connecting rod 820 are the same female screw, and the second beam male screw 321 is the same. The 2nd jig male thread 223 is the same male thread mutually. The fastening method of the second beam 320 and the second jig 220 corresponds to the fastening method of the first beam 310 and the first jig 210.

도2를 참조하면 제1 지그(210) 및 제2 지그(220)의 사이에는 열전모듈(600)이 배치된다. 열전모듈(600)은 박막 시편(100)에 열을 가하기 위한 것으로, 박막 시편(100) 하부에 배치된다. 열전모듈(600)에 전류가 공급됨으로써 열전모듈(600)로부터 열이 발생하여 박막 시편(100)에 열이 가하여 진다.Referring to FIG. 2, a thermoelectric module 600 is disposed between the first jig 210 and the second jig 220. The thermoelectric module 600 is for applying heat to the thin film specimen 100 and is disposed below the thin film specimen 100. As the current is supplied to the thermoelectric module 600, heat is generated from the thermoelectric module 600, and heat is applied to the thin film specimen 100.

한편, 도2를 참조하면 지그(210, 220) 및 열전모듈(600)은 고온 챔버(700) 내부에 설치되고, 액츄에이터(actuator)(400) 및 로드 셀(load cell)(500)은 고온 챔버(700)의 외부에 설치된다. 로드 셀(load cell)(500)이 고온 챔버(700) 내부에 위치하게 되면 온도에 의한 써멀 드리프트(thermal drift) 현상이 발생할 염려가 있다. 고온 챔버(700)에는 창을 내어 고온 챔버(700) 외부에 설치되는 두 대의 CCD 카메라를 사용하여 제1 섹션(section)(110) 및 제2 섹션(section)(120)의 이미지를 따로 촬영할 수 있도록 한다. 제1 미러(mirror) 및 제2 미러(mirror)도 고온 챔버(700) 외부에 설치된다.Meanwhile, referring to FIG. 2, the jig 210 and 220 and the thermoelectric module 600 are installed in the high temperature chamber 700, and the actuator 400 and the load cell 500 are the high temperature chamber. It is installed outside the 700. When the load cell 500 is positioned inside the high temperature chamber 700, thermal drift due to temperature may occur. In the high temperature chamber 700, two CCD cameras installed outside the high temperature chamber 700 may be used to take images of the first section 110 and the second section 120 separately. Make sure The first mirror and the second mirror are also installed outside the high temperature chamber 700.

100:박막 시편
110:제1 섹션 120:제2 섹션
210:제1 지그 211:제1 물림부
212:제2 물림부 212-1:금속 패드
213:제1 지그 수나사
220:제2 지그 221:제1 물림부
222:제2 물림부 222-1:금속 패드
223:제2 지그 수나사
310:제1 빔 311:제1 빔 수나사
320:제2 빔 321:제2 빔 수나사
400:엑츄에이터 500:로드 셀
600:열전모듈 700:고온 챔버
810:제1 연결대 811:암나사
812:암나사
820:제2 연결대 821:암나사
822:암나사
100: Thin Film Specimen
110: first section 120: second section
210: first jig 211: first bite portion
212: 2nd fold 212-1: metal pad
213: 1st jig male thread
220: the second jig 221: the first bite portion
222: second bleeding portion 222-1: metal pad
223: 2nd jig male thread
310: first beam 311: first beam male thread
320: second beam 321: second beam male thread
400: actuator 500: load cell
600: thermoelectric module 700: high temperature chamber
810: first connecting rod 811: female thread
812: female thread
820: 2nd connecting rod 821: female thread
822: female thread

Claims (8)

너비가 W1인 제1 섹션(section)(110)과 상기 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작거나 큰 W2인 제2 섹션(section)(120)을 구비하는 두께 t인 판상의 박막 시편(100)의 좌측단 및 우측단을 지그(210, 220)에 각각 고정하는 시편 고정 단계(S110);
상기 박막 시편(100)에 항복 응력 미만의 응력이 인가되도록 액츄에이터(actuator)(400)를 이용하여 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 하중 Pa를 인가하는 하중 인가 단계(S121);
상기 박막 시편(100)에 열을 가하여 상기 박막 시편(100)의 온도를 T0로부터 T로 증가시키는 온도 변화 단계(S123);
상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중 P(T)를 측정하는 총 하중 측정 단계(S130);
상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 가해지는 총 하중이 P(T)이고, 상기 박막 시편(100)의 온도가 T인 상태에서, 상기 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 상기 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)을 측정하는 변형률 측정 단계(S140);
Figure pat00013
의 관계식을 이용하여 상기 박막 시편(100)의 탄성 계수 E(T)를 획득하는 탄성 계수 획득 단계(S150);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법.
여기서, P(T)는 상기 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중 Pa와, 상기 박막 시편(100)의 온도가 T0로부터 T로 변화되어 상기 박막 시편(100)이 좌우방향으로 변형됨에 따라 추가로 가해지는 하중인 변형 하중 PT의 합이다.
The first section a width of W 1 (section) (110) and the first section (section) a second section formed at the right end as one body, and the width is less than or greater W 2 than W 1 of (110) (section) A specimen fixing step (S110) of fixing the left and right ends of the plate-shaped thin film specimen 100 having a thickness t with the jig 210 and 220, respectively;
A load application step (S121) of applying a load P a along the left and right directions of the thin film specimen (100) by using an actuator (400) to apply a stress below the yield stress to the thin film specimen (100);
A temperature change step (S123) of applying heat to the thin film specimen (100) to increase the temperature of the thin film specimen (100) from T 0 to T;
A total load measuring step (S130) of measuring a total load P (T) applied along the left and right directions of the thin film specimen 100;
The strain ε 1 of the first section 110 in a state where the total load applied along the left and right directions of the thin film specimen 100 is P (T) and the temperature of the thin film specimen 100 is T. A strain measurement step (S140) of measuring strain (T) and strain ε 2 (T) of the second section (120);
Figure pat00013
An elastic modulus obtaining step (S150) of obtaining an elastic modulus E (T) of the thin film specimen 100 by using a relational expression of?
Elastic modulus measurement method using a thin film specimen having a double section comprising a.
Here, P (T) is in the actuator (actuator), the load applied by a (400) P a, and the temperature of the thin film sample 100 is changed from T 0 to T and the thin film sample 100, the right and left direction It is the sum of the deformation loads P T , which are additional loads as they are deformed.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터(actuator)(400)에 의하여 가해지는 하중 Pa는 미리 설정된 하중 값을 Pp라 하고, 허용 편차 하중 값을 Pd라 할 때, |Pp ― P(T)|< Pd가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법.
The method of claim 1,
When the actuator (actuator) (400) load P a is a preset load value P p LA, and tolerance load value applied by the P d d, | P p - P (T ) | <P d is Elastic modulus measurement method using a thin film specimen having a double section characterized in that it is adjusted to.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 W1 = 2W2인 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 탄성 계수 측정 방법.
The method according to claim 1 or 2,
W 1 = 2W 2 The elastic modulus measuring method using a thin film specimen having a double section, characterized in that.
너비가 W1인 제1 섹션(section)(110)과 상기 제1 섹션(section)(110)의 우측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작은 W2인 제2 섹션(section)(120)을 구비하는 두께 t인 판상의 박막 시편(100)의 좌측단 및 우측단을 지그(210, 220)에 각각 고정하는 시편 고정 단계(S210);
상기 박막 시편(100)에 항복 응력 미만의 응력이 인가되도록 액츄에이터(actuator)(400)를 이용하여 상기 박막 시편(100)의 좌우방향을 따라 하중 Pa 또는 일정 변위를 인가하는 단계(S221);
상기 박막 시편(100)에 열을 가하여 상기 박막 시편(100)의 온도를 T0로부터 T로 증가시키는 온도 변화 단계(S223);
상기 박막 시편(100)의 온도가 T인 상태에서, 상기 제1 섹션(section)(110)의 변형률 ε1(T) 및 상기 제2 섹션(section)(120)의 변형률 ε2(T)을 측정하는 변형률 측정 단계(S240);
Figure pat00014
의 관계식을 이용하여 상기 박막 시편(100)의 열팽창 계수 α(T)를 획득하는 열팽창 계수 획득 단계(S250);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 섹션을 구비한 박막 시편을 이용한 열팽창 계수 측정 방법.
A width W 1 of the first section (section) 110, and the first section (section) is formed integrally with the right end of 110 of the second section (section) width is less W 2 than W 1 (120 A specimen fixing step (S210) for fixing the left and right ends of the plate-shaped thin film specimen 100 having a thickness t with jiges 210 and 220, respectively;
Applying a load Pa or a predetermined displacement along the left and right directions of the thin film specimen (100) using an actuator (400) to apply a stress less than a yield stress to the thin film specimen (100);
A temperature change step (S223) of applying heat to the thin film specimen (100) to increase the temperature of the thin film specimen (100) from T 0 to T;
In the temperature of the thin film specimen (100) T state, the strain ε 2 (T) of the first section (section) (110) strain ε 1 (T) and said second section (section) (120) of Strain measurement step of measuring (S240);
Figure pat00014
A thermal expansion coefficient obtaining step (S250) of obtaining a thermal expansion coefficient α (T) of the thin film specimen 100 by using a relational expression of?
Thermal expansion coefficient measurement method using a thin film specimen having a double section comprising a.
너비가 W1인 제1 섹션(section)(110);
상기 제1 섹션(section)(110)의 길이방향 측단에 일체로 형성되며 너비가 W1 보다 작은 W2인 제2 섹션(section)(120);
을 포함하되,
두께가 t인 판상인 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정용 박막 시편.
A first section 110 of width W 1 ;
The first section (section) a second section that is smaller than W 2 are integrally formed, the width W 1 in the longitudinal direction side end of (110) (section) (120 );
Including,
A thin film specimen for measuring elastic modulus and thermal expansion coefficient, characterized in that it is plate-like in thickness.
제5항의 박막 시편(100);
일면에 요(凹) 모양과 철(凸) 모양 중 어느 하나가 형성되는 제1 물림부(211, 221)와, 상기 박막 시편(100)의 길이 방향 측단을 파지하기 위하여 상기 제1 물림부(211, 221)와 맞물리도록 일면에 요(凹) 모양과 철(凸) 모양 중 나머지 하나가 형성되는 제2 물림부(212, 222)를 구비하는 제1 지그(210) 및 제2 지그(220);
일측단이 액츄에이터(actuator)(400)에 연결되고 타측단이 상기 제1 지그(210)에 연결되는 제1 빔(beam)(310);
일측단이 상기 제2 지그(220)에 연결되고, 타측단이 로드 셀(load cell)(500)에 연결되는 제2 빔(beam)(320);
상기 박막 시편(100)에 열을 가하기 위하여, 상기 박막 시편(100) 하부에 위치하며 상기 제1 지그(210) 및 제2 지그(220)의 사이에 배치되는 열전모듈(600);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치.
Thin film specimen 100 of claim 5;
First gripping portions 211 and 221 having one of a yaw shape and an iron shape formed on one surface thereof, and the first gripping portion (11) for gripping a longitudinal side end of the thin film specimen 100. The first jig 210 and the second jig 220 having second gripping portions 212 and 222 on one surface of which is formed a yaw shape and an iron shape so as to be engaged with the 211 and 221. );
A first beam 310 having one end connected to an actuator 400 and the other end connected to the first jig 210;
A second beam 320 having one end connected to the second jig 220 and the other end connected to a load cell 500;
A thermoelectric module 600 positioned below the thin film specimen 100 and disposed between the first jig 210 and the second jig 220 to apply heat to the thin film specimen 100;
Elastic modulus and thermal expansion coefficient measuring apparatus comprising a.
제6항에 있어서,
상기 제1 빔(beam)(310)의 타측단에 돌출 형성되는 제1 빔(beam) 수나사(311);
상기 제1 지그(210)의 외측면에 돌출되는 제1 지그 수나사(213);
일측단에 상기 제1 빔(beam) 수나사(311)에 대응하는 암나사(811)가 형성되고 타측단에 상기 제1 지그 수나사(213)에 대응하는 암나사(812)가 형성되는 제1 연결대(810);
상기 제2 지그(220)의 외측면에 돌출되는 제2 지그 수나사(223);
상기 제2 빔(beam)(320)의 일측단에 돌출 형성되는 제2 빔(beam) 수나사(321);
일측단에 상기 제2 지그 수나사(223)에 대응하는 암나사(821)가 형성되고, 타측단에 상기 제2 빔(beam) 수나사(321)에 대응하는 암나사(822)가 형성되는 제2 연결대(820);
를 포함하되,
상기 제1 연결대(810)의 일측단에 형성되는 암나사(811) 및 상기 제1 연결대(810)의 타측단에 형성되는 암나사(812)는 상호 동일한 암나사이고,
상기 제2 연결대(820)의 일측단에 형성되는 암나사(821) 및 상기 제2 연결대(820)의 타측단에 형성되는 암나사(822)는 상호 동일한 암나사인 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치.
The method of claim 6,
A first beam male thread 311 protruding from the other end of the first beam 310;
A first jig male screw 213 protruding from an outer surface of the first jig 210;
A first connecting rod 810 having a female thread 811 corresponding to the first beam male thread 311 formed at one end and a female thread 812 corresponding to the first jig male thread 213 formed at the other end. );
A second jig male screw 223 protruding from an outer surface of the second jig 220;
A second beam male thread 321 protruding from one end of the second beam 320;
A second connecting rod having a female screw 821 corresponding to the second jig male thread 223 at one end thereof and a female screw 822 corresponding to the second beam male screw 321 formed at the other end ( 820);
Including,
The female screw 811 formed at one end of the first connecting rod 810 and the female screw 812 formed at the other end of the first connecting rod 810 are the same female screw.
The female screw 821 formed at one end of the second connecting table 820 and the female screw 822 formed at the other end of the second connecting table 820 are identical to each other, and thus have an elastic coefficient and a coefficient of thermal expansion. Device.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 박막 시편(100)의 상면에는 금속이 도포되고,
상기 제1 물림부(211, 221)와 제2 물림부(212, 222)는 부도체이며,
일측단이 상기 제1 물림부(211, 221)의 일면과 상기 제2 물림부(212, 222)의 일면 중 상기 박막 시편(100)의 상면과 접촉하는 어느 하나에 부착되고, 타측단이 상기 지그(210, 220)의 외측으로 돌출되는 금속 패드(212-1, 222-1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 계수 및 열팽창 계수 측정 장치.
The method according to claim 6 or 7,
The upper surface of the thin film specimen 100 is coated with metal,
The first bites 211 and 221 and the second bites 212 and 222 are insulators,
One side end is attached to any one surface of the first specimen portion (211, 221) and one surface of the second bleed portion (212, 222) in contact with the upper surface of the thin film specimen 100, the other end is An elastic modulus and thermal expansion coefficient measuring apparatus comprising a metal pad (212-1, 222-1) protruding to the outside of the jig (210, 220).
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