KR20170085169A - 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법 및 그 방법으로 제작된 흡읍재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법에 관한 것으로서, 통 형상의 공동부와, 상기 공동부와 연결되고 상기 공동부의 평단면적보다 작은 평단면을 가지는 통 형상의 목부를 포함하는 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법에 있어서, 포토 리소그래피 공정을 통해 기판의 일면에 상기 공동부 형상과 대응되는 공동부 패턴과 상기 공동부 패턴의 상부에 형성되고 상기 목부 형상과 대응되는 목부 패턴을 포함하는 헬름홀츠 공명 홀 구조의 양각 패턴이 일정 간격 이격되게 배치된 기본몰드를 형성하는 단계 및 상기 복수개의 양각 패턴을 압인하여 일면에 헬름홀츠 공명홀이 일정 간격 이격되게 형성된 필름 타입의 흡음층을 형성하는 단계 및 상기 흡음층의 일면에 필름 타입의 기반층을 본딩 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복수개의 양각 패턴은 마이크로 단위 이하의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 포토 리소그래피 공정을 통해 제작된 기본몰드를 필름 타입의 폴리머 일면에 압인하는 간단한 작업공정으로 인해 제작이 비교적 간단할 뿐 아니라 이에 따른 제작비용이 크게 절감된다.
또한, 기본몰드의 양각 패턴의 크기를 조절함으로써, 다양한 주파수 대역의 초음파를 흡음할 수 있는 흡음재의 제작이 가능하다.
또한, 필름 타입의 폴리머 일면에 기본몰드의 양각 패턴을 압인하여 흡음재를 제작하는 방식으로 인해 대량 생산이 가능하다.

Description

초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법 및 그 방법으로 제작된 흡읍재{production method of sound-absorbing material having helmholtz resonance hole capable of ultrasound absorption and sound-absorbing material thereof}
본 발명은 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법 및 그 방법으로 제작된 흡음재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토 리소그래피 공정을 통해 기판의 일면에 헬름홀츠 공명홀과 대응되는 마이크로 또는 나노 단위의 양각 패턴이 형성된 기본몰드를 제작하고, 이를 필름 타입의 폴리머 일면에 압인하는 간단한 작업공정을 통해 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 필름 타입의 흡음재를 용이하게 제작할 수 있도록 한 제작방법 및 그 방법으로 제작된 흡음재에 관한 것이다.
일반적으로 흡음재는 음파를 흡수하는 성능이 뛰어난 재료를 의미하고, 텍스, 펠트, 천 등의 외공성 물질과 관(흡음관) 등의 공명 흡수를 이용한 것이 있다.
이러한 흡음재는 보통 사람의 귀로 들을 수 있는 가청 주파수 대역의 음파를 흡수하는 용도로 사용되는 것이 일반적이나 초음파를 흡수하는 용도로 사용될 수도 있다.
여기서, 초음파는 16Hz ~ 20KHz 사이의 가청 주파수 대역을 벗어나는 20KHz 이상의 주파수 대역을 가지는 음파를 의미하며, 이러한 초음파를 흡수하는 흡음재는 초음파를 이용하는 의료분야나, 신호감지 또는 은폐를 위한 군사분야에 주로 사용된다.
한국등록특허 제 10-1399491호에는 복수의 산란재를 이용하여 초음파를 흡수하는 흡음재 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
위와 같은 한국등록특허 제 10-1399491호의 흡음재를 제조하는 방법을 살펴보면, 매질을 통해 전달되는 초음파를 흡수하는 흡음재를 제조함에 있어 상기 초음파의 산란과정을 유도하는 복합재 및 상기 초음파의 산란과정에서 흡음재의 바탕을 메우는 매트릭스 재료의 배합비를 결정하는 단계, 상기 배합비에 따라 복합재 및 매트릭스 재료를 배합하는 단계 및 상기 배합된 복합재 및 매트릭스 재료를 진공 탈포하면서 교반하는 단계를 포함하되, 상기 복합재의 밀도는 상기 매질과 복합재 간의 표면 반사율을 최소화하는 값을 갖고, 상기 복합재는 제 1 산란재 및 제 2 산란재를 포함하며, 상기 제 1 산란재의 밀도는 상기 매트릭스 재료의 밀도보다 높고, 상기 제 2 산란재의 밀도는 상기 매트릭스 재료의 밀도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기한 한국등록특허 제 10-1399491호는 복합재 및 매트릭스 재료의 배합비를 결정하고, 이를 배합하여 교반하는 복잡한 작업 공정이 수반될 뿐 아니라 복합재의 밀도가 매질과 복합재 간이 표면 반사율을 최소화하는 값을 가지도록 하기 위해 복합재의 포함되는 제 1 산란재 및 제 2 산란재의 체적함량비를 복잡한 수학식에 의해 계산해야 하는 불편함이 있다
이러한 이유로 초음파의 흡수가 가능한 흡음재를 간단한 방법으로 제작할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 제 10-1399491호 “복수의 산란재를 이용하여 초음파를 흡수하는 흡음재 및 그 제조방법”
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 포토 리소그래피 공정을 통해 일면에 마이크로 단위 이하의 체적을 가지는 헬름홀츠 공명홀 구조와 대응되는 복수개의 양각 패턴이 형성된 기본몰드를 제작하고, 이를 필름 타입의 폴리머 일면에 압인하는 간단한 작업공정을 통해 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 필름 타입의 흡음재를 용이하게 제작할 수 있도록 한 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법 및 그 방법으로 제작된 흡음재를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 일측면에 따르면, 포토 리소그래피 공정을 통해 기판의 일면에 상기 공동부 형상과 대응되는 공동부 패턴과, 상기 공동부 패턴의 상부에 형성되고 상기 목부 형상과 대응되는 목부 패턴을 포함하는 헬름홀츠 공명홀 구조의 양각 패턴이 일정 간격 이격되게 배치된 기본몰드를 형성하는 단계 및 상기 복수개의 양각 패턴을 압인하여 일면에 헬름홀츠 공명홀이 일정 간격 이격되게 형성된 필름 타입의 흡음층을 형성하는 단계 및 상기 흡음층의 일면에 필름 타입의 기반층을 본딩 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복수개의 양각 패턴은 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법이 제공된다.
여기서, 상기 흡음층과 상기 기반층은 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 폴리머는 PDMS(polydimethylsiloxane) 인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 복수개의 양각 패턴 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 기본몰드를 형성하는 단계는 기판의 일면에 제 1 포토 레지스트층을 형성하는 단계 및 상기 공동부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 1 패턴이 일정 간격 이격되게 형성된 제 1 포토 마스크를 형성하는 단계 및 상기 복수개의 제 1 패턴을 통해 상기 제 1 포토 레지스트층에 자외선을 조사하여 상기 제 1 포토 레지스트층에 상기 공동부의 형상과 대응되는 복수개의 공동부 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 1 포토 레지스트 층 상부에 제 2 포토 레지스트층을 형성하는 단계 및 상기 목부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 2 패턴이 일정 간격 이격되게 형성된 제 2 포토 마스크를 형성하는 단계 및 상기 복수개의 제 2 패턴을 통해 상기 제 2 포토 레지스트층에 자외선을 조사하여 각 공동부 패턴의 상부와 대응되는 상기 제 2 포토 레지스트층에 상기 목부 형상과 대응되는 복수개의 목부 패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 1 포토 레지스트층 및 상기 제 2 포토 레지스트층을 현상하여 상기 기판의 일면에 헬름홀츠 공명홀과 대응되는 양각 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공동부의 높이와 대응되는 상기 제 1 포토 레지스트층의 두께 및 상기 공동부의 평단면적과 대응되는 상기 제 1 패턴의 면적 및 상기 목부의 높이와 대응되는 상기 제 2 포토 레지스트층의 두께 및 상기 목부의 평단면적과 대응되는 상기 제 2 패턴의 면적은 하기 수학식1을 통해 결정되는 것이 보다 바람직하다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, f : 흡음 대상 초음파의 주파수(Hz), c : 음파의 속도(340m/s)
S : 목부의 평단면적(m2) L : 목부의 높이(m)
V : 공동부 부피(공동부의 평단면적*공동부의 높이)(m3)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 측면에 따르면, 일면에 통 형상의 공동부와, 상기 공동부와 연결되고 상기 공동부의 평단면보다 작은 평단면을 가지는 통 형상의 목부를 포함하는 헬름홀츠 공명홀이 일정 간격 이격되게 형성된 필름타입의 흡음층 및 상기 흡음층의 일면에 상기 헬름홀츠 공명홀을 밀폐하도록 본딩 결합되는 필름타입의 기반층을 포함하되, 상기 헬름홀츠 공명홀은 리소그래피 공정을 통해 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재가 제공된다.
여기서, 상기 흡음층과 상기 기반층은 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 폴리머는 PDMS(polydimethylsiloxane) 인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 헬름홀츠 공명홀 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 포토 리소그래피 공정을 통해 제작된 기본몰드를 필름 타입의 폴리머 일면에 압인하는 간단한 작업공정으로 인해 제작이 비교적 간단할 뿐 아니라 이에 따른 제작비용이 크게 절감된다.
또한, 기본몰드의 양각 패턴의 크기를 조절함으로써, 다양한 주파수 대역의 초음파를 흡음할 수 있는 흡음재의 제작이 가능하다.
또한, 필름 타입의 폴리머 일면에 기본몰드의 양각 패턴을 압인하여 흡음재를 제작하는 방식으로 인해 대량 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명구조를 가지는 흡음재 제작방법의 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 기본몰드 형성단계의 세부적인 공정순서도이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법을 설명하기 위한 부가적인 도면이다.
도 12는 헬름홀츠 공명홀이 형성되지 않은 필름 타입의 PDMS의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
도 13은 흡음 대상 초음파의 주파수가 0.88MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
도 14는 흠읍 대상 초음파의 주파수가 1.58MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
도 15는 흡음 대상 초음파의 주파수가 0.88MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재를 단일층, 이중층, 삼중층으로 형성한 후 각각에 대한 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법의 공정순서도이고, 도 2는 본 발명의 기본몰드 형성단계의 세부적인 공정순서도이고, 도 3 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법을 설명하기 위한 부가적인 도면이다.
도 1 내지 도10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법은 통 형상의 공동부와, 공동부와 연결되고 공동부의 평단면보다 작은 평단면을 가지는 통 형상의 목부를 포함하는 헬름홀츠 공명홀의 체적을 마이크로 단위 또는 나노 단위로 형성하여 초음파의 흡수가 가능한 흡음재를 제작하기 위한 방법으로서, 기본몰드 형성단계(S10), 흡음층 형성단계(S20) 및 기반층 형성단계(S30)를 포함한다.
기본몰드 형성단계는 포토 리소그래피 공정을 통해 기판의 일면에 헬름홀츠 공명홀과 대응되는 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 가지는 복수개의 양각 패턴이 일정 간격 이격되게 배치된 기본몰드를 형성하기 위한 단계로서, 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제 1 포토 레지스트층 형성단계(S101), 제 1 포토 마스크 형성단계(S102), 공동부 패턴 형성단계(S103), 제 2 포토 레지스트층 형성단계(S104), 제 2 포토 마스크 형성단계(S105), 목부 패턴 형성단계(S106) 및 양각 패턴 형성단계(S107)를 포함한다.
제 1 포토 레지스트층 형성단계에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 상면에 포토 레지스트를 도포한 후 특정 온도에서 가열 건조하여 제 1 포토 레지스트층(20)을 형성한다.
이 때, 후술하는 공동부 패턴(21)의 체적을 마이크로 또는 나노 단위로 형성하기 위해 제 1 포토 레지스트층(20)은 마이크로 또는 나노 단위의 두께로 도포되는 것이 바람직하다.(S101)
제 1 포토 마스크 형성단계에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 석영 유리기판의 표면에 크롬박막을 일부 도포하여 석영 유리기판 상에 자외선이 통과할 수 있고, 공동부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 1 패턴(31)이 일정 간격 이격되게 형성된 제 1 포토 마스크(30)를 형성한다.
이 때, 후술하는 공동부 패턴(21)의 체적을 마이크로 또는 나도 단위로 형성하기 위해 제 1 패턴(31)의 면적은 마이크로 또는 나도 단위의 면적으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 후술하는 공동부 패턴(21) 중심 간의 간격이 마이크로 또는 나노 단위로 형성되도록 제 1 패턴(31) 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위로 형성되는 것이 바람직하다.(S102)
공동부 패턴 형성단계에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 포토 레지스트층(20)이 형성된 기판(10)의 상부에 제 1 포토 마스크(30)를 정렬하여 배치시킨 후, 제 1 포토 마스크(30)의 제 1 패턴(31)을 통해 제 1 포토 레지스트층(20) 상부에 자외선을 조사한다.
그러면, 제 1 포토 레지스트층(20) 중 자외선이 조사되는 제 1 패턴(31)과 대응되는 영역이 경화되어 제 1 포토 레지스트층(20)에 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖는 복수개의 공동부 패턴(21)이 일정 간격 이격되게 형성된다.(S103)
제 2 포토 레지스트층 형성단계에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 포토 레지스트층(20)의 상부에 포토 레지스트를 도포한 후 특정 온도에서 가열 건조하여 제 1 포토 레지스트(20)층 상부에 제 2 포토 레지스트층(40)을 형성한다.
이 때, 공동부 패턴(21) 상부에 형성되는 후술하는 목부 패턴(41)의 높이를 마이크로 또는 나노 단위로 형성하기 위해 제 2 포토 레지스트층(40)은 마이크로 또는 나노 단위의 두께로 도포되는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 사용되는 포토 레지스트는 자외선이 조사된 부분이 경화되는 성질을 가지는 네거티브(negative) 포토 레지스트가 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 포토 마스크의 패턴 형상에 따라 포지티브(Positive) 포토 레지스트가 사용될 수 도 있다.(S104)
제 2 포토 마스크 형성단계에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 석영 유리기판 표면에 크롬박막을 일부 도포하여 석영 유리기판 상에 자외선이 통과할 수 있고 목부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 2 패턴(51)이 일정 간격 이격되게 형성된 제 2 포토 마스크(50)를 형성한다.
이 때, 후술하는 목부 패턴(41)의 면적을 마이크로 또는 나도 단위로 형성하기 위해 제 2 패턴(51)의 면적은 마이크로 또는 나노 단위로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 후술하는 목부 패턴(41) 중심 간의 간격이 마이크로 또는 나노 단위로 형성되도록 제 2 패턴(51) 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 후술하는 목부 패턴(41)의 면적은 공동부 패턴(21)의 면적보다 작아야 하므로 제 2 패턴(51)의 면적은 제 1 패턴(31)의 면적보다 작게 형성하는 것이 바람직하다.(S105)
목부 패턴 형성단계에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 포토 레지스트층(40)이 형성된 기판(10)의 상부에 제 2 포토 마스크(50)를 정렬하여 배치시킨 후, 제 2 포토 마스크(50)의 제 2 패턴(51)을 통해 제 1 포토 레지스트층(20)의 각 공동부 패턴(21)이 형성된 영역 상부에 형성된 제 2 포토 레지스트층(40) 상부에 자외선을 조사한다.
그러면, 제 2 포토 레지스트층(40) 중 자외선이 조사되는 제 2 패턴(51)과 대응되는 영역이 경화되어 제 2 포토 레지스트층(40)에 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 가지는 복수개의 목부 패턴(41)이 일정 간격 이격되게 형성된다.(S106)
양각 패턴 형성단계에서는 제 1 포토 레지스트층(20) 및 제 2 포토 레지스트층(40)을 약품으로 현상하면, 제 1 포토 레지스트층(20) 중 자외선에 의해 경화된 공동부 패턴(21)과 제 2 포토 레지스트층(40) 중 자외선에 의해 경화된 목부 패턴(41)을 제외한 나머지 부분이 제거되어 도 9에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)의 일면에 공동부 패턴(21)과 공동부 패턴(21)의 상부에 형성되는 목부 패턴(41)을 포함하는 헬름홀츠 공명홀 구조와 대응되는 복수개의 양각 패턴(R)이 일정 간격 이격되게 형성된다.
여기서, 기판의 상부에 형성되는 각 공동부 패턴(21)의 중심 및 각 목부 패턴(41) 중심 간의 간격이 마이크로 또는 나노 단위로 형성됨에 따라 복수개의 양각 패턴(R) 중심 간의 간의 간격도 마이크로 또는 나노 단위로 형성된다.(S107)
위와 같은 순차적인 공정을 거쳐 기판(10)의 일면에 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖는 헬름홀츠 공명홀 구조와 대응되는 복수개의 양각 패턴(R)이 일정 간격 이격되게 형성된 기본몰드(M)가 형성된다.(S10)
그리고, 전술한 일련의 공정 단계를 수행함에 있어서, 공동부의 높이와 대응되는 제 1 포토 레지스트층(20)의 두께 및 공동부의 평단면적과 대응되는 제 1 패턴(31)의 면적과, 목부의 높이와 대응되는 제 2 포토 레지스트층(40)의 두께와, 목부의 평단면적과 대응되는 제 2 패턴(51)의 면적은 하기 수학식 1을 통해 결정되는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure pat00002
여기서, f : 흡음 대상 초음파의 주파수(Hz), c : 음파의 속도(340m/s)
S : 목부의 평단면적(m2) L : 목부의 높이(m)
V : 공동부 부피(공동부의 평단면적*공동부의 높이)(m3)
흡음층 형성단계에서는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 기본몰드(M)를 이용하여 필름 타입의 폴리머(P) 일면에 압인하면, 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖는 헬름홀츠 공명홀 구조와 대응되는 복수개의 양각 패턴(R)에 의해 (b)에 도시된 바와 같이, 필름 타입의 폴리머(P) 일면에 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖는 복수개의 헬름홀츠 공명홀(61)이 일정 간격 이격되게 형성된 흡음층(60)이 형성된다.
여기서, 기본몰드(M)의 양각 패턴(R) 중심 간의 간격이 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성됨에 따라 흡음층에 형성되는 헬름홀츠 공명홀(61) 중심 간의 간격도 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성된다.(S20)
기반층 형성단계에서는 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 헬름홀츠 공명홀(61)이 형성된 흡음층(60)의 일면에 필름 타입의 폴리머(P)를 플라즈마 본딩하여 결합시키면, (b)에 도시된 바와 같이, 흡음층(60)의 일면에 기반층(70)이 형성되어 내부에 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖는 헬름홀츠 공명홀(61)이 형성된 흡음재(1)가 제작된다.(S30)
여기서, 흡음층(60) 및 기반층(70)을 형성하는 폴리머는 몰딩시 타 폴리머와 접착이 잘 일어나지 않아 성형 가공성이 좋은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제작방법으로 제작된 흡음재는 필름 타입으로 제작됨에 따라 다수개를 겹쳐 흡음 정도의 조절도 가능하다.
도 12는 헬름홀츠 공명홀이 형성되지 않은 필름 타입의 PDMS의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 헬름홀츠 공명홀을 형성하지 않은 필름 타입의 PDMS는 공진으로 인한 감쇠능의 증가가 확인되지 않음을 알 수 있고, 1~4MHz의 주파수 영역에서의 음향 감쇠능이 거의 나타나지 않음을 알 수 있으며, 5MHz부터 음향 감쇠능이 나타난 것을 주파수가 증가할수록 음향 감쇠능이 증가하는 음파의 특성에 입각한 PDMS 자체의 음향 감쇠 기능이다.
이하에서는 상기 수학식 1을 이용하여 흡음 대상 초음파의 주파수(f)가 0.88MHz(실험예1) 및 1.58MHz(실험예2)가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원인 S(목부의 평단면적), L(목부의 높이), V(공동부 부피, 공동부의 평단면적*공동부의 높이)의 치수를 설정하여 제작된 흡음재를 이용하여 음향 감쇠 성능을 측정해보았다.
도 13은 흡음 대상 초음파의 주파수가 0.88MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이고, 도 14는 흡음 대상 초음파의 주파수가 1.58MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재의 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
<실험예1>
f : 0.88MHz
S : 20㎛ in Diameter L : 18.9㎛
V : 60㎛ in Diameter, 11.7㎛ in Height
상기 <실험예1>과 같이, 흡음 대상 초음파의 주파수(f)가 0.88MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 PDMS재질의 흡음재에 대한 음향 감쇠 성능을 측정한 결과, 앞서 설명한 도 12에서와 같이, 1~4MHz의 주파수 영역에서 음향 감쇠 성능이 나타나지 않던 필름 타입의 PDMS와는 달리 흡음 대상 초음파의 주파수인 0.88MHz의 주파수 영역에서 음향 감쇠 성능이 크게 증가함을 확인하였다.
여기서, 흡음 대상 초음파의 주파수인 0.88MHz이상에서 음향 감쇠 성능이 증가하는 것은 PDMS 자체의 음향 감쇠 성능에 기인하는 것이다.
<실험예2>
f : 1.58MHz
S : 20㎛ in Diameter L : 1.7㎛
V : 60㎛ in Diameter, 7㎛ in Height
상기 <실험예2>와 같이, 흡음 대상 초음파의 주파수(f)인 1.58MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 PDMS재질의 흡음재에 대한 음향 감쇠 성능을 측정한 결과, <실험예1>과 마찬가지로 흡음 대상 초음파의 주파수인 1.58MHz의 주파수 영역에서 음향 감쇠 성능이 크게 증가함을 확인하였다.
여기서, 흡음 대상 초음파의 주파수인 1.58MHz이상으로 갈수록 음향 감쇠 성능이 증가하는 것은 PDMS 자체의 음향 감쇠 성능에 기인하는 것이다.
상기와 같이, 본 발명은 수학식 1에 기초하여 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 원하는 흡음 대상 초음파의 주파수를 흡음할 수 있도록 설정함으로써, 흡음할 수 있는 주파수 대역을 용이하게 조절할 수 있을 뿐 아니라 특정 주파수 영역에 대해 음향 감쇠 성능이 특화된 흡음재를 제작할 수 있다.
도 15는 흡음 대상 초음파의 주파수가 0.88MHz가 되도록 헬름홀츠 공명홀의 각 제원의 치수를 설정한 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재를 단일층, 이중층, 삼중층으로 형성한 후 각각에 대한 음향 감쇠 성능을 실험한 그래프이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 <실험예 1>의 제원으로 제작된 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재를 단일층, 이중층, 삼중층으로 각각 형성한 후 음향 감쇠 성능을 실험한 결과, 본 발명은 필름 타입의 PDMS재질의 흡음재를 상호 적층하여 이중층 및 삼중층으로 형성할 경우, 단일층에 비해 음향 감쇠 성능이 크게 향상됨이 확인되었다.
상기와 같이 본 발명은 필름 타입의 흡음재를 다단으로 중첩시켜 사용함으로써, 흡음 대상 초음파에 대한 음향 감쇠 성능을 필요에 따라 용이하게 조절할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 흡음재
10 : 기판 20 : 제 1 포토 레지스트층
21 : 공동부 패턴 30 : 제 1 포토 마스크
31 : 제 1 패턴 40 : 제 2 포토 레지스트층
41 : 목부 패턴 50 : 제 2 포토 마스크
51 : 제 2 패턴 60 : 흡음층
61 : 헬름홀츠 공명홀 70 : 기반층
M : 기본몰드 R : 양각 패턴
P : 폴리머

Claims (10)

  1. 통 형상의 공동부와, 상기 공동부와 연결되고 상기 공동부의 평단면보다 작은 평단면을 가지는 통 형상의 목부를 포함하는 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법에 있어서,
    포토 리소그래피 공정을 통해 기판의 일면에 상기 공동부 형상과 대응되는 공동부 패턴과, 상기 공동부 패턴의 상부에 형성되고 상기 목부 형상과 대응되는 목부 패턴을 포함하는 헬름홀츠 공명홀 구조의 양각 패턴이 일정 간격 이격되게 배치된 기본몰드를 형성하는 단계와;
    상기 복수개의 양각 패턴을 압인하여 일면에 헬름홀츠 공명홀이 일정 간격 이격되게 형성된 필름 타입의 흡음층을 형성하는 단계와;
    상기 흡음층의 일면에 필름 타입의 기반층을 본딩 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 복수개의 양각 패턴은 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음층과 상기 기반층은 폴리머로 형성되는 것을 특징으로 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머는 PDMS(polydimethylsiloxane) 인 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 양각 패턴 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본몰드를 형성하는 단계는
    기판의 일면에 제 1 포토 레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 공동부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 1 패턴이 일정 간격 이격되게 형성된 제 1 포토 마스크를 형성하는 단계와;
    상기 복수개의 제 1 패턴을 통해 상기 제 1 포토 레지스트층에 자외선을 조사하여 상기 제 1 포토 레지스트층에 상기 공동부의 형상과 대응되는 복수개의 공동부 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토 레지스트 층 상부에 제 2 포토 레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 목부의 평단면 형상과 대응되는 복수개의 제 2 패턴이 일정 간격 이격되게 형성된 제 2 포토 마스크를 형성하는 단계와;
    상기 복수개의 제 2 패턴을 통해 상기 제 2 포토 레지스트층에 자외선을 조사하여 각 공동부 패턴의 상부와 대응되는 상기 제 2 포토 레지스트층에 상기 목부 형상과 대응되는 복수개의 목부 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토 레지스트층 및 상기 제 2 포토 레지스트층을 현상하여 상기 기판의 일면에 헬름홀츠 공명홀과 대응되는 양각 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공동부의 높이와 대응되는 상기 제 1 포토 레지스트층의 두께 및 상기 공동부의 평단면적과 대응되는 상기 제 1 패턴의 면적과;
    상기 목부의 높이와 대응되는 상기 제 2 포토 레지스트층의 두께와;
    상기 목부의 평단면적과 대응되는 상기 제 2 패턴의 면적은
    하기 수학식1을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재 제작방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    여기서, f : 흡음 대상 초음파의 주파수(Hz), c : 음파의 속도(340m/s)
    S : 목부의 평단면적(m2) L : 목부의 높이(m)
    V : 공동부 부피(공동부의 평단면적*공동부의 높이)(m3)
  7. 일면에 통 형상의 공동부와, 상기 공동부와 연결되고 상기 공동부의 평단면보다 작은 평단면을 가지는 통 형상의 목부를 포함하는 헬름홀츠 공명홀이 일정 간격 이격되게 형성된 필름타입의 흡음층과;
    상기 흡음층의 일면에 상기 헬름홀츠 공명홀을 밀폐하도록 본딩 결합되는 필름타입의 기반층을 포함하되,
    상기 헬름홀츠 공명홀은 리소그래피 공정을 통해 마이크로 또는 나노 단위의 체적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡읍재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡음층과 상기 기반층은 폴리머로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴리머는 PDMS(polydimethylsiloxane) 인 것을 특징으로 하는 초음파의 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 헬름홀츠 공명홀 중심 간의 간격은 마이크로 또는 나노 단위의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 흡수가 가능한 헬름홀츠 공명홀을 가지는 흡음재.
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