금속-수지 이중층 구조에서의 광열편향법을 이용한 금속 두께 측정에 대한 연구

Abstract

제품의 소형화와 고집적화 경향에 따라 검증이나 신뢰성 평가를 위한 내부 가시화 방법, 이미징 기술 등의 필요가 증대되고 있다. 금속이나 반도체로 구성된 산업 분야에 적용이 가능한 비파괴검사법의 개발이 필요하다. 광음향법(photoacoustic method), 자기(magnetic)를 이용한 방법, 광열효과(photothermal effect)를 이용한 방법 등 산업 분야에 적용이 가능한 다양한 비파괴검사법이 있다. 이 중에서 본 연구에서는 광열효과를 이용한 광열 이미징 기법(photothermal imaging method)을 연구하고자 한다. 광열 이미징 기법은 광열효과를 이용하여 물질 내부에 존재하는 다른 물질이나 결함 등을 찾아내는 방법이다. 이전 연구자들에 의하여 광열편향법을 이용한 내부 형상의 2차원 이미지 가시화에 관한 연구는 진행됐으나 형상이 위치하는 깊이에 대한 정보를 취득하는 연구는 부족한 상황이다. 물질에 가열빔이 조사되어 열구배가 형성되면 물질의 열물성과 가열빔의 변조 주파수에 따라 가열빔과 검사빔 사이의 위상지연이 결정된다. 위상지연의 특성을 이용하여 물질 내부에 존재하는 다른 물질 혹은 결함이 위치한 깊이를 측정할 수 있다. 여기서 깊이는 이중층 구조에서의 첫 번째 층의 두께라고 할 수 있다. 즉, 본 연구에서는 광열편향법을 이용하여 금속과 수지로 구성된 이중층 구조에서의 첫 번째 층의 두께에 대한 정보를 취득하는 방법에 대해 연구하고자 한다. 가열빔의 변조주파수의 특성과 위상곡선법(phase curve method)을 이용하여 결정계수 계산을 통해 첫 번째 층의 두께를 결정하는 알고리즘을 수립하였으며, 이론 해석을 통해 해당 알고리즘이 성립하는지 확인하였다. 첫 번째 층의 물질과 두께를 바꿔가면서 이론 해석을 수행한 결과, 물질에 상관없이 첫 번째 층의 두께를 도출할 수 있음을 확인하였으며, 실험을 통해 이를 검증하였다. 첫 번째 층의 물질이 구리이고 첫 번째 층의 두께가 1 mm와 2 mm인 시편에 대해 20 Hz와 40 Hz의 주파수를 이용하여 실험을 수행한 결과, 1 mm의 시편에 대해서는 약 1.83 %의 차이를 보였고, 2 mm의 시편에 대해서는 약 5.93 %의 차이를 보였다.