시스템적 접근을 통한 레이저 미세 가공 설계 프로세스 개발

Abstract

현재 레이저 미세 가공 시스템은 레이저, 광학, 기계공학 등의 여러 분야에서 일하는 전문가들이 본인의 지식과 경험을 바탕으로 설계하고 있기 때문에 동일한 레이저 가공 시스템을 설계하더라도 설계하는 사람의 지식과 경험의 차이에 따라 레이저 가공 시스템의 기능과 성능이 다소 차이가 난다. 이러한 차이는 시스템을 재설계하거나 심한 경우에는 고객의 요구사항을 만족시키지 못하여 개발된 시스템이 상용화 되지 못하는 원인이 된다. 레이저 미세 가공 시스템의 상용화 실패의 주요 원인으로는 시스템을 설계하는 사람의 지식과 경험의 차이뿐만 아니라 시스템 설계 시 고려해야하는 핵심 설계 변수(Critical Design Parameter)들과 설계 절차(Design Process)의 결여, 즉 고객의 요구사항 분석 및 정의와 가공하고자하는 재료의 특성 분석, 시스템의 임무와 경계 정의, 시스템의 기능과 성능 정의, 시스템 구성 요소의 선택 등의 일련의 시스템 설계 프로세스가 정립되지 않았기 때문으로 판단된다. 본 논문에서는 상용화를 위한 레이저 미세 가공 시스템 설계 프로세스를 제시하였다. 구축된 시스템 설계 프로세스는 시스템 공학 프로세스의 핵심 프로세스인 요구사항 분석, 기능 분석 및 할당, 시스템 조합 및 시스템 최적화 과정을 테일러링(Tailoring)하여 레이저 미세 가공 분야에 알맞도록 조정되었다. 제안된 레이저 미세 가공 시스템 설계 프로세스의 타당성을 입증하기 위하여 제안된 시스템 설계 프로세스를 적용하여 low-k 웨이퍼 레이저 인그레이빙 시스템을 설계하였다. 프로세스를 통해 설계된 시스템의 사양과 이미 제작되어 있는 시스템의 사양을 비교하여 유사점과 차이점을 비교하였다. 구축된 프로세스에 의해 도출된 설계 사양과 유사한 사양은 고객의 요건을 만족시키고 있음을 확인하였고, 설계 사양이 다른 사양들은 프로세스에서 제시하는 문제점들을 유발하고 있음을 확인할 수 있었다. 고객의 요건을 만족시키지 못하던 시스템의 일부 사양을 프로세스에 의해 도출된 사양으로 변경했을 경우에, 시스템에서 발생하는 문제점들이 해결되는 것을 확인하였다. 또한 국내외에서 동일한 시스템을 개발하고 있는 업체들의 시스템 사양과 프로세스에서 제시하는 시스템의 일부 사양을 비교하고 실험 결과를 분석해본 결과 프로세스에서 제안하는 설계 사양이 가공 품질과 가공 시간에 있어서 우월하다는 것을 확인하였다. 현재 레이저 가공 시스템 설계 과정을 보면 어떤 재료의 가공에는 어떤 레이저가 많이 사용되고 있다 라는 식의 실험적인 경험과 현재의 가공 경향 및 연구 경향을 토대로 시스템의 구성요소와 구성요소의 사양을 결정하고 있다. 하지만 본 논문에서는 실험적인 경험뿐만 아니라 고객의 요구사항을 시작으로 고객의 요건을 만족시킬 수 있는 기능요건과 성능요건 및 핵심 설계 변수를 정의하는 과정에서 레이저와 시스템의 구성요소들의 사양이 결정되는 체계적인 프로세스를 제시하고 있다.