지능화탄에 대한 MEMS 관성 스위치

Abstract

이 논문을 통해 지능화 탄의 신관에 들어가는 관성 스위치를 액체 금속과 볼 베어링 이용하여 새로운 방법으로 제작하였다. 연구 중점은 기존 고체 형태 스위치의 복잡한 공정과 마모등을 개선시키는 것에 주안점을 두었다. 액체 금속 방울은 높은 표면 장력, 밀도, 전기적 전도성등 우수한 성질을 가지고 있다. 기존의 액체금속 스위치는 하나의 on-off 기능 밖에 할 수 없었으나 제작한 스위치는 다양한 채널을 하나의 스위치에 두어 여러 값에 변화하는 스위치로의 기능을 수행할 수 있다. 제작 공정에 있어서는 몇 가지 관점에 주안을 두었다. 첫번째 고려 요소는 액체 금속과 높이, 폭, 가속도와의 관계이며, 두번째 고려 요소는 액체 금속과 다른 금속과의 반응성이었다. 세번째는 SU-8 감광제 공정과정에 초점을 두었다. 그것은 정확한 에칭율을 맞추기는 어렵지만 LIGA공정이나 금속을 제단하는 방법보다 쉽고 저렴하다. 마지막 고려요소는 커버링 문제개선이다. 유리 슬라이드는 평평하지 않은 면을 커버하기 힘들다. 그래서 커버 물질로 유연한 PDMS를 채택하였다. 하지만 PDMS도 금속과 접착하는 성질이 있어서 SDS용액과 NANO Form 용액을 이용하여 PDMS 표면특성을 개선시켜주었다. 또 다른 스위치는 볼 베어링을 이용한 유연한 고체 타입의 관성 스위치이다. 사실상 다채널 액체 금속 스위치는 높은 G 값에서 깨어짐 현상이 발생한다. 두 가지 방법으로 이 문제를 해결하였는데 첫번째는 이 스위치에서 보다 더 정확한 결과 값을 얻기 위하여 액체 금속 스위치의 mass 와 몰드의 디자인 및 상태를 반대 변형시켰다. 즉 유연한 액체 금속 대신에 단단한 볼베어링을 사용하였으며 단단한 SU-8 몰드 대신에 유연한 PDMS를 이용하여 몰드를 제작 하였다는 것이다. 이 새로운 디자인의 변화는 놀라운 값의 결과를 가져왔는데 5번의 반복 실험에서 275 G 라는 동일한 결과 값을 얻을 수 있었다. 두번째 해결 방법은 low pass filter를 이용한 두 도체간 전위차의 비를 이용한 capacitance 스위치이다. 볼 베어링은 전극과 점 접촉을 하므로 액체 금속과 같이 저항이나 전류를 이용한 전도체로 측정하기가 제한된다. 그래서 볼베어링이 전극 위에 있을 때와 없을 때 capacitance 값이 달라지는 특성을 이용하여 capacitance 스위치로의 가능성을 제시하였다.