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유연 센서 산업의 폭발적인 성장을 뒷받침하는 제조상의 어려움
2025년 글로벌 플렉서블 전자 산업 보고서에 따르면, 시장 규모는 572억 달러를 넘어설 것으로 예상되며, 웨어러블 기기, 스마트 자동차, 의료 모니터링 등 다양한 분야에서 활용될 전망입니다. 그러나 이 산업은 다음과 같은 세 가지 주요 과제에 직면해 있습니다.
• 소재 적응의 어려움: 그래핀, 탄소 나노튜브, 폴리이미드(PI 필름)와 같은 새로운 플렉서블 소재가 60% 이상을 차지합니다. 기존 기계 가공 방식으로는 소재 변형이나 가장자리 탄화 현상이 쉽게 발생합니다.
• 구조 정밀도 한계: 5μm 수준의 전극 선폭 및 0.1mm 간격의 홀 가공과 같은 요구 사항은 기존 리소그래피의 100μm 정밀도 한계를 훨씬 뛰어넘습니다.
• 대량 생산 효율성 문제: 다층 적층 및 곡면 성형과 같은 복잡한 공정은 수동 조정에 의존하며, 단일 생산 라인의 수율은 일반적으로 80% 미만입니다.
레이저 절단기는 비접촉 가공, 고에너지 밀도 집속, 프로그래밍 가능한 경로 계획 등의 장점을 통해 이러한 과제를 극복하는 핵심 기술로 부상하며, 플렉서블 센서의 연구실 샘플 제작에서 대규모 생산으로의 전환을 주도하고 있습니다.
레이저 절단기가 플렉서블 센서 제조에 기여하는 네 가지 핵심 기술 혁신
1. 모든 소재에 대한 정밀 가공 솔루션
플렉서블 센서의 다양한 소재 시스템에 맞춰 레이저 절단기는 다중 광원 협업 기술을 통해 정밀 가공을 구현합니다.
UV 레이저 냉간 가공(355nm 파장): 0.05mm 두께의 PET 필름에 10μm 선폭의 변형 센서 전극을 가공하며, 열영향부(HAZ)는 2μm 미만으로 소재의 열 변형을 방지합니다.
펨토초 레이저 초정밀 가공(펄스 폭<500fs): 은 나노와이어 전극 용접에서 탄소 발생 없이 5μm 직경의 솔더 접합을 구현하여 전기 전도도를 30% 향상시킵니다.
CO₂ 레이저 구조화: 20cm×20cm 크기의 다공성 그래핀 어레이를 30초 만에 제작하여 기존 화학 기상 증착 방식보다 100배 빠른 효율을 제공하며, 플렉서블 압력 센서 기판에 적합합니다.
사례: 한 의료기기 제조업체는 레이저 절단 솔루션을 사용하여 0.1mm 두께의 PI 필름에 플렉서블 ECG 전극을 가공했으며, 단일 라인에서 연간 200만 개 이상의 생산 능력을 달성하고 전극 임피던스 변동률을 ±2% 이내로 제어했습니다.
2. 3차원 정밀 가공 능력의 혁신적인 향상
5축 연동 시스템과 지능형 경로 알고리즘을 통해 레이저 절단기는 복잡하고 유연한 센서 구조를 고정밀로 성형할 수 있습니다.
기술 지표 | 전통적인 기계 가공 | 레이저 절단 기술 | 성능 향상 |
최소 선폭 | 100μm | 5μm | 20번 |
곡면 가공 시 곡률 반경 | ≥1mm | 0.05mm | 20 번 |
다층 소재 절단 정밀도 | ±50μm | ±1μm | 50 번 |
3차원 곡면 성형: ±135° 이중 스윙 헤드 구조는 곡면 유리 및 실리콘 기판에 마이크로유체 채널을 가공할 수 있도록 지원하며, 0.05mm의 R각 정밀도로 웨어러블 피부 센서의 곡면 밀착 요구 사항을 충족합니다.
다층 이종 재료 박리: 레이저 에너지 점진적 감쇠 기술을 통해 10층 PI 필름을 정밀하게 레이어별로 절단할 수 있으며, 층간 위치 오차는 5μm 미만으로 기존 공정의 층간 오프셋 문제를 해결합니다.
3. 지능형 생산 시스템으로 제조 공정 재구성
AI 알고리즘이 탑재된 레이저 절단 장비는 유연 센서 생산을 위한 지능형 생산 라인을 구축합니다.
공정 매개변수 자동 적응: 1,000개 이상의 재료 가공 데이터베이스가 내장되어 있어 입력 재료 유형(예: PDMS 및 은 페이스트 코팅)에 따라 레이저 출력(5-50W) 및 스캔 속도(100-500mm/s)를 자동으로 조정하여 수동 디버깅 시간을 70% 단축합니다.
전 공정 품질 관리: 통합 시각 검사 시스템과 진동 센서가 절단면 거칠기(<10μm) 및 장비 진동(<5μm/s)을 실시간으로 모니터링하여 수율을 99.2%까지 향상시킵니다.
클라우드 연결: MES 시스템과의 연동을 지원하여 장비 에너지 소비 및 소모품 수명(예: 레이저 튜브 수명 조기 경고)을 원격으로 모니터링할 수 있어 기업의 디지털 공장 관리를 지원합니다.
4. 공정 통합을 통한 새로운 제조 모델 구현
레이저 절단기는 단일 공정의 한계를 극복하고 다중 공정 협업 생산을 가능하게 합니다.
절단 + 용접 통합: 0.1mm 두께의 금속 포일에 센서 전극을 절단한 후 5μm 솔더 조인트 레이저 용접을 동시에 수행하여 공정 전환 손실을 줄입니다.
성능 향상을 위한 표면 개질: 펨토초 레이저를 사용하여 PI 필름 표면에 마이크로 스케일 범프 어레이를 에칭하여 센서의 피부 밀착 마찰력을 40% 증가시켜 스포츠 모니터링 패치에 적합합니다.
미세 구조 기능 가공: PDMS 필름에 φ20μm 공기 구멍 어레이를 가공하여 습도 센서의 응답 시간을 10초에서 3초로 단축하여 열악한 환경 모니터링 요구 사항을 충족합니다.
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레이저 마킹 머신을 작동할 때 주의 사항은 무엇입니까?
1. 물이 없거나 물 순환이 비정상일 때 레이저 전원 공급 장치와 Q-스위칭 전원 공급 장치를 가동하는 것은 엄격히 금지됩니다.
2. Q 전원 공급 장치는 무부하 상태에서 작동해서는 안 됩니다(즉, Q 전원 공급 장치의 출력 단자는 플로팅 상태로 유지해야 합니다).
3. 이상 현상이 발생할 경우, 먼저 검류계 스위치와 키 스위치를 끄고 점검하십시오.
4. 고전압이 유입되어 부품이 손상되는 것을 방지하기 위해 크립톤 램프가 켜지기 전에는 다른 부품을 가동해서는 안 됩니다.
5. 다른 전기 제품과의 스파크 및 고장을 방지하기 위해 레이저 전원 공급 장치의 출력 단자(양극)를 매단 상태로 두십시오.
6. 내부 순환수를 깨끗하게 유지하십시오. 물탱크를 정기적으로 청소하고 깨끗한 탈이온수 또는 순수로 교체하십시오.
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레이저 강도가 약해지고 표시가 충분히 명확하지 않은 경우 어떻게 해야 합니까?
1. 기기를 끄고 레이저 공진기가 변경되었는지 확인하십시오. 공진기 렌즈를 미세 조정하십시오. 출력 광점을 최상으로 맞추십시오.
2. 음향 광학 결정이 오프셋되었거나 음향 광학 전원 공급 장치의 출력 에너지가 너무 낮습니다.
시청각 결정의 위치를 조정하거나 시청각 전원 공급 장치의 작동 전류를 높이십시오.
3. 검류계에 입사하는 레이저가 중심에서 벗어납니다. 레이저를 조정하십시오.
4. 전류를 약 20A로 조정했지만 광 감도가 여전히 충분하지 않은 경우: 크립톤 램프가 노후화된 것입니다. 새 램프로 교체하십시오.
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UV 레이저 절단기를 어떻게 유지관리하나요?
1. 매일 정기적인 청소를 수행하고, 조리대, 리미터, 가이드 레일의 이물질을 제거하고, 가이드 레일에 윤활유를 도포해야 합니다.
2. 배출구가 과도한 이물질로 막히지 않도록 수거함의 폐기물을 정기적으로 비워야 합니다.
3. 15일에 한 번씩 냉각기를 청소하고, 내부 물을 모두 배출한 후 깨끗한 물로 채우십시오.
4. 반사판과 초점 렌즈는 6~8시간마다 특수 세척액으로 닦아야 합니다.
닦을 때는 면봉이나 세척액에 적신 면봉을 사용하여 초점 렌즈의 중앙에서 가장자리 방향으로 시계 반대 방향으로 닦으십시오.
이때 렌즈가 긁히지 않도록 주의하십시오.
5. 실내 환경, 특히 습하고 먼지가 많은 환경은 기기의 수명에 영향을 미칠 수 있습니다.
A damp environment is prone to causing rust on the reflective lenses and also easily leading to short circuits, discharge and sparking of the velvet laser.
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레이저 절단기를 사용할 때 레이저 방출로 인해 어떤 사고가 발생할 수 있나요?
(1) 레이저가 가연성 물질과 접촉하여 화재가 발생했습니다.
레이저 발생기의 출력이 매우 높다는 것은 누구나 알고 있으며, 특히 고출력 레이저 절단기의 경우 방출되는 레이저의 온도가 매우 높습니다. 레이저 빔이 가연성 물질과 접촉하면 화재가 발생할 가능성이 매우 높습니다.
(2) 기계 작동 중 유해 가스가 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 산소를 사용하여 절단할 경우 절단 재료와 화학 반응을 일으켜 미지의 화학 물질이나 미세 입자 및 기타 불순물을 생성합니다. 인체에 흡수되면 알레르기 반응이나 폐 및 기타 호흡기 질환을 유발할 수 있습니다. 작업 시 보호 조치를 취해야 합니다.
(3) 인체에 직접 레이저가 노출되면 유해할 수 있습니다.
레이저가 인체에 미치는 손상은 주로 눈과 피부에 손상을 입힙니다. 레이저로 인한 손상 중 눈에 대한 손상이 가장 심각하며, 눈에 대한 손상은 영구적입니다. 그러니 숙제를 할 때는 눈을 보호하는 데 주의해야 합니다.
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나노초, 피코초, 펨토초 레이저의 초점 직경은 얼마입니까?
나노초: 광점의 크기는 0.5~1mm입니다.
피코초: 초점의 크기는 약 0.02mm입니다.
펨토초: 100~200KHz의 높은 반복률과 10ps의 매우 짧은 펄스폭을 가진 레이저 빔을 조사할 때,
초점의 크기는 0.003mm로 매우 작습니다.
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UV 레이저 절단기의 주요 용도는 무엇입니까?
UV 레이저 절단기는 PCB 절단 및 디패널링에 사용할 수 있습니다.
V-CUT 및 스탬프 홀을 사용하여 다양한 유형의 PCB 회로 기판을 정밀하게 절단하고 형상화하며, 윈도우와 커버를 열 수 있습니다.
패키징된 회로 기판과 일반 평활 기판을 분리하는 데에도 사용할 수 있습니다.
세라믹 기판, 리지드 플렉스 기판, FR4, PCB, FPC, 지문 인식 모듈, 커버 필름, 복합 소재, 구리 기판, 알루미늄 기판 등 다양한 유형의 PCB 기판 절단에 적합합니다.
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다양한 금속소재를 가공하는 레이저 절단기의 주의사항은?
구리 및 황동:
두 재료 모두 높은 반사율과 우수한 열전도율을 가지고 있습니다.
두께 1mm 미만의 황동은 질소 레이저 절단으로 가공할 수 있습니다.
두께 2mm 미만의 구리는 절단할 수 있습니다. 레이저 절단 가공에 사용되는 가스는 산소여야 합니다.
구리와 황동은 시스템에 "반사 흡수" 장치가 설치된 경우에만 절단할 수 있습니다. 그렇지 않으면 반사로 인해 광학 부품이 손상될 수 있습니다.
합성 재료:
가공 가능한 합성 재료에는 열가소성 플라스틱, 열경화성 재료, 인조 고무가 있습니다.
알루미늄:
높은 반사율과 열전도율에도 불구하고, 합금 종류와 레이저 출력에 따라 두께 6mm 미만의 알루미늄 재료도 절단할 수 있습니다.
산소로 절단하면 절단 표면이 거칠고 단단해집니다.
질소를 사용하면 절단 표면이 매끄럽습니다.
순수 알루미늄은 순도가 높아 절단하기가 매우 어렵습니다.
알루미늄 소재는 파이버 레이저 절단 시스템에 "반사 및 흡수" 장치가 설치된 경우에만 절단할 수 있습니다.
그렇지 않으면 반사로 인해 광학 부품이 손상될 수 있습니다.
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스테인리스 스틸을 레이저로 절단할 때 주의해야 할 점은 무엇입니까?
스테인리스 스틸의 레이저 절단 가공에는 모서리 산화가 발생하지 않는 조건에서 산소를 사용해야 합니다.
질소를 사용하여 산화 및 버(burr) 없는 모서리를 만들면 추가 가공이 필요하지 않습니다.
시트 표면에 오일 필름을 코팅하면 가공 품질을 저하시키지 않고도 더 나은 천공 효과를 얻을 수 있습니다.