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    열린실험실 게시판 내용
    열린실험실명 연세대학교 마이크로시스템 연구실(MicroSystems LAB.)
    등록일 2008-07-15 오후 5:35:09
    2000년에 설립된 Microsystems Lab.은 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 응용한 다양한 연구과제를 수행하고 있다. 본 연구실의 연구 분야는 크게 고주파 수동 소자(RF-MEMS)에 관한 연구와 각종 환경 센서를 이용한 실시간 환경 모니터링 연구, 차세대 패키징 (Packging) 기술 연구 및 바이오멤스 (Bio-MEMS) 연구로 나눌 수 있다. 각각의 연구는 물리, 화학, 재료공학, 전자공학, 생명공학, 의학 등 다양한 학문 분야와 밀접하게 상호연관 되어 있는 분야로, 국내에서도 관련 연구 및 연구인력수요가 꾸준히 증가하고 있다. 현재 본 실험실은 반도체 공정을 이용한 MEMS 기반 미세소자 설계 및 제작, 그리고 해당 소자의 측정 실험 위주의 연구를 수행하고 있다.
     
    실험실 사이트 주소 : http://mems.yonsei.ac.kr
    연혁
      2000년에 설립된 Microsystems Lab.은 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 응용한 다양한 연구과제를 수행하고 있다.
    연구분야
      MEMS 기술은 말 그대로 전자기계 소자를 육안으로는 보이지 않을 정도로 작은 마이크로 규모로 제작하는 기술을 말한다. MEMS 기술은 개략적으로 정의하면 아주 작은 기계 구조물을 제작하는 모든 분야에 응용되는 것이라고 할 수 있다. MEMS 기술은 기존의 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 응용한 미세 가공 기술을 이용한다. 미세 가공 기술을 마이크로 단위의 초소형 센서나 구동기 및 전기기계적 구조물을 제작하는데 응용하고 있는 것이다. 미세 가공 기술로 제작된 미세 기계는 mm이하의 크기거나 um이하의 정밀도를 구현할 수 있다.
    2000년에 설립된 연세 마이크로시스템 연구실은 짧은 역사에도 불구하고 활발한 연구 활동을 통하여 MEMS 분야에서 경쟁력을 향상시켜왔다. 본 연구실의 연구 분야는 각종 환경 센서 및 나노입자 처리기 등을 이용한 실시간 환경 모니터링 연구, 바이오멤스(Bio-MEMS) 연구, 차세대 패키징(Packging) 기술 연구로 나눌 수 있다. 각각의 연구는 물리, 화학, 재료공학, 전자공학, 생명공학, 의학 등 다양한 학문 분야와 밀접하게 상호연관 되어 있는 분야로, 국내에서도 관련 연구 및 연구인력 수요가 꾸준히 증가하고 있다.
    주요장비보유현황
    기기명 : 마스크얼라이너
    용도 : 포토리소그래피 (자외선 노광)
    기기명 : 스퍼터
    용도 : 금속 증착
       
    기기명 : RIE
    용도 : 폴리머 및 금속 건식 식각
    기기명 : Alpha step surface profiler
    용도 : 표면 분석 장치
       
    기기명 : Thermal evaporator
    용도 : 금속 증착
    기기명 : Wet-Station
    용도 : 금속 식각 공정
    연구실 인력 구성
      지도교수 1명, 박사 6명 (전일제 5명, 시간제 1명), 석사 10명 (전일제), 연구 보조 1명
    비젼
      현재 전 세계적으로 이종의 학문간 융합 기술에 대한 수요가 증대되어 가고 있다. 또한 해당 융합 기술들의 선점을 많은 연구들이 수행되고 있다. MEMS 기술 자체는 기본적으로 공정기술에 관한 것으로, 본 연구실은 MEMS 기술을 바탕으로 물리, 화학, 재료공학, 전자공학, 생명공학, 의학 등 다양한 학문 분야가 융합된 새로운 형태의 기술을 개발해 왔고, 관련 분야에 해당 기술을 적용시켜왔다. 이러한 끊임없는 노력을 바탕으로 새로운 기술 분야의 창조해 왔다.
    본 연구실은 MEMS 기술을 이용한 각 연구들을 바탕으로 삶의 질 향상에 기여하는 기술의 가치창조 및 우수한 연구인력 배출을 목표로 하고 있다.
    실험실 분위기
      연세 마이크로 시스템은 연구실 구성원이 서로 유기적인 협력관계를 유지하고 있다. 지도교수님의 지도 아래 학생들은 자신의 연구에 충실히 임하고 있다. 효율적인 연구를 위해 연구실은 세 개의 팀으로 나뉘어 연구를 진행하고 있다. 매 주 팀내 세미나 및 전체 연구실 세미나를 개최하여, 연구의 질적 향상을 도모하고 있다.
    본 연구실에서는 매년 봄?겨울 2차례의 MT를 감으로써 친목을 도모하고 있으며, 수시로 졸업생들과의 모임을 통해 연구실의 전통을 유지하고 서로에게 좋은 버팀목이 되고자 노력하고 있다. 또한 체육대회를 통해 유대감을 기르고 있다. 각 연구실 멤버들의 취미생활을 공유하여 친밀한 관계를 유지하기도 한다.
    선배는 후배를 끌어주며 감싸주고 후배는 선배를 존중하는, 때로는 좋은 선생님이자 형이며 친구가 되어주는 가족과 같은 선후배 관계가 본 연구실의 장점이다.
     
     
     
    성명 김용준
    학부 연세대학교 기계공학부
    직위 부교수
    메일 yjk@yonsei.ac.kr

    최종 학력

    1997 Georgia Institute of Tech Ph.D

    주요경력

    2000 Samsung Electronics Co. Senior Engineer
    2000 연세대 기계공학부 조교수
    2004 연세대 기계공학부 부교수
       
    1999.5 ~ 현재 국산신기술 인정제도 심사위원회 심사위원
    2001.1 ~ 현재 대한전기학회 MEMS연구회 간사
    2002.1 ~ 현재 한국 전자 및 패키징학회 총무이사
    2004.3 ~ 현재 대한의용생체공학회 학술위원
    2005.1 ~ 현재 대한전기학회 편집이사

    전문 분야 및 주요 실적

    전문 분야 1. MEMS 기반 센서/Microfluidics
    2. 전자패키징
    3. 센서 네트워크
    4. Flexible electronics

    주요 실적 최근 5년간 주요 업적
    1. <"A simple and direct biomolecule detection scheme based on a micro wave resonator" > 외 SCI 논문 20편, 국내저널 15편
    2. <멤스기반초소형 전기적 임펙터> 외 특허 24건
     
     
    연구 목표
      연세 마이크로시스템 연구실 에서는 MEMS 기술을 기반으로 다양한 분야에 연구를 하고 있다. 특히 바이오-메디컬, 환경 분야의 MEMS 기술 적용과 차세대 패키징 기술에 관한 연구를 중점적으로 진행하고 있다.
    바이오 메디컬 분야에서는 MEMS 기술을 사용하여 생체 삽입 가능한 micro device 를 개발하고자 한다. 또한 대기 중의 각종 균을 검출하는 우수한 성능의 바이오 센서개발을 목표로 하고 있다. 환경 분야에서는 MEMS를 기반으로 하는 가스 센서 및 미세입자 분류/측정 장비의 개발을 진행하고 있다. 제작된 각종 micro device 들을 유연성을 가지는 기판을 사용한 패키징 기술의 개발도 목표로 하여 각종 연구를 수행하고 있다.
       
      1. 바이오-메디컬 응용 분야
      - 대장균, 결핵균 등 다양한 병원균들을 고선택성으로 빠른 시간내에 검출하고, 장기적인 안정성을
      가지는 바이오센서의 개발
    - 생체 신호의 측정을 위하여, 체내 삽입 가능한 MEMS device 개발과 micro-electrode array 의 생체
      응용
       
      2. 환경 분야
      - NOx 나 SOx 등의 각종 유해가스를 선택성있게 검출하는 가스 센서의 개발
    - 초소형 입자 분류/측정 장비의 제작
       
      3. 차세대 패키징 기술
      - 기판위에 직접쓰기방식 (Direct Printing Method) 을 통한 신호선 형성
    - 유연성을 가진 센서 모듈의 개발
       
    연구 내용 및 현황 (종료 과제 및 진행중 과제)
      본 연구실에서 진행중인 연구는 크게 4가지로 나눌 수 있다. 각 연구에 대한 내용은 다음과 같다.
       
    1. Biosensor & Biomedical Engineering
      마이크로 시스템 연구실에서는 바이오센서 및 바이오-메디컬 응용 분야에 관한 연구를 진행하고 있다.
    바이오센서는 생체물질이 갖는 분자간의 선택적인 반응성을 이용하여 다양한 생리활성 물질의 농도를 신속하게 정량화 할 수 있는 센서이다. 본 연구실에서는 MEMS 기술을 바이오 분야에 적용시켜 소형이며 휴대가 간편하고 대량생산이 용이한 센서의 기술 개발을 진행하고 있다. 센서의 소형화는 공간절약의 의미 외에도, 기존의 검침 과정에서 사용되던 많은 양의 생체시료나 반응 시약의 양을 획기적으로 줄여 실험을 수행하기 위한 비용을 줄일 수 있고 피험자의 혈액이나 조직의 채취가 최소화되어 불편함을 덜 수 있다.
    바이오-메디컬 응용 분야는 의학의 생체 모델링 지식과 공학적 의료 진단 및 분석 시스템이 결합된 학문으로 최근 생체 이식형 시스템이 등장함으로써 널리 알려졌다. 생체 이식형 시스템은 체내에 센서를 삽입하여 생체 신호를 측정하여 생체 정보를 분석, 진단하는 시스템을 일컫는다. 생체 이식형 시스템은 생명과 직결되는 역할을 수행할 수 있는 만큼 시스템의 안정성이 우선적으로 확보되어야한다. 따라서 본 연구실에서는 MEMS 기술을 이용하여 뛰어난 생체적합성과 유연성을 갖는 삽입형 생체 신호 측정 센서에 대한 연구를 진행하고 있다. 또한, 이러한 생체 이식형 시스템에 전원을 공급하기 위한 무선 전력 공급 장치에 대한 연구도 함께 진행하고 있다.
       
      - Thermoelectric biosensor
      아래의 그림은 본 연구실에서 MEMS 기술을 이용하여 설계, 제작한 microfluidics 기반의 열반응 측정 방식 바이오센서로 생화학 물질 간 특이적 반응에 의하여 발생하는 반응열을 측정함으로써, 해당 물질의 검침이 가능하다. 이 장치를 이용하여 수막염균, 결핵균 등의 각종 세균 검침에 성공하였다. 현재 센서의 감도 향상을 위한 연구가 진행 중이다.
       
     
      <그림 1. 제작되어진 thermoelectric biosensor>
     
      <그림2. 제작되어진 biosensor를 이용한 결핵균의 검침>
       
      - MEMS sensor module for electrocardiography
      아래의 그림은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 유연인쇄회로기판)기술을 이용하여 설계, 제작한 ECG 센서이다. 이 장치를 사람의 체표면에 부착시켜 심전도를 측정하였으며, 피하 삽입의 가능성을 보기 위해 개의 피하에 센서를 삽입하여 심전도를 측정하였다. 현재 MEMS 기술을 이용한 초소형 심전도 센서에 관한 연구가 진행 중이다.
     
      <그림 3. 제작 및 실험 결과 (a) 제작되어진 심전도 센서 (b)사람과 (c)개에 대한 심전도 측정 결과>
       
      - MEMS sensor module for electrocardiography
      아래그림은 체내 삽입형 센서와 장치의 전력 공급을 위한 무선 전력 전송 기술의 개발을 위해 유연인쇄회로기판 기술을 이용하여 제작한 인덕터이다. 전송 효율을 높이기 위해여 평면 인덕터 주위에 강자성체 구조를 제작하였다. 현재 전송 효율을 높이기 위한 연구가 계속 진행 중이다.
     
      <그림 4. 인덕터의 제작 결과>
     
    2. Environmental monitoring system
      최근 대도시 지역의 NOx, CO, 오존 등의 유해가스와 미세 분진 등에 의한 공기오염원이 증가하고 있다. 이에 따라 환경 오염원의 파악 및 환경 측정 시스템의 개발이 필요한 상황이다. 기존의 환경 측정 시스템은 고가의 대형 장비가 많으며, 따라서 환경 측정 시스템에 사용될 소형 측정 장비의 제조 기술 개발이 필수적이다.
    연세 마이크로시스템 연구실은 국가적인 관심사로 부각되고 있는 환경 분야 측정 장비의 기술 개발을 진행해 오고 있다. 본 연구실에서는 멤스 기술을 기반으로 우수한 감도를 가진 미세입자 측정 센서, 가스 센서 등 환경 측정 장비의 소형화를 구현하고 있다.
       
      - 미세입자 분류 및 개수 측정 센서 : Tunable Virtual Impactor 와 Corona Discharger
      본 연구실에서는 미세입자의 크기별 분류를 위한 Tunable Virtual Impactor 와 미세입자의 개수를 측정하는 Corona Discharger 를 개발하였다. 미세입자는 공기중에 떠다니는 수십에서 수백 nm 의 직경을 가진 작은 물질들을 말한다.
    Tunable Virtual Impactor 는 미세 입자의 질량에 의한 관성력과 전기장의 성질을 사용하여 미세입자를 크기별로 분류할 수 있다. Corona Discharger 는 전하를 띄게된 미세입자의 개수에 의한 전류변화를 측정함으로써 미세 입자의 개수를 실시간으로 측정할 수 있다.
       
     
      <그림 5. 제작된 Tunable virtual impactor>
     
      <그림 6. Corona Discharger 의 개념도>
       
      - MEMS 가스 센서
      대기중의 각종 유해한 가스의 검출은 실시간으로 이루어져야 한다. 유해 가스의 검출을 위한 센서는 감도와 빠른 응답속도, 원하는 가스만을 검출할 수 있는 선택성을 필요로 한다. MEMS 기술로 만든 가스 센서는 크기가 작고 감도가 우수하며 대량생산에 용이하기 때문에 환경 측정 시스템을 위한 센서에 적합하다.
    연세 마이크로시스템 연구실에서는 MEMS 기술을 사용하여 대기중 수소가스를 검출하는 센서를 개발하였다. 수소가스는 공기중 4%의 농도에도 폭발 위험성을 가지는 위험한 가스로써 빠르고 정확한 검침이 필수적이다. 본 연구실에서 개발한 수소가스 센서는 열전퇴(Thermopiles)를 사용하였다. 제작된 센서는 수소 가스가 센서 표면과 반응하며 방출하는 열을 전기적인 신호(Electrical potential)로 변환해 줌으로써 수소가스를 검침한다.
    본 연구실에서는 수소 가스 센서 외에도 MEMS 기술을 사용하여 PCB 기반의 저가형 가스 센서도 제작하였으며, 대기중 질소산화물 가스를 측정하는 센서의 연구를 진행하고 있다.
       
     
      <그림 7. 수소 가스 센서>
     
      <그림 8. 수소 가스의 검침 결과 : 수소 가스의 농도가 증가 할수록 출력 전압이 높아짐>
     
     
    3. Next Generation Packaging Technology
      전자 소자나 센서는 패키징(Packaging) 을 통해 완성이 된다. 전자 패키징 은 제작된 소자나 센서등의 device 를 효율적으로 포장하는 기술로, 웨이퍼 조각을 보드(board) 에 접착 및 연결(wire bonding)하는 단계, 완성된 칩(chip)을 회로기판에 장착하여 다른 소자들과 연결하는 단계, 모듈화된 기판을 다른 모듈과 연결하는 단계까지 최종적으로 전자 device 의 완성, 조립하는 단계를 포함한다. 전자 패키징을 통하여 device 는 외부환경으로 부터 보호받을 수 있으며 다른 device 들과 전자적인 신호를 주고받을 수 있다.
    기존의 전자패키징 산업에서는 전자신호의 원활한 교환, 열흡수 및 방출 능력, 기계적 특성, 경제성 등이 고려대상 이었다. PCB(Printed Circuit Board) 는 이러한 요건들을 만족시키는 전자패키징의 주요한 재료로써 사용되어 왔다. 하지만 PCB 는 유연성을 가지지 않는 딱딱한(rigid) 기판이기 때문에 의복과 같은 유연성을 가지는 환경에는 적용되기 어렵다.
    연세 마이크로시스템 연구실에서는 위와 같은 PCB 의 한계를 극복한 유연 패키징 기술 연구를 진행해왔다. 본 연구실에서는 유연 PCB 기판이나 폴리이미드(Polyimide) 를 사용하여 유연성을 가지는 센서모듈과 촉각 센서(tactile sensor) 를 개발하였다. 또한 기존의 PCB 기판의 약점을 극복하기 위해 센서모듈을 작은 크기의 PCB 기판위에 직접화하여 제작하기도 하였다.
       
      - Flexible packaging for smart wear / Flexible sensor module technology for monitoring the vital
      signal of soldier on real time
      스마트 의류는, 각종 전자기기 및 IT기기를 부착하여 주변 환경과 정보를 교환할 수 있는 기능을 가진 의류를 말한다. 의복의 특성상 부착되는 전자 장치들은 유연성을 필요로 하며 사용자가 불편함을 느끼지 않도록 전자 장치들은 작은 크기로 직접화되어야 한다.
    연세 마이크로시스템 연구실에서는 스마트 의류에 적용할 수 있는 직접화된 환경센서 모듈과 생체센서 모듈을 제작하였다. 환경센서 모듈은 주의 환경의 온습도, 자외선, 오존을 측정하는 센서들을 하나의 PCB 기판안에 직접화 하였고 생체센서 모듈은 사람의 긴장도를 측정하는 GSR 센서와 체온센서를 직접화 하였다.
       
     
      <그림 9. 제작된 환경 센서 및 생체 센서 모듈>
      - MEMS 가스 센서
      촉각 센서(Tactile sensor)는 가해진 압력을 측정하는 센서이다. 입체적인 구조를 가지는 로봇의 표면을 덮을 수 있도록 하기위해 유연한 구조를 가지는 촉각 센서가 필요하다.
    본 연구실에서는 폴리이미드 위에 MEMS 기술을 사용하여 촉각 센서를 제작하였다. 폴리이미드는 imide 결합을 가지는 중합체로써 유연성과 강도가 우수한 성질을 갖고 있다. 제작된 촉각 센서는 가해진 압력에 따라 발생시키는 electrical potential 의 변화를 갖는다.
       
     
      <그림 10. Flexible tactile sensor>
     
      <그림 11. 압력 변화에 따른 센서의 출력변화 : 가해지는 압력이 커질 수록 센서의 출력 전압이
    높아진다.>
       
      이 밖에도 연세 마이크로시스템 연구실에서는 딱딱한 성질을 가짐으로써 안정적인 고주파 신호 전달을 할 수 있는 PCB 기판의 장점과 유연 기판을 접합한 rigid-flex 기판 구현의 연구도 진행 중에 있다.
     
     
    이력사항
    수상내역
    수상일시
    수상자
    IEEE sensors best student paper award finalist
    2004
    신규호
    IMAPS international symposium
    2005
    신규호
    한국 센서학회 학술대회 최우수 논문상
    2005
    윤승일
    Marquis who’s who publications board
    2006
    신규호
    IFMBE world congress finalist
    2006
    김용호
    IFMBE world congress award 1stprize
    2006
    김용호
    IEEE seoulsectionstudentpaperawardgoldprize
    2007
    김용호
    한국 바이오칩학회 추계학술대회 우수논문발표상
    2007
    김용호
    IFMBE world congress finalist
    2006 박세철
    한국 정밀공학회 춘계학술대회 최우수상
    2007 정기현
     
      연세 마이크로 시스템 연구실은 2000 년 창립 이후로 활발한 학술 활동을 펼치고 있다. 국내외 학술저널에 논문 게재 및 각종 국내, 국제학회 참여를 하고 있다.
       
      1. 국제 저널
      "A simple and direct biomolecule detection scheme based on a micro wave resonator"외 26편
       
      2. 국제 학회
      "Nerve Signal Monitoring Using an Implantable Microelectrode", The 6TH IEEE Conference on Sensors 외 34 편
       
      이 밖에 국내 KMEMS 등의 학회와 국내 저널에 많은 수의 논문을 게재하고 있다.
     

    서브 사이드

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