전단응력 및 속도 분포 분석을 통한 듀얼 슬릿형 에어나이프의 CFD 기반 구조 최적화 연구 : 전단응력 및 속도 분포 기반 유동 해석을 통한 듀얼 슬릿형 에어나이프의 구조 최적화 연구
CFD-Based Structural Optimization of Dual-Slit Air Knife through Shear Stress and Velocity Distribution Analysis
- 주제(키워드) 에어나이프 , CFD , 디스플레이
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교 공학대학원
- 지도교수 김현정
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 기계시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035296
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 디스플레이 제조 공정에서의 건조 품질 향상과 균일한 건조 성능 확보를 목적으로, 이중 슬릿형 에어나이프(Dual Slit Type Air Knife)의 형상 설계 변수에 따 른 유동 특성과 전단응력 분포를 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기반 수치 해 석을 통해 체계적으로 분석하고 최적화하는 것을 주요 목표로 한다. 디스플레이 산 업에서의 기판 대형화 및 회로 패턴의 미세화 추세에 따라, 세정 및 건조 공정의 정밀도가 공정 수율과 직결되고 있음에도 불구하고, 건조 모듈에 대한 정량적 해석 기반의 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 단일 슬릿형 에어나이프(Single Slit Type Air Knife)와 이중 슬 릿형 에어나이프(Dual Slit Type Air Knife)를 대상으로 기본 구조 차이에 따른 유동 성능을 비교하고, 이중 구조의 경우 유량 분배기 형상, 슬릿 길이 및 분사 각도 등 다양한 설계 요소에 따른 영향을 분석하였다. 특히, Y-방향 속도 분포와 표면 전단 응력(Wall Shear Stress)을 주요 평가 지표로 활용하여 각 설계 조건이 건조 균일도 (Uniformity) 및 타력 성능에 미치는 영향을 정량적으로 검토하였다. 유량 분배기 간격 변화에 따른 분석에서는 리브 간격이 10 mm인 Case B 조건이 유속 분포의 조밀도와 공간적 안정성 측면에서 가장 우수한 건조 효율을 나타냈으 며, 슬릿 길이 변화 분석에서는 전면 10 mm, 후면 6 mm 구성에서 유속 균일도 및 전단응력 분포의 균형이 가장 적절한 것으로 나타났다. 또한, 슬릿-기판 분사 각도 를 65°에서 45°까지 변화시킨 해석 결과, 전단응력 값은 각도 감소에 따라 증가하 는 경향을 보였으며, 50° 조건에서 가장 높은 균일도(92.19%)를 확보할 수 있었다. 이러한 해석을 바탕으로 최적 설계 조건을 적용한 이중 슬릿형 에어나이프는 단일 슬릿형 대비 전단응력의 표준편차를 약 60% 이상 줄이고, 균일도를 약 13% 이상 향상시켰으며, 전체 분사 영역에서의 안정적인 타력 분포를 확보할 수 있었다. 이는 공정 전반에서의 건조 품질 편차를 최소화하고, 미세 회로 형성에 요구되는 고정밀 건조 조건을 만족시킬 수 있는 구조적 대안으로서의 가능성을 제시한다. 결론적으로, 본 연구는 에어나이프 형상 최적화를 통한 고속·고균일 건조 성능 확보 방안을 제시하였으며, 이는 대형·고해상도 디스플레이 제조 공정에서의 생산 수율 향상과 장비 성능 고도화에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
more목차
제 1장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 및 분석 2
1.3 연구 목적 3
제 2장 슬릿형 에어나이프 해석 결과 분석 4
2.1 에어나이프 시스템 개요 4
2.2 에어나이프 건조 시스템의 수치 해석 6
2.2.1 해석 대상 및 연구방법 6
2.2.2 기본 에어나이프 형상 설계 (단일형 및 이중형) 7
2.2.3 기본 해석 조건 9
2.2.4 격자 의존성 검토 14
2.2.5 해석 수렴도 검토 결과 15
2.2.6 건조 성능 평가를 위한 수식 정의 16
2.2.7 슬릿형 및 노즐형 에어나이프의 비교 분석 17
제 3장 형상 설계 변수에 따른 슬릿형 에어나이프의 성능 분석 20
3.1 단일 및 이중 슬릿형 에어나이프의 성능 비교 분석 20
3.2 이중 슬릿형 에어나이프의 구조적 개선 22
3.2.1 유량 분배기 위치 및 개수에 따른 성능변화 22
3.2.2 이중 슬릿형 에어나이프의 슬릿 길이에 따른 성능변화 27
3.2.3 후면 슬릿 길이 변화에 따른 성능변화 32
3.2.4 이중 슬릿형 에어나이프의 각도에 따른 성능변화 38
3.3 단일 슬릿형 에어나이프과 최적 이중 슬릿형 에어나이프간 전단응력 비교 43
제 4장 결론 47
참고 문헌 49
Abstract 50
