(주)신코가 “2025 KOREA LAB” 전시기간 중 발표한 ‘O-PTIR(Optical Photo Thermal IR Spectroscopy, model: mIRage) 소개’의 세미나 내용은 다음과 같다.
제조과정에서 발생하는 오염물이나 불량품을 분석하여 원인 파악하고 이에 따라 제품을 개발하는 것들이 점점 더 중요해지고 있다. 이 때 발생하는 유기물을 분석하기 위해 FT-IR Microscope와 Raman Microscope가 사용되어져 왔으나, 최근에는 이물 사이즈가 점점 작아지고, 표면 형태 또한 불규칙한 미소 시료들이 많아져 기존의 FT-IR Microscope와 Raman Microscpe로 측정이 어려워졌다. 이렇게 측정이 어려웠던 이물이나 불량품을 쉽게 분석할 수 있는 O-PTIR(model: mIRage)을 소개한다.
1. 측정 원리(그림 1 참조)
O-PTIR은 QCL(Quantum Cascade Laser) Laser를 사용하며, QCL Laser는 변조가 가능한 Pulsed Laser(10MHz)이다.
QCL Laser를 시료에 주사하면 시료 표면에서 시료 분자 구조와 맞는 주파수대의 Laser를 흡수함과 동시에 표면에서 열팽창이 발생한다. 이렇게 발생된 열팽창을 Visible Laser(532nm Laser)와 Visible Detector(Photodiode Detector)를 이용하여 감지하고 이를 통해 IR Spectrum을 만들 수 있다.
* QCL Laser 시료에 focus -> 시료 표면에서 특정 파장대 Laser 흡수 -> 열팽창 발생 -> Visible Laser와 Visible Detector (Photodiode detector)에서 열팽창 측정.
[그림 1]. O-PTIR 측정 원리
* QCL Laser 종류에 따라 측정 영역이 정해지며 측정 영역은 아래와 같다.
- Standard: 1,800 ~ 950cm-1
- Wide Range: 1,800 ~ 800cm-1
- Dual Range: 2,990 ~ 2,700cm-1(CH Range) & 1,800 ~ 800 cm-1
- Dual Range: 2,300 ~ 2,000cm-1(Silent Range, C-D, C=C, C=N etc.,) & 1,800 ~ 800cm-1
2. O-PTIR의 장점
- Sub-Micron Spatial Resolution
Spatial Resolution은 0.61λ / NA 계산되며, O-PTIR의 경우 0.61 x 0.532(probe laser 파장) / 0.78(O-PTIR에서 사용하는 objective NA) = 0.416nm으로 O-PTIR의 Spatial Resolution은 500nm 이하이다.
- Independent Wavenumber Spatial Resolution
그림2 에서 처럼 기존의 FT-IR과는 달리 O-PTIR은 열팽창을 감지하는 Probe Laser가 532nm로 고정 되어 있어 Wavenumber에 따라 Spatial Resolution의 변화가 없다.
[그림 2]. Spatial Resolution 비교
- Non-Contact Technique
O-PTIR은 기존 IR-Microscope의 ATR 방식과는 비접촉 방식으로 측정하여 시료에 손상을 주지 않고 시료 준비 과정이 필요 없으므로 시료 사이즈 / 형태에 제한 없이 측정할 수 있다.
- Simultaneous IR & Raman Measurement
그림 3과 같이 IR과 Raman을 동시에 / 동일 Point에서 측정하여 IR & Raman Spectrum을 얻을 수 있다.
[그림 3]. Simultaneous IR & Raman
그림 4와 같이 Library Search도 IR과 Raman을 동시에 할 수 있으므로 보다 신뢰성 있는 Search 결과를 얻을 수 있다.
[그림 4]. IR & Raman Library Search
3. 측정 사례
3-1. Recording Head 위에 작은 유기이물
측정하려고 하는 이물 위치가 모서리 부분이고 사이즈도 10um 정도여서 기존 IR Microscope ATR 방식으로는 측정이 어려웠던 시료이다.
아래 결과에서처럼 O-PTIR로 쉽게 측정하여 Spectrum을 얻을 수 있었고 Search 결과 Nylon임을 알 수 있었다.
[그림 5]. 측정 사례 1
3-2. 전자 부품 내 불량 welding 측정
이번 사례에서는 IR Image를 얻은 후 측정하였다. 1,724cm-1 peak로 IR Image을 얻었으며 Welding이 잘된 영역에서는 1,724cm-1에서 강한 흡수가 일어났고, Welding이 잘못된 부분에서 상대적으로 흡수가 약하게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 결함이 있는 영역에서의 Spectrum을 보면 Solder의 산화를 방지하는데 사용하는 Flux가 과도하게 나타나는 것을 볼 수 있었다.
[그림 6]. 측정 사례 2
‘O-PTIR(Optical Photo Thermal IR Spectroscopy, model: mIRage) 소개’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 (주)신코를 통하여 확인할 수 있다.
Reference(참고문헌): PSC(Photo Thermal Spectroscopy Coperation) 사 Product 매뉴얼
Model Name(모델명): mIRage
The Person in Charge(발표자): Hyeok-woo Jeon
Maker(제조사): PSC(Photo Thermal Spectroscopy Coperation)
Country of Origin(원산지): USA
e-mail: hwjun@scinco.com
Data Services(자료제공): SCINCO CO.,LTD
<이 기사는 사이언스21 매거진 2025년 8월호에 게재 되었습니다.>
[그림 1]. O-PTIR 측정 원리* QCL Laser 종류에 따라 측정 영역이 정해지며 측정 영역은 아래와 같다.- Standard: 1,800 ~ 950cm-1- Wide Range: 1,800 ~ 800cm-1- Dual Range: 2,990 ~ 2,700cm-1(CH Range) & 1,800 ~ 800 cm-1- Dual Range: 2,300 ~ 2,000cm-1(Silent Range, C-D, C=C, C=N etc.,) & 1,800 ~ 800cm-12. O-PTIR의 장점- Sub-Micron Spatial ResolutionSpatial Resolution은 0.61λ / NA 계산되며, O-PTIR의 경우 0.61 x 0.532(probe laser 파장) / 0.78(O-PTIR에서 사용하는 objective NA) = 0.416nm으로 O-PTIR의 Spatial Resolution은 500nm 이하이다.- Independent Wavenumber Spatial Resolution그림2 에서 처럼 기존의 FT-IR과는 달리 O-PTIR은 열팽창을 감지하는 Probe Laser가 532nm로 고정 되어 있어 Wavenumber에 따라 Spatial Resolution의 변화가 없다.
[그림 2]. Spatial Resolution 비교- Non-Contact TechniqueO-PTIR은 기존 IR-Microscope의 ATR 방식과는 비접촉 방식으로 측정하여 시료에 손상을 주지 않고 시료 준비 과정이 필요 없으므로 시료 사이즈 / 형태에 제한 없이 측정할 수 있다.- Simultaneous IR & Raman Measurement그림 3과 같이 IR과 Raman을 동시에 / 동일 Point에서 측정하여 IR & Raman Spectrum을 얻을 수 있다.
[그림 3]. Simultaneous IR & Raman그림 4와 같이 Library Search도 IR과 Raman을 동시에 할 수 있으므로 보다 신뢰성 있는 Search 결과를 얻을 수 있다.
[그림 4]. IR & Raman Library Search3. 측정 사례3-1. Recording Head 위에 작은 유기이물측정하려고 하는 이물 위치가 모서리 부분이고 사이즈도 10um 정도여서 기존 IR Microscope ATR 방식으로는 측정이 어려웠던 시료이다.아래 결과에서처럼 O-PTIR로 쉽게 측정하여 Spectrum을 얻을 수 있었고 Search 결과 Nylon임을 알 수 있었다.
[그림 5]. 측정 사례 13-2. 전자 부품 내 불량 welding 측정이번 사례에서는 IR Image를 얻은 후 측정하였다. 1,724cm-1 peak로 IR Image을 얻었으며 Welding이 잘된 영역에서는 1,724cm-1에서 강한 흡수가 일어났고, Welding이 잘못된 부분에서 상대적으로 흡수가 약하게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 결함이 있는 영역에서의 Spectrum을 보면 Solder의 산화를 방지하는데 사용하는 Flux가 과도하게 나타나는 것을 볼 수 있었다.
[그림 6]. 측정 사례 2‘O-PTIR(Optical Photo Thermal IR Spectroscopy, model: mIRage) 소개’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 (주)신코를 통하여 확인할 수 있다.Reference(참고문헌): PSC(Photo Thermal Spectroscopy Coperation) 사 Product 매뉴얼Model Name(모델명): mIRageThe Person in Charge(발표자): Hyeok-woo JeonMaker(제조사): PSC(Photo Thermal Spectroscopy Coperation)Country of Origin(원산지): USAe-mail: hwjun@scinco.comData Services(자료제공): SCINCO CO.,LTD<이 기사는 사이언스21 매거진 2025년 8월호에 게재 되었습니다.>