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KR100668787B1 - Particle sampler for sampling particulate contaminants from inside of hard disk drive, and performance valuation device of the same - Google Patents

Particle sampler for sampling particulate contaminants from inside of hard disk drive, and performance valuation device of the same Download PDF

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KR100668787B1
KR100668787B1 KR1020050006830A KR20050006830A KR100668787B1 KR 100668787 B1 KR100668787 B1 KR 100668787B1 KR 1020050006830 A KR1020050006830 A KR 1020050006830A KR 20050006830 A KR20050006830 A KR 20050006830A KR 100668787 B1 KR100668787 B1 KR 100668787B1
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sampling
hard disk
particle
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황정호
이대영
이재호
김상윤
박동호
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 하드디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치에 관한 것으로, 하드 디스크 드라이브내에서 발생하는 마이크로 및 서브 마이크로 크기의 입자상 물질들을 저 유량에서 손실 없이 포집하고 샘플링된 입자들을 추가적인 작업 없이 전자 현미경, 오제이 전자 분광기 등으로 분석할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle sampler for collecting particulate contaminants generated inside a hard disk drive and an apparatus for evaluating the performance of the particle sampler. Collected and sampled particles can be analyzed with an electron microscope and OJ electron spectrometer without any additional work.

이를 위한 본 발명에 의한 입자 샘플러는 상하부가 관통된 원통 형상을 가지며 측면에 배출구가 형성되고 양전극을 형성하는 몸체부; 상기 몸체부 상부의 내경에 설치되는 노즐을 일측에 구비하며 하드 디스크 드라이브 내부의 샘플링 공기에 포함된 입자들을 유입하여 상기 노즐을 통해 상기 몸체부의 내부로 배출하는 유입관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며, 상기 몸체부의 내부로 유입된 입자를 포집하는 탈부착이 가능한 샘플링 기판을 구비하고 상기 샘플링 기판으로 음전극을 전송하는 전극; 상기 몸체부의 배출구에 설치되며 상기 샘플링 기판에 포집되지 않은 입자들을 외부로 배출하는 배출관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 중앙에 형성된 구멍에 상기 전극을 일측 방향에서 끼워서 고정하도록 비전도성 물질로 구성된 바닥 커버; 및 상기 바닥 커버의 타측에 돌출된 상기 전극을 체결하여 고정하며 상기 전극으로 전원을 공급하는 나사;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Particle sampler according to the present invention for this purpose has a cylindrical shape penetrating the upper and lower parts and the discharge portion is formed on the side and forming a positive electrode; An inlet pipe having a nozzle installed at an inner diameter of the upper portion of the body part and introducing particles contained in sampling air inside the hard disk drive to be discharged into the body part through the nozzle; An electrode installed at an inner diameter of the lower part of the body part, the electrode having a detachable sampling substrate for collecting particles introduced into the body part and transmitting a negative electrode to the sampling substrate; A discharge pipe installed at an outlet of the body and discharging particles not collected on the sampling substrate to the outside; A bottom cover installed at an inner diameter of the lower portion of the body part and configured of a non-conductive material to fix the electrode by inserting it in one direction into a hole formed at a center thereof; And a screw for fastening and fixing the electrode protruding to the other side of the bottom cover and supplying power to the electrode.

입자, 샘플러, 하드디스크 드라이브, 오염물질, 샘플링 기판Particles, samplers, hard disk drives, contaminants, sampling boards

Description

하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치{PARTICLE SAMPLER FOR SAMPLING PARTICULATE CONTAMINANTS FROM INSIDE OF HARD DISK DRIVE, AND PERFORMANCE VALUATION DEVICE OF THE SAME}PARTICLE SAMPLER FOR SAMPLING PARTICULATE CONTAMINANTS FROM INSIDE OF HARD DISK DRIVE, AND PERFORMANCE VALUATION DEVICE OF THE SAME}

도 1은 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러의 구성도1 is a block diagram of a particle sampler for collecting particulate contaminants generated inside the hard disk drive according to the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러의 단면도 및 치수도2A and 2B are cross-sectional and dimensional views of a particle sampler for collecting particulate contaminants generated inside a hard disk drive according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러의 성능평가를 위한 실험장치도3 is an experimental apparatus for the performance evaluation of the particle sampler for collecting particulate contaminants generated in the hard disk drive according to the present invention.

도 4a는 도 3의 성능평가를 위한 실험장치를 이용한 샘플링 유량이 0.3 lpm일때 본 발명에 의한 입자 샘플러의 성능평가 그래프도Figure 4a is a graph of the performance evaluation of the particle sampler according to the invention when the sampling flow rate using the experimental apparatus for the performance evaluation of Figure 3 is 0.3 lpm

도 4b는 도 3의 성능평가를 위한 실험장치를 이용한 샘플링 유량이 1.5 lpm일때 본 발명에 의한 입자 샘플러의 성능평가 그래프도Figure 4b is a graph of the performance evaluation of the particle sampler according to the invention when the sampling flow rate using the experimental apparatus for the performance evaluation of Figure 3 1.5 lpm

도 5는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염 물질 포집을 위한 입자 샘플러의 실제 하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자의 포집 성능평가를 위한 실험장치도5 is an experimental apparatus for evaluation of particle collection performance of the particle sampler for collecting particulate contaminants generated inside the hard disk drive according to the present invention.

도 6a는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염 물질 포집을 위한 입자 샘플러를 이용해 실제 하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자들을 0.3 lpm으로 포집해 얻은 포집 효율 성능평가 결과 그래프도FIG. 6A is a graph illustrating performance evaluation results of collection efficiency obtained by collecting particles generated in an actual hard disk drive at 0.3 lpm using a particle sampler for collecting particulate contaminants generated in a hard disk drive according to the present invention.

도 6b는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염 물질 포집을 위한 입자 샘플러를 이용해 실제 하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자들을 1.5 lpm으로 포집해 얻은 포집 효율 성능평가 결과 그래프도6b is a graph illustrating performance evaluation results of collection efficiency obtained by collecting particles generated in an actual hard disk drive at 1.5 lpm using a particle sampler for collecting particulate contaminants generated in a hard disk drive according to the present invention.

도 7a는 전자 현미경을 이용해 하드 디스크 드라이브내 슬라이더 면에 부착된 오염물질을 찍은 확대사진도FIG. 7A is an enlarged photograph of a contaminant attached to a slider surface in a hard disk drive using an electron microscope

도 7b는 오제이 전자 분광기를 이용해 도 7a에서의 오염물질의 성분을 분석한 결과 그래프도FIG. 7B is a graph illustrating analysis of contaminants in FIG. 7A using OJ electron spectroscopy. FIG.

도 8a는 전자 현미경을 이용해 하드 디스크 드라이브내 다른 슬라이더 면에 부착된 오염물질 찍은 확대사진도FIG. 8A is an enlarged photograph taken of contaminants attached to another slider surface in a hard disk drive using an electron microscope

도 8b는 오제이 전자 분광기를 이용해 도 8a에서의 오염물질의 성분을 분석한 결과 그래프도FIG. 8B is a graph illustrating analysis of contaminants in FIG. 8A using OJ electron spectroscopy. FIG.

도 9a는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질을 포집한 확대사진도Figure 9a is an enlarged photograph of the particulate contaminants generated in the hard disk drive according to the present invention

도 9b는 본 발명의 샘플링 기판에 부착된 입자상 오염물질을 오제이 전자 분광기를 이용해 성분 분석 한 결과 그래프도9B is a graph showing the results of component analysis of OJ electron spectroscopy on particulate contaminants attached to the sampling substrate of the present invention.

도 10은 본 발명을 이용해 하드 디스크 드라이브내부에서 디스크 회전수 변화에 의해 발생되는 입자상 오염물질의 크기 분석을 위한 실험장치도10 is an experimental apparatus for analyzing the size of particulate contaminants generated by a change in the number of revolutions of the disk inside the hard disk drive using the present invention

도 11a 내지 도 11d는 하드 디스크 드라이브의 디스크 회전수가 각각 2700, 5400, 7200, 9600 rpm일 때 입자 샘플러의 샘플링 기판에 포집된 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생한 입자상 오염물질을 전자 현미경으로 측정한 확대사진도11A to 11D are enlarged photographs of the particulate contaminants generated inside the hard disk drive collected on the sampling substrate of the particle sampler at 2700, 5400, 7200, and 9600 rpm, respectively.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

10 : 입자 샘플러(particle sampler) 11 : 몸체부10: particle sampler 11: body

12 : 유입관 13 : 노즐(nozzle)12: inlet pipe 13: nozzle (nozzle)

14 : 배출관 15 : 전극(electrode)14 discharge pipe 15 electrode

16 : 샘플링 기판(Sampling plate)16: Sampling plate

17 : 바닥 커버(Bottom cover)17: Bottom cover

18 : 나사 19 : 와셔18: screw 19: washer

20 : 청정 공기 공급 시스템 21 : 분무 입자 발생기20 clean air supply system 21 spray atomizer

22 : 수분 제거기 23 : 필터22: moisture remover 23: filter

24 : 확산 건조기 25 : 중화기24: diffusion dryer 25: neutralizer

26 : 전기적 이동도 분석기(differential mobility analyzer: DMA)26: differential mobility analyzer (DMA)

27 : 희석관(dilution chamber)27 dilution chamber

28, 55 : 니들 밸브(needle valve)28, 55: needle valve

29 : 유량계(rotameter)29: rotameter

30, 44 : 응축핵 계수기(condensation particle sizer: CPC)30, 44: condensation particle sizer (CPC)

31, 54 : 전원 공급기31, 54: power supply

41, 51 : 모터 제어용 컴퓨터 42, 52 : 필터41, 51: motor control computer 42, 52: filter

43, 53 : HDD(CSS-type) 45 : 전원 공급기43, 53: HDD (CSS-type) 45: power supply

56 : 진공펌프56: vacuum pump

본 발명은 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러(particle sampler) 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치에 관한 것으로, 특히 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 물질의 크기에 관계없이 입자를 포집하고 샘플링된 입자들을 추가적인 작업 없이 전자 현미경, 오제이 전자 분광기 등으로 분석할 수 있는 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle sampler for capturing particulate contaminants generated in a hard disk drive and a performance evaluation device for the particle sampler. Particularly, the present invention relates to a particle sampler regardless of the size of particulate matter generated in a hard disk drive. The present invention relates to a particle sampler for collecting particulate contaminants generated in a hard disk drive that can collect and sample the sampled particles with an electron microscope, an ozone electron spectrometer, and the like, without additional work.

오늘날 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive: HDD)는 매년 저장용량과 저장밀도가 비약적으로 증가함에 따라 그 신뢰성에 대한 중요성이 부각되어 오는 추세이다. 하드 디스크 드라이브의 신뢰성에 결정적인 영향을 미치는 요소 중에 한가지가 바로 입자오염에 관한 사항이다. 하드 디스크의 저장용량을 증가시키기 위해서는 헤드-디스크 인터페이스(Head Disk Interface: HDI)에서의 슬라이더 부상 높이(flying height) 감소가 필수적인데, 최근에는 그 높이가 수 ㎚로 감소하게 되어 슬라이더와 디스크 사이에서의 긁힘 또는 표면 변형 등의 현상이 일어나며 입자가 발생되고 있다. 또한 입자들은 하드 디스크 드라이브의 조립과정에서도 내부로 유 입이 가능하다. 이러한 입자들은 공기의 흐름에 따라 움직이다가 디스크의 표면에 붙거나, 헤드에 충돌 또는 부착하게 되어, 순간적으로 슬라이더에 열을 발생시켜 자기 저항(magneto resistive) 센서의 데이터 손실을 일으키는 현상인 열점 현상(thermal asperity)을 발생시킨다. 따라서 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자들의 특성을 분석하는 것은 입자오염 저감에 꼭 필요한 부분이다.Today, hard disk drives (HDDs) are becoming increasingly important for reliability as their storage capacity and storage density increase dramatically every year. One of the decisive factors in the reliability of hard disk drives is particle contamination. In order to increase the storage capacity of the hard disk, it is necessary to reduce the slider's flying height in the Head Disk Interface (HDI), which has recently been reduced to a few nm by the height between the slider and the disk. Particles are generated while phenomena such as scratching or surface deformation occur. Particles can also be introduced internally during the assembly of the hard disk drive. These particles move along with the flow of air and stick to the surface of the disk, or collide with or attach to the head, causing heat to instantly generate heat in the slider, causing data loss in the magneto resistive sensor. (thermal asperity). Therefore, characterizing the particles generated inside the hard disk drive is an essential part of particle contamination reduction.

입자를 분석하는 방법은 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM), 오제이 전자 분광기(Auger Electron Spectroscopy: AES)등 여러 장비들을 사용하게 되는데, 현재까지의 기술로는 입자 발생의 근원지에서 직접 실시간으로 입자를 분석하는 것은 불가능하다. 따라서 간접적인 방법인 샘플링 방법을 이용하여 시편을 만들고, 측정기기에 옮겨서 정성적 또는 정량적인 분석을 해야 한다.The method of analyzing particles uses various equipment such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Auger Electron Spectroscopy (AES), and so on. It is impossible to analyze. Therefore, specimens should be prepared using an indirect sampling method and transferred to a measuring device for qualitative or quantitative analysis.

입자를 샘플링하는 방법에는 몇 가지 종류의 방법이 있다. 우선 임팩터(impactor)를 사용하는 방법인데, 이 방법은 주로 대기중의 미세입자의 농도를 측정하는데 사용된다. 현재 임팩터를 이용한 샘플링 방법은 실시간으로 대기중 또는 매연중의 입자의 개수를 측정하는 데에 주로 목적을 두고 제작된다. 따라서 샘플링 유량이 많고, 기기 자체의 부피가 크다. 따라서 샘플링 한 입자를 분리하여 전자 현미경, 오제이 전자 분광기 등과 같은 정밀측정 기기를 이용해 포집된 입자상 물질을 분석할 경우 추가적인 작업이 필요해 용도에는 적합하지 않다. 또 다른 샘플링 방법으로는 필터를 이용한 입자 포집 방법이 있는데, 샘플링 특성에 따라 섬유필터(fabric filter) 또는 맴브레인 필터(membrane filter)등이 사용된다. 이 방법은 비교적 간단한 방법으로 입자들을 샘플링 할 수 있으나, 샘플링 시 압력강하 또 는 필터의 손상 가능성 등의 문제가 발생하고, 정밀분석기기에서 분석을 하고자 할 때, 정해진 시편의 크기로 맞춰주기 위해 절단 등의 추가적인 작업들이 필요해 작업 중에 샘플링 된 입자가 손실 되거나 손상되는 등의 단점이 있다.There are several kinds of methods for sampling particles. First, an impactor is used, which is mainly used to measure the concentration of fine particles in the atmosphere. Currently, the sampling method using the impactor is mainly designed to measure the number of particles in the atmosphere or soot in real time. Therefore, the sampling flow rate is large, and the volume of the device itself is large. Therefore, when the sampled particles are separated and analyzed by using a precision measuring device such as an electron microscope or an OJ spectrometer, the collected particulate matter requires additional work, which is not suitable for the application. Another sampling method is a particle collection method using a filter. A fiber filter or a membrane filter is used according to sampling characteristics. This method can sample the particles in a relatively simple way, but problems such as pressure drop or the possibility of damage to the filter occur during sampling, and when the precision analyzer is to be analyzed, it is cut to fit the specified specimen size. Additional work is required, such as the loss or damage of the sampled particles during the work.

이와 같은 점들을 보완하기 위하여 종래에는 전기집진 방식을 도입한 샘플러가 연구 제작된 바 있다. 하지만 샘플링 하고자 하는 입자들이 주로 대기중에 존재하는 입자였기 때문에 충분한 입자 농도를 기준으로 제작되고 하전기와 같은 추가적인 입자 대전 부분이 필요하다. 또한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 물질 샘플링을 위해서는 입자의 대상이 하드 디스크 드라이브 내부 발생 입자이기 때문에 발생 입자의 농도가 매우 적어 샘플링 시 입자 손실이 최소화 되어야 하고 오제이 전자 분광기나 전자 현미경 등의 분석을 위해 입자가 포집되는 부분을 최소화해야 한다.In order to compensate for these problems, a sampler adopting an electrostatic precipitating method has been researched and manufactured in the past. However, since the particles to be sampled are mainly particles in the atmosphere, they are manufactured based on sufficient particle concentrations, and an additional particle charging part such as a charger is required. In addition, for the sampling of particulate matter generated inside the hard disk drive, since the particles are generated inside the hard disk drive, the concentration of particles generated is very small, so that the loss of particles during sampling should be minimized. The area where particles are collected should be minimized.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 하드 디스크 드라이브내에서 발생하는 마이크로 및 서브 마이크로 크기의 입자상 물질들을 저 유량에서 손실 없이 포집하고 샘플링된 입자들을 추가적인 작업 없이 전자 현미경, 오제이 전자 분광기 등으로 분석할 수 있는 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to collect micro and sub micro sized particulate matter generated in a hard disk drive at low flow rate without loss and to collect sampled particles without additional work. The present invention provides a particle sampler for collecting particulate contaminants generated inside a hard disk drive that can be analyzed by a microscope, an OJ electron spectrometer, and the like, and an apparatus for evaluating the performance of the particle sampler.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 입자 샘플러는 상하부가 관통된 원통 형상을 가지며 측면에 배출구가 형성되고 양전극을 형성하는 몸체부; 상기 몸체부 상부의 내경에 설치되는 노즐을 일측에 구비하며 하드 디스크 드라이브 내부의 샘플링 공기에 포함된 입자들을 유입하여 상기 노즐을 통해 상기 몸체부의 내부로 배출하는 유입관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 상기 몸체부의 내부로 유입된 입자를 포집하는 샘플링 기판을 구비하고 음전극을 형성하는 전극; 상기 몸체부의 배출구에 설치되며 상기 샘플링 기판에 포집되지 않은 입자들을 외부로 배출하는 배출관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 중앙에 형성된 구멍에 상기 전극을 일측 방향에서 끼워서 고정하도록 비전도성 물질로 구성된 바닥 커버; 및 상기 바닥 커버의 타측에 돌출된 상기 전극을 체결하여 고정하며 상기 전극으로 전원을 공급하는 나사;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Particle sampler according to the present invention for achieving the above object has a cylindrical shape penetrating the upper and lower parts and the discharge portion is formed on the side and forming a positive electrode; An inlet pipe having a nozzle installed at an inner diameter of the upper portion of the body part and introducing particles contained in sampling air inside the hard disk drive to be discharged into the body part through the nozzle; An electrode installed at an inner diameter of the lower part of the body part, the electrode having a sampling substrate for collecting particles introduced into the body part and forming a negative electrode; A discharge pipe installed at an outlet of the body and discharging particles not collected on the sampling substrate to the outside; A bottom cover installed at an inner diameter of the lower portion of the body part and configured of a non-conductive material to fix the electrode by inserting it in one direction into a hole formed at a center thereof; And a screw for fastening and fixing the electrode protruding to the other side of the bottom cover and supplying power to the electrode.

여기서, 상기 유입관, 상기 배출관, 상기 전극, 상기 몸체부는 전도성 물질로 구성된 것을 특징으로 한다.Here, the inlet pipe, the discharge pipe, the electrode, the body portion is characterized in that composed of a conductive material.

또한, 상기 샘플링 기판은 얇은 알루미늄, 구리 기판, 전도성 기판 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sampling substrate is characterized by using any one of a thin aluminum, copper substrate, conductive substrate.

또한, 상기 샘플링 기판은 그 직경이 상기 전극의 직경과 같거나 큰 것을 특징으로 한다.In addition, the sampling substrate is characterized in that the diameter is the same as or larger than the diameter of the electrode.

또한, 상기 샘플링 기판은 상기 전극에서 탈부착이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the sampling substrate is characterized in that the detachable from the electrode.

또한, 상기 유입관, 상기 배출관 및 상기 바닥 커버는 상기 몸체부와 탈부착이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the inlet pipe, the discharge pipe and the bottom cover is characterized in that the detachable to the body portion.

또한, 상기 입자 샘플러는 상기 샘플링 기판에 포집되는 입자들 중 1㎛ 이하의 서브 마이크론 영역의 입자는 전기장에 의해 대부분 포집되며, 1㎛ 이상의 마이크론 영역의 입자는 입자의 관성력에 의해 대부분 포집되는 것을 특징으로 한다.In addition, the particle sampler, the particles of the submicron region of less than 1㎛ among the particles collected on the sampling substrate is mostly collected by the electric field, the particles of the micron region of more than 1㎛ are mostly collected by the inertial force of the particles It is done.

상기 목적을 달성하기 위한 입자 샘플러의 성능 평가장치는 공기 중에 포함된 입자 및 수분을 여과하여 청정상태로 만든 후 압축공기로 배출하는 청정공기 공급 시스템; 상기 청정공기 공급 시스템으로 부터의 압축공기를 입자 상태로 만들어 고압 및 고속 상태로 배출하는 분무입자 발생기; 상기 분무입자 발생기로부터 배출된 입자에 포함된 수분을 제거하는 수분제거기 및 확산건조기; 상기 확산건조기로부터 배출된 입자를 볼츠만 대전 평형의 상태로 만드는 중화기; 상기 중화기로부터 배출된 여러 입경의 입자들을 전기적인 방법에 의해 원하는 크기의 단일 입경의 입자들로 선택 발생시켜주는 전기적 이동도 분석기(DMA); 상기 DMA로부터 배출된 단일 입경의 입자들의 농도를 희석시키는 희석관; 상기 희석관으로부터 배출된 입자들을 주입하여 포집하되, 서브 마이크론 영역의 입자는 전기장에 의해 포집하고, 마이크론 영역의 입자는 입자의 관성력에 의해 포집하는 입자 샘플러; 상기 입자 샘플러에서 포집되지 않은 입자들을 주입하여 샘플링 효율을 측정하는 응축핵 계수기; 및 상기 입자 샘플러로 전기장을 공급하는 전원 공급기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Performance evaluation device of the particle sampler for achieving the above object comprises a clean air supply system for filtering the particles and water contained in the air to make a clean state and then discharged into compressed air; A spray particle generator configured to discharge the compressed air from the clean air supply system into a particulate state at a high pressure and a high velocity state; A water remover and a diffusion dryer for removing water contained in the particles discharged from the spray particle generator; A neutralizer for making particles discharged from the diffusion dryer into a Boltzmann charging equilibrium; An electrical mobility analyzer (DMA) for selectively generating particles of various particle sizes discharged from the neutralizer into particles of a single particle size of a desired size by an electrical method; A dilution tube for diluting the concentration of particles of a single particle diameter discharged from the DMA; A particle sampler which injects and collects particles discharged from the dilution tube, wherein the particles of the submicron region are collected by an electric field, and the particles of the micron region are collected by the inertial force of the particles; A condensation nucleus counter that measures the sampling efficiency by injecting particles not collected in the particle sampler; And a power supply for supplying an electric field to the particle sampler.

여기서, 상기 입자 샘플러는 상하부가 관통된 원통 형상을 가지며 측면에 배출구가 형성되고 양전극을 형성하는 몸체부; 상기 몸체부 상부의 내경에 설치되는 노즐을 일측에 구비하며 하드 디스크 드라이브 내부의 샘플링 공기에 포함된 입자 들을 유입하여 상기 노즐을 통해 상기 몸체부의 내부로 배출하는 유입관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 상기 몸체부의 내부로 유입된 입자를 포집하는 샘플링 기판을 구비하고 음전극을 형성하는 전극; 상기 몸체부의 배출구에 설치되며 상기 샘플링 기판에 포집되지 않은 입자들을 외부로 배출하는 배출관; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 중앙에 형성된 구멍에 상기 전극을 일측 방향에서 끼워서 고정하도록 비전도성 물질로 구성된 바닥 커버; 및 상기 바닥 커버의 타측에 돌출된 상기 전극을 체결하여 고정하며 상기 전극으로 전원을 공급하는 나사;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Herein, the particle sampler may have a cylindrical shape having upper and lower portions penetrated therein and a discharge portion formed at a side thereof to form a positive electrode; An inlet pipe having a nozzle installed at an inner diameter of the upper portion of the body part and introducing particles contained in sampling air inside the hard disk drive to be discharged into the body part through the nozzle; An electrode installed at an inner diameter of the lower part of the body part, the electrode having a sampling substrate for collecting particles introduced into the body part and forming a negative electrode; A discharge pipe installed at an outlet of the body and discharging particles not collected on the sampling substrate to the outside; A bottom cover installed at an inner diameter of the lower portion of the body part and configured of a non-conductive material to fix the electrode by inserting it in one direction into a hole formed at a center thereof; And a screw for fastening and fixing the electrode protruding to the other side of the bottom cover and supplying power to the electrode.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러(10)의 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러의 단면도 및 치수도이다.1 is a block diagram of a particle sampler 10 for collecting particulate contaminants generated in the hard disk drive according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B illustrate particulate contaminants generated in the hard disk drive according to the present invention. A cross sectional and dimensional view of a particle sampler for collection.

상기 입자 샘플러(10)는 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 몸체부(11), 유입관(12), 노즐(13), 배출관(14), 전극(electrode)(15), 샘플링 기판(sampling plate)(16), 바닥 커버(bottom cover)(17), 나사(18), 와셔(19) 등으로 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2A, the particle sampler 10 may include a body part 11, an inlet pipe 12, a nozzle 13, an outlet pipe 14, an electrode 15, and a sampling substrate. (sampling plate) 16, bottom cover 17, screws 18, washers 19 and the like.

여기서, 상기 몸체부(11)는 상하부가 관통된 원통 형상의 도전성 물질로 구성되며 측면에 상기 배출관(14)을 설치하기 위한 배출구(11a)가 형성되어 있고 전 원 공급기(미도시)로부터 전원을 공급받아 양(+)전극을 형성한다.Here, the body portion 11 is formed of a cylindrical conductive material penetrating the upper and lower portions, the outlet 11a for installing the discharge pipe 14 is formed on the side and the power supply from the power supply (not shown) It is supplied to form a positive electrode.

그리고, 상기 유입관(12)은 일측에 노즐(13)을 구비하고 있으며, 상기 노즐(13)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 몸체부(11) 상부의 내경에 설치되도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 유입관(12)은 하드 디스크 드라이브 내부의 샘플링 공기에 포함된 입자들을 유입하여 상기 노즐(13)을 통해 상기 몸체부의 내부로 배출한다.In addition, the inlet pipe 12 is provided with a nozzle 13 on one side, the nozzle 13 is configured to be installed in the inner diameter of the upper portion of the body portion 11, as shown in FIG. Accordingly, the inlet pipe 12 introduces particles contained in sampling air inside the hard disk drive and discharges the particles into the body through the nozzle 13.

또한, 상기 전극(15)은 상기 바닥 커버(17)에 의해 상기 몸체부(11) 하부의 내경에 설치되며, 상기 노즐(13)을 통해 상기 몸체부(11)의 내부로 유입된 입자를 포집하는 샘플링 기판(16)을 일측에 구비하고 있다. 여기서, 상기 전극(15)을 상기 바닥 커버(17)에 고정하는 방법은 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 바닥 커버(17)의 중앙에 형성된 구멍에 상기 전극(15)을 끼운 다음 상기 바닥 커버(17)의 반대편 방향에서 돌출되어 나온 상기 전극(15)에 와셔(19)를 끼운 다음 나사(18)로 체결하여 고정한다. 이때, 상기 바닥 커버(17)는 상기 몸체부(11) 하부의 내경에 설치되며 중앙에 형성된 구멍을 통해 상기 전극을 끼운 다음 나사로 상기 전극을 고정하도록 비전도성 물질로 구성되어 있다.In addition, the electrode 15 is installed at the inner diameter of the lower portion of the body portion 11 by the bottom cover 17, and collects particles introduced into the body portion 11 through the nozzle 13. A sampling substrate 16 is provided on one side. Here, the method of fixing the electrode 15 to the bottom cover 17, as shown in Figs. 1 and 2a, after inserting the electrode 15 in the hole formed in the center of the bottom cover 17 The washer 19 is inserted into the electrode 15 protruding from the opposite side of the bottom cover 17 and then fixed by fastening with a screw 18. At this time, the bottom cover 17 is installed in the inner diameter of the lower portion of the body portion 11 is made of a non-conductive material to insert the electrode through a hole formed in the center and then to fix the electrode with a screw.

또한, 상기 전극(15)은 전도성 물질로 구성되며 전원 공급기(미도시)로부터 전원을 공급받아 음(-)전극을 형성한다.In addition, the electrode 15 is made of a conductive material and receives a power from a power supply (not shown) to form a negative (-) electrode.

상기 배출관(14)은 상기 몸체부(11)의 배출구(11a)에 설치되며 상기 샘플링 기판(16)에 포집되지 않은 상기 몸체부(11) 내부의 입자들을 외부로 배출한다.The discharge pipe 14 is installed in the discharge port 11a of the body portion 11 and discharges particles inside the body portion 11 that are not collected by the sampling substrate 16 to the outside.

도 2a에 도시된 바와 같이, 샘플링 공기에 포함되어 있는 입자들이 상기 유 입관(12)을 지나 내부의 노즐(13)을 통해 상기 몸체부(11)의 내부로 유입된다. 이때, 유입된 입자들의 일부는 상기 샘플링 기판(16)에 포집되고, 나머지 포집이 되지 않은 입자들은 상기 배출관(14)을 통해 샘플러 외부로 배출되게 된다. As shown in FIG. 2A, particles included in sampling air are introduced into the body part 11 through the inlet pipe 12 and through the nozzle 13 therein. At this time, some of the introduced particles are collected on the sampling substrate 16, and the remaining uncollected particles are discharged to the outside of the sampler through the discharge pipe 14.

상기 입자 샘플러의 크기는 도 2b를 참조하여 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 몸체부(11)의 직경(DR)은 18mm, 상기 유입관(12) 및 배출관(14)의 직경(DO)은 6mm, 상기 전극(15)의 직경(DW)은 7.6mm, 상기 노즐(13)의 직경(W)은 0.49mm, 상기 전극(15)과 상기 노즐(13)과의 거리(S)는 0.8mm이다. The size of the particle sampler will be described with reference to FIG. 2B as an example. That is, as shown in FIG. 2B, the diameter D R of the body portion 11 is 18 mm, the diameter D O of the inlet pipe 12 and the discharge pipe 14 is 6 mm, and the electrode 15 The diameter D W is 7.6 mm, the diameter W of the nozzle 13 is 0.49 mm, and the distance S between the electrode 15 and the nozzle 13 is 0.8 mm.

상기 샘플러의 각 부분의 재료를 살펴보면, 상기 유입관(12), 상기 배출관(14), 상기 전극(15)은 알루미늄(Al) 재질을 사용하며, 전원 공급기(미도시)로부터 (+) 또는 (-)의 전원이 공급되어 전기적인 힘에 의해 샘플링 기판(16)에 대전된 입자를 포집할 수 있게 하였다. 상기 샘플링 기판(16)은 얇은 알루미늄, 구리 기판 또는 전도성 기판을 사용할 수 있으며, 상기 몸체부(11), 상기 유입관(12), 상기 배출관(14), 상기 전극(15) 또한 전도성 재료를 사용할 수 있다. Looking at the material of each part of the sampler, the inlet pipe 12, the discharge pipe 14, the electrode 15 is made of aluminum (Al) material, from the power supply (not shown) (+) or ( Power was supplied to collect the charged particles on the sampling substrate 16 by electrical force. The sampling substrate 16 may use a thin aluminum, copper substrate, or a conductive substrate, and the body portion 11, the inlet pipe 12, the discharge pipe 14, and the electrode 15 may also use a conductive material. Can be.

상기 샘플러의 몸체부(11)는 상기 유입관(12), 상기 배출관(14) 및 상기 전극(15)과 동일한 알루미늄(Al) 또는 전도성 재질을 사용해 접지 역할을 한다. 그리고 상기 바닥 커버(17) 부분은 전기가 통하지 않도록 비전도성 플라스틱 재료를 선택하였으며, 상기 전극(15)과 상기 바닥 커버(17)를 고정하고 공급전원을 공급하기 위해 나사(18)로 체결하였다.The body portion 11 of the sampler serves as the ground by using the same aluminum (Al) or conductive material as the inflow pipe 12, the discharge pipe 14, and the electrode 15. The bottom cover 17 portion was selected from a non-conductive plastic material so as not to conduct electricity. The bottom cover 17 was fastened with screws 18 to fix the electrode 15 and the bottom cover 17 and to supply a power supply.

다음은 본 발명 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염 물질 포집을 위한 입자 샘플러의 성능 평가에 대한 설명이다.The following is a description of the performance evaluation of the particle sampler for collecting particulate contaminants generated in the hard disk drive of the present invention.

본 실험을 위해 제작된 입자 샘플러의 포집 효율에 영향을 미치는 실험요소로써, 샘플링 유량과 입자의 크기, 외부에서 인가된 전기장의 세기, 그리고 입자의 대전량이 있다. 그런데 입자의 대전량의 경우, 하전기(charger)를 통해 대전시키게 되면 입자의 크기에 따라 대전량이 변하게 되므로, 본 실험에서는 동일한 대전량에 대해 성능평가를 실시하였다. 하지만 샘플링 유량과 입자의 크기는 변화를 주어, 샘플링 효율의 변화를 측정하였다.Experimental factors affecting the collection efficiency of the particle sampler fabricated for this experiment include sampling flow rate and particle size, externally applied electric field strength, and particle charge amount. However, in the case of the charged amount of the particles, the charge amount is changed according to the size of the particles when charged through a charge (charger), in this experiment, the performance evaluation for the same charge amount. However, the sampling flow rate and particle size varied, and the change in sampling efficiency was measured.

상기 입자 샘플러(10)의 성능평가를 위한 실험장치는 도 3과 같다. An experimental apparatus for evaluating the performance of the particle sampler 10 is shown in FIG. 3.

상기 실험장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 청정공기 공급 시스템(20), 분무입자 발생기(atomizer)(21), 수분 제거기(water trap)(22), 필터(23), 확산 건조기(diffusion dryer)(24), 중화기(neutralizer, Kr85)(25), 전기적 이동도 분석기(Differential Mobility Analyzer: DMA)(26), 희석관(dilution chamber)(27), 니들 밸브(needle valve)(28), 유량계(rotameter)(29), 응축핵 계수기(condensation particle sizer: CPC)(30), 전원 공급기(31) 등으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 3, the experimental apparatus includes a clean air supply system 20, an atomizer 21, a water trap 22, a filter 23, and a diffusion dryer. (24), neutralizer (Kr85) (25), differential mobility analyzer (DMA) (26), dilution chamber (27), needle valve (28), A rotameter 29, a condensation particle sizer (CPC) 30, a power supply 31, and the like.

상기 청정공기 공급 시스템(20)을 통과한 압축공기는 공기 중에 포함된 입자 또는 수분 등이 여과되어 청정상태로 상기 분무입자 발생기(21)로 공급된다. 상기 분무입자 발생기(21)에는 염화 나트륨(NaCl)과 증류수의 혼합물 또는 다이옥틸 세바카트(dioctylsebacate: DOS) 입자와 알코올의 혼합물이 담겨있는데, 청정공기가 상기 분무입자 발생기(21) 내부의 오리피스(orifice)를 통과하면서 고압/고속 상태 로 내부 벽면으로 분사된다. 이때 분사된 혼합용액은 상기 분무입자 발생기(21)의 내부 벽면에 강하게 충돌하면서 매우 작은 입자상태로 깨어지고, 높은 압력에 의해 용기의 외부로 배출된다. 이와 같이 상기 분무입자 발생기(21)에서 발생된 입자들은 상기 수분제거기(22)와 상기 확산건조기(24)를 지나며 수분 등이 제거되고, 입자들은 다시 상기 중화기(25)를 통과하며 볼츠만 대전 평형(Boltzmann charge equilibrium)의 상태로 상기 전기적 이동도 분석기(DMA)(26)에 공급된다. The compressed air passing through the clean air supply system 20 is filtered to particles or moisture contained in the air and supplied to the spray particle generator 21 in a clean state. The spray particle generator 21 contains a mixture of sodium chloride (NaCl) and distilled water or a mixture of dioctylsebacate (DOS) particles and an alcohol, and clean air is used to form an orifice inside the spray particle generator 21. It is sprayed on the inner wall at high pressure / high speed while passing through orifice. At this time, the sprayed mixed solution is broken into very small particles while strongly impacting the inner wall of the spray particle generator 21, and is discharged to the outside of the container by high pressure. As such, the particles generated in the spray particle generator 21 pass through the water remover 22 and the diffusion dryer 24 to remove moisture, and the particles pass through the neutralizer 25 again, and the Boltzmann charging equilibrium ( Boltzmann charge equilibrium) is supplied to the electrical mobility analyzer (DMA) 26.

상기 전기적 이동도 분석기(DMA)(26)는 상기 분무입자 발생기(21)에서 발생된 여러 입경의 입자들을, 전기적인 방법에 의해 원하는 크기의 단일 입경의 입자들로 선택 발생시켜주는 역할을 하며, 장치의 외부로 방출시 대전량이 (+)1가의 동일한 상태로 만든다. 이처럼 선택 발생된 단일입경의 입자들은 상기 희석관(27)을 지나며 농도가 희석된 상태로 상기 입자 샘플러(10)로 주입된다. 이때, 상기 입자 샘플러(10)에서 포집되지 않은 입자들은 상기 입자 샘플러(10)의 외부로 배출되어 최종적으로 상기 응축핵 계수기(CPC)(30)로 주입되어 개수가 측정된다. 이때, 샘플링 효율 측정은 입자 샘플러를 통과하지 않고 직접 응축핵 계수기로 바이패스(bypass) 시켰을 때의 입자의 농도와 샘플러를 통과 시키고 난 후의 측정된 입자의 농도 데이터를 가지고 계산하였다.The electrical mobility analyzer (DMA) 26 serves to selectively generate particles of various particle sizes generated by the spray particle generator 21 into particles of a single particle size of a desired size by an electrical method. When discharged to the outside of the device, the charge amount is made equal to (+) monovalent state. As such, the particles having a single particle diameter selected and generated are injected into the particle sampler 10 while the concentration is diluted while passing through the dilution tube 27. In this case, the particles not collected by the particle sampler 10 are discharged to the outside of the particle sampler 10 and finally injected into the condensation nucleus counter (CPC) 30 to measure the number. At this time, the sampling efficiency measurement was calculated with the concentration of particles when the sample was bypassed by the direct condensation nucleus counter without passing through the particle sampler and the measured concentration data of the particles after passing through the sampler.

상기 입자 샘플러(10)의 성능평가는 상기 응축핵 계수기(30)의 고유한 샘플링 유량인 0.3 lpm과 1.5 lpm의 두 가지 모드에서 실시하였으며, 결과는 도 4a 및 도 4b와 같다. 상기 두 가지 유량 모두에서 동일한 입자 크기 영역인 50 ㎚로부터 400 ㎚까지 측정하였는데, 50 ㎚ ~ 150 ㎚ 크기의 입자는 NaCl을 사용하였고 150 ㎚ ~ 400 ㎚의 입자는 다이옥틸 세바카트 입자를 사용하였다. 외부에서 인가해 준 전압 또한 0 kV로부터 0.5 kV까지 동일한 변화를 주었다. Performance evaluation of the particle sampler 10 was performed in two modes, 0.3 lpm and 1.5 lpm, which are inherent sampling flow rates of the condensation nucleus counter 30, and the results are shown in FIGS. 4A and 4B. The same particle size range was measured from 50 nm to 400 nm at both flow rates, with 50 nm to 150 nm particles using NaCl and 150 nm to 400 nm particles using dioctyl sebacart particles. The voltage applied from outside also changed the same from 0 kV to 0.5 kV.

우선 도 4a를 참조하여 설명하면, 입자의 크기와 샘플링 효율은 반비례의 관계에 있으며 외부 인가 전압과 샘플링 효율은 비례 관계가 있음을 알 수 있는데, 이 결과는 일반 전기집진기(electrostatic precipitator, ESP)의 집진 효율과 비슷한 경향을 보이는 것이다. 따라서 도 4b에서도 200 ㎚ 이하의 입경영역에서는 도 4a와 비슷한 결과를 보이지만, 전체적인 효율은 감소하였다. 이는 샘플러 내부에서의 유량의 증가로 인하여 입자의 체류시간이 짧아지기 때문에 발생하는 현상으로 판단된다. 하지만 입경이 200 ㎚ 이상의 영역에서는 감소하던 샘플링 효율이 급격히 증가하는 현상을 관찰할 수 있는데, 이러한 현상은 샘플러 내부에서의 유량 증가로 인해 노즐에서의 단면속도가 증가하였기 때문에 발생하는 현상이다. 여기서 입자 샘플러를 단일 입경의 임팩터로 가정하면, 50% 효율의 분리 입경(cut diameter, d50)에 대한 공식은 아래와 같다.First, referring to FIG. 4A, it can be seen that the particle size and the sampling efficiency are inversely related, and that the external applied voltage and the sampling efficiency are proportional to each other. This result is similar to that of an electrostatic precipitator (ESP). The trend is similar to the dust collection efficiency. Therefore, in FIG. 4B, the results are similar to those of FIG. 4A in the particle size region of 200 nm or less, but the overall efficiency is decreased. This is considered to occur because the residence time of the particles is shortened due to the increase in the flow rate inside the sampler. However, it can be observed that the sampling efficiency, which decreased in the particle size of 200 nm or more, is rapidly increased. This phenomenon occurs because the cross-sectional velocity at the nozzle is increased due to the increase in the flow rate inside the sampler. Assuming that the particle sampler is an impactor of a single particle size, the formula for a 50% efficient cut diameter (d 50 ) is as follows.

Figure 112005004398935-pat00001
Figure 112005004398935-pat00001

여기서,

Figure 112005004398935-pat00002
는 공기의 점성계수, W는 노즐직경,
Figure 112005004398935-pat00003
은 분리입경에서의 스톡스 수(Stoke’s number),
Figure 112005004398935-pat00004
는 입경에 대한 미끄럼 보정계수(Cunningham correction factor),
Figure 112005004398935-pat00005
는 입자의 밀도, 그리고 U는 노즐목에서의 평균유속이다. 이와 같이 정의된 수학식 1에 샘플러의 치수 및 실험조건에 해당하는 값들을 대입하여 계산한 결과를 표 1에 나타내었다.here,
Figure 112005004398935-pat00002
Is the viscosity of air, W is the nozzle diameter,
Figure 112005004398935-pat00003
Is the Stokes' number at the separation particle,
Figure 112005004398935-pat00004
Is the sliding correction factor for the particle size,
Figure 112005004398935-pat00005
Where is the particle density, and U is the average velocity at the nozzle neck. Table 1 shows the results obtained by substituting the values corresponding to the size and experimental conditions of the sampler in Equation 1 defined above.

dA, 50 d A, 50 dNacl, 50 d Nacl, 50 dDOS, 50 d DOS, 50 1.3 lpm1.3 lpm 710 nm710 nm 478 nm478 nm 742 nm742 nm 1.5 lpm1.5 lpm 300 nm300 nm 202 nm202 nm 313 nm313 nm

우선 dA,50은 완전 구형으로 가정된 단위 밀도(unit density)를 지닌 입자의 공기역학 분리입경(aerodynamic)이며, dNaCl,50은 NaCl 입자(ρNaCl : 2.2 g/cm3 )에 대한 분리 입경, dDOS, 50은 다이옥틸 세바카트(DOS) 입자(ρDOS : 9.125 g/cm3 )에 대한 분리 입경이다. 여기서, 유량이 1.5 lpm 조건에서 DOS 입자의 분리입경을 보면 약 313 ㎚인데, 도 4b에서 300 ㎚ 입경일 때 약 48 %의 포집효율을 보인다. 결국 샘플러에서 DOS 입자 200 ㎚ 이상 크기는 임팩터와 마찬가지로 입자가 지닌 관성력(inertial force)에 의해 포집되며, 외부에서 인가한 전기장의 영향에는 거의 영향을 받지 않는다는 사실을 알 수 있다.First, d A , 50 is the aerodynamic separation of particles with a unit density assumed to be perfectly spherical, and d NaCl, 50 is the separation for NaCl particles (ρ NaCl : 2.2 g / cm 3 ). Particle diameter, d DOS, 50 is the separation particle size for dioctyl sebacart (DOS) particles (ρ DOS : 9.125 g / cm 3 ). Here, when the flow rate is about 313 nm when the separation particle size of the DOS particles in the 1.5 lpm condition, it shows a collection efficiency of about 48% when the particle size of 300 nm in Figure 4b. As a result, the size of 200 nm or more of the DOS particles in the sampler is captured by the inertial force of the particles, as well as the impactor, and it can be seen that they are hardly influenced by an externally applied electric field.

상기 입자 샘플러(10)는 샘플링되는 입자 중 대부분의 서브 마이크론 입자(< 1㎛)들은 샘플러 외부에서 인가된 전기장의 영향을 받아 포집되고, 또한 마이크론에 가까운 서브마이크론 입자들과 마이크론 영역의 입자(> 1㎛)들은 관성충돌 (inertial impaction)에 의해 포집되도록 되어있다. The particle sampler 10 collects most of the submicron particles (<1 μm) of the particles to be sampled under the influence of an electric field applied outside the sampler, and also submicron particles close to microns and particles in the micron region (>). 1 μm) are intended to be collected by inertial impaction.

상기 입자 샘플러(10)의 성능평가를 통해 알 수 있었던 사실을 요약하자면 다음과 같다. 샘플러 내부 노즐을 통과하는 유속이 비교적 적은 조건(0.3 lpm)의 나노입자는 대부분 외부에서 인가하는 전기장에 의해 입자가 포집되며 입자의 크기가 50 nm일 때 90 %이상의 포집 효율을 보였다. 그리고 유속이 증가(1.5 lpm)하게 되면 전기장에 의해 포집되는 입자 영역이 줄어들게 되고 관성에 의해 포집되는 영역이 증가하며 마이크론 영역의 입자들은 90 % 이상의 포집 효율을 보인다. 따라서 본 입자 샘플러를 사용할 경우 서브 마이크론 영역의 입자(< 1㎛)의 포집 시에는 전기장에 의해 입자가 포집되며 포집효율은 최대 90 %이상이다. 마이크론 영역의 입자(> 1㎛)포집 시에는 입자의 관성력에 의해 입자가 포집되며 포집 효율이 최대 90 %이상의 성능을 보였다. To summarize the facts that can be known through the performance evaluation of the particle sampler 10 is as follows. Most of the nanoparticles with a relatively low flow rate (0.3 lpm) passing through the nozzle inside the sampler were collected by an electric field applied from the outside, and showed a collection efficiency of 90% or more when the particle size was 50 nm. If the flow rate is increased (1.5 lpm), the particle area collected by the electric field is reduced, the area collected by inertia increases, and the particles in the micron area show more than 90% of the collection efficiency. Therefore, when the particle sampler is used, the particles are collected by the electric field when the particles in the submicron region (<1 μm) are collected, and the collection efficiency is at least 90%. When the particles in the micron region (> 1㎛) were collected, the particles were collected by the inertial force of the particles, and the collection efficiency showed up to 90% or more.

실시예 1Example 1

본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염 물질 포집을 위한 입자 샘플러(10)를 이용해 실제 하드 디스크 드라이브내에서 발생하는 입자들을 포집하여 포집효율을 측정하고 상기 샘플링 기판(16)을 상기 입자 샘플러(10)에서 분리하여 표면에 부착된 입자를 오제이 전자 분광기를 이용해 성분 분석하는 실험을 하였다. The particle sampler 10 for collecting particulate contaminants generated in the hard disk drive according to the present invention is used to collect particles generated in the actual hard disk drive to measure collection efficiency, and to collect the sampling substrate 16 from the particles. The particles separated from the sampler 10 and attached to the surface were subjected to component analysis using an OJ electron spectrometer.

하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자의 특성 분석을 위한 입자 샘플러를 이용하는 실험은 대기와 실내중의 미세먼지로부터 오염되는 것을 방지하기 위 하여 클래스(class) 100의 클린부스에서 실시하였다. 하드 디스크 드라이브는 회전속도 5400 rpm용으로 제작된 접촉-부상-정지(contact start/stop, CSS) 방식의 2디스크 4헤드 타입을 사용하였으며, 슬라이더가 완전부상하지 않고 디스크와 접촉상태에서 회전하는 드래그(Drag)조건을 만들도록 슬라이더에 일정부하를 가하였다. 이는 하드 디스크 구동 시 발생하는 마멸입자의 수 농도를 높여주기 위함이다. 도 5는 본 실험을 위한 실험장치도인데, 크게 입자의 샘플링을 위한 장치와 샘플링 된 입자를 따로 분리하여 분석하는 장치의 두 부분으로 나뉜다. Experiments using a particle sampler for characterization of particles generated inside the hard disk drive were conducted in a class 100 clean booth to prevent contamination from air and indoor fine dust. The hard disk drive uses a two-disk four-head type of contact start / stop (CSS) method designed for a rotational speed of 5400 rpm, and the slider is dragged to rotate in contact with the disk without completely injuring the slider. A certain load was applied to the slider to create a Drag condition. This is to increase the number of abrasive particles generated when the hard disk drive. 5 is an experimental apparatus diagram for the present experiment, which is divided into two parts, a device for sampling particles and a device for separating and analyzing sampled particles.

우선 입자 샘플링을 위한 실험장치를 살펴보면, 청정공기공급기를 통해 주입되는 공기는 필터(42)를 통과함으로써 다시 한번 외부 입자를 제거한 후 하드 디스크 드라이브로 공급된다. 이 때 발생된 입자의 효율적인 샘플링을 위해 하드디스크 드라이브 커버부분에 2개의 제트 노즐을 설치하여 외부에서 주입되는 공기를 빠른 속도로 분사하였다. 이 때의 공급 유량은 2 lpm이며, 이 때 각각의 제트 노즐에서 분사되는 공기 제트의 속도는 약 16.7 ㎧이다. 여기서, 샘플링에 필요한 유량은 0.3 lpm 또는 1.5 lpm이며, 나머지 유량에 대해서는 하드 디스크 드라이브 커버에 과잉공기 배출구를 만들어 외부로 배출하였다. 여기서, 샘플링 튜브로 배출된 입자들이 입자 샘플러(10)로 이동하게 되고, 전원공급기(45)로부터 전압이 인가된 입자 샘플러(10)에 전기장이 형성되며, 전기적인 힘과 관성력에 의해 샘플링 기판(16)에서 입자가 포집되게 된다. 여기서 전기적인 힘에 의해 입자가 샘플링 되기 위해서는 입자 자체에서 일정 전하수를 지녀야 하는데 일반적으로 하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자상 물질들은 슬라이더-디스크의 마찰로 발생된 것으로 대전 (charging)되어 일정 전하수를 지니고 있으므로 추가적인 입자 하전기 부분이 불필요하다. 앞에서 언급하였듯이 포집된 입자들은 기판 위에 부착되지만, 포집이 안 된 입자들은 원래의 유동을 따라 샘플러 외부로 흐르게 되어 응축핵 계수기로 흡입된다.First, the experimental apparatus for particle sampling, the air injected through the clean air supply is passed through the filter 42 to remove the external particles once again is supplied to the hard disk drive. In order to efficiently sample the generated particles, two jet nozzles were installed on the cover of the hard disk drive to inject air from the outside at a high speed. At this time, the supply flow rate was 2 lpm, and the speed of the air jet injected from each jet nozzle was about 16.7 kPa. Here, the flow rate required for sampling is 0.3 lpm or 1.5 lpm, and for the remaining flow rate, excess air outlet is made in the hard disk drive cover and discharged to the outside. Here, the particles discharged to the sampling tube is moved to the particle sampler 10, an electric field is formed in the particle sampler 10 to which a voltage is applied from the power supply 45, and the sampling substrate ( In 16) particles are collected. Here, in order for a particle to be sampled by an electric force, the particle itself must have a constant number of charges. In general, particulate matters generated inside the hard disk drive are generated by friction of a slider-disk and are charged with a constant number of charges. As such, there is no need for additional particle charge parts. As mentioned earlier, the trapped particles adhere to the substrate, but the uncollected particles flow out of the sampler along the original flow and are drawn into the condensation nucleus counter.

위와 같은 방법으로 샘플링된 입자들은 샘플링 기판만 따로 분리되어 또 다른 분석 장치에서 사용 목적에 따른 분석이 이루어진다. 본 실험에서는 샘플링 실험을 마친 후의 슬라이더-디스크 인터페이스 마멸 부분 및 샘플링 된 입자들을 전자 현미경 이미지 촬영을 통해 대략적인 크기 및 형상을 관찰하고, 오제이 전자 분광기로 측정하여 성분분석을 실시하였다.Particles sampled in the above way are separated from the sampling substrate and analyzed according to the purpose of use in another analysis device. In this experiment, the slider-disk interface and the sampled particles after the sampling experiments were observed for the approximate size and shape through electron microscopy images, and the components were analyzed by OJ electron spectroscopy.

도 6a와 도 6b는 실제 하드 디스크 드라이브 구동 시 발생하는 입자를 샘플링하여 포집효율을 측정한 그래프이다. 샘플링 효율 측정에 있어서 유량의 변화에 따라 도 6a와 도6b로 분리하였고, 디스크 회전속도 및 인가전압의 변화를 주었다. 결과를 살펴보면, 디스크의 회전속도가 높아질수록, 또한 외부에서 인가된 전압의 크기가 클수록 샘플링 효율이 높아짐을 도 6a와 도 6b 모두에서 관찰할 수 있었다. 6A and 6B are graphs of collecting efficiency by sampling particles generated when an actual hard disk drive is driven. In the sampling efficiency measurement, the flow rate was separated into FIGS. 6A and 6B according to the change of the flow rate, and the disk rotation speed and the applied voltage were changed. As a result, it was observed in both FIGS. 6A and 6B that the higher the rotation speed of the disk and the larger the voltage applied from the outside, the higher the sampling efficiency.

한편, 디스크의 회전속도가 높아지면 크기가 작은 입자들이 많이 발생하는데, 입자의 크기가 작아질수록 입자의 전기이동도 (electrical mobility)가 크므로 포집이 큰 입자에 비해 잘 된다. 또한, 전기적 샘플링효율은 외부 전기장의 강도와 비례하기 때문에, 전기장의 강도와 샘플링 효율이 비례하는 실험 결과는 예측된 결과라고 할 수 있다. 그런데도 6b에서 인가 전압이 0 kV일 때 샘플링 효율이 도 6a에 비해 높은 이유는, 앞의 성능평가에서 언급하였듯이 샘플링 유량이 커지면 샘플 러 노즐에서의 유동 속도가 커지므로 샘플링 기판에 입자가 전기력에 의해서가 아니라 관성충돌에 의해서 부착되는 확률이 높아지기 때문이다. 또한, 도 6b에서 유량이 커서 샘플러 내부에서 체류시간이 도 6a에 비해 짧으므로, 인가전압 증가에 따른 샘플링 효율 증가량이 도 6b의 결과가 도 6a보다 낮음을 알 수 있다. On the other hand, as the rotational speed of the disk increases, a lot of small particles are generated. As the particle size decreases, the electrical mobility of the particles increases, which is better than that of large particles. In addition, since the electrical sampling efficiency is proportional to the intensity of the external electric field, an experimental result in which the intensity of the electric field is proportional to the sampling efficiency is a predicted result. Nevertheless, the reason why the sampling efficiency is higher than that of FIG. 6A when the applied voltage is 0 kV in FIG. 6B is that, as mentioned in the previous performance evaluation, when the sampling flow rate is increased, the flow rate at the sampler nozzle increases, so that the particles This is because the probability of attachment by inertia collision increases. In addition, since the flow rate is large in FIG. 6B and the residence time in the sampler is shorter than that in FIG. 6A, it can be seen that the result of FIG. 6B is lower than that of FIG.

결론적으로, 도 6a에서의 주요 포집방법은 전기력에 의해서이며, 도 6b에서의 주요 포집방법은 관성력이라 할 수 있다. 또한 본 입자 샘플러를 이용해 실제 하드 디스크 드라이브내 입자상 물질을 포집할 경우 포집 효율은 디스크 회전속도 5400 rpm이상에서 70 %이상의 포집 효율을 보였으며 본 입자 샘플러는 입자의 관성력과 전기적인 이동도 특성을 이용해 샘플링 할 수 있는 장비임을 확인할 수 있다.In conclusion, the main collection method in FIG. 6A is by electric force, and the main collection method in FIG. 6B is inertia force. In addition, when the particle sampler is used to collect particulate matter in the actual hard disk drive, the collection efficiency is more than 70% at the disk rotation speed of 5400 rpm or more. The particle sampler uses the particle inertia and electrical mobility characteristics. It can be confirmed that the equipment can be sampled.

본 실험에서 사용된 하드 디스크 드라이브내의 슬라이더 종류는 피코-슬라이더(30% slider)이며, 크기는 1 ㎜×1.235 ㎜×0.3 ㎜(shallow depth: 0.2 ㎛ , deep cavity: 2 ㎛) 이다. 또한 슬라이더의 공기베어링 표면(air bearing surface, ABS)은 Al2O3-TiC재질의 기판 위에 디엘씨 (diamond-like carbon, DLC)가 코팅되어 있다.The slider type in the hard disk drive used in this experiment was a pico-slider (30% slider), and the size was 1 mm × 1.235 mm × 0.3 mm (shallow depth: 0.2 μm, deep cavity: 2 μm). In addition, the air bearing surface (ABS) of the slider is coated with diamond-like carbon (DLC) on a substrate of Al 2 O 3 -TiC material.

도 7a와 도 7b는 입자 샘플링 후의 슬라이더 표면에 대한 전자 현미경 이미지와 오제이 전자 분광기 분석 결과이다. 7A and 7B show electron microscope images and OJ electron spectroscopic analysis of the slider surface after particle sampling.

먼저 도 7a에서 보면, 슬라이더 표면(1지점)에 디스크의 성분(지점 2)이 덮여 있음을 볼 수 있다. 이는 실험 시 슬라이더에 강제 하중을 부가하여, 슬라이더가 부상하지 못하는 상태(drag)로 디스크를 회전 시켰기 때문에 슬라이더와 디스크 가 회전시 상호접촉에 의해 표면에 마멸현상이 발생하여, 서로간의 물질이 부착되었음을 알 수 있게 해준다. First, in FIG. 7A, it can be seen that the slider surface (point 1) is covered with the component of the disc (point 2). This is because the disk is rotated in a state where the slider is not injured (drag) by applying a forced load to the slider during the experiment, and the abrasion phenomenon occurs on the surface by mutual contact when the slider and the disk are rotated. Make it clear.

도 7b는 도 7a에서의 두 지점에 대한 오제이 전자 분광기 스펙트럼인데, 지점 1에서는 추측대로 디스크의 구성 성분인 P, Ni등이 관찰되었으며, 지점 2에서는 슬라이더의 구성 성분인 C, Al등이 관찰되었다. 여기서 두 지점 모두 관찰 된 성분인 O의 경우 원래 구성성분이 관찰되었을 가능성도 있지만, 슬라이더 표면 가공 시 또는 실험 시에 외부공기와 접촉하여 산화반응이 일어나기 때문에 슬라이더 표면물질이 산화하여 관찰될 가능성이 더 크다. 이러한 O 성분의 관찰결과는 뒤에서 언급할 디스크 표면 및 샘플링 입자의 경우 모두 해당된다.FIG. 7B is the spectra of the OJ spectroscopy for two points in FIG. 7A. At point 1, the constituents of the disk, P, Ni, etc. were observed, and at point 2, the components C, Al, etc. of the slider were observed. . In the case of O, the component observed at both points, the original constituent may be observed, but since the oxidation reaction occurs in contact with external air during the processing of the slider surface or during the experiment, the surface of the slider surface is more likely to be oxidized. Big. Observations of these O components apply to both the disk surface and the sampling particles, which will be discussed later.

디스크의 경우 재질이 알루미늄(Al)-마그네슘(Mg)에 75Å DLC가 코팅되었으며, 범프(bump)의 높이는 165Å이고, 데이터 존에서의 표면 거칠기(Ra)는 8Å인 외지름이 3.5인치 디스크가 사용되었다. In the case of the disc, aluminum (Al) -magnesium (Mg) is coated with 75, DLC, bump height is 165 ,, and surface diameter (Ra) in the data zone is 8Å It became.

도 8a는 슬라이더와 접촉한 디스크 표면에 대한 전자 현미경 측정 이미지인데, 슬라이더 표면과 마찬가지로 상호접촉에 의한 마멸흔적이 나타난다. 또한 마멸에 의한 표면 손상영역에서 미세 입자들이 부착되어 있는 것이 관찰되는데, 이는 디스크 표면에 코팅된 재료가 미세하게 분쇄(crash)되어, 일부는 슬라이더 표면에 부착되고, 또 다른 일부는 입자의 형상으로 디스크로부터 탈착 되었음을 보여주는 흔적이다.8A is an electron microscopy image of the disk surface in contact with the slider, as with the slider surface, abrasion marks due to mutual contact appear. It is also observed that fine particles are attached in the area of the surface damage due to abrasion, which causes the material coated on the disk surface to be finely crushed, some to adhere to the slider surface, and another to the shape of the particles. This shows that the disk was removed from the disk.

도 8a에서 임의의 두 지점에 대한 오제이 전자 분광기 분석에 대한 결과가 도 8b에 나와있다. 여기서 두 지점 모두에서 도 7b의 지점 1과 동일하게 P, Ni의 성분이 관찰되었으며, 추가적으로 C, Al등의 성분도 관찰되었다.Results for OJ electron spectroscopy analysis for any two points in FIG. 8A are shown in FIG. 8B. Here, at both points, components of P and Ni were observed in the same manner as point 1 of FIG. 7B, and components such as C and Al were additionally observed.

도 9a와 도 9b는 입자 샘플러를 사용하여 하드 디스크 드라이브로부터 발생한 입자를 샘플링(flow rate: 1.5 lpm)하고 분석한 결과이다. 도 9a에는 슬라이더와 디스크의 상호접촉에 의한 마멸입자들이 관찰되는데, 그 크기가 크게는 수 ㎛로부터 작게는 수백 ㎚미만이다. 여기서, 나노미터 수준의 입자들은 외부에서 인가된 전기력이 포집되는데 가장 큰 영향을 주었으리라 판단되지만, 그보다 큰 입자들은 전기력이 아닌 관성(inertia)에 의한 충돌에 의해 포집 되었으리라 판단된다. 따라서, 입자 샘플러를 이용해 하드 디스크 드라이브내부에서 발생한 입자상 물질을 포집할 경우 마이크로 미터 크기의 입자부터 서브 마이크로 미터 크기의 입자에 이르기까지 다양한 크기의 입자상 물질을 포집할 수 있음을 확인할 수 있다.9A and 9B show results obtained by sampling and analyzing particles (flow rate: 1.5 lpm) generated from a hard disk drive using a particle sampler. In FIG. 9A, abrasive particles due to mutual contact between the slider and the disk are observed, the size of which ranges from several μm to less than several hundred nm. Here, nanometer-level particles may have the greatest influence on the collection of externally applied electric force, but larger particles may be captured by collisions due to inertia, not electric force. Therefore, when the particulate matter generated inside the hard disk drive is collected using the particle sampler, it can be confirmed that the particulate matter of various sizes ranging from micrometer size particles to submicrometer size particles can be captured.

도 9a에서 두 개의 입자를 선정하여 오제이 전자 분광기 분석을 실시한 결과가 도 9b에 나와있다. 입자 1과 2 모두 동일한 P, C, Ni, Al등의 성분이 존재함을 확인할 수 있었으며, 이 성분들은 앞에서 분석되었던 디스크 표면의 성분과 동일한 것들이다. 따라서 본 실험에서 하드 디스크 드라이브로부터 샘플링 된 입자들은 슬라이더와 디스크의 상호접촉으로 인한 마멸 입자임으로 판단이 되며, 입자들이 주로 디스크 표면으로부터 분리된 것임을 추측할 수 있었다.  9A shows the results of the OJ electron spectroscopy analysis by selecting two particles. Particles 1 and 2 were found to have the same components, such as P, C, Ni, Al, these components are the same as the components of the disk surface analyzed earlier. Therefore, in this experiment, the particles sampled from the hard disk drive were judged to be abrasion particles due to the interaction between the slider and the disk, and it could be assumed that the particles were mainly separated from the disk surface.

하드 디스크 드라이브의 안정성 및 신뢰성을 높이기 위해 내부에서 발생되는 입자 제거는 필수적이며, 이를 위해서는 발생된 입자에 대한 정확한 분석이 필요한데 분석을 위한 전단계의 한가지 방법으로 샘플링 방법을 사용한다. 이를 위해 입자 샘플러를 사용하여 하드 디스크 드라이브 내에서 발생하는 입자를 샘플링 할 경 우 인가되는 전기력과 입자의 관성력에 의해 미세 입자를 샘플링 하는데 용이하며, 샘플링 목적에 따라 유량 또는 인가되는 전압을 조절하여 다양한 크기의 입자들을 포집할 수 있다. 실험 결과 설계된 입자 샘플러를 사용하여 실제 하드 디스크 드라이브로부터 발생한 입자들을 샘플링 하였을 때 최대 70% 이상의 샘플링 효율을 보였으며, 샘플링 기판을 샘플러로부터 분리하여 전자 현미경 이미지 및 오제이 전자 분광기를 사용하여 포집된 입자들의 성분을 분석할 수 있었다.In order to increase the stability and reliability of the hard disk drive, it is essential to remove particles generated internally. This requires accurate analysis of generated particles, and uses a sampling method as one of the first steps for analysis. For this purpose, when the particle sampler is used to sample the particles generated in the hard disk drive, it is easy to sample the fine particles by the applied electric force and the inertial force of the particles, and the flow rate or the applied voltage is adjusted according to the sampling purpose. Particles of size can be collected. The experimental results showed that the sampled particles from the actual hard disk drive were sampled using the designed particle sampler, and the sampling efficiency was higher than 70% .The sampling substrate was separated from the sampler to collect the collected particles using electron microscopy images and OJ electron spectroscopy. The component could be analyzed.

실시예 2Example 2

현재 거의 모든 PC에서 주 정보 저장매체로 사용되고 있는 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive: HDD)는 보급이 활발했던 1980년대부터 지금까지 많은 기술적 진보를 거쳐왔다. 그 중 기록밀도의 향상은 매우 빠르게 진행 됐으며 현재까지도 기술 개발에 있어 매우 중요한 것으로 받아 들여지고 있다. 또한 최근 용량이 크고 다양한 소프트웨어가 일반적으로 사용되고, 방대한 용량을 갖는 음악 및 동영상 등의 멀티미디어를 구현하기 위해 높은 저장 밀도를 갖는 HDD가 요구되고 있어 HDD의 단위면적당 저장 밀도를 높이기 위한 연구가 앞으로도 계속될 전망이다. Hard disk drives (HDDs), which are now used as the primary information storage medium in almost all PCs, have undergone many technological advances since the 1980s when they were popular. Among them, the improvement of recording density has been very fast, and it is still very important for technology development. In addition, recently, large-capacity and various softwares are generally used, and HDDs with high storage densities are required to realize multimedia such as music and video having huge capacities. Therefore, studies to increase storage densities per unit area of HDDs will continue. It is a prospect.

높은 성능의 디스크 드라이브는 또한 높은 디스크 회전속도를 요구한다. 최근 일반적인 하드 디스크 드라이브의 회전속도는 5400 rpm에서 15000 rpm까지 증가하고 있으며 후에 더욱더 빠른 회전속도가 구현될 전망이다. 따라서 구동 속도 변화에 의한 입자 발생 특성을 분석하는 것은 향후 고용량 하드 디스크 드라이브내부의 입자상 물질 저감에 매우 중요한 정보가 될 것 이다. High performance disk drives also require high disk rotation speeds. Recently, the speed of a typical hard disk drive is increasing from 5400 rpm to 15000 rpm, and a higher speed will be realized later. Therefore, analyzing the particle generation characteristics by the change of driving speed will be very important information for reducing the particulate matter inside the high capacity hard disk drive.

본 실시 예에서는 하드 디스크 드라이브 내 헤드-디스크에서 발생하는 마멸 입자에 대해 실험을 수행하였다. 실험 시 디스크의 회전속도를 변화시켜 주어, 발생되는 입자를 입자 샘플러를 이용해 포집하여 입자들이 포집된 샘플링 기판을 전자 현미경을 이용해 분석하여 발생되는 입자들의 크기를 측정하였다. In this embodiment, the experiment was performed on the abrasive particles generated in the head-disk in the hard disk drive. By varying the rotational speed of the disk during the experiment, the generated particles were collected using a particle sampler, and the size of the generated particles was measured by analyzing a sampling substrate on which the particles were collected using an electron microscope.

도 10은 하드 디스크 드라이브에서 발생한 입자를 포집 하기 위해 제작한 입자 샘플러의 그림과 샘플링을 위한 실험장치도이다. 발생 입자를 포집하는 목적은 전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 사진을 통해 형상 또는 그 크기분포를 분석하기 위함이다. 샘플러 설계에 의하면, 포집판에 샘플링 되는 입자 중 대부분의 서브 마이크론 입자(< 1㎛)들은 샘플러 외부에서 인가된 전기장의 영향을 받아 포집되고, 또한 마이크론에 가까운 서브마이크론 입자들과 마이크론 영역의 입자(> 1㎛)들은 관성충돌(inertial impaction)에 의해 포집되도록 되어있다. 샘플링 전극은 알루미늄(Al) 재질을 사용하며 공급전원으로부터 (+) 또는 (-)의 전원이 공급되어 전기적인 힘에 의해 샘플링 기판(sampling plate)에 대전된 입자를 포집하는데, 이 때 입자 샘플러(10)의 벽면 또한 알루미늄(Al)의 같은 재질을 사용해 접지 역할을 한다. 상기 전극(15)과 접지(입자 샘플러의 벽면) 사이는 전류가 통하지 않도록 비전도성 플라스틱의 재료를 선택하였다.FIG. 10 is an experimental apparatus for drawing and sampling a particle sampler fabricated to collect particles generated from a hard disk drive. The purpose of collecting the generated particles is to analyze the shape or size distribution through a scanning electron microscope (SEM) photograph. According to the sampler design, most of the submicron particles (<1 μm) among the particles sampled on the collecting plate are collected under the influence of an electric field applied outside the sampler, and also submicron particles close to the micron and particles in the micron region ( > 1 μm) are intended to be collected by inertial impaction. The sampling electrode uses aluminum (Al) material and is supplied with positive or negative power from the power supply to collect the charged particles on the sampling plate by electrical force. The wall of 10) also serves as grounding using the same material of aluminum (Al). The material of the non-conductive plastic was selected so that no electric current flows between the electrode 15 and the ground (wall surface of the particle sampler).

실험장치도를 보면, 청정공기를 하드 디스크 드라이브로 공급하여 주었는데, 이 때의 공급 유량은 1 lpm(노즐단면속도 8.4 ㎧)이었다. 여기서 샘플링에 필요한 유량은 0.3 lpm이며, 나머지 유량은 외부로 배출된다. 이 때에, 1개의 샘플링 입자 시편을 얻기 위하여 하드 디스크 드라이브의 슬라이더를 2000초로 접촉과 부상 사 이클을 연속적으로 구동 시켰으며 인가 전압은 (-) 500V였다.In the experimental diagram, clean air was supplied to the hard disk drive, and the supply flow rate at this time was 1 lpm (nozzle section speed of 8.4 kPa). Here, the flow rate required for sampling is 0.3 lpm and the remaining flow rate is discharged to the outside. At this time, in order to obtain one sample particle specimen, the slider of the hard disk drive was continuously driven for 2000 seconds with the contact and floating cycles, and the applied voltage was negative 500V.

본 실험에서는 하드 디스크의 속도 변화를 통해서 발생하는 입자를 입자 샘플러를 통하여 샘플링하고, 입자 형상을 전자현미경을 통해 관찰하였다.In this experiment, the particles generated by the speed change of the hard disk were sampled through the particle sampler, and the particle shape was observed through the electron microscope.

본 실험실에서 제작한 입자 샘플러를 통해, 구동 시 하드 디스크 드라이브로부터 발생하는 입자를 포집하여 전자현미경을 통해 촬영된 사진을 도 11a 내지 도 11d에 나타내었다. 11A to 11D illustrate photographs taken through an electron microscope by collecting particles generated from a hard disk drive during driving through a particle sampler manufactured in the laboratory.

도 11a 내지 도 11d의 전체적인 입자 크기를 비교해볼 때, 발생된 입자의 크기분포가 도 11d에서 가장 작은 크기임을 확인할 수 있다. 이는 입자 크기분포에 있어서 디스크의 회전속도가 높아질수록 입자의 크기가 작아진다라는 보여주는 것으로 향후 하드 디스크 드라이브내부 오염 입자 저감을 위해서는 나노 크기의 작은 입자를 중심으로 연구가 이루어져야 함을 보여 주고 있다.When comparing the overall particle size of Figures 11a to 11d, it can be seen that the size distribution of the generated particles is the smallest size in Figure 11d. This shows that as the disk rotation speed increases in particle size distribution, the particle size decreases. In order to reduce the contaminant particle inside the hard disk drive, research should focus on nano-sized particles.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified and changed by those skilled in the art, which should be regarded as included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. something to do.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 하드 디스크 드라이브 내부에서 발생하는 입자상 오염물질 포집을 위한 입자 샘플러 및 그 입자 샘플러의 성능 평가장치에 의하면, 하드 디스크 드라이브내에서 발생하는 마이크로 및 서브 마이크로 크기의 입자상 물질들을 저 유량에서 손실 없이 포집하고 샘플링된 입자들을 추가적인 작업 없이 전자 현미경, 오제이 전자 분광기 등으로 분석할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the particle sampler for collecting particulate contaminants generated in the hard disk drive and the performance evaluation device of the particle sampler, micro and sub micro sized particulate matters generated in the hard disk drive are described. At low flow rates, there is no loss and capture and sampled particles can be analyzed by electron microscopy, OJ electron spectroscopy, etc. without additional work.                     

또한, 성능 평가 결과, 샘플러를 이용해 하드 디스크 드라이브에서 발생하는 입자상 오염물질을 포집할 경우 대부분의 서브 마이크론 입자(< 1㎛)들은 샘플러 외부에서 인가된 전기장의 영향을 받아 최대 90 %이상 포집되고, 또한 마이크론에 가까운 서브마이크론 입자들과 마이크론 영역의 입자(> 1㎛)들은 관성충돌(inertial impaction)에 의해 최대 90 %이상 포집되었다. In addition, as a result of performance evaluation, when the sampler is used to collect particulate contaminants generated by the hard disk drive, most of the submicron particles (<1 μm) are collected up to 90% or more under the influence of an electric field applied outside the sampler. In addition, submicron particles close to microns and particles in the micron region (> 1 μm) were captured by inertial impaction up to 90% or more.

따라서, 본 발명의 입자 샘플러는 기존의 대기중에 존재하는 입자들을 샘플링하기 위한 샘플러에 비해 저 농도로 하드 디스크 드라이브내부에서 발생하는 입자들을 입자 크기에 관계없이 포집할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the particle sampler of the present invention has the effect of collecting particles generated in the hard disk drive regardless of particle size at a lower concentration than the sampler for sampling particles existing in the atmosphere.

또한, 샘플링 기판을 샘플러로부터 분리하여 기판 위에 포집된 입자상 오염물질들을 전자 현미경 이미지 및 오제이 전자 분광기를 사용하여 성분 및 크기를 분석할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is effective to separate the sampling substrate from the sampler and analyze the component and size of particulate contaminants collected on the substrate by using an electron microscope image and an OJ electron spectrometer.

Claims (4)

입자 샘플러에 있어서,In a particle sampler, 상하부가 관통된 원통 형상을 가지며 측면에 배출구가 형성되고 양전극을 형성하는 몸체부;A body part having a cylindrical shape through which the upper and lower parts penetrate, and having a discharge hole formed at a side thereof, and forming a positive electrode; 상기 몸체부 상부의 내경에 설치되는 노즐을 일측에 구비하며 하드 디스크 드라이브 내부의 샘플링 공기에 포함된 입자들을 유입하여 상기 노즐을 통해 상기 몸체부의 내부로 배출하는 유입관;An inlet pipe having a nozzle installed at an inner diameter of the upper portion of the body part and introducing particles contained in sampling air inside the hard disk drive to be discharged into the body part through the nozzle; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며, 상기 몸체부의 내부로 유입된 입자를 포집하는 탈부착이 가능한 샘플링 기판을 구비하고, 상기 샘플링 기판이 음전극을 형성하도록 상기 샘플링 기판과 전기적으로 연결되는 전극;An electrode installed at an inner diameter of the lower portion of the body part, the electrode having a detachable sampling substrate for collecting particles introduced into the body part, the electrode being electrically connected to the sampling substrate to form a negative electrode; 상기 몸체부의 배출구에 설치되며 상기 샘플링 기판에 포집되지 않은 입자들을 외부로 배출하는 배출관;A discharge pipe installed at an outlet of the body and discharging particles not collected on the sampling substrate to the outside; 상기 몸체부 하부의 내경에 설치되며 중앙에 형성된 구멍에 상기 전극을 일측 방향에서 끼워서 고정하도록 비전도성 물질로 구성된 바닥 커버; 및A bottom cover installed at an inner diameter of the lower portion of the body part and configured of a non-conductive material to fix the electrode by inserting it in one direction into a hole formed at a center thereof; And 상기 바닥 커버의 타측에 돌출된 상기 전극을 체결하여 고정하며 상기 전극으로 전원을 공급하는 나사;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 샘플러.And a screw configured to fasten and fix the electrode protruding to the other side of the bottom cover, and to supply power to the electrode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 샘플링 기판은 얇은 알루미늄, 구리 기판, 전도성 기판 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 입자 샘플러.The sampling substrate is a particle sampler, characterized in that using any one of a thin aluminum, copper substrate, conductive substrate. 삭제delete 삭제delete
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