ltcc( )viapunching

저온동시소성세라믹저온동시소성세라믹저온동시소성세라믹저온동시소성세라믹LTCC( ) Via punchingLTCC( ) Via punchingLTCC( ) Via punchingLTCC( ) Via punching

금형제작 기술지원금형제작 기술지원금형제작 기술지원금형제작 기술지원

기술지원성과조사서기술지원성과조사서기술지원성과조사서기술지원성과조사서( )( )( )( )

2005. 9.2005. 9.2005. 9.2005. 9.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 일 진 기 계일 진 기 계일 진 기 계일 진 기 계

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관산 업 자 원 부 장 관산 업 자 원 부 장 관산 업 자 원 부 장 관 귀 하귀 하귀 하귀 하

본보고서를 저온동시소성세라믹 금형제작기술지원“LTCC ( ) Via punching 지원” ( 기간 : 2004.

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다10. 01~2005. 09. 30) .

2008. 4. 31.2008. 4. 31.2008. 4. 31.2008. 4. 31.

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협( )( )( )( )

참여기업 일진기계참여기업 일진기계참여기업 일진기계참여기업 일진기계::::

대표자 전 영 도대표자 전 영 도대표자 전 영 도대표자 전 영 도( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 이 상 용이 상 용이 상 용이 상 용

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 종 덕김 종 덕김 종 덕김 종 덕

〃〃〃〃 :::: 김 영 근김 영 근김 영 근김 영 근

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

저온 동시LTCC( 소성 세라믹 금형 제작 기술을 위해 프레스 열) Via punching

변형 구조 해석과 부품 표준화 설계 기술 초정밀 절삭 가공 기술을 지원함으로,

써 요청 업체의 금형 제작 기술을 향상시키며 이러한 고급 기술 축적은 이와같,

은 유사 제품의 신기술 개발에 적극적으로 활용 될 수 있도록 함.

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

성형 해석을 이용한 금형의 열 변형 해석 수행○

금형의 열 변형 해석 수행-

가공 실험으로 해석 결과와 비교하여 열에 의한 영향 분석-

의 불량을 해소하기 위한 방안 마련- pitch

금형 설계 기술 지원LTCC Via punching○

홀 가공 기술 개발○

와이어 방전가공으로 홀 가공 시 발행하는 홀의 결함을 제거-

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

홀 치수 공차 0.008㎜ 0.003㎜ 양호

공차Pitch 0.05㎜ 0.005㎜ 양호

의 용구 한계Burr 0.005㎜ 0.005㎜ 양호

표면 결함 無無 양호

- 4 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명o : Front End Module

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분경쟁 제품

일본( )

해당기술 적용제품비고

지원 전 지원 후

경쟁제품 대비 품질 100% - 100% 국산화 성공

경쟁제품 대비 가격 백만원46.5 /set - 백만원22.5 /set 백만원 절감24

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비고

원부자재 절감 백만원 년24 / ( %) 금형 경우임1set

인건비 절감 백만원 년/ ( %)

계 백만원 년24 / ( %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년180 / 백만원 년300 / 166%

수 출 천달러 년/ 천달러

계 백만원 년180 / 백만원 년300 / 166%

- 5 -

수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과5)5)5)5)

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

금형의 국산화 제작 진행으로 인한 제작비용 절감 외에 납기 단축으로 인LTCC

한 생산 효율성 향상과 경비 절감 및 연구개발 기한을 단축하였다 금형 국산화.

를 완료함으로써 신 기종 금형 제작 시 기존의 유휴금형의 핵심부분을 개조하여

재활용하였고 일본금형업체에서도 시도하지 못하였던 유휴금형의 재활용이 가능

하게 되었다 신규 금형 제작 시에도 기존의 일본 의 금형과 대비하여 제. UHT社

작납기 단축 강비 절감 및 생산 효율성 향상에 기여하였다 신구 제작의 경우, .

백만원의 비용절감을 할 수 있었고 납기는 일 이상 단축하였으며 수정 금24 30 ,

형의 경우에도 백만원의 비음절감과 일 이상의 납기 단축을 할 수 있었다22 30 .

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

금형은 일본 가 세계시장의 를 독점하고 있으며LTCC Via Punching UHT 95% ,社

국내의 경우 전량 수입에 의존하고 있다 이번에 제품의 형상 치수를 오차범위.

안에 두는 홀 가공방법 개선과 열 변형 해석 공정을 개선함으로써 홀 간의

를 일정하게 하는 기술을 개발함으로써 금형의 독자적pitch LTCC Via Punching

인 가공기술을 획득할 수 있었으며 비용 절감 및 납기 단축을 할 수 있어 일본

기업에 대해 경쟁력을 갖출 수 있게 되었다 또한 대량의 홀을 가공할 때 열 변.

형 해석을 적용함으로써 최적의 공정을 찾아 시행착오를 줄이기 위한 응용 기술

의 적용이 확산될 것으로 기대된다.

- 6 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지원성과

기술정보제공 건20 기술력 향상

시제품제작 건7 초정밀 가공 기술력 향상

양산화개발 건1 국산화 성공

공정개전 건5 납기 단축 및 원가 절감

품질향상 건5 납기 단축 및 원가 절감

시험분석 건4 품질향상

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건 기술력 확보

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건 대한화학공학회 및 한국자동차공학회 논문발표

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

참여기업 방문회수 건57 기술력 축적 및 고급 기술 확보

기타 건0

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

저온 동시 소성 세라믹 금형 제작 핵심 기술인 펀치 및LTCC( ) Via Punching

다이 가이드 홀 초정밀 절삭 가공 기술과 열 변형 해석에 의한 금형 구조에 대

하여 지원 업체와 연구 책임자의 기술적인 협의와 토의애 의하여 많은 기술향

상을 이룰 수 있었으며 지원업체는 저온 동시 소성 세라믹, LTCC( ) Via

금형기술을 축적함으로서 이러한 기술 축적은 향후 초정밀 복합 재Punching ,

로 제품 개발에도 적극적으로 활용할 수 있도록 지속적인 기술 협력을 유지하

고자 한다.

- 7 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건참여기업 현장방문 건1. : 201. : 201. : 201. : 20

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2004.10. 저온동시소성 세라믹 기술과 응용(5) 기술학회

2 2004.11 국내 외 기술 현황 및 시장 조사, (3) 지원업체

3 2004.12 재료 성분 및 기술 정보 (2) 한국생산기술연구원

4 2005.03. 열 변형 해석 기술 정보 (3) 한국생산기술연구원

5 2005.04. 관리 기술 정보Wire cut EDM (1) AGIE

6 2005.07.기술 정보Wire cut EDM technology

(6)AGIE-swiss

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 72. : 72. : 72. : 7


1 2004.11 연삭 가공 시험 용 지원 업체

2 2004.12 열 처리 시험 용 지원 업체

3 2005.01 시험용wire cut edm 지원 업체



6 2005.05저온동시소성세라믹LTCC( ) Via punching

금형제작지원 업체

7 2005.05저온동시소성세라믹LTCC( ) Via punching

금형제작지원 업체

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 43. : 43. : 43. : 4


1 2005.09 치구 공차 분석 보고서 첨부

2 2005.09 분석pich

3 2005.09 분석burr

4 2005.09 표면 결함 분석

- 8 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원의 필요성제 절 기술지원의 필요성제 절 기술지원의 필요성제 절 기술지원의 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용1.1.1.1.

기술지원 실적기술지원 실적기술지원 실적기술지원 실적2.2.2.2.

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

경제적 성과경제적 성과경제적 성과경제적 성과1.1.1.1.

기술적 성과기술적 성과기술적 성과기술적 성과2.2.2.2.

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)

와이어 방전 가공와이어 방전 가공와이어 방전 가공와이어 방전 가공2.2.2.2.

금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부록부록부록부록

- 9 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술 지원 필요성제 절 기술 지원 필요성제 절 기술 지원 필요성제 절 기술 지원 필요성1111

지원 업체는 현재 산업 설비 및 자동화 기기와 반도체 가전제품 자동차 부품용 정, ,

밀 금형을 생산 공급주이며 금형 설계 및 제작 등 모든 공정을 보유하고 있다 일, .

본에서 독점 하고 있는 저온동시소성세라믹 금형을 지원 업체LTCC( ) Via punching

에서 유일하게 개발하기 위하여 많은 시행착오를 거쳤으나 가공기술부족으로 성공

하지 못하였다.

저온동시소성세라믹 금형은 홀의 형상 공차 및 위치 공차를LTCC( ) Via punching

만족 시켜야 한다 와이어 방전가공으로 홀을 가공하였으나 홀의 형상 공차를 만족.

시키지 못하였으며 순차적으로 홀을 가공하여 금형의 열 변형으로 인하여 홀의 위

치공차를 만족시키기 어려웠다 홀 가공의 경우 일반적으로 와이어가 홀의 중심에.

서 홀의 반경까지 수직한 방향으로 접근한 후 원주를 따라 방전 가공하여 홀을 가

공하였다 이때 와이어가 처음 홀의 치수와 만나는 부분에서 과잉 가공되어 홀의.

형상에 손상을 가져온다 이와 같은 문제로 인하여 새로운 홀의 가공 방법과 홀의.

위치 공차를 만족시키기 위한 공정 개선이 절실하였다 금형의 열변형 구조 해석을.

통하여 홀의 가공 순서에 따른 오차를 최소화 할 수 있는 공정 개잘 및 초정밀 절

삭 가공기술을 개발할 필요가 있었다.

지원 업체는 프레스 금형의 열 변형 구조 해석을 위한 의 부재와 기술인력의S/W

부족으로 금형의 최적 설계 및 공정 개선에 애로를 격고 있어 기술 지원이 절실하

였다.

제 절 기술 지원 목표제 절 기술 지원 목표제 절 기술 지원 목표제 절 기술 지원 목표2222

저온동시소성세라믹 금형 설계 제작LTCC( ) Via punching○

홀 형상의 치수공차 이내- 0.005㎜

홀과 홀 사이의 공차 이내- Pitch 0.01㎜

프레스 공정 후 제품 의 요구 할계 이내- LTCC Burr 0.005㎜

표면 결함 육안 검사 시- 無

- 10 -

제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용제 절 기술 지원 내용3333

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용1.1.1.1.

저온동시소성세라믹 금형을 설게 제작하기 위하여 다음과LTCC( ) Via punching ･

같은 기술지원을 수행하였다.

성형 해석을 이용한 금형의 열 변형 해석 수행○

금형의 열 변형 해석 수행-

가공 실험으로 해석 결과와 비교하여 열에 의한 영향 분석-

불량을 해소하기 위한 방안 마련- pitch

금형 최적 설계LTCC Via punching○

홀 가공 기술 개발○

와이어 방전가공으로 홀 가공 시 발행하는 홀의 결함 제거-

기술적 실적기술적 실적기술적 실적기술적 실적2.2.2.2.

금형의 홀은 매우 정밀한 형상 공차와 위치 공차를 요구한다 홀의 가공LTCC Via .

은 기존의 가공 경로가 적절하지 못하여 형상의 오차가 발생하였으며 이는 요구되

는 공차를 벗어났다 이를 개선하기 위하여 가공 프로파일을 수정하였으며 수정된.

프로그램으로 가공한 결과 홀의 진원도를 맞출 수 있었다.

의 요구공차는 이나 가공 결과 공차를 벗어나 불량이 발생하였다 방전 가pitch 5 .㎛

공시 와이어와 금형의 소결부에서 발생하는 열이 불량의 원인으로 보고 방전 가공

의 성형 해석 및 시작금형으로 실험을 하였으나 열에 의한 영향은 매우 작아 pitch

에 영향을 미치지 못하였다 이에 업체의 공정 환경을 분석한 결과 방전기 주위에.

프레스 등의 타발 가공 장비가 위치하여 열악하였다 주위 장비로부터 발생하는 노.

이즈가 불량의 원인으로 판단되어 와이어 방전기에 방진 설비를 구축하였다 실험.

결과 의 불량이 해소되었다pitch .

- 11 -

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과제 절 기술 지원 성과1111

정밀한 홀의 형상과 가 정밀한 저온동시소성세라믹 금형pitch LTCC( ) Via punching

을 설계 제작 기술을 지원하여 다음과 같은 성과를 얻었다.･

경제적 성과경제적 성과경제적 성과경제적 성과1.1.1.1.

금형의 국산화 개발로 수임금형에 비해 제작비용 절감 납기 단축으로 인한LTCC ,

생산 효율성 향상과 기존 유휴금형을 신 기종으로 개발 양산금형으로 수정을 함으,

로서 경비 절감 및 연구개발 기한을 단축하였다 금형 국산화를 완료함으로써 신.

기종 금형 제작 시 기존의 유휴금형의 핵심부분을 개조하여 재활용하였고 일본금형

업체에서도 시도하지 못하였던 유휴금형의 재활용이 가능하게 되었다 신규 금형.

제작 시에도 기존의 일본 의 금형과 대비하여 납기 단축 경비 절감 및 생산UHT ,社

효율성 향상에 기여하였으며 백만원의 비용절감 및 일 이상 납기를 단축 할24 30

수 있었으며 수정 금형에도 경우는 백만원의 비용절감 및 일 이상의 납기 단, 22 30

축을 할 수 있었다.

기술적 성과기술적 성과기술적 성과기술적 성과2.2.2.2.

금형은 일본 가 세계시장의 를 독점하고 있으며LTCC Via Punching UHT 95% ,社

국내의 경우 전량 수입에 의존하고 있다 이번에 제품의 형상 치수를 오차범위 안.

에 두는 홀 가공 방법의 개선과 열에 의한 금형의 열변형 해석을 검토함으로써 홀

간의 를 일정하게 유지하는 기술을 개발함으로써 금형의pitch VTCC Via Punching

독자적인 가공기술을 획득할 수 있었으며 비용 절감 및 납기 단축을 할 수 있어

일본 기업에 대해 경쟁력을 갖출 수 있게 되었다 또한 대량의 홀을 가공할 때.

열변형 해석을 적용함으로써 최적의 공정을 찾아 시행착오를 줄이기 위한 응용 기

술의 적용이 확산될 것으로 기대된다.

- 12 -

제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행제 절 기술 지원 수행2222

1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)1. LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)

회로 및 부품의 고속신호 대응을 위하여 저저항도체인 를 내부전극으로 사Ag, Cu

용하고 이러한 전극을 온도 이하로 소성이 가능한 저유전율, 900 Glass-ceramic℃

을 이용하여 수동소자를 차원 배열하여 모듈화하는 저온동시 성형 세라, R, L, C 3

믹의 총칭

개요개요개요개요1) KTCC1) KTCC1) KTCC1) KTCC

휴대용 전자기기의 소형화와 비용절감을 위한 노력이 경주되면서 필연적으로 이들

을 구성하는 수동소자들의 집적화에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다 능.

동기능의 소자들은 거의 대부분 실리콘 기술에 기반을 둔 고밀도 집적 회로로 통합

이 이루어지면서 단지 몇 개의 칩 부품으로 구현되고 있지만 반면에 수동소자 저, (

항기 커패시터 인덕터 등 의 집적화는 거의 이루어지지 못하여 개별 소자가회로기, , )

판 상에 납땜 등의 방법으로 부착되고 있는 실정이다 따라서 전자기기의 소형화와.

이들 수동소자의 성능 향상 및 신뢰성을 증진시키기 위한 수동소자의 집적화 기술

에 대한 요구가 날로 증대되고 있으며 이런 문제를 해결할 수 있는 한 가지 방법,

으로 저온동시소성세라믹 을 이용한(Low Temperature Cofired Ceramics: LTCC)

집적화 기술이 현재 활발히 연구되고 있다.

가 의 주요 특성가 의 주요 특성가 의 주요 특성가 의 주요 특성) LTCC) LTCC) LTCC) LTCC

와 같은 기술발전은 전기적으로 고속 시스템에LTCC integrated ceramic packaging

대한 부품차원의 대응과 기능구현을 위한 공간한계를 극복하기 위해서 밀도 적/多高

층화 시킬 수 있는 기술적 한계극복을 통해 점차 표면실장 부품수를 줄이고 많은

능 수동소자들의 통합과 의 대폭적인 축소를 가능하게 한다 특징은 다/ Size . LTCC

양한 유전재료 사용할 수 있으며 또한 유전율 도 까(High 0, High )fmf ( ) 5~1000ε ε

지 다양한 재료를 사용할 수 있고 반도체와 열팽창계수가 동일 하, (6 * 10-6 ppm)

여 정합이 유리하며 고적층 층 이상 까지 가능하다 또한 동 기술은 다음과 같, (100 ) .

은 회로 및 부품의 고속신호대응이 가능하도록 신호전달 특성과 고밀도 실장이 아

주 유리하다.

- 13 -

특성 잉피던스특성 잉피던스특성 잉피던스특성 잉피던스Zc : , Ka : Cross-talk NoiseZc : , Ka : Cross-talk NoiseZc : , Ka : Cross-talk NoiseZc : , Ka : Cross-talk Noise※※※※

그림 의 특징그림 의 특징그림 의 특징그림 의 특징1. LTCC1. LTCC1. LTCC1. LTCC

는 설계자에게 고적층을 가능케 하여 괌범위한 설계LTCC wkdbeh(Design of

를 제공해주며 수십 개의 및 능동소자들을freedom) , capacitor, resistor, inductor

그림 과 같이 다충구조 로 집접 적층화 할 수 있도록 해준2 (multiplaye. architecture) /

다 그러나 이를 달성하기 위한 여러 가지의 들이 있는데 그중 재. key technology ,

료기술과 공정 기술은 기술적 난이도가 매우 높다 첫째 동시 소성시에process( ) .

서로 다른 소자 들 간의 화학적 물리적 상호작용이 기능적 특성에 영향을(R, L, C) /

줄 수 있으며 결국 각 소자별 비효과적인 특성결과를 초래하게 할 수 도 있다 둘.

째로 는 소성 구조에 심각한 결함 를 발thermo-mechanical incompatibility defects( )

생시킬 수도 있다 기판의 제조방법은 약 도 정도의 낮은 온도에서 녹는점. LTCC 900

이 낮은 글라스와 세라믹을 혼합 소성 하여 적당한 유전율을 갖는 를Green sheet

형성시키고 그 위에 이나 을 주 원료로 한 를 인쇄하여 기판을 형Paste銀銅導電性

성하고 냔색 등의 수동소자를 기판내부에 시켜 적capacitor, re , inductor embeded

층 후 집적화 경박단소화 고신뢰성을 갖는 를 만든다, , substrate .高

그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조그림 의 구조2. LTCC2. LTCC2. LTCC2. LTCC

- 14 -

이러한 기술은 과거 고온소성 방식과 비교하여 가격이 다소 비싸며 열전도LTCC ,

도가 다소 떨어지며 기계적 강도 등이 약한 면이 있으나 소성온도가 낮고 수동소, ,

자의 가 가능하고 고적층이 가능하여 소형화 고신회성 고밀도화 고주파embeded , , ,

대응이 가능하여 단말기용 부품개발 시 뒤에 여러 측면에서 유리한 점들이 많이 단

말기 송 수신단의 복합모듈에 많이 응용되고 있다 고온소성 와의 개략적 특/ . HTCC( )

성비교를 표 에 나타내주고 있다1 .

HTCC LTCC

기환재료 Al2O3계 세라믹 전자기 기능성 세라믹 + glass

소성온도 > 1500℃ < 1000℃

비유전물 ~10 4~100

도체재료계 고용점 고저형W/Mo ･

재료

계 저융점 고전기전도도Au/Cu ･

재료

표 와표 와표 와표 와1. HTCC LTCC1. HTCC LTCC1. HTCC LTCC1. HTCC LTCC

나 를 이용한 부품 기술나 를 이용한 부품 기술나 를 이용한 부품 기술나 를 이용한 부품 기술) LTCC) LTCC) LTCC) LTCC

제품은 모듈 제조용 기판 기판과 도체재료만으로 구성되어LTCC LTCC , LTCC L

또는 의 단일기능을 구현하는 부품 이러한 부품 복수의 기능을 내장C LTCC , LTCC

하여 일체화시킨 복합모듈 등 크게 세분류로 나눌 수 있다 현재 휴대폰용LTCC .

모듈 기판 광픽업 중첩 모듈기판 차량용 기판 용 듀PA , , ECU , CDMA/AMPS SAW

플렉서 기판 등과 같은 기판 다이LTCC , band pass filter, low pass filter, balun,

플렉서 커플러 마이크로 안테나 등과 같은 부품 멀티밴드용, , LTCC , TDMA FEM,

용 모듈 등과 같은 모듈이 양산되고 있다Antertna+BPF, PDC/W-CDMA RX LTCC

표 이들 제품이 주된 수요분야는 휴대전화를 중심으로한 무선인터페이. ( 2). LTCC

스 차량용 드라이브 등의 광픽업 레이저 발진 노이즈 저감용 중첩, ECU, MD-RW /

모듈 등이다.

기판LTCC 부품LTCC 모듈LTCC

휴대폰용 모듈 기판PA filter(BPF,LPF) 용TDMA multiband

광픽업 중첩모듈 기판 balun Anienna + BPF

차량용 기판ECU diplexer 용 모듈PDC/W-CDMA RX

용CDMA/AMPS SAW

기판duplexercoupler micro-antenna

표 제품의 분류표 제품의 분류표 제품의 분류표 제품의 분류2 LTCC2 LTCC2 LTCC2 LTCC

- 15 -

제조공정제조공정제조공정제조공정2) LTCC2) LTCC2) LTCC2) LTCC

유전체 재료를 마이크로파에 응용하려는 시도는 년에 에 의해 를1939 Richtmyer TiO

이용한 유전체 공진기의 연구가 최초로 이루어진 이래 점차 마이크로파 소자의 소

형화와 관련하여 높은 유전 상수를 갖는 물질의 개발이 요구되어 지고 있다 산화.

물 이외의 유전상수가 큰 재료의 유전 분산 은 대부분 마이(dielectric dispersion)

크로파 이하 대역에서 일어나므로 마이크로파 대역에서 사용할 수 있는 유전상수,

가 큰 재로는 주로 산화물 유전체 재료에 국한된다 특히 유전율 의. , 37 - 40

계 계 중에서 함유량이 많은 영역의 회토류 화합물BaO-Tio , BaO-TiO TiO (Sm

등 을 첨하가여 의 높은 유전율 의 높은 유전율을 갖는O, La O ) 75-110 75 - 110

계 및 등의 복합BaO-R O-TiO Ba(Zn1/3Ta2/3)0, Ba(Mg1/3Ta2/3)O perovskite

계 등이 대표적 산화물 유전체 재료이다 이와같은 산화물 유전체 재료는 비교적.

우수한 마이크로파 특성에도 불구하고 이상의 높은 소결 온도 때문에 전극1300℃

과 동시 소결이 불가능하므로 이하에서 소결 가능한 재료에 대한 연, 950 LTCC℃

구가 지난 여 년간 활발히 이루어졌으며 최근에는 수 에서 응용가능한 저유10 , GHz

전율 재료 개발에 연구의 초점이 맞춰져있다 공정으로는 결합제 가소제 분산제. , , ,

소포제 계면 활성제 원료 분말과 용매가 되는 액체로 구성되어진 단계 세, , Slurry ,

라믹 성형을 위한 단계 를 작업하고자 하는 면적만큼 절단하Tape Casting , sheet

는 단계 를 형성하기 위한 단계 에 를 채우는Blanking , via Via Punching , via paste

단계 설계된 전극 패턴을 위에 구현하기 위한Via Filling , green sheet Screen

단계 된 를 열과 압력을 가해 적층하는 단Printing , printing green sheet Laminating

계 된 를 하기 위한 단계 그리고 마지막으, Laminating green sheet cutting Cutting ,

로 단계로 구분되어진다Co-firing .

그림 공정그림 공정그림 공정그림 공정3 LTCC3 LTCC3 LTCC3 LTCC

- 16 -

가 제조공정가 제조공정가 제조공정가 제조공정) LTCC) LTCC) LTCC) LTCC

공정은 전체적으로 공정과 매우LTCC HTCC(High Temperature Cofired Ceramic)

유사하지만 복잡한 소성조건과 평탄화 소성 및 피막형성 단 가 생략, (plating step)

된 것이 특징이고 특히 소성온도가 로 낮다 각 단계의 공정에 대한 설, 850~900 .℃

명은 다음과 같다.

공정 일정한 두께와 폭을 지닌 저온소결용 유전체 후막필름은 롤Slitting : (roll)○

에 감겨있는 형태로 공급되는 것이 보통이다 공정은 공급된 후막필름에 대. Slitting

한 검사가 끝난 후에 롤에서 일정량의 후막필름을 잘라내는 단계로서 면도날을 이,

용하여 크기보다 약간 크게 절단하여 전체 적층수에 해당하는 만큼의 시트Blank

를 준비한다(sheet) .

전처리 공정 시트 형태로 준비된 유전체 후막필름을Blanking (Preconditioning):○

공기 중에서 의 온도로 분간 열처리하는 단계이다 혹은 시트를 건조120 20-30 .℃

한 질소분위기에서 약 하루 동안 유지시키기도 한다.

형성 펀칭 홀은 레이저를 사용하여 시트에 적당한 크기의 퍔 구멍을 만드Via :○

는 단계이다 는 각 층간의 전기적 연결을 위한 열확산을 용이하게 하기. Via via,

위한 적충단계에서 각 층을 정확한 위치로 정렬하기 위한thermal via, tooling

그리고 패턴을 인쇄할 때 기준점을 삼기 위한 의 용도로 사hole, registration hole

용된다.

시트에 형성된 각 구멍을 전도성 페이스트로 채우는 단계로서 종Via filling: via○

래의 후막 스크린 프린터 홀은 압출식 를 사용한다 황동 혹은 스테인레스via filler .

강판을 이용하여 만든 을 이용하여 구멍의 정확한 위치에 페이스트가stencil via

채워지도록 한다 이때 사용되는 전도성 페이스트는 시트와 소성 후 수축률이 잘.

맞아야 한다.

도체 패턴 인쇄 도차 패턴 인쇄는 종래의 후막 스크린 친쇄기를 사용하여 이루:○

어지는데 다양한 모양의 회로요소와 패턴을 도체 페이스트를 이용하여 인쇄방법으

로 형성한다 이때 사용되는 스크린은 표준 의 후막스크린이다. emulsion type . Via

단계에서와 마찬가지로 다공체를 사이에두고 진공을 만들어 시트를 붙잡아두filling

며 이때 시각 정렬 혹은 기계적 를 이용, (visionFinal inspection alignment) register

하여 시트의 위치를 제어 정렬시킨다 패턴 인쇄에 사용되는 전도성 페이스트는 소, .

성후 유전체 후막과 방향으로 수축률이 일치하여야 한다X, Y .

- 17 -

건조 구멍을 채운 전도성 페이스트와 도체 패턴을 형성한 페이스트를 건: Via○

조시키는 단계로서 약 온도의 에서 분간 건조시킨다120 box oven 5 .℃

검사 조명 책상 위에서 확대현미경을 이용하여 및 패턴이 형성된 시트를: via○

검사한다.

정밀한 적층 틀 을 이용하여 이 이Register for lamination : (fixture) registering○

루어진다 이제까지 각 시트를 유지해주고 있던 프레임에서 분리된 유전체 후막 시.

트가 각각 순서대로 정확한 위치를 맞추어 한 장씩 쌓여진다.

적충된 각 시트를 열과 압력을 이용하여 서로 접착 시켜주는 단계Lamination :○

이며 이때일축 압력 홀은 정수압 압력 을 사용한다(uniaxial press) (isostatic press) .

일축압력을 사용할 경우 약 로 가열된 평판을 이용하여 분 정도 가압하고70 5 ,℃

를 회전시켜서 다시 같은 방법으로 가압하여 전체적으로 균일한 압력이 전달되180°

도록 한다 반면에 정수압을 이용할 때에는 적층된 시트를 플라스틱 봉지에 봉지에.

넣어 진공포장하고 가열된 물 약 의 온도 을 이용하여 정수압을 가한다 가압( 70 ) .℃

하는 시간과 온도는 일축압력의 경우와 같지만 분간의 가압 후 회전하여 다, 5 180°

시 가압하는 과정은 필요하지 않다.

이 끝나면 이를 평탄한 위에 올려놓고Confiring Lamination setter tile kiln○

에서소성을 한다 의 온도범위에서 약 시간 이상 유지시키면furnace . 200-500 1℃

유전체 후막필름 및 페이스트에 들어있는 바인더 등의 유기물을 태워버릴 수 있고

이후 계속하여 온도를 올려서 의 온도범위에서 소성을 한다(burnout), 850~900 .℃

소성공정이 끝난 뒤에 후막저항기 유전체 및 도체 등을Post fire processing : ,○

형성하거나 기타 특별한 세라믹 공정을 거치게 된다.

전기적 단락 검사 소성 및 소성후 공정이 완료되면 전기적 단락 여부를 모든:○

제품에 대해 실시한다.

절단 다양한 벙법을 이용하여 절단을 한다 사각형 형태로 절단Singulation( ) : .○

할 때에는 일반적으로 를 사용하는데 절단된 각 부품의 크기 오차를 줄dicing saw

일 수 있고 또한 절단 후 모서리 상태가 야호하다 초음파를 이용한 절단은 임의.

형상의 절단을 가능케 하며 특히 전단후의 모서리 상태가 매우 양호하다 하지만.

비용이 많이 들고 절단 시간이 길다는 단점이 있다 레이저를 이용한 절단은 비교.

적 적은 비용으로 허용오차가 매우 작은 절단을 할 수 있지만 모서리 상태가 양호

하지 못하다.

- 18 -

완성된 부품을 최종적으로 검사하는 단계로서 표준화 된 테Final inspection :○

스트 절차에 따라 시각 혹은 자동 검사를 한다.

용 유전체 소재용 유전체 소재용 유전체 소재용 유전체 소재3) LTCC3) LTCC3) LTCC3) LTCC

기술을 이용한 적층구조를 제조하기 위한 기본 소재는 저유전율의 세라믹 후LTCC

막 필름과 전도성 금속 페이스트이다 세라믹 후막 필름은 일반적으로 테이프 캐스.

팅 방법에 의해 제조되는데 세라믹 유전체 분말에 용매 수용성 홀(Tape Casting) , (

은 비수용성 와 결합제 분산제 및 가소제 등의 유기물을 첨가하여 현탁한 슬러리) ,

를 제조하고 슬러리 내에 포함되어 있는 기포를 제거하기 위한 탈포과정(slurry)

을 거친 후 캐스터에 투입한다 캐스터에는 필름이 장착되어 있는데 이(de-airing) .

필름을 일정한 속도로 움직이면서 여기에 탈포된 슬러리를 투입하면 필름과 일정한

높이를 갖도록 조절된 블레이드 아래를 통과하면서 이동하는 필름 위에 세라믹 유

전체의 얄은 막이 형성된다 이 후막을 적당히 조절된 건조과정을 거치면 치밀하고.

유연성 있는 테이프가 얻어진다 이와 같이 테이프 캐스팅 방법에 의해 제조된 유.

전체 후막은 유연성이 있어서 취급과 가공이 용이하고 충진 밀도가 높으며 블레이,

드의 높이 조절에 의해 다양한 두께의 후막을 쉽게 얻을 수 있다 현재까지 개발된.

용 유전체 후막의 기본 소재는 다음과 같은 세 가지로 대별된다LTCC .

코디어라이트 계 의 코디어라이트 기본조성에(Cordierite) : 2MgO-2Al2O3-5SiO2○

소성온도를 낮추고 온도계수를 맞추기 위해 일부 부조성 물질을 첨가한 조성.

의 흔합물 계 유리 혹은 계Glass/Al2O3 : SiO2-B2O3 PbO-SiO2-B2O3-CaO○

유리에 필러 혼합하여 제조한 혼합체로서 성분에 의해 비교적Al2O3 (filler) glass

저온에서도 소성이 이루어진다.

결정화유리 세라믹의 혼합체 주로 알칼리 토류족 의 원소와/ : (Alkaline Earth)○

등의 성분을 포함하는 결정화유리를 주성분으로 하며 열처리과정 중SiO2, Al2O3 ,

에 로부터 세라믹 결정이 석출되어 나온다glass .

- 19 -

표 상용화된 용 유전체 후막 테이프의 특성표 상용화된 용 유전체 후막 테이프의 특성표 상용화된 용 유전체 후막 테이프의 특성표 상용화된 용 유전체 후막 테이프의 특성3 LTCC3 LTCC3 LTCC3 LTCC

표 에는 현재 상용화 되고 있는 용 유전체 후막의 특성이 나타나 있다 한편3 LTCC .

이러한 유전체 후막소재와 함께 사용되는 전도성 금속 페이스트는 주로 그Au, Ag

리고 합금이 사용된다 이들 전도성 페이스트는 유전체 후막 테이프와 동시Ag/Pd .

소성을 거쳐야 하므로 열팽창계수 등의 여러 특성이 유전체 후막과 잘 부합되어야

한다 페이스트는 기능을 부여해주는 기능상 예를 들어. ( Ag, Ag.Pd, Au, Cu, RuO2

등 접합용 유리질과 인쇄성을 부여해주는 유기용매 및 분산제 등으로 이루어진다), .

이러한 구성성분을 일정시간 혼합하여 균일하게 분산시키고 을 통해 응3-roll mill

집체를 분쇄하여 적당한 점도를 가지는 페이스트를 제조한다 일반적으로 페이스. Ag

트는 의 내부전극용으로 주로 사용되며 소성 후의 표면 전도체용으로는LTCC ,

홀은 계의 페이스트가 사용된다 다음에 일부 페이스트의 용도에 대해Ag/Pd Au .

기술하였다.

계 일부 수동소자를 표면실장 하기 위한 전도체로Ag/Pd : (Surface Mounting)○

많이 사용되며 전도체에 비해 전기전도도는 떨어지지만 납땜 시, Ag Ag leaching

현상이 적으므로 모듈의 표면 전극용으로 사용된다.

계 패키지를 제조할 때 의 용으로 주로 사용되며 높Au : IC wire bonding pad○

은 전도도와 신뢰성 강도가 주요 특성으로 요구된다 동시소성 및, wire bonding . 2

차 소성시 모두 적용 가능하지만 동시소성시에는 유전체 후막과의 수축률 정합이

요구된다.

- 20 -

비어 용 페이스트 비어는 위 아래 층을 전기적으로 연결해주는 역할을 하(Via) :○

며 유전체의 수축특성을 고려하여 비어 부분에서 회로의 끊김이 발생하지, LTCC

않도록 조성설계를 해야 한다 특히 혹은 의 경우에 효과에. Ag Au Kirkendall void

의한 회로의 끊김이 발생할 수 있으며 이를 방지하기 위하 완충작용을 하는 중간층

을 형성하거나 혹은 조성 설계를 통해 전이금속성 비어페이스트를만들어 통공현상

을 억제해야 한다.

시장 동향시장 동향시장 동향시장 동향4) LTCC4) LTCC4) LTCC4) LTCC

제품들의 년 세계시장은 총 억 개 조 억원 규모이다 현재 양LTCC 2002 19 , 1 2,000 .

산되고 있는 기판은 대부분 이동통신웅 모듈과 차량용 의 제조에 소LTCC PA ECU

요된다 용 기판은 그 특성상 수요가 급증하기는 매우 힘들지만 년의 세. ECU 2001

계적인 경기침체에도 불구하고 안정적인 증가 추세에 있으며 모듈용 기판은, PA

에 수지기판을 사용하는 부품의 비율이 늘어남에 따라 그 수요가 큰 폭으로GSM

줄고 있다 현재 양산되고 있는 부품은 무선 인터페이스용 다이플렉. LTCC balum,

서 커플러 등이 있다 이 듀얼화 됨에 따라, , band pass filter, micro antenna . GSM

급속도로 수요가 확대된 급속도로 수요가 확대된 다이플렛서 커플러 등과balun, ,

의 고주파측에 사용되는 및GSM, DECT, PHS, PCS TDMA band pass filter PDC

에 사용되는 다이버시티 안테나 등이 년에 억 정도의 시장이 형성되었2000 3,800

다 하지만 의 듀얼 밴드 기기에 사용되는 이 기능을 가진 밸런스형. , CSM balun

필터 및 다이플렉서를 일체화시킨 모듈과 등이 개발됨에 따라 무선SAW PA FEM

인터페이스용의 부품 수요는 감소추세에 있다 년 이후에는 근거리 무LTCC . 2003

선통신기술의 본격적 전개에 따라 수지기판을 사용하는 블루투스 모듈의 구성에 필

수적인 와 및 등에 대한 수요회복이 기대된다band pass filter balun antenna .

용 필터 믹서 등을 복합일체화한 모듈이 출시되는 등PDC , LNA, , balun RF 2000

년 년의 경기 침체에도 불구하고 기술적으로는 큰 발전이 있었다 부품, 2001 . LTCC

및 기판이 출시 되 모듈로 복합일체화 되는 기술 발전의 흐름은 향후 한층LTCC

심화될 것으로 전망됨에 따라 커플러 등의 부품을 기판 내에 구현하, balun LTCC

여 으로 일체화하고 한 걸음 더 나아가 이러한 복합모듈에 반도체FEM , LTCC

을 실장하거나 디바이스 등의 기밀 봉지를 실현하는 패키징bare-chip SAW LTCC

기술을 확보할 필요성이 대두되고 있다.

의 응용의 응용의 응용의 응용5) LTCC5) LTCC5) LTCC5) LTCC

불과 몇 해 전까지도 기술은 일부 소규모의 군사용 응용에 국한되었지만 지LTCC

금은 대량 생산을 바탕으로 하여 일반적인 상업적 목적의 소비자 생활가전 부문과

특히 무선 통신분야에서 급속히 응용의 범위를 넓혀가고 있다.

- 21 -

마이크로파 주파수에서 동작할 수 있는 고집적화된 모듈의 구성 등 무선통신 시스

템의 설계분야는 시장의 성장을 주도하고 있으며 이외에도 자동차 의료용LTCC , ,

기계 등 여러 분야에서 사용되고 있다 대역에서 동작하는 블루투스. 2.45GHz

무선 프로토콜의 출현은 기술의 응용 범위를 더 한층 넓혀준 계(Bluetooth) LTCC

기가 되었으며 블루투스용 송수신기의 에 사용되는 일련의 수동 부품, RF front-end

을 하나의 모듈로 구현하려는 움직임이 활발히 전개되고 있다 간소해진 제LTCC .

조공정과 설계의 유연성 그리고 고주파수 대역에서 우수한 특성등에 의해 기LTCC

술은 기존에 사용되던 패키지 기술의 영역을 점점 대체하고 있다.

가 도파로 필터가 도파로 필터가 도파로 필터가 도파로 필터) (WaveRuide filters)) (WaveRuide filters)) (WaveRuide filters)) (WaveRuide filters)

초고속의 디지털 신호 및 전원 회로를 동시소성 세라믹에 의해 구현되는 마DC RF/

이크로파 구조물과 함께 집적화하는 것은 무선 마이크로파 통신 모듈의 제작에 공

통된 사항이 되고 있다 에 의해 구현되는 도파로 구조물이 기존의 인쇄된. LTCC

전송선로에 비해 뛰어난 점은 삽입손실이 작다는 점이다 따라서 도파로 구조물을.

동시소성에 의해 얻어지는 적층구조의 세라믹에 구현하여 저손실의 필터를 제조할

수 있으며 이 경우 이 거의 없고 마이크로스트립 혹은 스트립라인 등의, crosstalk

다른 전송선로와의 연계도 용이하다 그림 에는 를 이용한. 4 inductive window

도파로 필터의 구조가 나타나 있는데 의 크기를 가지며LTCC , 2.4*0.36*0.011 inch

두께의 기판내에 구현될 수 있다0.076 inch LTCC .

그림 기판 내에 구현된 필터의 구조그림 기판 내에 구현된 필터의 구조그림 기판 내에 구현된 필터의 구조그림 기판 내에 구현된 필터의 구조4 LTCC inductive window4 LTCC inductive window4 LTCC inductive window4 LTCC inductive window

나 수동부품의 집적을 이용한 모듈나 수동부품의 집적을 이용한 모듈나 수동부품의 집적을 이용한 모듈나 수동부품의 집적을 이용한 모듈))))

기술의 바람직한 응용분야는 저항기 커패시터 및 인덕터 등의 수동 소자를LTCC ,

다른 능동 기능의 소자와 함께 집적하여 하나의 기능성 모듈을 제작하는 것이다.

앞에서 기술한 바와 같이 여러개의 수동부품을 적층구조의 모듈에 집적시킬LTCC

경우 인터커넥트 및 이에 따른 임피던스 정합의 문제를 해소할 수 있고 또한 성능

의 향상과 제조비용의 감소 등의 이들을 볼 수 있다.

- 22 -

그림 에는 이리듐 위성통신의 단말기에 사용되는 리시버 모듈이 나타나 있는데5 ,

개의 매설된 부품과 개의 표면 실장된 부품으로 구성 되어 있다26 (embedded) 16 .

이와 같이 고밀도의 모듈은 스위치 코일 임피던스 정합T/R , ESD protection, bias ,

회로 보호기 그리고 저잡음 증폭기 등의 다양한 소자를 모두 집적시킨 결과, limiter

물이다 그리고 그림 에는 기술을 이용하여 일반적이 휴대전화 단말기의 수. 6 LTCC

동부품을 집적시킨 결과 단말기 당 약 달러 정도의 수동부품을 이룬 예를 보여준4

다.

Integrated Receiver for Iridium HandsetIntegrated Receiver for Iridium HandsetIntegrated Receiver for Iridium HandsetIntegrated Receiver for Iridium Handset

26 Embedded components26 Embedded components26 Embedded components26 Embedded components

- 9 Thick Film Capacitors- 9 Thick Film Capacitors- 9 Thick Film Capacitors- 9 Thick Film Capacitors

- 8 Multilayer Capacitors- 8 Multilayer Capacitors- 8 Multilayer Capacitors- 8 Multilayer Capacitors

- 9 Transmission Lines/Coils- 9 Transmission Lines/Coils- 9 Transmission Lines/Coils- 9 Transmission Lines/Coils

16 Mounted Components16 Mounted Components16 Mounted Components16 Mounted Components

- 7 Resistors- 7 Resistors- 7 Resistors- 7 Resistors

- 2 PIN Diodes- 2 PIN Diodes- 2 PIN Diodes- 2 PIN Diodes

- 2 Femite Beads- 2 Femite Beads- 2 Femite Beads- 2 Femite Beads

- 2 MOSFETs- 2 MOSFETs- 2 MOSFETs- 2 MOSFETs

- 1 Liniter Diode- 1 Liniter Diode- 1 Liniter Diode- 1 Liniter Diode

- 1 Capacitors- 1 Capacitors- 1 Capacitors- 1 Capacitors

- 1 LNA- 1 LNA- 1 LNA- 1 LNA

그림 기술을 이용하여 제작한 위성통신용 단말기의 리시버 모듈그림 기술을 이용하여 제작한 위성통신용 단말기의 리시버 모듈그림 기술을 이용하여 제작한 위성통신용 단말기의 리시버 모듈그림 기술을 이용하여 제작한 위성통신용 단말기의 리시버 모듈6. LTCC6. LTCC6. LTCC6. LTCC

A Paradigm ShiftA Paradigm ShiftA Paradigm ShiftA Paradigm Shift

# of Pasives: 200# of Pasives: 200# of Pasives: 200# of Pasives: 200

Assumption:Assumption:Assumption:Assumption:

Comp. Value: 20pF/20nHComp. Value: 20pF/20nHComp. Value: 20pF/20nHComp. Value: 20pF/20nH

Comp Size:3 SqComp Size:3 SqComp Size:3 SqComp Size:3 Sq㎜㎜㎜㎜

Q Value: 30 - 100Q Value: 30 - 100Q Value: 30 - 100Q Value: 30 - 100

# ayers: 8# ayers: 8# ayers: 8# ayers: 8

Area: 25 * 25Area: 25 * 25Area: 25 * 25Area: 25 * 25 ㎜㎜㎜㎜

Approx Cost : 3.60Approx Cost : 3.60Approx Cost : 3.60Approx Cost : 3.60＄＄＄＄

Cost Savings: > 4.00Cost Savings: > 4.00Cost Savings: > 4.00Cost Savings: > 4.00＄＄＄＄

그림 기술을 이용한 차원 집적 모듈그림 기술을 이용한 차원 집적 모듈그림 기술을 이용한 차원 집적 모듈그림 기술을 이용한 차원 집적 모듈7 LTCC 37 LTCC 37 LTCC 37 LTCC 3

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와이어 방전 가공와이어 방전 가공와이어 방전 가공와이어 방전 가공2. (Wire Cut EDM)2. (Wire Cut EDM)2. (Wire Cut EDM)2. (Wire Cut EDM)

와이어 방전가공의 개요와이어 방전가공의 개요와이어 방전가공의 개요와이어 방전가공의 개요1)1)1)1)

와이어 방전가공은 년 오사카 국제 박람회에 소련에서 출품한 것을 시작으로1959 ,

성능의 향상과 컴퓨터 등 전자기술과 연결하여 금형가공에 주로 사용되고 있NC,

으며 그 중에서도 타발형 가공의 정밀화 무인화 간이화를 가져온 가공, (blanking) , ,

법이다.

처음에는 모방방식이 적용되었지만 최근에는 화 되었다 와이어 방전 가공CNC . CNC

은 와이어 지름 의 가는 금속전극과 제어로 테이블을 이송히켜 소0.05- 0.3 CNC㎜

정의 형상으로 이동하면서 차원 또는 차원 형상을 가공하는 방전가공 장치로2 2.5 ,

와 컴퓨터를 응용하여 등으로 발전되었다 와이어 전극의 지름은NC CNC . 0.05- 0.3

가 일반적이고 가공 효율이나 가공 중 전극의 단락을 고려하여 지름 이상0.2㎜㎜

을 많이 사용하고 있으며 방전가공액인 이온수를 고압으로 공급하여 와이어 전극과

공작물을 냉각시킴과 동시에 칩을 제거하며 서보장치를 제어한다.

의 장단점의 장단점의 장단점의 장단점2) Wire Cut EDM2) Wire Cut EDM2) Wire Cut EDM2) Wire Cut EDM

의 장단Wire cut EDM○

공작물이 전도성을 가지고 있으면 경도 점도 등의 제약을 받지 않는다- , .

이형을 비교적 좋은 정도로 가공할 수 있다- .

전극과 가공물에 기계적인 힘이 가해지지 않는 상태에서 가공이 된다- .

무인운던이 가능하다- .

가공면이 균일하다- .

불가능한 가공이 거의 없다- .

미세한 구멍이나 홈 가공이 가능하다- .

나사구멍이나 굽은 구멍도 가능하다- .

의 단점Wire Cut EDM○

전극 제작이 필요하다- .

전극 소재에 제한이 있다- .

일시적이 가공속도는 느리다- .

석유 등 인화성물질을 사용한다- .

에서의 전기적 인자Wire Cut EDM

와이어 방전가공은 전기적 에너지를 이용한 가공법이므로 방전가공에 적용된 전기

적 인자에 의해 가공성능이 결정된다 와이어 방전가공에 영향을 미치는 전기적 인.

자는 다음과 같다.

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가 펄스온타임가 펄스온타임가 펄스온타임가 펄스온타임))))

펄스온타임 는 극간에 전압이 인가되는 시간으로 표 는 피크전류 값과 펄스온p 4τ

타임의 관계를 나타낸 것이며 펄스온타임이 큰 값으로 설정되면 방전 에너지가 커

지게 되고 가공속도도 빨라진다.

표 펄스온타임 조건표 펄스온타임 조건표 펄스온타임 조건표 펄스온타임 조건4444

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나 펄그오프타임 휴지시간나 펄그오프타임 휴지시간나 펄그오프타임 휴지시간나 펄그오프타임 휴지시간) ( )) ( )) ( )) ( )

펄스오프타임 은 극간에 인가되는 전압을 차단하는 시간으로 표 는 펄스오프타r 5τ

임 관한 설정에 관한 시간을 나타낸 것이며 펄스오프 타임이 큰 값으로 설정되면

방전이 발생하는 간격이 길어지므로 방전에너지가 작아지게 된다.

표 펄스오프타임 조건표 펄스오프타임 조건표 펄스오프타임 조건표 펄스오프타임 조건5555

다 피크전류치다 피크전류치다 피크전류치다 피크전류치))))

피크전류치 는 전류의 최대값을 나타내는 인자로 방전가공에서 방전에너지는 거Ip

의 피크 전류치 주전원전압 펄스온타임 에 의해 결정된다 표 은 피크전Ip, V, p . 6τ

류치와 전류와의 관계를 표시하였으며 피크전류치 는 가공조건에 따라 황삭인 경Ip

우 번 이상을 정살가공일 경우에는 에서 번 사이를 선택하여 방전가공을 한16 , 0 15

다.

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표 피크전류 조건표 피크전류 조건표 피크전류 조건표 피크전류 조건6666

라 보조전원회로라 보조전원회로라 보조전원회로라 보조전원회로))))

보조전원회로 에서 값은 고전압회로를 선택하는 조건으로 피크전류값에 따라HP H

그 기능이 다르다 표 는 보조전원 조건을 표시하였으며 표와 같이 일반적 값은. 7 H

피크전류값이 보다 크거나 같은 경우인 황삭 가공에서는 좀처럼 사용되지 않으16

며 피크전류값이 보다 작거나 같은 경우인 사상가공의 경우에는 고전압회로를, 15

선택하여 방전가공을 한다 값은 불안정한 가공이 이루어지는 동안의 펄스온타입. P

기간을 설장하는 기능으로 피크전류값이 보다 크거나 같을 경우 가공조건에 의해16

결정 된 값보다 큰 값이면 방전기간 설정에 사용하지 않는다 그리고 값이 보. P 15

다 작거나 같은 경우에도 사용되지 않는다.

- 27 -

표 보조 전원 조건표 보조 전원 조건표 보조 전원 조건표 보조 전원 조건7777

마 펄스오프타임 조정마 펄스오프타임 조정마 펄스오프타임 조정마 펄스오프타임 조정))))

보조전원회로 와 마찬가지로 펄스오프타임 조정 는 피크전류치에 따라 기능이 다MA

르다 가공상태의 불안정한정도를 탐색하는 레벨을 설정하는 인자 의 값은 표. M

와 같이 사이의 값을 가지며 는 불안점한 상태로 가공되는 동안의 펄스오8 0- 9 , A

프타입의 스케일팩터를 설정하는 인자로 값은 사이의 값을 가진다 를 큰 값0-9 . A

으로 설정하면 펄스오프타임의 스케일팩터가 증가하여 결과적으로 가공속도는 감소

하지만 가공안정성은 높아진다.

바 서보참조전압바 서보참조전압바 서보참조전압바 서보참조전압))))

서보참조전압 는 전극과 가공물의 간격을 설정하기 위한 함수로 와이어 가공위치SV

에서의 전압을 설정하는 인자이다 그림 과 같이 를 높은 값으로 설정하면 평균8 SV

가공 전압이 증가하여 결과적으로 가공안정성이 높아지지만 와이어와 가공물의 간

격이 멀어지게 되므로 가공속토가 저하된다.

그림 서보참조전압에 따른 공작물과 전극 간격그림 서보참조전압에 따른 공작물과 전극 간격그림 서보참조전압에 따른 공작물과 전극 간격그림 서보참조전압에 따른 공작물과 전극 간격8888

- 28 -

표 펄스오프타임 조정조건표 펄스오프타임 조정조건표 펄스오프타임 조정조건표 펄스오프타임 조정조건8888

사 주전원전압사 주전원전압사 주전원전압사 주전원전압))))

주전원전압 는 인가되는 주전원전압으로 피크전류치 와 함께 방전펄스 에너지를V Ip

결정하는 중요한 인자이다 표 과 같이 주전원 전압 조건 값은 황삭인 피크전류. 9 V

값 번과 함께 번을 사용하며 사상가공인 경우 피크전류값 번과 함께16-17 03 0-15

번을 선택 사용한다00-02 .

- 29 -

표 주전원전압 조건표 주전원전압 조건표 주전원전압 조건표 주전원전압 조건9999

아 서보속도아 서보속도아 서보속도아 서보속도))))

서보속도 는 서보참조레벨의 방전갭 전압을 유지시키기 위하여 테이블이 이송하SF

는 속도이다 서보속도 값은 표 과 같이 번에서 번 중 한 가지 조건을 선택 하. 10 0 9

게 되며 서보속도 값이 클수록 테이블의 이송속도는 감소하고 서보속도 값이 적을

수록 빨라진다.

표 서보속도 조건표 서보속도 조건표 서보속도 조건표 서보속도 조건10101010

- 30 -

자 방전 에너지자 방전 에너지자 방전 에너지자 방전 에너지))))

도전액체에서 전극과 공작물 사이에 전기적에너지를 가하면 전극과 공작물의 표면,

이 방전현상의 결과로 방전혼을 만들고 소모현상을 일으킨다 방전을 가공에 이용.

하려면 이 소모현상을 이용하여 반복방전을 계속하면서 원하는 형상으로 가공한다.

그리고 실제 방전가공에서 가공 확대여유 가공속도 면 거칠기 등에 관한 여러 특, ,

성들을 정량적으로 파악함으로써 적합한 가공조건을 선정하여 가공에 이용하는 것,

이 방전가공의 메카니즘이다 단일펄스의 방전전압 전류와 시간변화의 특성에 대. ,ㅇ

한 단발방전에너지 는 식 과 같다0 (2-1) .ε

여기서 단발방전에너지 방전시간 단위는 전압 방전전류 표시되J, sec, V(t) V, Afhμ

며 식 은 다음과 같이 표현된다(2-1) .

여기서 는 피크방전전류 이고 방전전압 가 일정하다고 보면 방전에너지를 다Ip A , V

음과 같이 나타낼 수 있다.

- 31 -

금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작금형 설계 및 제작3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch3. LTCC Via Punch

지원 업체는 현재 산업 설비 및 자동화 기기와 반도체 가전제품 자동차 부품용 정, ,

밀 금형을 생산 공급중이며 금형 설계 및 제작 등 모든 공정을 보유하고 있다 일, .

본에서 독접하고 있는 저온동시소성세라믹 금형을 국내에서LTCC( ) Via punching　

유일하게 개발하기 위하여 많은 시향착오를 거쳤으나 성공하지 못하였다.

는 수십 수백 두께의 세라믹 유전체와 여러 가지 회로 요소를 구현하기 위LTCC ~ ㎛

한 전도성 금속 페이스트를 이용하여 여러 층의 적충형 소자를 제조해야 하기 때문

에 저온동시소성세라믹 금형은 홀의 형상 공차 및 형상 공차LTCC( ) Via punching

를 만족시키지 못하였으며 순차적으로 홀을 가공하여 금형의 금형의 열 변형을 인h

하여 홀의 위치공차를 만족시키기 어려웠다 홀 가공의 경우 일반적으로 와이어가.

홀의 중심에서 홀의 반경까지 수직한 방향으로 접근한 후 원주를 따라 방전 가공하

여 홀을 가공하였으나 와이어가 처음 홀의 치수와 맞나는 부분에서 과잉 가공되어

홀의 형상에 손상을 가져온다 이와같은 문제로 인하여 새로운 홀의 가공방법과 홀.

의 위치공차를 만족시키기 위한 공정개선의 개선이 필요하다 금형의 열 변형 구조.

해석을 통하여 홀의 오차를 최소화 할 수 있는 공정을 개발하였고 홀의 형상pitch ,

을 정확하게 가공하기 위한 초정밀 절삭 가공 기법 기술을 개발하였다.

제품의 요구 정밀도제품의 요구 정밀도제품의 요구 정밀도제품의 요구 정밀도1)1)1)1)

금항 제품의 요구 정밀도는 다음과 같다LTCC Via punching

홀 형상의의 치수공차 이내- : 0.005㎜

홀과 홀 사이의 공차 이내- Pitch : 0.01㎜

프레스 공정 후 제품의 의 요구 한계 이내- LTCC Burr : 0.005㎜

표면 결함은 육안 검사 시- 無

재료의 분석재료의 분석재료의 분석재료의 분석2)2)2)2)

가 금형 소재) : SKH 51

금형 소재는 몰리브덴계 고속도강 을 실시하였다 은 텅스텐계 고SKH 51( ) . SKH 51

속도강의 통스텐의 일부 또는 전부를 몰리브덴으로 대체한 것으로 합금강에 있어서

몰리브덴의 작용은 본직적으로는 텅스텐과 같지만 의 합금효과는 에, Mo 1% W 2%

필적하며 텅스텐계 고속도강에 비해 제조원가가 낮다는 이점이 있는 외에 현미경,

조직이 미세해서 담금질 온도가 낮아도 좋다는 장점이 있다 그리고 열에 의한 변.

형이 적어 고정밀 금형으로 적합하다 표 은 의 주요 합금 성분이며 몰리. 11 SKD51

브덴이 약 이하로 합금되어 있다0.4 .

- 32 -

표 합금 성분표 합금 성분표 합금 성분표 합금 성분11 SKD5111 SKD5111 SKD5111 SKD51

원소/J

ISKS

탄소 규소 망간 인 황 닉켈 크롬 휘수연 텅스텐 바나튬 코발트

C Si Mn P S Ni Cr Mo W V Co

SKH51SKH-

9

0.80/0

.90

=<0.4

0

=<0.4

0

=<0.3

0

=<0.3

0-

3.80/4

.50

4350/

5.50

11.50/

13.50

1.60/2

.20-

금형은 매우 정밀함과 프레스에 따른 강도와 인성이 요구되므로 표 와 같LTCC 12

은 열처리를 수행하였다.

표 합금의 열처리표 합금의 열처리표 합금의 열처리표 합금의 열처리12 SKD5112 SKD5112 SKD5112 SKD51

열처리 경도

풀림 담금질 뜨임 HB HRC

800-880(1)1,220~1,240

(2)1,200~1,220550-570 이하225 이상63

와이어 선정와이어 선정와이어 선정와이어 선정3)3)3)3)

방전 가공에서 와이어는 가공 용도에 따라 다양한 제품이 판매되고 있기 때문에 적

합한 제품의 와이어를 선정하는 것은 가공 품질의 직접적인 요인이 된다 그림 는. 9

와이어에 따른 기능을 보여주고 있다.

그림 와이어 제품에 따른 표면 개질그림 와이어 제품에 따른 표면 개질그림 와이어 제품에 따른 표면 개질그림 와이어 제품에 따른 표면 개질9999

- 33 -

의 경우 가공 속도는 빠르나 가공 면의 상태는 정밀하지 못하며cobara cut type B

의 경우 가공속도는 느린 방면 양호한 가공 표면을 얻을 수 있Cobra cut type A

다 따라서 정밀한 표면을 요구하는 가공의 경우 혹은 를 사용해야. type A type G

한다 본 방전가공에서는 를 사용하였다 그림 은 전류기에 따른 사용 가. type A . 10

능한 제품이며 그림 은 의 자세한 사양이다11 Cobra cut type A .

Machine types and wire electordoesMachine types and wire electordoesMachine types and wire electordoesMachine types and wire electordoes

For selecting the optimum wire for your machine. please see also outFor selecting the optimum wire for your machine. please see also outFor selecting the optimum wire for your machine. please see also outFor selecting the optimum wire for your machine. please see also out

internet service offer atinternet service offer atinternet service offer atinternet service offer at www.berkenhoff.dewww.berkenhoff.dewww.berkenhoff.dewww.berkenhoff.de

The use of MICROCUT* requires that the machines have an appropriateThe use of MICROCUT* requires that the machines have an appropriateThe use of MICROCUT* requires that the machines have an appropriateThe use of MICROCUT* requires that the machines have an appropriate

wire option.wire option.wire option.wire option.

그림 전류기 타입에 따른 사용 가능한 와이어그림 전류기 타입에 따른 사용 가능한 와이어그림 전류기 타입에 따른 사용 가능한 와이어그림 전류기 타입에 따른 사용 가능한 와이어10101010

그림 의 사양그림 의 사양그림 의 사양그림 의 사양11 Covra cut type A11 Covra cut type A11 Covra cut type A11 Covra cut type A

- 34 -

금형의 요소 설계금형의 요소 설계금형의 요소 설계금형의 요소 설계4) LTCC Via punch4) LTCC Via punch4) LTCC Via punch4) LTCC Via punch

가 다이와 펀치 사이의 의 결정가 다이와 펀치 사이의 의 결정가 다이와 펀치 사이의 의 결정가 다이와 펀치 사이의 의 결정) clearence) clearence) clearence) clearence

다이와 펀치의 는 다음과 같이 소재의 특성과 제품의 두께에 따라서 결정clearence

이 된다 제품이 종이인 경우 보다 작은 값을 사용하며 본 제품의 경우 업. 1 , LTCC

체에서 비밀을 요구하였으므로 본 보고서에서는 그 값을 기록하지는 않았다.

재료의 성질 정밀 타발 또는 극박판

종이 >1

재품의 소재 대외비

나 프레스 하중과 스트리핑 포스나 프레스 하중과 스트리핑 포스나 프레스 하중과 스트리핑 포스나 프레스 하중과 스트리핑 포스))))

피가공재를 소정의 형상으로 프레스하기 위한 하중은 아래의 공식으로 계산하는 것

이 가능하다.

스티리핑 포스는 프레스 하중의 를 사용하였다5~20% .

다 금형의 끼워 맞춤 설계다 금형의 끼워 맞춤 설계다 금형의 끼워 맞춤 설계다 금형의 끼워 맞춤 설계))))

금형은 각 요소를 설계할 때 작동사의 정밀도를 보증하기 위LTCC via punching

하여 적절한 공차를 부여하여야 한다 특히 편차와 펀치 다이와 다이 사이의. , pitch

는 까워맞춤 자립도가 매우 중요하다 공차의 적용에 있어 까워 맞춤 공차 기호는.

의 표를 참조하여 공차 값을 적용하였다 각각의 정확한 치수에 대해서KS B 0401 .

는 지원업체에서 비밀을 요구하여 본 보고서에서는 기록하지 않았다.

- 35 -

라 프레스 선정라 프레스 선정라 프레스 선정라 프레스 선정))))

제품은 국내 기업에서 생산하고 있으며 정밀도를 요구하기 때문에 전용 프LTCC S

레스와 금형을일본 사로부터 모두 수입하여 생산하고 있는 실정이다 본 과제UTH .

의 금형은 기업의 프레스를 사용하였으며 기업에서 보유하고 있는 장비는S S

로 사양은 다음과 같다MPRO-SELECTinP .

MPRO-SELECTinP○

- Work size : Max. 200㎜

- Punching area : Max. 150㎜

- Punching accuracy : ±l0 (Between 2 point in 1")㎛

- Punching speed : Max. 600 holes/min

마 금형 재료의 선정마 금형 재료의 선정마 금형 재료의 선정마 금형 재료의 선정))))

금형의 금형 요소 중 와 는 을LTCC Via punching punch plate die plant SKH 51

사용하였으며 대개의 중요한 부품은 합금 공구강인 을 사용하여 강도를 증SKD 11

가시컸다 특히 은 열처리 후에도 변형이 적어 치수 오차가 적다. SKD 51, SKD 11 .

표 은 금형의 핵심 부품에 대한 재료를 표기 하였다13 .

- 36 -

표 주요 부품의 재질표 주요 부품의 재질표 주요 부품의 재질표 주요 부품의 재질13131313

품번 품명 재질 수량 비고

1 punch holder 5M45C 1 HRC18

2 punch backing plate HPM-2 1 HRC29

3 punch plate SKH51 1 HRC62~64

4 die plate SKH51 1 HRC62~64

5 die backing plate SKD11 1 HRC58~62

6 die holder SM45C 1 HRC18~25

D7 guide post SU J2 4 HRC58

D7-1 spring SWP-B 4 MISUMI

D7-2 bolt SCM435 12

P7 guide bush SUJ2 4 MISUMI

P7-1 ball retainer POM 4 MISUMI

D8 strcke end block SS400 4 MISUMI

D9 Mside table AL6061 1 이노다이징

D9-1 side table AL6061 1 이노다이징

D9-3 bolt SCM435 12

10 cover 년304 1

D11 die insert F20 1 HRA89-91.5

D11-1 die insert F20 4 HRA89-91.5

P11 punch holder SKD11 2 HRC58-62

P11-1 punch holder CD650 6 HRA89-91.5

P11-2 cap SKD11 6 HRC58

P11-3 punch holder SKD11 6

P11-4 punch holder CD650 6

P11-5 stopper SKS3 6

P11-6 piercing punch KMS 4

P11-7 piercing punch KMS 2

P11-8 set screw SCM435 6

P11-9 bolt SCM435 24

P11-10 spring SWP-A 6 MISUMI

- 37 -

금형의 공정 설계금형의 공정 설계금형의 공정 설계금형의 공정 설계5) LTCC Via punching5) LTCC Via punching5) LTCC Via punching5) LTCC Via punching

제품은 매우 정밀한 형상과 위치공차를 요구하기 때문에 가공에 있어서 많은 어려

움이 있다 방전가공시 기존의 방법으로 가공 할 경우 홀의 형상이 완전한 진원으.

로 얻어지지 않았으며 홀과 홀 사이의 가 오차범위 안에서 가공되지 않아 불, pitch

량이 발생하였다.

가 홀의 지원도 개선가 홀의 지원도 개선가 홀의 지원도 개선가 홀의 지원도 개선))))

홀은 으로 가공 하였다 일반적으로 홀을 가공할 때는 그림 는wire E.D.M. . 9 Wire

으로 홀을 가공할 경우 발생하는 초차를 측정한 것이다 요구 정밀도가E.D.M . 5㎛

이나 측정 결과 이상의 오차가 발생하였다8 .㎛

그림 일반적인 홀 파공 프로파일 좌 과 결함 우그림 일반적인 홀 파공 프로파일 좌 과 결함 우그림 일반적인 홀 파공 프로파일 좌 과 결함 우그림 일반적인 홀 파공 프로파일 좌 과 결함 우9 ( ) ( )9 ( ) ( )9 ( ) ( )9 ( ) ( )

이것은 홀 가공 시 와이어가 홀의 외접부에 수직으로 진행한 후 원주를 따라 가공

하여 문제가 발행하였다 따라서 홀의 진행을 라운드 형식으로 수정하여 접선 방향.

을 진행하도록 함으로써 진원의 홀을 얻을 수 있었다 그림 은 홀 가공시 접선. 10

발향으로 와이어의 경로를 수정한 후 결함 부위를 다시 측정한 것이다.

그림 수정된 홀 가공 프로파일 좌 과 홀 사진 우그림 수정된 홀 가공 프로파일 좌 과 홀 사진 우그림 수정된 홀 가공 프로파일 좌 과 홀 사진 우그림 수정된 홀 가공 프로파일 좌 과 홀 사진 우10 ( ) ( )10 ( ) ( )10 ( ) ( )10 ( ) ( )

- 38 -

나 방전가공 조건나 방전가공 조건나 방전가공 조건나 방전가공 조건))))

일반적으로 홀을 방전할 때 코어를잘라내는 방식으로 가공하나 직경이 이기 때3Φ

문에 코어를 생성하지 않고 코오 부분까지 방전하는 방식으로 가NO-core cutting

공하였다 총 번에 걸쳐 방전가공 하였으며 각 조건은 다음과 같다. 4 .

차 방전 가공1①

방전 시간 분 초- : 5 11

공구 이송 속도- : 5.91 /min㎜

방전 전류- : 19 A

와이어 장력- : 20 N

와이어 이송 속도- : 150 /min㎜

플러싱 압력- : 1 P

플러싱 타입 상하 동시 플러싱- : 13( )

차 방전 가공2②

방전 시간 초- : 52


방전 전류- : 17 A



플러싱 압력- : 0.3 P


차 방전 가공3③

방전 시간 분 초- : 1 2


방전 전류- : 12 A





- 39 -

차 방전 가공4④

방전 시간 분- : 2


방전 전류- : 3 A





나 홀과 홀 사이의 정밀도나 홀과 홀 사이의 정밀도나 홀과 홀 사이의 정밀도나 홀과 홀 사이의 정밀도) pitch) pitch) pitch) pitch

금형의 열변형 해석①

금형의 홀을 방전가공할 때 도 이상의 고열이 발생하며 금형의 열변형이 발생1000

하기 때문에 하나의 홀 가공 후 다음 홀을 가공할때 발생한 열로 인하여 오차pitch

가 발생한 것으로 보았다 홀 간 의 요구 정밀도는 로 따라서 방전 가공시. ptch 5㎛

방전 열이 금형에 미치는 영향과 열변형의 효과를 연구하기 위하여 열해석을 수행

하였다.

그림그림그림그림 11 Simulation model11 Simulation model11 Simulation model11 Simulation model

홀의 직경은 이므로 충분한 크기의 의 블록을 모델링 하였다3 30X30X10 .Φ

- 40 -

그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포12 ( ) : 0°, 90°12 ( ) : 0°, 90°12 ( ) : 0°, 90°12 ( ) : 0°, 90°

- 41 -

그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포그림 성형 해석 결과 그림 온도 분포13 ( ) : 180°, 270°13 ( ) : 180°, 270°13 ( ) : 180°, 270°13 ( ) : 180°, 270°

해설결과 홀 직경에서 의 범위 까지는 온도의 영향이 있었으나 이후의1.5 1.5㎜㎜

범위에서는 영향을 주지 못했다 가공이 진행 될수록 온도가 올라 갈 것으로 예상.

하였으나 냉각수의 영향으로 온도가 증가하지 못하여 어느 값에서 평형을 이루었

다.

- 42 -

실험②

방전가공시 발생하는 열이 홀과 홀 사이의 정밀도에어느정도 영향을 미치는pitch

지 확인하기 위하여 실험을 하였다 실험은 실제 금형과 동일한 간격으로 하여 가. ,

로 세로 각각 한 라인씩 가공한 후 를 측정하엿다 금형에는 홀로부터, pitch . 1.5㎜

떨어진 위치에 온도 센서를 삽입하여서 가공 중 발생하는 온도를 측정하였다.

그림 실그림 실그림 실그림 실험험험험 금형 사진금형 사진금형 사진금형 사진14141414

실험 결과 홀 가공 시 온도는 를 유지하였다 냉각수의 온도가 이17 ~24 . 21℃ ℃ ℃

상인 것을 감안하면 실제로 금형의 은토는 크게 증가하지 않았다 이것은 방전으로, .

생긴 열이 냉각수에 의해서 대부된 흡수가 되었다는것을 의미하며 실험 후 측정을

통하여 확인한 결과 모두 의 오차를 보여 금형의 치수 오차에 큰 영향을0.1~0.5㎛

미치지 못했다 측정데이터는 부록에 첨부하였다. .

작업 환경③

온도가 금형의 에 영향을 주지 못함에도 불량이 발생하여 다른 원인을 검토하pitch

던 중 지원 업체의 작업환경이 주위 노이즈가 많이 발생하는것을 알게 되었다.

주위에 다른 가공 장비가 배치되어 있어 다른 장비가 가공중에 작업을wire E.D.M.

할 경우에는 발생하는 노이즈에 의한 영향이 크다는 것을 알게 되었다 또한 지원.

업체의 장비가 노후되어 있고 방진 부품이 손상되어서 완전한 방진처리가 되지 않

아 방진고부를 사용하여 보강하였다.

- 43 -

금형 설계금형 설계금형 설계금형 설계6)6)6)6)

가 다이가 다이가 다이가 다이) Punch) Punch) Punch) Punch &&&& setsetsetset

그림 와 다이그림 와 다이그림 와 다이그림 와 다이15 punch set15 punch set15 punch set15 punch set

와 는 피지원업체의 요구에 따라 기존의 설계된 제품을 사용하였다 제품Punch die .

구성은 펀치 다이 다이부쉬 펀치 부쉬로 구성되어 있으며 와 의 자세한, , , Punch die

스펙은 피지원업체가 대외비로 요구하여 본 보고서에는 기록하지 않았다.

나나나나) die plate) die plate) die plate) die plate

금형의 은 를 만족하여야 하며 홀간 는LTCC Via punching Hole ±0.005 , pitch

를 만족하여야 한다±0.01 .

그림 금형그림 금형그림 금형그림 금형16 LTCC Via punching Spec16 LTCC Via punching Spec16 LTCC Via punching Spec16 LTCC Via punching Spec

- 44 -

다다다다) punch plate) punch plate) punch plate) punch plate

그림 금형그림 금형그림 금형그림 금형17 LTCC Via die Spec17 LTCC Via die Spec17 LTCC Via die Spec17 LTCC Via die Spec

금형 제작금형 제작금형 제작금형 제작7)7)7)7)

가 금형 요소의 가공가 금형 요소의 가공가 금형 요소의 가공가 금형 요소의 가공) wire cut) wire cut) wire cut) wire cut

홀의 형상과 정밀도를 요구 공차 범위를 만족하도록 금형을 가공하였다 홀을pitch .

가공하기 위해서 수정된 프로그램을 지원하였으며 그림 은 프로그램 작업 화면이18

다.

그림그림그림그림 18 no-core cutting program18 no-core cutting program18 no-core cutting program18 no-core cutting program

- 45 -

금형 조금형 조금형 조금형 조립립립립3)3)3)3)

그림그림그림그림 19 LTCC Via punching plate19 LTCC Via punching plate19 LTCC Via punching plate19 LTCC Via punching plate &&&& die platedie platedie platedie plate

그림 하부 금형그림 하부 금형그림 하부 금형그림 하부 금형20 LTCC Via punching20 LTCC Via punching20 LTCC Via punching20 LTCC Via punching

그림 금형그림 금형그림 금형그림 금형21 LTCC Via punching21 LTCC Via punching21 LTCC Via punching21 LTCC Via punching

- 46 -

시타시타시타시타발발발발을 통한 시제품을 통한 시제품을 통한 시제품을 통한 시제품 평평평평가가가가8)8)8)8)

그림 세라그림 세라그림 세라그림 세라믹믹믹믹 유전체유전체유전체유전체22222222

결과 분석결과 분석결과 분석결과 분석9)9)9)9)

금형 가공 후 제품의 측정을 하였다 제품의 정밀도에 있어 지원 업체는 만족하였.

으나 측정 데이터는 업체의 대외비임으로 본 보고서에는 작성하지 않았다.

구분 평가항목 평가기준 측정 값

내용

치수공차1. 0.005 ㎜ 양호

2. Pitch 0.01㎜ 양호

3. Burr 0.005㎜ 양호

표면결함5. 無 양호

- 47 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

휴대용 전자기기의 소형화와 비용절감을 위한 노력이 경주되면서 필연적으로 이들

을 구성하는 수동소자들의 집적화에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다 능.

동기능의 소자들은 거의 대무문 실리콘 기술에 기반을 둔 고밀도 집적회로로 통합

이 이루어지면서 단지 몇 개의 칩 부품으로 구현되고 있지만 반면에 소동소자 저, (

항기 커패시터 인덕터 등 의 집적화는 거의 이루어지지 못하여 개별 소자가 회로, , )

기판 상에 납땜접합 방법으로 부착되고 있는 실정이다 따라서 전자기기의 소형화.

화 이들 수동소자의 성능 향상 및 신뢰성을 증진시키기한 수동소자의 집적화 기술

에 대한 요구가 날로 증대되고 있으며 이런 문제를 해결할 수 있는 한 가지 방법,

으로 저온동시소성세라믹 을 이용한(Low Temperature Cofired Ceramics: LTCC)

집적화 기술이 현재 활발히 연구되고 있다.

는 전기적으로 고속시스템에 대한 부품차원의 대응과 기능구현을 위한 공간LTCC 多

한계를 극복하기 위해서 밀도로 적층화시킬 수 있는 기술적 한계극복을 통해 점차

표면 실장 부품수를 줄이고 많은 능 수동소자들의 통합과 의 대폭적인 축소를/ Size

가능하게 한다.

지원업체는 의 금형을 개발하고 있으나 홀의 가공과 홀가LTCC Via Punching ptich

가 요구되는 정밀도를 만족시키지 못하여 기술 개밭에 어려움이 있었다 금형. 1set

당 개의 가 있고 그중 한 개의 만 불량이어도 금형 전체가 불량이기400~500 Via Via

때문에 와 의 혼 진원도가 홀과 홀 사이의 가 이내punch plate die plate pitch 10㎛

에 만족해야 한다.

정밀한 가공을 하기 위하여 공정을 채택하였다 홀의 진원도는hole wire Cut EDM .

가공 경로를 수정하여 개선하였다 기존의 가공 경로는 와이어가 홀의 외접부에 수.

직으로 진행한 후 원주를 따라 가공하여 과잉 방전됨으로써 치수에 오차가 발생하

였다 따라서 홀의 진행을 라운드 형식으로 수정하여 접선방향으로 진행하도록 함.

으로꺼 진원의 홀을 얻을 수 있었다 이전 홀을 방전할 때 발생한 열로 인하여 금.

형 가 열팽창되어 다음 홀을 방전할 홀 간 에 오차가 발생한것을 예측하plate pitch

여 열변형 해석과 실험을 통하여 검증하여 보았으나 오차에 영향을 줄 만큼pitch

열에의한 영향을 줄 만큼 열에의한 영향은 크지않았다 지원 업체의 작업 환경을.

확인 한 결과 작업장 내에 다른 장비들이 많이 위치하여 타장비 작업시 발생하는

진동 및 노이즈가 방전할 때 영향을 미친 것으로 확인되었다 방전 가공기의 방진.

처리을 보완하고 가공한 결과 그동안 발생했던 및 의 불량을 해결할 수ptich hole

있었다.

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ltcc( )viapunching

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