[논문]로듐 미세 와이어 인발공정 설계

이인규; 이성윤; 김다혜; 이재욱; 이상곤

doi:10.5228/kstp.2018.27.4.244

로듐 미세 와이어 인발공정 설계
Wire Drawing Process Design for Fine Rhodium Wire 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.27 no.4, 2018년, pp.244 - 249

이인규 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이성윤 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 김다혜 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이재욱 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이상곤

Abstract ▼ AI-Helper

Rhodium is a representative platinum group material. Rhodium is used in several industrial fields including jewelry, chemical reaction catalyst, electric component etc. In recently, ultra-fine rhodium wire has been applied to the pins of probe card used to test a semiconductor. In this study, in order to produce a fine rhodium wire with the diameter of $50{\mu}m$, a fine rhodium wire drawing process was designed. After design of the fine wire drawing process by using a uniform reduction ratio theory, finite element analysis was performed. Finally, fine wire drawing experiment was performed to verify the effectiveness of the designed process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근까지 인발 공정설계, 다이 마모 특성평가, 내부 불순물 영향 등 인발공정에 대한 다양한 연구들 이 수행되었으나, 로듐 미세 와이어 인발에 관한 연구 내용들은 공개되고 있지 않다[2~10]. 따라서, 본 연구에서는 프로브카드 핀으로 사용되는 직경 50.0 m인 미세 로듐 와이어 제조를 위한 인발공정을 설계하였다. 이를 위해 본 연구에서는 먼저, 균일 단면 감소율(uniform reduction ratio)를 적용하여 다단 인발 패스 스케쥴을 설계하였다[11, 12].
본 연구에서는 균일 단면감소율 이론을 적용하여 설계된 패스 스케쥴에 대하여 탄소성 유한요소해석을 통해 타당성을 평가하였다.
반도체 검사용 프로브카드 핀으로 사용되는 로듐 미세 와이어는 전기적 특성 및 기계적 특성이 우수한 고부가가치 와이어이다. 본 연구에서는 프로 브 카드 핀으로 사용되는 직경 50.0㎛ 미세 로듐 와이어 제조를 위한 인발공정을 설계하였으며, 이를 통해 다음의 결론을 도출하였다.

제안 방법

(1) 균일 단면감소율을 적용하여 초기 80.0㎛에서 최종 50.0㎛ 로듐 와이어 인발공정 패스 스케쥴을 설계하였다. 총 8패스로 설계되었으며, 이때 평균 단면 감소율은 11.
먼저, 미세 로듐 와이어 인발을 위해 미세 와이어 인발용 다이를 제작하였다. Fig.
다단 인발공정 설계를 위해서는 패스 수 와 각 패스의 단면감소율이 설정되어야 한다. 본 연구에서는 식(1)의 균일 단면감소율 이론을 적용하여 패스 수와 단면감소율을 설정하였다.
설계된 미세 로듐 와이어 인발공정에 대한 타당성 검증을 위해 인발실험을 실시하였다.
0 m인 미세 로듐 와이어 제조를 위한 인발공정을 설계하였다. 이를 위해 본 연구에서는 먼저, 균일 단면 감소율(uniform reduction ratio)를 적용하여 다단 인발 패스 스케쥴을 설계하였다[11, 12]. 이후 유한 요소해석을 통해 설계된 패스의 인발하중, 유효 변 형률 등을 평가하였으며, 마지막으로 인발실험을 통해 설계된 공정의 타당성을 검증하였다.
이를 위해 본 연구에서는 먼저, 균일 단면 감소율(uniform reduction ratio)를 적용하여 다단 인발 패스 스케쥴을 설계하였다[11, 12]. 이후 유한 요소해석을 통해 설계된 패스의 인발하중, 유효 변 형률 등을 평가하였으며, 마지막으로 인발실험을 통해 설계된 공정의 타당성을 검증하였다.
와이어 포인팅 작업 후 다이 홀더 (holder) 에 장착된 다이를 통과한 와이어를 와인딩 스풀(winding spool)로 인발하게 된다. 제작된 인발기는 단패스 (single pass) 인발기로 다이를 순차적으로 교체하며 인발실험을 수행하였다. 인발속도는 30.

대상 데이터

5에 제작된 인발 다이를 나태내었다. 다이 케이스(case)는 일반 탄소강이며, 와이어와 접촉하는 다이 팁(tip)은 천연 다이아몬드로 제작되었다.
본 연구에서 적용된 로듐 와이어의 초기 및 최종 직경은 각각 80.0 ㎛와 50.0 ㎛이다. 따라서, 총 단면 감소율은 60.
실험결과에서 알 수 있듯이 각 패스 인발 후 와이어 직경은 각 패스 다이 직경과 유사함 을 알 수 있다. 실험에 의한 최종 인발 와이어의 직경은 50.1 ㎛였다. 실험결과 인발 중 단선 등의 결함은 발생하지 않았으며, 표면상태도 양호함을 알 수 있었다.
적용된 초기 와이어인 직경 80.0㎛ 로듐 와이어의 유효변형률-유효응력 곡선은 미세인장시험기(model: Instron 5566A)를 이용한 단축인장시험(KS B 0801)을 통해 확보하였다. Fig.
3 은 탄소성 유한요소해석을 위한 초기 유한 요소해석 모델을 나타내었다. 해석은 상용 해석 소프트웨어인 DEFORM 2D Ver 11.1 로 수행되었으며, 와이어의 유한요소 및 절점수는 각각 3931 개와4101 개이다.

성능/효과

(2) 설계된 공정에 대한 탄소성 유한요소해석결과 각 패스의 유효변형률은 다이와 접촉되는 표면부가 중심부보다 상대적으로 높았으며, 최대 인발응력은 약 790MPa로 초기 와이어의 항복응력보다 낮았다.
(3) 설계된 공정을 적용하여 인발실험 수행 후 각 패스의 와이어 직경을 측정한 결과, 모든 패스의 와이어 직경은 설계된 직경과 거의 동일한 값을 나타내었다. 또한, 최종 인발된 와이어 직경은 약 50.
와이어가 각 패스별 인발 다이를 완전히 통과한 후의 변형률 분포이다. 결과에서 알 수 있듯이 다이와 접촉되는 와이어 표면부의 변형률이 상대적으로 높음을 알 수 있으며, 패스가 증가할수록 소성변형 증가로 인해 변형률이 높아짐을 알 수 있다.
1 ㎛였다. 실험결과 인발 중 단선 등의 결함은 발생하지 않았으며, 표면상태도 양호함을 알 수 있었다.
인발하중은 패스가 진행될수록 와이어 직경감소로 인해 감소함을 알 수 있다. 해석결과 인발응력은 약 657~759MPa 사이 값을 나타내었으며, 후반부 패스에서 상대적으로 높음을 알 수 있다. 또한, 모든 패스의 인발응력은 초기와이어의 항복응력인 1790MPa 이하임을 알 수 있다.

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