초록 ▼

1. 최종 목표
제조공정개선으로 초음파용착기용 다층조립형진동자의 수명을 현재의 2배인, 3,000시간 사용할 수 있도록 최종목표로 하였으며, 가속시험방법 개발과 검증실험을 통한 수명 및 신뢰성 검토를 수행하고자 하였다.
2. 신뢰성 저해요인 정밀진단 내용
다층조립형 초음파진동자의 고장특성은 크게 3가지 분석 되었다.
1) 다층조립형 초음파진동자의 파손(21건)
2) 다층조립형 초음파 진동자의 공진주파수 변위(7건)
3) Booster & Horn 파손(14건)
주요 수명 및 신뢰성 저해요인

1. 최종 목표
제조공정개선으로 초음파용착기용 다층조립형진동자의 수명을 현재의 2배인, 3,000시간 사용할 수 있도록 최종목표로 하였으며, 가속시험방법 개발과 검증실험을 통한 수명 및 신뢰성 검토를 수행하고자 하였다.
2. 신뢰성 저해요인 정밀진단 내용
다층조립형 초음파진동자의 고장특성은 크게 3가지 분석 되었다.
1) 다층조립형 초음파진동자의 파손(21건)
2) 다층조립형 초음파 진동자의 공진주파수 변위(7건)
3) Booster & Horn 파손(14건)
주요 수명 및 신뢰성 저해요인
1) 압전진동자의 밀도저하, 기공율 과다로 응력집중에 의한 파괴유발
2) Pb(Zr,Ti)O3, 페로브스카이트 결정립사이로 PbO의 불균일로 전기적 특성이 변하고,
3) Ag-전극 층이 얇아서 반복 진동에 의한 내마모성 저하
4) 다층 진동자 조립조건 및 임피던스 부적합
5) 결정립의 불균일로 인한, 기계적, 전기적 문제로 사용수명이 저하되고 신뢰성이 저하
되는 것으로 분석됨
3. 고장원인분석 및 대처결과
- 고장의 유형별 원인을 분석하여 제조공정을 개선하였다.
①PZT원료혼합공정②원료하소공정③원료조립공정④성형공정⑤소성공정⑥분극공정⑦가공공정을 개선하여 고장발생의 주요인을 제거하였다.
- 금속MASS 형상을 개선하여 주파수 매칭을 정밀제어 하였다.
15kHz, 20kHz용 다층조립형 진동자의 설계를 변경하여 주파수이상 발진으로 파손되는 고장을 제거하였다.
-조립방법을 개선하여 고장의 주요인인 진동자 파손, 주파수 변위 등의 고장 모드를 제거하여 고수명을 나타내었다.
조립 유압Press압력을 50kg/㎠, Torque 10kg · f로 낮추어 조립하여 주파수는 금속 Mass의 길이, 형태를 개선하여 공진주파수를 제어하였다.
4. 신뢰성 적용결과(사업전 ㆍ 후 정량적 비교)
1) 수명저하요인을 분석한 결과 초음파진동자 고장 주원인은 압전진동자의 파괴로 인한 단수명, 전기적 특성 저하, 신뢰성평가 기술을 미확보 등의 문제점을 해결하였고,
2) 당사 제품 다층조립형 진동자의 수명이 기존의 약 1,500 시간이 3,000시간 정도로 획기적으로 향상되었으며,
3) 본 신뢰성향상 기술지원 사업을 통하여 초음파용착기용 다층조립형 진동자의 수명평가방법, 수명명가 절차기술을 확보하였고,
라. 수명 및 신뢰성 평가 방법을 통하여 정량적 수명 및 신뢰성을 향상을 확인할 수 있었다.
마. 기존 당사에서 수행한 수명시험방법에 의한 소요시간은 63일 이었으나 본 과제에서는 정한 가속시험방법으로 수명평가 시간은 200시간(8일) 이내로 단축하여 정격수명을 예측할 수 있었다.
5. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
○ 기술적 효과
- 초음파 진동자의 품질성능 확보
- 진동자의 가속수명기술 확보
○ 경제적 요과
- 수입대체 효과(당사기준 0,5억원/년, 국내 10억원/년)
- 당사 제품의 신뢰성 확보 및 대외 인지도 향상
6. 적용분야
○ 초음파의 기계적 에너지 이용분야
- 초음파 용착기
- 초음파 가습기 및 크리너 등에 활용

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록 ... 3
• 목차 ... 5
• 표차례 ... 6
• 그림차례 ... 7
• 제 1 장 서론 ... 11
• 제 1 절 목적 및 중요성 ... 11
• 제 2 절 기술개발 목표 ... 13
• 제 3 절 개발 내용 및 범위 ... 14
• 제 2 장 관련이론 ... 15
• 제 1 절 초음파 용착기 원리 및 구조 ... 15
• 제 2 절 압전세라믹스 ... 22
• 제 3 장 고장분석 ... 27
• 제 1 절 고장 유형 분석 ... 27
• 제 2 절 고장 모드별 원인분석 ... 29
• 제 3 절 선진 외국 제품의 고장 특성 분석 ... 35
• 제 4 장 고장개선 ... 47
• 제 1 절 고장 개선 방안 ... 47
• 제 2 절 제조 공정 개선 ... 48
• 제 3 절 금속 Mass 형상 개선 ... 55
• 제 4 절 조립 방법 개선 ... 57
• 제 5 장 고장 개선 결과 ... 65
• 제 1 절 기계적 특정 향상 ... 65
• 제 2 절 소결 밀도(Sintering Density)향상 ... 67
• 제 3 절 P.Z.T 소자의 전극 두께 관리 ... 68
• 제 4 절 전기적 특성 향상 ... 69
• 제 5 절 진동자 특성 개선 결과 ... 73
• 제 6 장 가속 수명시험 ... 74
• 제 1 절 가속 수명시험 기법 ... 74
• 제 2 절 가속 수명시험의 개발 절차 ... 78
• 제 3 절 시험 계획 ... 86
• 제 4 절 가속 수명추정 ... 108
• 제 7 장 결과 ... 111
• 참고문헌 ... 113