보고서 정보
주관연구기관 |
한국기계연구원 부설 재료연구소 |
연구책임자 |
이주열
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-07 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
지식경제부 |
과제관리전문기관 |
차세대소재성형기술개발사업단 |
등록번호 |
TRKO201300022844 |
과제고유번호 |
1415112215 |
사업명 |
지식경제프론티어기술개발 |
DB 구축일자 |
2014-01-13
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키워드 |
초정밀 금속 메쉬.고내구성 전주 마스터.전주-전사 복합.공정.고인가 Cu 도금액.Monitor/PDP용 전자파 차폐.
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초록
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핵심기술
• 고정밀 박막 금속 mesh의 패턴 정도 제어 기술
• Mesh 전주 마스터 상에 형성되어 있는 충진재의 탈락없이 금속 정밀 mesh를 연속 제조할 수 있도록 하는 고내구성 표면처리 기술
최종목표
디스플레이 제품의 전자파 차폐용 초정밀 극박 메쉬 고품질화 기술 개발
• Monitor용 초정밀 Ni 및 Cu mesh 연속 제조 기술 개발
- 개구율 80% 이상, 두께 20 ± 2㎛, 폭 30cm, 길이 200m 이상, 차폐성능 40dB 이상
• PDP용 초정밀 Cu mesh 연속 제조
핵심기술
• 고정밀 박막 금속 mesh의 패턴 정도 제어 기술
• Mesh 전주 마스터 상에 형성되어 있는 충진재의 탈락없이 금속 정밀 mesh를 연속 제조할 수 있도록 하는 고내구성 표면처리 기술
최종목표
디스플레이 제품의 전자파 차폐용 초정밀 극박 메쉬 고품질화 기술 개발
• Monitor용 초정밀 Ni 및 Cu mesh 연속 제조 기술 개발
- 개구율 80% 이상, 두께 20 ± 2㎛, 폭 30cm, 길이 200m 이상, 차폐성능 40dB 이상
• PDP용 초정밀 Cu mesh 연속 제조 기술 개발
- 개구율 90% 이상, 두께 10 ± 1㎛, 폭 60cm, 전사 회수 300회, 면 저항 0.1Ω/sq 이하
개발내용 및 결과
[고정밀 박막 금속 mesh의 패턴 정도 제어 및 고품질화]
• 연속 전주 초기 도금 기법 개발로 도금 개시 상태 안정화 : Monitor 용 고정밀 Ni mesh의 ‘연속’ 제조를 위해 박리를 위한 초기 도금 제어. Ni 전주 공정 최적화로 전주품의 폭방향 두께 편차 28㎛ ± 1.5㎛ 확보
• 펄스 파형 제어에 의한 Cu mesh 패턴 형상 정밀도 제어 기술 개발 : 기존의 DC 대신 다양한 인가 전류 밀도와 duty cycle, 펄스 및 펄스-리버스 펄스 파형 조합을 사용하여 미세패턴 정밀도 제고. (20㎛ 미세 선폭 상에 Cu 도금 시 수평 퍼짐 현상을 3u㎛ 이내로 제어 가능/도금 두께 10㎛ 기준)
• 초정밀 mesh 제조용 Cu 도금액 첨가제 시스템 최적화 : 도금법으로 마스터 상에 Cu mesh가 형성될 때 횡방향 퍼짐현상을 억제하기 위한 Cu 도금용 첨가제 개발 (펄스 도금 적용에 적합한 2원계 첨가제(TU 및 SVH) 선정 및 공정 최적화)
• 도금용액 조성 및 전류조건에 따른 물성 데이터 확보로 Cu 도금 액 최적화 : 유기 첨가제 혼입(SVH, TU)에 따른 표면 물성 변화 관찰 및 최적 혼합비 (1250ppm /225ppm) 및 광택 도금영역 설정. 유기물 첨가제 변화에 따른 도금 형상 특성, 전기적 특성 DB 확보
• 고전류 인가 가능한 정밀 mesh 제조용 Cu 도금액 개발 : 연속 전주 도금의 생산성 향상을 위해 Cu 도금용 첨가제와 전류 파형을 동시에 제어함으로써 평균 펄스 도금 전류를 20ASD로 상향화(현재 적용되는 전류밀도: 5ASD 수준)
• 대면적 (50인치) PDP 마스터의 정밀도 및 균일도 개선 : 대면적 마스터 도금 시 가장자리 부위의 전류 집중 현상을 막기 위해 전산모사 기법을 이용한 전기장 차폐판 형상 및 공정 변수 효과 검증 (차폐판 형상 최적화: 액자형상의 차폐판을 마스터 전극 내부로 상하/좌우 각각 5cm/2cm 내에 위치하고 전극 간 이격거리를 10cm로 설정하였을 때 도금 편차가 최소화 됨: 도금 편차 6㎛→ 2㎛로 감소)
• Ni 전주 제품 잔류 응력 제어 기술 개발 : Ni 도금 공정 변수와 잔류 응력간 영향 분석 및 저응력 도금액 조성 조정
• Cu /Ni 합금 및 다층 도금욕 조성 설정 : 고정밀 Cu mesh의 자기파 차폐능 제고를 위한 저응력 Citrate 기반의 Cu Ni 합금 및 다층 도금 액/공정 최적화 및 전기적/ 화학적/전기화학적 물성 DB 확보
• Pilot 전주 장치의 연속 공정 data 확보: Cu 및 Ni 연속 전주 공정 시 도금 조성 변화 관찰과 관련 물성 data 확보로 전주 드럼 내구 연한 내 도금액 관리 방안 마련
[고내구성 표면처리 기술]
• 전주 마스터/드럼 표면 상태에 따른 특성 데이터 산출 및 럼제조 공정 개선 : 전주 드럼 표면 상태에 따른 불량 특성을 구분하고, 기존 4단계 공정(음극 드럼 상에 동도금 후 표면연삭(황삭) → 동 도금층 에칭→ 크롬 도금 → 마스킹재 충진)을 5단계 공정(음극 드럼 상에 동 도금 후 표면연삭 (경면) → 광택 동도금 → 동도금층 에칭 → 크롬 도금 → 마스킹재 충진)으로 발전시켜 충진 상태를 균일화하고 충진재의 밀착력을 향상
• 전주품 불량률의 주요인인 전주 마스터의 내구성 증대 기술개발: 기존 phenoxy계 폴리머 충진으로 비전도부를 형성하던 것을 Ceramic coating으로 대체 적용 하고 한계 코팅 두께 도출 (기존 폴리머 대비 20% 수명 향상)
• 음극 드럼 표면 상태에 따른 mesh 불량 분석, 현상 진단 및 유형 분류 (4-5개 유형으로 분류)
• 전주 마스터의 전사 특성 향상을 위한 신표면 개질 기술 개발 및 적용 : 상용 표면처리기술 중 금속-폴리머 간 밀착력 증대 가능한 기술 screening 및 계면 구조 분석. 재료연 자체 확보기술(3가크롬 도금기술)로써 나노 계면 제어 기술 개발
[연속 전주-전사 시제품 제조/재료연구소-참여기업]
• Monitor용 초정밀 Ni 및 Cu mesh 연속 제조 기술 개발
- 개구율 80% 이상, 두께 20 ± 2㎛, 길이 200m 이상,
- 차폐성능 40dB 이상
• PDP용 초정밀 Cu mesh 배치 제조 기술 개발
- 개구율 90% 이상, 두께 10 ± 1㎛, 전사 회수 300회,
- 면 저항 0.1Ω/sq 이하
기술개발배경
• 금속 mesh는 전자․통신기기의 전자파 차폐용뿐만 아니라, 대형 display와 window shield 등의 전자파 차폐재로써 활용이 되고 있음
• 현행의 금속 mesh 제조는 대부분 에칭공법을 사용하고 있는데, 고정밀도 mesh를 구현하기 위해서는 고가의 양산설비가 요구됨. 재료적인 측면에서는 대면적의 동박 90% 이상을 에칭 용해해야 하며, 제품 생산 시 1:1비율로 감광액을 사용하는 등 재료비, 공정비용, 환경측면에서 효율성이 낮은 공법임. 따라서, 저가의 공정비용과 설비투자가 소요되는 전주기술로써 전자파 차폐용 초정밀 Cu mesh 제조 공정을 개발할 필요성이 매우 큼
• 현재 Ni 및 Cu 박판에 대한 연속 전주성형 기술은 상용화되어 실제 사용 중이며, 배치 방식의 Ni mesh 제작법도 사용되고 있음. 하지만, 연속 전주성형에 의한 Ni mesh 제작에 사용한 예가 없음
• 현재 PDP TV의 전자파 차폐용 Cu mesh 제조기술에서 전주기술 및 도금기술을 직접 사용한 공정기술은 국내⋅외적으로 상용화 되어있지 않음
• PDP TV용의 Cu mesh의 경우, 일본 DNP, 히다치화성 등으로부터 90%이상 (2006년 연간 수입실적 1,500억) 수입에 의존하고 있음. 따라서, 저렴한 전자파 차폐용 Ni mesh의 연속 제작을 통하여 국내 전자․통신기기의 단가 절감에 기여할 수 있음
• 이 외에 다양한 금속과 재질의 전자파 차폐재에 대한 연구결과를 활용함으로써 관련 분야에 있어서 세계적 우위 기술 확보가 가능함
• 포일(foil) 형태의 박판과는 달리 mesh 형상의 Ni 박판을 균일하게 음극드럼에서 박리 및 권취하기 위한 박리, 권취설비의 미세 제어 기술 및 설비제작 기술이 취약함
• 연속적인 Ni mesh 제조를 위하여 음극으로 사용되는 mesh 드럼의 경우, 기술적 어려움으로 인하여 국내․외에 제작업체가 없어 자체기술의 개발이 시급함
• 따라서, 고정밀 전주 도금 기술, 연속 전주 장치화 기술, 마스터/금속 mesh 패턴 제어 및 고품질화 기술 등 요소기술을 개발하고 이를 참여기업이 개발한 연속 전사기술과 결합 시 전자파 차폐재 부품뿐만 아니라 향후 바이오 센서전극, 태양 전지 전극 등 다양한 유관 부품 개발에 적용할 수 있음
핵심개발기술의 의의
[고정밀 박막 금속 mesh의 패턴 정도 제어 기술]
• 펄스 파형 제어에 의한 Cu mesh 패턴 형상 정밀도 제어 기술 개발에 의해 PDP용 금속 mesh의 투과율을 제고할 수 있게 됨으로써, 각종 display 제품뿐만 아니라, 열선 mesh 등 고광학 투과율이 요구되는 금속 회로 제품 제조에 적용시 수요가 품질 향상 기대
• 이와 더불어, 고전류 인가 가능한 정밀 mesh 제조용 Cu 도금액과 이에 최적화된 도금 공정 시스템을 개발하여 펄스인가 시 duty cycle로 인해 생산성이 감소하는 단점을 극복하였고, 이로써 고정밀도와 고생산성의 두가지 목표를 동시 달성함
• 전산모사 기법을 미세 패턴을 갖는 50인치급의 대면적 PDP 마스터의 도금 공정에 적용하여, 대면적 도금 시 야기되는 국부적 전류 집중 현상을 제어할 수 있는 전기장 차폐판 설계 기술을 확보함. 이는 현재까지 시행착오와 다년간의 현장경험에 의존하여 조업해 온 국내 표면처리업계의 도금 수준을 한 단계 제고할 수 있는 길을 제시한데 의의가 있음
[고내구성 표면처리 기술]
• 전주 마스터의 전사 특성 향상을 위한 신표면 개질 기술로써 다양한 기술 - 복합도금기술, AD (aerosol deposition) 기술, 이상도금 기술 - 을 시도함으로써, 금속-폴리머 나노 계면현상에 대한 이해와 기반 지식을 확보하였고, 나노 계면을 제어함으로써 전주 마스터의 내구성 향상을 도모할 수 있
음. 상기 기술은 현재 특허화 되어 일본에 전적으로 의존하고 있는 국내 특수 표면 처리 분야를 개척한데 큰 의의가 있음
적용 분야
• 디스플레이 제품의 전자파 차폐용 극박 mesh
• 각종 바이오 센서, 유연성 태양전지 전극 부붐, 2차전지 산업, 전열기 산업 등에서 요구되는 다양한 재질의 패턴 금속박막 제조 분야
• 대면적 LCD 백라이트 유니트의 도광판 stamper, MEMS 부품 제조 분야
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 15
- 목차 ... 23
- 제 1 장 서론 ... 24
- 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 24
- 제 2 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 29
- 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적.경제적 파급 효과 ... 33
- 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 37
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 37
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 37
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 37
- 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 41
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 41
- 1. 연구개발 추진 일정 ... 41
- 2. 연구개발 추진 실적 ... 43
- 3. 기술개발 결과 ... 47
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 173
- - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 173
- 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 176
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