초록 ▼

1. 최종 목표
플라즈마 장비의 신뢰성을 확보하고자 주요 고장 모드인 전극 파손 및 누수로 인한 고장과 전극 온도 유지 시스템고장 및 냉온수 순환 불량에 의한 전극성능저하 개선하여 신뢰성 목표 수준을 확보하는 것이다. 목표 수준은 세계최고수준의 장치를 제작하고 있는 미국과 일본 장치를 사용하고 있는 고객으로부터 입수한 정보롤 바탕으로 선정하였다. 현재 플라즈마 전극과 전극 온도유지 시스템의 신뢰성 수준은 22,000시간 이지만 이번 사업을 통하여 세계최고 수준인 40,000 시간을 목표로 한다.
2. 신뢰성 문제점 현황<

1. 최종 목표
플라즈마 장비의 신뢰성을 확보하고자 주요 고장 모드인 전극 파손 및 누수로 인한 고장과 전극 온도 유지 시스템고장 및 냉온수 순환 불량에 의한 전극성능저하 개선하여 신뢰성 목표 수준을 확보하는 것이다. 목표 수준은 세계최고수준의 장치를 제작하고 있는 미국과 일본 장치를 사용하고 있는 고객으로부터 입수한 정보롤 바탕으로 선정하였다. 현재 플라즈마 전극과 전극 온도유지 시스템의 신뢰성 수준은 22,000시간 이지만 이번 사업을 통하여 세계최고 수준인 40,000 시간을 목표로 한다.
2. 신뢰성 문제점 현황
완성품 기업인 삼성전기의 자료에 따르면 고장 발생에 따른 고객 불만 중 PSR / 금도금 / 동도금 3개 공정 관련이 전체 70%점유하고 있으며, 그 외 박리, 크랙등의 고장은 많이 발생하고 있다. 완제품 장비의 핵심 부품인 전극 모듈은 시간 경과에 따라 결합부의 크랙, 표면 이물퇴적 등의 원인에 의하여 일정 수명시간 이후 효율이 급격히 저하됨에 따라 전극의 교체 비용 증가와 세정 성능의 저하가 발생하고 있다. 플라즈마 전극 처리효과의 균일성을 위해 전극의 온도 제어를 위해 냉, 온수를 통하여 전극의 온도를 제어하는데, 고압 냉각수의 흐름으로 인한 냉각수 오염 및 정제능력 저하로 인한 내부 Scale이 발생하여, 전극의 수명이 짧은 문제점이 발생하고 있다.
3. 주요 사업내용
플라즈마 전극 모듈의 신뢰성 향상을 위해 전극의 전기적, 기계적 내수성 향상과 전극 표면의 식각 잔여물 퇴적에 의한 성능저하 방지를 위하여 시장 고장모드를 분석하여 개선하고, 개선 사항으로 전극의 내식성을 개선하기 위해 전극표면 후처리와 결합부에 발생하는 이종 금속 부식 개선을 위한 희생 금속 적용, O-Ring 삽입을 적용하여 개선하였으며, 가속 및 수명 시험을 진행하여 목표로 삼은 신뢰성 수준에 도달하도록 하였다. 전극온도 유지 시스템의 경우 전극 내부에 Scale 누적 방지를 통하여 전극 Pipe의 수명 저하를 개선하였다.
개선 항목으로 스케일 방지액과 여과기를 적용하여 개선 전, 후의 효과를 확인하고, 개선품에 대한 수명 향상을 확인 진행 했다. 완제품 평가법으로 Weight Loss 법을 개발하여 비접촉 형상 측정 장비로 실측한 데이터와 비교하여 검증성을 확인하였고, Via Peel Test를 개발하여 Via의 접합력 확인을 진행하였다
4. 신뢰성 적용결과 (사업전.후 졍량적 비교)
플라즈마 처리장비의 수명을 좌우하는 가장 큰 요소는 플라즈마 전극의 내구성이므로 전극의 시뢰성 확보 위주로 진행하였다. 플라즈마 전극은 갈바닉 부식과 동시에 기계적인 충격, 진동에 의한 파손이 동시에 이루어 지면서 고장을 유발하는 매커니즘을 가지고 있다. 이를 개선하기 위해 표면 처리와 접합부 개선을 통해 내식성과 기계적 스트레스 환경에서 연간부식속도(mpy)가 충분히 개선되었음을 수치상으로 확인할 수 있었으며, 실제 노출 환경에서 가속시험을 진행하여 수명이 개선됨을 확인할 수 있었다. 전극 온도 유지 시스템에서도 전극의 오염과 플라즈마 성능의 관계를 확인하기 위해 가속시험을 진행하여 기존 22,000시간에서 사업 목표로 하였던 40,000시간 이상의 동작 시간 50,000 h 까지 장비의 성능 저하가 발생하지 않아 전극 및 장비의 신뢰성을 얻을 수 었다.
4. 신뢰성 적용결과 (사업전.후 졍량적 비교)
플라즈마 처리장비의 수명을 좌우하는 가장 큰 요소는 플라즈마 전극의 내구성이므로 전극의 시뢰성 확보 위주로 진행하였다. 플라즈마 전극은 갈바닉 부식과 동시에 기계적인 충격, 진동에 의한 파손이 동시에 이루어 지면서 고장을 유발하는 매커니즘을 가지고 있다. 이를 개선하기 위해 표면 처리와 접합부 개선을 통해 내식성과 기계적 스트레스 환경에서 연간부식속도(mpy)가 충분히 개선되었음을 수치상으로 확인할 수 있었으며, 실제 노출 환경에서 가속시험을 진행하여 수명이 개선됨을 확인할 수 있었다. 전극 온도 유지 시스템에서도 전극의 오염과 플라즈마 성능의 관계를 확인하기 위해 가속시험을 진행하여 기존 22,000 시간에서 사업 목표로 하였던 40,000시간 이상의 동작 시간 50,000 h 까지 장비의 성능 저하가 발생하지 않아 전극 및 장비의 신뢰성을 얻을 수 었다.
5. 기대효과 및 실적(기술적 및 경제적 효과)
이번 과제 진행을 통하여 플라즈마 장비의 주 고장 모드인 전극의 결합부와 온도 유지 시스템에 대한 기술적 원인 규명 및 개선 방안을 얻을 수 있었다. 전극 모듈의 부식과 결합부 크랙은 이종 재질의 금속 전위차로 인한 전하의 이동으로 생기는 갈바닉 부식이 주요인임을 확인할 수 있었고, 이에 대한 개선설계로 전극 결합부의 설계변경(형상, 및 O-Ring 구조)과 내식성이 강한 아노다이징 표면처리가 효과적임을 알 수 있었다. 전극 유지시스템의 내부 스케일 방지를 위하여 스케일 방지액과 여과기를 적용 개선 전, 후 비교하여 효과를 확인하였다.
본 과제를 통해서 확보된 신뢰성 데이터를 활용하여 제품 설계 단계의 피드백, 고 신뢰성 제품 생산을 위한 기반을 구축하였고, 국내외 PCB 제품의 신뢰성 향상으로 당사 및 수요기업의 기술력 향상을 통해 주관기업의 제품 신뢰도를 향상할 수 있었다.
2011년 39억원, 2012년 48억원, 2013년도 상반기 27.6억원 수출 실적을 달성했고, 수출 규모도 지속적으로 증가했다. 또한 참여기업인 삼성전기와의 신뢰성관련 협업의 기회 증가로 2010년도 7.6억원, 2011년도 6.4억원 거래금액에서 2012년도 18억원, 2013년도 상반기 6.8억원이라는 경제적 성과를 얻을 수 있었다.
6. 적용분야
주관기관에서 제작중인 당야한 종류의 플라즈마장비에 장비에 포괄적으로 적용이 가능하며, 특히 플라즈마 기술을 활용하는 국내 PCB, 반도체, 디스플레이업체가 고민하고 있는 플라즈마 장비의 성능을 쉽게 평가 및 관리 할 수 있는 완제품 평가법을 개발함으로써 플라즈마 장비를 사용하고 있는 현장의 관리자에게 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 최종(또는 연차) 보고서 제출서 ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 요약서 ... 5
• 목 차 ... 8
• 표 차례 ... 10
• 그림 차례 ... 13
• 추진 결과 요약 ... 17
• 제1장 사업의 개요 ... 25
• 제1절 과제배경 ... 25
• 제2절 최종 목표 ... 28
• 제2장 추진 내역 ... 36
• 제1절 시장 고장모드 분석 ... 36
• 제2절 플라즈마 전극 모듈의 신뢰성 개선 ... 38
• 2.1 플라즈마 전극 모듈 소개 ... 38
• 2.2 플라즈마 전극 모듈 결합부의 고장 원인 확인 ... 39
• 2.3 플라즈마 전극 결합부 개선 방안 ... 45
• 2.4 희생금속 사용을 통한 개선 시 기대 수명 산정 ... 49
• 2.5 플라즈마 전극 모듈의 시험법 개발 ... 51
• 2.6 부식 내구성 시험 진행 ... 55
• 2.7 플라즈마 전극 모듈 결합부 개선 전 효과 확인 ... 63
• 2.8 플라즈마 전극 모듈 면의 고장 원인 확인 ... 81
• 2.9 전극 외부 퇴적물과 효율 저하와의 관계 분석 ... 84
• 제3절 전극 온도유지시스템의 신뢰성 향상 ... 94
• 3.1 고장 원인 분석 ... 94
• 3.2 시험장치 및 시험법 개발 ... 98
• 3.3 전극온도유지시스템의 신뢰성 개선 ... 101
• 3.4. 전극 온도 유지 시스템 내부 스케일 개선 및 효과 확인 ... 104
• 3.5. 전극 온도 유지 시스템 개선품 평가 및 수명 향상 확인 ... 118
• 3.6. 냉각수 라인 감시 시스템 적용을 통한 개선 ... 120
• 제4절 완제품 평가방법의 도출 ... 122
• 4.1 완제품 평가 방법의 필요성 ... 122
• 4.2 현재 사용 중인 Via delamination 검출 평가법 ... 124
• 4.3 접합 신뢰성 평가법 개발 ... 126
• 4.4. Weight Loss 평가 방법 ... 127
• 4.5. Via Peel 평가법 개발 ... 131
• 4.4 완제품 추진 방안 ... 134
• 제3장 결과 ... 139
• 제1절 사업 성과 분석 ... 139
• 1.1 정량적 목표 달성 정도 ... 139
• 1.2 품목 별 세부 목표 달성 여부 ... 140
• 제2절 경제적 기대효과 및 실적 ... 146
• 2.1 해외시장 ... 147
• 1.2 국내시장 ... 149
• 3.3 수출·수입대체 효과 ... 150