초록 ▼

□ 핵심기술
고밀도 전자빔 피니싱 기술은 전자빔을 고밀도 화하여 가공물에 직접 조사하는 방식으로 가공물의 표면 조도 및 특성을 향상 시킬 수 있는 기술

□ 최종목표
□ 정정밀 기계류부품, 금형 등의 최종 품질을 결정하는 피니싱 공정을 고속·고효율화 및 청정화를 위한 대면적 3D 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 및 공정기술 개발
○ 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 플라즈마 소스 및 집속렌즈 개발
- 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 플라즈마 소스 개발
- 40k

□ 핵심기술
고밀도 전자빔 피니싱 기술은 전자빔을 고밀도 화하여 가공물에 직접 조사하는 방식으로 가공물의 표면 조도 및 특성을 향상 시킬 수 있는 기술

□ 최종목표
□ 정정밀 기계류부품, 금형 등의 최종 품질을 결정하는 피니싱 공정을 고속·고효율화 및 청정화를 위한 대면적 3D 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 및 공정기술 개발
○ 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 플라즈마 소스 및 집속렌즈 개발
- 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 플라즈마 소스 개발
- 40kV/40kHz급 고밀도 전자빔 가속장치 개발
- 10um 고밀도 전자빔 집속렌즈 개발
○ 대면적 3D 고밀도 전자빔 피니닝 시스템 개발
- 진공용 저자력 5축 스테이지 개발
- 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 주변 장치 개발
- 3D 얼라인장치 및 모듈형 미세형상 측정장치개발
- 3D 고밀도 전자빔 피니싱 시스템개발
- 1.3미터급 대면적 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 개발
○ 고밀도 전자빔 피니싱 가공공정 및 최적화 기술 개발
- 비전도성 소재의 피니싱 공정용 중화장치 개발
- 고밀도 전자빔 피니싱 가공공정기술개발
- 고밀도 전자빔 피니싱 가공조건 선정 지원프로그램 개발
- 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 통합운용 프로그램개발 및 운용

□ 개발내용 및 결과
□ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 소스/셔터 및 전류제어 앰프 안정화
○ 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 소스 수정보완 및 안정화
- 15mA/cm²급 고밀도 전자빔 소스 수정보완 및 신뢰성 평가
- Magnetic Lens Module 수정 보완 및 파라미터별 빔특성 연구
○ 40kV/40kHz급 가속전극/셔터 Module 수정보완 및 안정화
- 40kV/40kHz급 셔터전극 수정보완 및 안정화
- 일체화된 가속전극 및 빔 셔터 Module 수정보완 및 안정화
○ 최소 빔 사이즈를 지원하는 집속 장치 전류 앰프 개발/안정화
- 집속 사이즈 : 10 ㎛ 이내 및 전류 앰프의 집속 성능 평가
○ 최대 빔 사이즈를 지원하는 스캔 전류 앰프 성능 보완/안정화
- 스캔 장치 특성 평가 (scan area 등)
○ 전자빔 제어를 위한 제어 변수 선정 체계화
- 제어 변수 : 가속 전압, 프르브 전류, 렌즈 전류

□ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 가공 시스템 시작품 수정보완 및 안정화
○ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 수정보완
- 스테이지 및 얼라인 장치의 통합성능 평가 및 수정보완
- 소스/렌즈 등 통합 성능평가 및 수정보완
- 기초 가공성능 평가 및 수정보완
○ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 시작품 안정화
- 스테이지 및 얼라인 장치의 통합 안정도 평가 및 수정보완
- 소스/렌즈 등 통합 안정도 평가 및 수정보완
- 기초 가공 안정도 평가 및 수정보완
○ 진공용 대면적 5축 초정밀 저자력 스테이지 수정보완 및 안정화
- 대면적 가공이송용 4축 및 자세교정용 1축 스테이지 안정화
- 1가우스 이하 저자력 스테이지 기구 수정보완 및 안정화
- 진공용 초정밀 스테이지 온도 제어 성능향상
- 진공용 초정밀 스테이지의 성능 향상
○ 5축 초정밀 스테이지의 열해석 및 열 특성평가기술개발
- 전자빔 입사부의 히트싱크 플레이트 열 해석기술 개발
- 진공내의 스테이지 열 해석 및 열 특성 향상 연구
○ 대면적 가공시료의 정밀 로딩&언로딩 시스템 수정보완 및 안정화
- 10-4Torr 이하 진공도 확보를 위한 EVAC & VENT 시스템 성능안정화
- 대면적 시료의 로딩/언로딩 장치 진공성능향상 및 인터락 추가
○ 대면적 가공시료의 진공용 회전각/수평 얼라인 측정시스템수정보완 및 안정화
- 가공시료와 스테이지 얼라인(회전각, 수평, 원점)시스템 수정보완
- 전자빔과 가공시료의 얼라인(회전각, 원점) 정밀도 향상
○ 전자기장 방식의 소형 전자빔 측정 장치의 성능평가 및 안정화
- 소형 전자빔 측정 장치의 분해능 평가 (10nm)
- 미세패턴 가공시료의 측정성능 평가(시료 손상/측정안정도 등)
○ 미세형상 Review용 프로그램 수정보완 및 안정화
- SEM 기반 Metal mask pattern의 Review 장치 및 프로그램
- Scanning device의 navigation system 정밀도 향상
- Land mark 인식을 위한 Edge detection 측정 유효범위 향상
○ 3D 고밀도 전자빔 피니싱 시스템 안정화
- 3D 고밀도 전자빔 피니싱 통합 시스템의 특성평가
- 통합시스템 피니싱 가공 성능평가 및 시스템분석을 통한 안정화
○ 3D 고밀도 전자빔 피니싱 프로그램 기능강화 및 안정화
- 진공 시스템 감시 프로그램 기능강화 및 안정화 (진공, PLC, 스테이지 등)
- 원격 모니터링 모듈 기능강화 및 안정화
- 3D 피니싱 공정DB 구축 및 고밀도 전자빔 피니싱 시스템용 통합운영 프로그램 안정화 및 기능강화

□ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 가공공정 및 시스템 통합운용 프로그램 안정화
○ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 공정 연구
- 고밀도 전자빔 미세패턴 피니싱 특성 분석 연구(전자빔 등 파라미터 별)
- 가공시료 소재 형상 및 전자빔 분포에 따른 공정 특성 연구
○ 미세패턴용 고밀도 전자빔 피니싱 가공 공정 품질 예측 모델 안정화
- 전자빔 피니싱 공정의 미세패턴 형상에 따른 해석 DB 구축보완
- 멀티피직스 수치모델을 이용한 고밀도 전자빔 피니싱 가공공정품질 예측모듈안정화
○ 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 시스템의 통합운용 프로그램 수정보완 및 안정화 시스템 운영 프로그램 개발 개선(진공, PLC, 스테이지 등)
- 대면적 미세패턴 고밀도 전자빔 피니싱 가공시스템용 통합제어 프로그램수정보완 및 안정화
- 실시간 공정 및 시스템 통합 감시 모듈 기능강화(공정 및 시스템 제어, 알람통제 등)
○ 미세패턴형상 측정 프로그램 및 패턴형상 정밀 보정 프로그램 수정보완 및 기능강화
- 대면적 미세패턴 피니싱 가공경로 생성모듈 수정보완 및 기능강화
- 미세패턴형상 측정 프로그램 및 패턴형상 자동보정 프로그램 개발
- 미세패턴 피니싱 정밀도 및 빔 드리프트 보정기술 안정화
○ 3D 고밀도 전자빔 피니싱 공정 연구 및 DB구축
- 고밀도 전자빔 피니싱 특성 분석 연구(경도, 조도, 크레이터 등)
- 소재 형상 및 전자빔 분포에 따른 공정 특성 연구
- 초기조도 및 소재종류에 따른 피니싱 공정특성 연구
○ 3D형상부품용 고밀도 전자빔 피니싱 가공 공정 품질 예측 모델안정화
- 전자빔 피니싱 공정의 소재/기하학적인 형상에 따른 해석 DB 구축보완
- 멀티피직스 수치모델을 이용한 고밀도 전자빔 피니싱 가공공정품질 예측모듈안정화

□ 기술개발 배경
○ 국내의 정밀기계부품산업의 고부가가치는 제품의 생산 공정에서 크게 좌우되며, 특히 제품의 최종 마무리 공정인 Finishing 공정에서 제품의 경쟁력 및 기술력이 크게 좌우됨
○ 고밀도 전자빔 Finishing 가공 시스템 및 가공 공정 기술은 정밀 기계부품산업에서 신 개념 생산시스템으로 핵심적 역할을 하는 미래 지향형 첨단기술 분야이므로 국가차원에서 전략적으로 개발되고 확보되어야 할 중요한 원천/기반 기술임
○ 고밀도 전자빔 피니싱 기술은 기존 피니싱 공정 (Lapping, Grinding, Chemical treatment)와 달리 아래와 같은 효율적인 마무리 공정이 가능하다.
- 오염 물질을 배출하지 않는 청정한 공정
- 미세/복잡한 형상의 피니싱이 가능
- 가공 재료의 표면 특성 개선 (Surface roughness 및 부식성 등)
- 비교적 짧은 공정 시간 (ECQ 시스템 - Economically, Conveniently, Quickly)

□ 핵심개발 기술의 의의
○ 전자빔 기술은 선진국 (일본 등)을 중심으로 피니싱 공정에 적용하여 피니싱 시스템의 고효율화와 청정화에 관한 연구가 진행되고 있음.
- 고밀도 전자빔 플라즈마에 관한 연구는 1990년 이후부터 활발히 진행되어 현재 일본의 경우 피니싱 장비의 상용화를 이루고 있음(Sodick 및 Mitsubishi)
○ 국내에서는 전자빔 장치를 이용한 피니시 가공 시스템에 관한 연구 및 성과는 없으며, 플라즈마 소스 및 챔버/5축 스테이지에 관한 연구는 진행되고 있음
○ 고밀도 전자빔 피니싱 기술은 실용화될 경우 원천기술의 확보 및 상용화 측면에서 파급효과가 큰 기술이며, 정밀부품류 피니싱 공정 장비의 신규 시장을 창출할 수 있음

□ 적용 분야
○ 3D 형상부품
- 인공관절, Ball Screw, LM Guide, 기타 정밀 가공 부품의 형상정밀도를 유지하는 폴리싱, 수작업 자동화
○ 미세패턴 부품
- Metal Mask, 인쇄, Scriber, Hole, Pattern, Stencil의 가공, 폴리싱, 디버링, 수작업 자동화
○ 곡면 부품
- 곡면 정밀 가공 부품과 금형의 형상 정밀도를 유지하는 표면 개질,디버링, 폴리싱, 수작업 자동화

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 18
• 제 1 장 서론 ... 19
• 제 1 절 과제의 개요 ... 19
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 21
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 21
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 39
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 40
• 제 3 장 결과 ... 42
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 42
• 1. 연구개발 추진일정 ... 42
• 2. 연구개발 추진실적 ... 44
• 3. 기술개발결과 ... 53
• 제 2 절 연구개발 추진체계 ... 115
• 1. 연구개발 추진체계 ... 115
• 2. 기관별 담당 업무 및 추진체계 ... 115
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 117
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 118
• 제 4 장 사업화 계획 ... 119
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 119
• 제 2 절 사업화 계획 ... 120
• 부록 ... 123
• 끝페이지 ... 434