초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
5G 이동 통신 기지국 응용을 위한 high Q 커패시터 기술 개발
- MLC 기반 고내전압 high-Q 커패시터 개발
· 최대 동작 전압 > 250V
· Q >700 @ 100MHz ( 100pF ), >100(@300MHz), >25(@600MHz)
-박막 기반 고주파용 고정밀 고내전압 high-Q 커패시터 개발
· 최대 동작 전압 > 250V
· Q > 40 @ 3GHz (5pF)
· 정밀도 ±2.5% 이하

○ 전체 내용

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
5G 이동 통신 기지국 응용을 위한 high Q 커패시터 기술 개발
- MLC 기반 고내전압 high-Q 커패시터 개발
· 최대 동작 전압 > 250V
· Q >700 @ 100MHz ( 100pF ), >100(@300MHz), >25(@600MHz)
-박막 기반 고주파용 고정밀 고내전압 high-Q 커패시터 개발
· 최대 동작 전압 > 250V
· Q > 40 @ 3GHz (5pF)
· 정밀도 ±2.5% 이하

○ 전체 내용
[High-Q 박막 커패시터 기술개발]
1. Si 및 Glass 기반 High-Q 박막 커패시터 구조 및 공정 기술개발
- 반도체 공정 기반 고전력 high-Q 커패시터 기술개발
(C>100pF @ 1608 size)
: 용량 향상을 위한 trench 구조 커패시터 3D EM simulation 분석 및 구조 설계 (VBD > 250V)
: 감광성 유리를 이용한 LC 복합 소자 구조 및 공정개발
2. 8인치 Si wafer 기반 high-Q 커패시터 시제품 개발(위탁개발)

[High-Q MLC 커패시터 기술개발]
1. 세라믹 소재 기술개발
- 저손실세라믹 소재 분석 및 조성설계 기술개발
- High Q MLC 커패시터 유전체 분말 개발
: 저유전율·고품질계수 유전체 세라믹 분말 조성 최적화
: 저유전율·고품질계수 분말 준양산 합성공정 개발
- 온도특성 확보를 위한 희토 원소 기반 첨가제 조성개발
- 저온 소결 공정개발 및 최적화
2. 전극 소재 기술개발
- MLC 커패시터용 Cu 전극 소재 기술개발
: Cu 기반 페이스트 용 무기 분말, 유기 바인더 및 첨가제 조성물 개선, 내부 조성비 및 제작 공정 최적화
: Cu 기반 페이스트 제작 공정 안정화 및 Scale Up 공정개발
: Cu 내부 전극 산화를 억제하는 분위기 소성 공정 가이드 개발

3. High-Q MLC 커패시터 제품 기술개발
- 저온 소성을 위한 소결 조제 조성 개발
- 저유전율·고품질 유전체 조성 개발
: 품질계수 4000 이상 확보를 위한 첨가제 조성 개선
- 내환원성 유전체 및 내부 전극 저온 동시 소성 프로세스 확립
- 품질계수에 미치는 내부 전극 패턴 설계 제어
: 개발 Cu 페이스트 인쇄 최적화
: 패턴 형상 및 배열 방식에 따른 품질계수 및 특성 제어
- High-Q MLC 커패시터 시제품 제작

[수요기업 검증]

1. 5G 기지국용 High Power Amplifier 모듈에 적용하여 성능 검증
- sub-6GHz 5G 기지국 중계기용 HPA 설계 및 커패시터 부품 검증
: 동작 주파수 : 3.7~3.98 GHz,
: 피크 출력 : 14W 및 84W급
- 개발 커패시터를 적용한 고출력 증폭기 성능 분석
- 개발 커패시터와 수동부품 적용 고출력 전력 증폭기 신뢰성 분

□ 연구개발성과
- Thin Film capacitor
·본 기술개발에서 새롭게 제안된 절연박막 기반의 capacitor구조를 기반으로 상용제품의 Q값과 동등 이상의 특성을 보이고 있으며, 실험실 수준이 아닌 양산성을 위하여 대면적(8“) 기반의 공정 검증도 수행
- Multi-layer Ceramic capacitor
·저온소성을 위한 첨가제 조성 개발, 저온 환원 분위소성 조건 최적화를 통하여 Murata社 제품보다 우수한 수준의 High Q특성을 확보
· High-Q Capacitor의 핵심 유전체와 저손실 전극 소재 기술 개발 완료

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 기지국 증폭기 적용을 통한 개발제품(Capacitor) 검증
· 개발샘플(Thin-film Capacitor, MLC Capacitor)들을 5G 기지국 증폭기 적용 테스트 결과는 상용 High-Q Capacitor를 기반으로한 증폭기 테스트와 유사한 결과를 얻어 실제 적용에 문제없음을 확인
· 개발된 시제품들은 가속수명시험(250v, 125℃, 1,000hrs)시험을 통하여 우수한 신뢰성을 입증

● 개발 성과 활용계획
- High-Q 세라믹/박막 커패시터는 5G 기지국용 부품의 RF 및 전원부에 다양하게 활용 가능함.
- 5G 기지국용 High power Amplifier 모듈에 적용(수요기업: RFHIC)하여 성능을 검증하고 기지국 부품 경쟁력 강화 및 부품 수입 대체 도모.
- 개발된 MLCC 전극용 고전도 Cu paste는 고주파를 요구하는 RF 부품에 폭넓게 활용 가능

● 기대 효과
- 본 과제를 통해 고비용 및 납기 문제 등이 있음에도 불구하고 높은 성능 요구사항에 따라 주로 해외 제조업체에 의존해온 High-Q 커패시터를 상용화하여 5G 기지국용 전력 증폭 모듈의 부품 소재에 대한 국산화율을 높이고, 고효율 등의 특성으로 에너지효율 증대 및 환경문제 등에도 기여

(출처 : 요약문 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 8
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 12
• 1.1 연구개발 기술 개요 ... 12
• 1.2 연구개발 추진 체계 ... 15
• 1.3 연구개발 목표 ... 17
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 18
• 2.1 High Q 박막 커패시터 개발 ... 18
• 2.2 High Q MLCC용 저손실 유전소재 개발 ... 48
• 2.3 High Q MLCC용 Cu 전극 소재 개발 ... 76
• 2.4 High Q MLCC 커패시터 제품 개발 ... 95
• 2.5 High Q 커패시터 신뢰성 검증 ... 127
• 2.6 5G 기지국용 High Power Amplifier 적용 (개발 부품 검증) ... 132
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 151
• 1) 연구수행 결과 ... 151
• 2) 목표 달성 수준 ... 155
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 155
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 155
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 156
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 157
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 157
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 158
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 159
• 1. 연구개발비 사용명세서 ... 159
• 2. 발생이자 사용명세서 ... 159
• 3. 반납액 명세서 ... 159
• 끝페이지 ... 160