첨단세라믹스
‘고집적모듈용 세라믹소재 및 공정’ 과제 수행
정보통신부 선도기반기술개발사업 과제, 요업기술원 시스템모듈사업단에서 주관
3년간 114억원 투자, 전자부품연구원·ETRI 등 공동연구기관으로 참여

‘고집적 모듈용 세라믹 소재 및 공정’과제가 정보통신부 선도기반기술개발사업의 일환으로 수행된다.
요업기술원 시스템모듈사업단 주관으로 수행될 이번 과제는 2009년 2월까지 3년간 총 1백14억원 규모의 연구비가 투입될 예정이다. 시스템모듈사업단의 김종희 단장은 “과제의 규모도 큰 편이지만 그것보다는 산업자원부나 과학기술부가 아닌 정보통신부 과제라는 데 의의가 있다”며 “이는 IT 산업에서 부품 소재의 중요성이 커지고 있다는 것을 나타내는 것”이라고 밝혔다.
이번 과제에는 SCC(주), 전자부품연구원, 삼성전기, 한국전자통신연구원이 공동연구기관으로 참가하여 ‘고집적 모듈용 고강도/High speed 세라믹 및 소재 공정기술 개발’이라는 최종 연구목표를 달성하기 위한 연구를 수행할 예정이다.(공동연구과제명은 표 참조)
세부 연구개발 목표는 고강도 High speed 기판 소재개발, 모듈용 세라믹 분말 및  sheet 제조공정 개발, 고집적 모듈 적용을 위한 Library 구축 등이다.
총 3차년도까지 수행될 과제의 연차별 연구개발 목표를 보면, 1차년도에는 고강도  High speed 세라믹 소재 및 공정 기초연구가 이루어지고, 2차년도에는 고강도  High speed 세라믹 소재 및 공정 성능향상, 3차년도에는 고강도  High speed 세라믹 소재 및 공정기술 확보 연구가 수행된다.(연차별 연구내용은 표 참조)
요업기술원 시스템모듈사업단에서는 과제수행체계에 대해 “요업기술원은 주관기관으로서 과제가 목표로 하는 세 가지 특성의 소재 조성물을 개발하며 이들 개발된 조성물이 제품화로 이어질 수 있도록 기본적인 소재 적용성 테스트를 수행한다”며 “또한 전체 과제가 상호보완 및 overlap되면서 최상의 개발품이 나올 수 있도록 각각의 연결고리를 관리하게 된다”고 설명했다.
공동연구기관별 역할과 연구내용을 보면, SCC(주)는 과제가 종료된 후 과제의 결과물을 이용하여 제품화 하고 세계 시장에서 한국의 대표적인 원천소재 기업으로 경쟁해야 하는 역할이 주어져 있다고 한다. 즉 개발한 파우더를 상용화 가능한 수준의 생산기술로 연결하고 재현성과 생산 안정성을 확보할 수 있는 평가기술을 확보하여 과제의 목표가 제품화로 연결되는 기반을 조성하는 것이다.
전자부품연구원은 그 동안 고집적 모듈의 설계 및 제작분야에서의 경험을 바탕으로 개발된 재료의 중간제인 sheet제작을 위한 공정기술을 개발한다.
이 과정에서 슬러리의 다양한 배합 원료에 대한 평가, 분산장비, 분산제 및 분산조건에 대한 평가와 개선을 통해 안정적이고 균일한 두께 편차를 확보한 sheet 제조기술을 개발하는 역할을 수행한다.
대표적인 고집적 모듈용 부품생산기업인 삼성전기(주)는 이 분야의 세계적인 기술변화 추세를 피드백하고 전자부품연구원에서 개발하는 sheet에 대해 양산수준에서 적용성을 평가한다. 또 모듈화 공정에 필요한 다양한 조건에 대한 검증을 통해 적용가능성을 수요자 입장에서 평가하고 개선방향을 마련할 계획이다.
한국전자통신연구원의 경우 광모듈의 설계 제작 등의 경험을 바탕으로 고주파회로 설계에 대한 주요 요소가 검증된 테스트용 쿠폰을 설계하고 이 설계에 따른 R, L, C 각 passive의 소재별 library를 구축하게 된다.

수입파우더 국산화 대체 효과 기대
한편 사업단에서는 이 과제의 수행으로 고집적 모듈용 소재 기업의 발굴과 이 분야의 소재 국산화, 고집적 모듈산업의 가격경쟁력 확보와 차별화, 신규 고집적 모듈 개발에 필요한 소재의 개발과 개선 대응 능력의 확보 등이 기대된다고 밝혔다.
또한 직접적으로는 듀폰, 페로, 아사히 등 해외 업체로부터 수입되는 파우더의 수입대체 효과가 있을 것으로 보고 있다. 이밖에 향후에는 고집적 모듈 제조에 응용이 가능할 것으로 예상되고 있다.
박미선 기자

그림1 과제수행체계
참여연구기관 및 공동과제명
             공동 과제명                    참여연구기관     공동연구책임자
 분말 상용화 제조공정 기술 개발      SCC(주)             장재원
 세라믹 그린 시트의 두께 균일성    전자부품연구원        박종철
 확보를 위한 성형 공정 개발
 Sheet 양산성 평가 및 LTCC 공정  삼성전기(주)            정승교
 적용성 평가
 고집적 모듈용 세라믹 소재 RF     한국전자통신연구원   최광성
 라이브러리 구축

연도별 연구내용
  <1차년도> 연구내용
- High speed 대응 저유전율 소재 기본 시스템 확보
- Low 및 high K 대응 glass frit 개발
- 고강도 기판 소재 기본 시스템 확보
- LTCC 고강도 기판소재 조성 설계(위탁)
- Embedded cap.용 소재 기본 시스템 확보
- Non glass embedded cap.용 소재 연구 조성물 screening(위탁)
- powder glass 소재 적용성 평가 기초 연구
- 슬러리 적용성 평가 기초 연구
- SoP용 초고속 고집적 세라믹 시장 조사 및 연구 동향 파악(외부용역)
- Pilot plant 공장 확보 및 용융공정 개발
- Powder 특성 평가 system 구축
- 세라믹 분말의 평균 입도 제어 및 수화 처리와 표면 처리에 따른 표면 개질
- 세라믹 분말과 유기 용매와의 매칭성 및 분산제와 분산 방법에 따른 세라믹 분말의 분산
- 분산, 성형 공정 주요 parameter 및 평가 방법 연구
- 그린시트의 후공정(인쇄/펀칭/적층/절단) 적용성 평가 방법 연구
- 개발 소재의 공정성 평가 및 metal, via, 세라믹 소재의 전기적 특성 측정
- 고집적 모듈용 수동 부품 설계

  <2차년도> 연구내용
- High speed 소재 최적 조성 개발
- 고강도 기판 소재 공정 기술 확보
- 고강도 기판소재 미세구조 평가 및 제어(위탁)
- Embedded cap. 소재 이종 접합성 확보
- Embedded cap.기본 소재 확보(위탁)
- Glass frit 성능향상 및 신뢰성 검토
- 성형공정 소재 적용성 평가 방법 연구
- Sheet 상태 소재 적용성 평가
- 세라믹 filler 양산화 합성 공정 개발
- 분쇄/분급 및 건조/해쇄 공정 개발
- 유기물 혼합 방식, 탈포, 필터링 방식 및 배합에 따른 slurry 평가와 균일성 확보
- 성형 공정 조건에 따른 성형품 표면 상태 개질
- Embedded cap.용 소재, high speed 소재의 시트 양산성, 공정 적용성 평가
- 그린시트 두께 편차 최대 ±2% 유지 위한 공정기술 확보
- Embedded cap. 소재를 적용한 10여종의 캐패시터에 대한 라이브러리 구축
- High speed 소재를 적용한 각각 10여 종의 R, L, C 및 밀리미터파 대역의 전송선로 라이브러리 구축

  <3차년도> 연구내용
- High speed 소재 적용성 평가 결과 반영 최적 신소재 개발
- 고강도 세라믹 소재 개발
- 고강도 소재 유전특성 및 기계적 물성 평가(위탁)
- 이종재료 접합 및 소성 공정기술 최적화
- Embedded cap.용 소재 유전/소결 특성 최적화 및 모듈 적용성 완료(위탁)
- 소재 모듈 적용을 위한 내화학성 양산성 평가 및 개선
- 각 공정별 평가 방법 및 표준 확립
- 제품 제작 및 양산화 공정 안정성 평가
- 합성된 slurry 점도 조절에 따른 유동 특성 평가
- Slurry 유동 특성에 따른 두께 편차 연구
- 고강도 재료의  시트 양산성, 공정 적용성 평가
- Module 적용 가능성 평가
- 고강도 소재를 적용한 10여종의 R, L, C에 대한 라이브러리 구축