금속-반도체 융합 적층제조기술 원리

[경남데일리=황민성 기자] 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 분말세라믹연구본부 3D프린팅소재연구센터 유지훈 박사(센터장) 연구팀은 한동대학교 기계제어공학부 정임두 교수 연구팀과 함께, 금속과 반도체가 융합된 지능형 금속 부품을 SLM(선택적 레이저 소결)기반 3D 프린팅 기술을 통해 세계 최초로 제조하는 데에 성공했다고 30일 밝혔다.

개발된 지능형 금속 부품 제조 기술은 고온의 금속 제조 공정 중 마이크로프로세서 등의 반도체 칩을 3D 형상의 금속 부품 내부의 원하는 위치에 삽입하여 제조할 수 있도록 하는 기술이다.

진동/온도 센싱 및 블루투스 칩을 활용한 금속 부품 실시간 상태 관측

기존의 금속 부품 제조 공정인 ‘주조’와 같은 공정은 금속이 녹을 정도의 고온 공정으로, 반도체와 같은 ICT(정보통신기술)부품을 공정 중간에 적용하는 건 거의 불가능했다.

마이크로/나노 분말 형태로 비교적 저온에서 소결을 통해 금속 부품을 제조하는 ‘분말야금’ 공정 또한 장시간의 부품 소결로 인해 반도체가 모두 열에 의해 파손되거나 기능을 상실하는 등 근본적인 문제를 안고 있었다.

본 공동 연구팀은 고출력 레이저를 통한 금속 3D프린팅 공정 시, 반도체 부품의 삽입 위치에 열보호 형성층을 통해 레이저의 직접적인 조형을 회피하는 방법으로 스테인리스, 티타늄, 초내열 금속 등 현재 많이 쓰이고 있는 대부분의 금속 소재 부품 내부의 일부가 IC칩으로 구성되도록 하는 데에 성공했다.

기존의 금속 부품 내부 상태 관측을 위한 기술은 대부분 광섬유 형태의 온도 또는 압력센서 적용에만 국한되어 왔다.

반도체 삽입 공정의 미세조직 제어 및 기계적 특성 최적화 기술

하지만 이번 금속-반도체 융합기술은 현존하는 다양한 센서, 마이크로프로세서, 블루투스/와이파이 모듈 등의 ICT 또는 IoT(사물인터넷기술)기술과 금속 부품이 융합할 수 있도록 하는 기술을 세계 최초로 구사한 것이다.

이 기술을 통해 스마트 공장과 같이 대부분 금속으로 이루어진 장치를 물리적인 분해나, 접촉, 확인 없이 금속 상태 데이터를 통해 원거리에서도 정밀히 분석 또는 예측이 가능해 조선, 자동차, 국방 산업 등 금속으로 이루어진 기존 기계 시스템의 초연결화 및 지능화에 그 파급 효과가 더욱 클 것으로 기대된다.

해당 연구성과는 재료연구소의 주요사업 지원을 받아 수행됐으며, 최근 제조 부문의 JCR 랭킹 세계 최고 학술지인 애디티브 매뉴팩쳐링 지에 게재됐다.

황민성 기자  hcs@kndaily.co.kr

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