2020년도 기계산업핵심기술개발사업 신규지원 대상과제 안내문

- 첨단장비 -

□  ’20년 신규지원 대상과제

○ 공고예산 : 395억원

○ 신규지원 대상과제(품목) : 42개

사업분야	순번	과제명	주관기관	’20년 지원규모 (억원)	총 수행기간 (개월)	기술료	과제유형			과제특징
							가	나	다
첨단장비 (제조기반생산시스템)	1	스마트 복합형 심공 드릴링 시스템 개발	중소·중견기업	6	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	2	유니버셜 헤드를 갖춘 30톤급 대형 금형 가공 5축 갠트리 밀링기 개발	제한없음	4	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	3	초고경도 재료 가공을 위한 방전-기계 초정밀 복합가공시스템 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	4	공정 모니터링 및 최적화 통합 금속 레이저 적층/절삭 하이브리드 가공 시스템 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	5	수송기기 및 방산부품용 대형/고정밀 회전성형기 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	6	중대형 소재·부품 제조용 열간 정수압 소결장치 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	7	고정밀 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계, 수요기업 참여 필수
	8	제조장비 정밀이송용 고정밀급(C1∼C3) 볼스크류 핵심기술 개발	제한없음	10	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	기업참여 필수
	9	능동 마그네틱 베어링 핵심부품 개발 및 통합 신뢰성 확보 기술 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	10	비희토류 고성능 페라이트 영구자석 제조 시스템 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	11	하모닉 감속기의 중공경 확대/박형화/경량화 및 성능 예측/관리가 가능한 설계/제조 기술 개발	제한없음	15	45	징수	일반	원천기술	품목지정	경쟁형R&D
	12	20인치 이상 입구경을 갖는 대용량 극저온 고진공 펌프 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	13	수소·전기차용 알루미늄 부품 제조를 위한 차압주조장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	14	고강도 경량 알루미늄 부품제조용 다층 클래드 압출제조장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
첨단장비 (제조기반생산시스템)	15	열간성형 기술을 이용한 고강도 알루미늄 7000계열 생산시스템 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	16	3차원 곡면 가공을 위한 비정형롤 판재 성형 장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	17	대면적 타이타늄 합금 초소성 성형 장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	18	탄소섬유 스프레드 토우 인라인 프리프레그 제직 시스템 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	19	전기차용 외장부품 경량화 및 생산성 향상을 위한 CFRP/GFRP용 LFI(Long Fiber Injection) 장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	20	로봇 기반 자동차용 CFRP-메탈 부품 가공-접합 시스템 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	21	전기자동차 배터리 분리막용 30m/min급 대면적 PVdF 코팅 장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	22	고속 고품질 Maskless 플라즈마 다이싱 가공장비 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	23	광 기반 초소형 칩 고속 선택적 전사 및 접속 공정/장비 기술 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	24	대면적 Patterned Epoxy Molding Film 연속 제조 시스템 개발	제한없음	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	25	OLED용 대기압 하전입자 복합 리페어 장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	26	스퍼터링 및 원자층 증착(ALD) 복합공정 기반 미세분말 대량코팅장비 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
첨단장비 (제조장비실증)	27	알루미늄 다이캐스팅 자동차 부품용 고속형 HMC 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	28	타이타늄/인코넬 원통형 부품가공용 고생산성 터닝센터 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	29	기어류 부품의 고속 가공을 위한 터닝 기능을 가진 5축 가공기 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	30	반도체 웨이퍼 후면 Full Auto Backgrinding 장비 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
첨단장비 (제조장비실증)	31	고집적 적층형 반도체 생산을 위한 레이저 절단기 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	32	고경도 난삭재 핵심부품 가공용 초정밀 방전가공 시스템 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	33	폭 2,000mm 이상 다층 직물 생산용 더블 헤드 레피어 제직기 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D, 수요(실증)기업 참여필수
	34	용접물 인식 기반의 자율 용접 로봇 시스템 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	융합R&D
	35	전기차 모터용 초고속 볼 베어링 내/외륜 복합연마장비 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	36	실시간 지능형 품질제어 스마트 압출 시스템 개발 및 알루미늄 부품 적용 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	37	항공용 탄소섬유복합재 부품 드릴링/라우팅 가공시스템 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	38	친환경/저에너지형 상온염색 시스템 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	39	멀티 라인스캔 방식 마이크로 비아 검사 장비 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	40	플렉서블 디스플레이용 nm급 3차원 고속 검사 장비 실증	중소·중견기업	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
	41	웨이퍼 레벨 본딩 장비용 이중서보 웨이퍼 이송 시스템 실증	제한없음	10	12	징수	일반	혁신제품	품목지정	수요(실증)기업 참여필수
첨단장비 (제조기반생산시스템)	42	수요산업 맞춤형 전용장비 개발	제한없음	45	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	품목지정형 자유공모

* 지원대상 과제별 품목은 하단 내용 참조

* 품목 내용의 총사업비 및 총수행기간은 평가위원회에서 조정 가능함

[첨부1] 기계산업핵심기술개발사업(첨단장비) 지원 대상 품목

[첨부2] 기계산업핵심기술개발사업(첨단장비) 신규과제 실무작업반 명단

[첨부1] 기계산업핵심기술개발사업(첨단장비) 지원 대상 품목

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

스마트 복합형 심공 드릴링 시스템 개발

(TRL : 5 단계 〜 7 단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 심공 드릴링 머신(Deep Hole Drilling Machine)은 구멍 깊이가 직경 대비 10배에서 150배 이상의 깊은 구멍을 가공하는 장비

- 심공을 드릴링 하는 장비 중 Gun 드릴링 머신은 ∅1.0∼∅32.0mm가 한계로 주로 금형, 자동차부품, 의료기기 가공 등에서 사용되고 있음

- ∅250mm 이상의 대구경 가공은 BTA(Boring & Trepanning Association) 심공드릴링 머신으로 발전설비 로터샤프트, 선박의 스크루샤프트, 방산품 등을 가공하는데 사용됨

- 가공표면의 정밀도 및 생산성 향상을 위하여 호닝(Honing) 가공 등 복합 심공 가공기 필요

- 최대 직경 350mm, 길이 6m이상의 심공 드릴링이 가능한 장비가 필요하나, 현재 유럽(독일, 이탈리아), 일본, 미국, 대만 등 수입에 의존하고 있음

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 조선 및 발전설비의 대형 샤프트 가공

- 선박의 프로펠러형 가변 스크루샤프트, 발전설비의 로터샤프트 등

ㅇ 방산품의 포신 가공, 철강 산업의 압연롤러 쿨링홀 등 대구경 복합 심공 가공

ㅇ 복합 심공 드릴링 기술과 ICT 기반기술의 융합으로 글로벌 경쟁력 확보

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	가공직경	mm	250(드릴링) 이상 / 350(카운터보링-트래패닝) 이상
2	가공경 공차/표면조도 Ra	H/㎛	H6 이하 / 0.1 이하
3	내경 치수, 표면조도 Scanning기술	-	전 구간 치수 표면조도 측정 후 저장

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) 한국건드릴, 신일기계, 대양기계 등에서 제작하고 있으나, 수입 장비 대비 복합가공, 측정기술 등 기술 경쟁력에서 우위를 확보하지 못하고 있는 실정

- 일반 심공 가공기는 기술을 확보하고 있으나, 복합기능 장비기술은 부족하며 전반적인 국내 기술 수준은 선진국 대비 80% 수준

- 드릴링 후 내경의 조도 및 공차를 스캔 후, 재가공하는 기술 등 첨단기술 부족

ㅇ (국외) 외국의 선진장비의 경우 측정기술과 복합기술을 접목하여 한번의 Chucking으로 여러 공정을 동시에 수행 할 수 있는 고가의 장비를 제작 판매 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 조선, 발전산업 등에서 최대 직경 250~350mm, 길이 6m 이상 드릴링이 가능한 장비를 요구하고 있으나, 현재 국내기업의 기술 부족으로 유럽(독일, 이탈리아), 일본, 미국, 대만 등 수입에 의존하고 있음

ㅇ 복합기능 심공 드릴링 머신 개발 및 공구 모니터링, ICT기반 기술의 융합을 통한 글로벌 경쟁력 확보를 위해 지원 필요

- 심공 드릴링 머신 전문기업, 설계·해석, 모니터링 기술 등을 보유한 대학 및 연구기관과의 협력 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 수요시장은 현대위아, 만도, GM대우, S&T중공업, 현대중공업 등 연간 약 200억원 수준으로 추정되며, 개발 성공 시 국내 시장점유율이 현재 50%에서 ‘27년 70%로 증가할 것으로 예상

ㅇ 본 기술개발을 통해 공구 마모 보정기술, 측정 후 Feed back data를 활용한 보정 가공기술 등 부가가치 향상 및 타 분야 파급 효과 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 심공 드릴링 머신은 방산, 발전 설비, 조선 산업 등 대형 부품 제작에 필수적인 장비이며 전략물자로 분류되어 있음. 해외 무역 환경 변화에 따라 수급이 어려울 수 있으며 산업 안보를 위해 정책적 지원이 필요함

ㅇ 심공 드릴링 머신은 주로 중소기업에서 생산 중이며, 복합 기능 및 스마트 기술 등 확보하기 어려운 기술적 한계가 있으므로, 출연연, 대학 등 전문 연구기관과 연계하여 정부 지원을 통한 기술 개발이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 6억원 이내(총 정부출연금 22억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-02

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

유니버셜 헤드를 갖춘
30톤급 대형 금형 가공 5축 갠트리 밀링기 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 2방향 회전이송이 가능한 주축 헤드와 갠트리형 이송계를 갖춘, 최대 공작물 무게 30톤급 고속 고정밀 대형 5축 밀링가공기 개발

- 주축헤드 각도는 연속으로 2방향 제어가 가능해야하며, C축의 경우 360도 이상 회전 이송이 가능한 유니버셜 주축 헤드 개발

- Y축 범위 3m 급으로, 작업공간을 감싸는 형태의 기계 구조 및 상부 리니어모터 구동 갠트리 구조 이송계 개발

- 장시간 가공이 필요한 대형 금형에서 요구되는 표면품질 및 가공정밀도를 작업자 없이 모니터링과 제어를 할 수 있는 적응제어 응용 공정제어기능 개발

- 프로그래밍부터 공정제어까지 5축 가공 작업 자동화 HMI(Human Machine Interface) 개발

* 가공 대상물의 3D 모델에 의한 자동 NC 프로그래밍 기능

* 가공 부하 변동을 최소화하는 5축 공구 경로 최적화 기능

* 표면조직, 가공정밀도 등 가공품질 향상을 위한 공정 제어 기능 등

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 금형 가공

- 라이트, 범퍼, 도어 사이드 프레임 등 자동차 부품 금형 가공

- 세탁조, 냉장고 용기 등 가전 부품 금형 가공

ㅇ 일반 부품 가공

- 항공기 날개 스킨 가공, 반도체 설비 프레임 가공 등 부품 가공

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	5축 가공정밀도	㎛	30 이하
2	주축 열변위 단차	㎛	20 이하
3	헤드 C축 이송 범위	deg	360 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) Makino(日)는 중대형 금형 정밀가공용 유니버셜 헤드를 적용한 수직형 밀링 가공기 생산 중

- FPT(伊), DMG Mori(日)는 유니버셜 헤드를 적용한 갠트리 구조 대형 5축 밀링가공기 생산 중

- 일본의 경우 가공 영역에서 뒤처져 있으며, 유럽 장비가 기술적 및 시장성에서 우위를 점하고 있음

ㅇ (국내) 국산 5축 밀링 가공기는 회전 테이블 수직형이 일반적이며, 유니버셜 헤드를 적용한 갠트리형은 개발 사례가 없음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 대형 정밀 가공 부품은 국내 가전/자동차 산업계에서 수요가 증가되고 있으며, 이를 국산 장비로 대응하기 위해 기술 개발이 필요함. 5축 대형화에 따른 구조 설계, 정밀도 향상 등 관련 연구 필요

- 고부가 항공부품산업 경쟁력 확보, 가전산업 글로벌 시장 확대, 자동차 산업의 패러다임 전환 대응을 통한 활력 제고 등 전문장비 개발 지원 필요

ㅇ 20m3 이상의 대형에서 미세형상까지 가공 가능한 밀링 가공기 개발을 통해, 수요산업의 제품 개발기간 단축 및 고부가가치 제품 생산 장비 공급을 통한 공급 사슬 전체의 고수익 구조 전환 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 대형 5축 갠트리 밀링 가공기 개발을 통해 일본이 선점하고 있는 아시아 지역 대형 금형가공기 시장에 진출 가능

- ‘18년 기준 문형 머시닝센터는 총 161대(54,572천불)가 수입

- 이중 갠트리 타입 밀링기는 대만, 일본 등으로부터 10여대(12,408천불)가 수입된 것으로 추정

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 소형부품 정밀가공 장비는 세계적 경쟁력을 갖추고 있으나, 대형부품 가공기는 유럽, 일본에 비해 기술이 부족한 상태이며, 대만 업체의 추격을 받고 있어 정부의 정책적 지원이 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 4억원 이내(총 정부출연금 14억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-03

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

초고경도 재료 가공을 위한 방전-기계 초정밀 복합가공시스템 개발

(TRL :  5 단계 〜 7 단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 방전 및 절삭가공 공정융합을 통해 세라믹, Glass, PCD(Poly Crystalline Diamonds, 공업용 다이아몬드) 및 WC(Tungsten carbide, 텅스텐 카바이드) 초경합금 등과 같은 고경도 난삭재의 가공 정밀도 및 생산성 극대화를 위한 초정밀 복합가공 시스템 개발

- 정밀 방전 펄스 제어 기술 및 방전 플라즈마 제어 기술 개발

- 가공품질 향상을 위한 아크 발생 모니터링 기술 개발

- 복합가공 구현을 위한 시스템 설계기술 개발

- feature size 10μm급 초미세 가공용 특수 공구 제조와 이를 활용한 부품가공을 단일 장비에서 실현할 수 있는 복합가공 시스템 구축

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 초고경도 특수 공구

- 초경합금, 세라믹 등 고품질 정밀 가공을 위한 고경도 특수공구 제조

ㅇ 초정밀 금형-반도체, 통신전자 산업의 초정밀 미세 금형 제작

ㅇ 디스플레이 산업의 OLED 유기물 정밀토출을 위한 수십 마이크로급 노즐 등 각종 정밀 노즐 제조

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	장비 분해능	nm	100 이하
2	최소 pulse on time	μs	0.1 이하
3	공구선단크기	μm	20 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 공구 연삭기 사업과 공구 사업을 병행하고 있는 발터(獨)는 최근 Fine Pulse Technology를 PCD 연삭기에 탑재하여 방전가공에서 발생하는 미세 치핑과 에지 샤프니스를 대폭 향상시켜 시장을 확대하고 있음

- EWAG(스위스)의 경우 연삭과 회전 방전 기능을 한 기계에서 구현할 수 있는 2-in-1 컨셉 초정밀 장비 판매 중

- 방전 가공기의 경우 일본을 중심으로 높은 수준의 기술력을 보유한 업체(소딕, 화낙, 미츠비시)들이 국내에 장비를 공급하고 있으며, PCD 용도의 와이어 방전 가공기의 경우 화낙(日)에서 PCD 전용 모듈을 탑재하여 판매 중임

ㅇ (국내) 아직 국내는 연구기관 중심으로 개발되고 있는 단계이며 서울대, 연세대, 숭실대 등을 중심으로 미세 방전 가공에 대한 연구 진행 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 최근 반도체, 전자통신, 디스플레이 산업에서 기술 경쟁이 심화되고 있으며, 특히 방전가공 기술의 경우 일본을 선두로 한 글로벌 선도국과의 기술 격차가 크게 벌어지고 있음

- 정보통신분야의 정밀 금형 및 세라믹 부품 hole 가공, OLED 생산에서의 잉크젯 프린팅 초정밀 노즐 제조 등 수십 μm 수준의 초미세 가공 수요가 급증 추세

ㅇ 방전 기반 복합가공 시스템의 선행기술 연구를 통해 확보된 미세 방전펄스 제어기술 및 융합 가공 공정개발을 통해 첨단신소재의 초정밀 가공기술 개발 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 항공, 광학 산업의 발달에 따른 인코넬, 인바, 티타늄, CFRP, SiC와 같은 신소재의 수요가 늘고 있으며, 이에 대응할 수 있는 세라믹, CBN, PCD 등과 같은 초고경도 공구가 요구되고 있음

ㅇ 국내에서는 정밀공구 및 금형제조 분야의 공구 연삭기와 방전 가공기를 비롯한 초정밀 가공장비를 병행활용하고 있고, 일본 및 독일의 의존도가 높은 상황으로 국산 장비 개발 시 수입대체 효과 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 초고경도 부품에 대한 필요성은 증가하고 있으나, 초고경도 부품 가공을 위한 제조장비 생산 기업은 기술개발 투자여력 및 연구인력이 부족한 중소기업이 대부분임을 고려할 때 정부 지원을 통한 산학연 협력이 요구됨

ㅇ 초고경도 재료 가공을 위한 초정밀 복합가공 시스템이 개발되면, 항공, 광학, 반도체 산업 등에 파급효과가 큼

- 시스템 개발 → 초고경도 공구 개발 → 고경도 부품의 보급 → 제품 경쟁력 강화

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-04

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

공정 모니터링 및 최적화 통합
금속 레이저 적층/절삭 하이브리드 가공 시스템 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 레이저 적층/절삭 하이브리드 가공 시스템은 레이저 기반의 금속적층 및 절삭 공정이 가능한 하이브리드 장비와 안정적인 적층 공정을 유지할 수 있는 제어 시스템을 포함

- 적층공정 시 열전달이 발생하는 구간의 멜트 풀(적층 및 클래딩 되는 부분) 온도, 열적 변화 등을 모니터링하고, 실시간으로 공정 변수를 피드백 제어하여 안정적인 적층공정을 유지할 수 있는 시스템 개발

- 적층/절삭 하이브리드 공정 장비 맞춤형 CAM 솔루션 개발

- 안정적인 분말 공급을 위한 국산 금속 분말 평가 및 수요 부품 적용 필요

ㅇ 3차원 적층 부품 제작 시 열누적에 따른 결함 및 잔류 응력 발생 방지를 위한 적층 경로 전략 구성 및 공정 모니터링 기반 제어 기술 개발

- 장비 유지보수를 위한 적층 공정 맞춤형 금속 분말 유동 및 레이저 빔 특성 측정 및 성능검정(calibration) 기술 개발

- 수요부품 맞춤형 소재 및 부품형상 특성에 따른 최적 공정 도출

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 자동차 산업 : 브레이크 및 밸브 마모부위 코팅을 통한 기계적 특성 향상 및 수명향상, 양산부품 수정을 통한 자동차특성 별 부품제작 등

ㅇ 에너지 산업 : 터빈 블레이드, 회전부 부분 손상 부품 Repair, 탈황 부품 등의 기능부 코팅, 단종 부품의 재생산/수리 등

ㅇ 항공 산업 : 엔진 블리스크, 엔진 고온내열 부품 수리, 구조 경량화 복합 형상 적층

ㅇ 일반 산업 : 이종재료 코팅 통한 수명향상(산업용 절단기), 금형 보강 및 수리

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	적층 모니터링 지표 수	개	2
2	온도 측정 범위	도	1500 이상
3	적층 공정 CAM 경로 생성 Operation (알고리즘)	개	15
4	평가 및 개선 적용 국산 분말 재질	개	2

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 일부 해외 기업들은 열화상 카메라 또는 고온측정기를 이용하여 클래딩 및 적층 공정을 실시간 모니터링하여 피드백 제어하는 하드웨어와 소프트웨어를 제공 중임. 공작기계 선도업체의 경우 절삭/적층 복합공정 장비에 자체 개발한 시스템을 적용하여 제공하고 있음

- 해외 시뮬레이션 기업들은 금속에너지 직접조사 적층제조공법(direct energy deposition, laser metal deposition 등)에 대한 시뮬레이션 프로그램 개발 및 상용화 완료

ㅇ (국내) 국내에는 절삭/적층 복합공정 CAM 및 제어시스템 개발 업체가 없어 해외 제품을 사용하고 있음

- 레이저 금속적층 시뮬레이션에 대해 일부대학 및 연구소에서 기초연구가 진행되고 있으나, 실제 산업적용을 위한 추가연구 및 실증이 필요함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 레이저 금속 클래딩 및 3D 적층시스템은 개발된 사례가 있으나, 공정 안정화 및 최적화가 어려워 기술의 확대가 제한되고 있음. 적층공정 안정화를 통해 다양한 산업분야에 적용을 위한 공정개발이 필요함

- 레이저와 금속파우더를 활용한 클래딩 및 3D 적층가공은 부품제작, 기존부품에 형상추가, 기능면코팅 등이 가능하여, 자동차/항공/에너지/금형/조선/해양 등 생산성과 원가절감이 필요한 분야와 고기능/고품질 재료를 사용하는 고부가 가치 산업에서 수요가 늘고 있음

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 글로벌 3D 프린팅 산업은 2019년부터 재도약하여, 2020년에는 매출규모가 30억 달러로 성장할 것으로 예상

- 특히 3D 프린팅 산업에서 플라스틱적층 비중은 크게 감소하고 있으며, 금속적층 비중은 2018년 전체의 36%로 증가하였고 2021년의 경우 50%이상이 될 것으로 예상

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 레이저 금속 클래딩 및 3D 적층시스템, 모니터링 시스템, 분석알고리즘 및 시스템 통합, 클래딩/적층 공정기술과 적층 후 절삭가공 기술이 상호 연계되어야 하므로, 정책적 지원을 통한 산학연 협력이 요구됨

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-05

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

연구개발/
엔지니어링 서비스

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

수송기기 및 방산부품용 대형/고정밀 회전성형기 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 수송기기와 방산분야의 대형 부품 제조 시 주축, 롤러, 맨드릴을 이용하여 곡면, 원통 형상의 제품을 성형하는 장비

- 수송기기 : 가스 저장용 압력용기, 자동차 휠, 변속기 부품 등

- 방산부품 : 로켓 연소관, 동체, 탄두 등

ㅇ 고정밀 회전성형기의 핵심 개발 기술

- 고정밀 회전성형을 위한 공정 최적화 기술 개발

- 다축 서보의 수치제어를 통한 피드백 성형가공의 장비 제어기술

- 공정 친화형 자동 냉각 및 윤활 시스템 구현

- 장비 안전 시스템과 공구 간 충돌 방지 시스템 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 수소 및 천연가스의 저장용 고압용기 생산

- 추가가공이 필요 없는 무가공 정밀성형과 고강도 제품생산이 가능하여 제품 안전 신뢰도가 중요한 수소 및 천연가스(CNG)의 고압용기 제작용 수입 장비 대체

ㅇ 방산부품 개발 및 생산

- 방위산업용 로켓 연소관, 동체, 탄두, 모터케이스 등의 제작 장비 국산화

- 방위산업에 대규모 투자 중인 인도, 이스라엘, 그리스, 터키 등의 세계시장 진출

ㅇ 별도의 스피닝 장비와 함께 다량, 다품종의 회전성형 부품 제조가 가능하므로 향후 자동차 휠, 풀리 등 부품제조시장 진입 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	가공경/가공길이	mm	최대 800/3,000
2	위치/반복 정밀도	mm	±0.01 이내
3	공구 런아웃	mm	±0.015 이내

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) (주)일광테크가 (주)풍산, (주)케이시알, 자동차 부품업체에 CNC 회전성형기를 납품하고 있으나, 핵심요소기술의 국산화 비중이 매우 낮은 상황

- 대형 고정밀 다축제어 CNC 회전성형기 기술은 선진국 대비 80%수준이며, 기술격차는 약 5년 이상

- 국내 산업은 자체 개발하거나 수입한 소형 회전성형기로 수요가 많은 알루미늄 휠 생산에 치중

ㅇ (국외) 항공·우주 및 방산부품 제조를 위한 고정밀 대형 CNC 회전 성형장비는 LEIFIELD(獨), DENN(美), MJC(美) 등이 전 세계 시장을 주도

- Nihon Spindle Manufacturing(日)에서는 알루미늄과 철 등 이종 금속의 결합을 위한 회전성형기를 세계 최초로 개발하였고, 기존 프레스 방식보다 결합력이 높아 모터나 로터 샤프트 등 부품 제작에 활용 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내 회전성형기 제작업체는 설계 및 제작기술을 일부 보유하고 있으나, 정밀성형을 위한 장비 제어기술, 공구 설계능력, 신뢰성 등이 부족

ㅇ 항공 및 방산 부품용 대형 고정밀 수치제어 회전성형기는 다축 서보제어 원천 기술을 보유한 독일 및 일본에 의존하고 있어 기술개발이 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 회전성형기를 포함한 기타 금속가공장비의 ‘16년 기준 국내 수출액은 16백만불, 수입액은 27백만불로 추정되며, 회전성형 제품인 압축 및 액화가스용기와 저장용 금속탱크의 ‘17년 국내 생산액은 각각 6.7천억원, 17.5천억원으로 추산

ㅇ 대형 회전성형기에 대한 국내 수요기업과 부품업체의 지속적인 개발요구가 있으며 개발 후 수입 장비 대체 및 세계 시장 진출 가능

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 대형 회전성형기는 독일, 일본 등 특정 국가에 대한 수입의존도가 매우 높고 방산부품 제조에 필수적인 장비이며, 해외 무역 환경 변화에 따라 수급이 어려울 수 있어 산업 안보를 위해 정책적 지원이 필요함

ㅇ 회전성형기는 주로 중소기업에서 생산 중이며, 대형 부품 가공 및 고정밀 기술 등 확보하기 어려운 기술적 한계가 있으므로, 출연연, 대학 등 전문 연구기관과 연계하여 정부 지원을 통한 기술 개발이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-06

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

소성가공/분말

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

중대형 소재·부품 제조용 열간 정수압 소결장치 개발

(TRL :  5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 기체를 압력 매체로 사용하고 정수압(등방압) 조건으로 가압과 동시에 고온을 유지하여, 금속, 세라믹 분말 소재를 고밀도 부품으로 소결하는 직경 350mm 이상의 열간 정수압 소결장치(HIP, Hot Iso-static Pressing) 개발

	→		→		→
[금속 분말]		[전처리(예: 압분공정)]		[HIP(Hot Iso-static Pressing)]		[HIP parts (임플란트, 터빈, 기어류)]

ㅇ 중대형 압력용기 설계 및 제작 기술 개발

- 직경 350mm 이상 정수압 압력용기 제조 방법별 설계 기술 개발

- 압력용기 실용화를 위한 신뢰성 평가 방법 및 기술 개발

ㅇ 고온/고압 환경 정밀 제어기술 개발

- 최대 200MPa, 2,000℃ 정수압 분위기 제어기술 개발

- 공정 제어용 열간 정수압 승온/냉각 속도 조절 및 연속 공정 시스템 개발

ㅇ 임계성능 구현 공정 데이터베이스 구축

- 기존 열간 등방압 장비와 비교를 통한 핵심 소재·부품별 공정 데이터베이스 구축

- 분말야금, 이종재료접합 및 임계성능구현 소재 부품 평가 분석

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 정수압 프레스 장비 및 관련 부품(임플란트, 터빈, 기어류 등)

ㅇ 분말합금강을 이용한 내마모 압연롤

ㅇ 반도체 웨이퍼 고정용 정전척 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	Hot zone 크기	mm	D350 x 500
2	최대 온도	℃	2,000
3	최대 압력	bar	2,000

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 일본(고베스틸), 미국(AIP, 오토클레이브), 스웨덴(Quintus) 등 전통적인 선진사에서 HIP 기술을 독점하고 있으며, 최근 3D 프린팅(GE) 및 분말제조(Sandvik) 기업들이 후발주자로 참여하여 경쟁이 가속화되고 있음

- HIP의 성능 및 가격을 결정하는 가장 중요한 인자는 hot zone의 크기로, 현재 Avure technologies에서 5m 높이의 장비개발이 진행 중

- 일본은 HIP 분위기를 산소 및 질소로 조절하여 고압 산질화를 통해 고밀도, 고순도의 CeN, GaN 제조하는 연구를 진행하고 있으며, 이를 위해 2,500℃, 1,000MPa 분위기를 3℃ 오차 이내로 제어하는 HIP 장비개발 진행 중

ㅇ (국내) 국내 HIP 제조기술은 거의 전무한 상태이며, 일부 기업* 및 연구소에서 선진사 제품을 수입하여 외주 서비스 및 연구를 진행하고 있음

* DAT신소재, 코힙스테크에서 일본(고베스틸), 미국(오토클레이브) 중대형 HIP를 구축하여 외주 서비스를 제공하고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 열간 정수압 소결장치는 극한 환경/정밀부품의 특성상 신뢰성 검증이 중요하나, 국내에서는 관련 항목을 검증 및 인증할 기술과 장비가 부족하고, 성능평가를 위한 공정조건별 핵심 수요부품의 데이터베이스가 전무

- 국내기술은 냉간 정수압 소결장치(CIP)의 국산화가 완료되어 소형 압력용기를 제작할 수 있지만, 중대형 열간 정수압 소결장치의 경우 전량 수입 중

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 열간 정수압 소결장치 제품 및 관련 부품시장은 ‘17년 기준 약 1.35억 달러이며, ’20년에는 약 1.86억 달러로 예상됨(Kobelco, 2017)

- 최근 일본기업(Kobe steel)은 중대형 열간 정수압 소결장치 분야 유럽 선진 기업들(Quintus, Avure Tech.)을 합병하여 점유율을 전 세계 50% 이상으로 확대

ㅇ 열간 정수압 소결장치 관련 주요 부품 시장

- (내마모 압연롤 시장) 세계 내마모 압연롤 시장은 ’23년 69억 2,100만달러 규모로 성장할 것으로 예측되며, 국내시장은 ’23년 3,274억원으로 성장할 것으로 예측

- (웨이퍼 고정용 정전척 시장) 세계 웨이퍼 고정용 정전척 시장은 ’23년 3.1억 달러 규모로 예측되나, 국내는 전량 일본에서 수입 중(시장 규모는 약 1,000억원)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 열간정수압 성형기술은 특수 분말 성형제품 및 초경, 고밀도 반도체 부품 등 전방위 산업에 필수적으로 적용되는 기술임에도, 일본 등 선진국에 대한 수입의존도가 높고, 민간 기술역량만으로 국산화가 불가능해 정부 지원이 필수적

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-07

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

고정밀 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발

(TRL :  5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 밸런싱 머신은 회전기계 회전부의 불균일한 질량분포를 측정한 후, 베어링으로 전달되는 힘이나 진동이 국제규격(ISO) 규정에 만족하도록 불균형 질량을 교정(밸런싱, Balancing)하는 장비

ㅇ 밸런싱 머신 자동화 시스템은 이러한 계측장비의 특성과 가공장비의 특성을 동시에 가지고 있으며, 상용화를 위해 동일제품에 대한 반복측정 정밀도와 가공정확도가 확보되어야 함

ㅇ 친환경 자동차의 성장과 더불어 관련 회전부품들의 소형화, 경량화 및 고속화로 밸런싱을 통한 회전 안정성 확보가 필수적이며, 대량 생산에 적용하기 위한 자동화 시스템 개발이 요구됨

<회전부 단품>

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 수소자동차용 블로워 양산 라인

- 샤프트, 휠 단품 밸런싱 자동화

<조립 완성품>

- 조립 완성품(Ass’y) 고속 밸런싱 자동화

ㅇ 친환경 엔진용 터보차저 양산 라인

- 터빈 샤프트, 압축기 휠 단품 밸런싱 자동화

ㅇ 전기자동차용 전동기 및 쿨링팬 등 양산 라인

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	최소 도달 잔류 비불균형(emar)(1) (Minimum Achievable Residual Specific Unbalance)	g·mm/kg	0.5 이하(ISO 21940-21 절차에 의거함)
2	불균형 감소율(URR) (Unbalance Reduction Ratio)	%	90 이상(ISO 21940-21 절차에 의거함)
3	조립 완성품 밸런싱 시간(2)	sec	300 이하
4	국제표준화 활동	1건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 기고발표

(1) emar = Umar/M, Umar : 최소도달잔류불균형(Minimum achievable residual unbalance), M : 검정용 표준 회전체 무게(kg)

(2) 밸런싱 시간은 불균형 계측 및 가공 교정에 소요되는 총 시간을 의미함

※ 성능지표 1과 2는 단품 밸런싱 머신의 성능평가 기준임

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 글로벌 밸런싱 머신 제조사는 SCHENCK(獨), 나가하마(日), 고쿠사이(日), 챔브(伊), 밸런스 시스템(伊) 등이 있음

- 특히, SCHENCK, 나가하마, 챔브는 독보적인 기술력을 토대로 터보차저 단품용 밸런싱 머신과 조립 완성품용 고속 밸런싱 머신을 라인-업으로 구성하여 판매하고 있으며 가장 많은 시장을 점유하고 있음

ㅇ (국내) 국내 자동차부품 제조업계에서는 고신뢰성이 요구되는 양산용 자동화 밸런싱 머신은 전량 외산장비를 도입하여 사용하고 있음

- 국내 기업은 자동화된 양산장비보다 수작업 기반의 범용 밸런싱 머신을 제작·판매하고 있으며, 일부 국내 기업에서는 양산 부품업체 요청으로 낮은 수준의 자동화 장비를 제작·판매하고 있음

- 자동차부품 양산업체는 생산 수율측면에서 측정 정밀도와 반복 재현성 수준이 낮은 국산 자동화 장비를 사용하지 않고 있음

- 국내 기업은 해외 글로벌 머신 제조사가 판매하고 있는 단품용 및 조립 완성품용 밸런싱 머신 제작 경험이 부족함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 고정밀 밸런싱 머신의 제조는 기술적 난이도가 매우 높고 제조 산업전반에 걸쳐 파급력이 있으며, 특히 자동차 부품의 생산라인에 직접 투입되는 핵심 공정장비임

- 외산 장비의 경우, 독점 공급으로 인한 장비의 높은 가격 및 사후관리가 신속하게 이루어지지 않아, 외산 장비와 동등한 성능을 가진 국산 장비개발의 요구가 높아지고 있음

ㅇ 국산 고정밀 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발은 외산 장비 수입대체 및 밸런싱 기술 자립화와 신속한 사후관리를 통해 생산성 향상 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 밸런싱 머신은 각종 제조 산업의 핵심설비인 블로워, 압축기, 모터, 펌프 등의 제조에 사용되는 필수장비이며, 수입에 의존하고 있는 고정밀 밸런싱 머신의 수입대체를 위한 개발과 새로운 시장창출을 위한 지원 필요

* ’17~’19년 전체 수입금액은 ＄46,157,000(554억원)이며, 일본 수입 비중은 전체 수입금액의 32.2%(180억원)으로 높은 수준임

* 해외 경쟁사의 터보차저 임펠러용 밸런싱 장비(가격/연간 판매액) : 생크(6억/300억), 나가하마(5억/100억), 챔브(8억/200억)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 밸런싱 머신 장비 제조시장의 경우, 중소 범용 밸런싱 머신 제조업체가 대부분이므로, 고기능·고신뢰성이 요구되는 양산용 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발을 위한 정부 지원이 필요

- 해외 무역정책 변화에 따른 수급에 어려움이 생길 수 있어, 산업 안보를 위해서도 정책적 지원 필요

ㅇ 국산화를 위한 핵심기술 확보(고감도 센싱, 진동절연 구조설계, 공압설계, 고속 신호처리 등)를 위해서는 기술개발 투자여력 및 연구인력이 부족한 중소기업의 여건을 고려할 때 정부 지원을 통한 산학연 협력이 요구됨

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요기업 참여 필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 본 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-08

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술 ■ 혁신제품

요소부품

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

제조장비 정밀이송용 고정밀급(C1∼C3) 볼스크류 핵심기술 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 볼스크류 제품의 성능설계를 위한 해석기술과 연삭, 형상가공, 고경도재질 하드가공 등 생산기술을 개발하여, 국내 볼스크류 산업 공통기반 기술 및 고정밀급 볼스크류 제품 설계, 제조 핵심기술 개발

ㅇ 볼스크류 성능/특성 해석 및 가공공정 핵심기술 개발

- 스크류/너트 볼 접촉면 설계 형상, 재료에 따른 정/동적 특성 해석기술 및 전용 소프트웨어 개발

- 스크류/너트/볼 및 윤활/운전 조건을 고려한 발열량, 열변형 특성 해석 기술 및 전용 소프트웨어 개발

- 스크류/너트 볼 접촉곡면 정밀 가공공정기술 개발 및 데이터베이스화

- 핵심 가공공정 고수명 가공 공구 개발

ㅇ 고신뢰성 C1~C3 정밀급 볼스크류 설계 및 제조 핵심기술 개발

- 생산라인과 공정을 고려한 정밀급 볼스크류 설계 및 생산 기술 개발

- 정밀급 볼스크류 성능을 고려한 스크류/너트/볼 재료 특성 설계기술 및 열처리, 표면처리 기술 개발

- 이송속도/수명/정밀도를 고려한 부품가공 공차 설계기술 개발 및 신뢰성 검증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 다축 머시닝센터, 정밀선반, 지그센터, 정밀연삭기 등 공작기계의 직선 구동축

ㅇ 공정 검사장비, 칩 본딩/마운팅 장비, 글래스 엣지 연삭본장비 등 반도체/디스플레이 장비의 직선 구동축

ㅇ 항공기, 군사용 드론 등 방위산업 제품의 정밀 구동축

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	볼스크류 발열량 예측 정확도	%	80 이상
2	볼스크류 축방향 공차(Clearance)	㎛	5 이하
3	리드 정밀도*	㎛	15 이하

*실제 평균이동량 기준, 유효부 길이 500 mm 이상

2. 국내외 기술 동향

○ (해외) 품질 면에서 일본 제품(NSK)이 가장 뛰어나지만, 높은 가격으로 주로 고급 장비에 사용되며, 대만 제품은 가격적인 우위를 통해 볼스크류 세계 시장점유율 확대와 기존 일본 제품을 대체 중

- 해외 볼스크류 생산 업체인 NSK(日), PMI(대만)에서는 독일의 선회형 절삭 가공장비를 도입하여 볼스크류를 생산함으로써, 국내 업체 대비 경쟁력이 향상되어 국내 수입량 또한 지속적으로 상승되는 추세

○ (국내) 볼스크류의 경우 일부 국산 제품이 있으나, 정밀도와 신뢰성 측면에서 선진사에, 가격경쟁력에서는 대만/중국에 비해 열위이며, 독일, 일본과는 약 3~5년 정도의 기술격차가 있는 것으로 추정

- 정밀도 C3급 이상은 대부분 선진국에서 수입, C3급 미만의 제품만 국내 생산

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

○ 볼스크류는 공작기계/반도체/디스플레이 산업의 다양한 이송계에 사용되는 필수 부품이며 방위산업과도 밀접한 관계가 있는 부품임

- 공작기계의 정밀도를 결정짓는 핵심부품 중 하나

- 반도체/디스플레이 장비에 필수적으로 사용되는 이송계 핵심부품

- 항공기 날개 제어 구동계 등 방위산업에 정밀급 부품으로 다수 사용

□ 경제적 지원필요성

○ 세계 무역환경 변화에 따른 수급 차질 시, 공작기계/방산제품/반도체·디스플레이 등 전방산업 생산라인에 직접적 타격이 우려되므로 개발 필요

- 정밀급 볼스크류는 유럽산 제품으로 대체 가능할 수 있으나, 국내에 존재하는 기존 생산 공장의 경우 일본산 볼스크류 교체 수요 발생 시 대응 불가

□ 정부/정책적 지원필요성

○ 일본 대비 경쟁력 열위의 핵심 원인은 국내 수요기업 선택에 따른 국내 수요 부족이며, 이는 국내 볼스크류 업체들의 기술개발 투자 부족으로 연결

- 최근 10여년 간의 반도체/디스플레이 생산라인의 신속대응 및 협력개발 등을 통해 내수시장 성장, 기술수준 및 매출 향상 등이 나타나고 있으므로, 정부의 정책적 지원 및 수요연계 등을 통해 관련 산업의 글로벌 경쟁력 제고 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(기업참여 필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-09

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

요소부품

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

능동 마그네틱 베어링 핵심부품 개발 및 통합 신뢰성 확보 기술 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 능동 마그네틱 베어링은 자기력을 이용하여 회전축을 능동적으로 제어하여 지지함으로써 공중에 완전 부상된 상태로 회전이 가능한 베어링임

- 마찰, 마모 및 분진 발생이 없어 클린룸, 진공 및 극한 환경에서 동작을 목적으로 하는 고성능 고정밀 회전기계 제품에 사용됨

ㅇ 능동 마그네틱 베어링 기술자립화 및 가격경쟁력 확보를 위한 핵심부품 개발

- 전자석/센서/파워/제어 모듈 등 핵심부품 개발, 능동 마그네틱 베어링 모듈 통합

- 고유 특허 구조의 능동 마그네틱 베어링 적용

* 능동 마그네틱 베어링 구조에 대한 국내/국제 특허 활용 가능 또는 특허 출원이 준비된 경우

- 에너지 효율적 구조적용을 통한 유지비용 절감

* 에너지 소모 최소화를 위한 영구자석/전자석 복합구조의 능동 마그네틱 베어링 적용 필수

ㅇ 대표 회전기계 통합 성능평가를 통한 신뢰성 확보

- 대표 회전기계 선정 및 능동 마그네틱 베어링 대표 사양(지지하중, 회전수, 회전체 진동 등) 도출

- 대표 사양 대응 저가형 전자석모듈, 센서모듈, 파워모듈 및 전원관리모듈, 제어모듈 및 제어 알고리즘 개발

- 대표 사양 능동 마그네틱 베어링모듈 통합설계, 제작, 성능평가 및 신뢰성 확보

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 고성능, 고부가가치 회전기계의 핵심부품

- 터보펌프, 압축기, 블로워, 가스터빈 등의 터보기계 분야

- 클린룸용 이송롤러, 열처리장비 등 반도체 장비 분야

- 정밀 인쇄롤러 등 인쇄전자 분야

- 치과 드릴, MRI, 초원심분리기 등 의료기기/실험장비 분야

- 공작기계용 스핀들, 연삭기, 정밀 드릴 등 기계가공장비 분야

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	센서 모듈 검출거리	mm	0.6 이상
2	해상도	[eqn: mu m]	1 이하
3	파워모듈 연속동작 전압, 전류, 전류제어 대역폭	V, A, kHz	120 이상, 10 이상, 20 이상
4	국제표준화 활동	1건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 기고발표

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) 현재까지 능동 마그네틱 베어링이 적용된 회전기계중심의 연구가 대학, 연구소, 기업 등을 중심으로 수행

- 최종 적용기계 중심의 연구개발이 수행됨으로 기본성능은 국제수준과 동등 또는 우월하나 센서/파워모/제어모듈 등의 핵심부품에 대한 기술자립도가 낮음

- 국내 수요기업은 증가하고 있으나 국내 능동 마그네틱 베어링의 가격경쟁력 및 신뢰성 수준이 미흡하여 많은 경우 국외 기술 도입 또는 완제품 수입 중

ㅇ (국외) 일본의 Seiki Seiko, Shimadzu, Koyo, 유럽의 Mecos, SKF, EAAT, 미국의 Calnetix, Synchrony, 중국의 Hunan Sund, Foshan Genesis 등을 중심으로 국외에서는 많은 상용화가 이루어지고 있음

- 터보 분자펌프, 터보 익스팬더 등의 다양한 고성능 회전기계에 적용 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내 능동 마그네틱 베어링의 기본성능은 국제수준과 동등하나 핵심 부품인 센서/파워/제어 모듈은 3~5년의 기술격차 존재

ㅇ 능동 마그네틱 베어링 핵심요소부품을 개발하고 통합한 모듈을 특정 회전기계에 적용하여 성능 평가함으로써 가격경쟁력 및 신뢰성 확보를 위한 기술적 지원 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 2017년 능동 마그네틱 베어링의 세계시장은 3,388백만달러이며, 2023년까지 최대 4.48%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상됨

- 대일 수입액은 약 273백만 달러로서 수입비중 37% 이상을 차지

ㅇ 핵심기술 국산화로 가격 경쟁력을 확보할 경우, 국내 업체의 경쟁 우위확보가 가능하여 국내시장을 넘어 세계시장에서의 국산제품 점유율 확대 가능

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 우리 주력산업인 반도체, 디스플레이산업의 핵심 부품 및 장비에 능동 마그네틱 베어링이 적용되어 있으며, 20여개 업체가 연간 약 10만 unit을 사용하는 것으로 추정되나 대부분 일본, 미국, 유럽으로부터 수입에 의존하고 있음

ㅇ 국내 능동 마그네틱 베어링 가격경쟁력 및 신뢰성 확보를 통해 국내 공급기업과 수요기업 간 협력 선순환을 이루고 상호 기술발전을 위한 정책적 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 본 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-10

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

세라믹 공정 기술

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

비희토류 고성능 페라이트 영구자석 제조 시스템 개발

(TRL :  5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 비희토류 페라이트계 자석의 특성을 개선한 고성능 영구자석 제조용 분말 소재 제조 및 제품 제작 시스템 개발

- 페라이트 영구자석은 저렴한 가격과 우수한 고온 특성을 바탕으로 큰 시장을 형성하고 있으나, 고성능 페라이트 영구자석은 국내 제조기술이 미흡하여 대부분 일본으로부터 수입에 의존하고 있는 상황

- 고가의 희토류/희소 원소를 대체하는 저비용/고성능 페라이트계 자성소재 분말 및 영구자석 국산화를 위한 제조 시스템 개발

- 페라이트 영구자석 핵심 공정 최적화를 위한 조건 제어와 제조장치 개발을 통해 공정 효율성 및 제품의 신뢰성 개선

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 저비용 고성능 영구자석 소재 공급

- 자동차 전장화에 따른 대상 소재 제품

- 구동용 모터를 중심으로 다양한 산업(자동차/전자/의료/에너지) 적용 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	자성 분말 입도	㎛	0.8 이하
2	보자력	kOe	4.7 이상
3	영구자석 생산가능 한도	톤/일	1 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 페라이트 영구자석의 핵심 요소인 M-type ferrite를 유도하는 2족 원소 Sr, Ba, Ca 및 Mg에 관하여 TDK와 Hitachi에서 기술을 독점하고 있음

- 특성향상을 위한 연구개발, 제품화 및 양산화를 진행하여 조성뿐만 아니라 공정, 특성 제어 등에서도 전 세계적으로 특허를 출원하여 글로벌 시장을 선도함

- La, Co의 첨가를 통해 잔류자화와 보자력을 동시 상승 가능한 재료를 개발하여 고성능 페라이트 자석 시장을 주도함

- La, Co 첨가에 의한 원소재의 비용 증가에도 불구하고 25% 부피 감소를 통한 모터의 소형화 실현이 가능하여 최종 상용화 완료

- FB14로 표시되는 고성능 페라이트 자석을 개발 중이며, (La, Co)-free 페라이트 제조 연구도 동시 진행 중

ㅇ (국내) 일반 성능의 페라이트 영구자석의 경우 국내 기업이 일본 TDK의 페라이트 제조 기술과 관련된 유럽특허 분쟁에서 2012년 승소하여 현재 유럽 지역에는 수출이 가능한 상태이나, 특허가 유효한 일본 및 미국 지역에서는 수출이 힘든 상황

- 연구소 및 대학을 중심으로 페라이트 성능 개선에 대한 연구가 일부 진행되었으나, 국내 기업의 고성능 페라이트 영구자석 생산은 이루어지지 않고 있는 상황

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 희토류(Nd) 자석과 더불어 자석 시장을 양분하고 있는 페라이트 자석은 시장 점유율에 비해 고성능화를 위한 집중적 연구가 상대적으로 부족

- 일본은 희토류/희소 원소를 포함한 페라이트 소재를 개발하여, 고성능 이방성 페라이트 영구자석으로서의 산업 전반에 활용 점차 증가

ㅇ 이론 및 연구실 규모에서 구현된 페라이트계 고성능 영구자석의 양산 제조 기술 확보가 필요하며, 희토류/희소 원소의 저감/대체를 통하여 기존 고성능 및 이방성을 갖춘 페라이트 영구자석 제조기술 개발이 시급

- 페라이트 분말의 고특성화와 더불어 입자배향도 극대화와 고밀도 정밀 소결을 위한 성형장치 개발 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 로봇, 드론, 자율주행차 등에 사용되는 핵심 부품인 영구자석 시장은 매년 20% 이상 증가하여, 2020년에는 약 321억 달러에 이를 전망

- 영구자석 전동기 세계시장 규모는 ‘15년 약 30조원으로 추정(연평균 11.7% 수준으로 성장 예상)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 핵심 소재인 희토류/희소 원소들의 빈번한 가격 변화 및 자원의 무기화 경향으로 인한 공급 불안정성, 고성능 영구자석 수입에 따른 대외무역역조 해소를 위해 정부 차원의 정책적 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-11

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

■ 원천기술   □ 혁신제품

로봇/자동화기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

■ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

하모닉 감속기의 중공경 확대/박형화/경량화 및
성능 예측/관리가 가능한 설계/제조 기술 개발

(TRL :  3단계 〜 6단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 하모닉 감속기의 중공경 확대, 경량 박형 설계 기술을 개발하고, 소재설계-열처리-치형설계-가공-평가 등 기존의 Trial & Error 방식을 탈피하여 체계적인 설계/품질예측/공정 솔루션을 확보하여, 하모닉 감속기의 설계·제작 기술 개발

- 경량 소재 및 경량 설계 기법을 적용을 통한 하모닉 감속기의 초경량화

* 혁신적 로봇팔 설계를 위한 하모닉 감속기의 중공경 확대 및 박형 설계 기술

* 경량소재 적용을 통한 유닛 타입 하모닉 감속기의 초경량화

- 소재, 열처리, 치형설계, 가공 등 하모닉 감속기 설계/제작 원천기술 개발

* 소재, 열처리, 표면 처리에 따른 하모닉 감속기 성능 해석 기술

* 치형 설계, 물림율, 감성 해석기술에 기반한 감속기 성능 예측 기술

* 설계 파라미터에 따른 로스트모션/소음/효율/수명 등 품질의 예측 기술

* 품질 예측에 기반한 하모닉 감속기 설계 및 해석 기술 정립

- 감속기 성능 시험결과 DB 기반 성능시험기 구축 및 성능평가 방법 정립

* 형번, 치형, 소재별 성능 평가 DB 구축을 위한 감속기 성능 평가 장치 설계 및 제작

* 내구성 평가 및 고징진단 수명 예측

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 제조용 로봇(HRC용 로봇, IT제조공정 로봇, 반도체 제조공정 로봇, 로봇용 관절모듈 등), 서비스 로봇(물류로봇, 수술로봇, 돌봄로봇 등)에 활용

ㅇ 공작기계, 반도체 장비, 디스플레이 장비, 자동차 부품 등 정밀기계에 활용

- OLED 양산 활용되는 ‘레이저 커팅장비’, 반도체 열처리, 반도체 웨이퍼 제조, 디스플레이 식각장비, 반도체 웨이퍼 캐리어, OLED 증착 장비 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	각도전달오차/효율/수명 예측 정확도	%	90
2	핵심부품 국산화율 (F/S, C/S, WGB, CRB, CAM 등 5종)	%	100
3	각도전달오차	arc-min	(소형) 1.5, (중형 이상) 1

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 정밀 감속기는 Harmonic drive systems(일본/HDS)에서 압도적으로 시장을 점유하고 있으며, 가장 높은 수준의 초박형 감속기를 개발하여 부가가치를 높임

- 정밀감속기를 응용한 일체형 유니트 제품, 액추에이터 제품 등을 출시하고 있으며, 일본에서 국내 시장부터 해외 시장까지 독점적인 지위를 확보하고 있음

- HDS에서는 맞물리는 치의 개수를 증가하여 전달토크와 내마모성을 증대하기 위해 새로운 치형 구조에 대한 일련의 특허를 출원 및 적용하였음. 또한 하모닉 감속기의 일반적 웨이브 제너레이터는 타원형의 구조를 가지나, 푸리에 급수를 이용한 새로운 형태의 웨이브 제너레이터를 고안하기도 함

ㅇ 미국 노드롭사에서는 반원형과 반타원으로 구성된 비대칭형상을 가지는 웨이브제너레이터 기술을 특허 출원함

ㅇ 국내에서는 중소업체 중심으로 역설계를 통한 기술개발을 시도하였고 최근에 시장 진입을 시도하고 있으나 제품별 품질이 균일하지 않고, 내구성 완성도가 낮아 제품 신뢰성을 확보하지 못함. 사용기업(로봇, 정밀시스템)의 입장에서 리스크가 존재하여 국산 감속기 채택이 어려움

- 일본 감속기의 카피 수준의 설계 및 가공 기술만을 확보한 수준으로 제품의 품질(소형, 경량, 정밀도 등) 글로벌 경쟁력 미흡

- 소재, 열처리 등 기초 기반 기술, 치형 설계, 물림율, 강성 등 해석 기술, 치형 측정 기술, 성능 평가 기술 등의 완성도가 다소 부족함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 현재 수준은 단순히 HDS사의 특정 형번 및 특정 감속비에 대한 제품별 제작, 평가 방식의 설계, 가공 기술을 모방한 수준으로 제품의 품질(소형, 경량, 정밀도 등) 글로벌 경쟁력 미흡하여, 설계, 제작 원천 기술 확보가 필요함

ㅇ 신소재 개발 적용을 포함하여 소재설계-열처리-치형설계-가공-평가 등에 대해 기존의 Trial & Error 방식을 탈피하고 체계적인 설계/품질예측/실험계획 등 솔루션을 개발하여, 품질예측에 기반한 하모닉 감속기 설계/제조 기술 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 로봇산업은 완제품 경쟁력은 확보하였으나, 주요핵심부품은 해외에 의존하고 있어, 국내 로봇산업이 구조적으로 취약. 로봇완제품에서 감속기의 원가비중이 높고, 수입의존도가 높아 국내 로봇산업 발전에 제약요인으로 작용함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 고정밀 감속기는 로봇과 정밀기기에 사용되는 핵심 부품으로서 대부분을 일본에서 수입하고 있어 대일 무역 관련 불확실성이 큼

- 또한 일본산의 시장 점유율을 바탕으로 한 진입장벽이 존재하여 정부의 원천기술 확보 지원이 필요

ㅇ 하모닉 감속기 원천기술 확보를 통해, 하모닉 감속기를 필수적으로 활용하고 있는 국내 로봇산업 및 고정밀 기기, 자동차 분야의 제품 경쟁력 향상 가능

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내(1차년도 : 9개월, 2~4차년도 : 12개월)

* 경쟁형 R&D 방식으로 2차년도 종료 후, 평가를 통해 3~4차년도 1개 과제 선정·지원

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 과제당 7.5억원 이내(과제당 총 정부출연금 57.5억원)

* 1차년도 7.5억원/2차년도 10억원 이내, 최대 2개 과제 선정 예정

ㅇ 주관기관 : 제한없음(기업참여 필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-12

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

디스플레이

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

20인치 이상 입구경을 갖는 대용량 극저온 고진공 펌프 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 20인치 이상의 입구경을 가진 디스플레이/반도체 제조장비(증착, sputtering)용 극저온 고진공펌프 개발 및 성능 개선

- 20인치 이상의 입구경을 가진 진공도 10-9mbar급 극저온 고진공펌프 개발

- 펌프 바디, 복사 열차폐막(1단), 활성탄 어레이(2단), baffle 개발

- 스마트 헬륨 압축기 및 듀얼 냉동기 운용이 가능한 복합 컨트롤러 개발

- 지능형 Power Supply, 냉각 제어, 헬륨 압력, 고/저 압력, 인버터 활용 제어 기술개발

- 가스별 배기속도 및 배기용량 평가 기술 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 디스플레이/반도체 제조공정용 고진공 분위기 조성

ㅇ 디스플레이/반도체 제조공정용 water pump

ㅇ 일반산업용 증착, sputtering, ion implanter 고진공 분위기 조성

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	배기속도(질소기준)1)	L/s	10,000 이상
2	도달압력2)	mbar	10-9급
3	냉동능력(1단/2단)	W@K	80W@80K, / 8W@20K 이상

1) 펌프의 진공도가 유지되는 조건에서 주입되는 기체의 유량, 기체 종류에 따라 다름

2) 극저온 고진공 펌프 내의 최저 도달 압력(최고 도달 진공도)

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 극저온 고진공 펌프의 주요 생산업체는 Brook(美), ULVAC(日)이며, 최근 주요 장비제조업체들이 핵심부품 제조업체를 공격적으로 인수하는 추세

- 국내 반도체 제조공정에는 Brook(美)의 제품이 가장 많이 사용되고 있으며, 국내 디스플레이 제조공정에는 ULVAC(日)의 제품 사용이 가장 많음

ㅇ (국내) (주)현민지브이티에서 반도체, 디스플레이 장비용 극저온 고진공펌프를 생산하고 있으나, 수요기업의 보수적인 특성으로 시장진입에 어려움을 겪고 있음

- 1988년 한국기계연구원이 극저온 고진공펌프 핵심부품인 GM(Gifford-McMahon) 극저온 냉동기에 대한 연구를 수행한 바 있으나, 상용화에 이르지 못함

- ’12년 (주)우성진공과 한국기계연구원은 저진동, 급속재생형 극저온 고진공펌프를 개발하여 나노팹센터(NNFC)의 반도체 장비에서 실증까지 완료

- 일부 국내기업은 해외 제품의 수리, 유지보수 사업을 수행하며 극저온 고진공펌프의 개발에 관심이 있으나, 기업 자체 기술 역량만으로는 사업화에 한계

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 우리나라는 디스플레이/반도체 산업분야에서 세계적 강국이나, 극저온 고진공 펌프 핵심기술 및 제품은 일본, 미국, 유럽 등 해외 의존도가 높음

- 국내 반도체/디스플레이 장비 제조사의 핵심부품 기술 확보 및 종속 탈피를 위해 기술 개발 필수

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 극저온 고진공 펌프의 시장은 연간 약 2,000억원 정도이며, 디스플레이 분야는 약 600~700억원으로 예상

- 극저온 고진공 펌프의 최대 시장인 국내시장 점유율 향상을 통한 수입대체 및 수출 증대와 원가절감, 수입단가 인하 효과 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 디스플레이 대면적화, 반도체 초고집적화 측면에서도 고진공 극저온펌프는 필수부품이며, 해외 무역정책 변화에 따라 수급에 어려움이 생길 수 있으므로, 산업 안보를 위한 정책적 지원 필수

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-13

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

주조/용접

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

수소·전기차용 알루미늄 부품 제조를 위한 차압주조장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 차압주조장비(Counter Pressure Casting)는 기존의 저압주조장비와 달리 보온로(Pf)와 금형(Pc)에 동시에 압력을 가하여 발생하는 압력차(ΔP=Pf-Pc)를 이용하여 금형 내에 알루미늄 용탕을 정밀제어 충진 할 수 있는 장비임

- 차압주조를 통해 와류 발생 및 산화물 형성 억제 가능

- 다채널 급속 냉각시스템을 적용하여 제품의 강도 및 신뢰성을 극대화

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 차세대 친환경차 경량화 부품 제조

- 수소차 : 인클로져, 엔드 플레이트 등

- 수소·전기차 : 너클, 서브 프레임, 모터 하우징, 배터리/인버터 케이스 등

ㅇ 기타 개발 장비 활용 경량화 부품 확산 적용 가능

- 미래 비행체(드론, PAV(Personal Air Vehicle) 등) 및 항공기 등 경량화 부품 류

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	챔버 크기 및 최대 차압력	mm/bar	∅1,600mm 이상 / 6bar 이상
2	냉각채널수, Riser Tube수	라인/개	64라인 이상 / 4개 이상
3	실증 제품 수*	건	수소·전기차 부품 2건 이상

* 0.5m급 대면적 제품 1건 이상 실증 필수

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 유럽에서는 차압주조기술을 활용하여, 높은 신뢰성이 요구되는 자동차용 너클, 오토바이용 실린더케이스 등을 양산하고 있음

- 최근에는 중공형 서브프레임, 중공형 컨트롤암, 중공형 브레이크 캘리퍼, HEV(hybrid electric vehicle)용 배터리 케이스, 퓨얼셀 하우징 등 다양한 친환경차용 초경량형 알루미늄 부품을 개발 중

- 차압주조장비는 불가리아 CPC그룹에서 전세계 시장을 독점하고 있으며, 경쟁사로 오스트리아 Fill이 있으나 시장점유율이 높지 않은 상황

ㅇ (국내) S사 및 M사는 해외 CPC그룹의 차압주조기를 도입하여 고강도 너클을 양산하고 있으며, 생산량을 맞추기 위해 향후 지속적으로 차압주조설비를 수입할 계획을 가지고 있음

- 국내 차압주조기 국산화 및 생산/판매 실적은 없으나, 일부 자동차 부품사가 차압주조기 국산화 개발 및 이를 이용한 친환경차 경량 부품 개발 및 생산을 추진 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 친환경차의 주행거리 증대를 위해 부품의 경량화 기술 개발이 매우 중요하며, 해외 선진국에서 독점하고 있는 첨단 주조장비의 국산화 개발이 필요함

- 차압주조기술은 후육 및 박육(4~5mm)의 고품위 제품 제조 및 열처리가 가능하며, 코어를 이용한 중공형 제품 제조가 용이하여 고강도/초경량 부품 제조성이 탁월함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 알루미늄 주조시장은 2022년 100만톤 규모로 지속적인 성장이 예상되나, 핵심 주조장비의 경우 일본 및 유럽에 의존하고 있으며, 특히 국내 보급된 첨단주조장비의 약 60%가 일본산으로서 대일의존도가 매우 높음

ㅇ 해외 차압주조기의 도입가격은 약 8~10억원 이며, 국내 주조업체의 여건을 고려할 때 고가의 장비 수입은 국내 주조산업에 큰 부담으로 작용될 것으로 우려됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 수소·전기차 분야는 정부가 중점 추진 중인 국가 핵심 전략산업 중 하나이며, 현대자동차도 2030년 50만대 보급(대중화)을 목표로 부품의 가격을 현재 대비 50% 이상 저감하기 위해 많은 연구개발을 진행 중이므로, 핵심 부품의 가격 및 기술 경쟁력 확보를 위한 첨단 제조장비 개발에 정부지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-14

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

에너지/환경기계  시스템

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형 □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

고강도 경량 알루미늄 부품제조용 다층 클래드 압출제조장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 알루미늄 다층화(이중·삼중) 클래드(Clad)화를 위한 다단 온도 제어 압출 성형제조 시스템과 압출성형 공정에서 발생하는 탄소 저감, 에너지 효율 향상을 위한 빌렛(Billet) 가열 시스템 개발

- 다층화 기술, 이중․삼중 클래드용 빌렛 기술 개발

- 부품 클래드화를 위한 캐닝 다단 온도 제어 압출 성형 제조 시스템 개발

- 회전형 유도가열 시스템 적용을 위한 영구자석 및 회전자장 시스템 개발

- 회전형 가열장치를 활용한 빌렛 가열 최적화 및 클래드 압출공정 개발

ㅇ 다층형 알루미늄 합금 클래드 소재(분말, 벌크 등) 및 부품을 제조함으로써 고강도, 고인성, 고연성, 경량성, 고내식성, 전자파 차폐 등 개별소재가 가지고 있는 우수한 특성 활용 및 복합화를 통해 다기능 구현이 가능함

- 고효율 자석을 활용하여 가열하는 방식 개발을 통해 기존 가스가열로 대비 20%이상 에너지절감, 환경오염 물질 배출감소 및 소비전력 70% 감소 가능

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 전기구동 자동차의 차체 구조재, 배터리팩, 배터리 모듈 부품 다층화 소재개발

ㅇ 로봇 구조재, 에어컨, 히터 튜브, 고용량 케이블, 전자파 차폐 부품 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	다층 알루미늄 합금 접합강도	N/25㎜	100 이상
2	빌렛 가열 소비전력	kW/Ton	180 이하
3	다층 압출재 온도편차	℃	±10 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) 종래의 압출성형기반 제조업체에서는 알루미늄과 같은 단일 소재 압출에 주력하고 있으며, 알루미늄 클래드 소재 제조 시 압출공법을 적용한 사례는 없음

- 국내 소성산업분야에 설치된 금속가열 및 열처리 기기는 석유 및 LNG 방식이 70%, 주파수 유도전기 가열기기가 30%를 차지

- 금속 가열기기의 제조업체는 대부분 연매출 100억 이하의 중소기업이고, 전기 에너지 절감 및 CO2 감축을 위한 효율 향상이 필요함

ㅇ (해외) 미국은 영구자석을 이용한 유도가열기 개발*을 진행하고 있어 고효율 영구자석 회전형 빌렛 유도가열기가 기존 고주파 유도가열기, 전기로 및 가스버너를 빠르게 대체할 것으로 전망됨

* 특허(US (2015/0083713 A1(2015.3.26.)) 활용

- BULTMANN(獨)가 초전도 유도가열기 개발(’10년)

- 이탈리아는 MAGNHEAT-LIFE project(’14.7.~’16.12.)를 통해 영구자석 회전형 알루미늄 빌렛(Ø200mm*500mm) 유도가열기 Prototype을 개발함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 고기능화, 고강도 박육화 부품용 이종 알루미늄 합금 소재에 대해, 기존 저항 용접 대체가 가능한 접합 및 체결 기술 개발 필요

- 각각의 기능성을 만족하는 최적 소재를 적용한 압출공정을 기반으로, 하나의 소재로 부품을 생산하여 공정 및 장비 비용을 최소화하여 경쟁력 향상 가능

- 이종 알루미늄 합금 소재의 압출공정에서 요구되는 정밀한 빌렛 다단 온도제어를 위한 시스템 개발 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 수송기기용 경량 합금의 전체 시장의 크기는 6,600조원으로 매우 크며, 대부분은 자동차(79%) 분야임

ㅇ 자기장을 이용한 빌렛 가열 시스템은 국내 압출제조업체 90%를 차지하는 가스식 가열로 대비 에너지효율이 150%로 우수함

- 연간 32,000톤 생산시 5,000MWh 절감(아파트 1,500세대 분), CO2 배출 3,000톤 감소

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 자동차 산업의 글로벌 경쟁력을 유지하기 위해 이종소재 융복합 기술이 접목된 경제적인 경량화 소재기술 확보 필요

ㅇ 선진기술 수준에 도달하기 위해 구조의 및 가공의 경량화와 더불어 새로운 소재, 소재 디자인, 생산기술 등 확보 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-15

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

열간성형 기술을 이용한 고강도 알루미늄 7000계열 생산시스템 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 연신율이 낮아 냉간가공이 불가능한 알루미늄 7000계열의 고강도 소재를 400℃ 이상 가열하여 자동차를 비롯한 수송기기 부품 생산이 가능하도록 시스템 개발

ㅇ 서보 프레스 활용 열간성형 전용 시스템 개발

- 타워 방식 알루미늄 열간성형 및 Hydraulic servo press* 정밀제어 기술 개발

- 압축성형 성능 요구조건 만족을 위한, 속도제어가 가능한 유압 제어기술 개발

- 에너지효율 증대를 위한 유압식 서보 제어 및 에너지 재생기술 개발

* Hydraulic servo press : 고속정밀 유압 서보 제어로 가압력과 슬라이드 변위 정밀도가 높음

ㅇ 멀티 챔버 방식의 히팅 및 이송시스템 개발

- 알루미늄 표면 코팅층 박리억제를 위한 열간 분위기 제어 멀티챔버 기술 개발

- 열손실 방지 및 소재 표면품질 확보 가능한 이송시스템 개발

ㅇ 친환경 고강도 경량화 부품제조 시스템 개발

- 금형급냉 및 소착방지 기술 개발

- 고강도 알루미늄 부품의 시효경화를 위한 열처리기술 개발

- 기존 공정과 비교를 통한 핵심수요 소재·부품 평가분석

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 자동차 차체 경량화 부품 적용 및 타 수송기기(철도, 항공기 등) 부품

ㅇ Hydraulic servo press 활용 부품제조공정의 정착 및 관련 부품

ㅇ 고강도 알루미늄 적용을 위한 열간성형 전용라인 사업화 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	성형 Cycle time	sec	15
2	가열로 온도 정밀도	%	8
3	가압력 정밀도	%	0.5
4	슬라이드 변위 정밀도	%	0.5

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 혼다의 Insight에서는 신골격 경량 알루미늄 합금 차체를 적용해, 차체중량을 Civic 3DR 대비 14kg(47%)을 절감

- Cadillac은 Sevile의 방청 강판제 후드를 알루미늄제로 교체해 중량을 약 40% 절감

- AP&T는 알루미늄 및 마그네슘을 온간성형이 가능한 생산시스템을 개발

ㅇ (국내) 자동차 부품에 적용되는 알루미늄 판재는 냉간성형이 가능한 5000 및 6000계열로 일본의 Kobe-Alcoa 또는 Novelis에서 생산된 소재를 수입해 사용

- 국내 알루미늄 부품의 대부분이 다이캐스팅 성형이며, 현대자동차는 고급 차종부품에 알루미늄 합금을 적용하고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 자동차 연비 향상을 위한 자동차부품 경량화 기술의 고도화를 위해 기존 소재 대비 가벼우면서도 강도가 높은 7000계열의 알루미늄 적용이 증가 중

- 알루미늄 7000계열의 소재를 자동차 경량화 부품 적용시, 글로벌 격차 해소를 위한 열간성형 생산시스템 기술 개발 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 자동차 산업은 타 산업에 대한 파급효과가 크고 규모의 경제가 요구되는 대표적인 종합산업이며, 국가 총 세수의 14.7%(2014년)를 차지하는 핵심산업

- 알루미늄 차체부품은 대량생산이 어려워 제한된 부품으로 일부 고급차종에만 적용되고 있으나, 최근 고강도 알루미늄 합금과 관련 성형공법이 개발됨에 따라 차체부품에 확대적용 가능성이 확보되어 글로벌 경쟁력 확보를 위한 지원 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 고강도 알루미늄의 열간/온간 성형기술은 다수의 수요처와 금형기술을 보유하고 있는 중소·중견기업에서 활용하기에 매우 적합한 기술이지만, 7000계 알루미늄 합금에 대한 기초기술이 부재하고 기술 개발에 필요한 인프라, 전문인력, 비용투자 등에 한계가 있어 정책적 지원이 필요함

ㅇ 실용화 이전 단계까지 숙성된 기술을 선도적으로 개발 후, 중소·중견기업과 실용화, 양산화 연계 기술 개발 추진 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도: 9개월, 2차년도: 12개월, 3차년도: 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-16

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술  ■ 혁신제품

정밀생산기계

소성가공/분말

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

3차원 곡면 가공을 위한 비정형롤 판재 성형 장비 개발

(TRL : 3단계 〜 5단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 곡률 제어가 가능한 유연 성형롤러(Reconfigurable roller)사이에 금속판재를 삽입하고 롤러가 회전함으로써 3차원 곡면을 연속적으로 제조할 수 있는 성형 장비

- 유연 성형롤러의 곡률 및 형태는 다수의 곡률 가이드(Curvature guide)의 위치 제어를 통해 결정. 성형롤러의 지속적인 굽힘 및 비틀림을 지탱하며 일정곡률 유지

- 기존 공정과 달리 형상에 부합하는 금형 없이 다양한 곡면을 생산할 수 있어, 수요처의 제품형상 변화에 신속하게 대응할 수 있으며, 연속생산을 통한 생산성 향상 및 제품의 크기에 따른 제약을 최소화

- 스프링백으로 인하여 제작하기 힘든 선박이나 미래형 건축물의 비틀린 형상(Twist-type)의 외피 구조물 연속제조 가능

ㅇ 형상예측 알고리즘과 구동 소프트웨어

- 2차원인 선(Line)에서 3차원의 곡면을 생산하기 때문에 파라미터(두께, 곡률, 재질, 형상 등)에 따른 형상 예측 알고리즘 및 모델 필요

- 형상 예측 알고리즘을 고려한 곡률 가이드 제어 소프트웨어 및 형상 동결성 확보(보정)를 위한 AI 기반 장비 구동 소프트웨어 연계

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 알루미늄 선박 외피 구조물(비틀린 형상)의 연속제조

- 길이 방향에 대한 성형 면적 제한이 없으며, 3차원 곡면을 생산함으로써 수작업 및 열간성형 등에 의존적이던 알루미늄 선박을 용이하게 제작 가능

ㅇ 미래형 건축물의 내외피 구조물 연속제조

- 동대문디자인플라자, 여수세계박람회 주제관 등과 같은 미래형 건축물의 곡판 제작을 위해 해외에서 도입한 성형장비를 대체하여 신규건축물 제작에 활용 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	연속 제조 성능(무제한, 연속 성형)	m	10 이상
2	곡률제어가이드 위치정밀도	mm	±0.05 mm
3	판재 비틀림 각*	deg/m	최소 45도 이상

* 비틀린 형상의 판재 성형 시 폭이 250 mm, 길이 1 m, 비틀림 각이 최소 45도 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 중국 지린대학교(지린성, 창춘)를 중심으로 3차원 곡판 가공방법에 대한 지속적인 연구가 이루어지고 있으며, 특히 동대문디자인플라자 및 여수세계박람회 주제관의 다중곡률을 가진 외피구조물을 성공적으로 생산하는데 기여

- 지린대학교 및 관련 업체는 두 개가 아닌 세 개의 유연 성형롤러를 사용한 다중곡률 형상의 판재를 성형하였으나, 주름 또는 성형표면(긁힘, 딤플) 불량

ㅇ (국내) 대학, 연구소를 중심으로 점진적 롤성형, 양면점진 성형, 다점 성형방법 등에 대한 연구개발이 진행되고 있으며, 현대중공업, 삼성중공업 등 대형 조선소에서 곡면 가공을 위한 방법과 장비에 대한 연구개발 및 생산 진행 중

- 현대중공업의 경우, 복잡한 3차원 곡면 형상을 가진 선박 앞·뒷부분 외판을 자동 성형하는 `곡 성형 로봇시스템`에 대한 검증 작업 완료

- 대우조선해양은 선수(뱃머리), 선미(배꼬리) 부분 블록 제작 시 적용되는 신공법인 ‘대형 상선용 곡가공 공법’을 KAIST와 함께 세계 최초로 개발

- 삼성중공업은 선박의 곡면을 가공할 때 사용하는 삼각가열 작업을 자동화할 수 있는 시스템과 알고리즘을 세계 최초로 개발

- 대학(서울대, KAIST, 부산대, 인하대, 한국해양대, 울산대 등), 연구소(재료연구소, 한국생산기술연구원, 한국조선해양기자재 연구원) 등에서 관련 기술 개발 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 하나의 성형장비를 이용하면서, 금형의 특정 형상에 구애받지 않고 금형의 크기에 따른 성형 면적의 한계를 극복할 수 있는 제조 장비 필요

- 기존의 프레스 가공 또는 유연 성형 공정은 성형 시스템의 크기에 따른 성형 면적의 제한으로 인하여, 분할 가공 후 절단 및 용접을 통하여 연결

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 다품종 소량 생산형 스마트 성형 및 스마트 공장의 보급 확대를 위한 비정형롤판재성형 기술기반 곡면 성형 장비개발 필요

- 해외에서 도입한 다점성형장비 등을 대체하여 국내외 공항이나 신규건축물의 제작에 활용함으로써 생산효율을 높이고 다양성을 확보

- 알루미늄 선박의 선수(뱃머리, 다중곡면) 가공을 위한 분할 가공 및 용접을 획기적으로 줄임으로써 생산효율성(소재/인건비)을 향상시키고, 국내는 물론 러시아, 동남아 등의 알루미늄 선박시장에서 가격 경쟁력 확보

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 현재, 비정형롤 판재성형 방법 및 장비 제작에 대한 핵심적인 기술은 보유하고 있으나, 아직 실험실 내 시험용 장비를 제작하여 관련 기술을 연구하는 수준

- 본격적인 상용화 장비 모델 개발을 위해서는 다수의 고효율, 고정밀 엑츄에이터 모듈 개발을 요구하기 때문에 정부의 지원이 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-17

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

소성가공/분말

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

대면적 타이타늄 합금 초소성 성형 장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 초소성 성형(Superplastic forming) 장비는 고온에서 가스압력을 천천히 부가하여 항공·우주용 난가공성 금속을 플라스틱처럼 자유롭게 성형하고 접합하여 복잡한 형상의 다층구조물을 제조할 수 있는 장비

- 항공·우주용 복잡 형상 부품 생산이 가능한 1m 이상 대면적 Ti 합금 판재 초소성 성형 및 확산 접합이 가능한 장비개발

* 작동 온도 900도 이상

* 제작 가능 부품 크기 : 1,000mm × 1,000mm 이상

- 초소성 성형/확산 접합이 가능한 항공기용 Ti 합금 부품 정형 제조기술 개발

* 초소성 성형 및 확산 접합이 가능한 판재성형용 고온 금형 설계 기술

* 정형 제조를 위한 초기 블랭크 형상 설계 기술

* 판재 및 금형 균일가열 기술 개발을 통한 성형 정밀도 향상기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 항공용 타이타늄 합금 기체 부품 제작

- 항공기용 소재 중 타이타늄 합금은 금액 비중으로 25%를 차지하고 있는 고부가가치 소재로서 개발에 따른 산업적 파급효과가 높은 소재임

- 항공기의 대형화, 일체화, 초경량화 등 항공산업 요구에 대응하는 기술 적용 가능

- 대한항공(KAL), 한국항공우주산업(KAI) 등이 전량 해외 수입에 의존하고 있는 대면적 타이타늄 합금 부품 국산화

ㅇ 우주, 국방용 타이타늄 합금 부품 제작

- 한국형 차세대 전투기(KF-X 사업) 등에 사용되는 타이타늄 합금부품 국산화

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	초소성장비 최대 성형 압력	MPa	5 이상
2	초소성장비 가열 내부 온도 편차	°C	±28 이내
3	Ti 합금 부품 성형 공차 (제품도면)	mm	0.15 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 선진국의 Al 및 Ti 소재의 성형기술은 이미 성숙기로서 항공우주 분야를 넘어 자동차 산업 등에도 적용

- Boeing(美)은 ‘99년 기존 전투기에 사용되는 부품 180여 종에 Single-sheet로 초소성 성형을 적용함으로써 20~50% 비용 절감 및 10~20% 경량화 실현

- 일본의 경우 80년대부터 국책사업을 진행하여 합금 개발부터 성형기술에 이르는 전주기 기술을 확보하였으며, 자동차와 항공기에 적용 중

ㅇ (국내) 국내 1m 이상 항공기용 대형 타이타늄 합금 부품은 장비 미확보로 전량 수입 의존하고 있으며 국산화를 위한 기술은 기초 단계

- 한국과학기술원(KIST)에서 초소성 소재의 변형 거동 연구를 90년대 중반까지 수행하였으며, 이후 현재까지 연구는 정부출연연구소 중심 수행

- 초소성 성형 장비 분야에서 실험실 규모의 소규모 장비가 연구 목적으로 구축되었으나, 공정 최적화 실현을 위한 pilot 장비, 고온 금형 소재 및 가열기술은 미확보 상태

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내의 경우 1m 이상의 항공기용 대형 타이타늄 합금 부품은 장비 미확보로 전량 수입에 의존

- 해외 업체는 타이타늄 합금 부품 제작 핵심 기술인 초소성 성형, 열간성형 등이 가능한 장비를 업체마다 다수(평균 10대) 보유하고, 고객이 요구하는 부품을 안정적으로 제작/공급 중임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 초소성 성형기술 및 다양한 파생 기술 확보로 국내 소재·부품·장비 산업의 경쟁력 확보 필요

- 대표적인 지식기반 선도사업인 항공산업, 소재·부품·장비산업 육성을 통한 고용 및 부가가치 창출 기여

ㅇ 우수기술 확보를 통한 자동차, 우주, 정밀 기계부품으로 파급효과 우수

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 개발 항공기의 부품 조달 애로 및 가격 상승의 주원인인, 타이타늄 합금부품제작 성형 장비 및 공정기술의 국산화 필요

ㅇ 타이타늄 합금 초소성 성형 장비기술은 전략물자로 분류되고 있어 해외 무역정책 변화에 따라 수급에 어려움이 생길 수 있는 장비이므로, 산업 안보를 위한 정부 지원이 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-18

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

탄소섬유 스프레드 토우 인라인 프리프레그 제직 시스템 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 경량의 탄소섬유강화복합재(CFRP) 프리프레그를 생산하기 위해 No-twist 방식의 박막 탄소섬유 평면 테이프사(Tape絲)를 제직함과 동시에, 연속 공정으로 프리프레그를 생산하는 인라인 제직 프리프레그 중간재 생산시스템 개발

* 프리프레그는 기지재(matrix)를 강화섬유(reinforced fiber)에 미리 함침시킨 시트(Sheet) 형태의 제품으로 복합재료 제품의 중간재

ㅇ 생산속도를 수요산업에서 요구하는 수준으로 달성하기 위해서는, 제직에서부터  STF(Spread tow fabric) 프리프레그 연속 생산 In-line 시스템 개발이 요구됨

- 탄소섬유 평면 테이프사 제직시스템 개발

- 탄소섬유 평면 테이프사 전용 종광, 종광 프레임, Reed 등 핵심요소 부품 개발

- 섬유 폭이 유지되는 위사공급 및 이송시스템 개발

- 프리프레그 코팅 및 건조 인라인 시스템 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 탄소섬유 직물을 사용하는 모든 분야의 기존 제품을 대체

- 자동차, 항공우주, 조선 등 수송용 장치의 경량 부품

ㅇ 모바일 디바이스의 전자파 차폐 및 방열 소재, 테이프 분야

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	Weaving Speed	pick/min	50 이상
2	Spread tow 제직 폭	mm	1,250 이상
3	인라인 프리프레그 생산속도	m/min	1.2 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 탄소섬유 전용 제직기는 Donier(獨), Tsudakoma(日)에서 최근 개발하여 시판 중이며 일본을 중심으로 유럽의 주요 메이커에서 개발 진행 중

- 일방향 배열(Uni-directional) 스프래딩 섬유를 이용한 직조기술은 Donier(獨)의 기술이 대표적인 기술이며, Tsudakoma(日)에서는 탄소섬유 전용 제직기 CR3300를 판매 중

- 프리프레그 생산시스템의 글로벌 선진사로 수지 필름 고온 압착 방식의 설비를 생산하는 C.A. Litzler, 수지 함침방식의 Century Design 등이 있음

ㅇ (국내) 국내의 중간재 제조를 위한 생산 장비로써 제직 기술은 소폭 시직기 형태로만 개발되어 있음

- 국내 프리프레그 생산시스템의 경우 대부분 수입이 의존하는 실정이며, 국내 기술로는 일부 전처리 공정(정경) 기술을 보유

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 탄소섬유 세계시장의 60% 이상을 차지하는 일본 제품을 대체하기 위해 국산 탄소섬유의 수요처 및 용도 확대 필요

- 탄소섬유 중간재인 직물의 두께를 줄이면서 제직할 수 있는 테이프사 제직시스템과 제직 후 연속공정으로 중간재 프리프레그를 생산할 수 있는 인라인 장비 개발 필요

- 탄소섬유, 아라미드 등 첨단 섬유소재 적용 중간재 및 전략 제품 제조를 위한 필수 장비로써 일본 등 해외 의존도가 높은 품목임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 프리프레그 생산시스템의 상용화를 위한 수요처 요구수준의 가공성 확보를 위해, 인라인 제직 및 프리프레그 생산시스템 기술 필요

ㅇ 관련 기술 확보 시 섬유기계산업의 신시장 창출 및 파급효과가 매우 클 것으로 예상

* 직조기 시장규모는 복합소재 중간재 제직기 등을 포함한 산업용 섬유 제직기의 수요 증가로 2024년 약 7,705백만불로 예상됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 일본의 Toray 탄소섬유와 국내 탄소섬유의 품질 격차를 극복하기 위해서는 상당한 시간이 필요하므로, 장비의 성능 개선을 통해 중간재의 품질을 향상시키는 것이 필요

ㅇ 스프레드 토우 테이프 형태의 탄소섬유를 이용한 제직은 해외 일부 선진사에서만 가능하고, 제직 및 프리프레그가 인라인의 연속공정으로 제조되어지는 설비는 아직 국내에서 개발된 사례가 없어, 중소기업이 대부분인 산업 여건을 고려할 때 정부의 정책적 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-19

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

섬유제조공정

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

전기차용 외장부품 경량화 및 생산성 향상을 위한
CFRP/GFRP용 LFI(Long Fiber Injection) 장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ LFI(Long Fiber Injection) 장비는 탄소섬유 및 유리섬유의 길이가 3mm 이상, 50mm 이하인 장섬유(Long Fiber)를 수지와 복합화하여 생산하는 장비로서 대형의 자동차 차체를 고속으로 성형할 수 있음

ㅇ 물성과 생산자유도가 우수한 PU(polyurethane) 수지를 적용한 LFI 장비 개발

- 수지 및 섬유 공급 시스템 개발

- 섬유와 PU수지 mixing head 및 분사 시스템 개발

- 몰드면 LFI 균일 도포 시스템 개발

- LFI 시스템 전기자동차 차체 부품 금형 개발

- 금형 온도 제어 압축 성형 프레스 개발

- 위치 정밀도 1mm이내 1,000ton 이상 프레스 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 기존 알루미늄, 철강 소재의 차체 부품 대체 및 전기 자동차 주요 부품

- 루프, 보닛, 범퍼 등의 차체 부품

- 트레일링 암, 너클, 로어암 등의 구조용 부품

ㅇ 가전 및 산업재 시장 분야에서의 경량화 부품 생산에 활용

- 세탁기 드럼 TUB 등

- 사무기기(대형 프린터 및 복사기 등) 및 전동기기 부품의 경량화

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	인장강도	MPa	280 이상
2	인장강성	GPa	35 이상
3	제품 치수정밀도	mm	±1.5 이내

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) Krauss Maffei(獨)는 LFI 시스템에 사용되는 핵심부품인 PU용 mixing head와 섬유 공급부를 결합한 일체형 mixing head를 개발하여 자동차 부품에 적용하기 위한 실증화 연구 진행 중

- Hennecke는 복합재 스프레이 성형을 위한 mixing head인 MN linear 시리즈를 개발하였으며, MN linear mixing head는 유리섬유 첨가용 커터의 부착을 통해 복합재 스프레이 성형에 적용 가능

ㅇ (국내) PU 수지 성형용 mixing head는 DUT Korea, 우레아텍, EASTERN FTC, (주)화진 등 다수의 국내 업체에서 개발하여 생산하고 있으나, 수지와 섬유 공급부 일체형 mixing head 기술을 개발한 사례가 없음

- 최근 Lab Scale의 LFI 장비를 개발한 것으로 알려져 있으나, 일체형 mixing head 기술이 없고 생산성이 부족하여 아직 상용화 단계까지 이르지 못함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ LFI는 장섬유로 높은 강도, 경량, 정확성, 일관성을 가지고 있으며, 신속하게 제조할 수 있어 다른 여러 복합재료에 대비 경제적이고 다용도로 사용가능함

- LFI system 관련 국내 기술 수준은 선진국 대비 50%~70%에 불과하고, 대부분 일본 및 유럽에서 기술을 독점하고 있는 상황으로 기술 개발이 시급함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내에서는 복합재 생산제조 시스템을 개발 및 생산하는 업체가 전무하여, 선진국인 일본, 독일, 미국 등에서 대부분 수입하고 있음

ㅇ LFI 시스템의 시장을 전체 탄소 및 유리섬유 복합재 시장과 공정별 생산량을 토대로 분석하였을 때 연평균 성장률(CAGR)은 3.8%가 될 것으로 전망

- 2013년 13,148억원에서 2022년 17,055억원 규모로 성장할 것으로 예상

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 정부의 핵심전략산업 중 하나인 전기차 관련 경량화 부품의 성능개선 및 생산성 향상을 위해 LFI 시스템의 기술 개발이 시급

- 첨단 신소재·부품 개발을 위한 국산 제조장비 개발 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-20

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

로봇 기반 자동차용 CFRP-메탈 부품 가공-접합 시스템 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 경량 차체 부품 제조 공정의 품질, 생산성, 유연성을 동시에 확보하기 위해 다중 로봇 기반 워크셀에서 CFRP-메탈 이종소재 가공 및 접합을 동시에 수행할 수 있는 시스템

* 경량 차체 부품 수요 증가에 따라 CFRP-메탈 이종소재의 자동차 부품 적용 확대

ㅇ 다관절 산업용 로봇을 기반으로 성질이 서로 다른 CFRP-메탈 이종소재 부품 제조를 위한 가공 및 접합 공정을 하나의 워크셀에서 수행하는 패키지형(가공-접합-측정-제어) 시스템 개발

- 로봇 기반 이종 접합 워크셀(다중로봇기반 가공 및 접합) 통합기술 개발

- 로봇 기반 CFRP-메탈 이종소재의 가공공정 핵심 기술 개발

- CFRP-메탈 이종소재 접합 공정 및 H/W 모듈 개발

- 로봇 기반 가공-접합 워크셀 공정 모니터링 가공품질 측정기술 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 이종소재를 활용한 자동차 경량화 가능 부품의 가공 및 접합

- Chassis, Skin, Body-In-White(BIW), A/B/C-pillar, Car seat frame 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	로봇 기반 홀 가공 정밀도	㎛	±25 이내
2	로봇 기반 SPR* 가압하중	kN	75 이상
3	CFRP-메탈 이종소재의 복합(접착-SPR) 체결강도	kN	9 이상

* SPR : Self Piercing Rivet

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 미국, 유럽, 일본, 중국 중심으로 전기자동차, 수소자동차와 같은 미래형 자동차에 CFRP를 활용한 경량부품 적용 관련 기술개발을 추진 중이며, 미국의 CAFE 2025 규제에 따라 자동차 소재 경량화 프로젝트를 수행 중

* CAFE 2025 : Corporate Average Fuel Economy(평균연비규제), 54.5miles per gallon

* (미국) DOE주관 2단계 프로그램에서 자동차 부품의 36%에 복합재료를 적용하고 기준 대비 45% 경량화 추진, ORNL에서는 CFRP-Al 소재의 접합을 위한 기술을 개발 중(연 30만불 규모)

* (유럽) ’14년 테슬라(배터리)-BMW(CFRP) 경량화 관련 상호 기술전수 협력 등 글로벌 완성차 제조사간 기술제휴가 이루어지고 있어 후발주자의 진입장벽이 높아짐

* (유럽) BMW는 양산 차체(7시리즈)에서도 CFRP-Metal 이종소재 접합을 위해 SPR(holeless), Blind Rivet(hole 기반) 등의 기계적 체결 및 접착제 접합 공정을 적용 중

ㅇ (국내) 국내 다수의 중소‧중견 협력업체에서 자동차 부품을 생산하고 있으나, 대부분의 업체가 영세하여 CFRP-메탈 이종재료 접합 및 가공과 같은 신공정에 필요한 신규 장비 관련 개발에 대한 투자 여력이 없는 상황임

* 현대자동차에서는 일부 양산차에 CFRP 차체부품을 적용 중이지만 미국, 일본, 독일 등과 비교할 때 협력 업체의 CFRP소재, 부품, 장비 활용에 어려움이 있어 기술 개발이 필요한 실정임

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ 전기자동차 및 수소자동차 확산으로 부품 경량화, 이종소재 접합 등 기술 트렌드 반영과 국내 자동차부품 산업 고부가가치화를 위해 기존 철강(steel) 소재 중심에서 CFRP-메탈 등으로 부품 생산 방식의 전환 필요

- 전용 가공장비나 수작업 방식에서 자동차 부품 특성에 맞는 산업용 로봇 중심의 제조시스템 형태의 개발 필요

- 다양한 차종 및 차체부품, 가공/접합방식에 대응이 가능한 유연 제조시스템 기반 기술 개발 필요

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 세계 완성차 시장 판매량 정체 및 성장률 하락 등 자동차산업 전반적 위기로 국내 자동차부품 산업 또한 영향을 받고 있으므로, 자동차부품 제조 산업의 부가가치 및 생산성 향상을 위한 지원 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 자동화 및 로봇 관련 부품 산업의 대일 의존도가 높고 산업용 로봇과 절삭 가공 간 융합 수요가 증가하고 있으나, 기술개발 투자여력 및 연구인력이 부족한 중소기업 여건을 고려할 때 정부 지원을 통한 산학연 협력이 요구됨

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 개발기간 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-21

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

전기자동차 배터리 분리막용 30m/min급 대면적 PVdF 코팅 장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 전기자동차용 중대형 배터리 분리막의 내열성 확보를 위한 PVdF계 고분자 코팅 기술 및 양산형 대면적 분리막 코팅 장비 개발

* PVdF(polyvinylidene fluoride, 폴리비닐리덴 플루오라이드) : 열적, 화학적 성질이 우수하고, 녹는점(177℃), 밀도(1.78 g/cm3)의 성질을 가짐

* 분리막 코팅 공정 : 양면 코팅→응고→수세→1차 건조(수분 제거)→2차 건조(열 세팅)

- 중대형 배터리에 적용 가능한 대면적 분리막 코팅 장비 개발

- 배터리 충·방전 효율 향상을 위한 박막 코팅 기술 개발

- 열적 안정성 확보를 위한 불소계 고분자 PVdF의 균일 코팅 기술 개발

- 양산성 향상을 위한 양면 동시 코팅 기술 개발

- 주름 발생 방지를 위한 분리막 이송 기술 및 균일 건조 모듈 개발

- 코팅액 슬러리(PVdF+용매) 균일 배합 기술 개발

- 결합력 향상을 위한 저온 응고/수세 모듈 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 국내외 전기자동차용 배터리 및 분리막 제조업체에 개발 장비 공급

ㅇ 유기계 코팅이 가능한 필름 코팅 제조, 기능성 섬유 제품 제조 등 타 산업분야에서 코팅 기술 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	분리막 이송속도	m/min	30 이상
2	분리막 폭	mm	800 이상
3	코팅 두께(양면 기준)	㎛	4 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 글로벌 자동차 메이커의 전기자동차 보급 계획에 따라 중대형 이차전지 소재 및 관련 제품의 수요가 증가하고 있으며, 이에 맞추어 ASAHI, Toray, JSW(日) 등은 전기차용 중대형 배터리 분리막의 고내열성 소재 및 분리막 생산 기술 확보를 통해 대용량 배터리 개발을 진행 중

ㅇ (국내) 국내 이차전지 및 분리막 제조 분야는 세계 상위권 경쟁력을 확보하고 있으나, 분리막을 제조하는 코팅 장비 분야의 경쟁력은 부족

- 이차전지 소재 및 장비 기술력은 선진국 대비 30~40% 수준

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ 전기자동차는 현재 전체 자동차 시장의 1% 수준이나 2025년 약 11%까지 상승할 것으로 예상되며, 이에 따른 대용량 이차전지의 개발과 수요증가를 대비하여 열적 안정성이 확보된 대용량 분리막 생산용 코팅 설비 국산화 개발이 필요함

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 2018년 분리막 시장 규모는 25억 달러, 2020년에는 35억 달러, 2025년에는 88억 달러로 증가할 것으로 예상

ㅇ 분리막 코팅 설비의 세계 시장규모는 2013년 850억원에서 2018년 4,300억원으로 38.3%로 성장하였으며, 2023년 1.6조원의 규모로 성장 예상

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 소재·부품·장비 분야의 국가 경쟁력 향상 및 이차전지 핵심부품 국산화 등을 위해 관련 제조장비 기술력이 동반 확보되어야 하나, 기술개발 투자여력 및 연구인력이 부족한 중소기업 여건을 고려할 때 정부 지원을 통한 산학연 협력이 요구됨

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-22

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

고속 고품질 Maskless 플라즈마 다이싱 가공장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 고성능의 유연/신축/3차원 반도체 패키징을 위해 초박형 웨이퍼를 고밀도 플라즈마 에칭을 이용해 초정밀 고속 절단 및 표면을 가공하는 장비 개발

* 칩의 강도 저하 및 파손 없이 마스크를 사용하지 않고 웨이퍼 단위로 다이싱

- 고강도 박형칩 제작을 위한 초박형 웨이퍼 고속 플라즈마 다이싱 챔버 개발

- 고속(15㎛/min) 절단 구현이 가능한 고밀도 플라즈마 에칭 소스 개발

- 웨이퍼 표면 손상 최소화를 위한 에칭 제어기술

- 펨토초 표면 전처리 정밀 가공 및 가공면 평탄도 실시간 제어 기술

- 진공용 로봇 고정밀 Alignment 비전 광학계 설계 및 비전 모듈 개발

- 절단폭 20㎛ 이하, 칩핑 최소화, 다양한 칩 형상에 대응한 공정 개발

- Maskless 플라즈마 다이싱 가공장비 통합시스템 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 고성능 AP 및 메모리 제조

- 스마트폰 AP, 서버용 3D IC 패키지, 고성능 GPU, FPGA(Field Programmable Gate Array) 패키지 등

ㅇ 웨어러블 디바이스향 센서 제조

- 지문인식 센서, 광센서 등 유연 박형 IoT 센서

ㅇ 유연/신축 차세대 디스플레이 구동 소자

ㅇ 박형 실리콘 및 화합물 반도체의 다이싱 시스템

- 반도체, LED, 태양전지 등의 박형 웨이퍼

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	절단폭(Kerf Width)	㎛	20 이하
2	식각률(Etch Rate)	㎛/min	15 이상
3	생산성 (300 mm 웨이퍼 기준)	WPH (wafer/hour)	15 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 유럽, 일본 등 해외 장비 선진업체 주도로 개발이 진행되고 있으며, Disco(日)는 최근 미국의 Plasma-Therm과 협력하여 플라즈마 다이싱 장비의 개발을 시작하였으나, 양산화 수율 및 생산성을 확보하지 못한 상태임

ㅇ (국내) 현재 국내 통합 장비 제조사(IDM, Integrated Device Manufacturer)인 S사, H사 등이 3차원 반도체 패키지 관련 세계 최고 수준의 공정기술을 확보하고 있으나, 박형 웨이퍼 다이싱 관련 기술은 해외 선진 장비 업체에 의존

- 국내 블레이드 및 레이저를 이용한 웨이퍼 다이싱 장비 기술은 선진국인 일본 대비 80% 수준이며, 新개념의 플라즈마 다이싱 장비 기술은 원천기술 부재, 투자 부족 등으로 인해 기술개발이 지연 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 모바일기기, 웨어러블 디바이스 등의 박형화, 소형화, 고성능화, 유연화 추세에 따라 수십 마이크로 두께의 실리콘 및 화합물 반도체 웨이퍼 수요가 급증하고 있으며, 웨이퍼가 얇아짐에 따라 다이싱 공정 시 발생하는 칩핑, 칩 깨짐, 칩 강도 저하 등이 큰 이슈로 대두

- 국내외 장비업체가 플라즈마 다이싱 장비 개발을 준비 중이나, 기술적 난제로 지연

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 반도체 3차원 적층기술 분야 ‘17년 세계시장 규모는 4.65조원, 국내시장 규모는 1.4조원임

- 융복합 Thin Wafer 가공용 Dicing 장비 세계시장은 ’17년 1.0억$이나, 스마트폰, Flexible 소자 등의 급격한 수요증가로 향후 ’20~25년 2.0억$ 시장 창출 예상

ㅇ 3D 융복합 디바이스 상용화 대비 및 플라즈마 에칭기술을 활용한 고부가가치 다이싱 장비 개발을 통해 세계 시장점유율 및 수출 확대 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 웨이퍼 다이싱 장비는 일본의 Disco가 국내시장의 80% 이상을 독점하고 있어, 국내장비 업체의 시장진입이 어려운 상황으로 정부의 정책적 지원이 필요함

- 플라즈마 다이싱 장비는 최근 새롭게 부각되는 차세대 반도체 장비로, 기술 확보 시 차세대 웨이퍼 다이싱 장비 시장 선점 및 자립화 가능

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-23

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형 □ 신산업(시장)창출형 ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

광 기반 초소형 칩 고속 선택적 전사 및 접속 공정/장비 기술 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 고해상도 Micro-LED 디스플레이의 제조 양산성 확보를 위해 양품의 초소형 Micro-LED 칩만을 선별하여, 레이저를 이용한 광 기반 선택적 고속 정밀 전사/재배열 및 전사된 Micro-LED 칩을 대량으로 고속 접속하는 공정/장비 개발

- 전사속도 25M/시간 이상의 광 기반 초소형칩 대량 전사 공정 및 접속 통합 장비 개발

- 광 기반 고속 병렬 선택적 전사 및 재배열 기술 개발

- 광 기반 전사용 기능성 접착층 개발

- 광 기반 정밀 전사/접속 공정을 위한 광원 기술 개발

- 대량 조립 및 정렬에 최적화된 Micro-LED 소자 제조기술 개발

- 대량 전사/접속 공정 평가 테스트 모듈을 통한 기술 검증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 모바일기기, 스마트워치, 스마트 글래스 등 고성능 스마트기기 디스플레이

ㅇ 디지털 사이니지, 프리미엄 TV

ㅇ IoT, 빅데이터, AI 등을 활용한 다양한 형태의 스마트카, 웨어러블 디바이스, AR/VR 등 다양한 소비자 맞춤형 디스플레이

ㅇ 초소형 박막형 소자를 이용한 다층 반도체 패키징 및 유연 전자제품

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	전사 속도	CPH	25M 이상
2	전사 수율	%	99 이상
3	접속 공정 시간	sec	60 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 정전헤드(LuxVue Technology, 美), 탄성 고분자 스탬프(X-celeprint, 아일랜드/美), 전자기력(PlayNitride, 대만) 등 Pick&Place 기술 위주로 상용화 진행 중이나 양산성 확보는 어려운 상황

- UNIQARTA(美), QMAT(美)에서 광 기반의 비접촉 고속 전사 기술을 보유하고 있으나, 아직까지는 공정 검증 등 초기 단계

ㅇ (국내) 삼성, LG 디스플레이에서 Micro-LED 디스플레이 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 중이며, 전사 관련하여 한국기계연구원, 한국광기술원 등 연구소를 중심으로 공정 개발 및 상용화 연구 진행 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ Micro-LED 디스플레이의 가격 경쟁력 확보 및 대량 생산을 위해서는, 초소형/초박형 칩의 대량 고속 전사 및 접속에 대한 기술이 필요하며, 높은 생산성과 수율을 확보해야 시장진입 및 선점 가능

- 현재 양산 가능한 수준의 기술은 없는 상황이며, 특히 급속도로 성장하고 있는 AR, VR, 자율주행 차량에 적용될 고해상도 차세대 디스플레이 구현에 한계가 있음

- 빠른 기술 확보 및 양산성 검증을 통해, 성장 잠재력이 큰 차세대 Micro-LED 디스플레이 제조 기술 선점 필요

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 디스플레이 산업은 패널 및 소재, 장비의 생산에 수반되는 모든 활동을 포함하기 때문에 경제적·산업적으로 파급 효과가 매우 큼

- 패널 생산기업의 전체 설비투자에서 장비에 대한 투자비중이 60% 이상으로 대규모 생산설비가 필요한 장치산업이며, ‘17년 약 2.5억 달러 규모에서 ’25년 약 196억 달러 규모로 성장할 전망

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 고해상도 Micro-LED 디스플레이의 상용화를 위해 주요 글로벌 기업들이 Micro-LED칩 제조부터 전사/접속 단계까지, 고수율의 초정밀 대량 공정기술 선점을 위한 기술개발을 경쟁적으로 진행 중

- 연구개발 투자 여력이 낮고, 재원 및 인프라 등 기반이 취약한 국내 여건을 고려할 때, 산학연 협력 연계를 위한 정부의 정책적 지원이 시급

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-24

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

마이크로나노 기계시스템

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

대면적 Patterned Epoxy Molding Film 연속 제조 시스템 개발

(TRL :  5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 반도체 패키징 기술자립화를 위한 기술선도형 대면적 웨이퍼/패널 레벨 건식 몰딩용 Patterned Epoxy Film 연속 제조 시스템 개발

- 열경화 수지 코팅, 패터닝, 합지 공정 등을 포함하는 열경화 복합 필름 연속

제조시스템

- 대면적 필름 고균질 생산을 위한 코팅헤드 Screw 최적화

- 패턴 복합 필름 제작을 위한 T-Die 패턴금형 제작 및 코팅 패터닝 공정기술

- 열경화 수지와 필러간 분산/혼합 및 경화도 제어 기술

- 열경화성 복합 필름 성능 및 균일도 평가

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 대면적 반도체 패키징(Wafer, Panel level) 생산성 극대화를 위한 Compression Molding 공정용 Patterned Epoxy Film 제작에 활용

ㅇ 압출, 패터닝, 코팅, 라미네이션을 포함하는 경화성 고품위 패턴 필름 연속 제조시스템 및 필름 제조 공정 기술에 활용

ㅇ Film Molding 기반 반도체 패키징 공정기술 실증에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	필름 성형 폭	mm	300 이상
2	필름 성형 두께	㎛	500 이상
3	코팅 균일도	%	5 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ KCC, 삼성 SDI, LG 화학을 필두로 EMC 소재의 국산화 개발이 진행되고 있으나, 필름화를 위한 혼합, 압출, 평가 등 제조 기반 원천 기술이 부족한 실정임

ㅇ 열경화성 복합 소재는 수지의 경화 특성으로 인하여 필름화를 위한 기술적 난이도가 매우 높은 편이며, 최근 들어 일본의 화학 소재 업체(Hitachi, Sumitomo 등)를 필두로 기술 개발이 진행되고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ 더 작고 얇은 이종소자의 대면적 패키징을 위해서는 기존의 Tablet, Liquid, Suspension 형태에서 벗어나 Film 기반 공정 기술이 개발되어야 하며, 이를 위한 고균질의 열경화 복합필름을 제조할 수 있는 기반기술이 확보되어야 함

ㅇ Encapsulation용 EMC 소재의 필름화는 웨이퍼 레벨, 패널 레벨 패키징 개발 시 시급한 기술적 과제이며, 생산성 향상을 위한 필수 요소임

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 글로벌 EMC 시장은 2019년 1940 million US$, 2024년 2320 million US$로 성장할 것으로 예상되고 있으며, 반도체 시장 확대와 더불어 경제적 가치가 급성장 할 것으로 예상되고 있음

□ 정부/정책적 지원 필요성

ㅇ 현재 반도체 패키징 산업에서 가장 많이 사용되는 열경화형 EMC 소재들은 대부분 일본 및 미국, 독일의 화학소재 업체들로부터 원재료를 수입하여 사용하고 있으며, 소재 국산화를 위한 원천기술 확보가 시급한 실정임

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-25

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

나노·마이크로

기계시스템

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

OLED용 대기압 하전입자 복합 리페어 장비 개발

(TRL : 5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 디스플레이 패널(Panel) 미세 회로 수리(repair) 공정 시 이온이나 전자 같은 하전입자빔을 이용하여, 대기압환경에서 직접적인 열전달 없이 미세한 Cutting 및 증착이 가능한, 대면적 초고해상도 미세회로 불량 검사 및 수리 복합 공정장비 개발

* 디스플레이 패널(Panel) 미세 회로 수리 공정은 회로 불량을 끊어주는(Cutting) 공정으로서 패널 생산 수율을 높여 제품의 가격경쟁력을 향상

- 플렉시블 OLED의 경우 국내 최고 기업의 양산 수율이 40% 수준으로, 가격경쟁력 확보를 위해 검사 및 수리 공정의 첨단화가 매우 중요

ㅇ 대기압 하전입자 장치가 적용된 AMOLED용 검사/수리 장비 개발

- 하전입자(전자, 이온 등)를 대기로 방출/집속시키는 핵심 공정 모듈 개발

- 대기압 하전 입자빔 장치 및 가공 제어 기술 개발

- 차동 진공압 유지 챔버 시스템 구조설계 및 제작기술 개발

- 대면적 패널의 국부영역 초미세 검사 기술 개발

- 대기압 전자현미경 영상 개선을 위한 개방형 이차전자 검출 기술 개발

- 대면적 플렉시블 AMOLED의 Carrier Glass 방식 혹은 Roll-to-Roll 방식에 적용 가능한 나노스케일 공정시스템 개발

- 0.5㎛ 급 수리 공정 및 10㎚ 급 분해능 검사 공정 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ Laser Repair 및 광학 검사 기술적용이 어려워, 나노스케일 불량 관리가 필요한 OLED 공정에 적용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	Repair Cutting Width (미세 가공 선폭)	㎛	0.5 이하
2	Cutting selectivity (박막 제거 선택비)	%	95 이상
3	Inspection Resolution (미세 선폭 측정 해상도)	㎚	10 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) OLED용 전자빔 검사 설비의 경우 Applied Materials(美)의 진공 E-Beam Review 검사 설비가 적용되고 있음

- OLED용 Ion Beam 가공 설비의 경우, Applied Materials(美)의 진공 SEM 검사 설비에 FIB(Focused Ion Beam) 장치를 적용하는 방법으로 사업화 진행 중이나, 아직 도입 사례가 없음

- 디스플레이용 Photo Mask Repair에 Hitachi(日) 제품을 필두로 2~3개 기업의 진공 FIB 장비가 독점적으로 사용 중

ㅇ (국내) 참엔지니어링에서 ‘12년도에 air-SEM 제품을 최초 개발하여 국내 디스플레이 4개 Line에 도입하였고, 연구 및 분석용으로는 국내 전자현미경 기업에서 개발/사업화 시도하였으나 성과는 미미한 실정

- OLED용 Ion Beam 가공 설비는 Laser Repair 장비가 주를 이루고 있으며, 아직 Ion Beam 공정 장비는 개발 경험이 없음

- 분석용 진공 시스템의 FIB Milling 장치는 외산 장비 의존도가 매우 높음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 중국이 맹추격하고 있는 디스플레이 산업은 이미 LCD 분야에서는 시장점유율을 역전 당했으며, OLED 시장도 위협받고 있는 상황

- 향후 OLED 분야에서 초격차를 유지하기 위해서는 광학기술의 한계인 마이크로 스케일에서 나노스케일로 기술적 도약이 필요하며, 이를 위해 전자현미경, 이온빔 가공 등과 같은 나노 공정 기술 확보가 필요함

- 특히, Hitachi, JEOL 등 일본 제품이 완성도 및 성능 대비 가격 경쟁력이 좋아 기술적 지원을 통해 해외의존도를 낮춰야함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 전자현미경, 집속이온빔 장치 및 핵심 부품은 일본, 미국, 독일 등과 같이 글로벌 분석 기기업계에 대한 의존도가 매우 높아 수입대체 및 신시장 창출 필요

- ’23년부터 air-FIB기술이 Laser기술을 대체할 경우 리페어 장비 시장 점유율이 상승할 것으로 기대

- OLED용 대기압 전자빔 검사설비의 경우, ‘21~’22년 신규로 생성될 21개 OLED 라인에 독점 공급 시 6,000만불~1억불의 신규 시장 창출 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 하전입자 가공 장치와 같은 핵심 부품 관련 기술 부재로 개발이 시급하나, 관련 분야 중소기업의 여건을 고려할 때 연구개발 인력, 투자여력 등이 부족하므로 정부의 정책적 지원이 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-26

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

나노·마이크로 기계시스템

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

스퍼터링 및 원자층 증착(ALD) 복합공정 기반
미세분말 대량코팅장비 개발

(TRL :  5단계 〜 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 대량* 미세분말 입자상 금속 및 세라믹 소재 균일증착을 위한 고생산성 스퍼터링/원자층 증착(ALD, Atomic Layer Deposition) 복합 공정 기반 나노 입자 코팅 장비 및 공정 개발

* 파우더 스퍼터 ≧ 300L, 파우더 ALD ≧ 30L 병렬형

- 대량 분말 진공 증착 공정 및 반응기 설계, 해석, 제작 기술 개발

- 플라즈마 소스 설계, 제작 및 공정 개발

- ALD용 전구체 공급 및 배기 시스템 설계 및 제작 기술 개발

- 입자 손실 최소화 및 회수율 증대를 위한 필터 및 배기 시스템 설계 및 제작

- 입자상 금속/세라믹 코팅막의 두께 균일도 및 막질 제어를 위한 실시간 모니터링 기술 및 스퍼터/ALD 복합 최적 공정 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 반도체 : 내플라즈마 코팅 및 부품 기능성 코팅 소재

ㅇ 디스플레이 : QD(Quantum Dot) 보호층 소재, 차폐/방열 소재, 봉지막 소재

ㅇ 에너지 : 배터리 양극 소재, 전고체 배터리 소재, 멤브레인 첨가제, 연료전지 촉매 소재, 슈퍼 커패시터 전극 소재, MLCC 소재 코팅

ㅇ 자동차 : 경량 소재, 차폐/방열 소재, DPF/DOC/SCR 촉매 소재에 활용

ㅇ 촉매 : 대기/수질 정화 필터용 촉매 소재

ㅇ 제약 : 약물 보호소재, 항균 소재

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표			단위	달성목표
1	입자 용량	Sputter	L	300 이상
		ALD		30 이상
2	두께 균일도	Sputter	%	90* 이상
		ALD		95** 이상
3	증착 온도	Sputter	℃	60 이하
		ALD		250 이하
4	증착 소재	Sputter	종	2 이상
		ALD		2 이상

* 금속막 기준(Cu 기준)

** 금속산화막 기준(TMA 프리커서(Al2O3) 기준)

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 반도체 소자의 고집적화 및 이에 따른 소형화와 더불어 ALD 장비 및 기술 개발 수요가 증가하고 있는 추세이며, 최근 OLED, 플렉서블 디스플레이 등 디스플레이 분야 적용을 위한 연구가 활발히 진행 중임

- 국내 주성엔지니어링, 원익IPS, NCD, CN1 등의 업체들이 시장에 참여 중

ㅇ 학계에서는 최근 연료전지, 배터리 및 태양전지 등 에너지 소자와 촉매 변환기 등 환경 소자에서 Sputter 및 ALD 공정 적용이 활발히 연구 중

- 특히 연료전지용 촉매(현대자동차), 태양전지용 봉지막(한화큐셀) 등의 분야에서, 양산 제품 적용 시도가 이어지고 있음

- ALD 장비 업체 중에서는 최근 솔라셀 제조용 ALD장비(NCD), 연료전지 박막 제조용 ALD 장비(CN1) 등이 개발 및 적용된 사례가 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ 전자/디스플레이, 지능형에너지, 친환경 미래형 자동차산업 및 기계부품 분야 등에서 기존에 널리 쓰이던 분말 공정에 새로운 표면 기능을 부여하고자 하는 기술적 필요성이 대두됨

- ALD의 낮은 생산성을 극복하고, 고품질 분말 표면 처리가 가능한 스퍼터/ALD 복합 시스템의 개발 통해, 미세분말 성능과 내구성이 동시에 향상 가능

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ ALD 장비 관련, 세계 시장 규모는 2018년 약 5조원 규모로, 연평균 1.65% 성장하고 있는 시장임

- 차세대 반도체를 비롯하여, 다양한 산업분야에서 신제품 개발 및 경제적 파급 효과를 기대할 수 있음

□ 정부/정책적 지원 필요성

ㅇ 기술적 경제적 요구에 비해 수입의존도가 높은 ALD 공정 및 장비를 스퍼터와 결합된 신개념으로 개발하여, 관련 산업 경쟁력 향상 및 신시장 창출이 가능할 것으로 기대되므로 정부의 정책적 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내(총 정부출연금 27.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-27

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

알루미늄 다이캐스팅 자동차 부품용 고속형 HMC 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 고속형 수평형 머시닝센터(horizontal machining center, HMC)는 머시닝센터의 일종으로 자동 공구교환장치(automatic tool changer)를 장착하여, 밀링, 드릴링, 보링가공 등 여러 공정의 작업을 자동으로 공구를 교환하면서 고속으로 수행하여 생산성이 높은 절삭 가공장비

ㅇ 자동차 경량화를 위해 사용되는 알루미늄 다이캐스팅 부품의 대량생산을 위해, 기 개발된 고속형 수평형 머시닝센터 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 알루미늄 전용 가공기의 수요업체와 연계하여 가공품질 및 장비 신뢰성평가, 생산성 검증을 통해 조기 양산성 확보

ㅇ 일본, 유럽 등 선진 제조사의 장비들을 대체하고 자동차 및 항공 부품 제작업체의 초기투자 비용절감 및 생산효율 향상 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심성능지표		단위	달성목표
1	공구교환시간	sec	0.9 이하
2	이송계 가감속	G	1 이상
3	이송계 속도	m/min	60 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 다수의 공작기계 선진사에서 소형 수평형 머시닝센터를 대상으로 스핀들 가공 능력 최적화 및 비절삭 시간 감소를 통해, 알루미늄 가공에 대한 생산성 향상 방안을 제시 중임

- 일본의 경우 알루미늄 소재 가공 전용장비를 출시하여, 알루미늄 부품 비율이 증가하고 있는 자동차 산업에 효과적으로 대응하고자 함

ㅇ (국내) 국내의 경우 고속가공기를 개발하였으나, 알루미늄 소재에 대한 고속가공 신뢰성 및 가공품질에 대한 검증이 미비한 상태이고, 제어 및 공정 최적화를 통한 생산성 확보 데이터가 부족한 상황

- 알루미늄 가공 실수요자를 대상으로, 장비 신뢰성 및 가공품질 평가, 생산성 검증, 가공공정 최적화 기술 개발을 통해 조기 양산성을 확보함으로써 초기투자 비용 절감 및 생산효율 향상 필요

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 알루미늄 다이캐스팅 제품은 자동차/항공우주산업 등 다양한 수요산업에서 널리 사용되며 그 비중이 점차 증가하고 있음. 알루미늄 가공에 특화된 고생산성 전용장비의 상용화를 통해 경쟁력 확보가 필요함

- 알루미늄 다이캐스팅 기술의 정밀도 향상으로 경절삭 가공이 주가 됨에 따라 비가공 시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 장비의 수요가 늘어나고 있지만, 일본, 유럽 등 선진사로 인해 시장진입이 어려운 상황

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 최근 국내 주력산업 중 자동차 산업은 환경변화 및 경쟁사 대비 낮은 생산성으로 자동차/부품 수출 증감률이 2015년 이후 마이너스 성장(2018년 기준 -3.8%)을 하고 있어, 생산성 및 품질 향상을 위한 투자가 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 주력 기계 산업인 공작기계 업계는 추격하는 중국과 유럽, 일본 등 선진국 사이에서 고전하고 있으며, 고부가가치 선진형 시장진출을 위한 신기술 및 제품개발이 시급하므로 자동차/항공부품의 생산성 극대화를 위한 고생산성 수평형 머시닝센터 개발을 위한 정책적 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월(1차년도 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-28

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

타이타늄/인코넬 원통형 부품가공용 고생산성 터닝센터 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 터닝센터(turning center)는 공작물은 회전하고 공구는 상대 이동하여 가공함으로써 원통형의 부품을 제조하는데 사용되는 장비이며, NC선반에 자동 공구 교환이 가능한 공구대를 포함함

- 원통형 부품은 원주면을 기준으로 내외경 조립을 요구하는 부품이 많아 높은 가공 정밀도가 요구됨

- 최근 수요가 증가하고 있는 항공부품의 경우 원소재의 90%이상을 제거하는 장시간 가공이 필요하여 고생산성 터닝센터에 대한 수요가 높아지고 있음

ㅇ 난삭재인 타이타늄/인코넬 소재에 대해 기존 대비 가공생산성(단위시간당 소재제거율) 200% 이상 향상이 가능하도록 극저온 윤활공정 등을 적용한 고생산성 터닝센터 및 공정 기술 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 터닝센터는 국내기업들이 이미 생산 중인 단계로 장비성능은 선진사 대비 대등한 수준이지만, 가공난이도가 높은 난삭재 가공에서 실증 실적이 부족함

- 난삭재 부품의 생산성 측면(고부하 연속가공능력)에서 안정성 및 신뢰성을 확보한다면 상당부분 선진사 장비 대체가 가능

ㅇ 개발된 장비와 함께 국내공구를 이용한 실증 평가 및 항공관련 인증 방안을 도출하여 국내장비 뿐 아니라 공구에 대한 실증 결과를 확보함으로써, 해외 의존도가 높은 초고경도 공구 국산화 및 관련 산업 적용 확대 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	수요부품대상 현재 공정 대비 소재제거율 (타이타늄 소재 습식가공 대비)	%	200 이상
2	수요부품대상 현재 공정 대비 소재제거율 (인코넬 소재 습식가공 대비)	%	120 이상
3	수요부품 원통도 공차	㎛	20 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 국내 터닝센터 수입금액 중 72%를 차지하는 일본 기업(Mazak, Okuma 등)이 글로벌 경쟁력을 가지고 있으며, 중절삭 기능을 통한 고생산성 가공기술을 통해 항공부품 제조업 등에 많이 적용되고 있음

ㅇ (국내) 난삭재에 대한 국내산업 수요가 증가하면서 기존 장비를 이용한 대응으로는 생산성 개선에 한계가 있어, 국내기업에서는 별도의 가공솔루션 개발 조직을 두어 신공정 기술 개발을 추진하고 있으며 이에 대한 실증 데이터 확보가 필요함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 터닝센터는 원통형 부품을 가공하기 위한 핵심 기반장비이며, 항공/에너지산업 등에 이용되는 고정밀도 부품가공 및 가공시간 감소를 통한 고생산성에 대한 수요가 증가하고 있어 관련 기술 개발이 필요함

- 절삭가공 관련 제조산업은 장비, 공구, 가공공정을 보수적으로 유지하려는 경향이 있어, 최근 수요가 증가하기 시작한 난삭재 부품 가공공정 실증데이터 확보를 통해 신뢰성 확보가 필요함

ㅇ 기술적 파급효과

- 머시닝센터와 함께 주요 공작기계인 터닝센터는 자동차, 조선, 항공, 에너지, 일반기계 등 다양한 산업군에서 사용되며, 특히 핵심부품 및 장비국산화를 통해 국내 제조 산업의 건전한 기반구축 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 터닝센터는 국내 중소·중견기업 군에서 생산하고 있으며, 자동차, 항공, 기계산업 등 다양한 제조 산업으로 파급될 수 있음

- 수요산업과 연계를 통한 안정된 고생산성 등 성능이 입증된다면, 국내 터닝센터 장비산업 및 제조산업의 글로벌 경쟁력을 높여 수입대체 및 수출증대가 가능함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 수요업계는 사용실적이 풍부하고 신뢰성이 검증된 외산 터닝센터를 선호하는 반면, 국산 가공기는 난삭재 관련 track records 부족, 신뢰성 검증 부족 등으로  사업화에 어려움을 겪고 있어 국산 터닝센터의 실증 지원을 통한 수요연계 촉진 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월(1차년도 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-29

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

기어류 부품의 고속 가공을 위한 터닝 기능 5축 가공기 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 기어류 부품 가공을 위해, 터닝 기능을 가진 5축 가공기의 양산성능 검증

- 터닝 기능을 가진 5축 가공기의 양산성능 검증

- 정밀한 기능성 기어류 부품을 위하여 ISO 7등급 이하의 기어 가공품질 확보

- 기존의 기어 가공공정과 비교하여 50%이상 향상된 가공생산성 확보

ㅇ 수요기업 연계를 통한 양산성능의 실증평가와 피드백에 따른 가공기보완

- 고속 스카이빙 가공 전용공구와 최적 공정 기술을 개발하고 현장적용

- 복잡한 형상 가공에 접근성 향상을 위하여 작업자 친화형 GUI 구현

- 가공한 기어 부품의 품질 평가를 위하여 정밀 측정과 분석 기술 확보

- 수요기업에서 양산형 터닝 기능을 가진 5축 가공기의 실증 진행

- 실증에서 도출한 피드백을 현장 적용하여 개발가공기의 양산성능 제고

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 고정밀 기어 부품을 위한 5축 가공기 상용화

- 가공한 기어 부품의 정밀도를 확보하고 가공공정을 단축하여 생산비용 절감

- ISO 7등급 기어 가공의 전용 공구기술과 최적 공정기술의 노하우 확보

- 개발 가공기와 요소기술의 검증을 통해 기어 가공용 5축 가공기의 국산화 및 수입대체

- 가공기와 가공솔루션을 통합 확보하여 세계장비 시장진입을 통한 수출확대

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	기어 가공 정밀도	-	ISO 7등급 이하
2	테이블 회전속도	rpm	600 이상
3	동시 제어축 수	ea	5

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 기존의 기어 가공에는 선반, 호빙머신, 머시닝센터 등의 여러 장비가 사용되며, 여러 장비의 운영에 따라 고가의 장비비용, 복잡한 생산공정, 낮은 생산성의 문제가 있음.

- 따라서 한 대의 장비에서 기어를 생산하는 고속 기어 가공기술이 접목된 5축 CNC 공작기계의 수요가 국내외에서 지속적으로 증가하고 있음

ㅇ (국외) 일본의 JTEKT, DMG-MORI, MAZAK과 독일의 Hermle, Grob 등 다수의 선진 공작기계 업체가 고정밀 5축 가공기와 기어 부품의 가공 솔루션을 공급하여 시장을 선점하고 있음

ㅇ (국내) 일부 공작기계 업체에서 터닝 기능을 가진 5축 가공기를 개발한 상태이나, 아직 검증 단계로 기어류 부품 가공을 위한 가공기의 성능평가 및 가공품질 평가 등 검증이 필요함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 5축 가공기에서 정밀 기어 부품을 가공하기 위해서는 고속 회전의 회전테이블과 주축의 정밀한 동기 제어가 핵심기술이며, 이러한 높은 수준의 핵심기술을 확보하고 현장검증과 보완을 위해서는 지속적인 기술지원 필요

- 복잡한 형상의 기어 양산은 5축 가공기기술, 전용 공구기술, 최적 공정기술의 기술적 성숙과 실질적 검증을 통해서 가능하며, 이를 위해 국내 개발 가공기의 기술적 실증을 위한 지원이 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 장비개발업체와 수요기업 간 연계를 통한 실질적 보완 개발을 지원하고, 국내 개발 가공기의 조기 상품화를 진행하여 고부가가치 장비의 국산화 및 수입대체 등 경제적 효과 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 수요업계는 사용실적이 풍부하고 신뢰성이 검증된 외산 기어가공기를 선호하는 반면, 국산 가공기는 track records 부족, 신뢰성 검증 부족 등으로 사업화에 어려움을 겪고 있어 국산 기어가공기의 실증 지원을 통한 수요연계 촉진 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-30

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

반도체 웨이퍼 후면 Full Auto Backgrinding 장비 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 반도체 웨이퍼 후면 Backgrinding 장비는 회로공정이 끝난 웨이퍼를 개별 소자로 분리시켜 패키징하기 위해, 웨이퍼의 후면을 연삭/연마하여 고정도 형상과 고품위 표면을 동시에 구현하는 가공시스템

- 스핀들 3축 구조로 ‘황삭-정삭-폴리싱’ 3단계의 턴테이블 구조로 구성되어 직경 300㎜ 웨이퍼를 수십㎛ 이하의 최종두께로 가공

- 장비 내에서 웨이퍼는 일련의 공정을 자동 수행함으로서 Cassette 단위의 Dry-in & Dry-out 연속 가공이 가능

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 반도체 전공정(회로공정)이 끝난 Si wafer를 Chip size로 절단하기 전에 원하는 두께(700~800um ⇒ 수십um)로 연삭, 연마 가능

ㅇ LED, PCB 등 후공정 패키징 제품의 Backgrinding 공정

ㅇ SiC, 사파이어, 세라믹의 제품에도 적용할 수 있어, 반도체 웨이퍼 및 기판 제조 전반에 적용 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	UPH	ea	15
2	전체 두께 편차	㎛	2.5
3	웨이퍼간 두께편차	㎛	2.5

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) 국내에서는 웨이퍼 연삭 또는 연마의 독립된 단일 기능 달성을 위한 장비 및 가공기술 개발이 일부 보고되고 있으나, 대부분 연구용 100～200mm 웨이퍼 가공에 한정

- 양산용으로는 1축 연삭 스핀들을 갖춘 장비가 개발되었으나 기술적 완성도가 부족하며, 단일 가공시스템에서 연삭/연마 복합 가공이 가능한 장비는 개발된 사례가 없어 전량 수입(일본)에 의존하고 있는 실정

- 기 개발된 3개의 스핀들을 포함하는 Multi-stage 가공기의 실증평가를 통하여 양산형 기술로의 진입 기대

ㅇ (국외) 일본의 Disco, Okamoto, TSK 등은 300mm 실리콘 웨이퍼의 Full Auto 연삭기를 개발하여 상용화하고 있으며, 특히 Disco는 기존의 연삭 가공시스템에 건식/습식 연마기술을 접목하여 반도체 패키징용 박판화 가공장비 부문에서 독보적인 위치를 차지하고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 일본 수출 규제로 인해 삼성, 하이닉스 등의 반도체 제조업체에서 공정장비의 국산화 필요성을 인지하고 있으며, 적극적인 지원의지를 보이고 있음

ㅇ 국내 기업들은 장비에 대한 기계적인 이해도는 높으나 공정에 대한 전문지식을 접목되지 못해 기술개발에 접근하지 못하고 있어, 반도체 제조업체를 중심으로 전문화된 중소·중견기업의 육성 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 반도체용 웨이퍼 연삭 및 연마장비 시장은 ’18년 3억 4,154만 달러로 평가되며, ’24년에는 4억 3,475만 달러로 연평균 성장율 4.1%를 기록할 것으로 예상

ㅇ 반도체공정에서 Backgrinding 장비는 일본 Disco 업체의 점유율이 80% 이상이며 대당 단가는 약 15~20억원임.

- 일본에서 전량 수입하고 있으며 반도체산업에 적용되는 핵심기술로 국산화 필요

ㅇ 연삭/연마 가공기술은 뿌리산업의 한분야로 산업전반의 파급력이 크고 다년간의 노하우가 장비에 녹아있는 고부가가치 기술로 매출, 고용 및 무역적자 해소에 많은 기여를 할 것으로 기대됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 본 장비 개발 및 실증은 많은 재원이 필요하며, 기존에 연삭/연마 기술을 보유한 중소기업이 독자적으로 예산을 투입하여 개발하기가 어려워 정책적 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-31

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

고집적 적층형 반도체 생산을 위한 레이저 절단기 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 고출력 레이저 빔을 집속하여 고집적 적층형 반도체용 두께 50㎛이하의 초박형 실리콘 웨이퍼를 레이저로 절단하는 장비 실증

- 2.5D 또는 3D 적층형 반도체용 웨이퍼를 절단하는 장비

* 절단 후 웨이퍼의 파괴강도가 400MPa 이상 되어야함

ㅇ 고집적 적층형 반도체용 초박판 웨이퍼 레이저 절단기 실증

- 반도체 고속 가공을 위한 Steering 광학부품 개발

- 광학부품용 1축 정밀 고속 모터 개발

- 고품질 절단을 위한 Auto-focusing 모듈 개발

- 초점면 고속 측정 기술 개발

- 정밀 고속 광학계 제어 기술 개발

- 정밀 절단을 위한 이송 시스템 기술 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 저유전층(low-k layer) 및 Cu층이 존재하는 고집적 적층형 반도체 웨이퍼의 레이저 절단에 적용

- 레이저를 이용한 고집적 적층형 반도체용 초박형 실리콘 웨이퍼 절단 공정 실증을 통해 반도체 생산라인에 적용

ㅇ 첨단 전자부품(필름형 디스플레이 적층 패널, EV(Electric Vehicle) 배터리 금속판 등) 고속 레이저 절단에 적용

- 첨단 전자부품 생산라인에서 사용되고 있는 레이저 가공기에 확대 적용 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	시간당 웨이퍼 생산량	wafer/h	8 이상
2	스테이지 가공 진직도	㎛	±1 이하
3	가공 후 파괴강도	MPa	400 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) 레이저 그루빙, 다이싱 공정은 일본의 DISCO, 네델란드의 ASM(구ASLI), 미국의 ESI 등에서 개발 중이며 DISCO가 가장 높은 점유율을 가지고 있음

ㅇ (국내) DISCO의 높은 시장점유율로 인해, 국내 기업들의 반도체 웨이퍼 레이저 다이싱 기술의 생산라인 적용이 부족하지만, 기술력이 부족하지는 않음

- 국내에서는 (주)이오테크닉스, 에이피시스템(주), (주)필옵틱스 등이 초박판 재료 레이저 다이싱 기술을 보유하고 있으며, 생산라인에 필요한 장비 기술사양을 확보하기 위한 실증이 필요함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 반도체 산업은 우리나라의 주력산업으로, 경쟁국과 초격차를 지속하기 위해 새로운 기술들을 계속해서 도입해야함

- 최근 주목받는 고집적 적층형 반도체용 웨이퍼는 두께가 50㎛이하이며, 기존의 다이싱 공정을 적용하기 어려움

* 저유전(low-k)층 및 Cu층이 Saw street 위에 존재하여 가공이 까다로움

- 고집적 적층형 반도체 다이싱을 위해서는 신개념 다이싱 공정이 도입되어야하며, 레이저 다이싱 공정은 좋은 대안 중 하나임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 반도체 산업은 우리나라 총 수출의 17.5% (`19 1Q 기준)를 차지하는 국가 주력 산업으로, 연평균 5% 이상의 지속적인 성장이 기대되는 산업임

- 반도체 다이싱 장비 시장은 2023년 13.8억 달러 규모(국내는 1,600억원 규모)로 성장할 것으로 기대되나, 현재 일본기업이 70% 이상의 시장을 점유하고 있어  대응방안 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 반도체 산업은 국가의 주력산업으로 고용시장 안정, 국가 경쟁력 강화를 위한 정책적 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-32

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

고경도 난삭재 핵심부품 가공용 초정밀 방전가공 시스템 실증

(TRL :  7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 정밀 절삭가공이 어려운 고경도 소재의 고부가가치 핵심부품 초정밀 가공용 방전장비 개발 및 실증

- 고경도 난삭재의 고세장비(High aspect ratio) 초정밀 가공기술 및 초정밀 3D profile 가공에 특화된 방전장비 개발 및 실증

- 플랜트, 반도체금형, 광학, 의료기기 등 첨단제조 산업분야의 실증 대상부품 가공공정 최적화 및 생산성 향상을 위한 실증

ㅇ 실증대상 부품 가공공정 최적화 및 생산성 향상 기술 개발

- Straight hole 및 Non-circular/Shaped hole 고세장비 초미세 가공기술 확보

- Ni-Cr alloy(Inconel), 저저항 SiC 등 고경도 난삭재 초정밀 3D Profile 가공기술 확보

- 초미세 3D Profiling 전용 High frequency μ-방전 펄스 제어 기술

- 대면적 고정밀 NC 위치제어 및 전극 run-out 최소화 기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 가스터빈 블레이드 냉각홀 가공

- 플랜트 가스터빈의 고수명, 냉각성능 향상을 위한 미세홀 array 제조

ㅇ 반도체용 플라즈마 장비 핵심부품 제조

- 플라즈마 공정 가스 공급을 위한 Showerhead 미세홀 array 제조

ㅇ 자동차, 금형, 광학, 의료 등 초정밀 부품 제작에 적용

- EV모터 코어 금형, 연료 인젝터, 밸브 스풀, 의료 기기용 정밀 부품 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	3D profile 정밀도	㎛	10 이하
2	전극 run-out 제어	㎛	5 이하
3	3D profile hole 형상 균일도(편차)	%	1 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 일본의 주요 방전 장비업체로는 Mitsubish, Elenix, Sodic 등이 있으며, 미세홀 가공 분야에서 유럽의 경우 영국(WINBRO) 장비 점유율이 가장 높고, 한국을 포함한 미주, 아시아 등에서는 일본(Elenix) 장비가 시장을 장악 중

- 세계 항공기 엔진 시장 점유율 1위인 GE(美)의 경우 터빈블레이드 냉각홀 가공에 일본(Elenix) 장비를 주력으로 사용하고 있으며 최근 러시아에서도 해당 장비 수요가 급증한 것으로 알려져 있음

ㅇ (국내) 최근 국내 방전장비의 약 90%이상을 일본 위주의 외산장비가 차지하고 있어 관련 시장규모는 약 1,000억원 이내로 많이 위축된 상황임

- 현재 국산 장비는 동남아 등 개도국이 주요 수요처 대상이며 주로 범용장비 공급이 주를 이루고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 미세홀 방전장비의 경우 국내업체 대부분은 중소기업으로, 범용 슈퍼드릴 장비에 주력하고 있어 micro EDM milling 개념의 초정밀 3D profile 가공에 특화된 방전장비의 개발은 어려운 상황임

- CNC 정밀제어 기술과 정밀 방전제어 기술 융합이 요구되는 초정밀 3D profile 가공의 경우 최근 10년간 국내업체의 실증기회가 거의 없어 양산성 및 신뢰성 확보가 미비

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 고경도 난삭재 정밀 가공에 특화된 방전가공 기술은 고부가가치 창출이 가능한 첨단신소재 정밀제조에 필수적인 기술이며, 전 세계 방전가공 장비시장은 ’18년 기준 50억 달러 규모로 연평균 8% 이상의 지속적인 성장세를 보이고 있음

ㅇ 일본의 글로벌 방전가공장비 업체들은 세계시장 60% 이상, 국내시장 90% 이상을 점유하고 있어, 무역환경 변화에 따라 수급에 어려움이 생길 경우 관련 분야 핵심부품 전체의 국내생산이 불가능하기 때문에, 신뢰성이 검증된 해당 장비의 국산화가 반드시 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 다양한 첨단산업분야의 핵심부품 정밀가공에 특화된 High-end급 방전가공장비는 실증단계까지의 고비용 투자에 따른 위험이 존재하여, 국내 중소기업 중심의 단독개발 및 사업화에 큰 어려움을 겪고 있음

ㅇ 최근 수요가 급증하고 있는 고부가가치 핵심부품 제조에 특화된 방전장비의 개발 및 실증이 필요하며, 이를 위해 국내 방전장비 업체에 대한 정책적 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-33

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

섬유제조공정

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

폭 2,000mm 이상 다층 직물 생산용 더블 헤드 레피어 제직기 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 산업용섬유를 이용한 다층 직물생산을 위해, 2,000mm 이상 대폭 더블헤드 레피어 제직기 실증

* 상하단부 동시 위사 위입을 위한 더블 캐리어 이송 기술, 멀티 빔 제어 다중 송출 기술, 더블 위입 드라이버 기술 접목

* 다중 경사 송출 및 전자식 권취 기술 개발

- 폭 2,000mm 이상 다층 직물 패턴 설계 및 제직공정 최적화 연구

- 핵심 모듈 내구시험 및 더블 헤드 레피어 제직기 운전 신뢰성 평가

- 수요처 연계 더블 헤드 레피어 제직기 실증 평가 및 상용성 분석

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 항공기 동체 및 구조물 분야

- 항공기 엔진 부품, 엔진용 팬 케이스 및 팬 블레이드, 항공기 빔, 패널 구조 등

ㅇ 신재생 에너지 발전 및 건축/토목 부품 분야

- 풍력 발전용 블레이드, 철강 콘크리트 구조물 보강재, 연약지반 보강용 지오그리드 등

ㅇ 방열 부품 및 소재 분야

- 방호 및 내화복 소재, 난방 또는 냉난방 보조 단열 소재 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	제직폭	mm	2,000 이상
2	제직속도	rpm	100 이상
3	제직두께(다층직물)	mm	15 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국내) 소폭의 산업용 섬유제직을 위한 레피어 제직기가 시작품 형태로 개발되었으나, 수요기업의 실증단계가 부족하여 품질에 대한 신뢰성 미확보

- 국내 제직기 기술은 섬유산업 구조조정 및 연구개발 정체로 기술격차가 크게 발생하여 중요성에도 불구하고 제조기반이 취약

ㅇ (국외) 독일의 Vandewiele은 2개의 레피어 헤드를 사용하여 위사를 공급하는 제직기를 개발하였으며, 또한 자카드를 이용해 파일을 생성하여 다양한 카페트 직물 제조 가능

- 일본의 Toyota는 서보모터를 이용하여, 헬드프레임(Heald Frame)을 개별적으로 구동하는 전자식 개구방식의 제직기 개발

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 산업용섬유로 전환되는 세계시장 변화에 대한 대응부족으로, 국내는 의류 등 저부가가치의 생활용 섬유 중심으로 지속되어 경쟁력이 하락

- 제직기 관련 기술개발 투자가 미비하며, 수요기업과 사업화를 위한 실증 및 상용화 전략 부족

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 세계 제직기 시장규모는 5,300백만불이며, 공급기업의 신뢰성 부족으로 인해 국내는 수입에 의존

* 제직기의 대일 수입액은 49,114천불, 대일 수출액은 268천불으로, 대일 수입 의존도가 99% 이상

ㅇ 더블 헤드 레피어 제직기 핵심요소 부품의 기술개발 및 실증을 통해 제품의 품질을 확보하여, 해외 의존도가 높은 복합재의 기술력 격차 해소에 기여할 것으로 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 기개발 중인 소폭 더블 헤드 레피어 제직기를 대폭 다층 직물 생산용으로 고부가가치화하고 수요자 중심의 특화된 제품연계를 통한 실증 필요

ㅇ 제직기의 기술 경쟁력은 핵심부품, 시스템 및 상용화(실증화) 기술이며, 국내 완제품 제조 기업, 부품 제조 기업 및 수요기업의 컨소시엄 연구 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-34

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

로봇/자동화기계

주조/용접

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

용접물 인식 기반의 자율 용접 로봇 시스템 실증

(TRL :  7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 용접용 로봇 플랫폼, 용접 공정 주변 장치, 센서, 인식기술, 용접 공정 기술이 통합된 용접물 인식 기반의 자율 용접 로봇 시스템 실증

- 용접용로봇 플랫폼 HW, SW 커스터마이징 개발

* 대상 용접 공정에 적합한 규격, 가반하중 용량을 가지는 수직 다관절 로봇 HW 커스터마이징 설계 및 용접용 로봇 플랫폼 신뢰성 확보

* 토치 위빙을 구현할 수 있는 HW 설계, 제작

* 고속, 정밀 작업 수행을 위한 용접용 로봇의 SW 프레임워크, 경로 생성, 모션 제어기 등 통합 제어 SW 기술

- 로봇용 용접공정 및 주변장치 설계 제작 기술

* 용접 로봇에 탑재 가능한 용접 주변 장치 기술

* 로봇용 용접 공정 기술, 로봇과의 연계를 위한 기계적 인터페이스 및 통신기술 개발

- 다중센서 기반 용접선 인식 및 추적기술

* 용접 대상물 3차원 인식 및 용접선 인식 기술

* 비접촉 및 접촉식 센서 융합(접촉/터치센서 + 아크센서 혹은 비전센서 + 아크센서)을 통한 용접선 추적 기술

* 용접물, 용접선 인식 기반, 경로 자동 생성 및 자율 용접 기술

- 인식 기반 자율용접 로봇 시스템 통합 및 실증

* 용접용 로봇 HW 플랫폼, 용접물 및 용접선 인식 시스템, 자율 용접 기술 등 용접 로봇 시스템 통합

* 자율 용접 로봇시스템 실공정 적용 및 실증 (로봇시스템 성능평가 및 신뢰성 평가)

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 선박/자동차 제조 공정에서 높은 비중을 차지하는 용접 공정의 자동화

- 자동차 생산 공정의 차체 용접 자동화

- 선박 제조 공정 용접 자동화 및 선박 유지보수 자동화

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	최대 용접 사용전류	A	750
2	용접 최대 용착량	g/min	200
3	용접선 추적오차	mm	0.5

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 용접로봇은 일본을 중심으로 해외 선진국에서 주로 생산이 되고 있으며, 난이도가 낮은 스폿 용접 분야를 중심으로 생산되고 있는 국산 용접로봇 대비 높은 기술 경쟁력, 품질 경쟁력을 가짐

- 일본산 용접로봇의 기술경쟁력은 로봇 플랫폼 이외에도 용접 전원, 공정DB, 센서 및 주변기기, 통합운전환경을 포함한 융합기술에 기반하고 있으며, 부가적인 시장 경쟁력(신뢰도, 가격, 사후관리 外)이 월등

- 일본에서는 용접로봇을 구성하는 요소를 자체 개발 제작하거나 일본 내 공급 및 협업이 가능한 제작사를 통해 개발하고 있으며, 개발단계부터 구성요소간의 집적을 우선함으로 “로봇기반 자동용접 솔루션” 단위로 공급 가능

ㅇ (국내) 용접용 로봇의 기반 기술인 일반적인 수직다관절 로봇 개발 능력을 보유하고 있으며, 다소 난이도가 낮은 스폿 용접 분야는 국내 제품이 생산, 판매되고 있으나, 고성능 수직 다관절 로봇의 경우 기술성에 대한 보완이 요구됨

- 아크 용접 로봇의 경우, 용접선 추적을 위한 로봇 기술과 주변장치에 대한 기술이 미흡하여, 성능이 확보된 국산 로봇이 없는 상태임.

- 특히 구성요소간 유기적인 운전이 가능한 용접로봇에 대한 개발 미흡

- 용접선 추적기술의 경우 랩 스케일의 연구가 이루어지고 있으나, 상용화 제품 없음

- 용접 공정 및 주변장치의 경우 일부 기업에서 개발 생산하고 있으나, 저가형 중국산 용접기와 단가경쟁 문제로 우수한 기능을 가지는 주변장치 개발 부진

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 본 과제는 단순 연구개발의 목적으로 하는 과제가 아니라, 기개발된 일정 수준 이상의 로봇 플랫폼 기술을 활용하여, 용접 공정 기술, 용접 장비와 융합함으로써 국산 용접로봇의 신뢰성 확보 및 실증을 목적으로 하는 과제임

ㅇ 연구개발 수준의 제조용 로봇 개발이 아닌, 실환경에서 적용 가능한 수준의 신뢰성 높은 로봇의 개발이 요구됨

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 용접용 로봇 분야의 세계 최고 기술 수준을 가지는 국가는 일본으로 Fanuc, Yaskawa, Nachi, Kawasaki 등 일본기업이 기술 경쟁력, 가격 경쟁력을 기반으로 세계 시장을 점유하고 있어, 본 과제에서 용접 로봇의 국산화를 통해 수입대체 효과가 기대되며, 차세대 제조로봇 시장 확보에 유리함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 용접용 로봇을 비롯한 제조용 로봇은 조선산업을 필두로, 자동차, 기계 분야에 이르는 국가 기간산업의 핵심 생산 장비로 국산화가 매우 중요함

ㅇ 아크용접을 비롯한 고품질 용접 로봇 대부분을 일본으로부터 수입에 의존하고 있어, 대일 무역 불확실성 해소를 위한 정부 정책적 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-35

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

전기차 모터용 초고속 볼 베어링 내/외륜 복합연마장비 기술 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 베어링 내/외륜 연마를 위한 복합연마장비

- 전기차 모터용 초고속 볼 베어링 가공에 특화된 전용기로, 한 척에서 외륜 궤도와 외경, 내륜 궤도와 내경을 동시에 복합연마 가능

- 한 대의 가공장비로 공정이 가능하여 작은 공간에서 활용이 가능하며, 가공 시 기준면이 바뀌지 않아 초고속 볼 베어링 제작에서 필수인, 고품질/고정밀 가공이 가능하여 다품종 소량생산에 유리

ㅇ 외경 크기에 따른 연마장비 개발

- 외경 기준 각각 50~120mm, 100~280mm, 280mm 이상의 크기의 외경 가공이 가능한 연마장비 설계 및 개발

<외륜 외경, 궤도 동시가공>    <내륜 내경, 궤도 동시가공>

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 고정밀, 고속 베어링 내/외륜 및 고정밀 기어 연마에 적용

- 고속 회전용 Application (친환경차량 모터, 산업용 모터)

- 전통 산업분야 및 장비 제조업 (선삭, 연마 등 공정 장비 요소)

ㅇ 소재 및 부품 제조업 및 관련 솔루션 제공

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	베어링 내/외륜 궤도 거칠기	um	Ra 0.2 이하
2	베어링 내/외륜 궤도 진원도	um	3 이하
3	치수정밀도	Cpk	1.33 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 연삭시스템의 선두주자인 일본과 유럽은 시스템 복합화, 다기능화, In- Processing Monitoring 등에 강점을 가진 장비 개발을 주로 진행 중이며, 250m/s 속도의 연삭시스템까지 개발

- 이즈미, TOYO 등의 일본 공작기계 업체의 복합연마기는 주로 베어링 전용기로 제작되어 베어링 업체에 공급되며, 일본의 경우 초정밀 연삭분야에 강점 보임

ㅇ (국내) 전자 및 통신에 사용되는 정밀부품제작용 연삭가공기는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 고능률 복합 연삭 시스템의 개발은 더딘 상황

- 국내 업체는 대량 생산체제에 맞춘 각 공정별 가공장비는 자체 제작이 가능하나, 내측과 외측을 동시에 정밀 가공할 수 있는 장비는 개발 경험이 없음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 선진국은 원천기술 및 융·복합화 기술을 바탕으로 신성장 장비 산업을 주도하고 있고 일본 및 독일은 베어링 전용기 시장을 선점하는 실정이며, 다품종 소량생산, 다품종 유연생산의 경향에 대응하기 위한 베어링용 공작기계의 복합화가 진행되는 중

ㅇ 고속 볼 베어링 기술은 고속 회전을 위해 설계 및 제작이 고정밀로 이루어져야 하며 이에 대한 가공기계의 개발이 필수적이나, 현재 정밀급 베어링 제작을 위한 전용 가공장비들은 일본 등 외국으로부터 수입되어 사용 중

ㅇ 최근 전기차의 소형화 및 고출력화에 따라 초고속 구동모터에 대한 기술 개발 요구가 증가하고 있으며, 현재 양산 중인 친환경차량의 핵심부품인 구동모터용 볼 베어링 제작에 대한 기술 확보가 시급

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 베어링 가공을 여러 대의 공작기계로 각각의 공정을 진행할 경우 라인이 길어지고 Cycle time이 증가되는데, 한 대의 공작기계에서 여러 가공을 집약한다면 공간 절약과 생산성 향상이 가능

ㅇ 2022년 기준 2,852억 달러 수준으로 전망되는 세계 정밀기계 시장에서 정밀연마가공 장비 개발을 통한 경쟁력 확보

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 수많은 산업의 회전체에 사용되는 베어링은 전략물자로, 세계무역환경변화에  영향을 받을 가능성이 크며, 이러한 환경을 극복하기 위한 정부의 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-36

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

소성가공/분말

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

실시간 지능형 품질제어 스마트 압출 시스템 개발 및
알루미늄 부품 적용 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 압출재 온도, 치수변화, 표면결함에 대한 실시간 모니터링 시스템과 압출 품질제어가 가능한 add-on 스마트 압출 시스템 개발 및 전자제품용 알루미늄 부품 대상 실증

- 압출 출구 온도 열화상 기반, 결함 방향성 추적 기술

- 압출 출구 다방면 고속 치수측정 및 분석 기술

- 압출 출구 결함 모니터링 및 딥러닝 기반 자동 판별 기술

- 압출기 제어용 PC-PLC 컨버팅 모듈

- 전자제품용 알루미늄 압출품 대상 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 전기자동차, 에너지, IoT, 가전, 디스플레이, 의료기기 등 경량소재 압출 부품 제작

ㅇ 압출공정 스마트화 관련 핵심모듈을 개발을 통한, 국내 압출산업과 압출 설비 제조사의 글로벌 경쟁력 향상

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	압출재 치수편차	mm	0.2 이하
2	표면불량 검출율 (발생 불량 대비 검출 비율)	%	90 이상
3	표면온도에 검출에 따른 압출기 램 속도제어 반응시간	s	3 이내

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 대표적인 글로벌 첨단 압출기 제조사로 SMS meer(獨)와 UBE machinery(日)가 있으나, 이들 제조사들은 압출기 자체의 개발에 주력하고 있으며 아직까지 스마트 압출 관련 기술을 대외적으로 공개하지 않음

- 최근 영국 포츠머스 대학, 스위스 취리히연방공대 등 대학을 중심으로 머신비전과 딥러닝을 활용한 알루미늄 압출재의 불량검출 연구사례가 보고됨

ㅇ (국내) 압출장치 제조사를 중심으로 압출재의 온도 및 압출공정변수들에 대한 모니터링 기술 일부가 개발되어 시험적용 중임

- 압출 튜브의 실시간 불량 검사를 위해 국내 일부기업에서 와전류 탐상검사(ECT)를 적용하고 있기는 하지만, 비전을 통한 실시간 불량검출 시스템은 아직까지 적용된 사례가 없음

- 국내 대학에서 머신비전을 활용하여 주조품 표면검사 시스템을 개발한 사례는 있으나, 연속적인 이동 상태에서 불량을 검출해내야 하는 압출공정 특징이 반영된 불량검출 연구는 국내에서 진행된 바 없음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 압출장치는 건설, 자동차, 전기전자, 항공, 에너지 등 제조업 전반에 필수적으로 사용되는 장비이지만, 국내기업 대부분은 숙련된 작업자의 경험과 노하우에만 의존하여 제품 육안검사 및 공정 제어를 수행하고 있어, 품질 편차가 심하고 기술력 고도화가 어려운 문제가 있음

- 향후 예상되는 국내 압출산업의 급격한 글로벌 경쟁력 저하 방지를 위해서는, 노하우 의존 생산방식에서 스마트 압출 생산 방식으로 전환이 시급

- 현재 압출장치 제조 산업은 전 세계적으로 기술적인 포화를 겪고 있으며, 이러한 상황을 극복 및 글로벌 경쟁력 확보를 위해서는 압출품질과 생산성을 향상 시킬 수 있는 스마트 압출 기술의 전략적 육성 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ add-on 타입 스마트 압출 시스템은 국내 뿐 아니라 해외 압출시장에도 바로 적용이 가능하여 수출 증대가 기대됨

ㅇ 불량률 감소를 통한 원재료 절감과 생산성 향상을 통해 압출 제조원가를 낮춤으로써 국내 압출부품의 가격경쟁력을 향상시키고, 압출 품질 확보를 용이하게 하여 전기자동차, 에너지, IoT, 가전, 디스플레이, 의료기기 등 압출부품 시장 확대에 기여할 것

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 압출 장치 제조사 중에는 글로벌 제조사 대비 대등한 기술력을 갖춘 곳이 있음에도 불구하고, 국내외 압출기업 실무자들의 인식문제로 인해 장비보급에 어려움을 겪고 있으며, 대형 장치산업의 취약한 유동성 문제로 인해 자체투자를 통한 기술혁신이 어려움

ㅇ 스마트 압출기술의 육성은 국내 압출산업의 탈 일본화를 견인하고, 압출장치 세계시장 점유율 확대에 큰 기여를 할 것

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-37

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

항공용 탄소섬유복합재 부품 드릴링/라우팅 가공시스템 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 항공용 탄소섬유복합재 부품 드릴링/라우팅 가공시스템은 항공기 기체부품용 대형 고강성 탄소섬유복합재* 판재를 고품질·고생산성으로 드릴링 및 라우팅 가공하기 위한 대형 절삭가공장비임

* 국내에서 수주 받은 항공기용 탄소섬유복합재(T-1000급)는 전량 Toray에서 수입한 탄소섬유복합재를 사용하지만, 국내 탄소섬유복합재(T-700급) 적용을 테스트 중

ㅇ 시작품 단계의 기 개발된 항공용 탄소섬유복합재 드릴링/라우팅 가공장비를 활용하여, 현재 생산중인 가공공정에 적용하여 실증 데이터 및 인증확보 방안 도출

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 항공용 탄소섬유복합재 부품가공 공정기술 개발 및 실증은 미래성장동력산업 및 고부가가치 제품의 성장을 촉진 할 것이며, 장비 국산화를 통해 기존 일본/독일 제품의 수입대체 가능성 확보

ㅇ 증가하는 경량소재 부품 제조라인에 적용을 통해 국내외 시장 점유율 확보 및 매출 확대를 통한 양질의 일자리 창출 기대

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	절삭 장비성능지수(cmk)	-	1.33
2	드릴링 홀 가공치수 정밀도	㎛	25
3	드릴링 홀 위치 정밀도	㎛	30

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 탄소섬유복합재 부품의 형상가공 및 조립/체결을 위해 탄소섬유복합재, 탄소섬유복합재-메탈 stack 재료에 라우팅 및 드릴링 가공을 하고 있으며, 선진기업에서는 탄소섬유복합재 가공 전용장비를 개발하여 고품질·고생산성 가공공정 솔루션을 공급 중임

ㅇ (국내) 탄소섬유 적층, 성형 기술, 탄소섬유복합재 가공 공정 기술 및 장비 개발에 대한 연구가 일부 진행 중이지만, 항공용 탄소섬유복합재를 고품질·고생산성으로 가공할 수 있는 장비의 적용 실적은 부족

- 국내 연구소 및 기업에서 탄소섬유복합재 가공을 위한 고강성 장비와 가공공정기술이 개발 및 테스트되고 있으나, 신 공정기술개발로 평가가 제한적이고 이를 보완하기 위한 실증이 필요

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 성능이 인증된 고품질/고생산성 탄소섬유복합재 부품 전용 가공장비의 국산화가 이루어질 경우, KAI, 대한항공 외 1차 벤더를 중심으로 신규 장비 투자에 대응 가능하며, 자동차용 탄소섬유복합재 가공장비로 확대가 가능함

- 국내에서 개발된 탄소섬유복합재용 절삭 공구와 함께 가공성능 인증 평가를 추진하여, <가공기-공구-가공솔루션>이 통합되어 인증 및 시장 진입 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 증가하는 경량소재 부품 제조라인 투자에 적극 반영이 가능하여, 국내외 시장 점유율 및 매출 확대를 통해 제조산업 경쟁력 강화 및 양질의 일자리 창출 기대

- 탄소섬유복합재는 전세계적으로 연간 11% 이상 성장하는 고성장 시장. 국내에서도 효성 등이 T700급 탄소섬유복합재를 생산 중이며, T800급 탄소섬유복합재 개발 추진 등 소재 개발에 주력하고 있음. 이를 부품화하기 위한 가공기 수요도 증가할 것으로 예상

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 글로벌 가공장비업체(일본, 독일 등)들은 항공, 자동차 등 고부가가치 제조산업 대응을 위한 탄소섬유복합재 전용가공장비를 상용화하였거나, 기술개발을 통하여 대응 중임. 국내에서도 개발된 장비들에 대한 실증 데이터 축적 및 인증을 통하여 장비의 안정성과 신뢰성이 확보된다면, 주요 제조사의 장비 대체 가능

- 항공용 탄소섬유복합재는 소재 및 전공정 비용이 높고, 가공품질 기준이 까다로워 실증테스트 비용 및 리스크를 민간에서만 부담하기에는 어려움이 있어, 실증 데이터 확보를 위한 정부 지원 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-38

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

친환경/저에너지형 상온염색 시스템 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 유압제어 패더롤을 사용한 CPB(Cold Pad Batch) 염색기 개발 및 실증을 통해 성능향상 및 신뢰성 확보

* 상온 염색 시스템인 CPB(Cold Pad Batch) 염색법은 염료를 원단에 패딩–배칭하는 염색법으로 타 염색법에 비해 에너지 소비량 절감이 높은 장점이 있음

- 친환경/저에너지형 CPB 장비 상용화

- 상용화 가능한 패더롤 내구시험 및 CPB 상온염색 장비 기계적 성능평가

- 실험실/실증현장 CPB 염색 Solution 매뉴얼 및 DB 구축

- 개발 장비를 통한 불량개선 및 염색 재현성 구현을 위한 수요처 기술 실증

- 접촉압력 균일 제어가 가능한 유압제어식 패더롤 장비의 최적화

* 패더롤은 축의 양 끝에서 고정하고 고무 코팅된 스틸튜브를 회전시켜 운전하는 구조로, 축과 스틸튜브 사이에 유압을 공급하여 스틸튜브에 변형을 가해 접촉부가 가압됨

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 기 개발된 전처리 및 수세장치에 접목하여 one - stop 연속염색 생산라인 구축

ㅇ 기타 섬유분야, 식품, 인쇄, 제지산업 및 철강산업 분야의 이송과 가압 가공공정에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	패더 압력 편차	%	±2 이내
2	균염성	△E	1.2 이하
3	염색 속도	m/min	60 이상

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 스위스의 Benninger사는 유압을 이용한 패더롤을 접목한 CPB 장비를 개발해 시판 중에 있으며, 균일한 압력제어와 우수한 염색 성능을 지님

- 최근 섬유의 광폭화에 따라, 선진사는 CPB 패더롤 길이를 증가시키고 있으며, 길이 증가에 따른 패더의 휨을 최대한 보상하기 위해 기체나 액체를 이용한 휨보정 기술을 개발하여 사용하고 있음

ㅇ (국내) CPB 염색기의 핵심기술 국산화 등 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있으나, 고부가가치 섬유 제품 적용은 미미한 상태

- 정교한 공정에서는 선진사 제품이 우선 적용되고 있고, 국산 CPB 장비의 경우 사용자의 인식이 저평가 되어 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 에너지 절감형 CPB 염색공정이 적용되면, 기존 공정보다 20~40℃ 낮은온도로 염색이 가능하며, 용수 사용량 또한 50% 이상 절감되어 섬유제품 생산의 친환경화에 크게 기여할 수 있음

- 기 개발된 Cell 제어용 패드방식 적용을 통한 기존 기계식 패드의 단점을 보완하여, 다양한 섬유와 운전조건에 대응 가능한 장비개발과 신뢰성 및 내구성 검증 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 염색․가공기의 시장규모는 ’16년 약 5,151백만 달러로 높은 성장세를 보이고 있으며, 각각의 시장점유율은 염색기 21%, 가공기 16%임

- ’21년까지 약 6,374백만 달러 규모로 성장할 것으로 전망되고 있으며, 친환경/저에너지형 염색․가공기 시장도 동반 성장할 것으로 예측됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 친환경/저에너지형 염색 시스템은 기존 에너지과소비, 오염산업에서 친환경 산업으로 인식전환을 가능하게 하며, 국산화 및 수입대체를 통해 국내 중소제조기업 및 해당 분야의 동반 성장 촉진

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-39

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

멀티 라인스캔 방식 마이크로 비아 검사 장비 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 패널레벨 패키지 및 기판 제작의 핵심공정인 노광-라미네이션-마이크로 비아 형성-도금의 반복작업 중 마이크로 비아 크기가 미세화 되고, 비아 갯수가 급증함에 따라 수율향상을 위해 전수검사가 가능한 대면적 패널레벨 마이크로 비아 고속 검사 장비가 요구되고 있음

ㅇ 마이크로 비아 공정 불량에 따른 고가 패키지 불량 최소화를 위해, 대면적 패널 또는 기판의 마이크로 비아 고속 전수검사가 가능한 멀티 라인스캔 방식 마이크로 비아 전자동 전수검사 장비 실증

-  120sec/패널급 고속 라인스캔 방식 패널 마이크로 비아 전자동 전수검사 장비 개발

- 고속 검사를 위한 멀티 라인스캔 연계, 운영 측정 알고리즘 개발

- 패널 Warpage 대응을 위한 실시간 포거싱 시스템 개발

- 대면적 패널 진공파지 가능한 검사용 Back-Light 유닛 개발

- 대형/박형 패널 패키지 검사를 위한 핸들러 개발

- 수요기업 연계 마이크로 비아 결함 검출 성능 평가 및 장비 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 반도체 패키지 비아 검사

- 대면적 패널 레벨 패키지, 웨이퍼 레벨 패키지 마이크로 블라인드 및 관통 비아 불량 검사

ㅇ 고속 정밀 기판 제조 검사

- 대면적 고집적 기판 패턴 및 비아 불량 검사

ㅇ 초정밀 반도체 장비 Pre-aligner 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	검사 최소 비아 직경	㎛	20 (블라인드&관통비아 모두 측정)
2	검사 속도	sec	120 (410mm x 510mm 패널)
3	비아 크기, 위치 인식 정밀도	㎛	2 (3σ 기준)

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 마이크로비아 검사장비는 일본 Hitach Via Mechanics이 선도하고 있으며, 검사결과에 신뢰성을 갖는 유일한 장비이지만 최소 검사 비아 직경 50㎛, 수동 로딩/언로딩 방식으로 자동화 대응이 불가하고, 대형 패널의 warpage에 대한 대응이 미흡해 비아의 관통 여부와 관통홀 직경 검사에 사용 중이며 블라인드 마이크로비아는 측정이 어려움

ㅇ (국내) 국내 장비회사가 마이크로 비아 검사 장비 시제품을 개발하였으나, 자동화 대응이 불가하고 대면적 패널의 warpage에 따른 검사 신뢰성이 낮아 양산에 적용되지 않음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 기존 마이크로 비아 검사의 경우 대형 패널 기판, 대량의 비아 갯수 등에 의한 검사 속도 제약 조건으로 몇 개의 비아를 수동으로 샘플링 검사하고 있고, laser drill 장비의 정밀도에 전적으로 의존해 마이크로 비아를 가공하고 있어 최근 공정 불량이 급증하고 있음

- 경쟁력 확보를 위해 대면적 패널 또는 기판의 마이크로 비아 고속 전수검사 자동화 장비 실증 및 적용이 시급

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 웨이퍼 레벨 패키지와 패널 레벨 패키지 기판으로 양분된 차세대 반도체 패키징 공정이, 패널 레벨 공정의 정밀도 및 가격 경쟁력 향상으로 패널 레벨 패키지 시장이 2023년 2.85억달러, 연평균 성장률 51%로 급속히 확대

ㅇ 차세대 반도체 패키지로 웨이퍼 레벨 패키지 기술 수요가 급증하고 있으나 대만 TSMC가 세계 시장을 주도하고 있음

- 최근 삼성전자가 패널 레벨 패키지 개발에 적극적인 투자를 하고 있으나 수율 확보에 어려움이 있어, 공정수율을 높일 수 있는 검사장비 개발 성공 시 주도권을 확보하여 경제적 파급 효과가 매우 클 것으로 예상

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 현재 요구되는 검사성능을 만족하는 장비 업체는 일본의 Hitachi Via Mechanics가 유일하며, 국산 개발이 늦어질 경우 핵심 검사장비의 일본 의존도가 커질 우려가 높음

ㅇ 최근 중국이 반도체 굴기의 공정장비 자급화 정책에 따라 급성장 중이며, 국내 주력사업인 반도체 시장이 위협을 받고 있는 상황으로 정책적 지원이 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-40

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

-

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

플렉서블 디스플레이용 nm급 3차원 고속 검사 장비 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 플렉서블 디스플레이 제품의 편광 필름, 터치스크린 패널은 기포나 외부이물에 의한 찍힘, 곡면디스플레이의 눌림, 굽힘 등이 생길 때 소자 파손이나 손상으로 인한 불량이 발생하지만, 소재가 원래 형상에 가깝게 복원되고 투명하여 기존 검사기로 검사할 수 없음

- 기존 3차원 검사장비의 경우 대면적 고속 검사가 어려워 양산 적용에 한계가 있음

ㅇ 3차원 검사를 통해 기존 2차원 비전 검사에서 검출 불가능한 불량을 검출하고, 대면적을 고속 검사할 수 있는 플렉서블 디스플레이용 ㎚급 3차원 고속 검사 장비 실증

- 양산적용을 위한 플렉서블 디스플레이 기능성 필름 대면적 고속 3차원 표면 불량 검사 시스템 개발(1.5sec 이내@300㎜ x 300㎜)

- 투명 기능성필름 3D 불량 검출이 가능한, 고속검사 3D측정 센서 헤드 및 측정 알고리즘 성능 개선(수직 해상도 100㎚ 이하)

- 표면 눌림, 굽힘 등 곡률에 대한 검사 범위가 큰 Z축 측정 범위가 10㎜ 이상의 3차원 검사 기능 개발

- 플렉서블 디스플레이 필름의 기포, 이물 등 표면 형상불량 검출 성능 평가 및 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 플렉서블 디스플레이 자동 검사 : 플렉서블 디스플레이, Foldable 디스플레이, Rollable 디스플레이 등의 3차원 불량 검사

ㅇ 디스플레이용 필름 제조 자동 검사 : 디스플레이 투명 편광 필름, 터치스크린 필름, 보호 필름 등의 형상 불량 검사

ㅇ 디스플레이 박막 결함 검사 : 박막 공정 이물, 증착 공정 중 불량 검사

ㅇ 반도체 투명 소재 패턴 결함 검사 : 반도체 재배선 공정, 언더필 공정 검사

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	표면 형상 높이 측정 정밀도	nm	100㎚ 이하
2	대면적 측정 속도	sec	1.5 sec 이하(300㎜X300㎜)
3	Measuring Range(Z-axis)	mm	10㎜ 이상(300㎜X300㎜)

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (해외) Omron, Keyence 등 일본 제조사가 모아레, 정현파 등 다양한 격자 패턴 무늬를 이용하는 3D 검사 시스템을 주도하고 있으며, Keyence의 VR 시리즈는 3차원 현미경 및 검사 모듈이 30㎜ 이상을 고속으로 측정이 가능해 빠르게 시장을 확대 중임

- Orbotech, ISRA는 디스플레이 공정 및 반도체 장비에도 적용 가능한 3D 검사 기술을 개발하였으며, KLA, Nanometrics의 경우 최근 ㎚급의 다양한 반도체용 3D 검사 기술 개발을 주도 중임

ㅇ (국내) 국내는 PCB 분야 등에서 모아레 패턴을 이용한 작은 면적의 고속 3D 검사 기술을 바탕으로 고영 등 SPI 검사 장비회사가 기술 개발을 하고 있으나, 대면적 제품 전수검사 시 3D 검사 속도의 한계로 품질 확보에 어려움을 겪고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 플렉서블 디스플레이용 기능성 필름을 부착하는 과정에서 이물이나 기포 등으로 인해 표면(외관)의 형상불량이 자주 발생하나, 기존의 2차원 검사로는 확인이 불가능하여 사람의 목시 검사에 의존

ㅇ 기존 검사기의 과검(실제 불량이 아닌, 불량 후보 검출) 문제 해결 및 최근 폴더블 디스플레이와 같이 휘어지는 부분에서 발생하는 곡면의 불량 역시 검출이 가능하여, 플렉서블 디스플레이 제품의 수율향상 및 중국 등 후발국가와 초격차 유지를 통해 시장 경쟁력 확보에 기여

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 플렉서블 및 폴더블 디스플레이 시장이 확대됨에 따라, 다양한 필름 검사와 박막 공정 등에 3D 검사와 관련된 기술 적용이 확대되고 있으며, 관련 검사장비 시장은 1조 4천억원으로 추정

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 장비 업체의 경우 고속 대면적 3D 센서 기술을 산업계에 적용한 사례가 적어, 수요처에 적용이 어려워 실증을 통한 기술 검증 및 신뢰성 확보가 필요

ㅇ 디스플레이 및 반도체 3D 검사 장비는 일본 검사 장비 업체가 주도하고 있어, 기술자립화 및 국산화 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월 이내(1차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2020-첨단장비-일반-품목-41

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

정밀생산기계

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

웨이퍼 레벨 본딩 장비용 이중서보 웨이퍼 이송 시스템 실증

(TRL : 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 반도체 회로 선폭을 고려하여 웨이퍼 레벨 본딩 시 웨이퍼 간의 정밀한 정렬을 위하여 웨이퍼를 수 nm의 정밀도로 이송할 수 있는 시스템 실증

- 웨이퍼 레벨 본딩 시 접합되는 상부와 하부 웨이퍼 간의 정렬이 정밀해야함

- 2축 대행정 스테이지와 6축 미세 스테이지 구조로 구성되어 이송과 정렬을 동시에 수행하면서 웨이퍼를 직선 정밀도 5 nm, 회전 정밀도 0.01 arcsec 이하로 정렬할 수 있는 장비 실증

ㅇ 본 과제에서는 웨이퍼 레벨 본딩 장비에 적용 가능하도록 웨이퍼를 5 nm, 0.01 arcsec 이하로 정렬할 수 있는 초정밀 이중서보 웨이퍼 이송 시스템을 수요기업을 대상으로 실증하는 것을 목표로 함

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 이중서보 웨이퍼 이송장비의 실증을 통해 정밀도 및 신뢰성을 확보하여, 향후 웨이퍼 레벨 본딩 용 외산 장비를 대체할 수 있을 것으로 기대됨

ㅇ 웨이퍼 레벨 본딩 대응 장비이지만 전공정 검사, 마스크 검사 장비도 이중서보 이송 장비가 필요하고 개발된 이중서보 웨이퍼 이송 장비의 수요가 있음

ㅇ 웨이퍼 overlay 계측, review 검사 장비에도 적용할 수 있어 웨이퍼 검사/계측 장비 전반에 적용 가능

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	최대 스트로크	mm	X, Y	350 이상
			Z	1.5 이상
2	위치 안정성(6σ)	nm	X, Y	5 이하
		nm	Z	10 이하
		arcsec	θx,θy,θz	0.01 이하
3	안정화 시간(10 mm 이동시, ±200 nm 이내)	ms	X, Y	450 이하

2. 국내외 기술 동향

ㅇ (국외) 본딩용 이중서보 웨이퍼 이송장비의 공식적인 해외시장 통계는 없으나 세계 반도체 장비 시장에서 패키징 공정이 차지하는 비율(4.7%)과 장비 당 스테이지 가격비율을 고려하면 세계 본딩용 웨이퍼 이송장비 시장은 약 3억 7000만 달러로 추산

- 일본 TEL, 오스트리아 EVG 등은 웨이퍼 레벨 본딩 장비를 개발하여 상용화단계로 진행중에 있으며, 특히 EVG는 기존의 이중서보 스테이지 기술을 접목하여 웨이퍼 레벨 본딩 장비 부문에서 독보적인 위치를 차지하고 있음

ㅇ (국내) 국내 반도체 제조용 장비 일본 수입은 12억 1200만 달러로 수입의 45%를 차지하며, 이 중 장비당 스테이지 가격 비율을 고려하면 연 1700억 규모로 추산

- 국내 웨이퍼 레벨 본딩용 장비는 현재 다이 레벨 본딩 장비 이며, 웨이퍼 레벨 본딩 장비를 개발 중이나 기술적 완성도가 부족하여, 전량 해외장비(일본, 오스트리아)에 의존하고 있는 실정

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 기술적 중요도 및 시급성

- 웨이퍼 레벨 본딩은 단위면적당 집적도를 비약적으로 향상시키는 기술으로 세계적인 반도체 업체 삼성, 하이닉스 등 에서 개발에 주력하고 있는 기술임

- 일본 수출 규제로 인해 일본산 웨이퍼 레벨 본딩 장비의 국산화 필요성을 인지하고 국내 반도체 대기업들이 국내 장비업체에 개발 의사를 타진 중임

- 웨이퍼 레벨 본딩은 반도체 회로의 선폭을 고려한 웨이퍼의 정밀한 정렬이 기술의 핵심적인 요소로 이중서보 웨이퍼 이송 시스템이 필수적임

- 이중서보 웨이퍼 이송 시스템의 핵심기술을 보유한 국내 기업은 거의 전무하며, 국내 반도체업계는 정밀도/신뢰성이 확보된 해외 장비를 선호하여 실증을 통한 국산 웨이퍼 이송 장비의 정밀도/신뢰성 확보가 매우 중요

ㅇ 기술적 파급효과

- 이중서보 웨이퍼 이송 시스템은 반도체 전공정 노광/검사 장비, 테스트 장비 등 다양한 장비에서 사용될 수 있으며, 특히 웨이퍼 레벨 본딩은 차세대 후공정으로 상용화 성공 시 장기간 지속적인 매출 확보 가능 예상

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 경제적 기대효과

- 웨이퍼 레벨 본딩 장비는 전량 해외수입에 의존하고 있는 실정으로, 기술력 확보로 국내외 시장 점유율 확보 및 매출 확대를 통한 반도체 산업 경쟁력 강화 및 고부가가치 산업 인력 창출 기대

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 정부지원 필요성

- 이중서보 웨이퍼 이송 시스템은 고정밀 웨이퍼 정렬을 위한 필수 장비로 그 동안 기술적 난이도와 개발비용이 높아 국내 기업의 기술 확보가 어려웠음. 해당 기술은 개발 주체가 중소기업에 적합하고, 수입 비중이 높은 품목이기 때문에 중소기업 육성 및 장비 국산화를 위해 정부 지원이 중요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 12개월(1차년도 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 10억원 이내(총 정부출연금 10억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한 없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호	2020-첨단장비-일반-품목-42			산업 기술 분류	중분류Ⅰ	중분류Ⅱ
과제성격	□ 원천기술 ■ 혁신제품				-	-
융합유형	□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형 □ 신산업(시장)창출형 ■ 해당없음
해당여부	□ 특허연계 □ 표준연계 □ 디자인연계 □ 글로벌협력형 R&D □ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁 □ 경진대회형 □ 규제개선
품목명		수요산업 맞춤형 전용장비 개발
		(TRL : 5단계 ~ 7단계)
1. 개념 및 정의
□ 개념 ㅇ 범용장비 대비 시장은 크지 않으나, 수요산업의 요구에 따라 전용성이 인정되는 제조장비 - 범위 : 정밀가공장비, 산업공정장비(뿌리공정, 섬유공정 등), 반도체·디스플레이 장비, 로봇자동화장비, 시험·검사장비 등 ㅇ 전용장비 기술개발(1·2차년도) 후, 개발장비에 대한 수요기업 실증(3차년도) 수행 ※ 수요산업 맞춤형 전용장비 예시 - 전기차 모터 생산용 자동권선장비 - 연료전지용 다채널 성능평가장비 - 의류용 디지털 직접 인쇄(DTG) 장비 - 석유화학 설비용 초장축 원심주조시스템 등
2. 지원기간/예산/추진체계
ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월) ㅇ 정부출연금 : ‘20년 과제당 7.5억원 이내(과제당 총 정부출연금 27.5억원) * 1차년도 7.5억원/2·3차년도 10억원 이내, 6개 내외 과제 선정예정 ㅇ 주관기관 : 제한 없음 ㅇ 참여기관 : 수요기업 및 전문생산기술연구소 참여 필수 ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 전문생산기술연구소

- 설립 근거 : 산업기술혁신촉진법 제42조

- 해당 기관 : ECO융합섬유연구원, 건설기계부품연구원, 다이텍연구원, 전자부품연구원, 중소조선연구원, 한국광기술원, 한국로봇융합연구원, 한국섬유개발연구원, 한국섬유기계융합연구원, 한국섬유소재연구원, 한국신발피혁연구원, 한국실크연구원, 한국자동차연구원(前 자동차부품연구원), 한국조선해양기자재연구원, 한국패션산업연구원

[첨부2] 기계산업핵심기술개발사업(첨단장비) 신규과제 실무작업반 명단

순 번	과 제 명	실무작업반
		성명	소속	직위
1	스마트 복합형 심공 드릴링 시스템 개발	이원균	충남대학교	조교수
2	유니버셜 헤드를 갖춘 30톤급 대형 금형 가공 5축 갠트리 밀링기 개발	이원균	충남대학교	조교수
3	초고경도 재료 가공을 위한 방전-기계 초정밀 복합가공시스템 개발	남은석	한국생산기술연구원	선임
4	공정 모니터링 및 최적화 통합 금속 레이저 적층/절삭 하이브리드 가공 시스템 개발	윤해성	한국항공대학교	조교수
5	수송기기 및 방산부품용 대형/고정밀 회전성형기 개발	이광일	경일대학교	조교수
6	중대형 소재·부품 제조용 열간 정수압 소결장치 개발	서영호	한국생산기술연구원	선임
7	고정밀 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발	정회룡	건국대학교	조교수
8	제조장비 정밀이송용 고정밀급(C1∼C3) 볼스크류 핵심기술 개발	최영만	아주대학교	조교수
9	능동 마그네틱 베어링 핵심부품 개발 및 통합 신뢰성 확보 기술 개발	최영만	아주대학교	조교수
10	비희토류 고성능 페라이트 영구자석 제조 시스템 개발	이창우	건국대학교	부교수
11	하모닉 감속기의 중공경 확대/박형화/경량화 및 성능 예측/관리가 가능한 설계/제조 기술 개발	남경태	한국생산기술연구원	수석
12	20인치 이상 입구경을 갖는 대용량 극저온 고진공 펌프 개발	안지환	서울과학기술대학교	교수
13	수소·전기차용 알루미늄 부품 제조를 위한 차압주조장비 개발	서지원	한국자동차연구원	선임
14	고강도 경량 알루미늄 부품제조용 다층 클래드 압출제조장비 개발	이창우	건국대학교	부교수
15	열간성형 기술을 이용한 고강도 알루미늄 7000계열 생산시스템 개발	서영호	한국생산기술연구원	선임
16	3차원 곡면 가공을 위한 비정형롤 판재 성형 장비 개발	이광일	경일대학교	교수
17	대면적 타이타늄 합금 초소성 성형 장비 개발	이창우	건국대학교	부교수
18	탄소섬유 스프레드 토우 인라인 프리프레그 제직 시스템 개발	정회룡	건국대학교	부교수
19	전기차용 외장부품 경량화 및 생산성 향상을 위한 CFRP/GFRP용 LFI(Long Fiber Injection) 장비 개발	정회룡	건국대학교	부교수
20	로봇 기반 자동차용 CFRP-메탈 부품 가공-접합 시스템 개발	남은석	한국생산기술연구원	선임
21	전기자동차 배터리 분리막용 30m/min급 대면적 PVdF 코팅 장비 개발	정회룡	건국대학교	부교수
22	고속 고품질 Maskless 플라즈마 다이싱 가공장비 개발	이동진	건국대학교	부교수
23	광 기반 초소형 칩 고속 선택적 전사 및 접속 공정/장비 기술 개발	안지환	서울과학기술대학교	교수
24	대면적 Patterned Epoxy Molding Film 연속 제조 시스템 개발	안지환	서울과학기술대학교	교수
25	OLED용 대기압 하전입자 복합 리페어 장비 개발	안지환	서울과학기술대학교	교수
26	스퍼터링 및 원자층 증착(ALD) 복합공정 기반 미세분말 대량코팅장비 개발	오철민	전자부품연구원	책임
27	알루미늄 다이캐스팅 자동차 부품용 고속형 HMC 실증	윤해성	한국항공대학교	조교수
28	타이타늄/인코넬 원통형 부품가공용 고생산성 터닝센터 실증	윤해성	한국항공대학교	조교수
29	기어류 부품의 고속 가공을 위한 터닝 기능을 가진 5축 가공기 실증	이광일	경일대학교	조교수
30	반도체 웨이퍼 후면 Full Auto Backgrinding 장비 실증	남경태	한국생산기술연구원	수석
31	고집적 적층형 반도체 생산을 위한 레이저 절단기 실증	한민섭	한국산업기술대학교	조교수
32	고경도 난삭재 핵심부품 가공용 초정밀 방전가공 시스템 실증	남은석	한국생산기술연구원	선임
33	폭 2,000mm 이상 다층 직물 생산용 더블 헤드 레피어 제직기 실증	정회룡	건국대학교	부교수
34	용접물 인식 기반의 자율 용접 로봇 시스템 실증	정회룡	건국대학교	조교수
35	전기차 모터용 초고속 볼 베어링 내/외륜 복합연마장비 실증	김양진	부산대학교	교수
36	실시간 지능형 품질제어 스마트 압출 시스템 개발 및 알루미늄 부품 적용 실증	이창우	건국대학교	부교수
37	항공용 탄소섬유복합재 부품 드릴링/라우팅 가공시스템 실증	이창우	건국대학교	부교수
38	친환경/저에너지형 상온염색 시스템 실증	정회룡	건국대학교	부교수
39	멀티 라인스캔 방식 마이크로 비아 검사 장비 실증	김효영	한국생산기술연구원	수석
40	플렉서블 디스플레이용 nm급 3차원 고속 검사 장비 실증	김효영	한국생산기술연구원	수석
41	웨이퍼 레벨 본딩 장비용 이중서보 웨이퍼 이송 시스템 실증	최영만	아주대학교	조교수