온간 등압 프레스(WIP)의 우수한 성능은 완벽하게 균일하고 전방향적인 압력을 가하는 능력에서 비롯됩니다. 가열된 물을 전달 매체로 사용함으로써 WIP 시스템은 LTCC 스택의 모든 표면에 동시에 동일한 힘을 가합니다.
위아래에서만 힘을 가하는 표준 유압 단축 프레스와 달리, 등압 방식은 가장자리 압착을 유발하는 측면 전단력을 제거합니다. 이를 통해 3차원 미세 채널과 같은 복잡한 내부 특징이 무너지지 않고 그대로 유지되며, 최종 세라믹 부품의 밀도와 결합 일관성이 크게 향상됩니다.
핵심 요점 표준 단축 프레스는 내부 형상을 압착하고 가장자리를 왜곡하는 방향성 응력을 생성합니다. 온간 등압 프레스는 유체 역학을 사용하여 부품에 동일한 압력을 가하여 섬세한 내부 구조를 보호하는 동시에 전체 부품에 걸쳐 균일한 밀도와 결합을 보장합니다.
압력 적용 메커니즘
등방성 대 단축 힘
표준 유압 프레스는 클램프처럼 수직(단축)으로 힘을 가합니다. 이는 종종 불균일한 압력 분포로 이어져 부품의 중심이 가장자리와 다른 응력 수준을 경험할 수 있습니다.
온간 등압 프레스는 파스칼의 원리에 따라 작동합니다. 밀봉된 라미네이트를 가열된 물(또는 유사한 유체)에 넣고 용기를 가압합니다. 유체가 부품을 둘러싸기 때문에 모든 가능한 각도에서 동일하게 압력이 가해집니다(등방성).
가장자리 왜곡 제거
세라믹 "그린 테이프"와 같은 유연한 재료를 위아래에서만 압축하면 재료가 자연스럽게 바깥쪽으로 퍼지려고 합니다. 이는 "가장자리 압착" 또는 배럴링을 유발하여 기판의 치수를 효과적으로 왜곡합니다.
WIP 프로세스는 이를 상쇄합니다. 압력이 스택의 측면에 위아래만큼 단단하게 가해지므로 측면 확산이 중화됩니다. 이를 통해 기판의 X 및 Y 치수를 정밀하게 유지할 수 있습니다.
내부 구조 보호
미세 채널 보존
현대의 LTCC 설계에는 종종 속이 빈 미세 채널 또는 공동과 같은 복잡한 3D 내부 구조가 포함됩니다. 표준 프레스의 단방향 압착력 하에서 이러한 속이 빈 공동은 무너지거나 휘어지기 쉽습니다.
WIP는 모든 방향에서 압력을 가하기 때문에 구조를 압착하는 대신 지지합니다. 전방향적인 힘은 이러한 미세 채널의 벽이 내부 형상을 왜곡하지 않고 균일하게 압축되도록 보장합니다.
균일 수축 제어
부품이 소성 후 올바르게 작동하려면 예측 가능하게 수축해야 합니다. 단방향 압착은 밀도 구배(높은 압축 영역과 낮은 압축 영역)를 생성하여 소결 과정에서 휘어짐 또는 "캠버"를 유발합니다.
등압 압착은 "그린"(소성되지 않은) 본체 전체에 완벽하게 균질한 밀도를 생성합니다. 이를 통해 부품이 소성될 때 모든 방향으로 균일하게 수축하여 엄격한 기계적 공차를 유지합니다.
층간 결합 및 재료 무결성
기포 및 박리 제거
WIP의 열(일반적으로 약 65°C)과 균일한 압력(종종 약 20MPa)의 조합은 유기 바인더의 "미세 흐름"을 촉진합니다.
이 흐름은 접착에 중요합니다. 이를 통해 바인더가 적층된 층 간의 인터페이스로 침투하여 미세한 기포를 채우고 공기 방울을 배출할 수 있습니다. 결과적으로 층이 고온 처리 중에 분리(박리)되는 것을 방지하는 분자 수준의 결합이 생성됩니다.
응력 집중 방지
표준 압착은 특히 내부 비아 또는 내장 회로 근처에 국부적인 응력 지점을 유발할 수 있습니다. 이러한 응력 지점은 종종 바인더 제거 중에 균열이 발생하는 시작점이 됩니다.
압력을 균등화함으로써 WIP는 이러한 국부적인 응력 집중을 제거합니다. 결과적으로 높은 신뢰성을 가진 기계적으로 우수한 부품이 생성되어 후속 열 충격 및 구조적 하중을 견딜 수 있습니다.
절충점 이해
온간 등압 프레스는 복잡한 LTCC 라미네이션에 일반적으로 우수하지만, 표준 압착과 다른 특정 공정 요구 사항을 도입합니다.
캡슐화의 복잡성
재료를 플래튼 사이에 단순히 삽입하는 표준 프레스와 달리, WIP는 그린 스택을 물 용기에 넣기 전에 기밀하게 밀봉(일반적으로 진공 포장)해야 합니다. 이 밀봉이 실패하면 물이 기판을 파괴합니다.
주기 시간 고려 사항
제품을 밀봉하고, 용기를 로드하고, 물을 가압하고, 가열한 다음, 감압하는 과정은 본질적으로 배치 프로세스입니다. 이는 일반적으로 표준 유압 단축 프레스로 달성할 수 있는 빠른 주기 시간보다 시간이 더 오래 걸립니다.
목표에 맞는 올바른 선택
온간 등압 프레스로의 전환이 특정 응용 분야에 필요한지 여부를 결정하려면 다음을 고려하십시오.
- 주요 초점이 복잡한 3D 형상인 경우: 내부 미세 채널의 붕괴를 방지하고 속이 빈 공동의 무결성을 유지하기 위해 WIP를 사용하십시오.
- 주요 초점이 치수 정밀도인 경우: 가장자리 압착을 제거하고 소결 중 부품이 왜곡 없이 균일하게 수축하도록 WIP를 사용하십시오.
- 주요 초점이 고전압 신뢰성인 경우: 밀도를 최대화하고 절연 파괴 또는 구조적 실패를 유발할 수 있는 내부 기포를 제거하기 위해 WIP를 사용하십시오.
궁극적으로, 단축 압착은 단순한 평평한 기판에 충분할 수 있지만, 복잡한 내부 아키텍처가 필요한 고신뢰성 다층 장치에는 온간 등압 프레스가 필수적입니다.
요약 표:
| 특징 | 표준 유압 단축 프레스 | 온간 등압 프레스 (WIP) |
|---|---|---|
| 압력 방향 | 단방향 (상/하) | 전방향 (등방성) |
| 가장자리 제어 | "압착"/왜곡되기 쉬움 | 치수 유지 (중화됨) |
| 내부 특징 | 미세 채널 붕괴 위험 | 3D 미세 아키텍처 보존 |
| 밀도 | 휘어짐을 유발하는 구배 | 균일 수축을 위한 균질 |
| 최적 용도 | 단순, 평평한 기판 | 고신뢰성, 복잡한 3D 장치 |
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참고문헌
- Liyu Li, Zhaohua Wu. Effect of lamination parameters on deformation energy of LTCC substrate based on Finite element analysis. DOI: 10.2991/isrme-15.2015.317
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