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[반도체] 4,390억 달러 규모의 반도체 산업, 3D프린팅으로 혁신 중

2021-04-02 12:06

[반도체] 4,390억 달러 규모의 반도체 산업, 3D프린팅으로 혁신 중

<< 프린팅 방식: DMP >>


 

 

 

 

 

 지난해 반도체산업협회(SIA)는 세계 반도체 부문에서 4,390억달러의 사상 최대 매출을 기록했습니다. 

 

그러나, COVID-19 전염병은 반도체 칩의 공급에 대한 압박으로 보여지는 전세계 공급망들이 얼마나 취약한지 확실히 알게 되었습니다.

 

 

 

3D 프린팅은 현대 기술계의 핵심 구성 요소를 위한 공급망 복원력을 향상시키는 솔루션일까요? 

 

자세한 내용을 알아보기 위해 3D 프린터 OEM 3D 시스템의 주요 솔루션 리더인 Scott Green과 이야기를 나누었습니다.

 

 

 

포드, 도요타, 닛산과 같은 자동차 제조업체들은 실리콘 마이크로프로세서의 가용성이 제조 병목 현상으로 판명됨에 따라 모두 생산을 축소해야 했습니다. 


데이터업체 IHS에 따르면 반도체 부족은 2021년 1분기에만 약 1백만 대의 차량 생산이 지연될 것으로 예상됩니다. 


마이크로소프트나 소니와 같은 게임기 OEM 업체들도 지난 1년 동안 심각한 재고 부족 사태를 겪었기 때문에 자동차 부문만이 아닙니다. 

 

2020년 초의 닌텐도 스위치 품귀현상은 저에게 개인적으로도 골칫거리였습니다.


 



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▲ DMP Factory 500 3D 프린팅 시스템. 3D 시스템즈 제공.


 


3D 시스템즈(3D Systems)와 웨이퍼 제작 툴링

 

 


반도체 시장에서 3D 시스템즈의 작업은 2014년 벨기에의 레이어와이즈(LayerWise)를 인수하면서 시작됐습니다. 

 

인수 전, 3D 프린팅 서비스국은 이미 아인트호벤 주변 반도체 업체들과 긴밀히 협력했습니다. 

 

인수와 함께 전달된 지식은 3D 시스템즈가 루벤(Leuven)에 반도체 전문 센터를 설립할 수 있게 해주었으며, 현재는 반도체 툴링 제조업체와 협력하여 최적화된 웨이퍼 제조 툴링을 3D 프린팅하고 있습니다.


 


Green은 "우리가 정말로 흥미롭게 생각하는 것은 반도체 팹(FAB)용 금속 적층 제조(Metal AM) 부품의 활용도를 보고 자동차 및 스마트 기기 제조업체에 영향을 미치는 기술 발전을 목격할 수 있다는 것입니다."라고 말합니다.


 


웨이퍼 팹 툴링은 반도체 업계의 제조 장비로 마이크로프로세서부터 무선 주파수 증폭기, LED까지 모든 것이 가능합니다. 

 

산화 장치, 상피 원자로, 증기 증착 시스템, 에칭 장비 등 다양한 광석학 및 화학 처리 장비가 함께 작동합니다. 

 

다단계 공정에 관련된 대부분의 공구는 웨이퍼의 자재를 축적하거나 제거할 수 있도록 설계되었습니다. 

 

이 과정은 제조된 전자 기기에 따라 전체적으로 최대 13주가 소요될 수 있습니다.


 


ASML, KLA 및 Lam Research와 같은 주요 툴링 OEM은 주로 저량의 고도로 전문화된 부품과 관련되어 있습니다. 

 

가능한 한 많은 구성 요소를 뽑아내기 보다는 생산성을 높이고 수율을 높이기 위해 부품의 품질과 제작 프로세스의 효율성을 개선하는 데 더 많은 관심을 기울입니다. 

 

참고로 대형 웨이퍼 팹 시설에서는 월 10만 대 이상의 웨이퍼를 생산할 수 있어 생산성이 5%만 증가해도 수천 대의 반도체 소자가 추가로 발생할 수 있습니다.


 


Green은 위의 시나리오를 3D 시스템의 DMP(Direct Metal Printing) 파우더 베드 융접 기술이 도움을 줄 수 있는 완벽한 기회라고 설명합니다. 

 

그는 "금속 3D 프린팅의 경우 수백만 개의 부품을 생산할 경우 비용이 너무 많이 듭니다. 기술 요구 사항이 낮은 대량 시장 히트 싱크를 산더미처럼 인쇄하지는 않겠지만, 반도체 팹 장비와 같은 저량, 고복합 부품 및 툴링에 완벽하게 맞습니다. 이것은 핵심적인 DMP 적용 사례입니다."라고 덧붙였습니다.


 


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▲ 3D 시스템즈의 DMP 기술을 통해 출력한 복잡한 내부 기하학으로 웨이퍼 공구. 3D 시스템즈 제공.


 


DMP 3D 인쇄의 이점



DMP 적층 제조는 단순한 대체 생산 방법이 아니라 자체적인 이점을 제공합니다. 

 

무엇보다도, 이 기술은 기하학적인 최적화에 상당히 도움이 되며, 이는 전체 어셈블리를 단일 경량 단일 구조로 통합할 수 있다는 것을 의미합니다. 

 

여유 공간이 더해져 전체 시스템의 복잡성을 줄일 수 있고, 기존 제조된 부품보다 인쇄된 부품이 포함된 메커니즘이 더 빨리 이동해 전체 웨이퍼 팹 공정에 속도를 낼 수 있습니다.



Green은 "DMP는 아마도 반도체 툴링 업체에서 매우 활발한 주제로 남을 것입니다. 매우 깨끗한 환경이 필요합니다. DMP 기술이 제공하는 재료와 최종 제품 순도와 기하학적 복잡성을 갖추어야 합니다. 또한 중요한 구성 요소는 열 구배율이 낮고 필요한 경우 열 방출량이 최대가 되도록 열 최적화를 수행해야 합니다.”라고 말합니다.



DMP는 성능 개선뿐만 아니라 공급망을 간소화할 수도 있습니다. 예를 들어, 석판 시스템은 수십만 개의 부품과 복잡한 어셈블리로 매우 복잡합니다.



이와 같이 기하학적 단순화는 통합자와 서브시스템 조립자의 방대한 공급망을 우회하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

 

브레이징, 용접, 피팅 및 판금 주조와 같은 공정의 필요 없이 3D 프린팅 웨이퍼 팹 공구는 잠재적으로 제조 비용을 낮출 수 있습니다. 

 

또한 이 기술을 통해 초기 개발 단계에서 설계 반복 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 반도체 시스템 출시 기간도 단축할 수 있습니다.

 

 

3D 시스템즈 프린팅만으로는 반도체 부족 문제를 해결하기에 충분하지 않을 수 있지만, 웨이퍼 팹 툴링의 최적화에 관해서라면 모든 작은 부분들이 도움이 됩니다. 

 

유럽에서 성공을 거둔 데 이어 공정 미세화의 가장 광범위한 기회가 기다리고 있는 베이 에어리어와 일본, 한국 등지로 반도체 제조공사를 확대할 계획입니다.


 



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▲ DMP를 통해 3D로 인쇄된 매니폴드 3D 시스템 사진. 3D 시스템즈 제공.


 


 


 


Kubi Sertoglu | 3D Printing Industry

※ 출처: https://3dprintingindustry.com/news/interview-a-solution-to-the-semicon-chip-shortage-how-3d-printing-is-disrupting-the-439-billion-semiconductor-industry-187410/

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[헬스케어] 강아지 Derby를 위한 두번째 의족

2021-03-22 10:11

[헬스케어] 강아지 Derby를 위한 두번째 의족

<< 활용장비: SLS sPro 230 >>


 

지난 사례에서 보셨던 강아지 Derby를 기억하시죠?

 

2014년 말, 3D Systems사는 3D프린터를 사용하여 맞춤 인공기관(보철)을 3D프린팅하여 선천성 기형을 가진 강아지 Derby를 달릴 수 있게 하였습니다. 

 

관련 활용사례: [헬스케어] 강아지 Derby를 위한 첫번째 의족


Derby를 위해 3D systems 디자인 팀에서 제작한 첫번째 3D 프린팅 보철물은 높이가 낮게 디자인 됐었습니다.

 


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첫번째 3d 프린팅 보철물은 보철물 디자인의 타당성을 검증하고 Derby가 새로운 높이에 적응할 수 있도록 연습하기 위한 단계로 편안하게 수직 보행을 할 수 있는 기회가 되었습니다.   


2015년 12월, 3D system에서는 Derby를 위한 새로운 3D 프린팅 보철물을 제작하게 되었습니다.


Derby의 새로운 3D 프린팅 보철물은 3D systems의 SLS 3D 프린터로 제작하여 가벼워지고 내구성면에서도 많은 개선이 있었습니다.


첫번째 3D 프린팅 보철물의 디자인이 낮은 높이의 원형 블레이드의 형태였다면, 

 

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두번째 3D 프린팅 보철물은 형태는 유지한 채로 높이를 높여 제작하였습니다.

 

최종적으로 추가 보완을 통해 완성된 3D 프린팅 보철물은 구조적인 부분의 보완을 통하여 Derby가 새로운 앞발을 편안하게 사용할 수 있도록 하였습니다. 

 

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가볍고 내구성 있는 소재를 위해 뉴발란스의 새로운 3D 프린팅 운동화라인에 내장되는 미드솔 제작에 사용하는 동일한 기술(ICYMI 기술)을 활용하였습니다.   

 

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영상을 통해 SLS 3D프린팅 시스템으로 제작한 새로운 보철물로 환하게 뛰어노는 Derby를 확인하세요! 


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[헬스케어] 강아지 Derby를 위한 첫번째 의족

2021-03-18 14:19

[헬스케어] 강아지 Derby를 위한 첫번째 의족

<< 활용장비: MJP 5600 >>


 

3D Systems사는 3D프린터를 사용하여 맞춤 인공기관(보철)을 3D프린팅하여 Derby를 달릴 수 있게 하였습니다. 


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장애가 있는 강아지에게 3D프린터로 제작한 보철을 적용하여 외부에서도 직선으로 바로 달릴 수 있게 한 첫번째 사례입니다.



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3D스캐너로 더비의 3D스캐닝 데이터를 제작하여 커스터마이징된 인공기관을 제공할 수 있었으며, 3D Systems사의 MJP ProJet 5600 3D프린터의 경질과 연질의 복합재료를 사용하여 탄성있는 소재로 제작되어 편안하고 빠른 속도로 달릴 수 있습니다.


개 구조 센터 Peace and Paws 에서 활동하는 Tara는 3D Systems사의 직원으로 거친 보도에서 항상 앞발에 심한 찰과상을 입는 더비에게 도움을 줄 수 있었습니다.


Geomagic Capture 3D스캐너로 앞발을 스캔하고, 3D스캐닝 데이터를 바탕으로 Geomagic Freeform을 이용하여 동물 교정 전문가와 3D Systems 디자이너의 도움을 받아 보철물을 설계하였습니다.



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ProJet 5600은 한 번에 연질과 경질의 재료를 복합적으로 사용하여 제작할 수 있어 고무재질을 사용한 편안한 컵과 ABS, PC계열재질을 사용한 단단한 바퀴살과 베이스를 한 번에 단 몇 시간 안에 제작되어 배송되었습니다.


디자인 조정이 필요한 경우 시간과 비용이 추가적으로 많이 소요되는 전통적인 제조방식과 달리 3D프린팅의 경우 간단히 수정된 디자인을 3D프린터에서 제작할 수 있습니다.



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3D프린팅으로 더비는 새로운 주인과 나란히 산책을 할 수 있게 되었으며, 새로운 주인과 함께 매일 2~3마일을 전속력으로 달리고 있습니다.

 

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[업계소식]창원시, 3D프린팅 기술 활용 제조업 혁신기업 지원

2021-03-11 18:37

[업계소식]창원시, 3D프린팅 기술 활용 제조업 혁신기업 지원

경남 창원시는 오는 31일까지 첨단제조 산업기술 경쟁력 강화를 위한 3D프린팅 기술활용 제조업혁신 지원사업에 참여할 기업을 모집한다고 9일 밝혔다.

이 사업은 4차 산업혁명을 이끄는 3D프린팅 기술을 활용해 시제품 또는 기술서비스를 지원하는 사업이다. 기업당 최대 1200만원까지 지원이 된다.


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▲창원시청사 전경. 경향신문 자료사진.



이번 사업에 참여를 원하는 창원시 소재 기업은 기간 내 경남테크노파크에 신청서를 접수하면 된다. 자세한 사항은 경남테크노파크 공고문을 참고하거나 로봇융합팀으로 문의하면 된다.


창원시는 3D프린팅 기술활용 제조업혁신 지원사업을 2017년부터 시행하고 있다. 그동안 시제품제작 지원, 통합기술 지원, 유망제품응용기술 지원, 핵심애로기술 지원 사업을 통해 관내 35개 기업이 54건의 기술을 지원받았다. 사업에 참여한 기업을 대상으로 실시한 설문조사 결과 생산성 향상, 불량률 줄이기 등의 성과를 얻어 만족도가 높았다.


창원시는 3D프린팅 기술을 활용해 시제품을 제작하면 향후 발생할 수 있는 불량을 없앨 수 있고, 모델별 금형 제작으로 발생하는 원가나 소요 시간을 단축해 제품 양산화를 앞당기는 데 많은 도움이 되는 것으로 나타났다고 설명했다.

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[업계소식] 올해 3D프린팅산업 진흥 968억 투입

2021-03-11 18:06

[업계소식] 올해 3D프린팅산업 진흥 968억 투입

- 부품 실증 24억, 건축 3D프린팅 검증 테스트베드 구축

- DfAM 제조기술개발 58억, 범부처 안전대책 수립


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▲ 2021년 3D프린팅산업 진흥 시행계획



정부가 3D프린팅 제조산업 적용 확대와 차별화된 기술력 확보 등을 위해 올해 968억원의 예산을 투입한다.

 

과기정통부(장관 최기영), 산업부, 국토부 등 관계부처 합동으로 3D프린팅 시장 수요 창출, 기술 경쟁력, 산업 확산 및 제도적 기반 강화를 위한 ‘2021년 3D프린팅산업 진흥 시행계획’을 마련했다고 지난 4일 밝혔다.

 

이번 시행계획은 삼차원프린팅산업진흥법(제5조)에 의거해 수립된 제2차 3D프린팅산업 진흥 기본계획(’20~‘22)의 2차년도 추진내용으로 올해 총 968억3천만원이 투입된다.


주요 추진과제로는 △3D프린팅 산업 현장 활용 가속화(214.5억원) △ 차별적 기술력 확보(232.8억원) △혁신·성장 중심 산업기반 고도화(521억원) 등으로 구성됐다.


산업 현장 활용 가속화를 위해 산업부는 3D프린팅 산업용 부품의 신뢰성 제고를 위한 ‘실증지원기반’ 구축과 실증 지원에 올해 24억여원을 투입할 계획이다. 국토부는 건축물 대상 3D프린팅 설계·재료·장비 개발기술 검증을 위해 스마트시티 시범도시인 부산에 16억여원을 투입해 테스트베드를 구축할 예정이다. 또한 국방, 의료 등 공공수요 기반 시장형성을 위해 3D프린팅기술을 활용한 부품 제작·수리 기술개발도 지속 추진된다.

 

3D프린팅 사업화 성공모델 확산을 위해 과기부는 60억원을 투입해 제조혁신 실증지원 사업을 지난해에 이어 올해 신규로 3개 과제를 추진한다. 제조혁신을 위해 공정, 제작 과정에 모니터링기술을 도입해 ‘설계·공정 데이터를 함께 제공하는 ’데이터 기반 공정기술’ 지원(산업부, 24억원)도 추진된다.

 

3D프린팅 산업 및 정책 분석, 주요 이슈에 대한 공감대 형성 등 3D프린팅 산업진흥을 위한 3D프린팅 얼라이언스가 구성·운영되며, 컨퍼런스·경진대회 등을 통한 인식개선·저변확대와 산업발전을 위한 실태조사 보고서 발간 등이 추진된다.

 

차별화된 핵심 소재·장비·SW기술 자립화를 위해 3D·4D프린팅용 형상기억 고분자 원천소재 연구개발(과기부, 8억원)과 초경량, 기능성 등 3D프린터 소재 기술 개발(산업부, 22억원)이 추진된다.

 

복잡한 구조·형태의 제품 제작을 위한 3D프린팅 특화설계(DfAM) 기반 제조기술개발에 올해 58억원(기존 5개+신규 3개, 산업부)이 투입되며, 수요기업 주도의 3D프린팅 맞춤형 기술개발 (산업부, 54억원)과 정밀·대형 부품의 고속 출력 장비 고도화를 위한 기술개발도 지속 추진된다. 발전·조선용 3D프린팅 적층해석 SW, 금속 3D프린팅 모니터링 SW 개발 등에 과기부가 16.5억원을 지원한다.

 

시장지향 응용기술 개발을 위해서 의료·바이오 혁신기술과 생활혁신형 고품질·맞춤형 제작기술, 제조혁신을 위한 신산업 응용기술 개발을 지원한다. 맞춤형 제작 서비스 대중화에 응용 가능성이 높을 것으로 전망되는 광중합형 3D프린팅 핵심기술 선점을 위해 UVLED 광원엔진 및 전용SW 기술개발에 6억3천만원이 투입된다.

 

산업기반 고도화를 위해 전문인재 양성, 제조혁신과 기업성장을 위한 인프라 및 기술표준·평가체계 고도화, 법·제도 정비와 안전성 강화 등이 추진된다. 의료, 항공, 자동차 등 산업혁신을 위한 고급인재와 훈련과정 운영 및 재직자 교육을 통한 실무인재 양성을 지원한다.

 

스타트업에 특화된 원스톱 서비스를 제공할 3D프린팅 혁신성장센터(마포) 지원사업에 15억원이 투입되며 제조기업의 3D프린팅 공정 도입 및 혁신 부품·제품 제작환경 조성 지원을 위한 3D프린팅 융합기술센터(울산)가 설립된다.

 

지역특화산업과 연계한 ‘3D프린팅 제작·공정지원센터’가 구축되며 제조창업 지원 인프라인 메이커스페이스가 올해 추가로 62개 조성(중기부 345억원)된다.


조기 시장진출 지원을 위한 규제 혁신을 위해 의료기기 공동제조소 운영·실증이 추진되고, 3D프린팅을 활용한 혁신 의료기술 가이드라인 적용 및 급여여부 평가에 따라 건강보험 수가 지급이 검토된다.


3D프린팅 이용자의 안전 강화를 위해 범부처 3D프린팅 이용 안전대책을 수립하고, 서비스사업자 등의 안전교육 체계화 및 효율화를 위한 제도개선을 추진한다. 이에 따라 가이드라인 보완, 학교 실습실 개선 지원, 안전보건기준 제시, 법제 정비 등이 실시되며 3D프린팅 안전 대응반이 운영된다.

 

과기정통부 이승원 정보통신산업정책관은 “4차산업혁명과 코로나19로 인한 디지털 대전환 시대에서 3D프린팅 기술이 새로운 성장 동력 및 혁신의 시발점 역할을 할 수 있도록 올해는 3D프린팅의 제조혁신 수요발굴을 통한 시장 확대 및 3D프린팅 관련 창업 활성화 등 산업 생태계를 확장하고, 3D프린팅 이용 안전성 강화를 위한 대책 추진에 주력할 계획”이라고 밝혔다.


한편 기타 자세한 사항은 과기정통부 등 관계기관과 전담기관인 정보통신산업진흥원 누리집, 3D상상포털(www.3dbank.or.kr) 등을 통해 확인할 수 있다.


 신소재경제 / 신근순 기자 shin@amnews.kr

* 출처: http://amenews.kr/news/view.php?idx=44546

 

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