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수산화아파타이트

1. 수산화아파타이트수산화아파타이트는 1970년대 이후 생체재료로서 커다란 관심이 대상이 되고 있다. 이것은 수산화아파타이트가 뼈, 치아 등의 생체 경조직 무기질 주성분이라는 점과 다른 무기재료에 비하여 생체 친화성이 극히 우수하며 더구나 생체 조직내에 이식되어 주위 조직과 견고한 화학결합을 하기 때문이다.아파타이트의 어원은 지금으로부터 200년 이상 전 그리스어"" (혼란스럽게 하다)라는 뜻의 그리스어에서 유래한 것으로, 의 일반식으로 표기되는 화합물에 대하여 붙여진 광물명이다. 이들 아파타이트계 화합물은 모두 유사한 X-선 회절상을 보이며, 결정성이 낮은 것이 특징이다. 특히 M=Ca, Z=P, X=OH, F, Cl, CO3는 치골의 구성 성분으로서 중요하다. 수산화아파타이트는 치아 에나멜질의 주요성분이기 때문에 수액 중에 함유되어 있는 성분이 수산화아파타이트로 흡착하는 특성은 충치형성과정을 이해하는데 매우 중요하다.수산화아파타이트는 생체와 관계가 깊어 치아의 에나멜질의 95%이상이 이물질이며, 뼈는 섬유성 단백의 콜라겐과 약 65%의 수산화아파타이트와의 복합체이다.화학적 특징으로는 물에 약간 용해되어 약알칼리성을 띠고, 산에는 쉽게 용해되지만, 알칼리에는 난용성이다.우수한 이온교환 특성을 지녀 Table.1과 같이 Ca2+는 Hg2+,Sr2+,Ba2+,Pb2+등의 금속에 의해 용이하게 치환되고, OH-는F-이온으로 빠른 속도로 치환된다.생체 경조직의 무기질 성분과 동일한 수산화 아파타이트는 과립상형태가 뼈 충진재로써 다공질 형태가 턱뼈나 두개골의 수복재료로써그리고 치밀 소결체가 인공이소골로 실요화되어 있다. 다만 이것들은 생체가 요구하는 높은 기계적 강도를 갖고 있지 않으므로 생체 내에서 커다란 하중이 걸리지 않는 부분에만 선택적으로 사용할 수 있다.수산화아파타이트는 인공치아와 인공골로서의 임프란트가 가져야 할 성질 중 거의 모든 조건을 구비하였으나 현재까지 가장 문제가 되고 있는 것은 낮은 기계적 성질이다. 임프란트로 사용되는 종래의 금속 등에서 볼 수 있는 부식이나 피로 현상에 의한 파괴는 금속재료를 수산화 아파타이트 등의 세라믹재료를 사용함으로써 극복될 수 있으나 세라믹 임프란트의 낮은 압축 및 인장강도의 문제를 복합체 형성을 통해 해결하고자 하는 여러가지 시도들의 진행되고 있다.1-1. 수산화아파타이트의 결정구조수산화아파타이트는 화학식이인 아파타이트계 광물중 하나로서,OH-가 규칙적으로 배열되어 있는 순수한 아파타이트일 경우 공간군이인 육방정계로 알려져 있다. 단위포의 크기는 일반적으로 격자상수가 a=0.9432nm, c=0.6881nm의 사방정계이며 이론밀도는 3.156g/이다. 그러나가 약간 불규칙적으로 위치하고 있기 때문에 일반적으로 육방정을 나타낸다. 중앙의 Z축 주위에는 육각형으로 Ca원자가 배치되어 있다. OH-이온은 사방정 밑면에 위치하고 있으며, 밑면과 수직이고 c축에 평행하게 자리 잡고 있다. 단위포 내의 10개의이온들 중에서 6개는 OH-이온을 중심으로 정삼각형을 형성하고 있으며, Ca의 상대위치는 OH-이온의 Z축을 나선상으로 60도 회전하면 겹치는 관계에 있다. 따라서 이 축은 나사축이라고 불리며, 이 둘레에 위치하는Ca를 screw axis Ca이라고 부른다. columnar Ca은 1/2Z와 Z의 위치에 있지만, screw axis Ca와 P는 모두 1/4Z,3/4Z의 위치에 있다. Z축에 수직한 1/4Z, 3/4의 위치에 있는 평면은 거울면이라 불리우며, Ca, P, O의 원자들 모두가 거울면을 경계로 대칭관계에 있다.실제 수산화아파타이트에서는 OH-가 거울면에서 0.3어긋난 위치에 있어서 극성모멘트가 발생되므로 약간 불안정한 구조가 되며, 불소아파타이트의 경우 F-는 거울면 위에 위치하고 있으므로 모든 원자의 대칭성이 높아져서 안정화된다. 단위포 중에서 나머지 4개의이온들은 c축에 평행하는 분리된 축을 따라 위치하고 있으며, 2개의 screw axis Ca 사이에서 1/2Z, 위치에 놓여져 있다. Columnar Ca위치에는 결함이 잘 생기는 것으로 알려져 있으며, screw axis Ca에 비하여 용출되기 쉽고 다른 양이온(등)에 의해 용이하게 치환된다.1-2.수산화아파타이트의 물성수산화아파타이트의 밀도는 으로 비교적 커서 이온이 밀하게 충진되어 있음을 나타내고 있다. 굴절률은 1.64~1.65로 밀도가 높은 것에 상당하여 높은 값이다. 수산화아파타이트의 화학적 특징을 보면 순수한 물에 약간 녹으며, 약 알카리성(pH 7~9)을 나타낸다. 산에는 잘 녹으며 알카리성에는 놎기가 어렵다.수산화아파타이트는 인공치아와 인공골로서의 implant가 가져야 할 성질 중 거의 모든 조건을 구비하였다.1-3.수산화아파타이트의 복합화HAp의 강도는 뼈보다 약간씩 큰 반면, 재료의 신뢰도를 나타내는 지수인 인성은 뼈에 비하여 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 파괴인성이란 재료의 파괴를 야기하는 균열의 전파에 대한 재료의 저항성을 나타내는 값으로써, 재료에 이차상을 첨가하여 복합재료를 만듦으로써 증진시킬 수 있다. Particulate, Whisker, Fiber 그리고 Platelet등의 이차상이 첨가된 재료에 균열이 전파될 경우, 이차상을 만나게 되는 균열은 계속해서 진행하지 못하고 그 자리에 정지해 있거나, 옆으로 돌아가거나, 또는 훨씬 약한 힘으로 퍼져나가게된다. 결과적으로 재료의 파괴가 어려워짐으로 파괴인성과 강도가 증가하게 된다.1-4. 수산화아파타이트의 분해HAp는 1000~1500에서 소결하는데, 소결 후 상안정성은 소결온도, 수중기압, 초기분말의 Ca/P 비로 결정된다. HAp는 약 800부근에서 탈수 현상이 발생하여, 열분석 시 이온도에서 매우 넓은 흡열반응이 관찰된다. 900~1350온도범위에서는 수증기 분압에 따라 탈수과정이 심화되어, 식 (2)의 반응식을 통하여 oxyhydroxyapatite(OHAp)로 된다.(2)V=OH기 위치의 공공1300에서가 완전히 제거되어 oxyapatite(OAp,)가 생성된다. 순수한 HAp(Ca/P=1.67)의 경우 OAp는 1350이상에서 식 (3)과 같이 TCP와 TTCP를 분해된다.(3)한편, Zhou와 Locardi은 HAp가 TCP로 분해되는 반응을 식 (4)와 같이 표시하였으며 이때 TCP는 a-TCP라고 하였다. 식(4)에 의한 분해 반응은 1500이상의 소결온도에서도 관찰되었다.(4)따라서 HAp의 소결시 열분해 기구는 4단계에 걸쳐 일어나는데 소결, 물의 제거, HAp의 TCP로 분해, TTCP의 형성이 그것이다.2.수산화아파타이트의 합성법HAp의 합성은 Ca와 P 화합물들을 고온에서 반응시켜 얻은 고온 반응법과 비교적 저온에서의 습식화학법이 있으나 최근에는 고온,고압의 수용액을 이용하는 수열반응을 이용한 미분말 합성법등이 개발되었다. 이렇게 합성되어진 인산칼슘의 분테특성, 즉 입자형상, 입도분포, 표면의 물리적 화학적 특성, 분산성 등은 그 합성법에 따라 달라진다. 고상반응법으로 제조된 분말을 일반적으로 입자크기가 크고 불규칙한 형상을 가지며 고체 내에서 이온들의 작은 확산계수로 인하여 흔히 조성의 불균일성을 나타낸다. 습식 화학법에서는 반응이 저온에서 비교적 쉽게 일어나고 소량을 취급하는 실험실적 방법으로 보편적이기 때문에 HAp의 제조를 위해서 이 방법이 널리 이용된다. 그러나 이 방법으로 제조된 분말은 일반적으로 결정성이 낮고 조성이 불균질하며 입자형상이 불규칙하다. 그에 반해 수열법은 고온,고압의 수용액으로 인한 우수한 결정성, 균질한 조성, 균일한 입자형상을 갖는 강도가 우수한 소결체 생성을 가능하게 한다.2-1.건식법고상반응을 이용한 건식합성은등의 인산칼슘계 원료를 사용하여 고온의 수증기 분위기 등에서 수산화아파타이트를 합성한다. 이 방법으로 합성된 수산화아파타이트는 Ca/P의 몰비를 화학양론 조성인 1.67로 하는 것이 용이하지만 고상반응을 거치기 때문에 생성물이 부정형의 응집체로 얻어져 소결력이 저하되는 경우가 많다.2-2. 습식법수산화아파타이트의 합성법으로 가장 폭넓게 이용되고 있다. 습식법에는 침전법, 수열반응법, 기수 분해법 및 졸-겔법 등이 있다. 침전법은이온이 녹아 있는 용액에이온이 함유되어 있는 용액을 서서히 적하시키는 방법으로 Hayek에 의한 방법이 효시라 할 수 있다. 이 방법은 여러 연구자에 의해 출발원료 또는 분말 제조법이 약간씩 변경되었으나 Moreno에 의한 방법이 대표적이며 현재까지도 널리 이용되고 있다. 가장 널리 이용되고 있는 Ca원료로는와등이 있다. 침전법은 약200~500정도의 미세한 입자가 얻을 수 있는 장점이 있으나 반면에 Ca/P의 몰비가 1.67보다 낫은 비 화학양론 조성으로 되기 쉬우며, 결정도가 비교적 낮고 또한 1차 입자들이 응집되기 쉽다. 아울러 생성물의 조성이 합성조건에 따라 달라지므로 결정서의 수산화아파타이트 분말을 합성하기 위해서는 비정질의 인산칼슘 상태인 전구체를 반드시 거쳐야하는 문제가 있다.가수 분해법은 몇 종류의 인산 칼슘계 화합물을 적절한 온도 및 pH의 수용액에서 가수 분해시키면 비 화학양론의 수산화아파타이트 또는 인산8칼슘

공학/기술| 2011.05.04| 5페이지| 1,000원| 조회(306)

결정구조, HAp 정의, 합성법 개괄적 소개

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10장 컴퓨터 화상 결과 보고서

실험결과측정값a.비감쇠 진동Position--TimeEnergy--PositionVelocity--PositiontxpositionPotential Energy UKinetic Energy TTotal Energy ExV_x0-0.173-0.1730.2989.6979.995-0.173-4.4040.05-0.387-0.3871.4948.59.994-0.387-4.1230.1-0.581-0.5813.386.6139.993-0.581-3.6370.15-0.747-0.7475.5834.4099.992-0.747-2.9690.2-0.876-0.8767.6712.3219.992-0.876-2.1540.25-0.961-0.9619.2330.7599.991-0.961-1.2320.3-0.998-0.9989.960.0319.991-0.998-0.2480.35-0.985-0.9859.7120.289.991-0.9850.7480.4-0.924-0.9248.5351.4579.992-0.9241.7070.45-0.816-0.8166.6623.339.992-0.8162.5810.5-0.668-0.6684.4615.5319.993-0.6683.3260.55-0.486-0.4862.3667.6289.993-0.4863.9060.6-0.281-0.2810.7879.2079.994-0.2814.2910.65-0.061-0.0610.0379.9589.995-0.0614.4630.70.1620.1620.2629.7349.9960.1624.4120.750.3770.3771.4198.5789.9970.3774.1420.80.5730.5733.286.7189.9980.5733.6650.850.740.745.4794.5199.9990.743.0060.90.8710.8717.5842.4159.9990.8712.1980.950.9580.9589.1810.819100.9581.2810.9980.9989.9560.044100.9980.2981.050.9880.9889.7560.244100.988-0.6991.705-2.4810.2-0.808-0.8086.5291.3087.838-0.808-1.6180.25-0.866-0.8667.5080.2587.766-0.866-0.7180.3-0.88-0.887.7440.0157.759-0.880.1730.35-0.85-0.857.2270.5127.738-0.851.0120.4-0.78-0.786.0891.5497.639-0.781.760.45-0.676-0.6764.5712.8497.42-0.6762.3870.5-0.544-0.5442.964.1117.071-0.5442.8670.55-0.392-0.3921.5375.0726.609-0.3923.1850.6-0.228-0.2280.5225.5536.074-0.2283.3320.65-0.062-0.0620.0385.4815.519-0.0623.3110.70.10.10.14.8974.9970.13.130.750.2490.2490.623.9344.5540.2492.8050.80.3780.3781.4332.7854.2180.3782.360.850.4830.4832.3361.663.9970.4831.8220.90.560.563.1320.7473.8790.561.2220.950.6050.6053.6610.1753.8360.6050.59210.6190.6193.836.57E-043.8310.619-0.0361.050.6020.6023.6240.23.8240.602-0.6321.10.5570.5573.0990.6823.7810.557-1.1681.150.4870.4872.3681.3143.6820.487-1.6211.20.3960.3961.571.9483.5180.396-1.9741.250.2910.2910.8472.4493.2960.291-2.2131.30.1770.1770.3132.7223.0350.177-2.3331.350.060.060.0362.7242.760.06-2.3341.4-0.055-0.0550.032.4682.498-0.055-2.2221.45-0.161-0.1610.252350.5535.8346.386-0.2353.4160.65-0.064-0.0640.0415.7615.802-0.0643.3940.70.1010.1010.1025.065.1620.1013.1810.750.2510.2510.6323.9384.570.2512.8060.80.380.381.4422.6774.1190.382.3140.850.4820.4822.3191.5323.8510.4821.750.90.5540.5543.0730.673.7430.5541.1570.950.5970.5973.5680.163.7280.5970.56510.6110.6113.7353.46E-053.7350.611-0.0081.050.5970.5973.5640.1533.7170.597-0.5531.10.5560.5563.0960.5653.6610.556-1.0631.150.4920.4922.4161.163.5760.492-1.5231.20.4050.4051.6421.8353.4770.405-1.9161.250.3020.3020.9092.4493.3580.302-2.2131.30.1860.1860.3462.8533.1990.186-2.3891.350.0650.0650.0422.9332.9760.065-2.4221.4-0.054-0.0540.0292.6642.693-0.054-2.3081.45-0.164-0.1640.2672.1212.388-0.164-2.061.5-0.258-0.2580.6661.4552.121-0.258-1.7061.55-0.333-0.3331.1090.8281.937-0.333-1.2871.6-0.386-0.3861.4920.3551.847-0.386-0.8431.65-0.417-0.4171.7430.0831.826-0.417-0.4081.7-0.428-0.4281.8282.18E-061.828-0.428-0.0021.75-0.418-0.4181.750.0671.817-0.4180.3671.8-0.391-0.3911.5330.2451.777-0.3910.6991.85-0.34.5610.9230.950.5920.5923.4990.0393.5380.5920.2810.590.593.4770.0613.5380.59-0.351.050.5570.5573.1060.4383.5430.557-0.9361.10.4970.4972.4731.0513.5240.497-1.451.150.4140.4141.7131.7513.4630.414-1.8711.20.3120.3120.9742.3813.3550.312-2.1821.250.1980.1980.392.8163.2070.198-2.3731.30.0770.0770.0592.9763.0350.077-2.441.35-0.044-0.0440.022.842.86-0.044-2.3831.4-0.16-0.160.2552.4482.703-0.16-2.2131.45-0.264-0.2640.6961.8832.579-0.264-1.941.5-0.352-0.3521.2411.2552.496-0.352-1.5841.55-0.421-0.4211.7750.6792.453-0.421-1.1651.6-0.468-0.4682.1920.2492.441-0.468-0.7061.65-0.492-0.4922.4160.0262.443-0.492-0.231.7-0.491-0.4912.4130.0292.442-0.4910.241.75-0.468-0.4682.1910.2312.422-0.4680.681.8-0.424-0.4241.7980.5742.372-0.4241.0711.85-0.362-0.3621.3110.9772.287-0.3621.3981.9-0.286-0.2860.8161.3552.171-0.2861.646e. 강제 진동-2Position--TimeEnergy--PositionVelocity--PositiontxpositionPotential Energy UKinetic Energy TTotal Energy ExV_x0-0.173-0.1730.2989.6979.995-0.173-4.4040.05-0.38-0.381.4447.488.924-0.2750.35-0.818-0.8186.6860.5797.265-0.8181.0760.4-0.746-0.7465.5641.5747.138-0.7461.7740.45-0.642-0.6424.1282.7396.867-0.6422.3410.5-0.514-0.5142.6463.86.445-0.5142.7570.55-0.37-0.371.3654.5345.899-0.373.0110.6-0.216-0.2160.4664.8145.28-0.2163.1030.65-0.062-0.0620.0384.6144.652-0.0623.0380.70.0850.0850.0734.0044.0760.0852.830.750.2190.2190.483.1223.6020.2192.4990.80.3340.3341.1132.1433.2560.3342.070.850.4250.4251.8051.2343.0390.4251.5710.90.490.492.4020.5312.9330.491.0310.950.5280.5282.7860.1152.90.5280.47910.5380.5382.8970.0022.8980.538-0.0571.050.5230.5232.7330.1532.8860.523-0.5531.10.4840.4842.3420.4872.8290.484-0.9871.150.4250.4251.8090.9032.7120.425-1.3441.20.3510.3511.2321.32.5320.351-1.6131.250.2660.2660.7061.5962.3020.266-1.7871.30.1740.1740.3031.742.0420.174-1.8651.350.0810.0810.0651.7161.7810.081-1.8532. 실험 결과? 비감쇠 진동(mass :1,spring constant :20 ,damper constant :0 ,force amplitude ;0 , force frequence :0)position-timeenergy(Potential Energy U)-positionenergy(Kinetic Energy T) 같다.

공학/기술| 2011.05.04| 19페이지| 2,000원| 조회(142)

강제진동, 일반물리학실험 10장, 비감쇠

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[재료공학] hall effect & thermoelectric power

* hall effect *-자기장 속을 흐르는 전류에 관한 현상.1897년 Hall이 미국의 존스 홉킨스 대학에서 Henry A. Rowland 밑에서 대학원 생으로 있을 때 발견하였다. Hall은 current가 흐르는 도선이 자석에 의해 힘을 받는 것을 알고서 도선 전체가 힘을 받는 것인지 아니면 도선 내의 electron(current)만이 힘을 받는 것인지 알고 싶어했다.그는 후자가 맞을 것이란 생각에 '만약 고정된 도선 내의 current 자신이 자석에 끌린다면, current는 도선의 한쪽으로 흘러나와야 하겠기에 도선의 전기저항이 증가할 것'이란 가정에 따라 실험을 행하였다. 실험은 결국 magnetroresistance을 찾는 것으로 당시의 실험 정밀도로는 알기 어려울 정도로 변화가 작아서 실패하였다.그는 여기에 실망하지 않고 '만약 자석이 current를 당기더라도 도선 바깥으로 끄집어낼 수 없는 정도라면 도선 내에 한 쪽 벽으로 전기적인 응력이 생겨날 것이고 이 응력은 전압(전위차)으로 나타날 것'이라고 가정하여 전위차를 측정해보게 되었다. 이것이 Hall voltage이고 이로써 Hall effect가 발견되었다.이 Hall effect에 의해 물질 내의 전하 운반체가 negative(electron)인지, positive(hole)인지 알 수 있고, 또한 도체 내의 전하의 이동속도와 운반체의 밀도수 (concentration of charge carriers)를 알 수 있다.magnetic field내에서 움직이는 charge는 힘(Larentz force)를 받는다.힘을 받은 charge는 힘의 방향으로 움직이나 박막, 도선 등 제한된 크기의 물체내에 있는 charge의 경우에는 charge가 물체의 바깥으로 쉽게 나갈 수가 없으므로, 이들 경우에는 electron뿐이나, 반도체물질의 경우에는 type에 따라서 electron과 hole (electorn이 있을 자리에 빠져 있는 것을 마치 +e의 positive charge를 갖는 particle로 생각한다)일 수 있다. current와 magnetic field에 수직한 벽면이 전위차를 측정해보면, 그 극성으로부터 charge의 부호를 알 수 있다Hall effect에 관련된 수식전개는 우선 두가지 경우로 나눌 수 있는데 하나는 carrier가 positive일 때이고, 하나는 carrier가 negative일 때이다.1)carrier가 positive일 때(hole)2)carrier가 negative일 때*thermoelectric power*-두 종의 서로 다른 도체(또는 반도체)의 두 끝을 접합하여 2접점을 다른 온도로 유지할 때, 회로에 생기는 기전력.이 기전력에 의하여 회로에 열전류가 흐르는 현상을 1821년 T.제베크가 구리와 비스무트및 안티몬에 관하여 발견하였으므로 제베크 효과(seebeck effect)라고 한다. 열기전력을 측정함으로써 온도를 측정할 수 있다. 즉, 한쪽의 접합부를 일정한 온도(얼음 등의 표준온도)로 유지하여, 그 두 끝에 발생하는 전위차를 측정하여 온도를 구한다. 이것을 열전쌍이라고 하는데, 널리 이용된다.열기전력이 발생하는 원인은 다음가 같을 것으로 생각된다. 일반적으로 금속 속의 자유전자는 그 금속의 종류나 온도에 특유한 에너지로 움직이고 있다. 같은 종류의 금속이라도 고온의 것과 저온의 것을 접촉시키면 전자 에너지가 다르기 때문에 전자가 한쪽으로 이동해 가서 전위차가 생긴다. 이 열기전력에 의해 전류를 흘리는 장치를 열전대라고 한다. 열기전력은 금속의 종류와 두 접속점의 온도차에 의해 변하는데 온도차가 클수록 열기전력은 커진다.열전대는 온도 측정에 널리 이용되고 있다. 흔히 사용되는 것은 동과 콘스탄탄의 조합인 열전대의 저온측은 보온병에 빙수를 넣은 것을 사용하고 고온측은 온도를 측정하려는 곳의 단자가 된다. 그 때 발생하는 기전력을 전압계로 조사해서 온도를 잴 수 있는 것이다.

공학/기술| 2004.10.24| 3페이지| 1,000원| 조회(600)

반도체, power, Thermo, effect, Hall

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[재료공학] LTCC-MCM에 대하여

LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)800 ~ 1000℃ 정도의 저온에서 세라믹과 금속의 동시 소성 방법을 이용하여 기판을 형성하는 기술녹는점이 낮은 글라스와 세라믹이 혼합되어 적당한 유전 율을 갖는 Green Sheet를 형성시키고그 위에 은이나 동을 주원료로 한 도전성 페이스트를 인쇄하여 적층한 후 기판을 형성 하는 기술LTCC의 장점-SET의 단순화, 소형화,회로의 비밀보호 기능, 신속한 제품의 개발-기밀성,방열특성이 우수한 고신뢰성 전자부품으로 유전특성,회로설계의 넓은 응용범위,배선길이의단축화,실드 패턴의 자유로운 이용, 낮은 선저항의 배선자료를 사용하여 고주파 특성을 구현-적층 공정에 의하여 수동소자 내장화와 다수의 Bare Chip 을 실장하고 이들 배선을 Compact화 시킴으로써 주어진 한계공간 내에서 여러 기능을 하나의 Module로 복합화MCM (Multi-chip Module) 의 개요각기 다른 기능을 갖는 여러 개의 반도체 베어칩(bare chip)을 하나의 배선기판위에 표면실장한 것을 말한다.MCM은 배선기판사에 CMOS LSI등의 반도체 베어칩을 배열,칩과칩, 칩과 기판사이에 포팅(Potting)으로 수지를 메워 패키징 하는데 표면실장하는 배선기판재료의 종류에 따라 크게 MCM-L.MCM-C,MCM-D의 세가지로 나뉜다.각각 PCB 기술, 세라믹 기판 기술, 반도체 공정 기술을 사용함.MCM-L은 통상 유리와 에폭시수지제의 다층 프린트 배선기판을 사용하는 모듈로서 배선 밀도가 그다지 높지 않은 것으로 생산코스트가 낮다는 이점이 있다.MCM-C는 후막기술을 활용해 다층 배선을 형성하는 세라믹 (알루미나 또는 유리세라믹)을 기판으로 하며 다층 세라믹기판을 사용하는 후막 IC이다.MCM-D는 구리(Cu)박막의 배선층이라든지 폴리아미드 절연층등을 형성하는 박막기술로 다층배선을 형성한 세라 믹(알루미나 또는 질화알루미늄)또는 실리콘이나 알루미늄을 기판으로 플리칩(flip chip)을 접속하며 배선밀도가 가장 높아 생산코스트가 높은 것이 특징이다.▶LTCC-M(Low Temperature Cofired Ceramic on Metal) 기술LTCC-M기술은 세라믹 패키지를 제조하는데 사용하는 LTCC기술을 응용한 기술이라 말할 수있다. 세라믹 패키지는 단일 칩을 실장 하는 경우에는 CSP(Chip Scale Package)나 BGA에 응용하고 있으며 2개 이상의 칩(Multichip)을 실장 하는 경우에는 모듈 형태로 구성된다. 이와 같이구성되는 다중 칩 모듈(Mutichip Module, MCM)은 칩이 실장 되는 기판의 종류에 따라MCM-L(Mutichip Module on Laminated Dielectric), MCM-D(Mutichip Module on DepositedDielectric), MCM-C(Mutichip Module on Ceramic)로 나눌 수 있으며 LTCC-M 기술은 이 가운데MCM-C를 제조하는데 사용하는 기술 중 하나라 할 수 있겠다.MCM-C를 제조하는 방법에는 초기에 알루미나 계통의 재료를 사용한 HTCC(High TemperatureCofired Ceramic)가 주류를 이루고 있었다. 이 방법에서는 기판의 소성온도가 1500 ℃ 이상이기때문에 내부 전극재료로 W, Mo 등의 고융점 금속을 사용하였다. 따라서 내부전극의 저항이 높고 이에 따른 온도상승 등의 단점을 안고 있으며 알루미나 재료 자체의 높은 유전상수(DielecricConstant)에 의해서 고주파 회로나 고속 디지털 회로에서 신호지연 등이 일어나 IC를 모듈화 하는 이점을 저하시키고 있다.이와 같은 기능상의 단점을 극복하기 위해서 유리-세라믹(Glass-Ceramic) 계통의 재료를 사용한 모듈 제조기술에 대한 연구가 활발해지면서 LTCC 및 LTCC-M 기술이 적용된 상품이 나오게 되었다. LTCC 및 LTCC-M 기술에 사용되는 유리-세라믹은 소성시 어느 일정온도이상에서핵이 생성되고, 성장하여 결정화되는 결정화유리로서 일반유리에 비해 기계적 성질이 우수할뿐만 아니라 1000℃ 정도의 온도에서 소성이 가능하여 Cu, Ag, Au 등 전기전도도가 우수한 저융점 금속을 전극재료로 사용할 수 있고 조성의 선택범위가 넓기 때문에 적층형 세라믹 모듈을제조하는데 주로 사용되고 있다.LTCC-M은 이와 같은 특성을 갖는 유리-세라믹을 가지고 LTCC를 제조하는 경우 발생하는소성수축을 금속기판과의 접합으로 억제하여 저항, 인덕터, 커패시터를 모듈 내부에 내장시키는경우 내장 소자크기를 일정하게 유지시켜 LTCC의 단점을 극복하고 있다. 즉 금속기판을 사용하면 세라믹 기판을 구성하는 그린 시트(Green Sheet) 적층체가 저온 동시 소성될 때 금속기판과 접합하여 유리-세라믹이 주원료인 그린 시트의 수축률을 거의 x-, y- 방향으로 1% 이내로 억제할 수 있다. 즉, LTCC-M의 경우에는 소성시 x-, y- 방향으로의 수축이 최소 15% 이상 일어나는 것을 억제하여 초기에 정해진 회로패턴의 치수변화가 x-, y- 방향으로 거의 없으므로 내장된저항, 인덕터, 커패시터 소자의 특성 및 층간 정렬 등에 있어서 기존 LTCC 보다 우수하고 수동소자를 내장시킴으로써 소자간의 거리가 짧아져 이에 따른 신호처리 시간이 짧아지며 표면실장에 의한 납땜 점의 감소로 고주파 회로나 디지털 회로에서 쉽게 발생하는 잡음들이 감소하여공정의 단순화뿐만 아니라 신뢰성 증가의 효과를 가져오는 기술이라 하겠다.Multi-Chip Module Schematic (MCM-C)MCM 특성 비교MCM-CMCM-DMCM-LCo-FireTapeCopper-PolyimideFR-4Line / Space2mil1mil5milVia Size2mil1mil10milCM/CM2 Per layer200500100HermeticyesnonoSubstraten/an/an/aDielectric Contant4~1003~3.54.7TCE(PPM/℃)7.11316Max O Temp250125125Thermal Cond W/M K2.50.350.16Line width/separation (㎛s)125/125~37510/10~30750/2250Turnaround time1month10~25 days9~13weeksYears of availability>10>550LTCC응용 소재현제 LTCC응용 소재는 활용분야별 특성에 따라 구현한 RF Module, Saw Filter, Antenna Switch Module, 압전 트랜스포머, Oscillator,등 각종 이동통신장비, 전자장비, 자동차 전자제어장치, 컴퓨터,등의 실장부품에 사용 되고 있으며, 또한 무선전화와 노트북 컴퓨터 ,PDA등의 무선제품에 음성,데이터통신 등을 양방향 전송 WPAN : Wireless Personal Area Network나 이에 상응하는 개인 네트워크를 결정하기위한 국제표준 무선 기술인 Blue tooth 기술의 분야에서도 핵심 부품 으로 사용되고 있고 그 시장성은 더욱 증가되고 있다.LTCC 적용부품MCM (Multi Chip Module)MCM은 일정한 유전특성을 가진 여러 Sheet 상에 특정한 전기적 회로(R,L,C)및 배선을 연결한 후, 이들을 포개어 하나의 층(적층기판)으로 하고 이 기판상에 Bare Chip 등을 장착하여 Wire Bonding등의 방법으로 각 부품의 회로 를 연결해서 완성한 Modul화 한 복합기능 부품이다.칩배리스터칩배리스터는 전자부품에 내장돼 정전기로부터 부품을 보호하는 장치로 기존의 칩배리스터 제품이 1000~1200℃부근에서 소결 온도를 가져 내부 전극으로 고가의 은, 파라듐전극 또는 백금전극을 사용한데 비해 LTCC을 이용 900℃부근에서 동시소결하여 내부 전극으로 저가의 은전극을 사용할 수 있다.

공학/기술| 2004.10.24| 5페이지| 1,000원| 조회(605)

세라믹, MCM, LTCC, 저온소성, 다층기판

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[재료공학] 에너지 재료에 대하여 평가A좋아요

전지2차전지리튬이온 전지 오래 쓰는 법되도록 완충/완방을 하지 않고 조금사용하고 충전하고 하는 것이 더 좋습니다.그런데 보통 전지를 사용하다 보면 용량이 적어진 것을 느낄 수 있습니다. 이때 다시 완충전/방전을 하면 용량이 다시 살아나는 것을 알 수 있습니다. 이것하고 수명을 혼돈하는 것입니다.즉, 용량과 수명은 선형적인 관계가 아니다라는 것입니다.용량이 다시 살아나는 이유는 복잡하던데, 하여튼 이온이 흘러가는 통로에서 여러가지 이유로 이온중 여러개가 극판까지 도달하지 못하게 되는 것이 많아지게 되는 것입니다. 이때 완충/완방전을 해주면 다시 잘 흐르게 되는 것 입니다. 이것은 용량 문제이지 수명문제가 아닙니다.결론적으로 장수의 비결은 "조금만 사용하고 충전하며, 용량이 떨어졌다 판단되면 이때 완충/완방 한번 해주는 것" 입니다.연료전지의 정의연료의 산화로 인해 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 전지, 일종의 발전 장치를 말한다.산업 발달에 따른 경제성장으로 국내의 전력 수요는 급격히 증가하고 이에 필요한 에너지원은 대부분 외국에서 수입하고 있으며 이러한 현상은 앞으로도 계속될 것으로 사료된다. 따라서 에너지의 효과적인 이용과 확보는 전력의 발생과 더불어 중요한 과제이다. 전력을 생산하는데 필요한 석유와 석탄 등의 화석연료 사용에 기인한 공해문제와 기상이변 등의 환경문제가 점차 심각해지고 있는 실정이다. 이산화탄소 발생으로 인한 지구 온난화 현상등 여러 가지 환경오염 문제 해결을 위해 화석연료를 대신할 청정에너지원으로서 태양광, 태양열 에너지, 바이오 에너지, 풍력 에너지, 수소 에너지에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그중 수소를 연료로 사용하는 연료전지 분야도 급속한 연구가 진행되고 있다.연료전지에 의한 발전은 기존의 발전방식과 비교할 때 발전효율이 높을 뿐아니라, 발전에 따른 공해물질의 배출이 전혀 없어서 미래의 발전기술로 평가되고 있으며 뿐만아니라 다양한 연료(천연가스, 석유, 석탄)를 사용할 수 있고, 발전소건설에 필요한 부지 및 송전, 변전시설이 필요하지 않으므로 에너지 부존자원이 적고, 발전소 건설을 위한 입지확보가 어려운 우리나라의 실정에 매우 적합한 발전방식이라 할 수 있다.연료전지는 연료(LNG, LPG, 메타놀등) 및 공기의 화학에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열로 직접 변환시키는 장치이다. 기존의 발전기술(연료의 연소→증기발생→터빈구동→발전기구동)과는 달리 연소 과정이나 구동장치가 없으므로 효율이 높을 뿐만 아니라 환경문제(대기오염, 진동, 소음 등) 를 유발하지 않는 새로운 개념의 발전 기술이라고 말을 할 수가 있다.연료전지의 특징연료전지는 배기가 대단하게 깨끗해 환경에 친밀한 특성을 가지고, 얼마의 소용량으로도 효율이 높고, 더욱이 폐열의 유효 이용에 의하여 종합 에너지 효율의 향상이 도모할 수 있는 연료 전지는 신에너지의 하나로 위치하고 있으며, 보급 촉진이 기대되고 있다.연료전지의 특징을 살펴보면 다음과 같다.고효율연료전지 는 연료의 연소과정과 열에너지를 기계적에너지로 변환시키는 과정이 없어 기존에너지원보다 효율이 10 - 20 % 정도 높아진다.무공해연료전지는 연료로써 화석연료를 사용하므로 개질기에 의한 조작이 반드시 필요하다. 이 경우 탈황, 분진제거를 충분히 할 수 있어서 SOx와 분진의 방출은 거의 없다. 또, 종합 효율이 높기 때문에 이산화탄소(CO2)의 발생도 적게 된다.열의유효이용반응의 과정에서 발생하는 열을 유효하게 이용하는 것이 가능하고, 전기와 열을 동시에 발생하는 코제네레이션 시스템에 최적입니다. 투입한 도시 가스의 에너지의 약 40%가 전기로, 약 40%가 온수나 증기로 되고, 종합적으로는 약 80%가 유효하게 이용할 수 있는 성에너지가 뛰어난 장치이다.설치의 간편성연료의 다양성신뢰도가 중요시 되는 특수목적용으로 순수소가 사용되나 일반전력 공급용으로는 비교적 가격이 저렴한 탄화수소계열의 연료가 모두 사용이 가능하다.부지선정의 용이성연료전지를 이용해 발전을할경우 공해요인이 없으므로 도심지 속에서의 건설이 가능하고, 다른 발전방식에 비해 소요면적이 적으며지속적인 냉각수 공급이 불필요하기 때문에 발전소용 부지의 선정이 용이하다.저소음, 저진동연료전지는 기계적 구동부분이 없고, 가스공급기 등에 약간의 소음,진동 등이 있을 뿐이므로 기계식의 발전기와는 비교도 안될 정도로 적다.종류Phosphoric acid fuel cell(인산형 연료전지)Molten Carbonate fuel cell (용융 탄산염 연료전지)Solid oxide fuel cell (고체산화물 연료전지)Alkarine fuel cell(알칼리성 전해액 연료전지)Polymer Electrolyte Fuel Cell(고분자 전해질형 연료전지)고체산화물 연료전지원료기체가 소유하고 있는 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 에너지 변환 장치.수용액을 전해질로 사용하는 저온형 연료전지에서의 부식문제, 고가촉매, 전해질 제어, 개질기 도입 등의 단점은 없고, 고체산화물 연료전지를 이루는 구성요소의 대부분이 세라믹으로 이루어져 있으며 700~1000 。C 의 고온에서 작동됨고체산화물 연료전지의 주요 분야가. 분산발전용 연료전지 - 공해문제를 해결하기 위한 발전시스템나. 수송용 연료전지 - 무공해 자동차용 동력원 및 내연기관의 보조동력원으로 이용 가능한 연료전지다. 이동전원용 연료전지 - 이동 통신, 휴대용 정보통신 단말기, 군사용, 레이져 등 소형 전자기기의 전원으로 사용되는 연료전지.- 세라믹적 특성유전성(극을 가짐), 안정성(화학적 안정성), 내열성(고온 700~1000。C에서 작동), 고전자전도성, 고강도, 저분극저항성, 박막화, 내부식성, 내산화성연료전지응용사례연료전지발전연료전지 발전시스템의 구성을 살펴보면 수소를 함유한 일반 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스 메탄올 등)로 부터 연료 전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 연료 개질 장치, 연료 개질 장치에서 들어오는 수소와 공기 중의 산소로 직류 전기와 물 및 부산물인 열을 발생시키는 연료 전지 본체, 그리고 연료 전지에서 나오는 직류를 교류로 변환시키는 전력 변환 장치로 구성된다. 이와 같은 기본적인 장치 외에도 플랜트의 효율을 높이기 위해서는 연료 전지 반응에서 생기는 반응열과 연료 개질 과정에서 나오는 폐열 등을 이용하는 장치가 부수적으로 필요하다.국내의 연료전지발전 기술개발은 1985년부터 우리 한국에너지기술연구소와 한전전력연구원 공동으로 5.9 kW급 인산형 연료전지 본체를 수입하고, 이를 이용하여 발전 시스템을 구성하여 성능 실험을 실시한 것이 효시이다. 이를 계기로 국내에서도 연료전지 개발의 중요성을 인식하게 되었으며, 최근에는 연구 개발 사업이 활성화되어 인산형, 용융탄산염형, 고체산화물 및 고분자전해질 연료전지의 개발이 대체에너지 개발사업중 선도기술 개발과제로 수행되고 있다.한국에너지기술연구소 1987년부터 6년 동안 과기처 국책 연구 사업을 주관하여 연구소, 대학 등이 공동으로 참여하는 인산형 연료전지 발전시스템개발 연구를 수행하였으며, '92년도에는 1 kW 인산염형 연료 전지 본체를 성공적으로 개발한 바 있다. 이 사업은 '93년부터 시작된 국가 선도 기술 개발 사업으로 연계되어 산?학? 연 공동 참여에 의해 실질적인 50 kW급 인산형 연료전지의 실용화를 위한 요소 기술을 개발하고 있으며, 2000년까지 200 kW급 인산형 연료전지 발전시스템 개발을 목표로 설정하고 있다.현재 국내의 기술 수준은 전반적으로 기초 연구 단계이나, 본 연구팀의 10 kW 급 연료전지 개발의 성공으로 가까운 시일 내에 실용화에 근접한 발전 설비가 개발될 것으로 전망된다.연료 전지 기술을 선도하고 있는 미국은 1962년 제미니 계획에 의하여 우주 및 군용의 알칼리 연료 전지 연구를 처음 시작하였다. 그후 1969년 28개 가스회사가 중심이 되어, 주거용 및 상업용 인산염형 연료 전지 기술 개발을 위한 9년 계획인 TARGET(Team to Advanced Research for Gas Energy Transformation) 프로그램을 수립하고, 이를 UTC(United Technology Corp. 현재 IFC : International Fuel Cell) 사에 개발을 위탁함으로써 시작되었다. 최근에는 FCG-1 계획에 의해 IFC, WH(Westinghouse)사에서 전기 사업용 MW급 연료전지 기술개발 사업을 수행하고 있고, 대형 건물용의 25-400 kW 급 개발을 완료하였으며, 200 kW급은 이미 주문에 의해 생산이 되고 있다, 현재는 제조 단가를 현재의 약 3000 $/kW에서 1500-1000 $/kW 이하로 낮추고 수명을 40,000 시간 이상 지속시킬 수 있는 발전 시스템을 개발하기 위해 노력하고 있다.일본은 1981년부터 6년 동안 에너지절약 기술개발계획(Moonlight Project)의 일환으로 연료전지의 신뢰성 향상과 고효율화 기술의 개발을 추진하였고, 인산형의 경우 1000 kW급 발전 설비의 독자 개발과 실증 실험, 200 kW급 현지설치형의 상용화를 목표로 하여 연구 개발을 추진하였다. 최근에는 New Sunshine 계획에 의해 1996년까지 가압형 5 MW, 상압형 1 MW급 발전 설비의 실증 실험을 목표로, 9개의 전력 회사와 4개의 가스회사 및 전력중앙연구소로 구성된 연구 조합을 구성하고, NEDO 주관하에 대규모 실용화 연구를 수행 하였으며, 현재는 이들의 신뢰성 향상과 저가격화를 추구하고 있다.

공학/기술| 2004.10.24| 7페이지| 1,000원| 조회(683)

에너지, 세라믹, 재료, 에너지 재료

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