3차원 이산 요소 법을 이용한 볼 밀 방식 연마 성능 해석과 실험을 통한 검증

Abstract

MLCC (Multi-layer Ceramic Capacitor)는 콘덴서의 한 종류로 전기를 일시적으로 저장했다가 필요에 따라 안정적으로 공급하는 역할뿐 아니라 전자부품들의 성능을 저해 할 수 있는 불필요한 신호를 제거하는 기능을 수행하고 있다. 최근 Smart폰과 LED TV 뿐만 아니라 IT 기기 전반에 걸쳐 기능이 다양해지고 제품 성능 향상 속도가 빨라지면서 MLCC를 확대 적용하고 있어 생산성 향상 및 공정 시간 단축을 위한 효율화가 점점 중요성 해 지고 있다. 연마 공정은 내부 전극과 외부 전극간의 접촉성 향상을 위하여 MLCC 표면과 모서리 부분을 갈아주는 MLCC 공정 중 하나로 수 만 개의 MLCC와 연마용 beads를 회전하는 배럴 안에 투입하여 교반이 잘 되게 섞이도록 한다. 이산 요소 법은 다수의 작은 입자를 동시에 해석하는 방법으로 볼 밀 방식의 한계를 파악하고 연마 성능을 개선하는데 최적의 해석 기법이다. 본 논문에서는 첫 번째로 3차원 이산 요소 법을 이용하여 수직 축 볼 밀 방식에서 배럴의 마찰 계수 변화가 MLCC의 연마 성능에 끼치는 영향을 분석한다. 선 속도와 충격량, 전단 에너지를 수치적으로 계산하고 MLCC의 이동 궤적을 해석적으로 계산하여 연마 성능이 향상됨을 실험적으로 검증한다. 마찰 계수가 서로 다른 4 개의 배럴을 3D 프린팅 기법으로 제작하고 MLCC 연마 량을 실험적으로 측정하여 수치적으로 계산된 전단 에너지 결과와 비교하여 경향이 일치함을 검증한다. 두 번째로는 수평 축 볼 밀 방식에서 배럴 내 MLCC의 이동 궤적과 선 속도 프로파일을 해석적으로 계산하여 연마 성능이 감소하는 위치와 원인을 분석하는 것이다. 연마 성능을 향상시키기 위한 개선안을 제시하고 충격량과 전단 에너지 해석을 통하여 연마 성능이 증가함을 확인 한다. 해석에 대한 검증을 하기 위해 초고속 카메라로 배럴 내부 MLCC 이동 모션을 촬영하고 해석 결과와 비교한다. 그리고 제안한 방법에 대해 연마 성능이 실제로 향상 되었는지 검증하기 위해 MLCC의 모서리의 마모량 측정 실험을 진행하고 연마 성능이 향상되었음을 실험적으로 검증한다.