관리번호 2018- 디지 - 패키지 -2 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류대분류전기전자중분류반도체소자소분류 Si 소자및시스템총괄 FOWLP 를이용한 3D IC 제조를위한핵심소재및공정기술개발세부1 인공지능 3D IC 제조를위한소재기술개발세부2 미세 Pitch TSV 및 FO Package Test를위한 Probe Card 기술개발세부3 FO Package 를이용한인공지능 3D IC 제조공정기술개발 ㅇ 2D 소자에서 HBM, 로직 / 메모리융합등 3D 시장으로변화되는환경에서소재원천기반기술확보필요ㅇ TSV 와 FOWLP 등새로운공정에대응가능한소재개발로공정원천기술확보필요ㅇ 3D IC 및 FO package 에공통으로사용되는 3 대핵심소재개발필요성대두 (photodefinable 폴리이미드, 고열전도및 EMI 차폐핵심소재, High-k 캐패시터소재 ) ㅇ인공지능반도체등다기능복합소자제작의수요가커지며다양한 3 차원집적기술시장이커지고있음. ㅇ최종목표 : HBM 등 3D TSV IC, 로직 / 메모융합등 FOWLP 기반제품, IPD 핵심소재 개발등으로빅데이터처리를위한고성능인공지능칩구현을위한 3 차원 형태의새로운프로세서, 메모리배치기술개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - TSV FO Package 3D IC - 3D 및 FO Package 용 30um 피치급 pad probing 용수직형 Probe Card 개발 - 인공지능프로세서및메모리간이종반도체 3D 시스템집적화 (3D FO Package) 기술개발 ㅇ역할및기능 - 패키지형과제의모든세부과제를종합관리 - 패키지형과제연구개발을통해획득된유 무형의성과물 ( 지식재산권등 ) 관리, 사업화전략 - 패키지형과제의사업추진방향 예산조정 ( 마일스톤관리 ) - 사업성과 ( 실적 ) 관리및보고총괄 - 연구개발방안및성과등에대외협력업무와대국민홍보 - 세부과제의진도점검, 자체평가를실시하고그결과를전담기관에제출 - 패키지형과제에참여하는중소 중견기업의특허권소유및실시문제등이발생하지 않도록수시의견수렴및참여기관이개발한성과사업화확산방안등중심기술 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 1 억원이내 ( 총정부출연금 5 억원이내 ) 통합형과제정부출연금 ( 총괄및세부 ) : 연 46 억원이내 ( 총정부출연금 230 억원이내 ) - 1 -
관리번호 2018- 디지 - 패키지 -2-1 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류대분류전기전자중분류반도체소자및시스템 소분류 Si 소자 총괄 FOWLP 를이용한 3D IC 제조를위한핵심소재및공정기술개발 1세부 인공지능 3D IC 제조를위한소재기술개발 ㅇ인공지능 3D IC 는 TSV(Through-Si-Via) 와 FOWLP(Fan-Out Wafer Level Package) 이종복합집적기술의사용이매우증가할전망 ㅇ기존핵심반도체후공정소재들은국산화도가낮으며향후 TSV 와 FOWLP 에서소재의해외종속이심화될가능성이커, 시장파급력이큰 3D 집적반도체핵심소재의개발이필요 ㅇ 3D 복합인공지능반도체를제조에필요한핵심기술로 TSV 와 FOWLP 에공용으로사용될수있는핵심소재의개발과공정기술을개발함 ㅇ최종목표 : TSV 및 FO Package 용 3D IC 제조를위한소재기술개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - Photo-definable Wafer-Level Package Interconnect 소재 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 CTE ppm/k 20 80 40( 일본, HD Micro) 2 경화온도 < 200 280 200( 일본, HD Micro) 3 유전상수 - 3.2 3.4 3.4( 일본, HD Micro) - 고열전도및 EMI 차폐소재 (@14 19 GHz) 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 필러열전도도 ( 80wt%) W/mK 2.0 1.4 1.9 ( 독일, Henkel) 2 필러 EMI Shield (@18GHz) SE% 80 20 20 ( 한국, LG 화학 ) - High k 3D Micro Trench Capacitor 소재및기판소재 1 성능지표단위달성목표국내최고수준 Embedded Decoupling Capacitor 기술 nf/mm 2 200 50 200 ( 일본, Murata) 2 고저항 Trench 기판 Ω/cm >5000 60 5000 ( 미국, Eagle) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 15 억원이내 ( 총정부출연금 75 억원이내 ) - 2 -
관리번호 2018- 디지 - 패키지 -2-2 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류대분류전기전자중분류반도체소자및시스템 소분류 총괄 FOWLP 를이용한 3D IC 제조를위한핵심소재및공정기술개발 Si 소자 2세부미세 Pitch TSV 및 FO Package Test 를위한 Probe Card 기술개발 ㅇ인공지능반도체제조에필요한 TSV 및 FO Package 기술은 micro bump 및 pad 가매우미세화되어기존의 probe card 로는테스트가불가능함 - 미세피치및 vertical pad probing 을위한새로운제품필요 ㅇ높은내전류및낮은 force 의 MEMS 소재및공정, 정밀가이드플레이트재료및공정과정밀다층박막기술개발, Probe 설계및조립기술이필요함 ㅇ최종목표 : 3D 및 FO Package 용 40um 피치급 pad probing 용수직형 Probe Card 개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - 복합재 MEMS Probe 개발 * Low pin force(0.5gf), high CCC(0.4A) 및 low Cres(0.2ohm) 동시충족 probe * 복합재다층도금및 photo lithography 기술개발 * Multiphysics 설계기술개발 - Si wafer 기반 Guide Plate 기술개발 * Si wafer 표면강도강화기술 ( 강도 200MPa 이상 ) * 200um depth Dry Etch 기술 (hole size 30um 이하 ) - 다층박막공정기술개발 * Polyimide 적층공정기술 (8 층이상 ) * 세라믹 /polyimide 접합기술 - Power noise 설계기술개발 * Power impedance 0.1Ω 이하구현설계기술 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 Probe Pitch um 30 80 2 Pin Force gf < 0.5 1.5 3 CCC A > 0.5 0.3 4 Cres Ω < 0.2 0.4 5 Hole Size (4 각 ) um 30-6 다층 PI 층수층 8 1 55 ( 이탈리아, Technoprobe) 1.0 ( 이탈리아, Technoprobe) 0.3 ( 이탈리아, Technoprobe) 0.3 ( 미국, Formfactor) 45 ( 일본, Ferrotec) 6 ( 일본, MJC) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 15 억원이내 ( 총정부출연금 75 억원이내 ) - 3 -
관리번호 2018- 디지 - 패키지 -2-3 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류대분류전기전자중분류반도체소자및시스템 소분류 총괄 FOWLP 를이용한 3D IC 제조를위한핵심소재및공정기술개발 Si 소자 3세부 FO Package 를이용한인공지능 3D IC 제조공정기술개발 ㅇ폭주하는빅데이터를처리하기위한고성능인공지능반도체는칩레벨에서메모리대역폭부족현상이더욱심각해질전망 - 고성능인공지능칩과대용량메모리를수직적, 수평적으로연결하는 3D IC 기술을통해단위면적당높은집적도와작은면적의시스템구현이가능 - 전기적신호전달경로가짧아져대역폭을늘릴수있으며 Power 손실최소화를통해시스템의저전력구현이가능 - FO (Fan Out) Package 기술은소형화및박형화가가능하고열방출및전기적성능이우수한특성을가지며이종의반도체소자들의 Circuit Design 을변경할필요없이, 보다더유연하고저렴하게적층할수있는장점이있음 ㅇ FO Package 를이용하여인공지능프로세서및메모리의융합제품을만들경우저전력및면적효율이높은인공지능반도체구현이가능 ㅇ최종목표 : 인공지능프로세서및메모리간이종반도체 3D 시스템집적화 (3D Package) 기술개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - 기존인공지능컴퓨팅프로세서의 3D 시스템집적화기술개발 * 기존인공지능프로세서와계층메모리간의연결을고속화하기위한 3D 시스템구조설계 - 인공지능프로세서와대용량메모리통합을위한 3D 시스템집적화기술개발 * 3D 시스템집적화를위한 3D FO Package 적층기술연구 성능지표 단위 달성목표 국내최고수준 1 3D인공지능프로세서성능 SOPS 1 T 0.1T - 2 인공지능프로세서의 3D Bytes/ 온칩메모리용량 chip 100 M 10 M - 3 3D 온칩메모리대역폭 Bytes/s 10 G - - 4 Molded Die 적층수 Layer 4 2 4 ( 대만, TSMC) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 15 억원이내 ( 총정부출연금 75 억원이내 ) - 4 -
관리번호 2018- 바이오헬스 - 패키지 -2 사업구분소재부품패키지형 기능복원 / 보조산업기술분류대분류바이오의료중분류소분류생체재료및복지기기총괄개인맞춤형크라운및실형상치근모듈개발 세부 1 세부 2 고투광성 / 고인성세라믹소재및이를이용한개인맞춤형크라운제조기술개발 고강도 / 내피로금속소재및이를이용한실형상치근제조기술개발 ㅇ ( 기술개요 ) 1 실제치아와완벽히동일한색상 / 질감의개인맞춤형크라운, 발치와동시에시술이가능한실형상치근, 이를제조하기위한생체적합성금속 / 세라믹소재및 3D 프린팅기술개발 ( 정부지원필요성 ) - 치과용임플란트세계시장에서국내기업은후발주자로서세계시장점유율이 5.6% 에그치는등한계를보이고있어세계시장제패를위한 First mover 형혁신기술개발필요 - 신소재와정밀성형기술, 모듈설계및제조기술등다학제융합기술개발과유효성 / 안전성검증을위한중장기적투자가필수적이므로패키지형과제지원필요 최종목표에대한기대효과등 - ( 기술적 ) 치료기간획기적단축 / 심미성개선이가능한신개념치과용임플란트제조기술확보를통해의료기술의혁신유도하고, 고강도 내피로 고투광성금속과세라믹 3D 프린팅소재기술확보를통해정형외과용의료기기등연관분야신산업창출기대 - ( 경제적 ) 국내외차세대치과용임플란트, 개인맞춤크라운과치근등의시장선도로선도기술기반의 Blue Ocean 시장창출및글로벌리딩기업창출기대 ㅇ최종목표 : 개인맞춤형크라운및실형상치근모듈개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - 고투광성세라믹소재및내피로금속소재개발 - 3 종이상세라믹소재동시출력 3D 프린팅기술개발 - 세라믹크라운의심미성개선및금속치근의치료효과개선연구 - 3D 프린팅기술을이용한개인맞춤크라운및치근제조기술개발 - 개인맞춤크라운및실형상치근의임상계획승인획득 ㅇ총괄주관기관의역할및기능 - 패키지형과제의모든세부과제를종합관리 - 패키지형과제연구개발을통해획득된유 무형의성과물 ( 지식재산권등 ) 관리, 사업화전략 - 패키지형과제의사업추진방향 예산조정 ( 마일스톤관리 ) - 사업성과 ( 실적 ) 관리및보고총괄 - 연구개발방안및성과등에대외협력업무와대국민홍보 - 세부과제의진도점검, 자체평가를실시하고그결과를전담기관에제출 - 패키지형과제에참여하는중소 중견기업의특허권소유및실시문제등이발생하지않도록수시의견수렴및참여기관이개발한성과사업화확산방안마련등 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 1 억원이내 ( 총정부출연금 5 억원이내 ) 통합형과제정부출연금 ( 총괄및세부 ) : 연 37 억원이내 ( 총정부출연금 185 억원이내 ) - 5 -
관리번호 2018- 바이오헬스 - 패키지 -2-1 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류 1 대분류바이오의료중분류 총괄 1 세부 기능복원 / 보조및복지기기 개인맞춤형크라운및실형상치근모듈개발 고투광성 / 고인성세라믹소재및이를이용한개인맞춤형크라운제조기술개발 소분류생체재료 ㅇ전통적인수작업또는 CAD/CAM 기반의보철물제조방법에서는기성화된가공블럭을사용하기때문에, 실제자연치아와비교해심미성및기능성이부족함ㅇ따라서고투광성 / 고인성세라믹소재개발및고해상도 3D 세라믹프린팅기술을통해자연치 ( ) 와유사한형상, 색상, 기능등을재현할수있는개인맞춤형크라운제조를위한전용장비및 S/W, 소결공정기술개발이필요함ㅇ개인맞춤크라운은체내이식되지않고외부에노출되어상대적으로위험수위가낮은 2 등급으로분류되어유효성 / 안전성에대한요구수준이상대적으로낮을뿐만아니라치아심미성개선및치아보정을원하는미용목적의일반인시술, 기존나사형임플란트에적용, 실형상치근에적용가능하므로시장창출가능성이높은신기술로서국내의료기기산업의글로벌화를위해연구개발이필요 ㅇ최종목표 : 이종소재개인맞춤형크라운및실형상치근모듈설계및제조기술개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) ( 바이오의료 - 의료기기분야 ) 의 TRL 기준에따름. 7 단계는임상계획승인획득단계 - 650MPa 급고인성소재및고투광성세라믹소재및소결공정개발 자연치와유사한색상및기능구현가능소재개발 다종소재무결함동시소결공정기술 - 3 종이상세라믹소재동시출력가능한재현성높은고해상도 3D 프린터개발 다종세라믹소재출력가능한 3D 프린팅 H/W 및부분분할 S/W 개발 - 심미성 / 기능성이향상된세라믹크라운설계기술및장비기술개발 자연치와유사한형상, 색상, 기능을재현을위한역설계기술및모방설계기술개발 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 굴곡강도 ( 조형체 ) MPa 650 600(PM 법 ) 600(PM 법 ) 2 투광도 ( 조형체 ) % 20 40(PM 법 ) 40(PM 법 ) 3 색성제어 ( 조형체 ) 개 3 - - 4 출력해상도 μm 25-30 ( 프랑스 /3D ceram) 5 적층오차율 % 10 - - 6 크라운색상표준화 ( 달성도 %) % 100 80 90 ( 미국 / 하바드대학 ) 7 소결수축률및투광도 DB 개 5 1 1 8 심미성제어용 SW 유 / 무 유 - - 위성능지표와함께실용화성과지표를반드시만족시켜야함 3 차년도 : 개인맞춤크라운의평가프로토콜확립 ( 식약처와협의 ) 4 차년도 : 임상계획제안서초안완료 5 차년도 : 임상계획서제출및승인획득 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 16 억원이내 ( 총정부출연금 80 억원이내 ) ㅇ주관기관 : 중소 중견기업 - 6 -
관리번호 2018- 바이오헬스 - 패키지 -2-2 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류 1 대분류바이오의료중분류 기능복원 / 보조및복지기기 소분류생체재료 총괄개인맞춤형크라운및실형상치근모듈개발 2세부고강도 / 내피로금속소재및이를이용한실형상치근제조기술개발 ㅇ기존임플란트고정체는개별환자의치근형상에관계없이일정한형상을가지고있어부가적인인공뼈이식이필요하며발치와동시에시술이불가하여 2-3 개월의사전처치기간이필요하여치료기간이매우김ㅇ치근의실제형상을그대로구현한실형상치근을개발하면발치와 ( ) 를메우기위한부가적인인공뼈등생체재료의이식이불필요하며, 발치와동시에시술이가능하여치료기간의획기적단축이가능하며, 넓은골접착면적을확보할수있어서치료효과가극대화될수있음ㅇ복잡형상의실형상치근은외부응력에취약하므로이를극복할수있는고강도 / 고연신소재및치근표면처리기술등핵심적인소재 / 공정기술확보가전제되어야함ㅇ실형상치근임플란트는세계적으로아직도입기기술이므로우리나라가세계시장선도할수있는가능성이높은분야이므로정부의적극적인지원이필요함 ㅇ최종목표 : 실형상치근용금속소재및 3D 프린팅조형기술개발 (TRL : [ 시작 ] 3 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) ( 바이오의료 - 의료기기분야 ) 의 TRL 기준에따름. 7 단계는임상계획승인획득단계 - 외부응력에취약한복잡형상의실형상치근의약점을보완할수있는고강도 / 고연신소재개발 - 전용금속소재를활용한실형상치근 3D 프린팅조형기술개발 - 초기고정력확보및조기골접합을위해기존나사형임플란트대비대폭향상된골유합표면처리기술개발 - 치근형임플란트의디자인표준화를통한해부학적다양성극복 - 실제치근이미지의디지털화, 임상편의성및치료효과를고려한치근설계 SW 개발 - 임상적용시일관성과편의성확보를위한전용 KIT 개발 성능지표 단위 달성목표 국내최고수준 1 순수타이타늄조형체인장강도 MPa 900 650 800 ( 독일, concept laser) 2 순수타이타늄조형체연신률 % 10 9 10 ( 독일, concept laser) 3 고강도저탄성타이타늄조형체인장강도 MPa 1000 - - 4 고강도저탄성타이타늄조형체탄성계수 GPa 80 - - 5 고강도저탄성타이타늄조형체연신율 % 15 - - 6 조형체내피로성 회 5만회 - - 7 조형체정밀도 um 50-8 Bone-to-implant contact % 70 65 70 ( 독일, NDI AG) 9 Bone Area in total area % 55 50 55 ( 독일, NDI AG) 10 치근형임플란트식립디자인 DB 개발 종 1 - - 11 치근형임플란트식립 S/W 개발 종 1 - - 12 치근형임플란트식립수술용키트개발 종 1 - - 위성능지표와함께실용화성과지표를반드시만족시켜야함 3 차년도 : 개인맞춤크라운의평가프로토콜확립 ( 식약처와협의 ) 4 차년도 : 임상계획제안서초안완료 5 차년도 : 임상계획서제출및승인획득 ( 기간조정가능 ) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 20 억원이내 ( 총정부출연금 100 억원이내 ) ㅇ주관기관 : 중소 중견기업 - 7 -
관리번호 2018- 조선철도분야 - 패키지 -2 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류대분류기계소재중분류자동차철도차량소분류철도차량추진 / 제어기술 총괄 철도차량주행용 1500Vdc 메가와트급급속충전하이브리드배터리팩개발 세부1 전동차하이브리드배터리팩용장수명이차전지및커패시터기술개발 세부2 전동차용하이브리드배터리팩및관리시스템기술개발 세부3 전동차배터리팩용하이브리드 DC-DC 컨버터및통합시스템, 현차실증시스템기술개발 ㅇ기술개요 - 전동차가멈출때발생하는에너지와정차시에너지를하이브리드배터리팩에저장하고주행시공급하여전차선없이배터리팩에너지만으로운행이가능한기술ㅇ정부지원필요성 - 철도차량용배터리팩및 BMS 기술등은민간기업이 R&D 투자하기에는난이도가높고막대한예산이소요됨으로정부지원이필요ㅇ최종목표에대한기대효과등 - 본기술개발을통해회생에너지를재사용하므로전력요금약 597 억원 / 년절감효과 (1991 억원 x0.3=597 억원 ) - 국내도시철도 1km 건설시터널공사비 870 억원 /km 이며, 본연구개발를통한배터리팩적용시터널면적축소에따른터널공사비약 17% 절감 (148 억원 /km) 효과 ㅇ최종목표 : 철도차량주행용 1500Vdc 메가와트급급속충전하이브리드배터리팩기술개발 (TRL : [ 시작 ] 5 단계 ~ [ 종료 ] 7 단계 ) - 전동차하이브리드배터리팩용장수명이차전지및커패시터기술개발 - 전동차용배터리팩및관리시스템기술개발 - 전동차배터리팩용하이브리드 DC-DC 컨버터및통합시스템, 현차실증시스템 기술개발 ㅇ역할및기능 - 패키지형과제의모든세부과제를종합관리 - 패키지형과제연구개발을통해획득된유 무형의성과물 ( 지식재산권등 ) 관리, 사업화전략 - 패키지형과제의사업추진방향 예산조정 ( 마일스톤관리 ) - 사업성과 ( 실적 ) 관리및보고총괄 - 연구개발방안및성과등에대외협력업무와대국민홍보 - 세부과제의진도점검, 자체평가를실시하고그결과를전담기관에제출 - 패키지형과제에참여하는중소 중견기업의특허권소유및실시문제등이발생하지 않도록수시의견수렴및참여기관이개발한성과사업화확산방안등중심기술 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 1 억원이내 ( 총정부출연금 5 억원이내 ) 통합형과제정부출연금 ( 총괄및세부 ) : 연 25 억원이내 ( 총정부출연금 125 억원이내 ) - 8 -
관리번호 2018- 조선철도 - 패키지 -2-1 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류 1 대분류전기 전자중분류전지소분류초고용량커패시터 산업기술분류 2 대분류전기 전자중분류전지소분류이차전지 총괄 철도차량주행용 1500Vdc 메가와트급급속충전하이브리드배터리팩개발 1세부 전동차하이브리드배터리팩용장수명이차전지및커패시터기술개발 ㅇ배터리를전원으로주행시전차선이필요없어터널단면적이줄어들어건설비를줄일수있고, 회생에너지대부분을재활용하는기술임. ㅇ전동차가멈출때발생하는회생에너지와정차시충전한에너지를주행시공급하여운행이가능하기위해서는고출력장수명이차전지와커패시터의하이브리드전원이필요함. ㅇ대전도시철도를분석한결과, 1 회왕복시 84 회의회생제동과역내충전이가능하고 1 일 8 회주행, 배터리팩의수명을 5 년으로할때, 커패시터는약 60 만회이상, 이차전지는약 7.5 천회이상의사이클수명이요구되는것으로나타남. ㅇ기존전기차등에사용하는이차전지수명과커패시터의수명을고려할때, 수명을최소 2 배이상증가시켜야할필요성이있음. ㅇ전동차용으로 DC 1000V 급의이차전지와커패시터하이브리드팩은처음개발되는것으로수명목표를달성하기위해서는도전적인기술개발이필요함. ㅇ개발성공시, 기존전기차이외에철도차량및이에준하는대형수송용전원으로향후기술및시장점유에우위를점할수있음. ㅇ최종목표 : 전동차하이브리드배터리팩용장수명이차전지및커패시터기술개발 (TRL : [ 시작 ] 5 단계 [ 종료 ] 7 단계 ) - 이차전지및커패시터구성개발요소기술개발 - 이차전지및커패시터셀 / 모듈용량산정 - 전동차운행환경에맞는이차전지및커패시터설계 - 이차전지와전기화학커패시터특성 DB 구축, 셀 / 모듈 / 팩제작및성능시험 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 이차전지팩전압 Vdc 1000 500 2 이차전지팩에너지밀도 Wh/L >130 >100 3 이차전지팩수명사이클 7500 4500 4 전기화학커패시터팩전압 Vdc 1000 500 500 ( 프랑스, 알스톰 ) >100 ( 한국, LG 화학 ) 4500 ( 한국, LG 화학 ) 500 ( 스페인, CAF) 5 전기화학커패시터팩수명사이클 >620,000 - - 6 하이브리드팩수명년 5 - - ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 8 억원이내 ( 총정부출연금 40 억원이내 ) - 9 -
관리번호 2018- 조선철도- 패키지-2-2 사업구분소재부품패키지형산업기술분류1 대분류기계소재중분류자동차철도철도차량소분류차량추진 / 제어기술산업기술분류2 대분류기계소재중분류자동차철도전기및소분류차량전자장치총괄철도차량주행용 1500Vdc 메가와트급급속충전하이브리드배터리팩개발 2세부전동차용하이브리드배터리팩및관리시스템기술개발 ㅇ도시화와유동인구증가로인한철도산업의급속한증가는많은건축비용을야기함ㅇ철도차량의전력공급을차량기지내변전소가아닌자체배터리팩을통해받으면많은건축비용을절감할수있음. ㅇ이를위해철도환경에맞는하이브리드배터리팩및 BMS(Battery Management System) 기술개발이필요함. - 에너지이용효율향상을위하여회생제동의전력을저장하는기능을탑재한 BMS 기술개발필요. - 철도차량에단 / 장기적으로에너지를공급할수있는하이브리드배터리기술개발필요. - 복잡도나경제성측면에서우수한능동밸런싱기술개발필요ㅇ철도차량용배터리팩및 BMS 기술은민간기업이 R&D 투자하기에는난이도가높고막대한예산이소요됨으로정부지원이필요함. ㅇ최종목표 : 전동차용하이브리드배터리팩개발, 이를위한관리시스템, IoT 기반상태진단기술개발 (TRL : [ 시작 ] 5 단계 [ 종료 ] 7 단계 ) - 철도환경을만족하는시스템회로설계및 BMS 기술개발 - 셀 / 모듈 / 팩전압, 전류, 온도검지회로및측정변수에대한고장진단기술개발 - 배터리팩상태진단을위한 IoT 플랫폼기술개발 - 하이브리드배터리팩킹기술개발 성능지표 단위 달성목표 국내최고수준 1 배터리팩출력및저장시간 MW, Sec 1.4MW 393kW, 20sec 이내 20sec 이내 200kW, 20min ( 독일, 지멘스 ) 2 센싱고장자가진단기술 에러율 (%) 2% 이하 5% 이상 2% 이하 ( 미국, NREL) 3 고정밀 SOC 예측기술 에러율 (%) 2% 이하 5% 이상 2% 이하 ( 미국, NREL) 4 에너지절감형 Active Cell 밸런싱 2% 이하 2% 이하 5% 이상 Balancing 기술오차율 (%) ( 독일, 프라운호퍼 ) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 7.6 억원이내 ( 총정부출연금 38 억원이내 ) - 10 -
관리번호 2018- 조선철도 - 패키지 -2-3 사업구분소재부품패키지형 산업기술분류1 대분류기계소재중분류자동차철도차량산업기술분류2 대분류기계소재중분류자동차철도차량 소분류 소분류 철도차량추진 / 제어기술전기및전자장치 총괄철도차량주행용 1500Vdc 메가와트급급속충전하이브리드배터리팩개발전동차배터리팩용하이브리드 DC-DC 컨버터및통합시스템, 3세부현차실증시스템기술개발 ㅇ철도차량에대한전력공급방식기술로서철도건설및운영비용절감을위해전동차의운행중발생하는회생에너지및정차시급속충전에대응하여효율적으로활용할수있는기술개발노력이필요함. ㅇ전동차에적합한배터리팩에대응가능한하이브리드 DC-DC 컨버터및에너지관리시스템과현차실증시스템개발이필요함. - 에너지이용효율을향상시키기위해이차전지 - 커패시터에대한효율적인에너지변환용 DC-DC 컨버터기술개발필요. - 전동차의운영특성을반영하여차량내에너지운영관리를수행할수있는전력제어시스템개발필요. - 단시간 (20 초 ) 1MW 급정차역무선급전충전전원공급장치기술개발 - 철도차량용배터리팩의내환경성및내구성시험등을수행하기위한현차실증시스템구축기술개발필요. ㅇ전동차배터리팩용 DC-DC 컨버터및통합시스템, 배터리팩현차실증시스템의경우민간기업 R&D 의난이도가높고막대한예산으로인해정부지원이필요함. ㅇ최종목표 : 전동차배터리팩용하이브리드 DC-DC 컨버터및통합시스템, 현차실증시스템기술개발 (TRL : [ 시작 ] 5 단계 [ 종료 ] 7 단계 ) - 하이브리드배터리팩에적합한 DC-DC 컨버터설계및제어기술개발 - 배터리팩에너지관리를위한최적운영기술개발 - 매체별전력공급을위한하이브리드전력공급기술개발 - 전동차탑재하여급속충전 (20 초 ) 에의한영업운행속도주행시험 (1,000Km) - 급속충방전시스템성능평가및현차시스템실증 성능지표단위달성목표국내최고수준 1 배터리팩회생에너지저장기술에너지 저장율 (%) 90% 57% 2 배터리팩시스템전압전압 (V) 1500V 750V 3 배터리팩급속충전시간초 (sec) 20sec 20min 4 하이브리드 DC-DC 컨버터효율 에너지 효율 (%) 97% 이상 96% 75% ( 독일, 지멘스 ) 750V ( 독일, 지멘스 ) 20sec ( 스페인, CAF) 97% ( 독일, 지멘스 ) ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 8.4 억원이내 ( 총정부출연금 42 억원이내 ) - 11 -
2018_ 기계로봇플랜트관리번호사업구분소재부품패키지형항공 _ 패키지 -2 산업기술분류대분류기계소재중분류요소부품소분류액츄에이터 총괄 실시간모니터링이가능한센서 SoC 기반통합구동모듈 ( 감속기 -모터 -센서 ) 고집적시리즈화 (50W 400W 급 ) 기술개발 세부 1 로봇용초경박단소와고비토크정밀감속기기술개발 세부 2 센서 SoC 기술을적용한협동로봇용동축구동모듈개발 세부 3 HRC 로봇용통합구동모듈 ( 감속기-모터 -센서) 의시험평가및실시간모니터링기반구동모듈운용기술개발 모터 - 하모닉드라이브 - 컨트롤러와구동모듈제어및모니터링을위한토크, 온도센서및인간 - 로봇간의안전한협업을위한 active safety 용근접거리감지센서가 SoC 기술기반으로통합된차세대구동모듈기술개발및수명예측과실시간모니터링운용기술 로봇, 특히정밀도가요구되는산업용로봇에대한수요확대되어산업용로봇에적용할수있는초정밀 / 초경박단소감속기에대한수요급격히증가 최종연구개발목표 - 실시간모니터링이가능한센서 SoC 기반통합구동모듈 ( 감속기-모터 -센서) 고집적시리즈화 (50W 400W 급 ) 기술개발 (TRL : [ 시작 ] 4단계 ~ [ 종료 ] 7단계 ) 주요핵심기술및연구내용 (1 세부 ) 로봇용초경박단소와고비토크정밀감속기기술개발 - 최대 100Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 경박단소감속기및최대 180Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 고비토크고정밀감속기각 4종개발 (2 세부 ) 센서 SoC 기술을적용한협동로봇용동축구동모듈개발 - 모터, 브레이크, 감속기, 엔코더, 드라이버및기타센서등이일체화된컴팩트한관절모듈시리즈개발 (3 세부 ) HRC 로봇용통합구동모듈 ( 감속기- 모터-센서 ) 의시험평가및실시간모니터링기반구동모듈운용기술개발 역할및기능 - 패키지형과제의모든세부과제를종합관리 - 패키지형과제연구개발을통해획득된유 무형의성과물 ( 지식재산권등 ) 관리, 사업화전략 - 패키지형과제의사업추진방향 예산조정 ( 마일스톤관리 ) - 사업성과 ( 실적 ) 관리및보고총괄 - 연구개발방안및성과등에대외협력업무와대국민홍보 - 세부과제의진도점검, 자체평가를실시하고그결과를전담기관에제출 - 패키지형과제에참여하는중소 중견기업의특허권소유및실시문제등이발생하지않 도록수시의견수렴및참여기관이개발한성과사업화확산방안등중심기술 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 1 억원이내 ( 총정부출연금 5 억원이내 ) 통합형과제정부출연금 ( 총괄및세부 ) : 연 51.2 억원이내 ( 총정부출연금 256 억원이내 ) - 12 -
관리번호 2018_ 기계로봇플랜트항공 _ 패키지-2-1 사업구분 소재부품패키지형 산업기술분류1 대분류 기계소재 중분류 요소부품 소분류 액츄에이터 산업기술분류2 대분류 기계소재 중분류 로봇 / 자동화기계 소분류기계자동화 기술 총괄실시간모니터링이가능한센서 SoC 기반통합구동모듈 ( 감속기 -모터 -센서 ) 고집적시리즈화 (50W 400W 급 ) 기술개발 1세부 로봇용초경박단소와고비토크정밀감속기기술개발 협동로봇은인간과로봇의협력을바탕으로하며인간과같은작업공간을공유하기때문에로봇의안전성, 신뢰성확보가필요함. 협동로봇의정밀한위치제어및고토크성능을위해정밀감속기기술이필수적임. 감속기는해외의존도가높은기술이며, 일본이독점하고있는정밀감속기의국내기술고도화가시급한시점임. 최종목표 : 정격토크최대 100Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 로봇용초경박단소와정격토크최대 180 Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 고비토크정밀감속기기술개발 (TRL : [ 시작 ] 4단계 ~ [ 종료 ] 7단계 ) - 로봇용정밀감속기전체잇수의 30% 이상물림률을보장하는치형설계기술 - 내마모성과내구성향상을위한소재, 열및표면처리기법연구 - 경량화를위한구조및재료기술 - 1 1.5 arc-min 각도전달오차기술 ( 소형 1.5, 중형 1 arc-min) - 정밀감속기의성능및내구성평가기술 - 구동모듈소형화경량화를위한모터및센서결합부최적설계 - 정격토크최대 100Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 경박단소고정밀감속기 (100Nm, 47Nm, 28Nm, 16Nm 이하급, 4 종 ) 개발 - 정격토크최대 180Nm 이하급 ( 감속비 100:1 기준 ) 고비토크고정밀감속기 (178Nm, 87Nm, 52Nm, 31Nm 이하급, 4 종 ) 개발 개발목표 - 경박단소감속기및고비토크감속기 성능지표 단위 달성목표 국내최고수준 ( 일본, HD) 1 물림율 공통 % 30 15 30 2 두께폭비 경박단소 0.25 0.4 0.25 - 고비토크 0.56 0.56 0.56 3 비정격토크 경박단소 38( 소형 ), 50( 중형이상 ) - 38( 소형 ), 50( 중형이상 ) Nm/kg 고비토크 67( 소형 ) 79( 중형이상 ) 41 67( 소형 ) 79( 중형이상 ) 4 각도전달오차로스트모션 / 공통 arc-min 1 1.5( 소형1.5, 중형이상 1)/1 2 1 1.5/1 5 효율 경박단소 80(500rpm), 70(3500rpm) 70 80(500rpm), 70(3500rpm) % 고비토크 85(500rpm), 75(3,500rpm) 75 85(500rpm), 75(3,500rpm) 6 수명 경박단소 7,000 4,000 7,000 L10 고비토크 10,000 4,000 7,000 ㅇ기간 : 5 년이내ㅇ정부출연금 : 연 19 억원이내 ( 총정부출연금 95 억원이내 ) 주관기관 : 중소 중견기업 ( 대기업가능 ) - 13 -
관리번호 2018_ 기계로봇플랜트항공 _ 패키지-2-2 사업구분소재부품패키지형산업기술분류1 대분류기계소재중분류요소부품소분류액츄에이터로봇 / 자동화산업기술분류2 대분류기계소재중분류소분류기계자동화기계기술실시간모니터링이가능한센서 SoC 기반통합구동모듈 ( 감속기 -모터 -센서 ) 총괄고집적시리즈화 (50W 400W 급 ) 기술개발 2세부센서 SoC 기술을적용한협동로봇용동축구동모듈개발 ㅇ협동로봇은인간과로봇의협력을바탕으로하며인간과같은작업공간을공유하기때문에로봇의안전성, 신뢰성을위하여경량화와센서기술이필수적임. ㅇ협동로봇의경쟁력은저가화, 시리즈화그리고안전기능등에있으며, 관절구동모듈은로봇을구성하는핵심모듈로전체로봇제작원가의 70% 에이르기때문에기술고도화, 부품의국산화와가격경쟁력확보가시급함. ㅇ모터, 브레이크, 감속기, 엔코더, 드라이버및기타센서등이일체화된컴팩트한관절모듈기술필요함. ㅇ특히실시간성능감시및수명예측을위해고도의센서가통합된모듈이필요하며각종센서의성능을최적화하기위해 SoC 기술이필요함. ㅇ협동로봇의성능향상을위해서 2자유도의손목관절기술개발이필요함.. ㅇ최종목표 : 센서 SoC 기술을적용한협동로봇용동축구동모듈개발 (TRL : [ 시작 ] 4단계 ~ [ 종료 ] 7단계 ) - 정격출력 50W 400W 급단축구동모듈시리즈개발 - Wrist 용 100W 급 2 축구동모듈개발 (payload 5kg 급 ) - 단축, 2 축소형모터드라이브개발 - 위치센서, 토크센서, 근접센서, 온도센서, 가속도센서등다중센서가포함된구동모듈기술개발 - 다중센서처리를위한고집적 SoC 개발 - 접촉 / 비접촉센서를이용한구동모듈의능동안전기술개발 1 2 성능지표단위달성목표 1축구동모듈출력 ( 모터, 감속기, 브레이크, 엔코더, 모터드라이브시리즈화 ) 2축구동모듈출력 ( 모터, 감속기, 브레이크, 엔코더, 모터드라이브 ) 3 SoC 기반구동모듈센서종 W 50W/100W/200W/400W - 14 - 국내최고수준 100W/200 W/300W W 100W - 5 종 ( 위치센서 / 토크센서 / 근접센서 / 온도센서 / 가속도센서 ) 2 종 ( 위치센서 / 토크센서 ) 4 충돌검출기능 - 충돌감지 5msec 미만 - ( 보유국, 기업 / 기관명 ) 40W/80W/130W /250W ( 독일, 슝크 ) 16W/80W ( 독일, 슝크 ) 3종 ( 위치센서 / 토크센서 / 가속도센서 ) ( 덴마크, UR/ 독일, DLR) 충돌감지 ( 독일, DLR) 5 비접촉근접감지거리 - 5cm 없음없음 ㅇ기간 : 5년이내ㅇ정부출연금 : 연 22.8억원이내 ( 총정부출연금 114억원이내 ) 주관기관 : 중소 중견기업 ( 대기업가능 )
관리번호 2018_ 기계로봇플랜트항공 _ 패키지-2-3 사업구분소재부품패키지형산업기술분류1 대분류기계소재중분류요소부품소분류액츄에이터로봇 / 자동화산업기술분류2 대분류기계소재중분류소분류기계자동화기계기술실시간모니터링이가능한센서 SoC 기반통합구동모듈 ( 감속기 -모터 -센서 ) 총괄고집적시리즈화 (50W 400W 급 ) 기술개발 3세부 HRC 로봇용통합구동모듈 ( 감속기-모터-센서 ) 의시험평가및실시간모니터링기반구동모듈운용기술개발 ㅇ협동로봇은인간과로봇의협력을바탕으로하며인간과같은작업공간을공유하기때문에로봇의안전성및신뢰성기술이필수적임. ㅇ협동로봇은모터, 감속기, 브레이크, 엔코더, 드라이버및기타센서등이일체화된관절구동모듈로구성되며, 구동모듈의성능이협동로봇의신뢰성과직결됨. ㅇ따라서, 구동모듈의성능을평가할수있는기준마련이필요하고, 실시간성능모니터링을통해서신뢰성을향상시킴. ㅇ구동모듈에내장된센서정보를이용하여실시간성능감시및수명예측을통해보다신뢰성높은작업및서비스구현이가능함. 최종목표 : HRC 로봇용통합구동모듈 ( 감속기-모터-센서 ) 의시험평가및실시간모니터링기반구동모듈운용기술개발 (TRL : [ 시작 ] 4단계 [ 종료 ] 7 단계 ) - 협동로봇용구동모듈시험평가방안수립 - 협동로봇용구동모듈시험평가시스템설계 - 구동모듈의무부하, 부하성능시험 - 구동모듈시리즈별성능시험및보정 - 구동모듈실시간모니터링시스템개발 - 성능모니터링시스템을이용한구동모듈시리즈빅데이터구축 - 성능시험빅데이터를이용한수명예측기술 - 빅데이터기반구동모듈통합운용기술확립 1 성능지표단위달성목표 구동모듈실시간모니터링시스템 ( 토크, 온도, 가속도 ) 국내최고수준 Set 1-2 구동모듈성능 DB 종 4 이상 - 3 센서자동캘리브레이션정밀도 ( 비선형성 ) % 2 이하 5 ( 보유국, 기업 / 기관명 ) 1 ( 독일, 슝크 ) 4 ( 독일, 슝크 ) 2 ( 일본, FANUC) 4 센서 ( 토크, 온도, 가속도 ) 정밀도 % 0.5 이하 - - 기간 : 5년이내 정부출연금 : 연 8.4억원이내 ( 총정부출연금 42억원이내 ) 주관기관 : 중소 중견기업 ( 대기업가능 ) - 15 -