휴대전화 속에는 무엇이 들어 있나? 2002. 4. 11~18 이 희 영 Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab.

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1 휴대전화 속에는 무엇이 들어 있나? ~18 이 희 영 Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

2 차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계?
차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계? - 재료공학 분야의 향후 전망 Yeungnam University Electronic and Thin Film Materials Lab

3 재료과학및공학? Material Science and Engineering? or
Materials Science and Engineering? 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

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7 Materials Science and Engineering
Mechanical Engineering Computer & Electronics Electrical Engineering Civil & Environmental Engineering Materials Science and Engineering 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

8 (Source: http://www-dmse.mit.edu/wom/)
영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

9 Materials Science and Engineering
Physics  Solid State Physics  Classical Mechanics  Electromagnetics  Optics Chemistry  Solid State Chemistry  Physical Chemistry  Thermodynamics  Organic Chemistry 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

10 차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계?
차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계? - 재료공학 분야의 향후 전망 Yeungnam University Electronic and Thin Film Materials Lab

11 전자재료 분야에서는 무엇을 공부하는가? 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

12 Electronic Materials?  Semiconductor Materials and Devices
 Electroceramic Materials and Devices - Dielectric, Piezoelectric, Pyroelectric, Ferroelectric, Electro-optic, Magnetic and Superconducting Materials - Capacitor, Electr. Substrate, IC Package, LC Chip filter, Piezo-filter, Piezo-sensor and actuator, Accelerometer, Piezo-transformer, Sonar, IR detector (intruder alarm), Flash Goggle, Display, Optical Switch, FeRAM, Inductor, Transformer, Magnetic Memory, Magnetron, …...  Other Passive Devices and Components for Electronics, including Telecommunication and Information Processing Systems 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

13 ☆ 전자회로설계 : Microprocessor(CPU), ASIC, Memory Chips (DRAM, SRAM, Flash,
EEPROM, FeRAM, …) ☆ 전자부품설계 : Resistor, Inductor, Capacitor, Sensor, Actuator, Duplexor (Antenna), IC Package, Multi-chip Module, Hybrid IC, ... ★ 재료 및 공정 : 재료 (금속, 반도체, 세라믹, 고분자) 공정 (반도체/박막공정, 세라믹공정) ◇ 특성측정 및 평가 : 전자기적, 광학적, 열적, 기계적 성질; 신뢰도 (수명) Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

14 영남대학교 재료금속공학부 전자박막재료연구실

15 Metallurgical and Materials Engineering
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

16 Metallurgical and Materials Engineering
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

17 차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계?
차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계? - 재료공학 분야의 향후 전망 Yeungnam University Electronic and Thin Film Materials Lab

18 SK텔레콤 (舊한국이동통신) 이동전화사업개시
국내 이동통신 가입자수 증가현황 3,000만명 (2002년3월) 가입자수 (단위:만명) 2,000만명 (1999.8) 1,000만명 (1998.6) 유선-무선 가입자수역전 (1999.9) 500만명 (1997.9) 유선-무선 매출액역전 ( ) 100만명 (1995.1) (년) SK텔레콤 (舊한국이동통신) 이동전화사업개시 (1988.7) 신세기통신 사업개시 (1996.4) PCS 사업개시 ( ) KTF 법인통합 (2001.5) SK텔레콤 법인통합 (2002.1) (단위:천명) (Source: 정보통신부)

19 전파의 주파수대역 분포도 (Source: 정보통신부) 3KHz 3000GHz 108GHz 1010GHz 1012GHz 가청파
광 파 X 선 감마선 우주선 주파수 KHz MHz GHz GHz VLF 초장파 LF 장 파 MF 중파 HF 단파 VHF 초단파 UHF 극초단파 SHF 초극초단파 EHF 밀리미터파 SEHF 서브밀리파 Km m cm mm mm 파 장 (Source: 정보통신부)

20 ■ 300MHz ~ 3GHz : UHF(Ultra High Frequency) ○ 300MHz ~ 440MHz
(Source: 정보통신부) ○ 300MHz ~ 440MHz 300MHz 322 328.6 335.4 371.5 381.5 389.5 399.5 399.9 400.05 400.15 401 402 403 406 406.1 410 420 430 440 고 정 이 동 항 공 무 선 행 고 정 이 동 고 정 이 동 고 정 무 선 항 행 위 성 표 준 주 파 수 및 시 보 위 성 기상 원조 기상원조 기상원조 기 상 원 조 이 동 위 성↑ 고 정 고 정 고 정 무선표정 기상위성↓ 우주운용↓ 지구 탐사 위성 ↑ 이 동 이 동 이 동 이 동 이 동 이 동 우주연구↓ 지구 탐사 위성 ↑ 이 동 아 마 추 어 (2차) 기상 위성 ↑ 전파 천문 우주 연구 ↔ 우주 운용 (2차) ↓ 기상 위성 ↑ ○ 440MHz ~ 1530MHz 440 450 460 470 740 752 806 894 942 960 1215 1260 1300 1350 1400 1427 1429 1525 1530 고 정 고 정 고 정 TV 방 송 (CH14~CH60) TV 방송 고 정 이 동 고 정 고 정 항 공 무 선 행 지구탐사위성(능동) 지구 탐사 위성(능동) 항공 무선항행 무선표정 지구탐사위성(수동) 우주운용↑ 고 정 우주운용 ↓ 무선표정 무선표정 무선표정 이동위성 ↓ 이 동 이 동 고정 이 동 무선항행위성↓↔ 무선항행위성↓↔ 무 선 항 행 위 성 ↑ 우주연구 (수동) (2차) 전파천문 고 정 고 정 이 동 이 동 이 동 이 동 우주연구(능동) 우주연구(능동) 지구탐사위성 (2차) 무선 표정 (2차) 기상 위성 (2차) ↓ 이동 무선 표정 (2차) 지구탐사위성(수동) (2차) 우주연구(수동) 이 동 아마추어(2차) 이 동 (2차) ↑ 지구대우주 ↓ 우주대지구 ↔ 우주대우주 고정 이동 아마추어 지구탐사 위 성 기상원조 이동(항공 이동제외) 방송 우주연구 우주운용 전파천문 항공무선 항 행 기상위성 이동위성 표준주파수 및시보위성 무선항행위 성 무선표정

21 (best effort /down link)
Evolutions of the Mobile Telecommunication Systems Initial stage Growing stage Matured Stage Expansion stage '80s '90s 2000s IMT-2000 (3rd generation) Analog (1st generation) Digital (2nd generation) 4th-Generation AMPS,NMT,NTT… GSM,PDC,IS-95…. < 300 bps 9.6 k – 64 kbps (packet) 64 k – 384 kbps, 2 Mbps (indoor) 2Mbps 20 Mbps (best effort /down link) Mobile Data PSTN 28.8 kbps 64 kbps 1 Mbps 20 Mbps?

22 Mobile Telecommunications
Dielectric Ceramics for Mobile Telecommunications Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

23 Global Positioning System (GPS)
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24 Cellular and PCS Phones
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25 Typical Block Diagram of a Cellular Phone System
RX TX Typical Block Diagram of a Cellular Phone System Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

26 DR Filter Assembly Dielectric Resonator (DR) Support (Al2O3-based) 기지국 단말기 Duplexer

27 Electronic Substrates
(Source: NTK web page) Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

28 MW Dielectric Components
MW Dielectric Substrates, Filters, and Resonators (Source: NTK web page) Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

29 MW Dielectric Resonator
Ferro-Transelco Div NTK Products Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

30 Antenna 세라믹 패턴형 안테나 세라믹 적층형 안테나
세라믹 적층형 구조는 기존의 헬리컬 안테나의 나선구조를 수에서 수십 장의 세라믹 패턴 위에 형성하고 이것을 적층 공정을 이용하여 하나의 초소형 모듈로 개발한 것이다. 현재 무라타 등의 고주파 세라믹 전문업체에서 시제품을 출하하고 있으나 광대역 주파수폭의 구현에 약간의 문제점이 있어 지속적인 연구가 진행되고 있다. 세라믹 적층형 안테나는 그 크기가 6.3×5×1.5㎣ 정도로 매우 작으며, 세라믹 적층 공정의 안정화에 따라 대량생산이 가능하며, 저가격화 실현이 가능하다는 장점이 있다. 적층 패턴이나 공정의 개선, 그리고 재료의 개발 등을 통하여 우수한 특성을 구현할 수 있을 것이다. 6.3×5×1.5㎣

31 (a) 개별 공진기형 (b) 모노블록형 (c) SAW 듀플렉서 (d) 세라믹 적층형
송신단과 수신단용 대역통과 필터가 하나의 필터로 구성 ☞ 주파수의 송수신 신호를 여과하여 주는 부품 Duplexer (a) 개별 공진기형           (b) 모노블록형            (c) SAW 듀플렉서               (d) 세라믹 적층형 그림 3. 여러 가지 듀플렉서 필터의 형태 마쓰시타 LG정밀 15×7.5×3 (0.34cc) 12.6×7.8×3 (0.29cc)         업체  형 태 외형 크기(㎣) 가공 형태 개별 공진기 무라타 19×4×2.4 (0.18cc) 모노블록 히타치 7×5×2 (0.07cc) SAW 듀플렉서 TOKO 3.2×1.6×1 (0.005cc) 세라믹 적층

32 MW용 유전재료의 개발동향 품질계수값(Q0×f0) 유전율 (εr) BMT(Ba,Mg,Ta)계 –Murata
Al2O3 BMT(Ba,Mg,Ta)계 –Murata Ba(Mg,(Sb,Ta))O3 MgTiO3 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 MgTiO3-CaTiO3 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 (Zr,Sn)TiO4 (Sr,Ba)(Mg1/3Nb2/3)O3 (CaTiO3-La(Zn1/2Ti1/2)O3 BiNbO4 SrZrO3 BaO-Sm2O3-TiO2계 (Ba,Pb)O-Ln2O3-5TiO2 (Pb,Ca)ZrO3 MW용 유전재료의 개발동향

33 국산 휴대폰 6대 핵심부품의 수입품 비중 구분 전력증폭기모듈 (PAM) 표면탄성파 (SAW) 필터 온도보상형 수정발진기
(TCXO) 전압제어 발진기 (VCO) 듀플렉서 (Duplexer) 아이솔레이터 (Isolator) 외국산 비중(%) 95 88 90 80 81 92 주요 수입 업체 RFDM (미국) EPCOS (일본) 일본전파 무라타 자료:산업자원부 일자 중앙일보 Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

34 Multilayer Ceramic Capacitors
(MLCC) Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

35 Metallurgical and Materials Engineering
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

36 Piezoelectric, Ceramic and SAW Devices
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

37 SAW Devices  SAW Surface Acoustic Wave
In a SAW, an acoustic wave is made to propagate along a piezo- electric substrate surface. Devices such as SAW filters consist of an input transducer to convert electrical signals to tiny acoustic waves, which then travel through the solid propagation medium to the output transducer where they are reconverted to electrical signals.  SAW Devices SAW Filters SAW Resonators Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

38 SAW Devices Fujitsu SAW Filters
Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

39 VCO (Voltage-Controlled Oscillator)
Piezoelectric Filter LiTaO3 single crystal and sliced wafer VCO (Voltage-Controlled Oscillator) Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

40 Ceramic Chip Filter Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

41 Piezoelectric Ceramic Devices

42 Piezoelectric Devices
Gas Igniter Ultrasonic Oscillator (Source: NTK web page) Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

43 RF Ceramic Filters (Source: SPK web page)

44 Other Examples of Passive Components
Al Electrolytic Capacitor (Source: SPK web page) Materials & Metallurgical Engineering Electronic Materials Lab

45 and Devices Ferroelectric Thin Films
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

46 DRAM Cross-Section M2 Capacitor M1 Transistor p-well n-well Unit Cell Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

47 APPLICATIONS OF FeRAM Personal Organizer : Data protection
with or without a battery Smart Card : Read/write transactions without contact Cellular and PCS Phones : Consumes less power than conventional units Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

48 Metallurgical and Materials Engineering
Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

49 차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계?
차 례 - 재료과학 및 공학 - 전자재료 및 소자  전자재료란 무엇인가?  휴대전화와 전자재료/소자는 어떤 관계? - 재료공학 분야의 향후 전망 Yeungnam University Electronic and Thin Film Materials Lab

50 졸업생 진출분야 연구소 : 국방과학연구소 (ADD), 한국과학기술연구원 (KIST) 포항산업과학연구원 (RIST)
기업체 : 삼성전자, 삼성전기, 삼성코닝, 휘닉스디스플레이전자, LG전자, LG전선, LG Philips-LCD, LG실트론, 대우전자, 오리온전기, 한국전기초자, 이수세라믹, 하이닉스반도체, KEC㈜, 아남반도체, 포스코휼스, 쌍용양회, 3M, 포철노재, 제일연마, 고려도토, 한국화이바, 한국오웬스코닝, 원익텔콤, 가람, 삼립산업, 한국통신, 하나로통신, 루시드코리아, 래트론, 에이스하이텍, 인텍코리아, 이노스텍㈜, 셀레콤㈜, ㈜SCC, … 진학 : 서울대, 연세대, 고려대, 한양대, 경북대, 정보통신대학원, Univ. Southern California, Univ. Manchester, Penn State Univ. 기타 : 공무원(교육, 세무, 행정), 공사(한전, 지하철, 도시가스) Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

51 재료과학및공학과 우리나라 경제 Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

52 우리나라 산업구조 ☆ 1960년 ~ IMF체제 이전 ☞ 재벌중심, 대기업 위주 국가기간산업 집중육성, 고용창출
☞ 재벌중심, 대기업 위주 국가기간산업 집중육성, 고용창출 반도체, 철강, 자동차, 조선, 중공업, 중화학, 건설 ☞ 문제점: 原素材, 1차가공素材, 반제품, 생산설비 도입  기술의 해외의존 심화  가공기술(생산기술)만 기형적으로 발달 낮은 부가가치에도 불구하고, 자동화 등으로 인한 생산원가 절감, 낮은 인건비로 인하여 산업이 유지됨. 시스템설계기술, 素材및부품기술의 낙후 초래 Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab

53 우리나라 산업구조 ★ IMF체제 이후 우리가 갈 길 (Structural Reform) ☞ 재벌중심, 대기업 체제의 붕괴
☞ 재벌중심, 대기업 체제의 붕괴 우리가 살 길 고부가가치 산업 개발/육성 중소기업 육성? 벤처기업 창업? 정보통신 (IMT2000)? ⇒ Materials and Components Technology, Mechatronics, Internet Software, Multimedia Industry, ASIC Design, System Design, Genetic and Molecular Biology, ... Metallurgical and Materials Engineering Electronic and Thin Film Materials Lab