일본산업뉴스요약

DMG모리, 유럽에서 초음파 가공기 생산능력 2배로
왕성한 반도체 수요에 대응

성장 분야로 기대되는 반도체 시장의 가공 기능을 강화하기 위해 DMG모리정기가 유럽 공장을 확장했다. 독일 남서부 라인란트팔츠주에 위치한 슈티프스하우젠 공장에서 깨지기 쉬우면서 단단한 소재(취성재료) 가공에 적합한 초음파 기술과 관련해 생산, 물류, 연구개발의 기능을 강화한다.

약 1,400m²의 공간을 증설했으며, 생산 측면에서는 초음파 기술을 탑재한 5축 제어 머시닝센터(MC) ‘ULTRASONIC’ 시리즈의 연간 생산능력을 2배로 확대했다. 이 시리즈는 공구의 회전운동에 고주파 진동을 중첩함으로써 반도체 분야에서 많이 사용되는 세라믹이나 유리 등의 취성재료로 만들어진 워크(피가공물)를 고효율로 가공할 수 있다.

-- 초음파 가공의 메커니즘 --
DMG모리정기는 2026년 6월 10일 슈티프스하우젠 공장 개소식에 맞춰 신제품 ‘ULTRASONIC 80 Precision’을 발표했다. 일반적인 5축 제어 MC의 절삭 기능에 더해 원통 연삭 기능까지 갖춘 공작기계로, 보다 큰 워크를 가공할 수 있도록 했다. 직경 800×높이 400mm, 질량 350kg까지의 워크를 가공할 수 있다.

초음파 진동을 발생시키는 메커니즘은 다음과 같다. 주축 내부에 1차 코일을 설치하고, 공구를 고정하는 HSK 홀더 내부에는 2차 코일과 압전소자를 배치한다. 1차 코일에 고주파 교류전류를 흘리면 전자기 유도에 의해 2차 코일에 교류전압이 유기되고, 압전소자에 교류전력이 공급된다. 그러면 압전소자가 교류전력을 기계적 진동으로 변환해 초음파 진동을 발생시킨다.

이 초음파 진동을 혼(Horn)으로 증폭해 공구로 전달하면, 밀링에 의한 회전운동에 최대 진폭 15μm의 초음파 진동이 더해진다. 이에 따라 공구는 회전하면서 미세한 충돌을 단속적으로 반복하면서 워크를 깎아낸다. 공구로는 예를 들어 입경 약 150μm의 다이아몬드를 금속으로 소결해 만든 다이아몬드 숫돌 등을 사용한다.

이러한 메커니즘을 통해 취성재료로 만든 워크를 가공할 때 절삭 부하를 최대 50% 줄이는 동시에 가공 표면의 손상도 최대 40% 저감할 수 있다고 한다. 그 결과 후공정에서 필요한 연마 작업이 줄어 전체 가공시간을 단축할 수 있다. 또한 미세한 진동으로 칩 배출성이 향상되기 때문에 워크 표면에서 발생하는 열을 크게 줄일 수 있다는 장점도 있다.

-- 스테이지 모듈 등을 가공 --
대표적인 가공 대상 부품은 반도체 제조장비에 사용되는 스테이지 모듈이다. 웨이퍼를 고정밀로 위치를 지정하고 이송하기 위한 부품이다. 워크 소재로는 독일의 산업용 유리 제조업체 Schott(쇼트)가 개발한 초저열팽창 유리 세라믹(결정화 유리) ‘Zerodur’를 사용한다. “단단하면서 깨지기 쉬워 가공이 어렵지만 안정적으로 절삭할 수 있다”(DMG모리정기).

웨이퍼 척(Chuck) 가공에도 적합하다. 열변형이 잘 일어나지 않는 데다 고강성·내마모성이 뛰어난 탄화규소(SiC) 워크를 절삭하여 제작한다.

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