전자회로·태양전지를 인쇄해 만든다고?

기계연구원 '프린티드 일렉트로닉' 기술 개발 추진

RFID태그 제작에도 사용… 생산비용 획기적으로 낮춰

기계연의 롤투롤 인쇄장비. 인쇄 대상인 필름이나 종이가 수십 개의 롤을 지나며 인쇄에 필요한 적정 압력을 유지한다.

롤투롤 인쇄장비로 제작한 종이 디스플레이. 일반 종이에도 인쇄할 수 있다. 다만 현재는 단색만 가능하며 컬러화 연구를 진행하고 있다.

와인 병에 RFID 태그를 부착한 외국의 사례. 리더기에 접근시켜면 RFID 태그를 부착한 상품에 대한 정보를 확인할 수 있다.

시계처럼 손목에 찰 수 있는 휴대폰ㆍ정보기술(IT) 기기를 개발하려면 내부 전자회로, 디스플레이 장치 등이 유연성을 가져야 한다. 건물 유리창, 의류 등에 부착할 수 있는 박막형 태양전지를 실용화하기 위해서도 얇고 잘 휘는, 유연성을 가진 태양전지가 필요하다.

인쇄 방식의 전자회로ㆍ칩을 제작하는 '프린티드 일렉트로닉(Printed Electronic)' 기술은 이 같은 제품을 실용화할 수 있게 해줄 것으로 기대된다.

한국기계연구원은 최근 외국 휴대폰 업체와 함께 휴대폰에 사용되는 전자회로기판을 인쇄 방식으로 제작하는 기술개발을 추진하고 있다. 또 국내 디스플레이장치 업체와 간단한 터치스크린을, 한국에너지기술연구원ㆍ한국화학연구원과 박막형 태양전지를 인쇄 방식으로 제작ㆍ개발하는 연구에 들어갔다.

기계연구원은 전자회로, 박막형 태양전지를 대량 생산할 수 있는 '롤투롤(Roll To Roll)' 기술을 갖고 있다. 이 기술은 전자회로 등의 생산비용을 기존의 평판인쇄 방식의 10분의1 수준까지 낮출 수 있다.

◇'프린티드 일렉트로닉'이란=

컴퓨터ㆍ휴대폰 등의 부품인 회로기판에 전자회로를 만들려면 보통 기판 전체에 구리 도금을 한 뒤 화학적인 방법으로 불필요한 부분을 깎아내거나 기판에 원하는 구리 배선을 부착시킨다. 반도체칩용 실리콘 웨이퍼도 비슷한 방식으로 만들어진다. 필름을 기판으로 사용하는 경우에도 대부분 이 같은 방식이 사용된다.

반면 프린티드 일렉트로닉 기술을 활용하면 필름ㆍ종이 등에 특수 전자잉크를 인쇄하는 간단한 공정만으로 전자회로를 만들 수 있어 회로기판을 값싸게 생산할 수 있다. 독일ㆍ일본 등에서 개발해온 평판인쇄 기술과 달리 전자회로를 대량 생산할 수 있고 일반 인쇄처럼 공정이 상온ㆍ상압에서 이뤄지는 것도 강점이다. 기술이 발전하면 미세한 반도체칩 회로까지 인쇄공정으로 제작할 수 있다.

◇롤투롤 인쇄기술이란=

기계연구원 나노융합기계연구본부의 김동수 박사팀은 프린티드 일렉트로닉스 기술 중 가장 진보된 형태인 롤투롤 기술을 개발하고 있다. 평판 형태로 전자회로를 찍어내는 게 아니라 신문을 인쇄할 때처럼 다수의 롤을 이용해 필름ㆍ종이를 순환시키며 전자잉크를 인쇄한다.

현재 기계연이 롤투롤 기술을 이용해 연구하는 분야는 RFID 태그, 박막형 태양전지, 유연한 디스플레이 장치 등 세 분야. 안테나ㆍ메모리칩 등으로 이뤄지는 RFID 태그의 안테나 부분은 이미 롤투롤 방식으로 제작할 수 있다. 기계연은 보다 정밀한 인쇄가 가능한 롤투롤 장비 개발을 마치고 이달부터 시험가동에 들어가 상반기 중 약 300개의 트랜지스터가 내장된 RFID용 메모리칩을 인쇄 방식으로 제작할 계획이다.

태양광을 흡수해 전기를 생산하는 염료감응형 박막 태양전지(회로 포함)를 롤투롤 방식으로 인쇄, 생산단가를 크게 낮추기 위한 연구(2009~2013년)도 한국에너지기술연구원ㆍ한국화학연구원과 공동으로 착수했다.

디스플레이 장치의 경우 지금은 종이ㆍ필름에 인쇄해 한가지 색만 표현할 수 있지만 올 하반기부터는 컬러화 기술개발에 들어갈 예정이다. 가격이 저렴하고 휘어지는 유연한 디스플레이 장치를 인쇄 방식으로 제작하기 위한 과제다.

◇어디에 사용되나=

롤투롤 기술이 가장 빠르게 적용될 수 있는 분야는 RFID 태그 제작 분야다. RFID 태그는 현재의 바코드를 대체하는 기술로 메모리칩에 상품정보를 저장한 뒤 RFID 태그 리더기에 접근시키면 상품정보를 읽어낼 수 있다. 유통ㆍ물류 부문에 혁명을 가져올 것으로 기대되는 기술이지만 생산단가가 비싸 상용화가 더딘 실정이다. 기계연은 롤투롤 방식으로 RFID 태그를 제작할 경우 생산단가를 지금의 33% 이하로 낮출 수 있을 것으로 예상하고 있다.

또 휴대형 IT기기 등 각종 전자기기에 들어가는 전자회로기판을 인쇄 방식으로 제작하는 것도 가능하다. 초저가형 휴대폰 개발을 추진하고 있는 외국의 한 대형 휴대폰 업체는 최근 김 박사팀의 롤투롤 기술을 활용해 휴대폰 회로기판 전체를 인쇄 방식으로 제작할 수 있는지 타진했다. 이르면 올해부터 기술개발이 진행될 것으로 보인다.