[칼럼] 인쇄전자기술로 제조하는 경쟁력 있는 제품 (I)
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[칼럼] 인쇄전자기술로 제조하는 경쟁력 있는 제품 (I)
  • 조규진
  • 승인 2019.10.09 11:22
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성균관대학교 양자물리과학원 생명물리학과 조규진 교수
조규진 교수
조규진 교수

증착과 포토리쏘그라피 공정으로 대표되는 Si기반의 전자제품에 비해 높은 시장경쟁력을 지닌 인쇄전자기술에 기반 한 제품을 디자인 하라고 하면, 제일먼저 인쇄전자의 가장 큰 장점은 무엇이고, 단점은 어느 것인지를 이해하고 인쇄전자 제품을 디자인 하여야 한다.

먼저 인쇄전자의 장점을 살펴보면, 가장 첫 번째로 고려되는 것이 Advanced Additive Manufacturing공정에 기반 한다는 것이다. 즉 기존의 증착과 포토리쏘공정과는 다르게 Additive방식의 제조공정이기 때문에 소재의 낭비가 현저히 줄고, 또한 부산물이 거의 없는 환경 친화적인 제조공정으로 인해 선진국에서 다시금 도입하고자 하는 제조공정이라는 점이다.

또한 두 번째 장점으로는, 양산성이다. 인쇄전자는 R2R인쇄공정 도입이 가능하여 최대 분당 500m속도로 전자제품을 생산 할 수 있는 기술이기 때문에 전자제품 양산성에서, 어느 제조기술도 경쟁상대가 될 수 없다고 할 수 있다.

마지막 장점으로는, 초대면적 전자제품에서 소형제품까지 동일한 제조공정에서 단지 인쇄노즐, 인쇄 롤의 크기를 확대하여 간단하고 저렴하게 제조 할 수 있다는 것이다. 기존 디스플레이에 사용하는 Gen 6, Gen7 및 Gen8과 같은 크기별로 다른 별도의 팹을 구성 할 필요 없이, 하나의 인쇄기로 모든 크기의 제품을 생산 할 수 있다는 것이며, 동시에 반도체메모리용 따로 그리고 시스템 반도체용 따로의 제조공장이 필요 없이, 하나의 인쇄장비로 디스플레이에서 시스템 반도체까지 모두 생산 가능하다는 것이 초기 산업 투자차원에서는 가장 큰 장점이라고 할 수 있다.

반면 단점으로는 인쇄로 제조한 전자소자의 내구성과 안정성이 현저히 낮고, 현재소자의 스위칭 속도가 100KHz 미만이기 때문에, 상기에 언급한 것과 같은 장점들을 극대화 하는 동시에 다른 단점을 극복하는 제품을 디자인 하고 개발 하여야 한다.

즉, 인쇄전자에 기반 하여 제조하는 제품을 디자인한다면 먼저, 시장에서 충분한 경쟁력을 갖출 수 있는 인쇄전자의 장점을 극대화하는 제품으로 디자인하고 제조하는 기술을 개발하여야 한다. 이러한 대표적인 제품으로는 초대면적 TFT-active matrix기반의 디지털 사인에이지와 로봇스킨을 들 수 있는데, 이 두 가지 제품의 경쟁력은 구동속도에 기반한 기능성보다는 제조하는 가격, 크기 그리고 제조공정이 주변 환경에 미치는 환경 오염도를 고려해서 판단 할 때, 가장경쟁력이 있는 제품으로 생각된다.

상기에 언급한 두 가지 제품은 아직까지 상용화에 성공하지 못하고 있는데, 상용화 실패의 주된 이유로는 인쇄한 소자의 성능에 있지 않고, 제품의 안정성을 확보하기 위한 기존 Si소자에 적용되었던 패시베이션 기술 또는 엔캡슐레이션기술이 인쇄전자로 제조된 제품에 적합 하지 않기 때문이다.

따라서, 인쇄된 전자소자의 안정성과 내구성을 확보 할 수 있는 패시베이션과 엔캡슐레이션 기술이 확보되었다면, 초대면적 디지털 사인에이지에서 소형 가격포시 라벨에 이르는 제품이 인쇄전자 기술을 이용 할 때, 기존의 디스플레이공정에 의한 사인에이지 제품 보다 가격경쟁력이 매우 높고, 진입기술장벽이 높아, 중국이나 인도에서 쉽게 따라하지 못할 제품이라 생각된다. 또한 동일한 인쇄 TFT-active matrix에 압력에 민감한 고무를 라미네이팅 하여e-skin으로 제조하면 로봇의 인공피부 제품으로 적용이 가능한데, 이러한 유연 인공피부 제품도 기존의 증착과 에칭에 의한 반도체 공정으로 제조한 제품 보다 월등히 높은 시장 경쟁력을 지닐 것으로 기대한다.

결국, 현재 인쇄 트랜지스터에 기반 한 능동 소자제품은 Si공정기반의 소자제품보다 월등하게 시장경쟁력이 높은 제품을 무궁무진하게 만들어 낼 수 있는데, 아직까지 소자제품의 안정화와 내구성에 대한 연구가 현저히 부족한 상태인 것으로 보이며, 소자 안정화와 내구성 확보 부분에 대한 정부차원의 지원이 인쇄 트랜지스터기반 제품을 생산하려는 산업체를 중심으로 하루속히 이루어져야 중국과 인도가 따라올 수 없는 하이텍이면서 시장 규모가 기존의 LCD시장보다 10배 이상 높은 인쇄 TFT-active matrix기반 유비쿼터스 디스플레이 분야를 대한민국이 선도 할 수 있다고 생각된다.

【에이아이타임스 aitimes 에이아이타임즈】


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