성균관대 연구팀-삼성전자 공동 개발

비등방성 전도성 접착제 실제 적용 예시

국내 연구진이 회로 집적도 한계를 돌파하는 전도성 접착제 개발에 성공했다. 

한국연구재단(NRFㆍ이사장 노정혜)은 김태일 성균관대학교 교수 연구팀이 삼성전자 연구진과 함께 초소형 전자 소자의 고밀도 집적을 위한 전도성 접착제를 개발했다고 12일 밝혔다. 

전자 소자 크기가 마이크로 단위일 경우 소자 간 거리도 좁아지고 전극도 작아져 소자 배열이나 전극 연결이 까다롭다.

기존에는 LED와 트랜지스터 등 소자 구성 요소를 기판에 집적하는데 금속와이어나 전도성 필름을 이용한 패터닝 방식을 주로 썼다. 하지만 이 방식은 고온 및 고압 상태에서 활용하기 때문에 기판이 변형될 수 있는 유연 기판에 적용하기 어렵다. 유연함이 필요한 웨어러블 디바이스나 초소형 신경자극소자 등 생체 의료기기에 활용하는데 한계가 있었다. 

이에 착안한 연구팀은 전도성 접착제를 저온ㆍ저압에서 활용해 머리카락 굵기보다 작은 30마이크로미터(μm)×60μm 크기 LED 수천 개를 유연기판 위에 집적하는 데 성공했다. 신용카드보다 작은 기판에 100μm 간격으로 60만 개 마이크로 LED를 배열할 수 있는 수준으로 기존 상용기술과 비교해 20배 이상 집적도를 향상시켰다. 

연구팀은 고분자 접착제와 나노금속입자로 만든 전도성 접착제를 이용해 소자와 소자, 소자와 전극을 수직으로 연결했다.

스핀코팅이나 UV 노광 등 비교적 간단한 공정을 이용했으며 공정 온도 및 압력을 각각 100℃, 1기압 이하로 내려 기판에 미치는 물리적 영향을 줄였다. 

비등방성 전도성 접착제 공정 및 이론적 분석과 신뢰성 측정

연구팀은 연꽃 표면에 물을 튕겨내는 발수현상에서 힌트를 얻어 접착제 표면의 습윤성을 조절할 수 있다는 점을 이용했다. 유동성 있는 얇은 접착제 피막의 안정성이 피막 두께나 소자, 전극 등 표면 특성에 따라 달라져 서로 접촉하거나 떨어지도록 조절한 것이다. 

연구팀은 이 과정으로 수천 개의 초소형 마이크로 LED를 99.9% 고수율을 유지한 채 대면적으로 전사할 수 있었다며 급격한 온도 변화로 인한 열충격 및 고온다습 환경에서의 신뢰성 테스트를 거쳐 결합 안정성을 확인했다고 설명했다.