[논문]인쇄전자 기술 및 장비개발 현황

신동윤

doi:10.3795/ksme-c.2017.5.1.007

인쇄전자 기술 및 장비개발 현황
Methods and Development Status of Equipment for Printed Electronics 원문보기

대한기계학회 논문집. C, 산업기술과 혁신, v.5 no.1, 2017년, pp.7 - 21

신동윤 (부경대학교 인쇄정보공학과)

초록
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액상의 전자재료를 인쇄라는 저비용 패턴방식을 이용하여 전자 혹은 디스플레이 부품 및 제품을 대량 생산하는 것을 인쇄전자라고 하며, 2007 년을 전후하여 국내에서도 본격적으로 저비용 전자 및 디스플레이 부품 및 제품을 제조하기 위한 소재, 공정 및 장비에 대한 연구가 시작되었다. 본 연구에서는 수~수십 마이크로미터급의 해상도를 가지는 전자 혹은 디스플레이 부품 및 제품을 생산할 수 있는 초정밀 인쇄전자 장비들에 대해 소개하도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Printed Electronics is a relatively new subject where electronics and display appliances are mass-produced by employing low-cost printing techniques with electronic materials suspended in a liquid medium, and many efforts to develop materials, process and equipment to commercialize low-cost electronics and display parts have been made since 2007 in the Republic of Korea. In this work, the development status of printing equipment for printed electronics and display components in the size of a few micrometers and tens of micrometers is briefly introduced.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

⁽¹²⁾더 나아가 서브 마이크로미터급의 얇은 박막을 코팅하기 위한 슬롯 다이 코팅과 같은 초정밀 코팅 장비들도 인쇄전자용 장비들로 분류할 수 있다.⁽¹³⁾그러나, 본 글에서는 액상의 기능성 잉크 혹은 페이스트를 사용하여 직접 전자 혹은 디스플레이 부품 및 제품을 제조하는 초정밀 장비들 및 그 주변 기기들로 범위를 국한하여 개발현황을 소개하도록 한다.
지금까지 인쇄전자 제품을 구현하기 위한 접촉 및 비접촉식 인쇄방식에 대해 소개하였다. 수 십마이크로미터 이하의 고해상도를 구현하기 위해서는 기존 그래픽 인쇄를 훨씬 상회하는 고정밀도, 고신뢰성을 구현해야 한다.

제안 방법

초기에는 카메라로 촬영한 잉크액적 이미지를 이용하여 속도를 동기화하거나 부피를 계산하는 방식을 취하였으나, 광학계 분해능의 한계 때문에 산업계에서 요구하는 오차 범위 내로 부피를 교정하는 것을 달성하지 못하였다. 이후 백색광 간섭계 혹은 레이저 스캐닝 현미경 등을 이용하여 잉크액적의 부피를 정밀하게 측정하고 교정하려는 시도도 있었으나, 결국 도막의 두께에 따른 색 편차를 측정함으로써 잉크액적의 부피를 교정하는 방식을 개발하게 되었다. 이러한 사례와 같이, 다른 비접촉 인쇄방식들에도 각각의 인쇄방식에 적합한 초정밀 측정 및 교정방식들이 개발될 필요성이 있다.

성능/효과

2(a))는 전면과 후면에 전극을 가진 형태가 가장 일반적이며, 이러한 전극들은 스크린 인쇄를 통해 형성되는데, 그 역사가 1970 년대 초반까지 거슬러 올라간다.⁽²⁾야간에 조명이 들어오는 자동차용 속도 계기판, 풀 터치 스크린 스마트폰이 대세인 지금은 찾아보기 힘들지만 한때 야간에 조명이 들어오던 자판을 가진 휴대폰이나 PDP TV⁽³⁾등, 우리 주변의 생활 속 상당수의 전자제품들에 이미 인쇄전자가 적용되어 왔다.
압전 잉크젯의 장점은 (1) 잉크액적의 초당 토출 횟수를 나타내는 주파수가 수십에서 최대 백 kHz 에 이르며(미국 Fujifilm Dimatix, SAMBA^TM), (2) 헤드 당 노즐의 개수가 2000 개가 넘으며(일본 Kyocera KJ4B-0300 잉크젯 프린트헤드의 경우 2656 개) (3) 기능성 재료의 낭비가 극히 적고, (4) 잉크가 노즐에서 토출되기 이전에는 밀폐된 환경에 있기 때문에 오염의 가능성이 적으며, (5) 박막 필름을 형성하기 위한 저점도 잉크를 다루는데 가장 적합하다는 것이다. 따라서, TFT LCD TV 의 컬러 필터, OLED TV 와 같이 구조 상 잉크의 퍼짐성을 제어할 수 있는 표면 에너지 패턴법을 적용하기 용이한 제품들이 압전 잉크젯의 주요 적용분야로 거론된다.

후속연구

최근에는 스크린 인쇄를 대체할 결정질 실리콘 태양전지의 차세대 전극형성 인쇄공정으로서 연구개발이 활발하다.^(51,52)또한, 항복응력을 가진 고점도 페이스트를 사용할 수 있다는 점은 추후 디스펜싱 인쇄방식이 3 차원 인쇄전자에 접목될 수 있는 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.⁽⁵³⁾그러나, 정전기력 잉크젯 인쇄방식과 마찬가지로 온-오프 제어가 용이하지 않다는 점 때문에 멀티 노즐화 하여 복잡한 패턴을 고속 대량으로 형성하는 용도에는 적합하지 않다.
2(b)) 등에 광범위하게 사용되어 왔으며, 향후 10 년 뒤에도 확고한 지위를 유지할 것으로 예측된다. 또한, 잉크젯 인쇄방식의 경우에도 현재 TFT LCD TV 의 배향막(alignment layer) 공정과 액정 도포 공정 외에도 OLED TV 와 같은 차세대 디스플레이 산업 등에 적용이 확대되면서 매우 큰 성장을 할 것으로 예측된다.
비단 인쇄전자 산업뿐만 아니라 기존의 한국의 성장동력이었던 조선, 자동차, 반도체 및 디스플레이용 장비산업에도 위기감이 광범위하게 퍼져있기는 마찬가지인 상황이다. 앞으로 인쇄전자의 새로운 응용분야를 탐색하고, 이에 요구되는 소재와 장비들을 개발함에 있어 인쇄전자 산업계와 학계, 연구소의 좀 더 뚜렷한 역할분담과 책임감 있는 연구개발, 그리고 상호 긴밀한 협력이 더욱 요구된다.
초정밀 인쇄장비 외에도 균일한 도포량을 구현하기 위해, 혹은 중첩 정밀도를 정밀하게 제어하기 위한 주변 모듈 혹은 장비들도 함께 개발되어야 한다. 잉크 혹은 페이스트 상태의 기능성 소재를 고해상도로 인쇄를 한 후, 불필요한 용매와 첨가제들을 제거함으로써 소재 본연의 기능을 구현할 수 있는 (열처리기와 같은) 후속 공정장비들 또한 개발되어야 한다.
롤 형태의 기판이 이송되면서 좌우로 흔들리게 되는데, 기존 그래픽 인쇄용으로 개발된 웹 장력 조절 및 제어기(web tension control), 모서리 검출 및 제어기(web edge control)로는 인쇄전자에서 요구하는 중첩 정밀도를 충족시킬 수 없다. 특히, 습도와 열에 의한 기판의 변형까지 감안한 정밀한 중첩 정밀도 제어를 수행하기 위해서는 Fig. 9 에 보인 바와 같이 정밀한 레지스트레이션 마크를 형성하기 위한 방법과 레지스트레이션 마크를 고속으로 인식하기 위한 장비, 그리고 위치 보정을 위한 고속 프로세싱 알고리듬에 대한 추가적인 연구개발이 필요하다.^(56,57)

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인쇄전자란?	인쇄를 통해 금속전극을 형성할 경우, 기존 반도체 공정에 비해 공정 단계가 줄어들 뿐만 아니라 공정 중 버려지는 재료의 양을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 인쇄를 이용하여 전자 혹은 디스플레이 부품 혹은 제품을 제조하는 것을 인쇄전자(printed electronics)라고 통칭하고 있으며, 학문의 한 영역으로서 그 입지를 다지고 있을 뿐만 아니라 인쇄전자와 관련된 소재 및 장비 산업 또한 급속히 성장하고 있다.
	인쇄를 통해 금속전극을 형성할 경우 장점은?	인쇄를 통해 금속전극을 형성할 경우, 기존 반도체 공정에 비해 공정 단계가 줄어들 뿐만 아니라 공정 중 버려지는 재료의 양을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 인쇄를 이용하여 전자 혹은 디스플레이 부품 혹은 제품을 제조하는 것을 인쇄전자(printed electronics)라고 통칭하고 있으며, 학문의 한 영역으로서 그 입지를 다지고 있을 뿐만 아니라 인쇄전자와 관련된 소재 및 장비 산업 또한 급속히 성장하고 있다.
	그라비어 오프셋 인쇄의 문제점은?	이러한 장점 때문에 그라비어 오프셋 인쇄가 인쇄전자에 애용되어 왔다.(19,20) 그러나, 오목 제판으로부터 잉크가 전이된다는 특성 상 인쇄된 패턴의 두께가 오목 제판의 선폭, 인쇄되는 방향과의 각도, 그리고 인쇄 공정 조건 등에 영향을 받는다는 문제점이 있다.(21~24)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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