세라믹스｜R&D

융합기술과 세라믹
(Fusion Technology in Ceramics)

김효태 공학박사 요업기술원 융복합기술본부      신효순 공학박사 요업기술원 융복합기술본부
남중희 공학박사 요업기술원 융복합기술본부      이은철 이학박사 요업기술원 융복합기술본부
여동훈 공학박사 요업기술원 융복합기술본부      김종희 공학박사 요업기술원 융복합기술본부

최근 디지털 컨버전스와 유비쿼터스라는 용어는 과학자 및 엔지니어들의 전유물이 아니라 기술 개발과는 전혀 상관없는 사람들에게도 통용되는 용어가 되었다. 이것은 우리 사회가 IT 기술을 중심으로 얼마나 빨리 발전하고 있는가를 보여주는 단적인 예라 할 수 있다. 그러나 이들 개념 속에는 지금까지 다양한 기초 과학 연구와 응용기술 개발이 한계에 부딪치고 새로운 연구개발 개념이 일상화 되고 있음을 시사하고 있다. 즉, 하나의 기술이 아닌 디지털을 통한 다양한 각각의 기능이 컨버전스 되는 기술의 융합화를 의미하고 있으며 어디서나 네트워크에 접속할 수 있는 유비쿼터스 환경은 다양한 의료서비스, 환경 및 에너지 등의 기술과 기능이 융복합화 되어야 하는 필연적인 사회를 만들어 가고 있다.  
이제는 흔히 언급하는 ‘융합’이란 용어는 아직 그 정의부터가 명확히 하기 어려운 것이 현실이다.  여기서 우리가 말하고자하는 융합기술이란 IT 와 BT의 결합, IT 와 NT 의 결합 내지는 IT-BT-NT의 결합기술을 뜻하는 것으로서, 필자는 단순히 기술의 결합을 의미하는 ‘Combined technology’라는 용어가 적절하다고 생각하였으나, 이 용어의 영문 어휘 채택에서 조차도 ‘Fusion’, ‘Convergence’ 등 국내외에서 명확히 통일되고 있지 않으며 필자가 소속한 부서에서 도출한 ‘Fusion technology’를 본고에서도 이하 융합기술 = Fusion technology 라고 하겠다.
융합기술은 하나의 기술이 단계적으로 발전해 오던 과거의 기술 트랜드를 벗어나 복합적인 기능을 하나의 제품 또는 서비스에 구현하는 것이다. 이 융합기술의 발전 방향은 먼저 하나의 중심이 되는 기술 축이 필요하다. 이 기술을 바탕으로 다른 기술이 융합되어 가는 형태로 융합화가 이루어져야 한다. 지금까지 기술의 발전 속도나 복합화 및 소형화를 주도해 온 IT 부품기술은 이들 융합기술의 중심에 있다. 이것은 모든 사회적 needs를 IT 기술을 이용한 유비쿼터스 환경으로 가져가는데 매우 큰 장점이 있기 때문이다. 그리고 IT 기술의 중심에 세라믹스 소재, 부품 및 모듈화 기술이 있다. 이는 곧 융합기술의 핵심가치는 세라믹스 기술에 바탕을 두어야 한다는 것을 의미한다. 

융합기술 개발 동향
융합기술의 개발 동향을 도식적으로 그림 1에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 IT, BT NT의 core 기술을 바탕으로 이들의 융합에 의한 기술이 도출되고 하나의 학문분야 또는 산업분야로 발전해 가고 있다.
이들 분야에 대한 미국, 일본을 중심으로 한 세계 각국의 기술 육성 정책이 활발히 진행되고 있고 국내에서는 정보통신부에서는 이미 지난 2005년 IT-NT-BT 융합 분야 부품·소재 산업의 집중 육성을 위해 ‘IT 기반 융합 부품·소재 육성 계획’확정하고 2015년까지 정보기술(IT)-나노기술(NT) -생명공학(BT) 융합 부품과 소재 산업 육성에 4천802억 원을 투입하기로 한 바 있다.
융합기술 부문에서 가장 먼저 시도된 것이 IT 기술에 나노기술(NT)을 접목한 것이다. NT-IT 융합기술의 대표적인 예로서 나노기술을 이용한 반도체 및 나노 전자(nano-electro
nics) 분야로서 nano-lithography와 같은 차세대 반도체 device 용 나노공정기술, nano-machining, nano-medical device, nano/micro-device, 나노센서분야 및 나노/마이크로로봇 등이 있다. 로봇분야에서는 dynamic locomotion과 auto balancing 기능을 포함한 humanoid 로봇과 음성인식 및 대화 기능을 포함한 지능형 로봇, 탐사 및 정찰 감시로봇 등이 주를 이룬다. 정보통신부가 선정한 7대 IT-NT 융합 원천기술로는 이미지 센서, 역학 센서, 환경 센서, 실리콘 신소자, 나노 시스템온칩(SoC), 전원소자, 광소자 등이 선정되어 있다.
NT-BT-IT 융합기술 분야로서는 나노바이오 소재를 이용한 나노 바이오센서 및 약물전달시스템(DDS: drug delivery system) 등이 있다. BT와 NT-IT가 융합된 대표적인 실용화 케이스가 바로 `랩온어칩(Lab On a Chip)이다. 랩온어칩은 한 개의 칩 위에 실험실 규모의 시험 및 분석 기능이 구현된 것을 말하는 것이며, 지금까지는 반도체 회로 및 식각 등 반도체 기반 기술을 활용하는 경우가 대부분이었으나, 최근 LTCC 기반 기술을 이용하여 보다 저렴한 세라믹 공정기술을 이용한 랩온어칩 구현에 대한 연구내용이 속속 발표되고 있다. 약물전달 시스템 분야는 항암제 등 nano-medicine DDS 등이 연구되고 있다.
IT-BT 융합기술로서는 nano 캡슐, 바이오센서, 랩온어칩을 위시한 biotech 분야와 bio-medical computing 및 biomedical equipment 등을 포함한 bioinformatics가 있다. Biotech 분야에서는 bio 관련 각종 센서, 기기 및 바이오 정보 등을 개발하고 있으며, bioinformatics 분야에서는 단백질 구조 규명, 뇌 과학, 맞춤의학, 재생의학 등이 주요 연구 분야이며 밀레니엄 게놈 프로젝트, 포스트 게놈 프로젝트와 같은 대형 연구활동이 해외에서 진행 중이다. 정보통신부의 8대 IT-BT 융합 원천기술로는 바이오 정보 분석, 바이오센서, 생체 이미징, 바이오 칩, 유해 유기물 센서, 생체신호 인터페이스, 바이오 데이터 보호, 생체 정보보호 등이 각각 선정된 바 있다. 또한 최근 회자되고 있는 bio-healthcare 사업도 BT-IT 융합기술의 전형적인 예라고 볼 수 있다.

융복합기술의 전망
일전에 포항공대 박찬모 총장은 ‘정보기술의 발달과 융합기술의 전망’이라는 특강을 통해 융합기술은 IT와 BT, NT 등 개별기술의 한계를 극복하고 최근 발전하는 신기술을 상승적인 결합(synergistic combination)을 통해 신제품 혹은 서비스를 창출하거나 기존 제품의 성능을 향상시킬 수 있으며, 이 기술은 차세대 이동통신과 디지털 컨텐츠, 첨단 부품소재, 미래형 자동차, 차세대 연료전지, 원격진료 등 가까운 미래에 인간 활동에 가장 큰 영향을 미치게 될 기술로 새로운 블루오션을 창출할 것으로 기대된다고 하였다. 이것이 최근 융합 기술이 주목받는 정확한 이유이다.
시스템 융복합화 기술에 대한 전망은 IT 기술을 기반으로 하는 모듈화 시장의 전망으로부터 살펴보는 것이 바람직하다. 왜냐하면 정확한 미래 예측이 가능한 수준으로 시장이 형성되고 있는 것은 당장 IT 기술기반 시장이기 때문이다. IT 융합기술은 2010년 이후의 유비쿼터스 및 디지털 컨버젼스 시대 도래함에 따라 부품의 실장밀도가 현재 50개/cm2 → 5,000개/cm2로 급격히 증가 하게 된다.
이에 대응키 위한 솔루션으로서 부품의 실장면적의 감소를 위해 기존 개별부품의 2-D 실장기술에서 3-D 실장기술 개발이 시급하며 이들의 기술 발전이 급격히 진행되면 이에 따라 IT 모듈화 기술을 바탕으로 한 5T 간의 system 융·복합화 기술 개발에 대한 요구 및 시장 또한 급격히 증가될 것이다.
보도자료에서 인용한 미국과학재단(NSF)의 평가에 따르면 오는 2014년 NT-IT의 융합에 의한 나노응용반도체시장이 약 400조원 규모로, BT-IT의 융합에 의한 의약과 농업, 환경 분야에 2010년경 약 70조원의 고부가가치 시장이 창출될 것으로 예측하고 있다고 한다.
이러한 미래 수요산업의 전망이 정확하다고 단언할 수는 없지만 이들 시장의 요구에 필수적인 요소기술에 대응하고자 요업기술원 융복합기술본부에서는 융합기술관련 세라믹 소재 및 공정기술을 확보하고 IT를 중심으로 한 융합모듈화 기술을 발전시키며 다양한 B-I-E-NT 융합 시스템모듈 개발을 선도하고 있다.  
융복합기술본부 출범
이와 같은 B-I-E-NT 융합 환경에 대응하고자 요업(세라믹)기술원의 시스템모듈사업단은 지난 2월 1일자로 융복합기술본부(본부장 김종희)로 확대 개편되었다. 이번 조직 개편에 따른 추진 방향의 변화로서 기존의 IT 중심의 세라믹스 관련 부품 및 소재 개발에서 BIT, NIT, EIT, EvIT로의 융합기술 관련 부품소재 개발에 앞장서고자 한다. 이에 따라 확대 개편된 조직의 성격에 부합하는 역할을 재편하였다. 또한 이와 같은 조직 개편을 통하여 요업기술원의 원내 소재기반 기술을 한 단계 더 나아간 부품 및 시스템응용기술로 연결함으로써 시너지 효과를 극대화하고자 한다. 현재 본부조직은 융합기술팀과 시스템모듈팀의 2개 팀 약 20여명의 연구원으로 구성되어 있으며, 박사급은 6명에서 출발하여 우수인력을 지속적으로 충원할 계획이다.
이에 따른 우리 본부의 미션은 1)IT 기반의 세라믹소재 기술에서 BT, ET, Energy, NT분야로 확대, 5T-기술 간의 융복합화에 의한 시스템 및 부품의 신 시장 개척에 대응, 2)후막 요소 기술의 균형발전을 통한 IT 모듈화 기술 선도, 3)소재 및 기능의 융·복합화를 이용한 대형과제 발굴, 4)후막 infra를 기반으로 한 기업밀착형 기술지원을 지향 하고자 한다.
후막 적층기술을 기본으로 3D system 집적화 기술 연구는 시스템모듈팀에서 담당하며 주요 연구 부문은 1)정보통신 및 전자기 관련  RF 응용 유무기 소재 연구:  LTCC 소재, 유·무기 복합소재 기술개발, 2)후막기술을 이용한 모듈화 공정 연구:  후막성형, multilayer 적층, 이종재료 동시소성 기술개발 및 3)고집적 단품 및 복합 부품 연구:  RF/MW/mm- wave 부품 및 모듈 기술개발이다.
IT system 모듈 기술을 바탕으로 한 5T 분야 융합 system의 연구개발은 융합기술팀이 담당하며, 주요 연구부문은 1)3-D integration을 위한 신기능 소재 개발: 감광성 페이스트, 무소성 저온공정용 나노분산소재 등, 2)융합 및 integration을 위한 신공정의 개발: photolithography, direct writing, aerosol deposition  및  3)차세대 신수요 창출을 위한 융합기능 부품 개발 : SoP, micro-fluidics, bio-sensors
/healthcare 등이다.
궁극적으로 우리가 실현하고자 하는 미래의 비전은그림 2와 같이 system 융복합 기술 leader로 세계 속에 자리매김하는 것이다. 현재 요업(세라믹)기술원이 산업자원부 주관 하에 한국부품소재진흥원과 함께 기획중인 소재원천 기술개발사업의 세라믹 허브 기관으로서 향후 10년 뒤의 미래 산업 수요에 핵심 기능을 할 세라믹스 소재원천 기술을 도출하고 기술로드맵을 구축하고 있는 것도 이러한 융합기술의 미래 수요에 대응하고자 하는 소재기반기술개발의 일환이다.

맺음말
몇 년 전 사이언스타임즈의 기사에서 언급한 “융합기술은 하나의 얼음조각처럼 모든 부분이 한 덩어리로 만들어져야하며, 단순히 다른 분야의 연구자들이 모여 각자가 가져온 조각을 끼워 맞추는 퍼즐게임이 아니다”라는 말이 새삼스럽게 다가온다. 그렇다면 융합기술이란 더더욱 ‘combined technology’가 아닌 서로 다른 학문과 과학기술 간의 cross-over에 의한 ‘fused technology’가 아닌가 한다. 융합기술은 단순히 지금까지 해 오던 기술을 필요한 곳에 그냥 가져다 쓰면 되는 것이 아니라, 융합을 위해 그리고 융합에 의해 발생하는 새로운 도전과 문제점을 해결하는 것이 우리에게 주어진 숙제이기도 하다.
또한 융합기술은 단지 기술 간의 융합 뿐 아니라 관련 산학연 종사자들 간의 융화와 상호협력을 통한 ‘융합연구(fused research)’ 시스템에 의한 시너지 효과의 산물로 더욱 빛을 발하리라 생각한다. 앞에서 언급한 바와 같이 IT 기술의 바탕을 형성해온 세라믹스 기술이 융합기술의 연구개발 현장에서 core-technology가 되고, 세라미스트들이 key-person이 될 수 있는 기회는 이미 열려있다. 이 기회를 잘 살려 융합기술이 21세기 첨단산업의 새로운 블루오션을 창조하고 진정 인류에게 양질의 삶(well-being)을 가져다주는 메신저가 수 있도록 세라믹스가 중심이 된 융합기술 시대를 열어갈 수 있기를 기대해 본다.

그림 1. 융합기술 개발 동향
그림 2. 융복합기술본부의 비전