Special 미래 첨단산업 핵심소재 및 선도기술 개발 동향(1)

굽지 않아 깨지지 않고 플렉시블한 세라믹 신소재

김종희_(주)쓰리디세라 대표이사

1. 시장현황 및 문제점

먼저, 요사이 흔히 듣고 있는 4차 기술혁명 시대에 요구되는 소재와 부품에 요구되는 것에 대해서 알아보는 것으로 이 글을 시작해보도록 한다.
  4차 산업혁명을 구성하는 기술로써 크게 세 가지를 들 수 있다. 5G 통신, IoT 환경과 AI이다. 이 세 가지 기술은 서로 연결되어 있어 서로를 가능케 하는 기술들이며 이 기술들이 합쳐졌을 때 실감 할 수 있는 4차 산업혁명이 실현된다고 본다. 특히 5G 통신은 가장 기초가 되는 인프라 기술이다. 거대한 정보량을 실시간으로 전달하고 받을 수 있는 통신망으로써 이것이 실현되어야만 인간이 정보를 얻기를 원하는 수많은 사물로부터 24시간 끊김 없는 정보를 주고받을 수 있고 이렇게 되었을 때 소위 사물인터넷, IoT 환경이 현실화할 수 있을 것이다. 또한, 이러한 환경에서 얻어지는 지금과 비교할 수 없을 만큼의 많은 정보를 인공지능, AI가 정보를 정리하고 인간이 원하는 결론을 추출하게 되면, 우리 인간은 충분한 상상력과 응용을 통해 지금은 상상하지 못할 새롭고 무수한 스마트 환경을 만들어 낼 것이며 이를 이용하여 새로운 세상으로 바뀔 것이다. 새로운 스마트 환경이라 함은 과거 무선통신의 속도가 빨라지고 무선 인프라가 잘 정비됨에 따라 아마존, 배달의 민족, 쿠팡 등이 물류의 새로운 스마트 환경이 만들어 지면서 우리의 생활에 많은 변화가 있었던 것은 이미 경험하고 있다. 이렇게 4차 산업의 새로운 스마트 환경 속에서는 산업에 변화를 가져올 것을 예상된다.
  첫째 주문자 맞춤형 산업 규모가 커질 것이다. 다양한 스마트 환경에 대해서 이를 만족시키기 위해서는 주문자의 요구에 맞추어야 할 것이며, 이에 따라 두 번째 변화는 그동안 국내에서는 소홀했던 다품종 소량 상품시장이 증가할 것이다. 그동안은 휴대폰, 컴퓨터 및 가전 등 산업은 대량생산이 주도를 해왔으나 다양한 스마트 환경하에서 이에 맞는 다품종 소량 산업이 주목을 받을 것이다.
  이러한 4차 산업혁명 시대의 다양한 스마트 환경에서 소재와 부품에 시장이 요구하는 사항을 알아보기 위해 지금 현재 상상이 가능한 스마트 팜(smart farm)환경을 설정하여 설명해 보자. 재배하는 작물에 가장 적절한 환경을 유지하기 위해서는 작물에 부착되어 온도, 습도 및 광량 등을 정보를 얻는 센서 모듈과 이로부터 얻어지는 24시간 끊김 없는 수많은 정보를 받아서 AI가 처리하는 콘트롤부 그리고 이 처리된 정보를 받아서 적절한 환경 유지하는 히터, 가습기 및 광기기 등 환경 기기가 필요할 것이다.

그림 1. 새로운 시장현황(위)과 5G용 플렉시블 고집적 방열모듈(아래)

  이러한 환경에서 센서 모듈은 단일 소자 내에 센서, 통신 및 전력 등 복합기능의 고집적화를 이룬 고집적 모듈이 요구되며, 환경을 24시간 모니터링이 가능한 통신속도와 용량이 크게 개선된 5G 통신 소자 및 이를 위한 소재가 필요할 것이다. 또한 움직이는 사물에 대한 IoT화를 위해 플랙시블한 소자 및 이를 위한 소재가 필요하고 콘크롤부의 큰 입출력과 5G용 및 전력형 반도체가 사용될 경우, 발생하는 회로 내의 열을 방출할 수 있는 방열 소자 및 소재가 필요하게 될 것이다. 다시 정리하면, 향후 5G통신과 IoT 및 AI가 결합된 새로운 스마트 환경을 구성하는 부품 및 소자에 요구되는 조건은 ① 고집적화 ② 5G통신 ③ 플렉시블 소자 ④ 방열소자 등이 시장에서 요구될 것으로 예상된다.

2. 보유기술

이상의 4가지 향후 시장의 요구사항을 충족하기 위해서는 먼저 ① 고집적화를 위해서는 기판의 적층에 의한 능동 및 수동부품의 집적밀도를 대폭적으로 증가시켜 최종 디바이스를 경박단소화 시키는 것이 필수적이다. 세라믹업계에서는 LTCC를 이용한 적층기술이 실용화되어 있으나 산업에 크게 기여하지는 못하고 있는 상황이다. ② 5G통신에 대한 요구는 28GHz이상 대역을 사용하는 5G통신에서는 초고주파에 의한 유전손실로 신호감쇄에 대한 문제점이 있으며, 현재 사용되고 있는 기판소재인 에폭시 유기 소재는 손실이 매우 커서 사용이 불가한 상황이다. 또한 5G대역에서 신호 vs. 잡음비 향상과 propagation delay감소 및 낮은 층간 두께, 회로폭 증대를 위하여 저유전율 기판이 요구되고 있다. 유전손실 문제는 기판소재를 세라믹 기판을 사용하면 해결이 가능하나 저유전율은 유기 소재 기판이 유리함으로써 두 가지 특성의 적절점을 찾는 것이 과제이다.

-----이하 생략

  _?xml_:namespace prefix = "o" ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

<</SPAN>본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2022년 1월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>