우리대학 강봉철 교수 연구팀,

 

'구리 단일층 투명터치패널 기술' 개발

 

 

- 세계적 학술지 '케미스트리 오브 머트리얼즈' 게재

 

- '모바일·웨어러블' 기기 제조 혁신 기대

 

 

 

우리대학교(총장 김영식)는 “기계시스템공학과 강봉철(사진·37) 교수 연구팀이 고전도의 미세 구리전극을 상온에서 쉽게 제조할 수 있음을 실험적으로 증명하고, 이를 이용해 구리 단일재료, 단일층 투명터치패널을 개발하는데 성공했다.”고 밝혔다. 해당 연구는 카이스트 양민양 교수 연구팀과 한국화학연구원 최영민 박사 연구팀이 참여했으며, 미래창조과학부 기초연구사업(신진연구, 도약연구)의 지원을 받았다.

 

전자 제품과 부품에 많이 사용되는 구리는 제품들이 소형화됨에 따라 미세한 크기로 구리배선을 만드는 공정이 필요하게 됐다. 기존 구리배선은 도금 또는 반도체 제조 공정을 이용해 제작되어 왔는데, 복잡한 제작과정과 더불어 유해한 오염물질을 다량으로 배출하는 문제가 있었다. 또한 높은 공정온도를 요구하기 때문에 열에 취약한 플라스틱 필름을 기반으로 하는 유연(플렉서블) 전자기기 제작에는 한계를 나타냈다. 무엇보다 쉽게 산화되는 성질 때문에 일반 대기환경에서는 제작이 불가능하여 진공상태에서 제작되는 과정에 높은 비용이 수반됐다. 그러므로 간단하고 저렴한 방법으로 고전도, 고밀도의 구리 배선을 다양한 회로기판에 제작할 수 있는 공정이 그동안 요구돼 왔다.

 

강봉철 교수 연구팀은 일반적인 구리소재와 달리 나노입자상의 구리는 낮은 온도에서도 쉽게 녹는 현상을 확인했다. 이러한 원리를 바탕으로, 저렴한 광통신용 레이저를 사용하여 원하는 부분만 순간적으로 용융·응집시켜 산화 없이 연속적인 구리막을 형성할 수 있음을 실험적으로 규명했다. 이는 구리나노입자에 광흡수 반응의 강도를 낮추고 지연시켜 깊고 균일한 소결*반응을 유도하게 된다. 이러한 방법은 산화 반응을 최소화 하면서 소결반응을 안정화시키기 때문에 높은 전도성과 품질을 확보할 수 있다.

 

강봉철 교수는 “고 전도성, 고 정밀, 고 품질을 갖는 구리 배선전극을 기존 유리 기판뿐만 아니라 내열성이 낮은 플라스틱 필름기판에도 제작할 수 있게 됐다.”며, “공법의 산업적 활용성을 입증하기 위해 희토류가 필요 없는 새로운 개념의 구리 단일재료의 단일층 투명 터치 구조를 고안했고, 개발한 공정을 1회만 사용해 투명터치 패널을 제작할 수 있었다.”고 말했다. 강 교수는“이번 연구에서 개발한 구리기반 투명터치 패널을 실제 생산에 적용한다면 모바일·웨어러블 기기 시장의 제조 혁신에 기여할 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

 

이번 연구 결과는 지난달 28일, 재료 및 화학분야의 세계적 권위지인 케미스트리 오브 머트리얼즈(Chemistry of Materials, 피인용지수: 9.407)’온라인판*에 게재됐다.

 

 

 

- 소결: 분말 입자들이 열적 활성화 과정을 거쳐 하나의 덩어리로 되는 과정.

 

- 논문명: 고성능 광전소자 제조를 위한 무산화 구리의 광흡수 확장 레이저 플라즈마 융착 기술

               ; Transversally Extended Laser Plasmonic Welding for Oxidation-Free Copper Fabrication toward High-Fidelity Optoelectronics, Chemistry of Materials(2016)

 

 

[첨부사진 및 그림 설명]

 

 

그림 1. 구리나노입자의 낮은 레이저 흡수 반응에 이한 광 투과깊이 확장 현상과 그에 따른 구리 나노입자의 무산화 동시 소결 반응 원리 개략도

 

 

 

 

 

그림 2. 기존 터치 패널 구성(좌)과 일체형 터치 패널의 구성(우)도의 비교.

 

          좌측 그림 하단부터: 기존 모바일 기기에 사용되는 터치 패널은 총 5~6층으로 구성(유리기판, 테두리 전극, 희토류 투명전극 필름, 절연층, 테두리 전극, 희토류 투명전극 필름 등) 되어 두껍고, 유연하지 않으며, 제조공정이 복잡함. 이러한 문제를 해결하기 위해서 고경도 플라스틱과 구리 투명망사 센서와 테두리 전극이 일체형으로 되어 있는 구조를 고안하였음. 단일층 구성으로 슬림하며 제조공정이 간단하고 희토류 기반의 기존 터치 패널보다 투과율이 터치 반응이 우수함.

 

 

 

 

 

그림 3. 단일공정 구리배선 제조 기술을 이용한 구리 기반 단일층 터치 패널 공정 흐름도