연속 공정으로 대면적 FPCB 패키징의 한계를 넘다

- 기계연, 회로기판을 한 장씩 눌러 붙이던 기존 방식 대신 연속 생산 공정 -

- 전기차용 유연 케이블부터 다양한 대형 전자부품 제조까지 확대 기대 -

□ 길고 넓은 유연회로기판(FPCB)을 연속적으로 생산할 수 있는 새로운 제조 기술이 개발됐다. 전기자동차 배터리의 대형화로 기존 무거운 전선(와이어 하네스)을 대체할 수 있는 가볍고 긴 유연 케이블 수요가 증가하는 가운데, 이번 연구는 연속 생산 방식으로 대면적 회로기판을 안정적으로 제조할 수 있는 기반을 마련했다. 특히 공정 조건에 따른 접합 소재의 특성을 정량화함으로써, 향후 데이터 기반 공정 최적화와 인공지능 연계형 자동화 기술로 확장할 수 있는 토대를 확보했다.

[기계연 연속 패키징 기술 개발 연구팀]

□ 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 한준세 선임연구원 연구진은 롤투롤(roll-to-roll) 기반 다이렉트 롤 라미네이션 공정 접근법을 제안했다. 이 방식은 재료를 멈추지 않고 연속적으로 이동시키면서 충진하는 제조 기술이다.

[롤투롤 다이렉트 라미네이션 시스템]

□ 연구진은 반경화 상태의 접착 필름이 회로 사이를 어떻게 채우고 퍼지는지를 공정 속도, 압력 등 여러 조건에 따라 정량적으로 분석했다. 그 결과, 연속 제조 환경에서도 안정적으로 접착이 이루어질 수 있는 조건을 규명했다. 특히 접착 소재의 ‘충진 거동’을 공정 변수 기준으로 체계화해, 데이터 기반 공정 최적화가 가능하도록 했다.

[대면적 유연회로기판(FPCB) 시제품]

□ 기존의 시트형 핫 프레스 공정은 한 장씩 눌러 붙이는 방식으로, 긴 길이의 회로기판을 만드는 데 한계가 있었다. 반면 이번 연구는 연속 생산 환경에서의 접착 메커니즘을 공정 변수 중심으로 해석하고, 장길이·대면적 제조에 적합한 설계 기준을 제시했다는 점에서 차별성을 가진다.

□ 이번 기술은 차세대 모빌리티용 유연 센싱 케이블 제조에 활용될 수 있다. 이를 통해 전기자동차의 무게를 줄이고 생산 효율을 높일 수 있는 기반을 마련했다. 또한 반도체, 디스플레이, 확장현실(XR) 기기 등 대면적 전자소자 패키징 공정으로의 확장 가능성도 제시했다. 향후 공정 데이터가 축적되면 인공지능 기반 자동화 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.

[공정 조건에 따른 접착 소재의 충진 특성 변화 분석표]

□ 한준세 선임연구원은 “이번 연구는 장길이 FPCB를 연속 공정으로 패키징할 수 있는 가능성을 제시한 데 의미가 있다”며 “앞으로 다양한 전자소자 분야에 적용하고, 공정 모니터링 및 비파괴 검사 기술을 연계하여 지능형 및 자율형 공정 기술로 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

□ 연구팀은 이 같은 연속 패키징 기술 개발로 국내특허 출원 및 등록 절차를 진행중이며, 미국화학회에서 발행하는 국제학술지인 「ACS Applied Materials & Interfaces」에도 Supplementary Cover로 게재됐다.
* 논문명: ’Scalable Roll-to-Roll Approach for Encapsulating Long-Length Flexible Printed Circuit Boards‘ (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c09839)

[ACS Applied Materials & Interfaces Supplementary Cover1]

□ 본 연구는 산업통상부 기계장비산업기술개발사업, 과학기술정보통신부 우수신진연구사업 및 한국기계연구원 기본사업의 일환으로 수행됐다.