핵심 전자소자·전자제품, 3D프린터로 쉽게 인쇄
핵심 전자소자·전자제품, 3D프린터로 쉽게 인쇄
  • 조강희 기자
  • 승인 2019.03.04 10:44
  • 댓글 0
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설승권 전기硏 박사팀, 무전해도금법 기반 ‘고전도성 구리 3D프린팅 기술’ 개발
전도성, 일반 구리 70% 수준…공정 단순·신속해 비용 절감

[한국에너지신문] 핵심 전자소자 및 전자제품 등을 3D프린터로 간편하게 인쇄할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(원장 최규하) 나노융합연구센터 설승권 박사 팀이 전압을 인가하지 않고 화학반응을 통해 금속을 도금할 수 있는 ‘무전해도금법’을 활용한 ‘고전도성 구리 3D 프린팅 기술’을 개발했다.

연구팀이 개발한 기술은 무전해도금법 과정 중 금속의 환원반응을 위한 촉매 물질이 함유된 3D프린팅용 잉크다. 개발된 잉크를 이용하면 작게는 수 마이크로미터(μm) 수준의 2차원은 물론 3차원의 구조물을 제작할 수 있으며, 제작된 구조물은 기판에서 떨어짐 없이 안정적으로 형상이 유지된다.

무전해도금법 기반 3D 프린팅 기술은 총 2단계로 구성된다. 먼저 촉매가 포함된 잉크로 2차원 패턴 혹은 3차원 구조물을 인쇄하고, 무전해도금법을 활용해 인쇄된 구조물에 구리를 코팅함으로써 고전도성 패턴을 제조하는 구조다.

무전해도금은 도체뿐만 아니라 플라스틱과 같은 섬유류 등 전기가 통하지 않는 부도체에 적용될 수 있다. 또한 전기도금법보다 도금층이 치밀하며, 복잡하고 불규칙한 표면상에도 균일한 두께의 도금을 할 수 있다.

무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 기술 결과물
무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 기술 결과물

이 기술을 활용하면 복잡한 형상의 3차원 기판에도 빠르고 단순하게 선, 면 형태의 2차원과 3차원 입체 형태의 구리 배선과 전극 등을 제작할 수 있다. 또한 구리 등의 산화 방지를 위한 작업이나 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 과정이 필요 없다는 것도 큰 장점이다.

이 기술은 탈부착할 수 있는 웨어러블 기기, 스마트팩토리, 드론, 사물인터넷 센서 모듈 등을 만드는 데에도 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 보인다.

물건 표면 상태 개선을 위해 다른 금속 층을 얇게 입히는 도금은 전기에너지를 활용하는 ‘전기도금법’과 전기 없이 화학반응을 활용하는 ‘무전해도금법’으로 나뉜다.

전기연구원은 반지와 같은 장신구를 만들 때 사용되는 전기도금법의 원리를 활용한 ‘금속 3D프린팅 기술’을 2015년 세계 최초로 개발했다. 이번 성과는 비용을 줄이는 동시에, 제품을 더욱 신속하게 만들 수 있도록 하기 위해 ‘무전해도금’ 방식에 주목했다.

연구책임자인 설승권 박사는 “무전해도금법 기반 3D프린팅 기술을 통해 만든 구리 인쇄물의 전도성은 일반 구리의 약 70% 수준으로 매우 높다”며 “패턴 혹은 3차원 구조물 프린팅 후 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 단계가 따로 필요 없어 공정이 단순하고 대면적에도 활용할 수 있는 획기적인 기술”이라고 말했다.

이번 성과는 원천특허 출원을 완료했으며, 상업화를 위한 기술이전 수요업체 탐색 및 협의를 통해 사업화를 추진할 예정이다. 연구결과는 미국화학회(American Chemical Society)가 발행하는 재료과학 분야 세계적인 학술지인 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스’에 게재됐다.


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