PT 이슈
협회 및 유관단체
지난 11월 11일 오후 2시 서울 중구 소재 PJ호텔 카라디움홀에서 사단법인 한국인쇄학회 (회장 오성상)가 주관하는 2016년도 한국인쇄학회 추계학술논문발표회가 열렸다. 한 해에 봄, 가을 두 차례 열리는 한국인쇄학회 논문발표회는 이번이 올 해들어 두 번째로 차예진 총무이사의 사회와 김재해 인쇄학회 부회장이 좌장을 맡아 진행된 이번 추계학술논문발표회는 인쇄의 미래 분야 중 하나인 인쇄전자 부문인
글 | 한경환 기자(printingtrend@gmail.com)
전도성 패턴의 물성 연구 부경대학교 석사과정 임찬규
첫 번째 논문은 ‘Stretchable 전도성 패턴의 물성연구’를 발표한 부경대학교 대학원 석사과정 임찬규 회원의 순서로, 최근 전자산업에서 주목하고 있는 연구 방향으로, 옷처럼 입을 수 있거나(Wearable), 신축성(Stretchable)이 있거나, 접을 수 있는(Foldable) 소재 개발에 대한 내용 중 전기가 통하면서도 신축성을 가진 물성에 관련된 연구를 진행한 내용이다.
이번 연구는 신축성을 가진 전극 패턴을 만들기 위해 어떠한 방식으로 제조하는 것이 유리한가를 실험했다. 이를 위해 우선 고분자 물질이 온도에 의해 분자들이 활성을 가지며 움직이기 시작하는 시점을 뜻하는 (Tg) 즉, 유리전이온도(Glass Transition Temperature)가 서로 다른 바인더를 사용해 ‘은 반죽(Ag paste)’을 제조했다. 이렇게 제조된 2종의 ‘은 반죽’을 이용해 전극 패턴을 형성한 후 신장률, 곡률 반경의 변화에 따른 전기 전도성을 측정했다.
더불어 이번 연구에서는 소자의 대량화, 단가절감, 고품질화가 용이해 기존 반도체 공정에서 주로 사용하는 스크린 인쇄법을 사용했다. ‘은 반죽’을 스크린 인쇄를 이용해 전극 패턴을 형성했을 때, 너무 얇게 전극 패턴이 형성되면 전도성이 불리해지고 반대로 두꺼워지면 은 입자 사이의 접촉이 많아져 크랙이 쉽게 발생해서, 이번 연구에서는 0.2mm 우레탄 필름에 인쇄한 후 측정했다. 이번 연구를 통해 유리전이온도(Tg)가 서로 다른 2종류의 ‘은 반죽’으로 전극 패턴을 만들고 테스트한 결과 전기 전도성과 안정적인 저항변화를 보이고, 스트레칭 테스트에서도 유연성이 우수한 전도성 패턴 적합 배합 방법에 대한 연구를 마쳤다.
오프셋 방식을 이용한 왁스 패터닝 평판 인쇄 방법에 관한 연구 박사과정 이광석
두 번째 눈문으로는 ‘오프셋 방식을 이용한 왁스 패터닝 평판 인쇄 방법에 관한 연구’로 부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과 이광석, 최송아, 정지은, 윤종태의 연구결과를 이광석 박사과정 회원이 대표로 발표했다.
물과 기름의 반발을 이용한 인쇄를 사용하는 기존의 오프셋 인쇄 방법은 미세한 잉크 두께와 망점 확대 현상 등이 생겨 기계 혹은 전자 감응 요소가 가미된 전자 인쇄용 잉크 및 페이스트 인쇄에는 부적절하다고 평가되고 있다. 따라서 스크린 인쇄나 그라비어, 잉크젯 등의 다양한 방식 인쇄 방법을 사용하고 있으나, 선폭의 한계, 인쇄 과정에서 기판에 가해지는 압력으로 기판에 손상이 가는 문제 등이 발생된다. 더불어 잉크젯 프린팅도 고정세 패턴 형성이 어렵고, 노즐이 막히거나 접착력이 부족해지는 현상이 발생한다.
이에 따라 이번 연구는 왁스 패터닝 오프셋 인쇄 방식을 이용해 오프셋 인쇄가 가진 저해상도 문제점을 해결할 수 있을 것이라 예상해 전도성 페이스트를 이용한 결과물을 얻어 인쇄 기법의 가능성과 함께 전도성에서 사용 가능성을 검토한 실험을 바탕으로논문이 작성됐다. 세부적으로는 파라핀 왁스를 스크린 인쇄기를 이용해 비화선부에 도포하고, 화선부에 잉크의 양을 늘리면서 침투력을 강화하여 화선부에 충분히 전도성 잉크가 침투되도록 하는 방식을 사용했다.
이와 함께 인쇄 시 다양한 압력과 인쇄 후 여러 온도로 소결해 테스트한 결과 이 방법으로 화선부에 도전성 잉크를 채울 수 있으며, 망점 확대나 불규칙한 측면 침투를 방지할 수 있다. 따라서 오프셋 방식으로 전자 인쇄 부품을 인쇄할 수 있을 것이라고 추측했다. 또 잉크의 점도를 높이는 것이 가능해 고점도 페이스트 잉크의 인쇄에도 적합할 것으로 예측했다.
파라핀 왁스로 패턴 제작 시 도막의 두께는 용지의 두께와 비례관계가 성립한다고 결론내렸다. 더불어 비화선부에 스크린 인쇄 방법을 이용함으로써 화선부에 오프셋 인쇄 시 화선부에 균일한 패턴을 형성하는 것이 가능했다. 또 용지에 전도성 페이스트가 흡수되어 번짐 현상이 발생할 경우 실제 전극의 비저항의 값이 증가되어 전도도가 낮아지는 현상이 발생할 것이라고 봤다. 또한 실험 범위 안에서 인쇄 압력이 증가할수록 전도성이 높아졌다는 것을 확인했으며, 표면 거칠기에 따라 영향을 받는다는 것을 발견했다.
끝으로 인쇄 압력이 증가할수록 은 반죽의 침투 깊이가 증가된 것을 확인해, 잉크가 용지 속으로 들어가는 깊이는 인쇄 압력의 평방근, 인쇄 시간의 평방근 등에 정비례하고, 점도의 평방근에는 반비례했음을 알아냈다.
SNW(Silver Nano Wire)를 이용한 반도체용 전자파(EMI) 차폐 전도성 잉크 개발 박정호 부경대교수
세 번째 논문은 박정호 부경대학교 인쇄공학과 교수가 ‘SNW(Silver Nano Wire)를 이용한 반도체용 전자파(EMI) 차폐 전도성 잉크 개발’과 관련된 내용으로 강연을 이었다. 최근 전자제품 사용 증가와 함께 전자파로 발생하는 폐해에 대한 주의가날로 높아지고 있다. 이에 따라 항상 가지고 다니는 휴대전화의 전자파를 줄이기 위한 노력도 높아지는 추세다. 이에 따라 휴대전화에 사용되는 전자파 차폐에 관한 연구가 ‘SNW(Silver Nano Wire)를 이용한 반도체용 전자파(EMI) 차폐 전도성 잉크 개발’이다.
흔히 피처폰으로 부르는 휴대전화는 전자파를 차폐하기 위한 방법으로 EMI 도료를 사용했었다. 전화기를 앞뒤로 구분한 뒤 격벽을 만들고 EMI 차폐 도료를 사용해 전자파를 차폐하는 방식을 사용했다. 이런 도료들은 은, 동 혹은 카본계통의 재료를 사용해 제조됐고, 박막이라는 특성 때문에 많이 사용됐다. 하지만 신뢰성에서 좋지 못한 평가를 얻었고, 기구적인 강도 평가에서도 만족할 만한 성능이 나오지 않기 때문에 초창기 스마트폰(iPhone 3)에는 전자파 차폐를 위해서 금속판을 사용했다. 금속판은 전자파 차폐와 기구적 강도 면에서 좋은 평가를 받았지만, 필수적으로 무게가 늘어나 대체 방법이 절실해졌다.
최근 그 대안으로 금속판 대신 금속 증착 방법으로 차폐 방법을 실현하고 있다. 이는 iPhone 5S에서 6으로 변화하는 과정에서 볼 수 있는 방법으로, 반도체 소자에 직접 금속을 증착해 사용하고 있다. 하지만 진공을 이용한 금속 증착 방법은 비용이 많이 들면서 일부 모서리에는 정확하게 증착이 되지 않는 단점이 발견되어 이런 단점을 극복할 대안으로 다시 전자파 차폐용 전도성 잉크에 대한 방식이 대두됐다. 이 방식은 앞선 금속 증착 방법을 대신해 저렴한 비용으로 라인증설이 가능하고, 높은 수율과 투명성이 보장된다는 여러 장점이 가지고 있다. 이를 바탕으로 은나노 코팅 필름을 제작해 전자파 차폐율을 조사한 결과 좋은 평가를 얻을 수 있었고, 이를 응용하면 차후 전자제품화 될 전기 자동차에도 사용 가능해 미래에 높은 부가가치를 얻을 수 있는 산업이 될 것으로 전망했다.
인쇄의 첨단산업 적용 및 개발 현황 신동윤 부경대교수
학술논문발표 이후 이어진 초청 강연으로는 ‘인쇄의 첨단산업 적용 및 개발 현황’, ‘대한 잉크의 친환경 제품과 최근 동향 보고’, ‘오픈 소스형 디지털 폰트 개발 및 보급’을 주제로 한 강연
이 이어졌다.
초청강연 첫 번째로 신동윤 부경대학교 교수가 ‘인쇄의 첨단산업 적용 및 개발 현황’을 주제로 강연을 이었다. 신동윤 교수는 지금까지 인쇄 속도 및 품질을 위해 경쟁했던 역사를 설명하고, 최근 인쇄 방법을 응용해 다양한 전자산업의 소재 제작에 활용되는 전 세계의 다양한 사례를 소개했다.
가장 먼저 소개한 것은 소재 생산장비 개발 스타트업 기업인 kateeva 의 OLED 생산 기술 일드젯(Yieldjet)이다. 최근 휴대폰에 적극적으로 사용하고 있는 OLED를 잉크젯 기술을 사용해 대형 패널 제작도 가능한 기술로, 습기와 공기로부터 취약한 OLED물질을 보호하고, 장시간 기능을 발휘하도록 만드는 기술로 소개했다.
이어서 최신 잉크젯출력 시 측정방법에 대한 설명으로 출력 모습의 볼륨 측정과 중량에 의한 볼륨 측정 방법에 대한 설명을 마치고 태양광 전지판 제작과 관련된 최신 트렌드를 소개했다. 스크린 인쇄기법의 단점에서 벗어난 다양한 패턴 인쇄와 관련된 기술 소개로, 노즐을 통
해 은 반죽을 짜내고 표면에 정전기를 이용해 밀착력을 높이거나, 카본 소재를 첨가해 은 반죽을 늘려 좀 더 가늘게 인쇄하는 방법과 관련된 연구도 설명했다.
대한잉크의 친환경 제품과 최근 동향 보고 황정수 부장
두 번째 초청 강연은 ‘대한잉크의 친환경 제품과 최근 동향보고’로 황점수 대한잉크 부장이 친환경을 주제로 자사 제품인 무습수 인쇄 잉크 아쿠아프리(AQUA FREE)와 친환경세척제 존크리너를 소개했다. 최근 인쇄업계에도 불고 있는 친환경 인쇄와 관련해 유화문제, 선명 색상 구현, 등 안정적인 인쇄품질을 구현하는 등 무습수 인쇄의 장점을 소개했다. 더불어 무습수 인쇄는 고품질 인쇄에 적합하면서, 메탈릭 안료의 광택 및 메탈 효과 재현이 우수하고, 비흡수 소재에 인쇄에 적합한 솔루션임을 설명했다.
이어서 인쇄사에서 필수적으로 사용하는 세척제와 관련된 내용을 소개했다. 세척제는 세척력을 높이기 위한 다양한 화학물질이 함유되는데, 그중에는 유독물질인 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 포함되는 경우가 많다. 이런 화학물질은 환경뿐만 아니라 제품을 사용하는 작업자들에게 직·간접적인 피해를 주기 때문에 이런 유독화학물질을 사용하지 않는 세척제의 개발이 필요해졌다. 대한잉크의 친환경 세척제는 유독물질이 없는 친환경 탄화수소계 용제로, 벤젠, 톨루엔, 자일렌이 없고, 탈황공정을 통해 냄새도 없앤 것이 특징이다. 더불어 시제품에 대한 인쇄기 블랑켓 세척공정 평가에서도 좋은 평가를 받았다.
존 클리너로 명명된 대한 잉크의 세척제는 방충, 수동, 자동 모두 3가지로 구분된다. 인쇄작업 시 벌레 때문에 생기는 인쇄 불량을 방지하기 위한 존 클리너 방충 제품이 있고, 잉크 세척성, 블랑켓건조성, 세척작업 후 잉크 전이성이 좋은 수동, 잉크 자동 세척 공정에 적합한 존크리너 자동이 그것이다.
오픈 소스형 디지털 폰트 개발 및 보급 조가람 연구원
마지막 강연으로는 동국대학교와 ㈜윤디자인그룹이 공동으로 작업한 ‘오픈 소스형 디지털 폰트 개발 및 보급’이라는 주제로 조가람 동국대학교 RIS 사업단 연구원 (박사)의 강연이 이어졌다.
최근 인쇄업계를 비롯해 출판 업계 등의 화두는 폰트(서체) 문제다. 활용 디바이스의 환경 변화에 따른 업체 수 감소와 고가에 판매되는 서체 구입의 어려움, 폰트와 관련된 빈번한 소송과 분쟁을 방지하기 위해 폰트의 심미적, 기술적, 정책적 요소의 균형있는 개발과 지원이 필요해졌다. 이에 따라 오픈소스형 디지털 폰트 개발이 시작돼 앞으로 명조, 고딕계열 본문용 서체 6종이 개발되어 무료로 보급 될 예정이다. 동국대학교와 ㈜윤디자인그룹이 공동으로 개발하는 서체는 명조·고딕계열(가는체, 중간체, 굵은체) 총 6가지 102,840자로, 그 중에는 한글 11,172자(유니코드 기준), 영문 94자(Basic Latin), 한자 4,888자(KS 기준), 특수문자 986자 (KS 기준)다. 본격적인 개발에 앞서 수요 예측을 위한 조사에서는 출판물의 본문이나 제목 서체로 활용도가 높은 명조계열, 고딕계열 서체를 조사했다. 이에 따라 필력의 느낌을 살린 자연스럽고 단단한 새로운 명조가 필요하다는 결론을 얻고 그에 맞는 폰트를 만들기 시작했다.
결과적으로 인쇄·출판 산업에서 서체 저작권료를 절감할 수 있고, 기술적으로 발전된 명조 및 고딕 서체가 완성되어 정부와 기업차원의 꾸준한 무료 서체 개발 및 배포 계기를 마련한 것으로 평가됐다. 차후 완성된 서체는 서울산업진흥원(www.sba.seoul.kr/), 타이포그래피 서울(www.typographyseoul.com), 폰코(www.font.co.kr) 홈페이지를 통해 공개되고, 그룹와이를
통해서도 배포될 예정이다. 더불어 인쇄출판관련 학회 및 협회, 조합의 회원사에도 무료 배포될 예정이다.
<월간 PT 2016년 12월호>