인쇄전자(printed electronics) 기술은 인쇄(graphic art printing)가 가능한 기능성전자 잉크소재를 이용하여 초저가격의 프린팅 공정을 통해서 다양한 전자소자를 제작하는 기술로서, 차세대 모바일 IT 기기의 제작에 적합한 전자제품을 생산하는 데 적합한 공정 기술로 인식되고 있다. 현재 기술 수준이 일부 요소 부품을 제작하는 수준에 머무르고 있으나, 여러 가지 잉크소재 및 다양한 초미세 인쇄공정 기술의 개발이 진행됨에 따라 향후 다양한 공정 분야에 적용될 것으로 예상되며, 궁긍적으로 전자제품을 생산하는 기존 반도체 공정을 대체하는 공정으로 자리매김을 할 것으로 예상된다. 특히 인쇄공정 기술은 저온에서 공정이 가능한 기능성 잉크소재들의 개발을 통해서 유연한 플라스틱 기판에 전자소자를 제작하는 플렉시블 전자소자(flexible electronics) 기술과 높은 공정 결합성을 지니고 있으며 이들 공정을 결합하여 향후 연속 공정(roll-to-roll)의 구현이 가능할 것으로 예상된다. 본 기고문에서는 이러한 인쇄전자 기술의 개발동향에 대해서 기술하였다.
나노 사이즈의 Ni 입자 ink를 제조하고 이를 전기수력학 인쇄공정에 적용하기 위하여 잉크의 유변학적 특성 및 최적 물성 발현을 위한 인쇄공정에 대한 연구를 진행하였다. Ni 잉크의 점도 및 증발거동 조절을 통해 전기수력학 인쇄공정을 최적화 하는 연구를 수행하였다. Ni 나노입자 잉크의 초기 점도가 낮고 인쇄성이 확보되지 않아 잉크내 응집성을 향상시켜주기 위한 다양한 additive들을 선정하여 전기수력학에 적합한 잉크 물성 확보에 비중을 두고 실험을 진행 하였다. 터비스캔을 사용하여 제조된 잉크 안정성에 대한 연구를 진행하였다. 다양한 인쇄공정 변수의 최적화를 통해 미세선폭 (< 20 um)이 가능한 전기수력학 인쇄공정을 확립하였다.
드루파 2004 이후 유럽의 인쇄 산업에서 우리는 기존 인쇄공정의 자동화와 새로운 디지털 인쇄공정으로 크게 2개의 발전 경향을 엿볼 수 있다. 기존 인쇄 공정의 자동화는 JDF(Job Definition Format) 포맷을 통해 가능해 졌다.
JDF는 인쇄사에서 사용하는 있는 서로 다른 프로그램의 통합을 가능하도록 했다. 인터넷 등을 통하여 디지털 작업이 접수되면 견적 가격은 물론 서버에 저장된 데이터를 통하여 잡 티켓(Job Tickets)이 만들어지고 이러한 데이터는 프리프레스의 작업 공정과 연결은 물론 교정기(Proofer), CTP, 인쇄, 후가공으로 자동 전달, 사용하게 된다.
인쇄공정의 최후 공정을 책임지는 제책과 후가공업계는 인쇄업계와 떨어질 수 없는 전통적인 파트너다. 더욱이 고부가가치의 실현이 인쇄업계의 절대적인 과제가 된 만큼 제책 및 후가공 공정의 책임은 더욱 커졌다. 특히, 인쇄의 소량화가 가속화되고 디지털인쇄로 인쇄업의 무게중심이 이동함에 따라 후가공 공정도 변화를 맞이하게 됐다. 인쇄사의 시점에서 본다면, 제책사와 새로운 파트너십을 맺는 방법을 새롭게 생각하는 것이라고 할 수 있다. 앞으로는 제책사와 어떤 방식으로든 강력한 파트너십을 맺을 필요가 있을 것이다.
프린팅공정을 이용한 패터닝 기술은 디스플레이, 태양전지, RFID 등 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 프린팅공정은 대면적 패터닝 공정이 가능하며, 다단계 공정인 Litho보다 공정이 단순하다는 장점이 있지만, 현재까지 원하는 크기와 두께의 패턴구현이 쉽지 않다는 단점이 있다. 프린팅 공정을 전자소자의 패터닝 기술로 사용하기 위해서는, 다양한 선폭과 선 두께를 자유자재로 구현하는 것이 가능해야 한다. 또한 미세한 선폭을 인쇄할 수 있을 수록 더 미세한 전자소자 또는 디스플레이 소자를 만들어 낼 수 있으며, 박막을 구현하는 것은 유기소자를 인쇄방식으로 하기 위해서는 필수적이다. 본 논문은 이러한 정밀한 패터닝이 가능한 롤 인쇄 공정의 기본 메커니즘을 설명하고 이를 이용한 미세 박막 인쇄 공정을 실험을 통해 검증하였다.
인쇄품질을 보증하는데 가장 중요한 것 중의 하나는 색 관리다. 색 관리는 발주자가 의도한대로 인쇄를 하기 때문에 매우 중요한 문제이지만, 인쇄를 여러 과정을 거치면서 색이 조금씩 변동됨으로써 발주자가 의도한 색과 멀어지는 경우도 있다. 최근에는 인쇄공정의 디지털화로 인해 데이터 입고에서부터 디지털화가 이루어지고 있으며, 이것에 대해서는 전 공정에서 인쇄기의 색에 기초해서 만들어진 '색 기준'에 의해 컬러매니지먼트가 필요하게 되었다. 앞으로는 어느 공정에서 색을 맞추더라도 아른 공정에서 색이 변동도지 않고, 또 '색 기준'에서의 관리를 현장만이 아니라 영업 담당자도 이해해 효율화됨으로써 영업활동을 하는 데에도 필요하게 되었다. 이에 농도계를 전반적으로 다루는 컬러관리 시스템(CMS;Color Management System)에 대한 국내 시장동향과 국내 CMS 시장 전망을 살펴보았다.
인쇄품질을 보증하는데 가장 중요한 것 중의 하나는 색 관리다. 색 관리는 발주자가 의도한대로 인쇄를 해야하기 때문에 매우 중요한 문제이지만, 인쇄를 위한 여러 과정을 거치면서 색이 조금씩 변동됨으로써 발주자가 의도한 색과 멀어진 경우도 있다. 최근에는 인쇄공정의 디지털화로 인해 데이터 입고에서부터 디지털화가 이루어지고 있으며, 이것에 대해서는 전 공정에서 인쇄기의 색에 기초해서 만들어진 '색 기준'에 의해 컬러매니지먼트가 필요하게 되었다. 앞으로는 어느 공정에서 색을 맞추더라도 다른 공정에서 색이 변동되지 않고, 또 '색 기준'에서의 관리를 현장만이 아니라 영업 담당자도 이해해 효율화됨으로써 영업활동을 하는 데에도 필요하게 되었다. 이에 일본의 사례를 들어 CTP 운용을 위한 컬러매니지먼트에 대해 알아보았다.
본 연구에서는 PCB에 진공인쇄 방식이 적용된 스크린 인쇄방법을 이용하여 Pattern 및 Hole충전의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술을 적용하였다. 새로운 dry process 기술인 직접회로 인쇄 기술은 일반적으로 사용되고 있는 wet process 중 도금, 에칭, 박리 등의 공정을 줄일 수 있어 제조원가, 공정 리드타임 감소, 폐기물 감소로 환경 친화적 공정이라고 할 수 있다. 직접회로 인쇄는 진공도 100 Pa, 인쇄압력 0.45 MPa, 인쇄 속도 30 mm/sec, 인쇄각도 85도, 스크린 마스크와 기판 사이의 Gap 2 mm에서 인쇄될 때 가장 좋은 결과를 보였다. 직접회로 인쇄에 사용된 인쇄기는 일반 PCB공정에서 사용되는 동일한 형태에 진공조건을 유지시킬 수 있도록 개선하여 사용하였다.
201X년, 환경인증을 획득하지 못하고 친환경 인쇄공정 관리기술도 보유하지 못한 인쇄업체 A사는 더 이상 주문을 받지 못하고 있다. 더욱이 오랜 고객사이던 C사로부터 친환경 인쇄공정 기술을 보유하지 못했기 때문에 더 이상 인쇄물을 발주할 수 없다는 "통보"를 받았다. 또한 탄소배출권을 확보하지 못했기 때문에 이를 구매하기 위한 비용이 증가해 생산비용의 증가로 가격경쟁력이 악화되어 어려움이 가중되고 있다. 이에 비해 서울 근교의 다른 인쇄사인 B사는 계속되는 인쇄물 발주에 응하느라 바쁘다. 귀찮기는 했어도 친환경인쇄 공정기술을 획득한데 이어 환경인증도 일찌감치 받아 놓았기 때문이다. 또한 다른 업체들에 앞서 한발 빠르게 탄소배출권을 충분히 확보해 가격경쟁력에서도 앞서고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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