디스플레이ㆍ모바일 시장 활성화로 연성PCB시장 성장 장밋빛
고유가 시대 신에너지원 급부상
5∼10년간 두자릿수 성장 … 2010년 세계시장 113억달러 전망
진동ㆍ충격 최소화 편안한 운전 유도 현대차 '제네시스'에 적용…대중화 눈앞
한국의 차세대 부품소재 산업은 어떤 혁신기술이 주도할 것인가.
한국부품소재산업진흥원과 디지털타임스는 공동으로 한국의 미래를 이끌 부품소재분야 5개 기술을 선정해 소개한다. 양사는 유관 기업과의 기술력조사, 시장성, 응용분야를 객관적으로 분석해 차세대 부품소재 혁신기술을 뽑았다. 이번은 두 번째로 마스크리스 노광기술, 태양전지, 전자제어식 공기현가장치를 소개한다.
③ 인쇄회로기판(PCB)의 진화를 이끄는 마스크리스(Maskless) 노광기술
◇PCB상에 초미세 회로 선폭 구현=최근 인쇄회로기판(PCB) 산업의 발전 추이가 기존의 경성 PCB에서 연성 PCB를 포함한 여러 분야로 확대되어 가는 전환기에 진입했다.
이에 따라 PCB 상에 초미세 회로 선폭을 구현해 주기 위한 새로운 방식의 노광장치가 대두되었다.
이러한 요구에 적합한 새로운 노광방법들이 개발되었는데 바로 LDI(Laser Direct Imaging)를 이용한 마스크리스(Maskless) 방식의 직접 묘화 노광법이 그 중 하나다. 특히 혁신 기술이라 할 수 있는 LDI 방식의 노광장치는 국산화율이 전무해 거의 전량 수입에 의존하고 있는 상태다.
PCB 시장의 선두 주자인 일본은 LDI 기술을 바탕으로 한 회로 선폭 30㎛ 이하의 미세회로패턴 형성 기술력을 보유하고 있으며 우수한 공정 기술력을 바탕으로 많은 부분이 자동화 되어 있을 뿐만 아니라 불량률은 5% 정도로 매우 낮다.(국내 PCB업체의 제조 평균 불량률 10% 전후) 그리고 일본은 전자제품의 소형, 경량화 및 다기능화 추세에 적합한 4층 MLB는 이미 보편화 되어 있는 상태로 맥트론(Mektron) 등 선두 업체를 중심으로 6층 이상의 MLB 개발이 완료된 상태다.
◇디지털 전자제품 수요 확대로 동반 성장=마스크리스 방식의 시장 전망은 현재 사용 중인 노광장비의 수요와 향후 적용될 시장의 노광 장비 수요량을 예측해 유추할 수 있다. 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 도래로 인한 모바일기기, 핸드폰, MP3P, PMP, LCD, PDP 등의 수요가 증가하면서 경성, 연성 PCB 시장은 소량, 다품종화 되며, 고밀도의 회로 형성 기술을 요구하는 시장구도로 시장의 패러다임이 변해 가고 있다.
시장 패러다임의 변화로 인해 경성 PCB 시장에서 빌드 업(Build-up), 플립칩(Flip-Chip) 등의 시장과 네트워크 트래픽(Network Traffic) 문제를 해결해주기 위한 광 PCB 시장의 도래, 휴대용 전자기기의 수요 증가에 따른 연성 PCB 시장의 확대가 예상됨에 따라 미세회로패턴 형성용 마스크리스 노광장치의 시장 전망은 매우 밝다. 이 가운데 연성 PCB 시장은 그 수요처가 LCD, PDP 등의 디스플레이 시장과 모바일 영역으로 확대되고 있다.
일본의 경우 멕트론(Mektron), 후지쿠라(Fujikura), 스미토모(Sumitomo) 등이 상위 10위 이내의 주요 PCB 업체이며 자국 내 시장의 80%에 해당하는 물량을 공급하고 있다. 대부분의 업체들이 뛰어난 미세회로패턴 형성 기술을 보유하고 있으며 자동화 공정을 통해 대량 생산하면서, 후 가공 공정은 태국, 인도네시아, 중국 등 저임금국가에 위탁 생산하는 형태를 취하고 있다.
2003년 이후 경성 PCB 시장의 침체와는 달리 연성 PCB 시장은 휴대전화, 디지털카메라, 캠코더, DVD, 액정 디스플레이 장치 등 디지털 전자제품의 생산 확대로 수요초과 현상이 지속되고 있다. 특히 전자제품의 소형화와 경량화가 가속화되면서 연성 PCB는 기존 경성 PCB 시장을 빠르게 대체하고 있어 전체 PCB시장에서 차지하는 비중도 높아질 것으로 예상된다. 이에 따른 마스크리스 기술의 활용도 크게 늘 것으로 전망된다.
④ 친환경 에너지원의 중심 태양전지
◇고유가 시대, 친환경 에너지원=2000년도 들어서면서 화석 연료의 고갈과 함께 친 환경적인 에너지원의 개발 요구가 커짐에 따라 태양전지를 비롯한 다양한 신ㆍ재생에너지 산업의 급성장이 예상되며, 미국, 일본, 유럽 등은 에너지 공급원의 다양화와 함께 환경규제에 대한 대응차원에서 2030년까지 태양전지의 장기적인 보급 목표를 수립해 놓고 있는 상태다.
태양전지(solar cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자로 구성 재료에 따라 실리콘반도체, 화합물반도체, 유기고분자셀, 염료감응형셀 등으로 구분된다. 현재 사용되고 있는 태양전지는 90%이상이 결정질 실리콘 태양전지로 p-n 접합이 형성되는 실리콘 기판으로 구성되어 태양광에너지에 의해 전자의 흐름이 발생하는 광전효과를 바탕으로 태양광발전에 사용된다.
광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 태양전지가 기본적으로 갖춰야 하는 요건은 반도체 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다.
◇향후 10년간 두 자릿수 성장 예상=고유가 행진이 계속되고 온실가스 감축이 지상과제로 떠오름에 따라 LG전자, 현대중공업, 삼성SDI 등 국내기업은 물론 한국 철강, 주성엔지니어링 등 중견기업들도 태양전지 사업에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 세계태양전지 시장이 2006년 49억 달러에서 오는 2010년 113억 달러를 웃돌 것으로 예상된다. 태양전지 산업은 향후 5~10년간 연평균 두 자릿수 이상의 고도성장을 기록할 것으로 기대되고 있다. 수 년전만 해도 태양광 발전은 전체 전력 생산량의 0.03% 미만에 머물 정도로 미미한 비중을 차지했지만 최근 환경에 대한 대중의 인식변화와 환경변화로 인해 태양전지산업의 성장 가능성이 급격히 높아지고 있다.
일본의 샤프가 전 세계 생산량의 25.8%를 차지하는 등 일본이 전체 시장의 45%이상을 차지하고 있다. 독일이 15%정도로 그 뒤를 잇고 있다.
연간 35%의 급성장을 보이고 있는 전체적인 태양전지의 세계시장과 더불어 최근 OLED의제조공정과 같이 대면적을 스핀코팅(spin coating)법으로 쉽게 제작이 가능하고 유연한(flexible) 유기반도체태양전지의 연구를 바탕으로 고효율 달성을 위한 다각적인 연구노력으로 새로운 셀디자인, 신물질사용, 모폴로지컨트롤, 물리적현상의 이해 등을 통한 한계극복의 실마리가 풀리기 시작했다.
또한 텐덤셀(tandem Cell)등의 출현으로 실리콘 등의 무기반도체를 대신하는 유기반도체 태양전지가 고효율 저가격의 상용화가능성이 대두되고 있다. 즉, 유기반도체재료를 이용한 태양전지가 6%를 넘어서는 효율을 보이면서 상업화의 가능성이 증가하여 세계 각국에서 대규모 자금을 투입하여 집중 육성하고자 하는 노력이 점차 활발해 질 전망이다.
⑤ 자동차의 혁명 전자제어식 공기 현가장치(Electronic Controlled Suspension)
◇자동차 최적의 상태 유지=평탄하지 못한 길을 주행하며 생기는 진동이 그대로 차량에 전달된다면 승객은 쉽게 피로를 느끼게 되며 안전에도 문제가 발생할 수 있다. 이런 진동을 차량에서 흡수하는 역할을 하는 것을 현가장치(Suspension System)라 하며, 스프링, 댐퍼, 스테빌라이저 바 등으로 구성된다. 이러한 부품의 유기적인 조합을 통하여 노면의 진동이나 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고, 타이어의 노면 접지력을 증대시키어 조종안정성을 향상시킨다.
현재 대부분의 서스펜션은 고정된 특성을 갖는 코일 스프링과 유압 댐퍼가 적용되어 노면 상황, 승차 인원 또는 운전자의 운전습관 등, 주행상태를 결정짓는 다양한 조건 등에 능동적으로 반응하는 것이 불가능하다. 이를 보완해 항상 최적의 차량상태를 유지하기 위하여 적용된 시스템이 바로 전자제어식 에어서스펜션(Electronic Controlled Suspension) 시스템이다. 일반적으로 에어스프링(Air spring), 컴프레셔(Compressor), 솔레노이드 밸브(Solenoid valve) 및 공압회로(Air circuit) 등으로 구성된 에어서스펜션 시스템과 연속 가변식 댐퍼 및 전자제어유닛(ECU)으로 구성되어 있다.
◇현대차 제네시스 탑재, 대중화 근접=그림은 현대자동차의 신차인 제네시스에 적용된 전자제어식 에어서스펜션 시스템의 구성이다. 차체의 전륜부에는 에어스프링과 CDC 댐퍼(전자제어식 연속가변댐퍼)가 결합된 에어 스트러트가 장착되어 있으며, 후륜부에는 독립식 에어스프링과 CDC 댐퍼가 장착된다. 또한 이 시스템은 에어 탱크에 충진된 공기를 각 코너의 에어스프링으로 신속히 공급하여 차체 전후륜부의 차고를 조절하기 위한 에어컴프레서와 솔레노이드 밸브블록을 갖는다. 각 코너에는 차체와 차륜 사이의 상대변위를 계측하기 위한 차고센서가 설치되어 있어 현재 차량의 차고 정보가 실시간으로 전자제어유닛(ECU)에 전달됨으로써 주행상황에 따른 최적의 차고 제어가 가능하다.
예를 들어 차량이 오프로드에 진입하면 운전석 옆에 설치된 스위치의 조작만으로도 3cm의 차고를 상승시킬 수 있으며 고속주행 시에는 공기저항을 최소화도록 1.5cm의 차고 하향이 이루어진다. CDC 댐퍼는 에어스프링과 더불어 최적의 승차감과 핸들링 성능을 제공한다. 차체에 장착된 가속도 센서는 노면 변화에 따라 발생하는 차체의 진동을 지속적으로 감지하며 ECU는 이 정보를 이용하여 쇽업소버의 감쇠력을 매 100분의 1초마다 능동적으로 조절한다. 운전자로 하여금 차량이 마치 차체 위 가상의 공간에 매달려 주행하듯 매끄럽고 평탄한 승차감을 느끼도록 하는 스카이훅 제어 알고리즘과 차량에 장착된 각종 센서로부터 정보를 취득하여 핸들링 상황에 따라 감쇠력의 강약을 조절하는 적응제어(Adaptive Control)또한 채택되었다.
고유가 시대 신에너지원 급부상
5∼10년간 두자릿수 성장 … 2010년 세계시장 113억달러 전망
진동ㆍ충격 최소화 편안한 운전 유도 현대차 '제네시스'에 적용…대중화 눈앞
한국의 차세대 부품소재 산업은 어떤 혁신기술이 주도할 것인가.
한국부품소재산업진흥원과 디지털타임스는 공동으로 한국의 미래를 이끌 부품소재분야 5개 기술을 선정해 소개한다. 양사는 유관 기업과의 기술력조사, 시장성, 응용분야를 객관적으로 분석해 차세대 부품소재 혁신기술을 뽑았다. 이번은 두 번째로 마스크리스 노광기술, 태양전지, 전자제어식 공기현가장치를 소개한다.
③ 인쇄회로기판(PCB)의 진화를 이끄는 마스크리스(Maskless) 노광기술
◇PCB상에 초미세 회로 선폭 구현=최근 인쇄회로기판(PCB) 산업의 발전 추이가 기존의 경성 PCB에서 연성 PCB를 포함한 여러 분야로 확대되어 가는 전환기에 진입했다.
이에 따라 PCB 상에 초미세 회로 선폭을 구현해 주기 위한 새로운 방식의 노광장치가 대두되었다.
이러한 요구에 적합한 새로운 노광방법들이 개발되었는데 바로 LDI(Laser Direct Imaging)를 이용한 마스크리스(Maskless) 방식의 직접 묘화 노광법이 그 중 하나다. 특히 혁신 기술이라 할 수 있는 LDI 방식의 노광장치는 국산화율이 전무해 거의 전량 수입에 의존하고 있는 상태다.
PCB 시장의 선두 주자인 일본은 LDI 기술을 바탕으로 한 회로 선폭 30㎛ 이하의 미세회로패턴 형성 기술력을 보유하고 있으며 우수한 공정 기술력을 바탕으로 많은 부분이 자동화 되어 있을 뿐만 아니라 불량률은 5% 정도로 매우 낮다.(국내 PCB업체의 제조 평균 불량률 10% 전후) 그리고 일본은 전자제품의 소형, 경량화 및 다기능화 추세에 적합한 4층 MLB는 이미 보편화 되어 있는 상태로 맥트론(Mektron) 등 선두 업체를 중심으로 6층 이상의 MLB 개발이 완료된 상태다.
◇디지털 전자제품 수요 확대로 동반 성장=마스크리스 방식의 시장 전망은 현재 사용 중인 노광장비의 수요와 향후 적용될 시장의 노광 장비 수요량을 예측해 유추할 수 있다. 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 도래로 인한 모바일기기, 핸드폰, MP3P, PMP, LCD, PDP 등의 수요가 증가하면서 경성, 연성 PCB 시장은 소량, 다품종화 되며, 고밀도의 회로 형성 기술을 요구하는 시장구도로 시장의 패러다임이 변해 가고 있다.
시장 패러다임의 변화로 인해 경성 PCB 시장에서 빌드 업(Build-up), 플립칩(Flip-Chip) 등의 시장과 네트워크 트래픽(Network Traffic) 문제를 해결해주기 위한 광 PCB 시장의 도래, 휴대용 전자기기의 수요 증가에 따른 연성 PCB 시장의 확대가 예상됨에 따라 미세회로패턴 형성용 마스크리스 노광장치의 시장 전망은 매우 밝다. 이 가운데 연성 PCB 시장은 그 수요처가 LCD, PDP 등의 디스플레이 시장과 모바일 영역으로 확대되고 있다.
일본의 경우 멕트론(Mektron), 후지쿠라(Fujikura), 스미토모(Sumitomo) 등이 상위 10위 이내의 주요 PCB 업체이며 자국 내 시장의 80%에 해당하는 물량을 공급하고 있다. 대부분의 업체들이 뛰어난 미세회로패턴 형성 기술을 보유하고 있으며 자동화 공정을 통해 대량 생산하면서, 후 가공 공정은 태국, 인도네시아, 중국 등 저임금국가에 위탁 생산하는 형태를 취하고 있다.
2003년 이후 경성 PCB 시장의 침체와는 달리 연성 PCB 시장은 휴대전화, 디지털카메라, 캠코더, DVD, 액정 디스플레이 장치 등 디지털 전자제품의 생산 확대로 수요초과 현상이 지속되고 있다. 특히 전자제품의 소형화와 경량화가 가속화되면서 연성 PCB는 기존 경성 PCB 시장을 빠르게 대체하고 있어 전체 PCB시장에서 차지하는 비중도 높아질 것으로 예상된다. 이에 따른 마스크리스 기술의 활용도 크게 늘 것으로 전망된다.
④ 친환경 에너지원의 중심 태양전지
◇고유가 시대, 친환경 에너지원=2000년도 들어서면서 화석 연료의 고갈과 함께 친 환경적인 에너지원의 개발 요구가 커짐에 따라 태양전지를 비롯한 다양한 신ㆍ재생에너지 산업의 급성장이 예상되며, 미국, 일본, 유럽 등은 에너지 공급원의 다양화와 함께 환경규제에 대한 대응차원에서 2030년까지 태양전지의 장기적인 보급 목표를 수립해 놓고 있는 상태다.
태양전지(solar cell)는 반도체의 성질을 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자로 구성 재료에 따라 실리콘반도체, 화합물반도체, 유기고분자셀, 염료감응형셀 등으로 구분된다. 현재 사용되고 있는 태양전지는 90%이상이 결정질 실리콘 태양전지로 p-n 접합이 형성되는 실리콘 기판으로 구성되어 태양광에너지에 의해 전자의 흐름이 발생하는 광전효과를 바탕으로 태양광발전에 사용된다.
광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 태양전지가 기본적으로 갖춰야 하는 요건은 반도체 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다.
◇향후 10년간 두 자릿수 성장 예상=고유가 행진이 계속되고 온실가스 감축이 지상과제로 떠오름에 따라 LG전자, 현대중공업, 삼성SDI 등 국내기업은 물론 한국 철강, 주성엔지니어링 등 중견기업들도 태양전지 사업에 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 세계태양전지 시장이 2006년 49억 달러에서 오는 2010년 113억 달러를 웃돌 것으로 예상된다. 태양전지 산업은 향후 5~10년간 연평균 두 자릿수 이상의 고도성장을 기록할 것으로 기대되고 있다. 수 년전만 해도 태양광 발전은 전체 전력 생산량의 0.03% 미만에 머물 정도로 미미한 비중을 차지했지만 최근 환경에 대한 대중의 인식변화와 환경변화로 인해 태양전지산업의 성장 가능성이 급격히 높아지고 있다.
일본의 샤프가 전 세계 생산량의 25.8%를 차지하는 등 일본이 전체 시장의 45%이상을 차지하고 있다. 독일이 15%정도로 그 뒤를 잇고 있다.
연간 35%의 급성장을 보이고 있는 전체적인 태양전지의 세계시장과 더불어 최근 OLED의제조공정과 같이 대면적을 스핀코팅(spin coating)법으로 쉽게 제작이 가능하고 유연한(flexible) 유기반도체태양전지의 연구를 바탕으로 고효율 달성을 위한 다각적인 연구노력으로 새로운 셀디자인, 신물질사용, 모폴로지컨트롤, 물리적현상의 이해 등을 통한 한계극복의 실마리가 풀리기 시작했다.
또한 텐덤셀(tandem Cell)등의 출현으로 실리콘 등의 무기반도체를 대신하는 유기반도체 태양전지가 고효율 저가격의 상용화가능성이 대두되고 있다. 즉, 유기반도체재료를 이용한 태양전지가 6%를 넘어서는 효율을 보이면서 상업화의 가능성이 증가하여 세계 각국에서 대규모 자금을 투입하여 집중 육성하고자 하는 노력이 점차 활발해 질 전망이다.
⑤ 자동차의 혁명 전자제어식 공기 현가장치(Electronic Controlled Suspension)
◇자동차 최적의 상태 유지=평탄하지 못한 길을 주행하며 생기는 진동이 그대로 차량에 전달된다면 승객은 쉽게 피로를 느끼게 되며 안전에도 문제가 발생할 수 있다. 이런 진동을 차량에서 흡수하는 역할을 하는 것을 현가장치(Suspension System)라 하며, 스프링, 댐퍼, 스테빌라이저 바 등으로 구성된다. 이러한 부품의 유기적인 조합을 통하여 노면의 진동이나 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고, 타이어의 노면 접지력을 증대시키어 조종안정성을 향상시킨다.
현재 대부분의 서스펜션은 고정된 특성을 갖는 코일 스프링과 유압 댐퍼가 적용되어 노면 상황, 승차 인원 또는 운전자의 운전습관 등, 주행상태를 결정짓는 다양한 조건 등에 능동적으로 반응하는 것이 불가능하다. 이를 보완해 항상 최적의 차량상태를 유지하기 위하여 적용된 시스템이 바로 전자제어식 에어서스펜션(Electronic Controlled Suspension) 시스템이다. 일반적으로 에어스프링(Air spring), 컴프레셔(Compressor), 솔레노이드 밸브(Solenoid valve) 및 공압회로(Air circuit) 등으로 구성된 에어서스펜션 시스템과 연속 가변식 댐퍼 및 전자제어유닛(ECU)으로 구성되어 있다.
◇현대차 제네시스 탑재, 대중화 근접=그림은 현대자동차의 신차인 제네시스에 적용된 전자제어식 에어서스펜션 시스템의 구성이다. 차체의 전륜부에는 에어스프링과 CDC 댐퍼(전자제어식 연속가변댐퍼)가 결합된 에어 스트러트가 장착되어 있으며, 후륜부에는 독립식 에어스프링과 CDC 댐퍼가 장착된다. 또한 이 시스템은 에어 탱크에 충진된 공기를 각 코너의 에어스프링으로 신속히 공급하여 차체 전후륜부의 차고를 조절하기 위한 에어컴프레서와 솔레노이드 밸브블록을 갖는다. 각 코너에는 차체와 차륜 사이의 상대변위를 계측하기 위한 차고센서가 설치되어 있어 현재 차량의 차고 정보가 실시간으로 전자제어유닛(ECU)에 전달됨으로써 주행상황에 따른 최적의 차고 제어가 가능하다.
예를 들어 차량이 오프로드에 진입하면 운전석 옆에 설치된 스위치의 조작만으로도 3cm의 차고를 상승시킬 수 있으며 고속주행 시에는 공기저항을 최소화도록 1.5cm의 차고 하향이 이루어진다. CDC 댐퍼는 에어스프링과 더불어 최적의 승차감과 핸들링 성능을 제공한다. 차체에 장착된 가속도 센서는 노면 변화에 따라 발생하는 차체의 진동을 지속적으로 감지하며 ECU는 이 정보를 이용하여 쇽업소버의 감쇠력을 매 100분의 1초마다 능동적으로 조절한다. 운전자로 하여금 차량이 마치 차체 위 가상의 공간에 매달려 주행하듯 매끄럽고 평탄한 승차감을 느끼도록 하는 스카이훅 제어 알고리즘과 차량에 장착된 각종 센서로부터 정보를 취득하여 핸들링 상황에 따라 감쇠력의 강약을 조절하는 적응제어(Adaptive Control)또한 채택되었다.
