'납땜·오류X' 차세대 고해상도DP 장밋빛
'납땜·오류X' 차세대 고해상도DP 장밋빛
  • 이상진
  • 승인 2018.11.09 10:50
  • 조회수 1347
  • 댓글 0
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8K UHD 디스플레이 등에 적용할 수 있는 '극 미세피치용 이방성 전도필름'이 개발됐습니다. 백경욱 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀이 지난달 31일 개발했다고 발표한 'APL ACFs'가 그것인데요. 산업계는 극 미세피치 디스플레이에 적용하기 어려웠던 기존 이방성 전도필름의 한계를 극복하게 됐다며 환영하고 있습니다.

 

(a) 열과 압력 등의 접합 공전 전 (b) 접합 공정 후. 출처: KAIST

'이방성 전도필름(ACFs)'은 폴리머 등 수지에 전류를 통하게 하는 도전입자를 섞어 만든 필름을 말하는데요. 전류를 통해 기기를 작동시키는 구동IC와 작동된 결과가 나타나는 디스플레이 사이에 접착되어 둘을 이어주는 가교의 역할을 해요.

 

위의 사진에서처럼 구동IC에 붙은 범프와 디스플레이에 붙은 전극이 열과 압력에 따라 접합하게 되면 그 사이에 끼인 도전입자가 수직으로는 전류가 통하게 하고 수평으로는 전류의 흐름을 막아 기기를 작동하게 하는 것이죠.

 

과거 이게 문제였다

 

문제는 최근 전자전기 디바이스가 고성능과 다기능을 요구하게 되면서, 구동IC의 범프와 디스플레이에 붙은 전극의 수가 많아진 건데요. 범프와 전극의 수가 많아지면서 그 간극인 '피치'가 짧은 '극 미세피치용 기기'가 늘어나게 됐습니다. 

 

천연수지인 송진. 수지(레진)은 천연수지와 합성수지를 일컫는다. 출처:fotolia
천연수지인 송진. 수지(레진)은 천연수지와 합성수지를 일컫습니다. 출처: fotolia

피치가 짧아지면서 기존의 ACFs가 구동IC나 디스플레이 등을 이어주는 데 한계점이 오게 됩니다. 폴리머의 특성상 외부의 자극에 의해 변하는 특성 때문인데요. 열과 압력에 의해 특성이 변하는 레진(수지)의 흐름 때문에 범프와 전극 사이에 포획되는 도전입자 수가 없어나 줄어들게 된 거죠.

 

(a) 접착 전 (b) 접착 후. 수평 통전과 범프와 전극 사이 도전입자가 없다. 출처: KAIST

오류 없이 기기를 작동시키기 위해선 통전하는 도전입자의 수를 늘리는 방법이 있는데요. 하지만 이렇게 되면 폴리머와 함께 범프와 범프 사이, 전극과 전극 사이에 끼어들어 간 도전입자가 '수평'으로도 통전하게 돼 전기적 오류인 단락(Short) 문제를 일으키게 되니, 진퇴양난이었습니다.

 

울며 겨자 먹기로 이런 문제에 대처하기 위해 업계에서는 일본의 ACFs 제품을 사용하고 있었는데요. 도전입자가 늘어난 ACFs는 비용도 비용이지만, 해당 ACFs도 단락 등의 문제에 완벽한 해결책을 제시하지 못했습니다.

 

부산 광안대교. 출처:fotolia
부산 광안대교. 출처:fotolia

하지만 이 어려운 걸, KAIST가 해냈습니다. '납땜'을 거쳤던 기존의 가교가 돌로 만든 징검다리고, 이방성 전도필름이 나무로 만든 다리쯤 된다면, KAIST가 이번에 개발한 'APL ACFs'는 대교에 비견될 만한 기술입니다.

 

도전입자가 꽉 잡혀있는 게 보이시나요? APL ACFs의 전자현미경 사진. 출처:KAIST 
도전입자가 꽉 잡혀있는 게 보이시나요? APL ACFs의 전자현미경 사진. 출처: KAIST 

연구팀은 나일론을 활용해 도전입자가 잘 분포될 뿐만 아니라, 단단히 고정된 단일층 나일론 필름을 개발했습니다. 나일론 필름은 높은 인장 강도를 지니고 있어 도전입자의 움직임을 완벽하게 제어해 전기적 단락 문제를 해결했고요. 

 

(좌)기존 ACFs 접합 전후 (우) APL ACFs 접합 전후. 도전입자 총량이 줄었음에도 접합 후 도전입자의 수는 오히려 늘었다. 출처: KAIST

접착 시 도전입자의 포획률을 기존 ACFs의 33%에서 90%까지 높였습니다. 여기에 이방성 전도필름의 가격에 가장 큰 영향을 미치는 도전입자의 함량을 1/3이나 줄였다니, 진정한 일석삼조라 할 수 있겠죠?

 

백경욱 교수는 "개발한 전도필름은 VR, 4K, 8K, UHD뿐 아니라 OLED기반 대형 패널, 모바일 기기에도 사용이 가능하다"며 "세계 시장을 독점하고 있는 일본의 이방성 전도필름 제품을 대체해 경쟁력을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했습니다.


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