OLED, 마이크로 LED 등 장비전문기업 ㈜비에스피(BSP, 대표 박홍진)가 금속나노잉크와 광소결 기술을 적용해 연성인쇄회로기판(FPCB) 전문 제조업체인 ㈜비에이치와 함께 디스플레이용 고기능 2층 FCCL(연성동박적층필름) 출시에 나선다. FCCL은 스마트폰, 플렉서블, TV 등에서 수요가 급증하고 있는데다 제조원가 절감 및 성능향상을 위한 신기술 확보가 시급한 상황이어서 비에스피의 이번 도전은 우리나라 디스플레이 경쟁력 향상에 기여할 전망이다.

BSP는 수요기업인 비에이치와 함께 나노융합산업연구조합이 추진 중인 ‘나노소재 수요연계 제품화 적용기술개발 사업’에 선정돼 2017년 9월부터 2019년 5월까지 ‘무접착제 2층 FCCL 동박막 제조를 위한 나노소재 공정 개발’ 과제를 추진 중이다. 정부출연금 6억5천만원이 투입되며 기업에선 4억650만원을 투자, 총 10억원이 투자되는 프로젝트다.

스마트폰을 필두로 웨어러블, 플렉서블 등 디스플레이 업계에서 혁신적인 제품이 빠르게 개발 및 출시되면서 이에 필요한 핵심부품인 FPCB 및 COF(칩온필름) 시장도 함께 성장하고 있다. Prismark에 따르면 세계 FPCB 및 COF 시장은 2016년 109억달러에서 2021년 126억달러로 성장하고 이중 모바일 폰이 차지하는 비중은 2016년 40%에서 2021년 47%로 증가할 전망이다.

FCCL은 FPCB를 만들기 위해 필요한 원판으로 여기에 회로를 형성하면 FPCB가 된다. 모바일 폰의 경우 날이 갈수록 성능이 향상되면서 정밀·미세선폭을 요구하기 때문에 미세회로를 구현할 수 있는 FPCB 제작을 위해 3층 FCCL 보다 더 얇은 2층 FCCL 시장이 급성장하고 있다.

FPCB는 점차 얇아지는 가운데 내구성도 확보해야 하기 때문에 FCCL의 제조단가가 자연히 올라가고 있어 이것을 새로운 기술로 해결하는 것이 업계가 풀어나가야 할 숙제다. 현재 대표적인 2층 FCCL 제작방식으로는 폴리이미드(PI) 필름과 동박을 PI계열 접착제로 붙이는 라미네이션, 거칠게 처리된 동박에 PI 레진을 바르는 캐스팅, 두께와 회로선폭을 줄이기 위해 PI 필름에 니켈·크롬으로 코팅된 구리를 증착하는 스퍼터링 방식 등 3가지로 나눌 수 있다. 라미네이션과 캐스팅 방식은 표준동박두께 제어가 불가능해 미세 패터닝이 어렵다는 단점이 있고, 스퍼터링 방식도 구리와 크롬 식각용액과 공정이 상이해 패턴 형성이 어려워 제조단가가 올라간다는 문제점을 안고 있다.

미세화·저가격화 숙제 해결, 기존比 공정 절반·가격경쟁력 4배↑

타깃시장 양산화 고려 기술개발, 모바일폰용 COF 적용 목표

얇으면서 가격이 저렴한 FCCL을 만들기 위해 BSP는 나노 구리 잉크·페이스트를 개발, 이를 코팅하고 이를 제논광으로 광소결 후 도금하는 공정을 개발했다. 나노 구리 잉크를 PI필름에 코팅하고 말린 후 제논광을 쪼이면 구리가 부분적으로 금속화되면서 PI와의 접착력이 높아지게 되는 것이다. 이때 구리 시드(Seed)층은 100나노 이하 두께에 불과하다.

이 나노 금속재료 공정은 필름과 구리의 결합력이 향상되고 원하는 두께로 제조할 수 있으며 기존 스터링 방식과 달리 진공증착이 불필요해 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있다는 장점이 있다. BSP는 기존 스퍼터링 공정과 비교했을때 비싼 진공장비가 필요없고 공정도 12단계에서 6단계로 줄일 수 있어 가격경쟁력이 4배 이상 있는 것으로 분석하고 있다.

BSP는 기존에 자체 제작한 자재폭 150mm규모의 제논램프 광소결 장비를 이용해 시범생산을 추진했고 향후 FPCB업계에서 요구하는 250mm/500mm 이상 장비를 새로 제작한다는 계획이다. 비에이치는 FCCL 필름 제작을 위한 롤투롤 도금생산 시스템을 구축할 예정이며, 도금 결과는 바로바로 공유해 개발속도를 높일 예정이다.

과제책임자인 박홍진 BSP 대표는 “2019년 8월 기술 개발이 완료되면 나노 금속잉크와 폴리머 소재상 금속 프린트 솔루션 판매를 통해 우선 13억원의 매출을 거둘 것으로 기대하고 있다”며 “기술개발에 박차를 가해 모바일폰용 COF에 필요한 고부가 FCCL 시장에 진출할 수 있도록 하겠다”고 밝혔다.

▲ BSP와 비에이치가 실제로 제논램프 광소결-무전해도금-전해도금(左부터) 공정을 거친 후 구리 시드 레이어 두께 및 품질 결과물.