▲ 전기도금기술 분류.

◇ 작동원리 및 적용부품

전기도금은 금속이온이 용해돼 있는 도금 용액 내에 시편(환원전극)과 양극(산화전극)을 침적시키고 전원(정류기)을 통해 일정 수준 이상의 과전위를 인가함으로써 시편 표면에 전기화학적 환원반응을 유발시켜 금속 및 비금속 코팅층을 형성하는 표면처리기술이다.

▲ 전기도금 시스템의 구조 및 작동원리.

전기도금은 자동차 내·외장부품, 각종 롤(Roll) 부품, 악세서리 등 일반부품으로부터 반도체·전자·통신부품용 배선 회로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 부품 등 정밀부품에 이르기까지 산업전반에 적용된다.

기능성 도금에서 합금도금과 복합도금의 개요는 다음과 같다. 합금도금은 2종 이상의 금속 또는 비금속 이온이 용해돼 있는 도금용액으로부터 전기도금기술을 적용해 합금층을 형성하는 도금법이다. 이 공정은 단일금속으로는 얻을 수 없는 기계적 특성 및 자기적 특성을 갖는 합금층, 용융법으로 얻기 힘든 고융점 혹은 저융점 금속, 고가 금속을 대체할 수 있는 기능성 합금층 등을 제조할 수 있다. 최근에는 장식용, 내식용, 베어링용, 납땜용, 전자부품 용도로 전기·전자 분야에 널리 활용되고 있다.

복합도금은 단일/합금 전기도금과 무전해도금에서 석출금속의 모재 내에 제 2상으로 미립자나 섬유상 물질이 함유돼 이상(異狀)의 단순조합 으로는 얻을 수 없는 새로운 특성(고온내식성·내마모성·윤활성·이형성·접착성 등)을 가진 복합피막을 형성하는 기술이다. 이 공정은 발전용 터빈, 자동차 외장재, 엔진 실린더, 그라인더-휠, 치과용 연삭 바늘, 연마자석, 자동차 샤프트, 기어, 연속주조용 몰드 등에 적용된다.

■ 기술의 환경변화 및 중요성

◇ IT 제품의 고품질화에 따른 정밀도금기술 수요 증대

국가 주력산업 분야인 디스플레이, 모바일 및 반도체 산업의 경쟁력을 강화시키기 위해서는 관련 부품·소재의 박형화 및 고집적화에 대응할 수 있는 정밀 도금기술 확보가 필수적이다. 특히, 최종 제품(High-end Product)의 엄격한 디자인 룰과 요구 성능을 충족하기 위해서는 고기능성 도금막 제조기술, 고정밀 금속 패터닝 기술, 저가형 대면적 균일 박막 형성기술, 도금 계면 제어기술을 확보해야 한다. 또한, 향후 도래할 나노 산업 시장에 대비하기 위해서는 나노 소자 구현을 가능케 하는 기반기술인 나노 플레이팅(Nano-plating) 기술의 선점이 필요하다.

◇ 신소재 도금기술 개발 경쟁

이동통신·LED·에너지·자동차 산업분야에서 글로벌 경쟁이 심화됨에 따라 경쟁업체와 차별화된 전략 모색의 일환으로 제품의 고기능화·고성능화를 위한 신소재 개발과 제조원가 감축에 초점을 둔 신공정 개발 경쟁이 치열하다. 특히 선진업체와 경쟁할 수 있는 핵심 기술로 유연성 소재(예, PI, PET 필름) 상 선택적 패턴 도금 기술, 난도금성 소재(예, Ti, Al) 도금기술, 난소재상(예, 섬유, 탄소체) 도금기술, 고기능성 나노/복합 도금 등이 주목받고 있다. 이는 전기도금에 의한 기능성 금속 코팅이 고가의 소재 적용이나 설비 확충 문제를 해결할 수 있는 저원가 공정으로 인식되고 있기 때문이다.

◇ 환경·생태 친화적 도금기술 개발 요구

전 세계적으로 유해물질의 수·출입 규제 움직임이 강력하게 제기되고 있다. 이러한 상황에서 도금 산업의 생존력을 확보하고 국내 수출 제품의 경쟁력 확보를 위해서는 환경·인간 친화적 전기도금 공정 기술의 개발이 시급하다. 일례로, 6가 크롬도금, 시안화 아연 도금, 산성 아연 도금 등을 대체할 수 있는 친환경 도금기술과 가전 및 이동통신 제품군에 대해20니켈 알레르기 부작용’ 문제에 대응할 수 있는 신도금 기술 개발이 요구된다.

■ 기술분야별 동향

도금 선진국 및 한국이 보유하고 있는 전통 도금기술은 원가절감 차원에서 개발도상국으로 이전되고 있다. 최근에는 고정밀성·고기능성·신기능성이 요구되는 신소재·신산업 분야를 대상으로 한 첨단도금기술 개발 및 신시장 개척에 대한 관심이 높다.

◇ 전기도금

○ 정밀도금기술

PCB(Printed Circuit Board)용 도금과 반도체 도금뿐만 아니라 향후 마이크로/나노 센서 등 각종 초미세 전기·전자 부품 제작 등을 위해 무결함 필링(Filling) 도금 기술 개발이 필요하다. 현재 국내 전자 산업에 적용되고 있는 관통형 비아(Via)는 사용되는 용도에 따라 크기가 수 마이크론에서 수백 마이크론에 이르며, 종횡비는 1:1~1:3 사이의 다양한 값을 가진다. 현재 선진국에서는 1:10~1:20에 이르는 고종횡비의 도금 구조물 내부의 젖음성 향상과 개구부(Mouth)의 전기장 집중을 효과적으로 억제할 수 있는 새로운 유기물 첨가제 조합을 선별·선정함과 동시에, 직류 전류 파형 대신 펄스 전류 혹은 펄스-리버스 펄스 전류 파형을 개발함으로써 필링 도금 형상을 제어할 수 있는 기술을 선행 개발하고 있다.

▲ PCB 기판 및 반도체 도체 폭(Conductor Width) 감소 추이.

전자·패키징 산업에서 3D 적층형 구조가 보편화됨에 따라 정밀도금 기술 개발의 필요성이 커지고 있다. 전자·반도체 산업에서는 칩 성능의 고도화·집적화·고스피드화를 구현하기 위해 구리·니켈·금·납 등 다양한 금속종에 대한 정밀 도금기술 개발이 요구된다.

현재 고가의 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정을 적용해 제조되고 있는 차세대 박막 태양전지 CuIn_xGa_1-xSe₂(CIGS) 흡수체를 산업적으로 생산하기 위해, 건식 프로세스와 결합된 전기도금 기술 개발이 활발하다. 상기 분야의 전기도금 기술 동향은 미국을 중심으로 PVD CIGS 박막 흡수체의 광전효율과 근사한 성능을 확보하기 위한 도금액 개발 및 액 안정성화 연구가 국가적 차원에서 진행되고 있다. 뿐만 아니라, CIGS 내 희유금속인 인듐의 절감·대체를 위해 개발되고 있는 CTGS 박막 제조를 위해 학-연을 중심으로 도금 공정 개발과 물성 확보를 위한 기초 연구가 진행되고 있다.

▲ 정밀도금 및 나노·다층 도금기술 적용 분야.

○ 나노·다층 도금기술

최근 에너지 변환 기술과 환경·바이오 기술의 중요성이 증가하면서 장치의 소형화·고감도화에 적합한 나노 도금기술이 향후 열전소자와 각종 센서 등 미세 부품을 산업적으로 제조하는 주요 기술로 부각될 전망이다.

나노 도금기술은 금속뿐만 아니라 반도체 소재의 선택 성장을 위한 도금기술(나노선 및 막대형의 도금체 제조, 1차원 성장)과 균일 성장을 위한 저전위 도금 기술(원자 한 층 두께의 도금체 제조, 2차원 성장)을 중심으로 개발되고 있다. 이 기술은 현행의 치환도금기술, 무전해 도금기술, 자기조립단분자층 형성 등 나노 소자를 구현하는 요소기술과 결합돼 향후 3차원 나노 구조체를 제작하는 핵심 요소기술이 될 것이다.

다층 전기도금 기술은 거대자기저항(GMR, Giant Magneto Resistive Effect) 현상을 이용하는 박막 자기 디바이스, 자기 센서, 고밀도 데이터 기억 장치에의 핵심 요소인 자성 다층체 제조를 위해 개발됐다. 전기도금에 의한 다층도금은 수용액 및 유기 용매로 구성된 단일조 혹은 분리조에서 각각 직류와 펄스 전류를 인가해 구현한다. 이 기술은 각종 가스 센서, 전자 혀(Electronic Tongues), 마이크로 근육과 같은 나노 크기의 생체 적합성 재료를 제조하는데 활용될 것이다. 특히, Fe/Au 다층 구조를 갖는 바코드형 나노선은 생체적합성·기능성 부여 용이성·검출 특성이 우수해 바이오 산업에 응용하기 위한 연구가 활발하다.

최근 저전위 도금(Underpotential Deposition) 현상의 장점을 이용해 개별 다층막을 분자 수준으로 제어하는 통칭 전기화학 원자막 에피텍시( ECALE, Electrochemical Atomic Layer Epitexy)라는 기술 개념이 확립돼 Cd-Te 다층 전기도금에 적용됐으며, 현재 실용화 연구가 진행되고 있다.

○ 전주도금기술

전주도금은 탈착된 도금막 자체가 최종부품이 되거나 혹은 추가적인 후가공을 거쳐 최종제품이 된다. 전자의 경우, 현재 각종 광학 필터나 전자파 차폐재로 적용될 수 있는 고정밀 금속 메쉬 제품을 연속 라인으로 제조될 수 있는 기술 개발이 진행되고 있다. 후자는 천연무늬와 같은 각종 패턴을 복제 공정을 통해 고경도 도금 틀로 생성해 내고, 이를 이용해 전주도금으로써 고정밀·저원가의 천연 무늬를 생산할 수 있는 기술이 연구되고 있다.

기존 전주도금의 경우 전주 도금 대상물의 대부분이 유연성을 요구하므로 저응력·저경도의 순수 니켈 설파메이트계 도금액이 보편적으로 사용되고 있다. 도금 틀(Template) 제조를 위한 고경도·고내마모성 전주도금액은 특화돼 있지 않아서 고경도 전주 도금 기술 개발이 진행되고 있다.

전기도금, 금속 넘어 반도체·나노 등 적용 분야 확대

나노시대 도래, 원자 1개층 도금 등 초정밀 기술 개발 경쟁

◇ 합금도금

6가크롬도금의 대체 도금재로써 Ni-W, Fe-W, Co-W 합금 등이 오랫동안 연구됐지만 연구의 진전은 미약했다. 그러나 전 세계적인 환경규제의 영향으로 최근 W계 합금 도금에 대한 관심이 미국과 일본 등을 중심으로 고조되고 있다.

현재 Ni-W 합금도금의 경우, 합금체 내 W 함량을 종래의 3~5%에서 40% 이상으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 경도는 크롬 도금보다 높고, 내식성은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)보다 훨씬 뛰어난 수준으로 플랜트 부품의 표면처리를 위해 사용되고 있다.

합금도금의 특수 용도로서, 금속 제품에 항균성을 부여하고 항균기능을 지속적으로 확보할 수 있는 “니켈 + 미량원소” 합금 도금막이 제조됐다. 상기 합금층은 니켈 단품 대비 100배 이상의 항균효과를 나타내며, 니켈 알레르기의 원인이 되는 니켈 이온의 용출을 억제한다. 향후 이와 같은 인체 친화성 도금기술 개발에 주목해야 한다.

전기도금으로 형성된20비정질’ 또는20나노입계’의 합금 도금은 높은 경도, 우수한 내식성 및 열적 특성을 나타내므로 고기능성 구현 및 유해 도금 대체 기술로서 연구가 활발하다.

◇ 복합도금

현재, 내마모성 강화를 위한 복합도금으로 Ni계 복합도금이 가장 많이 사용되고 있다. Ni-TiO2 복합 도금은 TiO2(산화티타늄)의 함유량이 1.0% 정도만 돼도 경도(Hv.)가 1,550~2,300에 이르며, 복합재로 ZrB2(지르코늄 디보라이드)를 사용할 경우 도금욕 중에서 발열이 발생해 도금층의 내식성, 내산화성, 고온 특성이 우수한 도금층을 형성할 수 있다. 한편, Ni-SiC 복합도금은 내연기관 실린더 라이너 내면에 크롬도금 대신 내마모 코팅층으로 적용되는 등, 복합도금층의 뛰어난 물성이 적용될 수 있는 용도 개발이 시험 중에 있다.

나노 복합도금기술은 Ni-MH(니켈 금속수소) 전지의 음극 물질 제조에 적용된다. 음극물질인 수소저장 합금 입자 표면에 수십~수백nm 두께의 Ni-PTFE (Poly -tetra-fluoro-ethylene) 분체가 혼합된 복합도금층을 형성해 Ni 도금층-PTFE 계면의 미세통로를 통해 수소가스의 출입을 가능하게 한다. 이러한 나노 도금기술은 Ni-MH 전지뿐만 아니라, 연료전지 전극 제조에도 동일하게 사용될 수 있는데 현재 PTFE 분체에 Ni 도금을 실시한 후 가압해 전극을 제조한 후, 백금 촉매에 담지한 전극을 알카리 전해질형 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell)에 시험 적용되고 있다.

▲ 전주도금(Ni), 합금도금(Co-Ni) 및 복합도금(Cr-nano Diamond).

■ 기술개발의 주요이슈

◇ 고정밀·나노·다층 도금기술

스마트폰에 사용되는 고가의 PCB 기판은 20층 이상의 다층구조이며, 층상·층간에 Micro-via Fill Plating과 PTH( Plated Through Hole) Plating이 혼재하게끔 고안돼 있다. 따라서 이를 동시에 전기도금 해야 하는 기술적 요구에 직면하고 있다. 이와 같은 고난도 도금 기술을 해결하기 위해서는 일차적으로 신도금액 조성 개발이 요구된다. 이와 더불어 균일전착성 확보, 도금층 Filling 결함 억제, 폐수 관리를 위한 부대장비(Galvabau Vibrator, Vacuum Printer, Nano-bubble 등) 개발 등이 필요하다.

도금법에 의한 CIGS 태양전지 모듈 제작의 경우, 현재 Roll-to-Roll 방식으로 연속 생산하는 기술이 개발되고 있으나 대면적화, 효율 향상, 대기 폭로 안정성 확보가 추가적으로 요구된다.

나노 시장을 개척하기 위해서는 현재 전기도금법에 의해 제조된 나노선 및 3D 나노 구조물의 위치를 배열·배치해 소자화 할 수 있는 기술이 필요하다. 단품으로 제작된 마이크로/나노 크기의 미세 구조물의 정열 및 위치 제어와 이종 재질간 접합을 위한 표면처리기술 개발 등이 향후 나노 소자화와 시장성 확보를 위해 해결해야 할 문제이다.

다층도금의 경우 자성 다층막의 자기 특성을 구현하기 위해 개별 층들의 두께, 계면의 첨예도, 계면을 통한 혼합/합금 형성 제어가 중요하다. 특히, 계면 특성은 자성 성분 요소에서 비자성 성분 요소로 갈 때 첨예한 계면 달성이 매우 중요한 요소인데, 시간에 따른 도금액 내 금속 이온종의 농도 변화와 물질 확산 제한으로 인해 고순도 다층막 제조를 위한 공정 기술 개발이 필요하다.

전산모사기술의 정밀도금 적용성을 높이기 위해서는 전기장 효과와 유동 효과가 결합된 도금 소프트웨어의 개발이 필요하다. 또한 산업현장에서 활용되기 위해서는 일반 금속뿐만 아니라 특수금속 및 비금속 소재에 대한 전기도금 데이터베이스의 구축이 이뤄져야 한다. 이와 더불어, 전산 모사기술은 다년간의 현장 경험과 시뮬레이션 기술이 접목돼야 하므로 이를 지원할 수 있는 전문 인력 확충 및 전문 지원기관 설립이 요구된다.

◇ 전주도금기술

전주도금기술의 개발 및 산업적 적용을 위해 해결해야 할 가장 중요한 이슈는 전주도금에 적합한 고정밀 도금 틀의 제작 및 내구성 확보이다.

전주도금 틀 제조를 위해서는 다양한 가공법 혹은 부가적인 표면처리법의 접목을 통해 도전성이 있는 도금 틀을 설계·제작하는 기술, 도금 틀 내에서 금속체가 균일하고 결함이 없는(Defect-free) 구조로 형성되도록 핵 생성/핵 성장을 제어하는 기술, 도금된 금속 미세 부품을 도금 틀로부터 용이하게 탈착되도록 처리하는 표면 제어 기술, 도금 틀 및 전주품의 용도에 따른 고경도·고정밀도·저응력 특성을 충족시킬 수 있는 특화된 전주 도금액의 개발이 필요하다. 즉, 고정밀 전주도금을 산업 경쟁력을 갖춘 시스템으로 확대하기 위해서는 다양한 가공 기술과 표면처리기술의 조합을 통해 미세 금속 구조체를 고속·대량·저가 생산할 수 있는 신개념 공정 고안이 필요하다.

◇ 합금도금·복합도금

나노 복합도금기술은 친환경성과 경제성을 갖춘 신기술이다. 그러나 현재까지 개발된 도금층 자체 물성은 기존 품질에 상응할 수 있는 수준으로는 우수하나 매트릭스 내 나노입자의 불균일한 혼입과 적절히 제어되지 못한 계면 특성으로 인해 품질의 균일성 및 안정성에 취약점이 있다. 따라서 이 기술의 성공적인 산업적 적용을 위해서는 도금액 내 나노 입자의 분산 제어, 전착 과정 중 나노 입자의 매트릭스 내 혼입 속도 제어, 코팅층 조성 제어기술에 대한 연구가 필요하다. 또한, 발전소 등과 같은 고온 산화 환경에 실적용하기 위해서는 코팅공정, 코팅 물질 구조 및 부식 거동 간 상관관계에 대한 심도있는 연구가 요구된다.

■ 국가별 동향- 미국

◇ 연구개발 현황

미국에서의 일반 표면처리기술 개발 방향은 합금 및 복합 코팅 기술 개발, 비파괴 피막 평가 기술 개발, 고내열 특수 코팅 기술 개발, 환경 보전 표면처리 기술 개발(생분해성 혹은 환경 친화형 전처리액 및 도금액 제조)로 요약된다.

1990년대 이후 국가적 차원에서 나노기술의 중요성이 인식돼 NT-BT 기술과 도금기술(표면처리기술)이 접목된 ’바이오 선택 표면 처리 기술’이 국가 중점 연구과제로 채택됐다. 2000년대 초반부터는 고효율 태양전지 개발과 연관해 NT-ET 기술과 도금기술의 융합에 의한 저비용화를 실현하려는 연구가 지속적으로 수행되고 있다.

◇ 선도연구기관

일반도금, 다층도금, 도금시뮬레이션 기술개발 관련 선도 연구기관은 NIST (국립표준기술연구원) 및 Colombia 대학 등이 있다. 나노 수준의 전기도금 공정 개발 및 소자화 기술은 UCR(Univ. California at Riverside), 다층 전기도금을 이용한 CIGS 태양전지 연속제조 공정기술은 NREL/SoloPower사가 선도적 기관이다.

미국 NIST는 나노가공기술의 초정밀 융복합 가공 기술에 연간 1,000만 달러 이상의 연구개발 투자를 하고 있다. 이를 통해 가공기반 기술을 선점해 3~5년 후 산업계로 응용분야를 확대, 집중 육성하려는 계획을 세우고 있다.

▲ 나노/다층도금 기술 - 미국의 선도 연구기관 .

■ 국가별 동향-일본·중국

◇ 연구개발 현황

일본은 기반 산업과 첨단 신산업(전자·전기·반도체 산업 및 신재생 에너지 산업)분야에서 중소 소재 산업체의 연구개발 한계를 극복하기 위해 소재산업-조립산업 간의 적절한 정보 제공·공유와 지역 집적 및 대학/연구소의 허브 기능 강화 측면이 두드러진다.

중점적인 연구 개발 분야는 소재 맞춤형 도금기술, 전자통신기기 고속화 및 경량화 대응을 위한 도금기술, 고정밀 도금기술, 친환경 도금기술, 설비 자동화 기술, 고기능 도금액 제조기술로 요약된다.

중국은 풍부한 연구개발 인력과 정부의 적극적 과학기술 정책에 힘입어 국가연구소의 연구개발 결과를 Scale-up해 상용화로 직결시키기 위한 연구를 중점 수행하고 있다.

◇ 선도연구기관

전자·전기·반도체 산업용 고정밀·고기능성 도금과 자연모방을 위한 습식·건식이 결합된 요소 도금 공정 기술은 와세다 대학, 쿄토 대학, 오사카 대학 등을 중심으로 수행되고 있다. AIST는 중소 표면처리업체를 지원하기 위한 기반 기술 개발에 역점을 두고 있다.

▲ 기능성 정밀/복합도금 기술 - 일본의 선도 연구기관 .

■ 국가별 동향-EU

◇ 연구개발 현황

EU Framework Program의 제 6차(기간 : 2002년-2006년, 예산 : 175억유로) 기간에 수행된 IONMET 프로젝트는 현재 도금생산 현장에서 사용하고 있는 환경/인체에 유해한 도금액을 새로운 용매 부류인 이온성 액체로 전환시킬 목적으로 추진된 녹색 도금 기술 개발 프로그램이다. 이 연구 프로그램은 이온성 용매를 이용한 전기도금(순금속, 합금, 복합도금) 공정 개발, 기능성 금속 코팅층의 고품질화, 프로토 형태(Proto-type)의 도금 공정 디자인 및 대규모화, 산업적 적용을 촉진하기 위한 연수 및 보급에 관한 내용을 포함하고 있다. IONMET 컨소시엄에는 기업체 및 학계의 33개 기관이 파트너로 참여했다.

FP 제7차(기간 : 2007년~2013년, 예산 : 678억유로) 프로그램은 전체적으로 바이오 기술, 정보통신기술, 나노기술분야에 초점을 두고 있다. 이 중 표면처리기술은 나노기술의 중요 기술개발 영역으로 포함돼 있다. 나노 표면처리 기술 개발은 주로 제품·공정의 친환경성과 고기능성 확보에 초점을 맞추고 있다.

핀란드의 경우 최근 다기술 융합 차원에서 나노 기술을 적용한 표면처리 기술 개발 프로그램(FinNano)을 유럽연합의 ERA(European Research Area) 목표에 부합되도록 운영하고 있다. 이 프로그램의 세부전략 분야에 나노표면기술이 포함돼 있다.

◇ 선도연구기관

도금액/공정 분야의 선진국인 독일은 미래지향적인 도금 소재 개발과 도금공정의 디지털화를 선도하고 있다. BASF와 Elsyca 등 유관 기업이 개발기술 상용화를 주도하고 있다.

▲ 친환경 도금 및 도금용 S/W 기술 - EU의 선도 연구기관 .

최대 수요처 PCB산업, 2013년 677억7,400만불

업계 자체 연구 및 산·학·연 협력 연구 필요

■ 국가별 동향-한국

◇ 연구개발 현황

전기도금 공정기술과 관련돼 진행되고 있는 국가연구개발과제로는 산업원천기술개발과제인 ‘정밀도금 기반 전자부품용 그린복합 성형기술 개발”과 ‘멀티기능 FINE Surface 생산기반 기술 개발’이 있다. 국가플랫폼 과제인 ‘전략산업 지원 코팅 및 표면처리 공정 플랫폼 기술 사업’이 있다.

산업원천기술개발 과제의 주요 내용은 정밀도금 기술의 원천기술에 해당되는 전자 부품용 고기능성 Cu/Ni 도금액 및 첨가제 시스템 개발, 고정밀 전기·전자 부품제조를 위한 친환경·저원가 도금공정 개발, 정밀도금 산업에 특화된 전기화학 거동 해석 프로그램 개발 및 국산화, 나노기술 융합을 통한 IT 기기 외장재용 표면처리기술 개발 등이다.

국가플랫폼 과제의 주요 내용은 부품 소재의 코팅 및 표면처리 공정 최적화를 위한 설계·및 공정 단위 요소 기술의 통합화, 모듈화, 표준 공정 플랫폼 개발, 코팅막 성능 평가 기술 개발, 플랫폼 기술의 중소기업 확산 시스템 구축 등이다.

최근 친환경 녹색 산업 기술 개발과 연관해 유관 정부출연연구소에서는 신재생 에너지 부품(태양전지 모듈, 연료전지 분리판, 열전소자)의 고효율화와 고내구성 확보를 위해 반도체 도금, 전기도금-무전해도금의 조합, 다층 및 패턴 도금 등 다양한 전기도금 공정을 개발하고 있다. 한편, 제조현장 녹색화를 위해 친환경 무전해 구리도금액 개발, 도금 폐액 재활용 기술개발, 도금폐액으로부터 유효 금속 회수기술 개발 등을 주요 내용으로 한 산업체-연구소 간 협력연구가 추진되고 있다.

◇ 선도연구기관

국내 정부출연연구소 중 재료연구소와 생산기술연구원이 일반도금 및 정밀도금 분야에서 미래지향형 도금기술 개발과 생산기반 도금기술 개발 및 지원을 수행하고 있다. 학계에서는 도금액 조성 개발 및 역할 규명 등 기반 연구를 진행하고 있다.

◇ 기술수준격차

국내의 도금기술 수준은 선진국 대비 분야별로 70-90% 수준이며, 최고 기술국 대비 4∼5년 정도의 격차를 가진다. 국내 전기·전자·반도체 산업 분야의 도금공정기술은 세계적인 수준인 반면, 도금 원료 소재 및 주요 용액 첨가제등은 대부분 수입에 의존함으로 기초 소재분야의 기술 경쟁력은 열악한 수준으로 평가된다.

▲ 도금공정 및 주변기술 - 기술격차 및 기술수준.

■ 국내외 주요기업의 생산 활동

전기도금 공정이 주요공정으로서 자리잡고 있는 부품산업분야는 PCB 산업, FCCL(Flexible Copper Clas Laminate) 산업, 프로브 카드(Probe Card) 제조 산업, 터치스크린 패널 산업 등이다.

PCB 및 FCCL 분야는 디지털 정보가전 제품의 고성능화·경박단소화·저가화 추세에 대응하기 위해 업체간의 경쟁이 치열하다. 일본은 미세 피치화와 고정밀화를 동시에 꾀할 수 있는 신기술을 적극적으로 모색하고 있다. 일례로써 순수한 습식공정만을 응용하는 무전해/전기도금 기반 FCCL 기술 개발을 2~3개 일본기업에서 추진하고 있다.

프로브카드 제조의 경우, 미국은 선진 나노기술과 MEMS 기술에 많은 원천기술을 보유하고 있어 전세계 반도체 검사장비 시장을 독점하고 있다. 이로 인해 일본·한국의 후발제조업체는 원천적 MEMS 기술을 우회하고 제조시간을 단축할 수 있는 제품 설계, 대체 소재 선정 및 신개념 공정 개발을 진행하고 있다.

터치스크린 패널은 다층박막을 기본 구조로 가지고 있어 도금-포토-에칭 공정의 반복으로 공정 회수의 증가와 환경오염을 유발하므로, 환경친화적 공정 개발, 저원가 공정 설계, 협피치 대응 미세선폭 구현 등이 생산 활동의 초점이 되고 있다. 터치스크린 패널 분야의 최고의 기술력을 보유하고 있는 일본의 Nisha사의 경우, 현재 미세선폭의 터치스크린 패널 전극공정을 포토리쏘 공정을 적용해 시제품을 제작하고 있으며, 저가의 미세 선폭 전극 형성공정을 대비해 그라비아 프린팅 혹은 오프셋 프린팅 방법을 개발하고 있다.

현재 도금 소프트웨어 개발 및 적용에 대한 원천 기술은 대부분 선진국(예, 미국·벨기에·일본)에서 독점하고 있다. 특히 최근에는 소프트웨어 코드 공개 금지 및 제한적 공급으로 기술 배포를 제한하는 추세여서 국내 도금기술의 디지털화를 위해서는 국산화가 긴요한 상황이다.

▲ 정밀 도금 공정 기술 - 국내외 주요 기업의 생산활동.

■ 시장규모 및 전망

전기도금 기술이 집약적으로 적용되는 PCB 산업의 최대 수요 시장인 디지털 정보가전 시장은 언제 어디서나(Ubiqui tous) 활용할 수 있는 방향으로 발전 중이다. 기술 요구수준과 성장성 측면에서 반도체 및 모바일 기기가 향후 PCB의 주된 수요 산업이 될 것이다. 이에 따라 전기도금 부품·소자의 고성능화·저가화가 가장 큰 흐름이다.

대형 LCD, 휴대폰 LCD 그리고 각종 FPC(Flexible Printed Circuit)에 사용되는 FCCL 소재는 특히 모바일 기기의 증가에 의해 CSP(Chip Size Package)용 구리 적층판이 대폭 확대되고 있다. 플렉시블 구리 적층판의 경우 박형화를 목적으로 3층 FCCL에서 2층 FCCL로의 전환이 가속되고 있고, 동시에 양면판으로의 전환도 현저해 커버레이 필름, 전해동박, 압연동박도 증가하고 있다.

2011년 국내 FCCL 시장규모는 전년 대비 22% 성장할 것으로 예측되고 있으나, FCCL의 경우 대일 무역 역조 현상이 심화될 것으로 예상되는 부품 중의 하나로 손꼽힌다.

터치스크린 패널 산업은 내비게이션, 휴대용 게임기 및 미국 Apple사의 iPhone을 필두로 한 대다수의 글로벌 단말기에 터치스크린을 전략적으로 채용하면서 2013년까지 30% 이상의 고성장을 기록할 것으로 예상된다. 최근 태블릿 PC 시장의 성장에 힘입어 중소형 터치 패널 주문이 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. 이에 따라 터치스크린 패널 관련 핵심 기술인 금속 전극 어레이 제조 기술 확보가 긴요한 상황이다.

국내 메모리 반도체 산업체가 전 세계 물량의 50%를 점유하고 있는데 반해, 프로브 카드 제품은 전 세계 약 1조2,000억 원의 시장에서 미국과 일본의 선발 업체들이 약 80%이상을 차지하고 있다. 또한 이들 업체는 국내의 약 3,000억원 시장에서도 40%이상의 점유율을 갖고 있으며, 프로브 카드의 수요 증가로 점유율을 높여가고 있다.

▲ 전기도금공정 적용 대표제품군의 국내외 시장 규모(단위 : 백만달러).

■ 미래의 연구방향 및 국내 산업이 나아갈 방향

◇ 미래의 연구방향

세계 표면처리 시장에서 아연 도금 못, 알루미늄 샤시, 아연도금 주물 등과 같은 저부가가치의 표면처리기술은 환경규제가 약한 후진국으로 이전되고 있다. 그러나 MEMS, MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitor), PDP, EL Display, 반도체 표면처리, 강유전체 표면처리, 콘덴서 표면처리 등의 고부가가치 표면기술과 친환경 표면처리기술은 선진국이 기술 이전을 기피해 기술 격차를 심화시키고 있다.

국내의 경우, 대기업은 저가 도금은 해외에서, 기능성 도금은 국내 중소 도금회사로 외주 조달하는 분업화를 추진함에 따라 국내 도금 기술 속도가 크게 둔화되고 있다. 그러나, 다른 한편으로는 고정밀성·고기능성·신기능성을 요구하는 신소재·신산업군의 등장으로 신도금기술 개발 및 신시장 개척에 대한 관심이 증대되고 있다.

나노 복합 도금 기술을 활용한 고온 산화용 코팅 기술은 현재 실험실 수준에서 개발하고 있는 신개념 공정이다. 이 기술은 현행 코팅 공정이 안고 있는 원자재 수입에 따른 고비용 제조 원가 문제를 해결할 수 있어 유망한 기술로 각광받을 것으로 기대된다.

따라서, 도금기술을 미래지향적인 관점에서 조망할 때 새로운 시장 개척, 특히 신소재(경량소재, 난도금성 소재, 유연성 소재) 기반의 도금기술과 특수 합금도금 기술 개발이 중요하다. 이를 위해서는 도금기술과 주변 표면처리기술 및 가공기술을 융합·결합하는 것이 긴요하다. 즉, 도금층과 신소재 간 밀착력 문제만 단순히 해결하는 것이 아니라 후공정인 용접기술, 성형기술이 동시에 확보돼야만 자동차 산업과 같은 대규모 시장에서 도금기술이 패키지 기술 형태로써 가치를 인정받을 수 있을 것이다.

◇ 국내 산업이 나아갈 방향

신산업(NT·IT·CT·ET·BT)의 발전으로 인해 벌크 개념의 표면처리 제품으로부터 초미세 표면처리 제품으로 기술 전이가 이루어지는 현 상황을 고찰해 볼 때, 향후 이종 기술간 융합을 통한 고성능화·초소형화·고기능화·고밀집화 된 표면처리 제품이 향후 시장의 흐름을 주도할 것이다. 따라서, 이에 대비하기 위해서는 도금업계의 자구적인 기술 고도화 노력과 함께 산업체-학계-연구소가 연계된 제도적 틀 안에서 도금기술과 주변 기술 간의 복합화를 끊임없이 추구하는 전략 모색이 요구된다.