센서 경량화 반드시 필요

바이오 메디컬 분야 유망 

수요 연계형 플랫폼 시급

4차 산업혁명은 ‘정보 클라우드 시대’다. 정보 클라우드 시대에는 현재의 정보화 시대보다 훨씬 더 많은 수의 기기와 센서들이 연결되는 ‘초연결 사회’가 형성된다.

초연결 사회를 뒷받침하기에 벅찬 기존 반도체 공정의 한계를 극복하기 위해 전문가들은 3D 프린팅과 플렉서블 인쇄 전자에 주목하기 시작했다.

인간과 사물 간에 정보가 양방향으로 흐르기 위해서는 수많은 센서와 기기가 필요한 만큼 전반적인 경량화와 생산비 절감 등이 필요한데현재 반도체 기술로는 구현하기가 힘들다는 지적이다.

이에 3D 프린터와 인쇄전자를 융합한 ‘4D 프린팅’이 그 해결책으로 등장했다. 

4D 프린팅은 3D 프린팅과 전기·전자 산업이 융합을 이룬 분야로, 3D 프린팅 기술을 이용해 완전한 전기·전자 부품과 기기를 제작하는 기술이다.

4D 프린팅 기술은 3D 프린팅과 인쇄전자가 융합된 기술이면서 동시에 사용하는 잉크 소재의 분자 상태를 제어하여 외부의 자극에 의해 수축, 팽창, 색 변화, 친수 특성 변화 등을 전기적 신호로 제어할 수 있도록 제조한 지능형 부가 제조 방식이라 할 수 있다.

4D 프린팅 산업의 육성은 3D 프린팅 산업과 인쇄전자 산업에 분자 단위에서 소재를 디자인하는 정밀소재 기반 잉크 제조 산업을 융합한 형태의 전략이 필요하다.

초연결로 지능적인 사회 발전 뒷받침

인류는 지금까지 크게 4번의 산업혁명을 통해 성장해왔다고 할 수 있다. 

4차 산업혁명은 정보통신기술(ICT)이 제조업과 같은 다양한 산업들과 결합하며 지금까지는 볼 수 없었던 새로운 형태의 제품과 서비스, 비즈니스를 만들어 내는 것을 말한다.

4차 산업혁명의 시대를 맞이해 사물인터넷(IoT), 자율주행과 같은 기술들이 큰 주목을 받고 있으며, 이러한 기술의 핵심에는 바로 ‘연결’이 있다고 해도 과언이 아니다. 

지금까지는 단순히 사람과 제품, 제품과 제품의 연결에 집중했던 것과 달리, 4차 산업혁명에는 연결을 통해 어떻게 우리의 삶을 바꿀 수 있을 것인가에 초점을 두고 있다고 할 수 있다.

2016년 다보스 포럼에서 4차 산업혁명은 ‘모든 것이 연결되고 보다 지능적인 사회로의 진화’라고 선언한 것 과 같이 4차 산업혁명을 통해 우리는 바로 ‘초연결 사회’로 진입했다고 할 수 있다.

인쇄전자 관련 시장 2027년 3천억달러

인쇄전자는 잉크와 특수 프린터를 사용해 모든 종류의 문서에 머리카락 지름보다 작은 10마이크로미터 범위의 정확도로 회로를 적용할 수 있는 기술이다. 

따라서 이러한 기술은 하이테크 응용 분야 뿐만 아니라 일상적인 전자제품을 위한 구성요소를 보다 효과적이고 쉽게 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

인쇄전자산업은 제4의 산업혁명, 제조공정의 패러다임 전환으로 불리며 저가격, 친환경, 유연성, 대면적 고속 생산, 대량 생산, 저온, 단순공정이라는 인쇄기술의 고유한 특징에 고해상도, 고정밀도, 친환경의 산업적 특징을 가지고 있다. 

또한, 인쇄전자산업은 글로벌마켓을 가진 미래유망기술인 박막, 플랙시블, 태양전지, 센서, 배터리, 스마트카드, 유기 트렌지스터, 메모리 등 광범위한 산업에 응용되고 있다. 

인쇄전자 시장은 2020년 400억 달러로 추산되며 관련 산업 규모는 2027년까지 반도체산업의 규모보다 큰 3,000억 달러가 될 것으로 전망되고 연평균 39%의 높은 성장률을 보여줄 것으로 기대된다.

또 세계 인쇄 전자 시장에 대한 TMR의 보고서에 따르면 2015년 시장 등록 매출은 254억 달러이며, 예측 기간 동안 CAGR이 11.0%로 증가해 2024년 말까지 미화 650억 달러의 평가를 달성할 것으로 전망된다.

IoT와 AI  및 자율주행차 필수 불가결 기술

미래 신기술로 한창 개발중인 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 자율주행차 등이 구현되려면, 지금보다 더 많은 전극들이 필요하고, 새로운 형태(전기가 통하는 섬유, 구겨도 전기가 통하는 필름 등)로 전기가 통하는 전극들이 다수 개발이 되어야할 것이다. 이를 위해서는 기존에 전극을 형성하는 기술보다 더 정밀하고, 더 빨리 생산이 가능하고, 값이 더 싼 공정이 필요할 것이며, 이를 실현할 수 있는 기술이 바로 ‘인쇄전자’ 기술이다.

AI의 지능강화와 성능 향상, 의료 및 자동차 산업 등 4차산업의 성장과 함께 지속적인 업그레이드가 이뤄지고 있는 소프트웨어 기술 향상과 더불어 AI전용 반도체 등 하드웨어의 개발도 속속 이뤄지고 있다. 

특히 2024년까지 의료 및 자동차 산업에서 장치의 가변성은 물론 인쇄전자 분야 연관 기술의 다양성과 창의성이 요구되면서 인쇄전자시장의 규모가 급속히 팽창하고 있다.

RFID 안테나 및 센서  발전 견인

세계 인쇄 전자 시장의 성장을 견인하는 대표 품목은 RFID 안테나 및 센서 등이다. 

이들 제품의 구성 장치 중 저비용 고신뢰도의 강력한 전자 장치가 필요했고 새로운 유형의 기판 재료와 잉크 개발이 이뤄지면서 인쇄 전자 시장을 더욱 활성화시켰다.

또 스마트 레이벌, 플렉시블 디스플레이 장치, 웨어러블 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 블루오션으로 떠오르고 있다.

인쇄 전자 시장은 기존의 전자 산업이라면 반드시 안고 가야 했던 환경 영향에 부정적 요인을 줄이기 위해 ‘적은 자재 폐기’와 ‘낮은 전력 소비’에 초점을 맞춰 개발됐으며 이는 이익 창출의 핵심으로 작용하고 있다. 전자인쇄 관계자들은 기능인쇄 시장의 성장을 촉진시키는 요인에 대해 저가격, 친환경, 유연성, 대면적, 대량 생산, 저온, 단순 공정 등을 꼽았다.

디스플레이와 스마트 포장 수요 증가 이끌어

응용을 기반으로 인쇄 전자 시장은 자동차, 소매 및 포장, 전자 및 디스플레이로 구분된다.

이 가운데 소매 및 포장 부문이 지난 2015년 높은 점유율을 차지했고, 이어 자동차, 전자 부문이 뒤를 이었다. 이러한 성장은 스마트 포장에 대한 수요 증가에 기인한다.

성장을 뒷받침할 수 있는 다른 요인으로는 소비재, 신흥 소매 부문 및 일부 기술 발전이 있다. 또한, 이 기술은 포장에 사용되는 아세테이트 필름, 포일, 플라스틱, 갈색 종이 재료를 포함한 재료에 뛰어난 인쇄 품질을 제공한다. 

이 요인은 소매 및 포장 부문의 성장을 촉진하고 있다.

기술을 기반으로 인쇄 전자 시장은 굴곡 인쇄, 중력 인쇄, 화면 인쇄, 잉크젯 인쇄로 세분화된다.

이 가운데 최근 세계 인쇄 전자제품 시장에서 스크린 인쇄 부문이 가장 큰 비중을 차지했다. 인쇄 전자, 회로판 인쇄, 두꺼운 필름 기술, 디스플레이 및 제품 레이벌과 같은 수많은 산업에서 화면 인쇄 기술의 광범위한 사용. 어떤 기판에서도 뛰어난 인쇄 품질로 인해 향후 몇 년 동안 플렉소그래피 부문은 탄력을 받을 것으로 예상된다.

수요 연계형 기술 개발 플랫폼 구축 시급

지역을 기준으로 세계 인쇄 전자 시장은 북미, 유럽, 아시아 태평양, 라틴 아메리카, 중동 및 아프리카로 세분화된다. 인쇄 전자 장비와 재료 제조업체가 대부분 북미지역에 분포해 있기 때문에 북미 지역은 가장 큰 인쇄 전자 시장이기도 하다.

그런데, 이 중 주목할 것은 아시아태평양지역이다. 북미에 이어 매출 면에서 세계 시장을 석권할 것으로 예상되기 때문이다. 인도, 일본, 중국 등 이 지역의 개발도상국들이 주로 성장에 기여하고 있다. 

인쇄전자 시장에서 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해서는 전문인력 양성과 수요연계형 기술개발 플랫폼 구축을 통해역량을 강화하는 한편 신뢰성 시험평가 및 인증체계 등 인쇄전자 산업의 전반적인 인프라도 적극 구축해 나가야 할것으로 보인다.

소재ㆍ장비ㆍ소자 등 3개분야별 세부 기술로드맵을 수립하고 공동 사업화연계기술개발사업(R&BD) 과제 등 기업간 협력사업의 확대,  무엇보다 유망기술을 보유한 중소기업을 지원하고 이들이 신규 특허 기술 등 원천기술 확보를 위해 어려움이 없도록 적극 지원해야 하며 국제표준에 있어서도 선두 그룹을 형성해야만 한다는게 업계 관계자의 조언이다.

잉크 및 소결과 표면처리 기반 기술 발전 중요

인쇄전자는 필름이나 섬유 소재 등에 전도성 전자잉크를 분사해 인쇄하듯 전자회로를 제조하는 기술이다. 

기존 생산 방식에 비해 설비 투자비용이 낮고 기판·잉크·인쇄기술에 따라 다양한 분야에 적용이 가능해 앞으로 스마트 기기나 디스플레이 분야에서 막대한 부가가치를 창출할 것으로 기대되고 있다. 

하지만 기존에 인쇄에 사용되는 잉크가 아닌, 구리나 은과 같이 금속을 잉크로 사용하다 보니 농도가 진해서 잉크가 나오는 구멍이 잘 막히거나, 다 그린 전극을 전기가 통하게 하기 위한 소결(빵을 굽듯이 굽는) 과정에서 생기는 등의 문제가 발생한다. 

인쇄전자 기술은 인쇄 기술 이외의 잉크제조, 소결, 표면처리 기술 등 기반 기술이 함께 성장해야만 한다.

유연한 기판에 회로를 안정적으로 인쇄하려면 먼저 기판 자체 최적화 부터 잉크 구성 및 인쇄기술의 정확성, 열 경화에 이르기까지 종이 또는 필름 손상 등을 해결해야 한다. 표면이 완전히 매끄럽지 않은 경우 이로 인해 회로 제작에 필요한 정밀도를달성하기가 어렵기 때문이다.