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소형 웨어러블 기기 만들 세밀한 전극 3D프린팅으로 만든다

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소형 웨어러블 기기 만들 세밀한 전극 3D프린팅으로 만든다

2019.08.15 12:07
신축성 있는 3차원 표면 위에 형성된 유연성 금속 복합체. 단차가 있는 칩 형태에 프린팅된 유연성 금속 복합체의 3차원 구조. 기존의 3차원 배선 기술로 형성할 수 없는 유연하고 신축성 있는 기판의 표면에 고해상도로 유연성 전극을 형성했다. IBS 제공.
신축성 있는 3차원 표면 위에 형성된 유연성 금속 복합체. 단차가 있는 칩 형태에 프린팅된 유연성 금속 복합체의 3차원 구조. 기존의 3차원 배선 기술로 형성할 수 없는 유연하고 신축성 있는 기판의 표면에 고해상도로 유연성 전극을 형성했다. IBS 제공.

차세대 웨어러블 전자기기에 적용할 수 있는 3차원 전극 배선 기술이 개발됐다. 배선 기술이란 제한된 면적의 전자 회로 내에서 부품 및 전극을 효율적으로 배치하고 연결하는 기술이다. 

 

기초과학연구원(IBS)은 박장웅 나노의학연구단 연구위원 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 이창영 교수팀과 공동으로 자유자재로 늘어나는 금속 복합체를 제조하고 이를 3D 프린팅을 통해 상온에서 세밀하게 3차원 전극으로 배선하는 기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다. 연구결과는 국제 학술지 ‘나노레터스’ 15일자 표지논문으로 게재됐다. 

 

전자기기 내부에는 전기 신호 및 전력을 전달할 수 있는 미세한 3차원 전극들이 있다. 기존 전자기기에는 금, 구리, 알루미늄 등 늘어나지 않는 금속이 전극 재료로 사용됐다. 여기에 열과 압력, 초음파 등을 사용하는 와이어 본딩 기술이 적용되는데 이 기술은 단단한 표면에만 적용할 수 있다. 와이어 본딩 기술은 집적 회로 내 전극을 3차원으로 형성하는 대표적인 방법이다. 

 

연구진은 금속 내에 탄소나노튜브를 균일하게 배치해 금속 복합체를 만들었다. 신축성이 좋은 금속에 구조를 탄탄하게 해주는 탄소나노튜브를 결합해 3차원 구조를 유지하는 전극 배선이 가능하도록 한 것이다. 단단한 표면뿐만 아니라 피부처럼 변형이 쉽고 유연한 표면에도 적용 가능하다. 

 

연구진은 열을 가하지 않고 상온에서 3D 프린팅하는 3차원 전극 배선 기술도 개발했다. 이 기술은 상온에서 적용 가능하기 때문에 고온에 취약한 다양한 재료 표면에도 적용할 수 있다. 

 

또 뾰족한 형태의 노즐을 이용해 3차원 전극의 구조와 기능을 다양하게 바꾸는 데도 성공했다. 기존 3차원 전극들은 굵기가 수백 마이크로미터(100만분의 1미터)에 달해 전극 배선이 세밀하게 이뤄지지 않는다. 회로가 복잡하고 규모가 작은 전자기기 내에 적용하는 데 한계가 있었다. 

 

연구진이 이번에 개발한 기술을 활용하면 3차원 전극의 굵기를 최소 5마이크로미터 수준으로 가늘게 할 수 있다. 컴퓨터나 스마트폰에 사용되는 반도체 부품 집적도와 성능을 높일 수 있다는 얘기다. 

 

박장웅 연구위원은 “스마트워치, VR헤드셋 등 웨어러블 전자기기의 유연한 형태에 맞춰 전자회로를 제작할 수 있는 기반 기술”이라며 “유연한 바이오 전자기기를 구현하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 
 

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