요약
회로의 집적도 한계를 돌파할 똑똑한 전도성 접착제가 개발됐습니다. 연꽃에서 힌트를 얻은 전도성 접착제를 개발했는데요. 유연 전자소자 고밀도 집적에 적용될 것으로 기대됩니다.
성균관대학교 화학공학·고분자공학부 김태일 교수 연구팀은 삼성전자 연구진과 함께 초소형(전극 15μm) 전자소자의 고밀도 집적을 위한 전도성 접착제를 개발했습니다. 이번 연구는 <Advanced Materials>에 게재됐습니다.
초소형 마이크로 LED 집적도 한계 돌파할까
소자가 마이크로 단위가 되면 소자 간 거리도 좁아지고 전극도 작아져, 소자의 배열이나 전극과의 연결이 더 까다로워집니다. 금속와이어나 전도성 필름을 이용한 패터닝 방식이 소자의 구성요소(LED, 트랜지스터, 저항 등)를 기판에 집적하는 데 주로 쓰입니다. 하지만 이러한 방식은 고온․고압에서 진행되어 기판이 변형될 수 있는 유연한 기판에는 적용하기 어렵습니다. 유연함이 필요한 웨어러블 디바이스나 초소형 신경자극소자 같은 생체 의료기기에 활용하기에 한계가 있었습니다.
이에 연구팀은 저온․저압에서 전도성 접착제를 이용, 머리카락 굵기보다 작은(30μm×60μm) 마이크로 LED 수천 개를 유연기판 위에 집적하는 데 성공했습니다. 신용카드보다 작은 기판(5cm x 5cm)에 100μm 간격으로 60 만개의 마이크로 LED를 배열할 수 있는 수준으로 기존 상용기술 대비 20배 이상 집적도를 향상시킨 겁니다.
비결은 전도성 접착제
비결은 고분자 접착제와 나노금속입자로 만든 전도성 접착제를 이용해 소자와 소자 또는 소자와 전극을 수직으로 연결한 겁니다. 스핀코팅이나 UV 노광 같은 비교적 간단한 공정을 이용하는데다 공정의 온도와 압력을 100℃, 1기압 이하로 내려 기판에 미치는 물리적 영향을 줄였습니다.
그 결과 수 천 개 이상의 초소형 마이크로 LED를 99.9% 이상의 고수율을 유지하며 대면적으로 전사할 수 있었습니다. 나아가 급격한 온도 변화에 의한 열충격이나 고온다습 환경에서의 신뢰성에 대한 테스트를 통해 결합의 안정성을 확인했습니다.
연구팀은 연꽃표면에서 물을 튕겨내는 발수현상에서 힌트를 얻어 접착제 표면의 습윤성(wettability)을 조절할 수 있음을 이용했습니다. 기판을 덮은 유동성 있는 얇은 접착제 피막의 안정성이 피막의 두께나 소자, 전극의 표면특성에 따라 달라져 서로 접촉하거나 떨어지도록 조절한 겁니다.
이는 다기능 유연성 웨어러블 소자와 고성능 생체 의료기기의 개발을 위한 중요한 요소기술이 될 것으로 기대됩니다. 또한 OLED의 단점을 극복할 대면적 디스플레이 개발의 새로운 해결책으로 주목받는 마이크로 LED의 개발이 고밀도 집적 기술의 한계로 정체된 상황에서 수 천 개 마이크로 LED의 고수율 대면적 전사 공정에 성공한 이번 연구결과가 돌파구가 될 것으로 기대됩니다.
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