[쿠키과학] "전기차 케이블, 더 가볍게"… 기계연, 롤투롤 FPCB 공정 제시

한국기계연구원(이하 기계연)이 길고 넓은 유연회로기판(FPCB)을 끊김 없이 생산하는 연속공정 기술을 개발했다. 

이 기술은 기존 한 장씩 눌러 붙이던 방식을 벗어나 이동 중인 재료를 그대로 접합하는 방식으로, 대면적과 긴 길이의 제조 한계를 극복해 전기차용 유연 케이블과 대형 전자부품 생산 효율을 높일 것으로 기대된다.

기계연 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 한준세 선임연구원팀은 롤투롤(roll-to-roll) 기반 다이렉트 롤 라미네이션 공정을 제안했다. 

이 공정은 재료를 멈추지 않고 이동시키면서 접착·충진을 동시에 수행, 긴 필름을 이어 붙이는 대신 하나의 흐름으로 계속 만드는 구조다.

연구진은 반경화 상태 접착 필름이 회로 사이를 채우는 과정을 공정 속도와 압력 등 변수 기준으로 정량 분석했다.

그 결과 연속 생산 환경에서도 안정적으로 접합이 이뤄지는 조건을 도출했다. 

특히 접착 소재의 충진 거동을 데이터로 체계화해 공정 최적화 기준 마련했다.

기존 시트형 핫프레스 방식은 회로기판을 한 장씩 눌러 붙여 길어질수록 공정이 끊기고 생산성이 떨어졌다. 

반면 이 기술은 연속 흐름 속에서 접합 메커니즘을 해석하고 설계 기준을 제시해 장길이·대면적 생산에 적합한 구조를 확보했다.

연구팀은 이 기술을 전기차용 유연 센싱 케이블 제조에 우선 적용할 계획이다. 이는 무거운 와이어 하네스를 대체해 차량 무게를 줄이고 에너지 효율을 높일 전망이다.

아울러 반도체, 디스플레이, 확장현실 기기 등 대형 전자소자 패키징 공정으로도 확장 가능하다.

한 선임연구원은 “연속 공정으로 장길이 FPCB를 안정적으로 패키징할 수 있는 가능성을 확인했다”며 “공정 모니터링과 비파괴 검사 기술을 결합해 지능형·자율형 제조 공정으로 확장하겠다”고 밝혔다.

한편, 기계연은 이 기술의 국내 특허등록을 진행 중이며, 연구성과는 미국화학회 학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 게재됐다.
(논문명: Scalable Roll-to-Roll Approach for Encapsulating Long-Length Flexible Printed Circuit Boards)