▲ 기술 개발 개념도(출처:한국세라믹기술원 AI 생성)

국내 연구진이 통신 신호 손실이 적은 세라믹 소재를 개발해 6G·위성통신 등 차세대 통신부품에 활용이 기대되고 있다.

한국세라믹기술원(원장 윤종석)은 지상수·신효순 박사 연구팀이 통신 신호의 손실을 줄일 수 있는 세라믹 소재를 개발하고 이를 활용한 고성능 초고주파 통신 필터 제작에 성공했다고 13일 밝혔다.

6G와 위성통신 등 차세대 통신기술은 많은 정보를 빠르게 전달하기 위해 높은 주파수를 사용하지만, 주파수가 높아질수록 신호 손실이 커져 이를 줄이는 기술이 중요하다. 때문에 여러 주파수 가운데 필요한 신호만 골라 통과시키는 통신 필터가 매우 중요하며, 신호가 필터를 통과하는 과정에서 신호 손실을 줄이기 위한 소재 개발이 필수적이다.

특히, 세라믹과 금속 회로를 여러 층으로 쌓아 만드는 저온동시소성세라믹(LTCC)은 우수한 유전 특성과 더불어 작은 공간에 복잡한 회로를 만들 수 있어 통신부품의 소형화에 유리하다.

연구팀은 실리카(SiO₂)기반 유리 분말과 세라믹 필러를 결합한 소재를 가열하는 온도에 따라 내부 구조가 달라지고 이러한 변화가 신호 손실에도 영향을 준다는 점에 주목했다. 실리카는 같은 성분이라도 내부 원자가 배열된 모습에 따라 석영과 크리스토발라이트라는 서로 다른 결정구조를 만들 수 있다.

연구팀은 세라믹을 굽는 온도를 조절한 결과, 약 900℃에서 석영과 크리스토발라이트가 함께 존재할 때 유전손실이 가장 우수함을 발견했다. 이는 두 결정구조가 함께 있을 때 세라믹 내부에서 전기를 띤 작은 입자인 이온이 이동할 수 있는 경로가 줄어들면서 에너지 손실이 감소하기 때문인 것으로 분석됐다.

개발된 세라믹 소재는 전기 신호가 전달될 때 에너지가 손실되는 정도를 나타내는 유전손실이 0.0006으로 나타났으며, 유전율 4.5와 품질계수(Q×f) 20,400GHz의 우수한 특성을 보였다.

또한 연구팀은 개발된 소재를 이용해 얇은 세라믹 판과 금속 회로를 여러 겹 쌓은 통신 필터를 제작했으며, 약 28GHz 주파수에서 삽입손실 0.9dB의 성능을 확인했다.

지상수 선임연구원은 “향후 6G와 위성통신, 자율주행차 레이더 등 고주파 통신부품 뿐만 아니라 빠른 신호 전달이 필요한 반도체 패키지 기판 등에도 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 지난 10월22일 복합소재 분야 최상위급 국제학술지(IF 15.5, JCR 5.71%) ‘어드밴스드 컴퍼지트 앤 하이브리드 머티리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials)’에 온라인 게재됐다.