▲ 허순영 이그잭스 상무.

■ 이그잭스는 어떻게 인쇄전자 사업에 뛰어들게 됐나

디스플레이 관련 화학소재를 40년간 생산해 온 케미칼 회사다. 자체 개발과 더불어 수입하던 고객사의 요청으로 가격과 대응속도를 맞춰 개발해 납품을 하기도 하면서 다양한 분야에 대한 연구개발을 해왔다.

인쇄전자 분야 시작도 마찬가지다. 2004년 잉크젯 프린팅 관련해 붐이 일었는데, 당시 가장 큰 TV를 만드는 기술은 PDP였고, 이를 생산하는 가장 큰 공장을 보유한 고객사에서 잉크 제작 요청이 들어와 타사보다는 빨리 관련 분야에 접근할 수 있었다. 미국을 비롯한 국내 산업에서 당시 마스크 제작 비용이 대단히 비쌌기 때문에 마스크 없이 인쇄를 할 수 있는 잉크젯 방식은 신선하다 못해 획기적이라고 판단하고 뛰어들게 된 것이다.

해당 그룹계열사 소재기업이 있었기 때문에 여러 기업이 경합을 벌였는데, 연구결과 잉크젯 프린팅 방식의 잉크에는 단점이 있었다. 워낙 미세한 노즐을 통해서 빠져나오다 보니까 드롭되는 잉크 양이 워낙 적었던 반면, PDP는 구동을 위해 필요한(회로에 흘러야) 하는 전류량이 너무 컸던 것이다.

표면에 잉크 인쇄 한번으로 충분한 잉크 량이 충분하다면 좋은데 두 번, 세 번, 네 번까지 인쇄해야하다 보니 정밀중첩도 문제와 묽은 잉크가 옆으로 퍼져 선폭 구현문제 등 난관에 봉착하게 됐다. 결국 고객사는 해당 사업을 접고 기존 방식대로 유지하기로 했다.

■ 난관에 봉착했을 때 계속 이어갈 수 있었던 원동력

조근호 이그잭스 회장님이 연구원들의 연구물을 아까워 해 주셔서 ‘라이트랙스’라는 회사의 장비를 3억에 구매하는 공격적인 투자를 감행했다.

힘들게 연구한 연구물을 무용지물이 되지 않게 과감한 투자를 하고, 이에 부응하기 위해서 연구원 입장에서도 응용처를 찾아보게 됐다. 그렇게 찾아낸 사업군이 전도성 페이스트(PASTE)시장이었고, 태양전지, 터치 스크린 등이었다. 곧 이들의 특허장벽이 높다는 것과 대부분 스크린 프린터방식의 인쇄를 한다는 것을 알게됐다.

스크린 프린터용 잉크는 점도가 1만에서 3만, 높게는 수십만 수준이지만, 잉크젯용 잉크는 피에조 압력으로 잉크가 도출돼야 하기 때문에 10~15cPs(점도단위)정도 밖에 안 돼, 스크린 매쉬위에 잉크를 올려 놓으면 줄줄 샐 정도로 점도차이가 컸던 것이다.

그런 와중에 떠오른 묘안은 잉크젯 잉크를 잉크 자체로 쓰기보다는 하나의 구성물로 보는 것이다. 스크린 프린터 방식에서 주로 사용하는 잉크는 전도성을 띄는 메탈, 기판과 접착력을 내는 바인더, 이 둘을 적절하게 섞어주는 솔벤트가 있다.

이 3개로 구성된 스크린 잉크에서 솔벤트는 인쇄하고 난 뒤 건조공정을 거칠 때 날아가 버린다. 상대적으로 고유의 어떤 형태를 가지고 있는 메탈과 바인더는 위치를 굳건하게 지켜 솔벤트가 날아간 자리가 공극으로 남아 전부 저항으로 작용하고 있었던 것이다.

이그잭스는 이 공극을 막기 위한 방편으로 솔벤트 대신 잉크젯용 전도성 잉크를 사용했다. 잉크젯용 잉크는 점도가 낮아서 솔벤트로 사용할 수 있고, 잉크에 포함된 금속이온이 건조공정에서 금속으로 환원이 돼 공극이 생기지 않는 것이다. 이렇게 탄생된 것이 고전도성 페이스트다.

▲ 소태그.

■ RFID 안테나를 한다고 알고 있다

고전도성 페이스트를 만들어도 이를 테스트할 곳도 없거니와 전도성 외에 포함된 우수한 기능을 찾아내 적용된 응용품을 보여줘야 고객사들은 채택할 수 있다. 현재 유지되는 기술이 있는 기업들은 굳이 새로운 물질로 바꾸려는 도전을 쉽게 할 수 없어, 어플리케이션을 통해 보여줘야 한다. 당시 가장 빠른게 RFID(Radio-Frequency IDentification)였다.

고객사 입장에서는 페이스트를 사용해볼 프린터기가 없으니 안테나를 직접 가지고 오면 볼 수 있겠다는 말에 그럴거면 안테나 양산 장비를 구축하자고 결론내렸다. 2005년 ID-Tech에서 발표한 내용을 보면 연간 수십억개 RFID 수요의 시장규모는 수조원대 수준이었다.

이후 양산장비 구축을 위해서 전세계를 다니면서 인쇄기를 도입했다. 소재산업 전문기업에서 소자 산업을 겸하는 것으로 기업이 성장한 것이다.

■ RFID 시장 규모로 봤을 때 기존 기업이 있었을 텐데

처음부터 RFID 시장에 나설 생각이었던 것은 아니다. 오히려 RFID를 생산해 내는 기업에 안테나를 인쇄공정을 통해서 얇고 가볍고, 친환경을 마케팅 전략으로 납품할 생각이었다. 국내에 RFID/USN 센터도 없었을 당시 유일하게 에칭(Etching)을 통해 RFID를 생산하는 기업에서는 검증이 안된 것을 이유로 제 값을 주려하지 않았다.

▲ 주류태그.

당시 2조원의 매출을 올리던 핀란드 UPM 라플라택(UPM Raflatac)이었다면 장기 공급에 따른 단가인하가 가능했을지 모르겠지만, 수요나 국내 시장이 그렇지 못해 생각을 바꿨다.

세계 RFID는 연간 20억개 수요가 있었고, 누구도 RFID를 인쇄공정을 통해 양산할 생각을 하지 않았으며 연간 10억개 RFID를 공급하는 일본의 토요알루미늄 社는 RFID만을 전문으로 하는 기업이 아니라서 공급문제를 겪고 있었다.

이에 이그잭스는 10억개(세계 점유율 50%)를 세계시장에 공급하겠다는 마음으로 UHF(UltraHigh Frequency)안테나를 만들 수 있는 프린터기 1대를 구매했다.

안테나까지는 프린터기로 생산할 수 있지만 RFID로 기능하기 위해서는 ID 칩을 안테나에 붙여줘야 한다. 다시 칩 본딩기까지 구매하기 위해서 한달에 2번씩 독일, 네덜란드, 오스트리아로 출장을 다녀가면서 공정라인을 완성할 수 있었다.

당시만 해도 이그잭스는 30년된 에칭회사로 대기업에 포토리쏘와 관련된 케미칼을 납품하는 회사기 때문에 인쇄전자 공정을 이용한 생산은 지금까지와는 정 반대의 길을 가는 것으로 보였을 것이다. 칩본딩기를 구매할 때도 인쇄로는 불가능하다고 못을 박아 말했다.

칩은 우리나라에는 없지만, NXP 반도체, 임핀지(Impinj), 에일리언 테크놀러지 등에서 이미 20억개가 팔리고 있으니까, 이들 기업에서 칩을 사서 붙이는데, 칩 가격은 안테나 가격보다 4배쯤 비싸다. 다시 말하면 안테나가 수율이 낮으면 칩본딩까지 일원화 돼 있는 공정에서 칩을 버리게 돼 효율적이지 않은 것이다.

칩 본딩에서 불량이 난 칩은 떼어서 쓸 수도 없고, 안테나는 롤투롤로 연속 생산되기 때문에공정의 정밀성을 갖추는 일이 중요했다.

▲ 항공태그.

RFID를 재료부터 해서 안테나 생산, 칩본딩, 컨버팅까지 할 수 있는 일괄생산체제를 갖춘 공장이 되고나니 UPM 라플라텍, 미국 에이브리 데니스(Avery Dennison) 등이 독일 전시회에서 샘플을 보여주니까 천안 공장까지 실제로 왔다.

특히 미국 에이브리 데니스 회사도 우리와 같은 생각을 가지고, RFID 시장이 커지기 위해서는 인쇄방식을 통한 저가로 성장해야한다는 개념으로 도전을 했는데 실패를 했다. 반면 한국의 듣도 보도 못한 회사가 양산을 하고 있다고 하니까 사실인가 하고 확인차 온 셈이었다.

실패한 회사들의 가장 큰 문제는 안테나 생산속도와 수율이었다.

99.8% 수준의 수율로 생산하고 있는 우리에게 핵심기술이 뭐냐고 물어봤을 때, “아무리 좋은 인쇄기가 있고, 아무리 좋은 소재가 있더라도 이들을 매칭시켜서 잘 가동 되도록 공정 기술이 없으면 안된다. 이것이 고수율을 요구하는 RFID 시장에서 인쇄전자가 접목돼야할 기본적인 요건이자 필수적인 요건이기도 하다” 라고 말해줬다.

■ 소재업체와 장비업체는 서로 자신의 것에 맞추라고 신경전을 벌이기도 하더라

우리는 소재업체니까 어떤 장비가 와도 장비에 소재를 맞출 수 있다고 생각했다. 이그잭스가 RFID를 한다고 했을 때, RFID를 생산하기 위한 장비가 준비된 곳은 아무곳도 없었다. 전 세계 지구를 2바퀴 반을 돌아 인쇄한다는 회사는 심지어는 윤정기로 신문 찍어내는 회사까지 다 가봤는데, 어떤 장비도 RFID를 위해서 딱 준비된 회사는 없었다.

결국 이그잭스는 벽지 만드는 장비를 택했다. 이유는 벽지에는 패턴이 있고 올록볼록한 볼륨감을 나타내기도 하고, 한번에 자르륵 나오는 속도감도 있어 적합하다고 판단했다. 우리는 소재기업이기 때문에 비슷한 장비를 구한 다음에 그 장비에 소재를 맞춰서 생산해 내면 되는거 아니겠나.

뭐가 먼저냐고 따지다 보면 시간만 간다. 오히려 검증된 장비가 없어서 생각의 범위를 넓혔고, 서로 많은 커뮤니케이션을 통해서 맞출 수 있었다.

이그잭스가 장비를 들이고 2주 뒤에 같은 장비 설치로 사업에 뛰어든 기업이 있다. 현재 그 기업은 RFID를 하고 있지 않다. 당시 이그잭스도 상장도 안된 작은 회사로 상장돼 있던 그 회사는 충분한 인력과 자본도 있었다. 그런데 현재는 장비를 가동도 안할 뿐더러 사업도 덜하는 것은 공정 최적화 기술이 없기 때문으로 생각한다.

▲ 의류 케어라벨.

의료폐기물·주류·항공수화물·케어라벨 등 시장 선점

활용처 찾아도 표준 없어 적용 불가, TC-119 절실

당시 이그잭스는 한번 인쇄를 하면 롤투롤로 3km를 인쇄할 수 있었는데, 그 회사는 연속적으로 안되니까 기계를 자꾸 멈춰야 한다는 이야기가 있었다. 그러면 사람이 가서 손을 보고 이물질을 제거해 주는 등 수율이나, 생산속도, 인건비 등 인쇄전자가 가질 수 있는 매력을 잃게 된다. 전세계 RFID 칩본딩 생산장비는 전부 롤투롤 베이스인데, 만약 분당 5m인 인쇄기가 잘 되다가, 5m마다 불량이 난다면 매쉬를 매 5m 마다 닦아줘야 한다. 그건 연속 공정이 불가능하다는 것이다.

그러면 이 장비는 5m 간격은 인식을 하지만 그 다음은 인식을 못하면 장비가 멈춰버린다. 그러면 사람이 매뉴얼로 돌려서 풀어서 다시 해주면, 연속 공정이 안된다는 것.

따라서 인쇄전자는 인쇄다워져야지 자꾸 전자다워 지면 안된다고 본다. 값싸고 동일하고 균일한 품질을 전세계로 확산시키는게 인쇄전자가 기여할 수 있는 방향이라고 본다.

■ 많은 나라의 기업들이 도전했지만 이그잭스만 성공한 이유는

큰 기업은 장기투자가 가능하지만 중소기업은 불가능하다. 인쇄전자기술은 대기업에게 적합업종은 아니라고 본다. 이그잭스도 당시 300억 매출에 200억을 투자해서 인쇄전자를 해냈다. 회사로서는 큰 모험이었고, 실패할 수도 있었다.

▲ 인쇄된 태그.

1년 안에 황금알을 낳는 거위로 만들려고 마음을 먹었으면, 거위가 알을 품어서 나올 때까지 기다려야 한다. 그리고 황금알 빨리 안 나온다고 거위 배를 갈라버리지 말고 낳은 알을 몇 개는 두고 잘 키워야 한다는 것.

기존 포토리쏘 케미칼을 오래해온 기업으로서 노하우도 한몫을 했다. 에칭은 거의 40℃ 이하의 온도에서 구동해서 PET를 써도 늘어나거나 줄어드는 변화가 별로 없다. 그런데 인쇄는 공정 중 장력이 작용하고, 드라이어로 말리는 건조 단계에서 PET 소재가 늘어나는 단점이 있다.

그러면 칩 본딩 설계 시 1cm간격으로 칩을 부착하는데 시간이 감에 따라 1.1cm, 1.2cm, 0.9cm, 이런 식으로 필름이 늘어나면 나중에는 안테나가 있어야 할 자리에 공백이 있게 된다. 그러면 또 장비가 멈추는 일이 발생한다.

그래서 이 공정은 저온건조, 텐션(장력, tension) 견디기, PI(Poly Imide) 보다 저렴한PET(poly ethylene terephthalate)사용하기, 유연하기를 목표로 공정을 구성했다. 이 모든 것을 맞추지 못하면 시장 진입을 못한다.

■ 가장 먼저 시장 진입에 성공한 분야는

성공에 대한 질투로 경쟁사의 루머 퍼뜨리기, 검증 없는 기술에 대한 첫 시도, 누가 선뜻 적용하려는 마음을 먹지 못해 수요처 확보가 어려웠다.

가장 처음에 접목했던 것은 의료 폐기물 태그 수주였다. 그 다음 아시아나 IDT가 아시아나 수화물 태그를, 다음은 위스키 사업이다.

이그잭스는 위스키 태그에서 제대로된 노하우를 가지게 됐다. 주류 태그는 병을 열면 찢어져야 제 기능을 발휘하는데, 그럴려면 종이에 태그 인쇄를 해야 하고, 종이에는 물이 쓰이는 에칭을 할 수가 없다. 그래서 종이에 인쇄를 한 태그를 병 목에 달고, 열 때 찢어져 불량확인이 가능해진다. 인쇄전자 밖에 구현할 수 없는 제대로 된 아이템을 찾은 것이다.

다음은 의류제조사 ‘크리스패션’과 했던 케어라벨태그다. 세탁물을 어떻게 다뤄야 하는지가 안내된 태그인데, 이번에는 천에 안테나를 인쇄해야 했다. 안테나는 천에 인쇄가 되는데, 0.4m칩이 올을 헤집고 쏙 빠져 버리는 난관에 부딪혔다.

결국 안테나는 천에다 인쇄를 하고 PET에 칩본딩을 해서 스티커처럼 붙이게 됐다.

티셔츠 같은 경우는 속옷 없이 맨살에 닿을 수 있기 때문에, 질감이 느껴지면 거부감이 들 수 있다. 때문에 인쇄되는 두께는 8㎛ 수준에 손으로는 느껴지지 않는 정도인 천에 인쇄했고, 새로운 개념의 칩본딩 아이디어를 개발한 것이다.

신기하게도 전도성 실로 제작한 천이 아님에도 앞뒷면 어디에 붙여서 칩이 정상 작동을 한다. 특허도 모두 받았으면 수출물량이 많은 휴대전화 (–)부품하나를 빼내거나, 사용하던 것을 새것인양 판매하는 것을 방지할 수 있음(-), 약품통(-)마약류의 경우 한 두알을 꺼내서 다시 뚜껑을 닫아 불법유통 되기도 한다(-)등 대다수 물량을 눈으로 확인하는 것보다 태그를 통해 뚜껑이 열리지 않은 것을 기준으로 수량을 확인하는 일이 훨씬 시간절약과 신뢰성을 확보하기 쉽다.

최근에는 기존에 박스 만들거나 케어락을 만드는 기업이 특허를 가져가서 상자를 만들 때, 이그잭스가 공급하는 루프를 붙여서 생산하는 방식으로, 로열티를 받는 사업 등을 이어가고 있다.

■ 신기술은 공정설치비 때문에 비싸서 인쇄전자 취지를 살리려면 시간이 소요될 것 같다. 인쇄전자 장점을 어필해 달라

기존의 시장에 거품이 많고 훨씬 비싸다. 기존 공정으로 만든 것과 인쇄공정으로 만든 것을 비교하면 기존이 5배 정도 비싸다. 인건비, 투자비, 공정 폐수, 공정 단계 등이 여러개니까 비쌀 수 밖에 없다. 시장진입을 위해서 제안서를 제출하자, 기존 기업이 납품가를 낮췄다. 그런식으로 80% 메리트를 4번을 줘도 계속되기에 출혈경쟁을 더는 못하겠더라.

하지만 내년 시행을 준비하고 있는 이산화탄소배출량 등을 고려하면 장기적으로 인쇄전자로 갈 수 밖에 없다. 우리는 종이를 쓰고, 기존에는 PET에 동박이 올라가 있다. 종이가 2천원이면, 동박은 500원이니 원가에서부터 4배 차이가 난다.

더구나 매공정마다 클리닝이 있던 기존 공정과 달리, 인쇄전자는 폐수 0%, 전력절감 78% 등이 이미 입증되지 않았나. 녹색기술 인증을 받기도 했다. 초기 투자비용이 있겠지만, 안정적인 시장진입을 하고나면 제품가도 20~30%는 싸지는 것은 기정 사실이다.

노광 회사의 가장 핵심 기술은 노광기다. 노광기가 워낙에 비싸서 다량 보유를 못하고, 소수기계에 마스크 올리고 정렬해서 기다리는 형식이다. 인쇄기로는 분당 10m에서 20m로 생산하니까 저가 시장에서는 승리한다. 일단은 저가시장에서 승리해서 공정 효율에 대한 인식을 널리 알리고 싶다.

■ 향후 업계에 바라는 점

신기술이다 보니 뚜렷한 규정이나 기준이 없다는 점이다. 기술을 개발해서 제법 큰 기기에 적용하려고 할 경우 기존 생산방식을 토대로 정해진 시험규정이 있다. 예를 들어 TV에 인쇄전자 기술을 도입할 경우, TV는 국내뿐 아니라 해외에 수출물량이 많고 1회성이 아니기 때문에 내구성시험을 하는데, 기존 에칭 기술을 기반으로 시험규정을 마련해 놨다.

에칭은 기재위에 강력한 본드를 써서 금속박을 올리는 것으로 본드에 수십기압을 줌으로써 큐어링 효과를 얻는다. 이렇게 에칭이 필름인 반면에 인쇄전자는 낮은 온도에서 실시하는 입자타입이다. 가장 간단히 필 스트레스 테스트(peel stress test)를 하는데, 필름이 아닌 인쇄전자를 어떻게 떼어내는 테스트를 할 수가 있겠나. 파우더 기준이 없고, 같은 기준으로 성능 테스트를 해서는 안되는 것이다. 하지만 별도로 마련된 규정이 없으니 불합격을 준다. 따라서 한국이 간사국으로 돼있는 TC-119의 역할은 크다고 본다. 많은 시행착오를 겪어본 기업과 함께 규정을 만들어 나갈 수 있기를 바란다.