Update2024.06.01 (토)
나노융합·생산시스템연구본부는 크게 나노융합 관련 연구분야와 지능형 생산시스템 관련 연구 분야로 나눌 수 있다.
1. 나노융합기계연구분야
나노기술을 기반으로 나노미터 또는 마이크로미터 스케일의 미소 기계 및 부품 생산을 위함 공정, 장비, 측정·평가 기술과 소자, 프린팅 공정장비, 자연모사 바이오기계 기술 등을 연구하고 있다.
또한 RFID, E-paper, 유연 태양전지, 유연 디스플레이 등에 적용할 수 있는 정전기력 잉크젯과 R2R을 응용한 차세대 디스플레이 패턴장비 개발을 수행하고 있으며, 대형 디스플레이용 광학필름 등을 저가로 대량생산할 수 있는 대면적 고세장비 미세패턴 롤 가공 및 연속성형기술을 개발하고 있다.
나노융합 연구분야에는 프린팅공정·자연모사 연구실과 나노공정 장비 연구실, 나노역학연구실이 있다.
● 프린팅공정·자연모사 연구실
세계 일류기술과 창의적 미래기술에 도전하는 프린팅공정·자연모사연구실은 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄, 잉크젯(ink-jet) 인쇄 등의 프린팅 공정 및 장비 개발과 자연모사 기술을 바탕으로 한 초발수표면 기술, 인공지지체 제작을 위한 바이오 조형장비 기술 등에 대한 연구를 수행하고 있다.
본 연구실에는 총 16명의 정규직 연구원과 20명의 위촉연구원들이 프린팅 기술과 자연모사 기술 개발에 매진하고 있다. 지난해 기준 전체 연구비는 98억을 달성하였고, 18편의 SCI 논문 게재와 100여편의 국내외 논문발표 및 50건의 특허출원과 21건의 특허등록이라는 성과를 올렸다. 또한 이러한 우수한 연구성과는 물론 지난해 (주)대성하이텍에 100억원 기술료 계약을 비롯해 105억3,000만원의 기술료 계약으로 활발한 산업체로의 기술이전을 추진 중이다.
대표적인 연구사업으로는 마이크로 연속생산장비가 있다. 이는 롤투롤(Roll to Roll) 공정을 이용해 대면적 유연기판에 빠른 속도로 마이크로 패턴의 연속적 패터닝이 가능한 장비로 기존 실리콘 반도체 공정에 비해 공정 수 및 공정비용 절감이 가능하다. 태양전지, 대면적 디스플레이, E-paper 등의 유연전자소자 제작에 적합하며 생산단가를 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.
연구실은 현재 선폭 30㎛급 미세패턴의 3도 인쇄가 가능한 롤투롤 프린팅 장비 시제품의 제작을 완료했으며 세계 최고 수준에 근접하는 5% 이하 장력제어 기술, 2% 이하 인압 제어 기술, 20% 이내 패턴 편차 제어 기술 및 20㎛급 레지스터 제어 기술 등의 핵심원천기술들을 개발하고 있다.
현재 제작된 3도 롤투롤 프린팅 장비를 이용해 인쇄공정 최적화를 위한 공정 연구가 순조롭게 진행 중이며 올해에는 25㎛급 미세패턴 프린팅에 도전할 예정이다.
또한 에너지 저장공감각차세대 그린머신 연속공정 장비개발 및 신성장동력(OLED, OPV)양산설비 장비개발과 롤투롤 장비 및 잉크제장비의 사업화를 가속화하고, 사막딱정벌레를 모사해 공기 중의 수분을 수집하는 장비 기술, 나방눈을 모사한 반사방지 기술 등 다양한 자연모사기술을 이용한 원천기술을 대한 연구를 수행할 예정이다.
● 나노공정장비연구실
나노공정장비연구실은 초정밀가공 및 성형, 펨토초 레이저 응용 나노·마이크로 가공기술, 차세대 MEMS 소자 기술, 나노임프린트를 이용한 나노패터닝 및 나노소자 제작기술, 나노임프린트 장비기술 대한 연구를 수행하고 있다. 이를 통해 국내 관련산업의 경쟁력 확보와 혁신적인 공정개발을 위한 노력을 기울이고 있다.
연구실은 총 19명의 정규직 연구원과 26명의 위촉연구원들이 나노공정장비 개발을 위한 연구에 매진하고 있다. 지난해 연구비 계약은 약 200억을 달성했고, 3억원의 기술료 계약을 수립하는 등의 성과를 이뤘다.
나노공정장비연구실은 현재 나노사출성형 공정기술 개발, 나노임프린트 공정·장비 기술 개발, 나노전자소자용 대면적 나노구조체 제작을 위한 플랫폼 기술 개발 등의 연구 과제를 진행하고 있다.
그 중 대표적인 대면적 초정밀 미세패턴 롤 가공 및 연속성형기술은 대형 디스플레이, LED 조명 등의 저원가·고사양을 요구하는 광학부품 및 유연(flexible) 제품을 대량 연속 생산하는 기술이다. 연구실에서는 1,500mm길이에 마이크로·나노 패턴을 고속으로 수요자가 원하는 형상으로 가공하고 가공된 초정밀 대형 롤을 사용하여 연속으로 제품을 성형할 수 있는 공정 기술을 개발했다.
연구실은 현재 나노사출성형 공정기술 개발, 나노임프린트 공정·장비 기술 개발, 나노전자소자용 대면적 나노구조체 제작을 위한 플랫폼 기술 개발 등의 연구 과제를 진행 중이다.
또한 올해에는 글로벌 트렌드인 녹색성장, 헬스케어를 위한 연구개발 요구에 맞춰 LED, 태양전지, 스펙트럼 센서 등의 분야에 나노기술을 접목시키기 위한 나노공정·장비를 개발하고 상용화하는 연구를 진행할 예정이다.
● 나노역학연구실
나노역학연구실은 나노소재의 물성측정을 통한 나노구조물 해석 및 신뢰성 평가기술과 나노크기의 물질을 이용한 열전박막 및 소자기술, 탄소나노튜브의 분리 및 투명히터 기술과 양자점 대량 합성 및 응용기술을 개발하고 있다.
연구실에는 기계, 재료, 화학, 전자 등 다양한 전문분야를 가진 16명의 정규직 연구원과 16명의 위촉연구원이 나노역학 관련기술 개발에 매진하고 있으며, 최근 주목받고 있는 융합기술 개발에 대응할 수 있는 높은 잠재력을 보유하고 있다. 지난해 전체 연구비는 85억원으로, 21편의 SCI 논문게재와 120여편의 국내외 논문발표 및 35건의 특허출원과 18건의 특허등록, 4억3,000만원의 기술료 계약을 달성했다.
나노역학연구실의 대표 연구사업은 나노소재 조립공정 원천기술 개발이다. 탄소나노튜브는 소재 및 부품에 이르는 신산업 창출의 핵심 성장동력 나노소재로서 관련 공정 및 생산기술의 개발로 산업화의 조기 창출이 가능해 향후 관련 소재 및 응용분야에서의 신기술과 국내외 시장 선점이 가능한 분야다.
연구실은 ‘나노소재 조립공정 원천기술개발’ 과제를 통해 10nm급 직경의 나노소재 대량 조립, 분리 및 기능화 원천기술 및 소자 응용기술개발을 진행 중이다. 연구실은 세계 최초로 금속 및 반도체성 나노튜브를 마이크로 칩을 이용해 연속으로 분리하는 기술을 개발하기도 했다.
또한 연구실은 투명 탄소나노튜브 전극을 이용해 LED배선을 구성한 ‘투명 LED 사인보드’를 개발, 국제조명전시회에서 특수조명부분 최고상을 수상했으며 실용화에 성공해 현재 (주)탑나노시스에서 제품으로 판매되고 있다.
연구실은 앞으로 국내외 나노 관련 전문가들과의 기술교류와 국제 공동연구를 통해 나노 연속생산장비 핵심요소기술개발, 10nm급 측정원천기술개발, 열전 나노구조체 박막소재 및 모듈화 기술개발 등을 추진할 계획이다.
지능형생산시스템 연구분야에서는 일반기계, 디스플레이, 지능형로봇, 차세대 가공 시스템, 디지털콘텐츠 등 모든 산업의 근간이자 원천핵심기술인 초정밀·초소형 기계시스템 기술, 인간공조형 로봇기술, 레이저 응용 공정 및 시스템 기술, 친환경 가공공정 및 생산기계기술, 전자기 응용 액츄에이터 및 시스템 기술 등을 개발하고 있다.
지능형 생산시스템 연구분야에는 초정밀 기계시스템실과 광응용 생산시스템연구실, 로봇·전자기응용 시스템 연구실이 있다.
● 초정밀 기계시스템실
초정밀 기계시스템실은 전통적인 일반기계는 물론 반도체, 디스플레이, 모바일 정보기기 등에 적용되는 차세대 생산시스템에 요구되는 핵심기술인 초정밀 위치결정 및 운동오차 측정·보정, 초소형 부품 가공 조립, 초미세 피치 Bonding, 진공환경용 초정밀 기계 기술을 개발하고 있다.
연구실에는 총 17명의 정규직 연구원과 8명의 위촉연구원들이 초정밀 기계 기술 개발 중이며, 지난해 전체 연구비는 114억원, 4억2,000만원의 기술료 계약이라는 성과를 보였다. 현재까지 33건의 국내외 특허를 출원하고 13건을 등록했으며, 5건의 SCI를 포함한 국내외 학술지 18건 및 129편의 국내외 학술대회 논문발표 실적을 보유하고 있다.
연구실의 대표적 연구로는 차세대 초소형 지능형 생산시스템인 마이크로팩토리 개발이 있다. 2004년부터 연구 중인 마이크로 팩토리란 최소 100㎛~10mm 크기의 미소 부품의 제조를 위한 생산기계 및 공장의 크기를 최소화 시켜 최소의 공간·에너지·자원을 소비하는 친환경, 고생산성의 초미세 생산시스템 기술을 의미한다.
현재 5개의 참여기업과 15개의 국내외 대학 및 4개의 연구소가 참여하여 지경부 지원의 차세대신기술 개발과제로 진행하고 있다.
개발된 BT 및 IT용 마이크로 팩토리는 작은 크기는 물론 생산성 향상에 크게 도움이 된다. 지난해 4월 독일 하노버에서 열리는 산업박람회(Hannover Messe 2009)에 시작품이 출품돼 많은 관심을 끌었다.
또 다른 대표적 연구로는 대면적 미세 가공시스템이 있다. 이는 기계가공을 통해 대면적 미세 형상의 초정밀 제품을 양산하기 위한 장비 및 공정기술로 현재 세계 최고 수준의 미세 피치 크기는 25㎛/2m 수준이다. 연구실은 3m까지의 대면적 미세 형상 제품 또는 금형을 가공하기 위한 장비 및 측정·검사의 핵심원천기술 개발을 추진 중이며 20㎛/2m급 미세패턴 가공에 도전할 예정이다.
올해에는 세계 마이크로팩토리 워크샵 (International Workshop on Microfactories, IWMF 2010)이 국내에서 개최돼, 연구실은 마이크로팩토리 기술 개발 과제를 통해 축적된 우리나라의 연구역량을 다시 한번 세계적인 관련 연구자들에게 과시할 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 기대했다.
또한 정부시책이자 그린 융·복합 산업의 한축이 되는 LED 조명 및 LCD TV의 조명 장치인 BLU 생산 장비, Solar Cell 생산 장비 등의 차세대 고부가가치의 새로운 분야에 대한 도전으로 세계 최고의 초정밀 기술 연구 집단으로 도약할 계획이다.
● 광응용 생산기계 연구실
연구실은 고밀도 에너지 빔(레이저, 전자빔)을 이용한 물질의 제거·부가·표면개질 공정과 측정 및 생산시스템 기술 개발을 중점적으로 수행하고 있다. 연구실에는 총 13명의 정규직 연구원과 6명의 위촉연구원들이 연구개발 중이다.
전세계 반도체, 디스플레이, 휴대폰 등 첨단 전자산업분야 전반에 걸쳐 제품의 고정세화·고집적화·대면적화됨에 따라 레이저 응용 미세가공기술은 주목을 받고 있다.
레이저 미세가공기술은 친환경, 청정 가공기술로서 연구실은 펄스 폭이 피코초(10-12초) 레이저를 이용해 금속, 다층소재, 실리콘, 사파이어 등 소재에 선폭 10μm급 패터닝과 직경 15μm급 드릴링 기술을 개발했다. 또한 개발된 공정 기술을 기업체에 이전해 상용 장비에 적용하는 성과를 이뤘다.
또한 연구실은 생체친화형 의료소재 표면 처리 기술, 초발수 표면 가공 기술, 인쇄전자소자 프린팅용 롤 패터닝 기술, 고출력 레이저용 스캐너 기술, TSV(through silicon via) 레이저 드릴링 기술, OLED용 화소증착 마스크 패터닝 기술, 초정밀·초고속 레이저 가공시스템 핵심요소기술 등의 개발 연구도 수행 중이다.
연구실은 올해 첨단산업분야로의 레이저 미세가공기술을 더욱 확대 적용하고, 동시에 미래 산업분야를 위한 원천 공정 및 시스템 기술 개발에 더욱 매진할 계획이다.
● 로봇·지능기계연구실
로봇지능기계연구실은 인간과 로봇이 생산현장에서 상호협력해 작업할 수 있도록 해주는 협업기술을 중심으로 연구개발하고 있다.
연구실은 첨단의 산업용로봇기술, 고강성의 구조를 바탕으로 하는 5축 병렬형 복합가공로봇기술, 700kg 이상의 고가반하중 핸들링 로봇기술, 양팔을 사용하여 조립작업에 적용될 수 있는 산업용양팔로봇 기술, 회전형 전자기엑추에이터 기술, 고속 회전체 기술을 바탕으로 하는 에너지 발생 및 저장 기술과 관련된 연구를 수행 중이다.
연구실은 총 15명의 정규직 연구원과 10여명의 위촉연구원이 연구개발 하고 있다. 특히 지난해 기준, 23건의 특허 출원, 13건의 특허등록, 총 10편의 국외 논문게제, 25편의 국내외 논문 발표라는 우수한 연구성과를 이뤘다.
대표적인 연구로는 다품종 변량생산의 패러다임 변화에 맞춘 ‘인간-로봇 협업기술’ 개발이다. 연구실은 좀 더 편리하게 사용가능한 로봇, 좀더 쉽게 재 프로그램될 수 있는 로봇, 인간과 작업 공간을 공유하면서 인간을 보조하는 기능을 수행하는 로봇 개발을 통해 중소형 기업에서도 산업용 로봇을 쉽게 사용할 수 있기를 기대하고 있다.
또한 연구실은 로봇복장이나 인간형 로봇 상용화의 걸림돌로 작용하는 배터리수명 문제를 해결하기 위해 모바일 터보 제너레이터(MTG, Mobile Turbo Generator)를 개발 중이다.
MTG란 초소형 가스터빈을 이용한 500W급 동력원으로서 기존 배터리 동력원에 비해 출력밀도가 높아 로봇과 같이 에너지 밀도, 출력밀도가 높은 동력원을 요구하는 적용처에 적합하다.
올해 연구실은 연구산업용 로봇 기술과 회전체 기반 에너지 생산 및 저장 기술의 산업화를 위한 핵심원천기술에 나선다. 특히 녹색성장 및 태양전지 산업분야에 로봇기술을 접목해 핵심원천기술개발과 상용화를 동시에 이룰 계획이다.
