▲ 설승권 전기연구원 박사가 개발한 무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅용 잉크 및 프린터

국내 연구진이 무전해도금법을 기반으로 3차원 형태의 구리 배선과 전극 등을 제작할 수 있는 3D프린팅 기술을 개발해 인쇄회로기판(PCB)과 웨어러블 기기로의 적용이 기대되고 있다.

한국전기연구원(KERI, 원장 최규하)은 나노융합연구센터 설승권 박사팀이 전압을 인가하지 않고 화학반응을 통해 금속을 도금할 수 있는 ‘무전해도금법’을 활용한 ‘고전도성 구리 3D프린팅 기술’을 개발했다고 25일 밝혔다.

도금을 하는데 있어 전기를 사용하면 전기도금법, 전기 없이 화학반응을 활용하면 무전해도금법으로 불린다. KERI는 지난 2015년, 반지와 같은 장신구를 만들 때 금속을 녹이지 않고 전기도금법의 원리를 활용한 ‘금속 3D프린팅 기술’을 세계최초로 개발한 바 있다.

연구책임자인 설승권 박사는 개발성과의 기술사업화를 목표로, 기존 전기도금법 기반 3D프린팅 기술이 갖는 간단한 공정의 장점은 그대로 가져가면서도 보다 저렴하고, 빠르며, 폭넓게 활용할 수 있는 고전도성 금속 3D프린팅 기술 개발을 위해 ‘무전해도금’ 방식에 주목했다.

무전해도금법은 도체뿐만 아니라 플라스틱과 같은 섬유류 등 전기가 통하지 않는 부도체에 적용될 수 있어 활용 폭이 매우 넓다. 또한 전기도금법보다 도금층이 치밀하며, 복잡하고, 불규칙한 표면상에도 균일한 두께의 도금이 가능하다는 장점이 있다.

이에 연구팀은 무전해도금법 과정 중 금속의 환원반응을 위한 촉매 물질이 함유된 3D프린팅용 잉크를 개발했다. 개발된 잉크를 이용하면 작게는 수 마이크로 미터(μm) 수준의 2차원은 물론 3차원의 구조물을 제작할 수 있으며, 제작된 구조물은 기판에서 떨어짐 없이 안정적으로 형상이 유지된다.

연구팀이 개발한 무전해도금법 기반 3D프린팅 기술은 먼저 촉매가 포함된 잉크로 2차원 패턴 혹은 3차원 구조물을 인쇄하고, 무전해도금법을 활용해 인쇄된 구조물에 구리를 코팅함으로써 고전도성 패턴을 제조하는 구조다.

이에 복잡한 형상의 3차원 기판에도 빠르고 단순하게 2차원 및 3차원 입체 형태의 구리 배선과 전극 등을 제작할 수 있다. 또한 구리 인쇄물의 전도성은 일반 구리의 약 70% 수준으로 매우 높기 때문에 산화 방지를 위한 작업이나 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 과정이 필요 없다는 것도 큰 장점이다.

연구팀은 기술 원천특허 출원을 완료했으며 인쇄회로기판(PCB)과 웨어러블 기기 제조업체들에게 많은 관심을 받을 것으로 보고 기술이전 기업을 찾아 사업화를 추진할 예정이다.

연구책임자인 설승권 박사는 “무전해도금법 기반 3D프린팅 기술은 공정이 단순하고 대면적에도 활용 가능한 기술로, 향후 3D프린팅의 활용 범위를 넓힐 수 있는 획기적인 기술”이라고 전했다.

▲ 연구개발자인 전기연구원 설승권 박사(右)와 이상현 박사과정생이 무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 잉크를 소개하고 있다.