신소재공학과 정운룡 교수와 통합과정 황혜진씨, 공민식씨 연구팀은 회로 라인의 강성, 유연성 또는 신축성 여부와 관계없이 다른 전극과 물리적, 전기적으로 연결할 수 있는 ‘연신성 이방성 도전 필름(stretchable anisotropic conductive film, S-ACF)’1)을 개발했다. 이 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.

늘어나는 디스플레이, 전자피부, 이식형 소자 등 연신성 소자 분야에서 형태 변형이 가능한 회로 기판(Circuit board)을 만드는 것이 기술이다. 형태 변형이 가능한 회로 기판은 배터리와 같은 충전형 에너지 공급 장치를 포함해 배선, 디스플레이, 센서 등 많은 소재 및 부품도 높은 연신성을 요구한다. 특히, 지금까지 고해상도의 회로를 연결하는 방식은 납땜, 와이어본딩, 이방성도전필름, 플립칩본딩 등이 있으나, 연신성 소자에서는 형태가 변하는 상황에서도 안정적으로 물리적, 전기적 특성을 유지해야 하는 과제가 남아있다.

이에 연구팀은 연신성 블록공중합체인 SEBS-g-MA에 금속 입자를 일정 간격으로 배열하고, 기판과의 화학결합을 통해 형태를 바꿀 때도 강한 계면 접착력을 유지하면서 전기적인 연결도 안정적으로 수행해줄 수 있는 연신성 이방성 도전 필름 S-ACF를 제작했다.

특히, SEBS-g-MA에 존재하는 무수말레산(Maleic Anhydride)은 기판 간에 화학결합을 가능하게 해 저온에서도 강한 결합력을 만들어준다. 제작된 S-ACF를 결합하고자 하는 두 기판 사이의 계면에 배치하고 80℃ 저온 열처리를 약 10분간 해주었을 때, 전기적·물리적 연결이 완전하게 이루어짐을 확인할 수 있었다.

또한, S-ACF는 원하는 부분에 입자가 배열되도록 패터닝(patterning)할 수 있는데, 이는 전기적 연결이 필요 없는 부분의 고분자 접촉면적을 늘려주어 결합력을 높여주고, 금속 입자의 사용을 줄여 경제적이다. 이렇게 제작된 필름은 이전에 사용하던 이방성도전필름에 연신성을 더한 것으로, 고해상도 회로(50μm) 연결이 가능하며, 저온공정이 가능하고, 대면적으로 제작하기 쉽다는 특징이 있다.