ICT(정보통신기술)가 진화를 거듭하고 있다.
ICT는 다양한 IoT(사물인터넷) 관련기술이 개발되면서 일상생활 및 사업활동에 적용되기 시작함으로써 스마트 사회의 도래를 견인하고 있다.
특히, FPC(Flexible Printed Circuit)를 비롯한 전자소재가 발전을 뒷받침하고 있으며 최근에는 IoT 사회의 열쇠를 쥐고 있는 센싱기술이 주목받고 있다.
OLED(Organic Light Emitting Diode), LiB(리튬이온전지)도 관련기업들이 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
FPC, 5G 보급에 앞서 소재·기술 고도화
전자회로기판은 기능이 점차 고도화되고 있다.
디바이스 실장은 IoT, 5G(5세대 이동통신 시스템), 커넥티드카(Connected Car) 등 ICT에 따른 디지털 혁명이 진행됨에 따라 요구조건이 다양해지고 있다.
리지드(Rigid) 기판은 대용량 통신에 대한 고주파 대응 및 고내열화가 진행되고 있으며 FPC는 웨어러블(Wearable) 등 새로운 영역이 등장함과 동시에 사용환경이 기혹한 자동차 등으로 용도가 확대되고 있다.
5G는 2019년 이후 상용화를 목표로 하고 있어 앞으로 기지국용 기판 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
4G LTE는 최고 3.5GHz 대역을 사용하나 5G는 4GHz, 30GHz, 70GHz 등 여러 고주파 영역을 이용하는 특징이 있으며 SK텔레콤, KT, 일본 NTT Docomo 등은 100-300GHZ 대역에 대한 실증시험을 진행하고 있는 것으로 알려졌다.
기지국용 리지드 기판은 고주파화에 따라 특수용도에 적용되던 높은 수준의 저손실성이 요구되고 있다. 고주파는 대기 중에서 약화될 가능성이 높고 기지국을 대량 설치할 필요가 있어 다층화 및 소형화가 이루어질 것이라는 의견도 제기되고 있다.
수요는 2019년 이후 본격 형성될 것으로 예상되고 있으나 OKI가 EMS(Electronic Manufacturing Service)로 5G 시험용 기판을 제공하는 등 연구개발(R&D)용으로는 고도기술이 집적되기 시작했다.
5G와 관련해서는 단말기에 투입되는 FPC에도 관심이 모아지고 있다.
안테나 기판, 배선용 FPC 등은 PI(Polyimide)에서 LCP(Liquid Crystal Polymer), 불소수지(Fluoro Resin)로 소재가 대체될 것으로 예상되고 있으며 다양한 대역에 대응하기 위해 서로 다른 소재의 기판을 여러 장 이용할 가능성도 제기되고 있다.
자동차, 전장화에 따라 전자기판 수요 확대
자동차 분야에서도 전자화 및 전장화에 따라 전자회로기판에 대한 관심이 
높아지고 있다.
센서, 처리장치, 디스플레이 등 다양한 용도가 있으며 일부에서는 자동차 가격의 절반 가량을 전자 관련부품이 차지할 것이라는 의견을 제기하고 있다.
이에 따라 전자부품을 실장하는 전자기판 수요가 신장할 것으로 예상되고 있으며 경량화 관점에서 통신용 와이어하니스 일부를 FPC로 변경하는 움직임도 나타나고 있다.
첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)에서는 다양한 센서의 융합이 이루어지고 있다.
초음파 및 밀리미터파 레이더, 레이저광을 이용해 거리를 측정하는 라이더, 카메라 등을 복합함으로써 비바람 등을 감지하거나 원근 및 사각지대에 대응하는데 활용하고 있다.
센서는 기판에 설치됨에 따라 기판의 내후성 및 설치성 등에 대한 대응이 필수적인 것으로 파악되고 있다.
리지드 기판은 ECU(전자제어장치) 기능이 향상됨에 따라 열대책 강화가 요구되고 있다.
CPU(집적회로) 듀얼코어화도 검토되고 있어 CPU 간 고속·대용량 전송이 필수적인 요소로 부상하고 있으며 화상처리, AI(인공지능) 처리용 디바이스가 탑재되면서 자동차 자체를 고성능 컴퓨터로 간주하는 사례도 나타나고 있다.
자동차는 전장화에 따른 하니스 전압 상승으로 보호회로 등에서 고압에 대한 대응이 요구돼 전력 및 열 관련대책 측면에서 연구개발이 진행되고 있으며 SiC(Silicone Carbide) 디바이스를 실장하는 세라믹기판 이용이 확대될 것으로 예상되고 있다.
통신과 관련해서는 V2X(자동차사물통신), 5G가 도입됨에 따라 안테나 기판이 확충될 것으로 예측되고 있다.
파나소닉(Panasonic)은 자동차용 기판소재 라인업을 강화하고 있으며 5G 등 통신용 고주파소재를 자동차에 활용하는 방안을 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
자동차에 탑재하는 FPC는 내비게이션 등 내장부품용이 주류를 이루었으나 최근에는 전조등 등 조명장치가 LED(Light Emitting Diode)로 전환되면서 차체에 대한 채용이 확대되고 있다.
고휘도 LED 단체를 사용함에 따라 일반적으로 두꺼운 구리박을 사용하거나 구리, 알루미늄 등의 방열재와 병용하는 것으로 파악되고 있다.
FPC는 조립을 간소화하기 위해 모듈화 등에 대한 연구개발도 이루어지고 있다.
조명장치는 더욱 직선성이 높은 레이저 다이오드(Laser Diode), 여러 LED를 규칙적으로 배열해 협력하며 작동하게 하는 차세대 기술이 고급 승용차에 도입되고 있어 기판 대응이 요구되고 있다.
LiB 분야에서는 전압 감시용 FPC가 주목받고 있다.
기존에 상정되고 있는 하니스 연결에 대해 일괄 연결할 수 있어 소형·경량화가 가능한 우위성이 있으며 전기자동차(EV)에 신기술이 적극 도입되고 있는 점도 긍정적으로 작용하고 있다.
스마트폰 이어 의료·헬스케어에도 적용
FPC의 최대 수요처인 스마트폰은 고기능화가 이루어지고 있다.
스마트폰 생산량은 최근 증가세가 소폭 둔화되고 있으나 하이엔드(High-end) 기종 확대, 듀얼카메라 적용에 따른 탑재부품 증가 영향이 주목되고 있다.
스마트폰은 기능도 확충되고 있다.
카메라, 화상처리 등에 사용하는 AI 프로세서 탑재, 무선충전 이용 확대, VR(가상현실) 대응 등으로 스마트폰 기능이 강화되면서 기판 차별화로 이어지고 있다.
OLED 디스플레이 탑재제품도 증가하고 있어 OLED 고전압에 대응한 제어기판이 늘어날 가능성이 제기되고 있다.
FPC는 신규용도 개척도 잇따르고 있다.
벤처기업 Elephantech는 인쇄전자와 도금을 조합한 FPC 온디맨드(on-demand) 생산을 실용화해 Mitsui Chemicals(MCC)의 오픈연구실과 공동으로 예술작품에 도입하는 등 기존 전자기기용의 틀을 뛰어넘는 용도로 응용하기 시작했다.
의료·헬스케어용으로도 FPC 이용이 확대될 것으로 기대되고 있다.
OKI의 고유연성 FPC, 멕트론(Mektron)의 생체적합성 FPC 등 차별화된 특성을 보유한 기판이 의료용으로 유망한 것으로 파악되고 있으며 후지쿠라(Fujikura)의 부품 내장기판이 웨어러블기기에 채용되는 등 헬스케어 IoT도 관련기업의 신규영역 개척을 견인하고 있다.
최근에는 연구개발 뿐만 아니라 생산체제 강화도 중요한 요소로 부상하고 있다.
노동집약형 체제에서는 스마트폰의 계절성 대응, 다품종 소량생산 전환이 어렵기 때문으로 전자회로기판 시장에도 로봇을 이용한 자동화, 공장 IoT, 빅데이터에 따른 생산관리 등 4차 산업혁명의 도입이 불가피해지고 있다.
특히, AOI(Automatic Optical Inspection) 보급이 급속도로 확대되고 있어 품질관리 강화 측면에서도 생산체제 쇄신이 요구되고 있다.
디스플레이, OLED 수요신장 둔화
디스플레이는 예상과 달리 OLED 수요가 크게 신장하지 않고 있다.
OLED를 탑재한 아이폰(iPhone) X 가격이 너무 높아 소비자의 인기를 끌지 못했기 때문으로 오히려 LCD(Liquid Crystal Display)를 탑재한 이전 모델 판매가 증가하고 있다.
애플(Apple)은 차기 모델에도 OLED를 채용할 방침인 것으로 알려졌으나 일부 모델은 LTPS(Low Temperature Polycrystalline Silicone) LCD를 계속 탑재할 것이라는 의견이 제기되고 있다.
OLED는 LG디스플레이의 움직임에 따라 우위성이 판가름날 것으로 예상된다.
스마트폰용 중소형 OLED는 삼성디스플레이가 세계시장의 97.4%를 장악하며 사실상 독점시장을 형성하고 있어 수요기업의 가격인하 요구가 받아들여지지 않고 있다.
이에 따라 아이폰 X, 갤럭시(Galaxy) 노트8 가격이 100만원을 넘는 등 고가 스마트폰에서는 OLED가 우위성을 발휘할 수 있으나 30만-40만원대 중저가제품에는 적용하기 어려운 것으로 파악되고 있다.
중저가제품 시장에서는 화웨이(Huawei), 오포(OPPO), 비보(Vivo) 등 중국기업들이 경쟁하고 있다.
중국산 스마트폰도 고가 모델에는 삼성이 공급한 OLED를 탑재하고 있으나 중저가 모델에는 LCD를 채용하고 있다.
최근에는 Japan Display(JPI)의 LTPS LCD 브랜드 Full Active가 주목받고 있다.
Full Active는 LCD이나 OLED와 같이 테두리를 최소화해 전면의 대부분을 화면으로 채울 수 있는 베젤리스(Bezel-less)를 실현할 수 있는 것으로 알려졌다.
샤프(Sharp)도 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn)으로 구성된 산화물 반도체 IGZO LCD로 베젤리스를 실현한 신규 모델을 2018년 여름 출시했다.
LCD는 소비전력 감축, 응답 고속화 등도 진행되고 있어 OLED에 대한 우위성이 점차 사라지고 있다.
다만, OLED는 베젤리스 뿐만 아니라 박형·경량화, 수지기판에 따른 플렉서블(Flexible)화 등이 가능한 강점이 있어 채용을 확대하기 위해서는 LG디스플레이 및 중국기업이 양산을 시작함으로써 경쟁에 따른 가격하락이 필수적인 것으로 판단된다.
관련소재를 공급하고 있는 일본 화학기업들은 LG디스플레이 및 삼성디스플레이를 견제하면서 중국 디스플레이 생산기업을 대상으로 기술 지원을 강화하는 잔략을 추진하고 있다.
xEV, 센서·전자기기 수요 확대 견인
차세대 자동차는 커넥티드, 자율, 공유, 전동이 핵심요소로 자리 잡고 있다.
자동차 분야에서는 조작부터 구조, 네트워크를 활용한 서비스 등 주변영역까지 포함해 광범위한 변혁이 일어날 것으로 예상되고 있으며 구체화를 위해서는 다양한 디바이스 탑재가 필수적인 것으로 파악되고 있다.
커넥티드카는 자동차와 자동차, 노면을 비롯한 인프라, 주변 보행자 등 다양한 대상과 자동차를 연결해 안전성을 강화함과 동시에 고도의 서비스를 실현할 수 있는 이점이 있어 2022년 보급대수가 1억2500만대에 달할 것으로 예상되고 있다.
유럽에서는 긴급 구조 시스템인 eCall(emergency Call) 탑재가 의무화되는 등 커넥티드카가 보급되기 시작했다.
통신규격으로는 ITS(Intelligent Transport Systems)에 활용되는 5.8GHz 대역의 DSRC(Dedicated Short Range Communication) 등이 적용될 것으로 예상되고 있다.
디바이스 생산기업들은 각기 다른 통신용 SoC(System on Chip) 및 안테나가 필요해짐에 따라 표준화 동향에 따른 개발이 요구되고 있다.
GNSS(Global Navigation Satellite System)는 기존 내비게이션과 함께 자율주행 등에도 필수적으로 사용됨에 따라 더욱 정밀한 위치정보 확보가 중요해지고 있다.
위성을 통해 센티미터(cm) 단위까지 실시간 위치 측정이 가능해지면 센서에 대한 부하가 줄어들기 때문에 자동차에 탑재하는 디바이스에 대한 영향을 고려해 연구개발을 실시하는 움직임이 나타나고 있다.
자율에는 운전자에게 의존하지 않고 자동차를 제어할 수 있는 ADAS, 자율주행 등이 포함되며 현시점에서는 차선 추종, 자동 브레이크 등이 도입되고 있다.
다양한 센서의 정보를 통합하는 센서융합기술, 사람과 자동차를 식별하는 고도의 화상처리기술 등이 유력시되고 있으며 AI 기술 도입도 활발해지고 있다.
자율화는 노면상태 및 주변사물 등 외부정보 파악이 필수적이어서 센서를 채용하고 있다.
카메라만으로 차선 추종을 실시하면 눈이 쌓였을 때 상황을 파악하기 어려운 문제가 있어 개별 센서의 특징을 활용함과 동시에 약점을 보완하는 융합이 필수적인 요소로 부상하고 있다.
주변 파악에는 위성측위 및 지도정보와의 연계도 요구된다.
일본에서는 Mitsubishi Electric(MEC), Zenrin 등과 자동차 9사가 공동으로 Dynamic Map Platform을 설립해 고정밀 3차원 지도를 제작하고 있다.
2018년 전국 고속도로 및 자동차 전용도로 상하행선 3만km의 데이터를 구축할 계획이다.
자율주행, IoT 적용으로 고장·도난 방지
자율주행은 안전성에 대한 요구가 높아지고 있다.
최근 미국에서 자율주행에 따른 사망사고가 잇따라 발생하면서 국제적인 기준을 마련하는 움직임도 활발해지고 있다.
센서는 외부에 노출됨에 따라 오염 및 손상되거나 고장날 가능성이 있으며 소프트웨어 해킹 등에 대한 보안대책도 필요해 후지츠(Fujitsu)와 가상 소프트웨어 생산기업 VMware가 협업하는 등 IT기업의 접근도 가속화되고 있다.
공유와 관련해서는 신규 서비스가 잇따라 등장하고 있으며 장기적으로 자동차 생산대수에 영향을 미칠 가능성이 있어 주목되고 있다.
EV 및 자율주행 자동차가 보급되면 비용 및 편리성 측면에서 공유 이용이 확대될 것으로 예상되고 있다.
다만, 자동차 공유에는 안전대책 및 법률과의 정합성 확보가 요구된다.
고마츠(Komatsu)는 건설기기에 IoT를 적용함으로써 엔진을 원격으로 잠글 수 있는 기술을 개발해 도난대책에 활용하고 있다.
전장화와 관련해서는 EV, 플러그인하이브리드자동차(PHV) 등 모터 탑재차량이 증가하면서 모터 생산기업의 자동차용 시장 진출이 잇따르고 있다.
LiB, 고용량·안전성 양립에 주력
EV 및 재생에너지 보급이 확대되면서 배터리에 대한 기대도 높아지고 있다.
배터리는 자동차 동력원, 재생에너지 출력 변동 대책용으로 사용되고 있으며, 특히 LiB가 차세대 자동차 및 스마트 사회의 필수요소로 부상함에 따라 관련기업들은 고용량화 기술 개발에 주력하고 있다.
글로벌 자동차기업들은 EV 공급에 박차를 가하고 있다.
폭스바겐(Volkswagen)은 2025년까지 30종류 이상의 EV를 출시할 예정이며 연평균 200만-300만대 판매를 목표로 하고 있다. BMW 역시 2025년까지 xEV를 25종류 출시하고 EV 및 PHV 판매비율을 전체의 15-25%로 끌어올릴 계획이다.
글로벌 하이브리드자동차(HV) 시장을 리드하고 있는 도요타(Toyota Motor)는 2030년까지 xEV 550만대, EV 및 연료전지자동차(FCV) 100만대 판매계획을 세우고 있다.
자동차 생산기업들은 2020년을 목표로 1회 충전으로 400km를 안정 주행할 수 있는 EV도 개발하고 있다.
LiB는 안전성 및 고용량화 양립이 새로운 선결과제로 부상하고 있다.
LiB는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막(Separator)으로 구성되며 양극재가 고용량화를 좌우하는 요소로 주목받고 있다.
EV용 양극재는 니켈(Ni), 망간(Mg), 코발트(Co)로 이루어진 삼원계가 주류를 이루고 있으며 최근에는 고용량화로 이어지는 니켈 비율을 높인 하이니켈(High-Ni)에 연구개발이 집중되고 있다.
음극재에서도 고용량화 기술이 개발되고 있다.
음극재는 카본(Carbon)계가 주류를 이루고 있으나 이론상 실리콘(Silicone)을 사용함으로써 용량을 약 10배까지 늘릴 수 있는 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 차세대 LiB는 카본 내 실리콘 함량이 더욱 높아질 것으로 예상되고 있다.
LiB는 일반적으로 용량이 늘어나면 안전성이 떨어지는 특징이 있어 양극과 음극을 절연해 단락에 따른 이상발열을 방지하는 분리막의 역할이 더욱 중요해지고 있다.
EV용 LiB에 사용하는 분리막은 무기물질을 코팅해 내열성을 높인 타입이 필수적이며 분리막 생산기업들은 LiB 고용량화에 대응해 신규 타입 개발에 주력하고 있다.
구체적으로는 LiB에 이물질이 투입되면 단락을 방지해 발화하지 않게 하는 등 기계적 강도 향상에 힘을 기울이고 있다.
분리막은 덴드라이트(Dendrite) 대책도 요구되고 있다.
LiB는 충·방전할 때 음극 표면에 덴드라이트라고 불리는 나뭇가지 모양의 리튬(Li) 결정이 발생할 수 있으며 리튬 결정이 분리막을 손상시킴으로써 양극과 단락이 발생해 발화할 가능성이 있다.
이에 따라 분리막을 통해 덴드라이트의 성장을 방지하는 시험이 진행되고 있다.
