글로벌 PI(Polyimide) 시장이 활성화되고 있다.
PI는 유기 폴리머 가운데 내열성이 가장 뛰어난 특징을 바탕으로 FPC(Flexible Printed Circuit) 등 전자회로기판에 주로 채용됐으나 최근에는 LCD(Liquid Crystal Display) 반도체 기판, 플렉서블(Flexible) OLED (Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 필름기판 등 디스플레이용 수요가 급속히 증가하고 있다.
여기에 LiB(리튬이온전지) 바인더 등 배터리 소재, 5G(5세대 이동통신) 전자회로기판용 등 신규 용도도 부상하고 있다.
PI 생산기업들은 시장 성장과 신규 용도 부상에 대응하기 위해 연구개발(R&D)에 박차를 가하고 있다.
우수한 내열성으로 용도 다양화
슈퍼 EP(엔지니어링 플래스틱)인 PI는 열경화성 수지 가운데 내열성이 가장 뛰어나 500℃에 달하는 고온 프로세스를 견딜 수 있으며 강인성, 내마모성을 비롯한 기계적 특성, 전기절연성 등이 우수한 것으로 파악되고 있다.
PI의 원료는 PMDA(Pyromellitic Dianhydride)와 BPDA(Biphenyltetracarboxylic Dianhydride)로 분류된다.
PMDA는 듀폰(DuPont), 카네카(Kaneka), PI첨단소재(SKC코오롱PI)가, BPDA는 우베코산(Ube Kosan), JFE케미칼(JFE Chemical)이 공급하고 있다. 
PI는 내열성 및 전기특성이 뛰어나 주로 항공우주 및 전자 분야에 채용되고 있으며 FPC, 다층배선판 절연재용 수요가 주류를 이루고 있다.
PI필름은 동박을 접착제로 붙인 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate) 소재로 투입되고 있으나 FPC 시장은 수요에 부침이 있어 현시점에서는 스마트폰 판매 부진의 영향을 받고 있다.
아울러 FPC용 범용필름은 한국, 타이완, 중국기업의 잇따른 진입으로 범용화됨에 따라 공급 경쟁이 치열해지고 있다.
FPC는 배선판이 아니라 IC(집적회로), 커넥터 등을 탑재하는 용도가 증가하고 있다.
액정모니터, 액정TV는 LCD를 구동하는 반도체 칩인 드라이버IC를 장착하기 위해 COF(Chip on Film)를 채용하고 있으며 LCD용 COF는 PI 필름기판이 표준으로 자리 잡고 있다.
앞으로는 액정TV 화면 대형화로 면적이 확대되고 4K, 8K 등 화소수 증가로 COF 탑재량이 늘어 PI필름 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
스마트폰은 COG(Chip On Glass)를 채용하고 있으나 베젤리스(Bezel-less) 적용에 따라 COF로 전환되고 있다.
이에 따라 COF 시장은 앞으로 연평균 5-8% 성장해 PI필름 수요 확대로 이어질 것으로 기대되고 있다.
플렉서블 OLED 디스플레이용 수요 확대
디스플레이 기판은 플렉서블 OLED용 수요가 증가하고 있다.
플렉서블 OLED 디스플레이 기판은 유리기판 위에 PI의 전구체인 PAA(Polyamic Acid) 용액을 도포하고 건조·열경화해 필름 형태의 PI 피막을 만든 후 표면에 TFT(Thin Film Transistor), LED 소자를 형성해 유리기판에서 박리함으로써 제조하고 있다.
TFT 등을 형성하는 공정에서는 온도가 500℃ 수준으로 상승해 열팽창으로 사용하는 수지의 부피가 크게 변화함으로써 내열성이 매우 뛰어나고 열팽창지수가 낮은 PI 바니시가 채용되고 있다.
플렉서블 OLED 디스플레이 분야에서는 커버윈도우용 투명 PI필름이 주목받고 있다.
폴더블(Foldable) OLED 디스플레이는 커버윈도우에 유리를 채용하고 있으나 유리는 접는 동작이 반복됨으로써 파손될 가능성이 높은 단점이 있다.
이에 따라 커버윈도우는 수지화가 요구되고 있으나 PI는 내열성이 높아질수록 착색되는 문제점이 있어 커버윈도우용 필름에 필요한 투명성, 표면경도, 유리에 가까운 외관 등을 실현할 수 있는 투명제품 개발이 가속화되고 있다.
그러나 OLED를 포함한 플렉서블 디스플레이의 유리소재를 대체하는 용도는 기존 필름 생산기업에 신규 진입도 잇따라 경쟁이 치열해질 것으로 예상되고 있다.
고내열성 PI필름은 기술적으로 진입장벽이 높으나 유리기판을 대체하기 위한 투명 PI필름은 전자회로기판용 수준으로 높은 내열성이 필요하지 않아 막 형성기술을 보유한 곳이라면 쉽게 진입할 수 있기 때문이다.
최근에는 LCD, OLED에 이어 마이크로(Micro) LED 기판용 소재로도 주목받고 있다.
마이크로LED 디스플레이는 적색, 녹색, 청색의 초소형 LED를 유리기판 위에 깔아 발광시키는 것으로 LCD, OLED를 이용한 디스플레이에 비해 화질이 우수하며 유리기판 위에 LED를 놓으면 스스로 빛을 내기 때문에 PI필름으로 대체할 수 있는 것으로 알려졌다.
5G‧LiB 대응 그레이드 개발 가속화
수요가 가장 많은 FPC용은 5G에 대응한 FPC 개발로 큰 변화가 나타나고 있다.
5G는 통신스펙이 4G의 10배 이상인 10Gbps 이상으로 고속‧고용량 통신이 가능한 특징이 있다.
다만, 고속‧고용량 통신을 위해서는 4G 주파수에 비해 높은 주파수 무선을 사용할 필요가 있어 낮은 주파수대는 3.6-6GHz, 높은 주파수대는 
28GHz, 자율주행에서 눈의 역할을 하는 센서인 밀리파 레이더는 76GHz를 이용하는 것으로 알려졌다.
해당 주파수 영역에서는 신호 전송손실을 줄이기 위해 비유전율, 유전정접이 낮은 FPC 소재가 요구되고 있다.
4G 주파수인 3.6GHz 이하에서는 에폭시수지(Epoxy Resin)와 유리섬유 복합소재, PI의 전기특성으로도 충분하나 20GHz 부근에서는 수분 흡수가 많고 전송손실이 커지는 문제점이 있다.
PI는 분자구조상 흡수성이 있고 유전율을 낮추기 어려워 5G 주파수에 대응하기 어려운 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 5G용 FPC는 전송손실이 적은 LCP(Liquid Crystal Polymer) 및 불소수지(Fluororesin)를 절연소재로 투입하고 있다.
3-20GHz의 중계기 및 스마트폰 안테나 전송모듈은 LCP를 채용하고 있으며 밀리파 레이더는 불소수지를 주로 투입하고 있다.
PI는 불화물 등을 이용해 조성을 바꾼 변성제품이 3.6기가헤르츠에 채용되고 있으나 5G용 채용을 목표로 저유전율 그레이드 개발이 본격화되고 있다.
최근에는 FPC 등 전자회로기판용과는 다른 접근으로 새롭게 LiB 바인더 및 세퍼레이터용 개발이 이루어지고 있다.
LiB 바인더는 양‧음극재 금속산화물, 탄소소재 등 활성물질끼리 또는 구리 및 알루미늄박 집전체를 결합하는 역할을 담당하며 소재로는 용량이 음극재에 사용되는 흑연의 10배 이상에 달하고 방전용량도 큰 실리콘(Silicone) 계열이 주목받고 있다.
그러나 실리콘계 소재는 방전 중 부피 변화가 커 충방전을 반복함으로써 파손될 가능성이 있어 부피 변화를 추종하는 PI바니시, 수용성 PI 등이 대체소재로 부상하고 있다.
리튬이온을 통과시키면서 발생한 과충전의 위험성을 낮출 수 있도록 셧다운 기능을 보유한 분리막에는 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)가 투입되고 있으나 최근 내열성이 더욱 우수한 다공질 구조의 PI 분리막이 개발됐다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)
