광하이브리드

전자회로 보드 산업의 특성국내·외 전자회로 보드 산업의 환경 및 기술 추세우리나라 핵심전자부품의 하나인 전자회로 보드 산업은 이동통신, 디스플레이, 컴퓨터, 가전, 자동화기기 등이 디지털화에 부응하여 세계 5위의 생산구조를 바탕으로 ‘05년 국내생산 및 매출액 7.4조원 등 우리나라 경제성장의 큰 역할을 담당해 오고 있다.그러나 국내 PCB 산업은 선진국의 신기술, 중국/대만의 저가 생산기술에 의해 경쟁력 및 수익성이 점차 약화되고 있는 실정이다. 하나의 예로 국내 PCB는 세트의 기능이 꾸준히 향상되고 있는 휴대폰의 35%, LCD의 24.5% 밖에 공급하지 못하고 있으며, 국내 PCB의 ‘05년 총 수출액은 3500만 달러(작년대비 20.9%) 성장하였으나 수입액은 4300만 달러(작년대비 19.8% 증가)로 수입이 수출을 초과하고 있다.이러한 PCB 산업의 경쟁력 및 수익성 약화의 원인은 크게 두 가지 요인으로 분석된다. 첫째, 기업의 연구기반 부족이다. 중소기업은 R&D 인프라 및 전문 인력이 부족하여 세트 기업의 단순하청 및 저부가치 제품 생산에 치중하고 있다. 둘째, 국가 R&D 사업으로 일부 지원되고 있으나 관련기관의 보텀업(Bottom-up) 방식 기업지원으로 기술정보가 폐쇄적이다. 또한 기업과 연구기관 간의 갭(gap)이 크고, 실제적인 기술해결 능력이 부족하여 단순 정보교류 수준을 벗어나지 못하고 있다.현재 국내 PCB 산업은 휴대단말용 기기 및 디스플레이용 기기에 포함되는 보드에 치중되어 있다. 또한 대만, 중국 등 후발업체에 의한 추격에 따른 기술 차이가 점차 좁아짐에 따라 국내 PCB 생산업체의 차세대 기술 개발에 대한 준비가 시급한 실정이다.국내 PCB 산업의 차세대 기술 개발 항목으로 지목되고 있는 분야는, 수동 소자의 집적화를 보드 내에서 구현하는 임베디드 고기능 기판과 광전송 기술을 접목시킨 광 하이브리드 보드로 크게 분류될 수 있으며, 현재 관련 국내 업계에서는 선행 기술 개발에 대한 진행 및 데이터를 국책연구기관에 의존하고 있는 실정이다.전자 회로 보드 산업의 고부가가치화 지향국내 PCB 산업의 지속적인 기술 개발 및 시장 지배력 확대를 위해서는 첨단기술 개발을 앞세운 고부가가치 산업으로의 재편이 필요하며, 우선 장기플랜을 가지고 체계화된 기술개발 프로그램으로 새로운 기술개발 영역을 확보해야한다.전체적인 발전 비전 및 로드맵에 의한 R&D 프로그램을 구축하여 다수기업에 기술지원 혜택을 부여하고, 고부가가치 중심의 미래지향적 선도 기술을 발굴할 필요가 있다. 최근 휴대전화, 디스플레이, PC, 군사, 항공 등으로 응용범위가 확대되고 있는 광기술과 전자회로기술이 결합된, 광 PCB를 이용한 광 하이브리드 보드가 대표적인 예이다.광 하이브리드 보드의 특성기존의 구리배선 보드의 산업의 한계 및 기술의 평준화 도래국내 주력 산업인 휴대단말용 기기, 디스플레이용 기기 등에 공급되는 PCB 산업의 기술 경쟁력은 중국을 비롯한 후발업체와의 기술 격차가 1년~3년 정도인 것으로 보고되고 있으며, 임베디드 PCB 등 선진국의 PCB 산업과의 기술 격차는 좀처럼 좁혀지지 않는 것으로 보고되고 있다(참고문헌: 전자신문, 2005).따라서, 국내 PCB 업체가 주종으로 이루고 있는 구리배선을 기초로 한 기존 PCB 산업의 새로운 돌파구를 찾기 위해서는 현재 선진국에서 차세대 PCB 산업으로 집중적으로 기술 개발이 이루어지고 있는 광 하이브리드 보드 산업으로 확장이 필요한 시점이다.차세대 보드 산업으로 광 하이브리드 보드 부상광 하이브리드는 수 cm에서 수 십 m에 이르는 전송거리에서 수 백 Gbps의 고속 신호전송이 가능한 광 인터커넥션 기술이다. 칩 간, 보드와 백플레인 간, 백플레인 간 인터커넥션 기술 등이 조합되어 새로운 개념의 신호전달 및 처리를 위한 광모듈과 전기접속 시스템이 광접속 시스템과 공존하는 신호배선 체계로써 시스템에서 단위 부품에 이르기까지 전자·통신 산업의 전반에 영향을 미치는 기간산업으로 분류할 수 있다.시스템 측면의 광 인터커넥트(Optical Interconnect) 분야 기술 로드맵에 따르면, 2010년경부터는 병렬 광접속, 부품과 기판 간의 직접 접속기술 및 광도파로 내장기판, 광백플레인 등의 기술을 적용하는 광 하이브리드 보드가 본격적으로 활용될 것으로 예상되고 있다(참고문헌 : NEMI Roadmap).미국 표준협회인 IPC에서도 시스템의 광 인터커넥트에서 광 보드 직접 접속 및 광전소자의 기판 내 집적기술을 기반으로 하는 광 하이브리드 보드가 사용될 것으로 예상하고 있다(참고문헌 : IPC Roadmap).초고속·대용량의 정보 전송 및 집적화를 위한 유일한 방안광 하이브리드 기술은 약 70조원의 세계 시장에서 생산 5위를 차지하고 있는 국내 구리배선 PCB 산업을 기반으로 향후 세계 시장을 선점하여, 미래 국부 창출의 한 분야를 담당할 수 있는 중요한 분야이다.정보·통신 분야에서 세계적 테스트베드 역할을 하는 국내 주력 산업의 세계 선도를 위해서는 해당 기술의 적용 분야인 정보·통신 부품 및 장비뿐 아니라 슈퍼컴퓨터, 데이터, 항공, 자동차, 가전 등 광범위한 응용 기기에 사용될 기반 기술이 되는 광 하이브리드 기술 개발에 역량을 집중해야 할 것으로 예상된다.해외 기업인 인텔(Intel), IBM, 소니(Sony) 등 CP, 메모리, 컴퓨터, 통신 멀티미디어 기기 관련 기업들은 광 하이브리드 기술을 적용한 프로토타입 제품을 5년 이내에 출시할 예정이며, 실제 상용화는 2010년 이후가 될 전망이다(참고문헌 : IDF 2005).세계적으로 광 하이브리드 관련 기술은 일본이 주도하고 있다. 일본은 JPCA 표준을 이미 만들어 세부 기술 분류에 착수를 하였으며, 국제적으로 기술 선도 및 표준화를 이루기 위해 IEC JWG9에 해당 기술에 대한 표준 제안서를 4건 상정하는 등, 기술 및 시장을 선도하려는 움직임을 보이고 있다(참고문헌 : 한·일 광PCB 표준화 워크숍, 2005).광 하이브리드 보드의 기술 동향해외 기업 현황IBM쪾 48채널 집적화된 도파로와 실리콘 캐리어를 이용한 Tbps급 보드 구현쪾 전기신호의 손실을 줄이고 집적도를 높이기 위해 실리콘 캐리어를 사용하였으며, 20GHz 신호에 대한 전송 손실은 2.5~3dB쪾 보드에서 발생하는 열 문제로 인한 오동작을 방지하기 위해, O/E 디바이스의 정상작동온도를 70~80℃ 기준으로 제작인텔· 광전 하이브리드 보드에서 MPU와 메모리칩 사이의 광연결을 위한 연구가 진행 중쪾 2D O/E Array Bump-bonded directly 광연결 방식을 채택하였으며, 이를 위해 256 채널의 VCSEL과 PD 어레이를 이용조지아(Georgia) 공과대학· 전기/광 일체형 보드를 위한 고밀도 패키징, 시스템 소형화, 광전집적화, 저가격화 연구에 중점을 두고 있으며, 3차원 광연결 구조와 칩 간 광연결에 대한 다수의 연구 수행쪾 2003년에 10Gbps급 Optical Waveguide/Digital/RF 전송 데모실험을 실시하였으며, 2005년에는 실리콘 IC와 매립형 DFB 레이저, PIN 포토다이오드, 폴리머 도파로, 미러(Mirror)를 단일 보도위에 집적시켜 10Gbps를 구현Fraunhofer IZM· 초박형 웨이퍼를 이용하여 제작함으로써 생산단가를 낮출 수 있는 구조에 초점을 맞추어 개발쪾 Opto Pin을 사용함으로써 3차원 구조가 가능하나, PCB 내의 광섬유 정렬을 위해 MEMS 패키징툴을 이용해야 하는 단점이 있음NTT· 보드와 보드 간 광연결을 위한 FEM 형태로 채널 당 1.25Gbps인 48채널용의 60Gbps 구현· VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 또는 PD(Photo Detector) 어레이를 광도파로와 결합시킬 때 손실을 최소화하기 위해 24 채널 Polymeric Waveguide Film의 한 쪽 끝에 45° 미러를 형성하고, 광원 모듈(Tx) 및 수광 모듈(Rx) 연결을 위해 4개의 12채널 멀티모드 광섬유 어레이 사용국내 현황삼성전기· 기판 내에 V자 홈을 만들어 12채널의 광섬유가 내장된 FEPCB(Fiber Embedded PCB)와 채널 당 데이터율이 10Gbps인 WEPCB(Waveguide Embedded PCB) 개발· 주요 연구 분야는 대용량 고속신호 전달을 위한 소재 선택, 고분자 특성에 부합하는 하이브리드 타입의 소재 성형 조건, 광재료의 특성 성형 조건의 최적화, 광정렬 및 적층 기술 개발 등을 들 수 있음ETRI· 하이브리드 보드 구현을 위한 광접속 미세광학소자 제작, 레이저 라이팅(Writing) 및 핫엠보싱(Hot Emboss ing) 기법을 이용한 광도파로 제작, 고속 광송수신 모듈 설계 및 제작 등 연구· 광송신기 보드와 백플레인 보드 간 광연결(8Gbps×4채널)의 성공을 보고한 바 있음전자부품연구원· 광배선용 광도파로 제작 및 광커플링 향상을 위한 홀 가공/연마기술에 대한 연구를 수행· VCSEL, PD의 도파로 단면 부착 및 공간 최소화 연구, 실리카-폴리머 하이브리드 재질을 감안한 광손실 최소화를 위한 연마기술을 중점 개발· 최근 유기적 베이스(Organic base)에 형성된 광원 플랫폼 및 광도파로 플랫폼을 PCB 보드에 조합한 형태의 하이브리드 보드에 대한 기초 연구 수행중그 외 ICU, 광주과학기술원 등에서 광부품 조립, 광연결 구조 등에 대한 연구가 진행하고 있다.맺음말광 하이브리드 보드에 대한 개발 필요성에도 불구하고, 기존 연구들은 기업의 이윤창출 및 리스크 감소를 위한 측면에서 많은 문제점을 갖고 있었던 것이 사실이다. 이는 광 하이브리드 보드 개발을 '광'이라는 측면에서 주로 접근하였기 때문으로, 기존 연구자들은 광산업의 연장선상에서 개발을 접근했었다. 또한 실제 보드시장을 주도하고 있는 PCB 업계와 커뮤니케이션이 원활하지 못하여, 시장의 요구를 전혀 반영하지 못했다는 한계가 있었다. 그 결과 광 하이브리드 보드에 대한 인식이 기존의 PCB와 관련없는 전혀 새로운 기술로 인식되어, 기술이 개발되더라도 실제 기업을 통한 사업화가 이루어지지 못했다.따라서 향후 ‘광’ 하이브리드 보드에 대한 기술개발은, 초기의 R&D 설계 단계부터 기존 PCB 공정의 특성을 면밀히 분석하여, 기존 공정을 최대한 반영할 수 있는 형태로 진행되어야 할 것으로 판단된다.
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