기계硏 초정밀시스템연구실, ‘차세대 융복합 초정밀기계장비’와 ‘지식진화형 생산시스템’ 개발
[아시아경제 이영철 기자] 반도체 수출 1위, 세계 TV 시장 점유율 1위를 자랑하는 대한민국. 이 성과 뒤엔 초정밀 과학이 숨어 있다. 부품을 좀 더 작게, 좀 더 정밀하게, 작고 강한 부품들로 세계 전자시장을 이끌고 있다.
이들 초정밀 기술의 바탕이 한국기계연구원 초정밀시스템연구실이다.
송준엽 초정밀시스템연구실장은 "생산장비 제작에서 신제조 공정 개발에 이르기까지 프로세스 전 영역에 걸친 연구로 첨단부품 개발과 생산에 필요한 기반을 제공하고 있다"고 연구실의 역할을 소개했다.
사람의 오류를 최소화하는 단계를 넘어 스스로 생각하고 판단하는 지식진화형 생산 시스템과 차세대 융복합 초정밀기계장비 개발을 지향하는 '초정밀시스템연구실'을 찾았다.
◆ 대한민국 공업화 역사를 쓰는 초정밀시스템연구실
초정밀시스템연구실은 책임연구원 12명과 39명의 연구원이 초정밀 공작기계, 반도체 장비, 특수 정밀가공기 등의 분야에서 초정밀화·고속화·지능화 등의 핵심 요소기술과 장비를 개발하고 있다.
초정밀시스템연구실은 30년 역사를 갖고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 산하 NC센터 정밀기계기술실로 출발, 1983년에 기계연 정밀기계기술실로 소속을 바꾸며 공작기계 국산화 개발을 이끌어왔다.
오랜 역사만큼 국가대표급 연구성과들도 많다. 1990년대까지는 '유정압베어링 기술(박천홍 박사)', '에어 오일 윤활 고속 주축기술(최대봉 박사)' 등 주로 공작기계의 요소기술 연구와 단위기계 개발을 이끌었다.
1990년대 후반부터는 고속화·정밀화 경향에 맞춰 새로운 연구 패러다임을 형성하며 '고정도 Chamfering 머신(박화영 박사)'을 비롯해 1만 rpm 및 태핑 속도 0.1초대의 '초고속 tapping 머신(김선호 박사)'을 개발했다.
2000년대엔 우리나라 주력산업인 반도체, 디스플레이를 비롯해 핸드폰 공정장비와 설비 개발연구를 본격화했다.
수치제어(NC)공작기계를 최초로 개발한 것을 비롯해 생산 장비의 국산화·상용화도 큰 성과다. 지금은 세계적인 제조사로 성장한 두산 인프라코아, 현대 위아, 화천기공 등과 함께 생산장비 개발의 역사를 만들어 왔다. 반도체 분야에서는 삼성의 자회사인 세스코를 비롯해 한미반도체 등과 활발하게 교류하는 등 산·학·연 협력으로 국가 경쟁력을 키웠다.
이들 연구성과를 바탕으로 초정밀시스템연구실의 전신인 초정밀 위치결정 연구실과 지식진화형 제조설비연구실이 각각 2000년과 2003년 국가지정연구실(NRL)로 지정되기도 했다.
◆ 손 안의 오피스, 꿈의 디스플레이를 현실로 만드는 기술
초정밀시스템연구실의 연구는 크게 세 분야로 나뉜다. 초정밀 가공장비 및 공정기술과 융복합 디바이스 제조장비 및 공정기술, 마지막으로 생산장비 IT 융합 및 설계 지능화 기술이다.
최근 TV와 모니터 등 디스플레이의 대면적 슬림화가 요구되는데, 이를 위한 수십 ㎛의 미세패턴을 개발해야 하고 초정밀 가공장비와 공정기술이 뒷받침 돼야한다. 또한 디스플레이의 휘도를 향상시키고, 생산공정 단순화 요구에 따라 저가의 광기능성 필름양산에 적용되는 롤 금형개발을 위해서 초정밀시스템연구실에서는 초정밀 고강성 위치결정에 기반한 고중량(3t) 롤 금형가공기를 개발했다.
초정밀시스템연구실에서 개발한 3차원 반도체 패키징 기술인 '차세대 반도체 3D Advanced Package 제조를 위한 관통전극(TSV) 핵심 공정기술 및 장비 실용화 기술'은 제2의 반도체 중흥을 일으키고 있다.
TSV는 수십 마이크로미터 두께로 만든 메모리칩에 직접 구멍을 뚫고 수직으로 쌓아올린 뒤 구멍에 전기가 통하는 물질을 넣어 연결하는 패키징 방법이다. 이 방법을 이용하면 기존 제품에 비해 2~4배 큰 대용량 메모리를 만들 수 있고 동작속도는 50% 이상 높으며 소비전략을 40% 이상 낮출 수 있다.
송 실장은 "지금까지 한 층으로 패키징하던 방식을 발상의 전환을 통해 칩 간에 여러 층으로 쌓아서 통과시키는 방법을 개발해 한계에 부딪친 듯 했던 무어의 법칙(마이크로칩의 밀도가 18개월마다 2배로 늘어난다는 법칙)과 황의 법칙(반도체 메모리의 용량이 1년마다 2배씩 증가한다는 삼성전자 황창규 사장의 이론)을 뛰어 넘을 수 있었다"고 설명했다.
◆ 세계와 산업을 선도하는 세계 최고의 연구실을 꿈꾼다
송 실장은 "안에서는 선의의 경쟁, 밖에서는 초정밀·초미세를 대표하는 하나의 연구집단으로 뭉쳐 경쟁력을 확보했다. 최소한 3년을 내다보고 연구를 해야 하는 만큼 항상 공부하는 자세로 준비해야 기업과 만나도 한발 앞선 안목으로 방향을 제시해 줄 수 있다"고 말했다.
초정밀시스템연구실의 목표는 세계 최고 연구집단으로 성장하는 것. 송 실장은 "2020년 초정밀·초미세 기계 분야의 최고 연구집단으로 성장하겠다"고 꿈을 밝혔다. 짧고 명쾌한 그의 결의에 신뢰가 느껴진다. 신성장동력이 될 산업의 융합시스템 분야를 이끌어갈 수 있는 연구실이 되기 위해 함께 노력하는 초정밀시스템연구실의 내일을 기대해본다.
이영철 기자 panpanyz@
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