마이크로 가공(그리고 그 성장하는 시장)에 대한 간략한 살펴보기
1~500 µm가 얼마나 작은지 궁금한 적이 있으신가요? 더 쉽게 이해하실 수 있도록 설명하자면, 사람의 머리카락 한 가닥의 평균 굵기는 10~200 µm 정도입니다. 이는 정말로 아주 작은 직경입니다. 이제 그 굵기만큼 미세한 구조를 만들 수 있는 레이저 가공 기술을 상상해 보세요. 이 공정을 마이크로 머시닝이라고 합니다. 마이크로 머시닝은 마이크로 제조 공정을 통해 1–500 µm 크기의 부품을 제작하는 첨단 기술입니다. 이 블로그 게시물에서는 마이크로 머시닝의 기초에 대해 설명하겠습니다. 또한 이 시장이 어떻게 성장을 주도하고 있는지 살펴보겠습니다.
작동 원리
레이저 가공에서는 미세 규모의 작업에 높은 정밀도와 안정성을 제공할 수 있는 레이저 및 레이저 스캐닝 솔루션을 아우르는 시스템을 구축하는 것이 매우 중요합니다. 이 응용 분야에서 가장 흔한 과제 중 하나는 이러한 규모의 시스템을 다루는 데 따르는 복잡성입니다. 그렇기 때문에 정밀도와 초정밀 수준의 정확도가 시스템 통합업체에게 그토록 중요한 것입니다. 마이크로 가공에는 드릴링과 같은 다양한 공정이 사용됩니다. 이 공정은 대상 재료에 관계없이 모든 재료에 10 µm 정도의 작은 구멍을 뚫으면서 매끄러운 가장자리를 구현하는 것을 의미합니다. 또 다른 공정으로는 레이저 가공과 마이크로 밀링이 있습니다. 두 공정 모두 재료를 특정 깊이까지 제거하는 과정을 말하며, 재료를 완전히 관통하지 않고 홈, 슬롯, 프로파일과 같은 형상을 생성합니다.
사용되는 레이저의 종류
마이크로 머시닝에서 제조업체들은 일반적으로 펄스 레이저를 사용합니다. 이는 재료에 정밀한 양의 에너지를 전달하여 작업 전반에 걸쳐 일관된 정밀한 재료 제거를 가능하게 하기 때문입니다. 바로 이러한 에너지 전달을 통해 레이저는 재료를 증발, 절단, 드릴링, 가공 또는 스크라이빙할 수 있습니다.
대표적인 재료 유형
마이크로 머시닝에 사용되는 다양한 공정과 레이저 유형에 대해 살펴보았으니, 이제 재료의 종류에 대해 집중적으로 살펴보겠습니다. 대표적인 재료로는 고분자, 유리, 세라믹, 금속, 실리콘, 태양전지 웨이퍼, 다이아몬드, 반도체 웨이퍼 등이 있습니다. 용도와 레이저에 따라 다양한 제조 공정이 가능하며, 이들 공정은 처리량, 정밀도 및 성능 면에서 차이가 있습니다. 몇 가지 예시는 다음과 같습니다.
- 비아 홀 드릴링 — 얇은 소재에 레이저로 구멍을 뚫는 공정.
- 플렉스 PCB 드릴링 및 트레파닝 — 패널에서 회로 기판에 구멍을 뚫거나 재료를 제거하는 공정.
- 세라믹 구멍 드릴링 및 형상 절단 – 알루미나 또는 기타 세라믹 소재에 대해 임의의 형상이나 비선형 절단을 수행하기 위한 공정.
- 전도성 필름 패터닝 — 평판 및 터치스크린 디스플레이 가공용. 예를 들어 유리, 플라스틱, 세라믹, 필름 등 다양한 소재의 패턴 형성.
- 태양전지 제조 — PERC, SE, 드릴링, 에지 절연 및 스코어링
마이크로머시닝이 해결하는 주요 응용 과제
마이크로 가공 및 –이보다 더 미세한 분야인– 나노기술은 마이크로 및 소형 부품 제조 과정에서 발생하는 특정 응용 과제를 해결하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 응용 분야는 생체의학 분야에서부터 화학 마이크로 반응기 및 센서에 이르기까지 다양합니다. 이 두 기술은 마이크로전자기계시스템(MEMS)에 활용됩니다.
이러한 유형의 기술을 통해 기계적 구조를 소형화하고 전기적 구조에 통합하여 단일 시스템을 형성할 수 있습니다. 더 작은 기기에 대한 시장 수요가 증가함에 따라 제품 소형화는 점점 더 두드러지는 추세가 되었습니다.
이 분야의 지속적인 기술 발전 덕분에 마이크로 및 나노 시스템을 위해 설계된 마이크로 크기의 부품 대량 생산이 가능해졌습니다. 마이크로 머시닝을 통한 실리콘 대량 생산은 기판 내부에 구조를 형성할 수 있으며, 표면 마이크로 머시닝은 반도체 산업을 위한 희생층 위에 구조용 박막을 제작할 수 있습니다.
시장 성장
제품 및 시스템 소형화에 대한 시장 수요가 증가함에 따라 이 틈새 시장의 성장이 촉발되었으며, 마이크로 가공 분야에는 강력한 성장세가 예상됩니다. Optech Consulting의 보고서에 따르면, 마이크로 가공 분야의 연평균 성장률(CAGR)은 2017년부터 2020년까지 10%, 2020년부터 2025년까지 7% 증가할 것으로 전망되었습니다. 2015년, 재료 가공용 저전력 소스의 전 세계 시장 매출은 29억 달러에 달했으며, 이 중 마이크로 가공이 무려 51%를 차지했습니다. 이 모든 것은 향후 몇 년 동안 마이크로 머시닝이 발전할 것이라는 강력한 지표입니다.
소형화와 그것이 MEMS에 미치는 영향에 관심이 있든, 단순히 마이크로 머시닝에 대해 더 알고 싶든 간에 한 가지 확실한 것은 이 시장에 분명한 성장 잠재력이 있다는 점입니다. 마이크로머시닝의 첨단 기술 덕분에, 초소형 시스템 제조는 기업들이 급변하는 환경에 적응하고, 가장 좁은 공간에서도 혁신과 성능을 이끌어내는 데 기여해 왔습니다.
