나노 기반 미래 융합기술을 한 눈에 볼 수 있는 이번 나노코리아 2024 전시회에서는 국가연구기관들의 최신 전자파 차폐·흡수 소재들이 한자리에 모여 소개되고 있었다. 밀리미터파 시대를 앞서 대응하는 전자파 소재들의 동향은 어떠한지 살펴봤다.

전자파 차폐 필름·소재 분야는 일본 수입에 크게 의존하고 있는 시장으로 이에 대한 소재 개발을 통해 경쟁력을 확보하고 기술의 내재화가 필요한 분야 중 하나이다. 특히 차세대 통신 주파수인 밀리미터파 대역 시장을 선제적으로 준비함으로써 시장 경쟁력을 확보하려는 움직임이 국내에 다양하게 일어나고 있다.

■ 산기평, 자율차 전장품용 5G 전자기파 차폐·흡수 복합시트 개발

전기자동차 보급 확대가 전망되면서 전기차용 방열·차폐용 핵심 부품시장이 빠르게 성장하고 있다. 이에 효율적인 열제어 및 전자파 차폐·흡수를 통해 전기차의 주행거리와 전장품 구동의 안정성을 확보는 방열·차폐용 핵심 부품 개발 필요한 상황이다.

한국산업기술기획평가원 김진규 연구소장이 총괄하는 자율차 전장품용 5G 전자기파 차폐·흡수 복합시트 개발 과제는 덕산하이메탈이 주관하고 △율촌화학 △한국전자기술연구원 △한국화학융합시험연구원 △유라 등이 참여기관으로 함께 개발을 진행하고 있는 기술이다.

5G 대응 전자파 차폐 및 흡수·방열을 목적으로 하이브리드 적층형 복합시트 개발을 목표하고 있다. 공개된 개발 성과에 따르면 28~32GHz 대역 반사손실을 확보했으며, 복합시트 제조기술 최적화와 5G 대역 차폐도 측정시스템 구축을 완료한 것으로 전했다.

연구팀은 이를 통해 광대역의 전자파가 복합적으로 발생하는 자율주행차 전장품에서 개발 신기술 소재를 활용한다면 기존 소재 대비 공정비용 절감과 경량화를 통해 에너지 효율성이 증대될 것으로 기대했다.

■ 재료연, 6G용 EMI 흡수·차폐 소재

통신 주파수 대역이 높아지면서 기존 전자파 차단 소재에 한계가 크게 지적되고 있다. 기존 소재 특성은 고전도성 물질을 사용함으로써 전자파 반사 및 2차 반사 피해를 발생시키며 기기 내 전자파 간섭 및 오작동 문제를 야기해 이에 대한 대안으로 전자파 흡수 소재가 대두됐다.

한국재료연구원의 이상복 박사 연구팀은 기존 금속·CNT·그래핀 등 전도성 반사차폐소재는 전자파를 단순히 반사하며 막아내기에 5G·6G 등 고주파 대역 통신에서 활용에 한계가 있다고 지적하면서 1% 미만 초저반사 흡수차폐소재 기술을 이날 전시회에서 소개했다.

밀리미터파에서 5G 및 6G 주파수 대역에서 원하는 전자파를 선택적으로 흡수해 제거할 수 있는 원천 자성소재와 조성 설계, 합성 기술 등을 개발했으며, 이는 자성 복합소재와 전도성 메타패턴을 융합하는 소재 설계 및 공정 기술을 확보한 것이다.

육방정 페라이트 기반 전자파 흡수 소재는 원소 도핑을 통해 자성소재 보자력과 포화자화 제어 및 이를 이용한 공명주파수를 조정하며. 10~80GHz에 이르는 주파수 대역을 선택적으로 흡수 가능하도록 조성을 확보했다. 두께는 0.4mm에 대량 생산에 용이한 필름화 공정을 채택했다.

현재는 기술성숙도(TRL) 5단계로 시작품 제작 및 성능평가 단계로 향후 상용화된다면 △스마트폰 △통신 반도체 △저궤도 통신위성 △자율주행차 레이더 등에서 활용이 가능할 것으로 전망된다.

■ 과기연, FPCB용 초박막 전자파 차폐 필름 실증

한국과학기술연구원 이동수 책임연구원이 총괄하는 과제로 전자파 차폐용 금속 나노플레이트의 대량합성 기술에 대한 연구개발을 진행하고 있다. 전북대학교, 비에이치, 국보화학 등이 참여기관으로 함께하고 있다.

단결정 금속 나노플레이트 기반 FPCB용 고차폐·초박막 전자파차폐 필름 제조 및 실증을 목표로 연구개발을 수행했으며, 금속 나노플레이트 소재 개발 및 대량합성 기술 개발에 성과를 보인 상태이다.

연구팀은 구리 나노플레이트를 합성해 다기능 복합필름 차폐 및 전도성 효과를 확인했다고 밝히며 12.4~18GHz 주파수에서 실험했을 때 평균 차폐 효율은 △1㎛ 이하 두께에서 25dB △1.2㎛ 두께에서 49dB △3㎛ 두께에서 62dB 순으로 성능 효과를 보였다고 전했다.

현재 5G용 모바일 기기에 적용되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)나 고대역 RF 케이블 안테나 등에서는 수입 동박 제품이 다수 채택되고 있으나 이는 동박에 대한 차폐 성능보다는 접착 및 공정 용이성, 가격 경쟁력 등에 이유로 선호되고 있는 상황이다.

그러나 향후 6G, 자율주행차, 전기차 등 주파수 대역이 높아지거나 제품 안정성·신뢰성이 더 높게 요구되는 시장에서는 EMI 차폐에 대한 니즈는 더욱 커질 수 밖에 없는 상황이다. 

연기기관들의 기술사업화를 통해 EMI 차폐·흡수 소재 기술의 내재화와 시장 경쟁력 강화가 이뤄질지 귀추가 주목되고 있다.