자기부상 기술을 이용해 반도체나 디스플레이 제조환경 같은 진공상태에서 대형 물품을 분진 발생 없이 정밀하게 이송할 수 있는 초정밀 자기부상 시스템 기술이 개발됐다. OLED 디스플레이나 반도체 제조에 꼭 필요한 증착 공정 중 가장 피해야 할 수분과 분진에 대한 차단 효과가 뛰어나 생산성을 획기적으로 개선할 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원 기계시스템안전연구본부 자기부상연구실 박도영 박사 연구팀은 진공 쳄버 안에서 800㎏급 캐리어를 전자석을 이용해1㎜ 부상시킨 후, 선형 전동기(Linear Motor)를 이용하여 왕복으로 이동시키는 기술을 개발했다.
이 기술은 지난 1989년부터 연구에 착수하여 2016년 인천국제공항에 도시형 자기부상열차를 상용화하는 과정에서 기계연이 확보한 자기부상 원천기술을 첨단산업 공정에 적용한 것이다.
책상처럼 ⊓형 구조로 된 프레임에 부착된 전자석을 이용하여 동력원이 없는 금속성 캐리어를 부상시키고 직선 방향으로 이동시키는 기술이다. 캐리어에 부착된 영구자석과 프레임에 부착된 선형 전동기, 부상을 제어하는 부상 전자석, 측면 움직임을 제어하는 안내 전자석이 반응하여 마찰 없이 정밀한 간격을 유지한 채 이동한다.
OLED 디스플레이나 반도체 등의 제조공정에는 증착 공정이 반드시 필요하다. 증착 공정은 원하는 물질을 위에 발라 디스플레이나 반도체 기판 등 필요한 곳에 붙이는 공정이다. 기판에 수분이나 먼지가 닿으면 불량이 발생하고 생산율이 떨어지기 때문에 청정하고 정밀한 제조환경이 필요하다.
이번에 개발된 초정밀 자기부상 이송을 적용하면 자기 부상하여 정지했을 때 1㎜에서 간격 변동이 최대 ±7.65 ㎛에 불과하다. 머리카락의 지름은 약 70㎛, 미세먼지의 지름은 약 10㎛다. 캐리어가 1㎜ 부상했을 때 움직임을 미세먼지 1개보다도 작은 정도로 정밀하게 제어할 수 있다.
자기부상연구실 박도영 책임연구원은 “고청정 환경에서 정밀한 이송과 부상이 가능한 기술로, 시장 확대가 예측되는 반도체 및 디스플레이 산업의 생산성을 향상하는 데 기여할 것”이라며 “높은 신뢰도의 자기부상 원천기술뿐 아니라 응용기술까지 개발한 만큼 생산현장 적용도 멀지 않을 것으로 기대 한다”라고 말했다.
■■ 용어
1. 전자석
전류가 흐를 때는 자기화(磁氣化)되고, 전류가 흐르지 않으면 자기(磁氣)를 잃어버리는 자석이다. 우리가 흔히 접하는 자석은 전류의 공급과 관계없이 항상 자기를 유지하는 영구자석이며, 전자석은 이와 구분되는 개념이다. 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 동심원 모양의 자기장이 형성되며 이 원리를 이용해 영구자석으로는 얻을 수 없는 매우 강력한 자기장을 얻을 수 있다.
2. 증착공정
금속 또는 비금속 물질을 진공 환경에서 가열해 그 증기를 원하는 물체의 표면에 박막 형태로 응착시키는 일 또는 화학적 방법에 따라 피막을 형성시켜 부착하는 공정. 일반적으로 진공 속에서 이루어지므로 진공 증착이라 한다.