권혁천 공학박사 /한국동기술연구조합 부이사장

동은 우수한 전기전도도, 가공성, 용접성 및 내식성을 가진 금속이기 때문에 전기·전자 산업뿐 아니라 우주 항공산업에 이르기까지 폭 넓게 사용 되고 있다.

다양한 동 및 동합금 중에서 무산소동(OFC: Oxyge Free Copper)은 수소취화성이 있는 타프피치동과 전기전도도가 저하되는 인탈산동의 단점을 보완한 재료로 반도체 리드프레임재 및 각종 커넥터재 등 전자제품의 소형화, 집적화에 필수적인 고전도도 및 고강도가 요구되는 각종 전자소재 합금의 베이스 소재로 많이 사용되고 있다. 또한 향후 성장세가 기대되는 웨어러블 TV, 컴퓨터 모니터 등 전자기기의 혁신의 바탕이 되는 FCCL(Flexible Copper Clad Laminate) 제조용으로 쓰이고 있다.

무산소동의 제조방법에는 진공탈산용해법(진공탈산, 기체탈산, 고체탈산법), ESR(Electroslag Remelting)법, CCR법, Properzi법, SCR법, ROX법, 환원용해법, DIP Forming법 등 다양한 방법으로 제조 되고 있다. 최근 들어서는 탄소 배출 문제 등으로 전 세계적으로 내연기관 자동차에서 전기자동차나 하이브리드 자동차로의 전환 과정에 동 중에서도 고순도 무산소동이 절대적으로 적용되고 있는 실정이다.

이러한 이유로 골드만 삭스에서는 “구리는 새로운 석유”라며 “구리 없이 탈탄소는 불가능 하다“고 지적하기도 했다. 이 뿐 아니라 차세대 배터리와 현재 사용되고 있는 배터리의 리드탭등에 적용되고, 특히 초전도 재료의 안정화제 및 보호제로 무산소동이 적용 적용 되고 있다.

먼저 전기차에는 모터권선용, 전기연결에 사용되는 하네스 적용 재료, 고품질 버스바, 전기모터 원형 터미널 단자 및 전기차 시스템 중 레이저 용접 등이 필요한 부품과 1000v 고전압 릴레이 배기관 접전부위에는 반드시 동중 O₂함량이 3ppm 이하이고 총 불순물 함량이 40ppm 이하의 고순도 무산소동을 사용해야 한다.

그 이유는 그림1)에서 보여주는 것과 같이 금속 조직적인 면에서 일반 타프피치동에 비하여 결정입계에 불순물이 존재하지 않아 전기전도 및 열전도에 나쁜 영향을 미치 않는다는 것이고, 수소취성이 발생하지 않아 수소취하에 노출이 우려되는 부품에는 반드시 고순도 무산동을 적용해야 한다.

또한 전기 자동차등의 티그, 미그, 레이저 용접 등 용접 부위에 적용되는 부품에는 동 중에 존재하는 산소가 그림1)과 같이 용접 중에 다수의 결함이 존재하여 피로파괴나 용접 불량 등이 발생하여 완성차등에 큰 데미지를 입힐수 있는 요인이 될 수 있다.

두 번째로 적용 되고 있는 배터리 리드탭 과 배터리셀 전극에도 적극 적용되고 적용이 시도되고 있다. 플렉시블 배터리 케이블에 다양한 형태로 사용되고 있다.

세 번째로 사용 되고 있는 곳은 요즈음 대중에 널리 회자되고 있는 초전도체의 안정화 재료로 사용되고 있다. 초전도 상태에서 국부적인 파괴가 있을 때 정상전류를 바이패스 시켜 조기에 원래의 초전도 상태로 복귀 시키는 역할을 하는 주요한 소재로 사용되고 있다. 모든 진공 특히 고진공 상태에서 작동되는 의료기기(MRI, MRA, CT 등)에도 반드시 사용되고 있는 기초 소재이다.

또한 초고순도 무산소동은 전자관용(송신관, 수신관, 마이크로파관 등)에도 사용되고 있다. 클라이스트론과 방사선 가속기 도판관 외 리드 와이어에도 적용되고 있다.

향후 반드시 해야 할 동 산업분야에서는 기능성이 점차 높아지고 있는 차세대 전기차(EV, HEV 등), 배터리 부품으로 적용될 내열 무산소동(OFC) 소재 개발이 추진되어야 할 것이다. 전기전도도는 101% IACS이상 유지하면서 400℃ 이상의 내열성을 갖는 내열 무산소동 개발이 시급하다.

정부뿐만 아니라 민간영역에서도 적극적인 개발의지를 갖고 연구 개발해야 할 분야다. 아직 국내에서는 특수한 분야에서만 사용 되고 있으나 향후 다양한 전기·전자·진공·배터리·초전도 등의 산업 분야에 기초소재로 널리 활용될 것으로 기대된다.