고성능 전자기기 시장 확대로 파워모듈 반도체도 고기능화 추세
KCC(대표 정몽진)가 독자적인 기술 연구 끝에 열전도도를 기존 제품 대비 6배 이상 향상시킨 세라믹 기판 ‘고강도 질화알루미늄(H-AlN) DCB’를 개발했다.
최근 자동차, 산업기기, IT인프라, 신재생 에너지 등 차량용 및 산업용 시장에서 고성능 전기전자 부품의 채용이 증가하고 시장이 확대되면서 이에 적용되는 파워모듈 반도체도 고기능화가 진행되고 있다. 이에 KCC는 기존 세라믹 기판의 재료로 가장 널리 사용되던 알루미나(Al2O3)를 대신해 질화알루미늄(AlN)을 기반으로 한 향상된 기판을 개발했다. 질화알루미늄 세라믹의 특징인 높은 열전도도에 더해 제품 강도를 향상시켜 우수한 내구성이 돋보이는 이른바 ‘H(High Strength)-AlN DCB’이다.
질화알루미늄 세라믹을 기반으로 한 H-AlN DCB는 알루미나 기반 DCB제품 대비 열전도도가 6배 이상 높다. 열전도도가 높은 소재일수록 열에너지를 더 잘 방출한다. 고전력 사용 환경에서 발생하는 열을 빠르게 배출함으로써 반도체 소자가 효율적으로 오랜 시간 작동할 수 있도록 하는 것이다. 여기에 강도까지 개선돼 알루미나 DCB보다 더욱 단단한 고강도 제품으로 거듭났다.
DCB(Direct Copper Bonding) 는 아무런 중간층 형성 없이 세라믹에 구리를 직접 접합한 기판이다. 열을 내보내는 방열 성능이 우수한 세라믹을 기반으로 하기에 금속이나 플라스틱 소재 기판을 적용하기 어려운 고전압ㆍ고전류 반도체 환경에 주로 쓰인다. 특히 주요 전기전자 부품에 탑재돼 전류, 전압 등 전력을 제어하는 파워 모듈 반도체에서 핵심적인 역할을 한다.
KCC는 4년여의 노력 끝에 H-AlN DCB를 개발했다. 특히 개발 과정에서 최적의 배합비를 찾는 데 많은 공을 들였다. 소재의 강도를 높이기 위해 첨가물을 추가하면 열전도도가 떨어지고, 반대로 열전도도 특성에 중심을 두면 제품 강도가 약해지는 현상이 있었다. KCC는 수없이 많은 시행착오를 거쳐 노력한 끝에 최적의 배합비를 선정했고 H-AlN DCB를 세상에 내놓을 수 있었다.
열전도도와 강도를 모두 잡은 제품인 만큼 시장에서 좋은 반응을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. KCC는 현재 유수의 글로벌 기업들로부터 양산 품질 승인을 받아 제품을 공급하고 있다. 평가용 샘플을 요청하는 고객도 늘어나 신규 샘플 제출도 활발히 이루어지고 있다. 또한 KCC는 고객이 H-AlN DCB를 적용한 신규 프로젝트 진행 시 고객의 생산 조건에 최적화할 수 있는 공정 개발도 함께 제공한다. 다양한 고객사 생산라인에 맞춰 공정 수율과 효율을 상승시킴으로써 고객 만족을 이끌어낸다는 전략이다.
KCC 관계자는 “열전도도 저하를 최소화하면서 강도를 향상시킬 수 있는 최적의 배합비를 찾기 위해 지난한 연구와 실패, 재도전의 산고 끝에 빛을 발했다”면서 “이번 개발을 통해 KCC의 소재 기술력을 세계 무대에서 널리 알리는 계기로 삼고, 다양한 고객의 특수 공정까지 고려한 제품 개발로 시장 확대에 박차를 가할 계획”이라고 말했다.
