우베코산, 구리-흑연 복합 신소재 개발 … 세계 최고 열전도율 달성

우베코산(Ube Kosan)이 높은 수준의 열전도성을 나타내는 방열소재를 개발해 주목된다.
우베코산은 구리와 흑연을 복합해 전자‧통신기기 반도체에서 발생하는 열을 고효율로 방출시킬 수 있는 방열소재를 개발했다. 독자적으로 소결기술을 갖추고 있는 자동차부품 가공기업 아카네(Akane)와 공동으로 개발한 것으로 알려졌다.
금속 등 분말을 소결시켜 자동차부품을 제조하는 기술은 상하 방향으로만 가열‧가압하는 것이 일반적이나 아카네는 상하 방향으로는 가압, 수평 방향으로는 가열하는 다축 통화소결 기술을 보유하고 있다.
여러 방향에서 열과 압력을 가함으로써 분말을 균등하게 소결시킬 수 있고 흑연 결정이 배열된 구조로 완성해 높은 열전도율을 실현했다.
열전도율은 세계 최고 수준인 800W/mK에 달해 현재 방열기판, 방열판 등에 사용되고 있는 질화규소, 질화알루미늄의 3배, 구리보다는 2배 우수한 것으로 파악되고 있다.
또 금속인 구리를 배합함으로써 굴곡 등 가공성이 우수하고 비중도 질화규소나 질화알루미늄과 비슷한 수준으로 가볍게 제조할 수 있는 것이 특징이다.
열팽창률 역시 질화규소, 질화알루미늄이나 반도체 소재인 실리콘(Silicone), 차세대 파워 반도체 소재로 주목받고 있는 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN)에 가까운 수준을 확보했다.
방열소재를 다른 소재와 접합하면 열팽창률이 서로 다른 점을 활용해 박리되는 문제도 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다.
우베코산은 2020년 초부터 신규 방열소재 샘플을 공급하고 있으며, 전자‧통신기기 발열원과 방열기 사이에 끼워넣어 열을 수직 방향으로 방출시키는 방열기판이나 열을 수평 방향으로 방출시키는 방열판 소재에서 수요를 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
높은 열전도성을 갖춘 소재를 채용해 방열 설계를 자유자재로 변경함으로써 기기 소형화나 박막화, 디자인 자유도 등을 개선할 수 있다는 점을 강조하고 있다.
스마트폰 등 소형 전자기기의 고성능화, 자동차‧가전 전장화, 고속‧대용량이 특징인 5G(5세대 이동통신) 보급이 본격화되며 확대되고 있는 방열 니즈를 충족시킬 수 있다는 판단 아래 반도체와 전자기기 생산기업을 대상으로 제안을 본격화해 2022년 사업화를 목표로 하고 있다.
Fuji Keizai에 따르면, 방열기판 포함 방열소재는 글로벌 시장이 2023년 3조2140억원으로 2018년에 비해25.8% 확대될 것으로 예상된다.
우베코산은 현재 수요기업의 의견을 반영해 용도별로 소재를 마감하는 작업을 추진하고 있고 아카네와는 양산장치 설치를 위해 협력하고 있다. 양산장치를 우베케미칼(Ube Chemical) 공장에 설치할 가능성이 가장 높고 2022년 사업화 후 매출액 1억엔을 창출할 것으로 기대하고 있다.
최근에는 외부 노하우를 적극적으로 활용하는 오픈 이노베이션도 가속화하고 있다.
신규 방열소재는 2018년 설치한 오픈 이노베이션을 위한 가치창출 그룹의 활동을 통해 조기에 개발을 완료하고 제안 작업에 착수한 것으로 알려졌다.
가치창출 그룹은 농림‧수산 등 1차산업과 열을 제어하는 기술 접목에 주력하고 있고 2020년 9월에는 농림‧수산 분야 스타트업 2사에 출자한 것으로 알려졌다. (K)