화학뉴스

교세라(Kyocera)가 파워반도체 접합소재인 은(Ag) 소결 페이스트 양산에 나섰다.
솔더링을 잇는 차세대 접합기술로 주목하고 있으며 열전도율을 기존의 60-80W/mK에서 250W/mK으로 향상시키는데 성공한 것으로 알려졌다.
높은 열전도율을 바탕으로 기존 실리콘(Silicone) 뿐만 아니라 탄화규소(SiC) 파워반도체 수요까지 커버 가능하며 전기자동차(EV) 보급을 타고 함께 성장하고 있는 파워반도체 수요에 대응할 계획이다.
또 은 다음으로 주목받고 있는 동(Au) 소결제 연구개발(R&D)도 진행하고 있어 2025-2030년에는 상업화가 가능할 것으로 기대하고 있다.
전기자동차 인버터에는 전력을 효율적으로 제어하기 위한 파워 디바이스가 탑재되고 있으며 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 중심으로 기존에는 파워반도체 접합에 솔더링이 적용돼왔다.
하지만, 전기자동차 진화와 함께 기존보다 우수한 내열성이 요구되고 있고 고열에 견딜 수 있으면서 방열성이 우수한 접합소재 수요가 증가하면서 내열성, 방열성, 열전도율이 우수한 은 소결제가 차세대 접합기술로 주목받고 있다.
고온에서 사용되는 솔더링에는 납이 함유돼 있으나 은 소결제로 납을 대체할 수 있다는 점도 기대 요인으로 파악된다.
교세라가 개발한 가압타입 은 소결제는 250W/mK에 달하는 열전도율을 갖추어 칩에서 방출된 열을 신속히 내보낼 수 있으며 섭씨 영하 45도에서 영상 150도 사이에서 사용할 수 있는 등 신뢰성이 우수하다.
200도 저온에서도 접합이 가능해 실장 시 부담을 줄일 수 있어 수요기업들의 다양한 요구를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다.
IGBT는 물론 전기자동차 보급과 함께 수요가 증가하고 있는 SiC의 요구 조건도 충족 가능한 것으로 파악된다.
SiC는 실리콘보다 단단해 응력이 흡수되기 어려우며 소재에 부여되는 부담이 크지만 은 소결제는 솔더링보다도 파워 사이클이 우수해 SiC 파워 반도체 신뢰성 유지에 기여할 수 있다.
다만, 은을 사용하기 때문에 솔더링보다 코스트가 높은 단점이 있어 교세라는 은보다 코스트를 낮출 수 있고 더 높은 성능을 확보 가능한 동 소결제 연구도 진행하고 있다.
동은 은 이상으로 고도의 기술이 요구되기 때문에 진입장벽이 높은 것으로 평가된다.
동 소결제는 열전도율이 은과 동등하지만 융점, 선팽창계수, 항복응력 등이 훨씬 우수하며 동은 나노입자를 사용해 소결접합하는 금속 중 산화 상태가 되기 쉬운 편이라는 점이 주목된다.
비표면적이 큰 나노입자를 사용하면 더 쉽게 산화 상태가 되고 나노입자에 열을 가해 금속입자끼리 소결접합할 때 표면 산화피복 문제가 방해가 돼 물리적으로는 동을 사용하는 편이 더욱 견고한 접합을 형성하는데 도움이 되는 것으로 파악된다.
하지만, 기술적으로 장벽이 높아 교세라도 동소결제를 중기 연구개발 과제로 설정하고 있다.
교세라는 인버터 관련제품으로 패키지부터 다이 어태치, 본딩, 절연기판을 대상으로 세라믹부터 케미칼 소재까지 생산하며 일체화된 제안이 가능한 것이 강점이다. (K)