화학뉴스

파워반도체용 초음파 은소결 신기술이 전기자동차(EV) 시장에서 주목받고 있다.
Panasonic Connect는 전기자동차(EV) 시장을 필두로 파워 디바이스에 대한 내열성·방열성 니즈가 고도화하면서 납땜을 대체할 접합기술로 주목받는 은소결 기술 시장을 개척하고 있다.
IGBT(절연 게이트 타입 바이폴라 트랜지스터)와 MOSFET(금속산화물 상보형 전계효과 트랜지스터) 등 파워반도체는 칩과 기판의 접합에 납땜을 이용한다.
접합부는 온도 상승으로 열 스트레스가 발생하고 파워디바이스 가운데 열화 가능성이 가장 크기 때문에 전기자동차 발전에 맞추어 강화된 내열성, 내구성, 방열성이 접합 소재에 요구되고 있으며 고도화되는 니즈를 충족시키는 접합기술로 평가되는 은소결 프로세스에 대한 관심도 확대되고 있다. 
다만, 빠른 접합이 가능한 기존 리플로우 솔더링(납땜)과 달리 가열압착이 필요하기 때문에 납땜보다 접합시간이 오래 걸리는 약점이 있으며 가압착과 본압착을 합하면 소요 시간은 더욱 늘어난다.
이에 Panasonic Connect는 10-15초 소요되던 접합시간을 2초로 단축하는 가압착 공정용 초음파 접합기술을 개발했으며, 전기자동차 관련 분야를 중심으로 중국과 유럽 수요기업이 관심이 증가함에 따라 2024년부터 본격적인 수익화가 가능할 것으로 기대하고 있다.
초음파 접합기술을 적용해 필요 온도를 섭씨 200-300도에서 약 100도로 낮추는데 성공했으며 가압시간 단축 뿐만 아니라 압력도 1뉴턴 수준의 약한 힘으로 낮추어 가압착을 간편화했다. 부수적으로 디바이스에 가해지는 손상이 줄어드는 효과도 발생했다. 은소결은 SiC(탄화규소)에도 대응 가능한 것으로 알려졌다. 
Panasonic Connect는 은소결에 이어 구리소결에 주목해 대응 접합기술 개발을 추진할 계획이다.
구리는 열전도율이 은과 같은 수준이며 융점과 선팽창계수, 재료 코스트 등은 은보다 효율적이나 은 이상으로 기술 난도가 높다.
은보다 산화되기 쉬우며 산화피막이 접합을 방해하는데 일부 파워디바이스 생산기업이 진공상태를 만들어 산화피막을 제거하는 방법을 시험하고 있으나 장치 코스트가 증가하는 것으로 알려졌다. (윤)