세라믹기술원, 차세대 패키징용 열관리 핵심기술 개발

- 초미세 구형 성형 공정기술 및 구형 입자 결속력 강화하는 소재 개발
- 기존 수지의 특성을 유지한 채 열전도도 400% 향상
- 전기자동차, 파워반도체 등 연관된 다양한 분야 적용 기대

국내 연구진에 의해 차세대 패키징용 초미세 구형 필러 소재 핵심기술이 개발됐다.
  한국세라믹기술원(KICET, 원장 정연길) 이승협·윤경호 연구팀은 산업부 출연연구사업과 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가핵심소재연구단 플랫폼형 사업을 통해 판 형태의 나노 입자를 초미세 구형화하는 공정 및 소재 핵심기술을 개발했다고 지난달 10일 밝혔다.
반도체·디스플레이 기술이 고도화되며 반도체 3D 패키징, 마이크로 LED 등 소자 및 부품의 미세화에 따라 열문제가 심각해지고 있어 패키지의 열관리 기술이 중요해지고 있다.
  기존의 패키징 소재는 수십㎛ 크기에 대응하였다면 차세대 패키징 소재는 수㎛ 크기에 대응할 수 있어야 한다. 이에 연구팀은 판 형태의 나노 입자를 균일하고 미세한 구형 입자로 성형하는 공정 기술과 성형된 구형 입자의 결속력을 강화하는 소재를 개발했다.
  육방정계 질화붕소(h-BN, hexagonal Boron Nitride)는 판상형을 가져 열전도도가 높은 특성을 가지지만 실제 활용을 위한 고분자 수지와의 복합화 과정에서 점도가 높아져 흐름성의 문제가 발생한다.
  연구팀은 판상형 h-BN 나노 플레이크를 5㎛ 이하 크기의 구형 입자로 성형하는 공정을 개발하였다. 특히, 구형 입자 내부에서 나노 플레이크 사이를 연결해주는 새로운 소결조재를 개발하여, 구형 입자의 강도를 크게 향상하는 기술을 확보했다. 개발한 구형 입자는 패키징 혹은 접합에 사용되는 고분자 수지와 복합화 할 때, 기존 수지의 특성을 크게 열화시키지 않으면서 열전도도를 400%까지 향상시킨다.
  한국세라믹기술원 이승협 박사는 “반도체 적층 패키징, 마이크로 LED 디스플레이 등 초미세 접합 혹은 패키징에 필요한 기술 문턱을 넘었다”며 “개발된 기술을 응용하면 전기·전자디스플레이 뿐만 아니라 전기자동차, 파워반도체 등 연관된 다양한 분야에 적용할 수 있다”고 말했다.
  이번 연구 성과는 에이씨에스 어플라이드 엔지니어링 머티리얼즈(ACS Applied Engineering Materials)에 표지논문으로 최근 게재됐다.

그림 1. 에이씨에스 어플라이드 엔지니어링 머티리얼즈 출판 표지. (자료제공: KICET)

그림 2. 판 형태의 나노 입자를 초미세 구형화하는 기술의 개념도.

육방정계 질화붕소(hexagonal Boron Nitride, 이하 h-BN)는 판상형을 가져 열전도도가 높은 특성을 가지지만, 실제 활용을 위한 고분자 수지와의 복합화 등에 문제가 발생한다. 이를 해소하려는 방안으로 형상을 둥근 구형으로 성형 혹은 개질하는 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 차세대 패키징 등 미세화되는 전자·전기 분야에 활용할 수 있는 크기인 5㎛ 이하로 구형의 h-BN 입자를 성형할 수 있는 공정 및 이에 필요한 소재를 연구·개발했다. (자료제공: KICET)

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2024년 2월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>