반도체 업계, 방열 소재 개발 경쟁 뜨겁다

집적회로 미세화 따라 열 관리 시급
DDI부터 SiC까지 적용 범위 넓어져
전기차 배터리 시장서도 수요 급증

반도체 업계가 방열 기능을 갖춘 신소재 연구개발(R&D)에 잇따라 뛰어들고 있다. 반도체 회로 미세화에 따라 칩에 치명적 손상을 가할 수 있는 '열'을 제어하고 관리하는 게 시급해졌기 때문이다. 디스플레이구동칩(DDI)부터 차세대 전력 반도체로 손꼽히는 실리콘카바이드(SiC) 제품까지 적용 범위가 넓어지는 추세다.

도레이는 싱가포르 과학기술연구청 산하 마이크로일렉트로닉스 연구소(IME)와 SiC 전력 반도체용 방열 접착시트 공동 연구를 개시했다. SiC는 차세대 전력 관리 반도체로 손꼽히는 화합물 반도체 소재다. 실리콘 제품 대비 안정성과 내열성이 우수한 것이 특징이다.

최근 반도체 성능 고도화를 위해 집적회로(IC)를 보다 미세화하고 있다. 이 경우 기존 그리스와 솔더를 이용한 기존 방열 접착으로는 충분히 냉각할 수 없다. 반도체에서 발생하는 열을 제어하지 못하면 제품 오작동과 손상을 야기한다. 도레이와 IME는 접촉 열저항이 낮은 방열 접착 시트를 개발, SiC 제품에 적용할 예정이다. 이미 고온에서 다수 내구성 실험을 통해 상당한 연구 성과를 입증한 것으로 알려졌다.

새로운 외부 소재를 적용해 발열을 잡는 방식은 처음이 아니다. 최근 반도체 미세화에 따라 설계 자체로 열 관리가 어려워지면서 방열 시트(필름)로 열을 분산하는 사례가 잇따라 등장했다. 방열 시트는 냉각판보다 얇고 유연해 반도체 경박단소화에 큰 영향을 주지 않는다. 다양한 제품에 적용할 수 있는 것도 특징이다.

대현에스티가 기존 반도체 방열 테이프보다 온도 저감 성능을 두 배 이상 끌어올린 고효율 방열 테이프를 개발, 양산한다. 대현에스티 연구소에서 연구원들이 고효율 방열 테이프 검수 작업을 하고 있다. 화성(경기)= 이동근기자 foto@etnews.com

국내에서는 대현에스티가 디스플레이 패널 업체와 함께 DDI 방열 필름을 적용한 기술로 열 관리에 성공했다. DDI 역시 디스플레이 고화질·고성능화에 따라 처리하는 신호량이 많아져 온도 상승에 취약해진 반도체로 지목된다. 대현에스티 고효율 방열 테이프를 적용하면 100도 이상 DDI 온도를 60도 안팎으로 낮출 수 있다. 코모텍도 독자적인 실리콘 복합 설계 기술로 반도체 방열 소재를 개발했다. 국내 반도체 제조사에 공급하며 시장 영향력을 키우고 있다.

방열 소재 시장은 지속 성장할 것으로 전망된다. 열 제어·관리가 필요한 반도체 제품이 확대될 것으로 예상되기 때문이다. 반도체 업계 관계자는 “반도체 칩 열을 낮추기 위한 다양한 방법론이 연구되고 있고 수요가 확산하고 있다”며 “방열 소재를 통한 신속한 방열 방식이 각광받고 있다”고 밝혔다. 반도체뿐 아니라 전기차 배터리 시장에서 화재 등 안전사고를 막기 위한 방열 소재 수요가 급증하고 있다. 세계 방열 소재 시장은 최근 5년간 연평균 6.5%씩 성장, 내년에는 152억달러(약 21조원)에 달할 것으로 전망된다.

권동준기자 djkwon@etnews.com