더굿시스템, 세계 최초 1000W/m·K급 열전도도 다이아몬드 금속복합 방열소재 개발

미래 반도체 패키지구조 변화 새로운 전기 마련
AI·6G 우주무선통신용 반도체 패키지용 등 활용
이스라엘·북미 주문량 늘어…글로벌 시장 선도

구리-다이아몬드 계면 투과전자현미경 이미지. (a)코팅된 다이아몬든 입자 (b)구리-다이아몬드 계면 투과전자현미경 이미지 (c) 구리-다이아몬드 계면 고분해능 투과 전자현미경 이미지.

국내 중소기업이 세계 최초로 1000W/m·K급 열전도도를 갖는 다이아몬드 금속복합 소재를 개발하는 데 성공했다. 탁월한 방열소재 확보로 미래 반도체 패키지구조 변화에 새로운 전기가 마련됐다.

반도체 소자 제조기업 더굿시스템(대표 조명환)은 다이아몬드 입자의 3차원(3D) 입체 정열기술과 대형 다이아몬드 입자의 클로즈 패킹 기술을 이용, 높은 다이아몬드 밀도를 실현해 꿈의 숫자인 1000W/m·K급 열전도도를 갖는 다이아몬드 금속복합 소재를 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

이는 유럽 최대 응용과학연구소인 프라운호퍼가 예측한 550~700W/m·K보다 현저히 개선된 것으로, 기존 제조방식으로는 실현 불가능한 영역을 넘어선 결과다.

지금까지는 화학적기상증착방법(CVD) 다이아몬드 기판이 유일하게 1000W/m·K급 이상의 방열특성을 내고 있지만 제조원가가 높고 가공이 어려워 연구·개발 영역에만 부분적으로 사용돼 왔다.

그동안 발열문제를 효율적으로 해결하기 위해 방열소재 개발은 선행해야 할 핵심 과제였다. 소자 동작 중에 발생한 열은 소자기능을 악화시키거나 신뢰성에 치명적 악영향을 주기 때문이다.

반도체 패키지용 방열소재는 금속의 높은 열전도도와 반도체 칩과의 열팽창 정합을 위해 세라믹의 낮은 열팽창 특성을 동시에 구현해야 하는 고난도 소재기술이다. 국내에서도 반도체 패키지용 방열소재 개발을 위해 많은 도전과 시도가 있었지만 높은 기술장벽과 특허문제에 막혀 수입에 전적으로 의존하는 실정이다.

40여건의 지식재산권을 확보한 더굿시스템은 세계 최고 방열특성 설계기술을 보유하고 있다.

회사가 개발한 1000W/m·K급 다이아몬드 금속복합 방열소재는 6세대(6G) 무선통신, 자율전기자동차, 고출력 레이저, 사물인터넷(IoT) 센서 등 분야에 적용되는 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 갈륨비소(GaAs) 화합물반도체 패키지의 방열기판 핵심소재로 사용할 수 있다.

구리-다이아몬드 방열 소재위에 실장된 GaN 반도체 칩.

세계 최초 1000W/m·K급 열전도도 다이아몬드 금속복합 방열소재를 개발함으로써 세계 유수기업과의 기술격차를 한층 확대할 수 있는 계기가 마련됐다는 평가다.

회사는 최근 미래에셋 투자를 유치하면서 추가 양산 설비투자를 구축해 시장점유율을 높이고 있다. 미국방성 신뢰성 평가 기준인 -65~150℃, 1000사이클 조건도 충족해 이스라엘과 북미 무선통신 부품 및 모듈업체의 주문량이 늘었다. 일본과 독일, 이스라엘, 미국 등에서 열린 해외 전시회에 참가하며 고성능 다이아몬드 금속복합소재 시장 확대를 위한 글로벌 영업 활동을 강화하고 있다.

이석우 더굿시스템 기술총괄은 “1000W/m·K급 다이아몬드 금속복합 방열소재는 무선통신과 비메모리 반도체 CPU, 서버 및 AI반도체, 고출력 반도체 레이저, 자율주행차용 라이다 등의 센서 분야에서도 시장이 확대될 것으로 기대된다”며 “1조7000억원으로 추산되는 세계 방열시장 단일 소재 분야에서 차별화된 제품성능과 기술력으로 글로벌 시장 선점도 가능하다”고 말했다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com