[iR52 장영실상] 스마트폰 ‘뜨거운 두뇌’ 식힌다…방열 3배 높인 신소재

삼성SDI ‘모바일용 고방열 EMC’

왼쪽부터 삼성SDI 이동환 그룹장, 황은하 프로, 권기혁 프로, 임상학 상무. [사진=삼성SDI]

스마트폰에 들어가는 반도체의 발열 문제를 해결한 삼성SDI의 ‘모바일용 고방열 EMC’가 37주차 IR52 장영실상 수상 제품으로 선정됐다. EMC는 반도체를 외부 충격으로부터 보호하기 위해 감싸는 반도체 후공정의 핵심 소재다. 해당 제품은 반도체를 완전히 감싸면서도 열 방출을 3배 이상 높였다.

최신 스마트폰에는 두뇌 역할을 하는 AP 칩과 메모리 D램이 수직으로 쌓여있다. 이를 보호하기 위해 후공정에서 패키징 소재로 감싼다. 문제는 반도체 성능이 좋아질수록 발열은 많아지는데, 패키징 소재로 감싸면 열이 빠져나오지 못한다는 점이다. 반도체를 단단하게 보호하되, 열을 잘 내보내야 하는 딜레마가 있는 것이다.

삼성SDI는 패키징 소재를 기존 실리카에서 세라믹 소재인 ‘알루미나’로 바꾸는 데 세계 최초로 성공했다. 알루미나는 기존 소재보다 열전도율이 약 20배 높지만, 1.8배 더 무겁고 늦게 굳는 등 제조 공정에 사용하기 어려웠다. 삼성SDI는 알루미나 입자를 정교하게 조절하는 기술을 만들고 실제 양산까지 성공했다.

삼성SDI에 따르면, D램용 소재는 경쟁사 대비 15% 이상, AP용 소재는 3배 이상 열을 더 잘 내보내는 것으로 나타났다. 알루미나의 단점을 해결해 반도체의 미세한 틈까지 98.4% 채우고, 패키징 강도는 30% 이상 높아졌다. 반도체 회로에도 잘 달라붙어 접착력이 50% 이상 개선됐다. 반도체를 단단하게 보호하면서 열을 잘 내보내야 하는 딜레마를 해결한 것이다.

또한, 고방열 EMC는 독자 개발한 촉매로 알루미나가 굳는 시간을 50% 이상 단축해 실제 공정에서 생산성을 높여 사용할 수 있도록 만들었다. 지난해 상반기 국내 반도체 제조사 두 곳으로부터 양산 승인을 받았고, 현재 고방열 EMC 소재를 단독으로 공급하고 있다. 고객사들은 고방열 EMC 도입 이후 열저항을 최대 47%(D램), 16%(AP)까지 개선했다.

올해부터는 해외 메모리 업체로도 수출을 시작해 추가적인 매출 성장이 기대된다. 현재 첨단 패키징용 EMC 소재 시장은 약 2221억 원으로 추산되고, 삼성SDI는 이를 선점하겠다는 계획이다. 한국수출입은행은 2027~2028년을 기점으로 첨단 패키징 시장이 기존 패키징 시장보다 커질 것으로 내다본다.

삼성SDI 측은 “이번 기술로 해외 업체들이 앞서 있던 첨단 패키징용 EMC 시장에서 가장 앞선 기술력을 확보했다”며 “차세대 반도체 패키징 소재 분야에서 독보적 기술 초격차를 유지해 글로벌 시장을 선도하는 소재 기술 리더로 자리매김할 것”이라고 밝혔다.