하이브리드 방열소재 개발
열전도 최대 2배 우수
방열부품소재 세계시장이 올해 약 4조원 규모로 형성돼 매년 3000억원 이상 증가하고 있는 가운데, 국내 기술력으로 전자부품 과열을 ’고성능 방열소재‘로 방지할 수 있는 제품을 만들어 눈길을 끌고 있다.
전기차나 IT, 생활가전에 들어가는 전자부품들이 고성능, 고출력, 고집적, 소형화 되면서 작동온도가 기존 120~200℃에서 향후 최대 400℃까지 상승할 것으로 전망됨에 따라 고성능 방열소재 개발 연구가 중요해지고 있다.
한국생산기술연구원(생기원)에 따르면 방열소재로 주로 쓰이는 구리, 알루미늄 등의 금속소재에 흑연 분말을 복합화해 열전도도를 1.5~2배가량 향상시킨 ‘메탈 하이브리드 방열소재’를 개발했다.
EV부품소재그룹 오익현 박사 연구팀이 개발한 방열소재는 열전도도가 600W/mK급으로 구리(400W/mK), 알루미늄(220W/mK) 단일 소재들보다 1.5~2배가량 높아 열 방출이 빠르다.
또한 기존의 단일 상용소재들과 비교해 부품 불량의 원인이 되는 열팽창계수가 1.5~2배가량 낮아 열로 인한 변형이 덜하며 비중도 약 50% 수준이어서 전자제품 경량화에 유리하다.
달라붙는 융착 현상이나 뒤틀림 등의 문제를 방지할 수 있다.
연구팀은 3년간의 개발기간 동안 기존 방열소재인 구리, 알루미늄, 은을 대상으로 흑연과의 조성비, 방향성 제어율 및 최적 공정조건 등을 연구해 소재 활용도를 넓히는 데 주력했다.
그 결과 열전도도와 같은 열적 특성을 전자제품 사양에 맞춰 소재별로 다르게 부여할 수 있는 방열소재 제조 원천기술을 확보했다.
열전도도 550~640W/mK급의 Cu계 방열소재는 전력반도체와 시스템반도체 분야에, 250~320W/mK급 Al계 방열소재는 LED 분야에, 550~600W/mK급 Ag계 방열소재는 트랜지스터와 같은 스위칭 소자 분야에 활용도가 높을 것으로 기대된다.
오익현 박사는 “순수 국내 기술력으로 그동안 수입에 의존해왔던 방열소재를 국산화하고 공정제어를 통해 세계 최고 수준의 고 열전도도 달성에 성공했다”며 “향후 전기차, 5G통신, 스마트그리드 등 신산업 분야에 적용할 수 있는 맞춤형 방열소재 실용화 연구와 기술 이전에 주력할 것”이라고 말했다.
연구팀은 지난 4월 국내 특허 등록을 완료했고 이달 세계 최대 방열시장을 가진 미국에 특허를 출원했다.