반도체 미세공정 발전에 따라 다이(Die)에서 발생하는 열을 효율적으로 내보낼 수 있는 소재 개발의 필요성이 커졌다. 내일테크놀로지는 12일 서울 강남구 코엑스에서 열린 '2023 어드밴스드 반도체 패키지 혁신공정 콘퍼런스'에서 질화붕소나노튜브(BNNT)를 이용한 방열 소재의 가능성을 소개했다. 현재 반도체 방열 소재는 금속, 세라믹, 에폭시 등이 주로 쓰인다. 금속은 방열 성능이 높지만, 전기전도성으로 활용 분야가 제한적이다. 세라믹은 방열과 전기절연이 가능하다. 대신 고온 안정성이 떨어진다. 에폭시는 유연성과 가공 편의성이 높은 대신 방열 성능이 떨어진다. 김재우 내일테크놀로지 대표는 "BNNT는 붕소(BN)와 탄소나노튜브(CNT)를 결합한 소재로 안정성과 방열 성능이 높다"면서 "CNT만 사용하면 분산 이슈로 가공이 어렵지만, BNNT는 이런 문제를 해결할 수 있다"고 말했다. CNT는 서로 뭉치려는 특성이 있어 고루 펼쳐서 쓰기가 어렵다. 분산액을 따로 써야 한다. 분산액은 생산이 쉽지 않다. CNT에 뿌려주는 장비 개발도 필수적이다. BNNT는 질소 화합물인 질화붕소를 기초로 CNT와 유사한 구조를 가지고 있으면서 절기절연과 방열 기능은 앞선다는 평가를 받는다. 다만 가격이 문제다. 대량 생산이 어렵다. 넓적한 모양의 판상형이라 다른 소재와 섞기가 쉽지 않기 때문이다. 김 대표는 "일본은 BNNT를 으깨서 다른 소재와 섞어서 사용한다"며 "가공비 때문에 비용이 높아지고 구조가 깨지면 열전도율이 낮아질 수 있는 문제도 있다"고 설명했다. 그럼에도 BNNT의 기본 특성은 CNT를 능가한다는 게 김 대표의 주장이다. CNT 자체는 열전도율이 높지만 반도체 칩 내부의 열을 효과적으로 배출하기가 어려워서다. 분산 자체가 어려워 열이 밖으로 빠지지 못하고 맴돌 수 있기 때문이다. 김 대표는 "BNNT는 수평과 수직 방향 모두에서 내부 열을 외부로 빼낼 수 있고 CNT와 비교했을 때 성능이 더 좋았다"고 설명했다. 실제로 내일테크놀로지 내부 테스트 결과 BNNT는 에폭시, 복합 알루미나, 실리콘 등 다른 방열 소재와 섞었을 때 단일 소재 대비 방열 성능이 더 높았다. BNNT는 초기 고부가가치 방열 시장을 염두에 두고 있다. 업계에서는 2020년 기준 글로벌 방열 시장을 5조원 규모로 추정한다. 이 가운데 1%만 점유해서 5000억원의 시장을 확보할 수 있다. 대량 생산으로 가격이 낮아지면 방열 시장 확대도 가능하다는 전망이다.

디일렉=이수환 기자 [email protected]
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