초정밀 반도체 열응축 난제, 열관리 핵심소재 기술로 ‘실마리’

전북대학교(총장 양오봉) 김성륜 교수팀(유기소재섬유공학과)이 전자기기 내부의 열을 효과적으로 전달하고 방출할 수 있는 소재기술을 구현하여 주목받고 있다.

김 교수팀은 질소와 붕소의 화합물인 ‘질화붕소(Boron Nitride)’를 1차원 및 2차원 구조의 하이브리드 필러로 활용해 열 계면 재료(Thermal Interface Material, TIM)를 새롭게 제작했다.

개발된 소재는 향상된 열 전달 구조인 ‘나노 인터커넥션(nano-interconnections)’에 의해 10.93 W/(m·K)라는 높은 수준의 열 전도 성능을 달성했다고 연구진은 밝혔다. 이는 기존 소재와 비교하여 전자기기 내부의 열이 더 빠르고 고르게 방출될 수 있게 했다는 의미다.

이와 함께 김 교수팀은 고성능 방열 소재 설계의 정밀도를 높이기 위한 새로운 이론 모델도 제시했다. ‘Hybrid thermal percolation model’이라 불리는 이 모델은 하이브리드 필러 기반 고분자 복합소재의 열적 향상 거동을 예측할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 학술적 의미가 깊다.

이러한 연구 성과는 과학 기술 분야의 저명한 국제 학술지 ‘Small Methods’(영향력 지수 10.7)에 최근 게재되었다.

김성륜 교수는 “최근 전자기기의 소형화 및 집적회로 공정의 고도화로 인해 기기 내부에 축적되는 열이 전자 장치의 성능 저하 및 수명 단축의 주 요인이 되고 있다”라며 “이번에 개발된 열 관리 소재는 전기가 통하지 않으면서도 열은 효과적으로 전달하고, 고온에서도 안정적인 성능을 발현하기 때문에 AI 반도체와 전기차 배터리, LED 패키징과 고성능 서버 시스템 등 소자 내의 방열 특성 확보가 핵심인 다양한 산업 분야에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구에는 전북대 장승연 석사과정생(탄소융복합재료공학과)과 철원 플라즈마산업기술연구원의 장지운 선임연구원이 공동 제1저자, 한국과학기술연구원(KIST)의 김재우 박사가 공동 교신저자로 참여했다.

한편, 이번 연구는 2024년도 산업통상자원부 및 교육부의 재원으로 한국산업기술진흥원의 지원(P0017002, 2024년 산업혁신인재성장지원사업)과 한국연구재단의 지원(RS-2024-00356448, 2024년 기초연구사업)을 받아 수행되었다.

조경환 기자 /

입력 : 2025년 05월 16일