한국세라믹기술원(원장 강석중) 이천분원의 류성수․조우석 박사 연구팀은 하이브리드·전기자동차용 파워모듈 및 LED 조명 패키지 등의 방열소재로 적용이 가능한 ‘고강도 질화알루미늄 방열소재’를 개발하였다고 밝혔다.
이번에 개발된 질화알루미늄 소재는 직접 개발한 나노 글라스 입자를 첨가함으로써 기존 소재 대비 강도를 70% 이상 증가시켰다.
기존 질화알루미늄 소재는 하이브리드·전기자동차 등의 파워모듈에 인가되는 높은 전력 때문에 많은 열이 발생되어 열적 내구성에 문제가 대두되고 타 세라믹소재에 비해 강도가 비교적 낮다.
고가의 희토류원소를 첨가제로 사용하는 기존방법 대신 새롭게 개발한 나노 글라스 입자를 상용 질화알루미늄 분말에 미량(무게비 1%) 첨가하여 강도를 70% 이상 증가시켜 열적 내구성 문제를 해결 가능하다.
또한 기존 소재보다 200도가 낮은 온도에서 제조가 가능하여 양산성 및 경제성도 향상, 기존 소재는 1,800도 이상의 초고온에서 제조되기 때문에 고가의 신규 시설투자가 요구되고, 제품 단가 상승의 원인이 되기 때문에 현재 국내 세라믹업체가 신규로 진입하기가 매우 어려운 실정이었다.
개발된 소재는 기존의 비해 200도가 낮은 온도에서 제조가 가능함으로써 기존 업체들이 별도의 설비투자 없이 생산이 가능할 뿐만 아니라, 제조단가도 대폭 낮아질 것으로 예상된다.
현재, 세계적으로 사용되고 있는 기존 질화알루미늄 세라믹 기판소재는 일본의 마루와와 덴카, 독일의 세람텍 등이 독점하고 있으며, 세라믹 방열기판의 세계 시장은 약 3,000억원, 이를 이용한 모듈시장은 약 4조원, 최근 국내에서는 모듈형태로 전량 수입에 의존하고 있다.
최근 현대·기아자동차에서 친환경자동차 개발에 박차를 가하면서 사용량은 점점 증가할 것으로 예상되며, 저가의 고강도 질화알루미늄 기판소재로 수입 대체 가능하다.
하이브리드·전기자동차 뿐만 아니라 LED, 풍력, 태양전지 등 친환경 산업의 경쟁력 향상 및 관련 소재․부품산업의 적용 확대에 기여 할 것으로 기대된다.
특히 조명용 LED 분야의 업계에서는 방열 성능과 제품가격이 절충된 이른바 저가형 세라믹 방열기판소재*의 개발에 대한 시장 요구가 크게 증가하고 있으며, 이번에 개발된 소재가 이를 만족시켜 줄 수 있을 것으로 본다.
[현재, 알루미나 기판은 저가이긴 하나 열전도도가 조명용 LED 패키지의 요구수준(50-100W/mK)에 비해 낮고, 기존 질화알루미늄 기판은 열전도도가 요구수준 이상(170W/mk)이긴 하나 가격이 높아 양 기판소재모두 적용하기에 어려움이 있어 왔음]
이번 연구개발 결과는 현재 국내특허를 확보하고, 국내 중소·중견기업에 기술이전을 통한 상용화를 추진 중에 있다.
