KETI, SiC 파워반도체 고상접합기술 개발

전자부품연구원(KETI)이 실리콘카바이드(SiC) 반도체를 온전히 기기·부품에 부착할 수 있는 기술을 개발했다. SiC 반도체는 광대역갭 반도체 중 하나로, 기존 실리콘(Si) 반도체 소자에 비해 열전도도가 높고, 저항이 낮으며 내전압이 높아 에너지 효율을 높이기 위한 핵심기술로 부각되고 있다.

오철민, 홍원식 KETI 연구팀은 은(Ag)을 활용한 SiC 파워반도체 고상접합기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 고상접합이란, 재료와 피접합체가 서로 녹지 않고 고체 상태로 붙는 것을 뜻한다. 이번 기술 개발에는 KETI를 비롯해 제엠제코, 한국과학기술원이 참여했다.



이번에 KETI 연구팀이 개발한 고상접합기술은 일반적인 고상접합처럼 가압력을 가하지 않으면서도 반도체 소자모듈에 열적 변형을 줄일 수 있는 저온으로 진행되는 게 특징이다. 이로 인해 생산제품마다 각기 다른 가압용 구조물이 필요 없을 뿐 아니라, 반도체의 전기·열 저항을 높일 수 있는 보이드와 같은 실장소재 내부결함이 없어 신뢰성이 높다는 설명이다. 이와 함께 은 소재의 특성인 고융점, 고열전도도, 고전기전도도를 살려, SiC의 안정적인 고온동작이 가능하다는 것도 장점으로 꼽힌다. 오철민 KETI 박사는 “이번에 개발된 무가압 저온공정을 통해 SiC반도체의 성능이 접합부를 거쳐 그대로 모듈에 전달될 수 있기 때문에 향후 전기자동차, 로봇, 스마트공장 등 보다 엄격한 내구성을 요구하는 전력변환모듈에 적용이 기대된다”고 말했다.

연구팀이 이 고상접합기술을 개발한 건, SiC 반도체가 상용화되려면 실장소재와 실장공법이 중요하기 때문이다. SiC 반도체는 일반 Si 반도체 대비 70% 이상 낮은 에너지 손실을 보여, 다른 반도체보다 에너지 효율이 뛰어난 것으로 평가받는다. 그러나 기존 Si 파워반도체에 쓰이던 실장소재 접합재료는 300℃ 이상에서 액체로 변할 위험이 있다. 이로 인해 솔더링, 천이(遷移)액상접합, 소결접합 등의 연구가 진행됐다. 하지만 솔더링은 납으로 인한 환경 이슈, 천이액상접합은 긴 공정시간이 단점으로 지목돼 왔다. 현재까지는 소결접합 관련연구가 가장 각광을 받고 있으나, 공정에서 발생하는 높은 온도와 가압으로 결함이 종종 발생했다는 단점을 안고 있다.