구리, 알루미늄, 은+흑연 분말로 기존 기술보다 성능 2배 향상

충전 중인 휴대전화나 노트북이 폭발했다거나 예상보다 휴대전화 배터리 수명이 짧다는 이야기를 간혹 듣게 된다. 이처럼 전자제품의 고장이나 화재는 전자부품의 과열 때문에 발생하는 경우가 많다. 실제로 전자부품 고장의 56% 정도는 과도한 발열 때문에 발생하고 전자제품 작동온도가 임계치보다 10도 상승할 경우 제품 수명은 절반 가까이 줄어들게 된다.

한국생산기술연구원 EV부품소재그룹 연구진은 방열소재로 주로 쓰이는 금속소재에 흑연가루를 섞어 열전도도를 2배 가량 높인 ‘메탈 하이브리드 방열소재’를 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 기술은 지난 4월 국내 특허 등록을 완료했고 5월에 미국에 특허를 출원했다.

방열부품은 전자제품이 성능을 오랫동안 유지시키기 위해 작동 중 발생하는 열을 효과적으로 제어하고 방출해주는 장치이다. 연구팀은 기존 방열소재로 많이 쓰였던 구리, 알루미늄, 은 같은 금속소재에 흑연분말을 섞어 열전도도를 높였다.

연구팀은 흑연이 분자방향에 따라 다른 성질을 보이는 이방성을 갖고 있어 제조방법에 따라 열전도도가 달라질 수 있다는데 착안했다. 이에 따라 각각의 금속소재에 흑연분말의 조성비와 최적 공정조건 등을 바꿔 소재 활용도를 다양화시켰다.

이번에 개발된 금속-흑연복합소재는 기존 단일 소재와 비교해 부품 불량의 원인이 되는 열팽창계수가 1.5~2배 가량 낮아 열로 인한 변형이 덜하며 비중도 50% 수준이어서 전자제품 경량화에도 유리하다. 더군다나 열이 특정 방향으로 방출될 수 있도록 하기 때문에 전자부품 발열시 서로 달라붙는 융착현상과 뒤틀림도 막을 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이번에 개발된 구리계 방열소재는 550~640W/mK 수준으로 전력반도체와 시스템반도체 분야에, 알루미늄계 방열소재는 250~320W/mK는 LED분야에, 은계 방열소재는 550~600W/mK으로 트랜지스터 같은 소자분야에 활용될 수 있다.

오익현 생산기술연구원 박사는 “최근 전기차를 비롯해 각종 생활가전에 들어가는 전자부품들이 고성능, 고집적, 소형화되면서 작동온도가 120~200도에서 최대 400도까지 상승할 것으로 전망되고 있어 고성능 방열소재 중요성이 커지고 있다”며 “그동안 수입에 의존해왔던 방열소재를 국산화하고 공정제어를 통해 세계 최고 수준의 열전도도 방열소재를 개발했다는데 의미가 크다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr