KETI, 고효율 SiC 파워반도체 접합기술 개발

↑ KETI의 신공법을 적용해 만든 SiC 전력변환모듈 시제품

전자부품연구원(KETI)은 실리콘카바이드(SiC) 반도체를 결함 발생 없이 기기에 부착할 수 있는 고상접합기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 실리콘카바이드 반도체는 기존 실리콘(Si) 대신 실리콘카바이드를 웨이퍼 소재로 활용한 광대역갭 반도체로 높은 에너지효율을 자랑한다.
오철민, 홍원식 KETI 연구팀이 개발한 고상접합기술은 녹는점이 960℃에 달하는 은(Ag)을 소재로 사용한 게 특징이다. 고상접합기술은 재료와 피접합체가 서로 녹지 않고 고체 상태로 붙는 기술이다. 실리콘카바이드 반도체는 300℃ 이상 고온에서도 동작하지만 같은 온도에서 반도체 실장에 사용된 소재들이 녹아 액체로 변하면서 실리콘카바이드 반도체가 정상적으로 동작하지 않는 문제가 있었다.
이번에 개발한 고상접합기술은 일반적인 고상접합처럼 가압력을 가하지 않으면서도 반도체 소자와 모듈에 열적 변형을 줄일 수 있는 저온으로 진행된다. 따라서 생산제품마다 각기 다른 가압용 구조물이 필요 없으며 반도체의 전기·열 저항을 높일 수 있는 보이드(빈 공간)와 같은 실장소재 내부결함이 없어 신뢰성이 높다는 설명이다. 아울러 은 소재의 특성인 고융점, 고열전도도, 고전기전도도를 살려 SiC의 안정적인 고온동작이 가능하다는 것도 강점이다.
오철민 KETI 박사는 "이번에 개발한 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.
산업통상자원부 에너지기술개발사업 지원을 받은 이번 기술 개발에는 KETI를 비롯해 제엠제코, 한국과학기술원이 공동으로 참여했다. 최근 과학기술정보통신부로부터 2018년 국가 R&D 100대 우수 과제에 선정되기도 했다.
[양연호 기자]