▲ 기존 질화알루미늄(左)과 새로 개발된 질화알루미늄.

하이브리드·전기자동차용 파워모듈 및 LED 조명 패키지 등 방열소재로 적용할 수 있는 고강도 세라믹 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국세라믹기술원(원장 강석중) 이천분원 류성수·조우석 박사 연구팀은 전기는 통하지 않으면서 열전도도가 금속과 유사할 정도로 높은 ‘고강도 질화알루미늄 방열소재’를 개발했다고 23일 밝혔다.

기존 질화알루미늄 소재는 하이브리드·전기자동차 등의 파워모듈에 인가되는 높은 전력 때문에 많은 열이 발생돼 타 세라믹소재에 비해 강도가 비교적 낮은 문제점이 발생했었다.

이번에 개발된 질화알루미늄 소재는 직접 새로 개발한 나노 글라스 입자를 상용 질화알루미늄 분말에 미량 첨가해 기존 소재 대비 강도를 70% 이상 증가(700Mpa)시켜 열적 내구성을 높인 것이 특징이다.

또한 기존과 같이 이트리아(Y2O3)와 같은 고가의 희토류원소를 첨가제로 사용하지 않는데다 기존 소재보다 200도가 낮은 온도에서 제조가 가능해 양산성 및 경제성도 향상됐다.

기존 소재는 1,800도 이상의 초고온에서 제조되기 때문에 고가의 신규 시설투자가 요구돼 업체가 신규 진입하는데 어려움이 컸다. 그러나 개발된 소재는 기존의 비해 200도가 낮은 온도에서 제조가 가능함으로써 기존 업체들이 별도의 설비투자 없이 생산이 가능할 뿐만 아니라, 제조단가도 대폭 낮출 수 있다.

이번 제품개발로 인해 몇몇 해외기업이 독점하던 세라믹 방열 소재부품 시장에서 수입대체 효과는 물론 수출시장을 개척할 수 있을 전망이다. 세라믹 방열기판의 세계 시장은 약 3,000억원, 관련 모듈시장은 약 4조원으로 최근 국내에서는 모듈형태로 전량 수입에 의존하고 있다. 현재, 세계적으로 사용되고 있는 기존 질화알루미늄 세라믹 기판소재는 일본의 마루와와 덴카, 독일의 세람텍 등이 독점하고 있는데 특히 최근 현대·기아자동차에서 친환경자동차 개발에 박차를 가하면서 사용량은 점점 증가할 것으로 예상되고 있다.

그러나 이번 저가 고강도 질화알루미늄 기판소재로 수입대체가 가능하고 LED, 풍력, 태양전지 등 친환경 산업의 경쟁력 향상 및 관련 소재부품산업에도 적용이 확대될 것으로 기대된다.

한편 이번 연구개발 결과는 현재 국내특허를 확보했으며 국내 중소·중견기업에 기술이전을 통한 상용화가 추진 중이다.