▲ Integrated Pin-Fin AMB Substrate(左), Multi-Layer AMB Substrate(右)

아모그린텍(대표 김병규, 양성철)이 질화규소(Si3N4) 기반의 차세대 고성능 기판을 개발해 기술 차별화를 달성하고 국내 세라믹 소재 부품산업의 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

아모그린텍은 세라믹산업협력단 협력과제를 통해 AMB(Active Metal Brazing)기판 및 질화규소(Si3N4)기판·원료분말 제조기술, 질화규소 기반 AMB기판 응용제품을 개발하고 있다.

’04년 설립된 아모그린텍은 나노소재 기술력을 기반으로 첨단소재·부품 설계, 재료·공정·생산 솔루션을 제공하고 있다. 주요사업으로는 △고효율 자성소재 △방열 및 Nano Membrane 소재 △F-PCB △Flexible Battery △ESS △AMB 기판 등이 있다.

현재 판매되고 있는 주요 전기차 전력반도체는 Si-IGBT 기반이나, 테슬라 등 선도 기업 중심으로는 SiC 기반의 전력 반도체를 사용하고 있다. SiC 기반의 전력 반도체 사용 시, 높은 구동조건을 만족시키는 절연기판으로는 주로 질화규소(Si3N4) 기판의 채택이 일반적이며, AMB 기판이 필수적이다.

AMB기판은 세라믹 기판에 금속회로를 직접 접합하는 DBC(Direct Bonded Copper)와 달리, 접합 층에 중간재로 활성금속을 삽입·도포해 세라믹 기판과 금속 층을 접합하는 이종접합 기술로 높은 접합력과 신뢰성을 가진다.

질화규소(Si3N4) 기판은 전력반도체가 실장되는 세라믹 기판으로, 고전압에서 발생하는 높은 발열과 주행 중 진동에도 강도·방열 특성을 동시에 만족하는 것이 특징이다.

질화규소 원료분말은 전방 산업을 기준으로 △열기관 △기계·내식성·일반 산업용 부품 △수진 충전재료 등의 원료로 사용되고 있으며, 최근에는 △전기자동차 △파워모듈의 고방열·고신뢰성 방열기판 원료 △반도체용 구조재료 △Al, 데이터 센터 송·발전 부품 등 다양한 분야로 응용이 확대되고 있다.

특히 전기자동차의 보급 확대로 충전시스템 고성능화가 요구돼, 고전력 파워모듈 적용 시 금속 층과 세라믹 기판의 열응력 심화 대응, 신뢰성 있는 충족조건을 만족하는 질화규소 소재·파워 기판 개발이 요구되고 있다.

아모그린텍은 협력과제를 통해 질화규소 원료분말과 질화규소 AMB 회로 기판 제조기술을 개발하고, 질화규소 기반 AMB기판 응용제품인 ‘냉각 Pin 일체화 기판(Integrated Pin-Fin AMB Substrate)’ ‘다층 금속접합 세라믹 기판(Multi-Layer)’ 등을 개발했다.

냉각 Pin 일체화 기판은 직접 냉각방식 파워 모듈에서 AMB 공법을 이용한 냉각 Pin 일체화 방안이 제안됐다. 이를 통해 고출력 조건에서 냉각 효율·모듈 소형화 등 파워 기판의 안정성이 더욱 개선됐다.

냉각 Pin의 형상은 원형, 마름모, 직각 등 다양한 형태이며 Pin 두께는 1mm 이상의 냉각 효율을 적용한 설계가 적용됐다. 아모그린텍은 이를 AMB기판에 직접 접합해, AMB 차별화 공법으로 개발·제작하고 있다.

다층 금속접합 세라믹 기판은 복수의 금속층 및 세라믹 기판 접합층을 사이에 두고 번갈아 적층해 기판 중간에 Via를 형성, Cu Block이 삽입돼 복수의 금속층과 전기적·열적 연결이 가능한 고성능 기판이다. AMB공법으로 제작된 미래지향적 기술로 고도의 기술 차별화가 가능해, 최근 고객의 개발 수주·신뢰성을 통해 글로벌 시장 확대 및 선점을 기대하고 있다.

아모그린텍은 협력과제를 통해 기술 자립화 및 국산화 등 세라믹 소재 부품 응용분야의 경쟁력 강화가 예상되며, 대량 양산 사업화를 통해 일본·독일의 독점소재 종속화에서 탈피 할 수 있을 것으로 판단했다.

향후 전기자동차 파워모듈 시장 성장이 예상됨에 따라 고출력·고방열 파워기판 수요가 확대 될 것으로 기대되는 가운데, 아모그린텍은 선도 기술을 통해 고객만족·신뢰성을 확보하고 질화규소 기반의 AMB기판 점유율을 확대할 계획이다.

한편, 세라믹산업협력단은 대한민국 소부장 경쟁력 강화를 위해 2020년 한국세라믹연합회 내에 신설된 조직으로, 세라믹산업 협력과제가 사업화로 촉진될 수 있도록 지원하고 있다. 이를 위해 △협력과제 수요기업 협의체 운영을 통한 필요 소개기술 발굴 △협력과제 수요기업 홍보 △세라믹전문가 기술지원 △기술 교류회 및 우수성과 발굴 △GVC(글로벌밸류체인) 구축 등 다양한 활동을 추진하고 있다.