▲ 아모그린텍이 개발한 전력반도체 파워모듈 방열기판인 Wireless AMB Substrate(左)와 Heat Sink Attached AMB Substrate

아모그린텍(대표 김병규, 양성철)이 세라믹 소재를 활용해 냉각 효율과 기판의 안정성을 더욱 개선한 전력반도체 파워모듈 방열기판을 개발해 전기차 및 세라믹 소재부품 경쟁력 강화에 기여할 전망이다.

첨단 소재 및 부품 설계 기업 아모그린텍은 세라믹산업협력단 협력과제를 통해 ‘Wireless AMB(Active Metal Brazing:활성 금속 브레이징) Substrate’, ‘Heat Sink Attached AMB Substrate’ 등 고방열·고신뢰성 전기차용 전력반도체 파워모듈 방열 AMB기판과 질화규소(Si3N4) 기판, 질화규소 원료분말 등을 개발하고 있다.

전기자동차와 신재생에너지 보급확대로 인해 저전력, 고효율의 전력반도체 수요가 늘고 있다. 고전압에 의한 높은 온도와 진동 발생 등에 따른 문제점을 해결하기 위해 전력반도체의 일종으로 여러 개의 칩을 패키징한 파워모듈이 요구되고 있는데, 이를 구현하는데 있어 고방열, 고인성을 만족하는 질화규소 소재와 방열 기판이 필요하다.

파워모듈을 구성하는 전력반도체 기판은 전력반도체가 실장되는 세라믹 기판을 말하는 것으로 접합방식에 따라서 크게 DBC(Direct Copper Bonding) 기판과, AMB 기판 등 2가지로 구분된다. AMB 기판은 DBC 기판대비 기계적 내구성과 방열성이 우수해 전기차에 필요한 고성능 파워모듈에 적용되고 있다.

AMB 기판은 세라믹에 구리회로를 직접 접합하는 DBC기판과 달리, 접합 층에 중간재로 활성금속(Ag-Cu-Ti)을 삽입·도포해 세라믹과 구리를 접합하는 이종 접합기술로 높은 접착력과 신뢰성을 가지는 장점을 가지고 있다. 접합계면에 형성된 활성금속층은 완충재 역할을 수행해 열적 특성 및 신뢰성을 높여 주는 특징이 있다.

아모그린텍이 개발한 ‘Wireless AMB Substrate’는 AMB 기판에 Spacer를 접합한 형태로 미래 전력반도체의 새로운 기판 구조를 제시한다. 이 구조는 고출력 전력반도체에 높은 열전달 능력을 가진 양면냉각 방식(Dual Side Cooling)에 적용되며, 이러한 구조가 적용된 SiC 및 GaN 파워모듈은 Wire Bonding이 없는 기판 구조가 특징이다.

‘Heat Sink Attached AMB Substrate’는 직접 냉각방식 파워모듈에서 AMB공법을 이용한 히트싱크 일체화를 통해 고출력 조건에서 냉각 효율 및 기판의 안정성이 더욱 개선됐다. 상부전극은 2mm이상의 두꺼운 구리회로가 적용됐으며, 중간층은 질화규소 세라믹 절연기판, 히트싱크는 Pin Fin 구조이며 AMB 공법으로 제작돼 방열 및 신뢰성이 높은 제품이다.

아모그린텍은 이들 차별화된 파워모듈 기판 기술개발을 시작 및 기반으로 전기차 파워모듈 시장을 선점할 수 있도록 관련 원료, 소재 및 부품·모듈까지 국산화 기술개발을 적극 추진한다는 계획이다.

아모그린텍 관계자는 “이번 협력과제를 통해 AMB 회로 기판 기술과 질화규소 기판, 원료분말 등 자립화·국산화가 가능할 것으로 기대한다”며 “일본기업이 독점하고 있는 소재의 종속화에서 벗어나 대한민국 세라믹 제품 경쟁력 강화를 위해 대량 양산화를 추진하는데 매진하겠다”고 밝혔다.

한편, 세라믹산업협력단은 대한민국 소부장 경쟁력 강화를 위해 지난 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 추진 중이다.