AI 반도체·전기차·서버에 적용 가능… 국제학술지 Small Methods에 성과 게재

전자기기의 소형화와 고집적화가 가속화되는 가운데, 전북대학교 김성륜 교수 연구팀(유기소재섬유공학과)이 열 축적 문제를 해결할 핵심 소재기술을 개발했다. 이번 성과는 고성능 반도체, 전기차 배터리, 고출력 서버 등의 방열 효율을 높이는 데 결정적인 역할을 할 것으로 기대되며, 세계적 권위의 학술지 Small Methods(IF 10.7)에 최근 게재됐다.

연구팀은 질소와 붕소의 화합물인 질화붕소(Boron Nitride, BN)를 기반으로, 1차원 및 2차원 구조의 하이브리드 필러를 결합한 열 계면 재료(TIM)를 새롭게 설계했다. 이 하이브리드 구조는 ‘나노 인터커넥션(nano-interconnections)’ 방식으로 열 전달 경로를 촘촘하게 연결함으로써, 10.93 W/(m·K) 수준의 열 전도 성능을 구현했다. 이는 기존 열전도 소재에 비해 월등히 높은 수치로, 반도체 내부에서 발생하는 열을 더 빠르게, 더 고르게 분산시켜 장치 성능 저하와 수명 단축 문제를 줄일 수 있다.

이번 연구는 단지 신소재 개발에 그치지 않고, 하이브리드 필러 기반 고분자 복합재료의 열 거동을 정밀 예측할 수 있는 수학적 모델도 함께 제시했다. ‘Hybrid thermal percolation model’로 명명된 이 모델은 복합재료 내부의 열 흐름을 구조적으로 분석해, 향후 관련 소재 설계에 활용될 수 있는 과학적 기반을 제공한다.

전기 절연성과 고온 안정성 겸비… 산업 확장성도 기대

김성륜 교수는 “이번에 개발한 소재는 전기가 통하지 않으면서도 열은 효과적으로 전달하는 특성을 지녀, AI 반도체와 전기차 배터리, 고성능 서버, LED 패키징 등 고발열 환경에서도 안정적인 성능을 보인다”고 설명했다.

즉, 전자기기의 성능을 저해하지 않으면서도 열을 신속히 배출할 수 있어, 차세대 반도체 및 첨단 장치의 ‘열 관리 문제’를 실질적으로 해결할 수 있는 실마리가 될 수 있다는 것이다. 이번 연구는 전북대 장승연 석사과정생(탄소융복합재료공학과)과 철원 플라즈마산업기술연구원의 장지운 선임연구원이 공동 제1저자로, 한국과학기술연구원(KIST)의 김재우 박사가 공동 교신저자로 참여하며 산·학·연 협력의 모범 사례를 만들었다.

연구는 산업통상자원부·교육부의 재원으로 한국산업기술진흥원(산업혁신인재성장지원사업)과 한국연구재단(기초연구사업)의 지원을 받아 수행되었다.

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