기술 특집: 파워 일렉트로닉스 혁신 - 차세대 반도체의 신뢰성과 열 성능을 지원하는 은 접착제

반도체

2026/05/08

견적 소스: Power Systems Design (PSD)
날짜: 2026년 2월 19일
저자: 후시미 혜전(다나까귀금속공업 주식회사 영업 총괄부 제품 영업부 접합 재료 영업 SEC 매니저)
링크: Revolutionizing Power Electronics: Silver Adhesive Pastes for Next-Gen Semiconductor Reliability and Thermal Performance

파워 일렉트로닉스 분야에서는 실리콘 카바이드 (SiC)나 갈륨 나이트라이드(GaN)와 같은 와이드 밴드 갭 반도체의 보급에 따라 다이 본딩 기술의 고도화가 불가결해지고 있다. 이러한 기술은 기존의 실리콘 기반 디바이스에 비해 높은 스위칭 주파수, 고전력 밀도, 심지어 가혹한 온도 환경 하에서의 동작을 가능하게 하고, 전기 자동차(EV), 재생 가능 에너지, 산업 자동화, 항공 우주, 전력 변환 기술 등 폭넓은 분야에서 급속한 진전을 지원하고 있다.

한편, 이러한 성능 향상은 디바이스 패키징에 새로운 과제를 야기하고 있다. 스위칭 속도의 향상과 발열 밀도의 증가에 의해, 재료에는 장기간에 걸쳐 신뢰성을 유지하면서, 효율적인 방열과 기계적 응력의 흡수가 요구되게 되었다. 그러나, 고온 대응의 납계 땜납이나 종래형의 도전성은 은페이스트 등의 종래 재료는 이러한 요구에 충분히 응할 수 없게 되고 있다.

이러한 종래 재료는 200℃ 이상의 환경에서 동작하는 SiC 및 GaN 디바이스에 필요한 탄성, 열전도성, 장기적인 기계적 안정성에 한계가 있다. 온도 사이클의 반복에 의해, 크랙이나 층간 박리, 열 피로가 나타나게 되어, 미션 크리티컬한 용도에 있어서의 신뢰성을 손상시키는 리스크가 높아지고 있다.

이러한 디바이스 성능과 패키지 내구성의 갭을 배경으로 업계에서는 높은 열부하에 견디면서 기계적 신뢰성을 유지할 수 있는 신재료의 개발이 가속되고 있다. 그 유력한 해결책으로 주목 받고있는 것은은 접착제 입니다.

차세대 다이 본딩 재료로서의은 접착제

은 접착제는 고온·고출력 용도에 있어서의 새로운 접합 재료 로서 주목을 받고 있다. 높은 열전도성, 우수한 전기 특성, 그리고 기계적인 탄성을 겸비하고 있어 종래 재료에서는 양립이 어려웠던 성능 밸런스를 실현하고 있다.

이에 의해, 종래의 접합 재료에 비해 효율적인 방열을 가능하게 하는 저저항의 열 경로를 형성하는 동시에, 다이와 기판 사이의 열팽창차에 기인하는 기계적 응력을 흡수할 수 있다. 또, 땜납에 비해 저온(일반적으로 200℃ 이하)에서 프로세스가 가능하고, 실장시의 열 스트레스를 저감하고, 온도에 민감한 반도체 구조에도 적용할 수 있는 점이 큰 이점이다.

하이브리드 소결 재료에 의한 성능 향상

추가적인 신뢰성 향상을 위해 소결은 네트워크 내에 특수 수지를 내장한 하이브리드 소결 은페이스트의 개발이 진행되고 있다. 기존의 소결 은은 열전도율이 매우 높은 반면, 강성이 높아 반복적인 온도 사이클에 의해 박리가 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다. 반면, 수지계 접착재는 유연성이 뛰어나지만 고출력 용도에 필요한 방열 성능에는 한계가 있다.

하이브리드 소결 기술은 금속은에 의한 우수한 열전도 경로와 수지에 의한 탄성 및 응력 흡수 기능을 융합하는 것이다. 이에 의해, 접합 강도의 향상, 다이 박리의 억제, 고온 환경 하에서의 층간 박리 내성의 향상이 실현된다. 그 결과, 온도 변동이나 고부하 환경 하에서의 피로 파괴를 대폭 저감하여, SiC나 GaN 디바이스에 최적인 접합 재료 된다.

고온·고출력 용도에 적용 확대

SiC 및 GaN 디바이스의 보급에 따라, 접합 재료 에는 보다 엄격한 열적·기계적 부하에 대한 대응이 요구되고 있다. 은 접착제는 이러한 요구에 부응하는 재료로서 각 산업 분야에서의 활용이 진행되고 있다.

전기 자동차 분야에서는, 인버터나 온보드 충전기가 고온 환경하에서의 연속 동작이나 진동, 온도 사이클에 노출된다. 은 접착제는 열전도 경로의 강화와 접합 신뢰성의 향상에 기여하고, 시스템의 안정성 향상과 고장 위험의 저감에 공헌한다.

산업 자동화 분야에서는 모터 드라이브나 로보틱스 기기가 장시간에 걸쳐 고온·고부하로 가동한다. 은 접착제는 높은 접합 강도와 안정된 열 특성을 유지하여 컴팩트하고 고효율의 설계를 가능하게 한다. 또한, 장기간의 전력 사이클 하에서도 구조적 안정성을 유지함으로써, 예지 보전의 실현에도 기여한다.

재생 가능 에너지 분야에 있어서는, 태양광 인버터의 고온 피크나 풍력 발전의 저온·고진동 환경과 같은 특유의 과제가 존재한다. 은 접착제는 안정된 전기·열 인터페이스를 제공하여 온도 변동에 의한 성능 열화를 억제한다. 또한, 높은 열전도성과 탄성은 실외 환경에서의 신뢰성 향상에 기여한다.

항공우주·방위 분야에서는 극단적인 온도변화나 강한 진동 등 가혹한 조건하에서의 동작이 요구된다. 은 접착제는 고온 내성과 기계적 강인성을 겸비하여 엄격한 열·기계 스트레스 하에서도 접합 계면의 건전성을 유지해 미션 크리티컬한 용도에 있어서의 높은 신뢰성을 실현한다.