최근 국내 신소재 기업이 고열전도 다이아몬드 구리 복합판 산업화 기술 돌파에 성공했으며 제품이 연속 납품되고 있다. 이는 AI 연산 칩, 전력 반도체, 고주파 소자, 신에너지 전자제어 등 분야에 차세대 히트 싱크 솔루션을 제공하며, 우리나라 고급 전자 방열 소재 자립화 분야에서 또 하나의 중요한 진전을 의미한다.
대형 모델 연산 능력이 지속적으로 향상되고 탄화규소 전력 소자가 보급되면서 단일 칩 소비 전력은 계속 상승하고 있다. 기존 구리, 구리텅스텐 방열 소재는 열전도 능력이 부족하고 열팽창 계수 매칭성이 떨어지는 단점이 두드러져 방열은 칩 성능 발휘와 장기 신뢰성을 제한하는 핵심 병목이 되었다. 다이아몬드 구리 복합판은 인공 다이아몬드 입자를 열전도 강화상으로, 구리를 기지상으로 사용하며 계면 개질, 진공 용침, 고온 소결 등 공정을 통해 복합 성형된다. 다이아몬드의 초고열전도 장점과 구리의 우수한 가공성, 전기 전도성을 동시에 갖추고 있다.
검출 데이터에 따르면 이번 양산된 다이아몬드 구리 복합판의 열전도율은 600–800W/(m·K)로, 순동 약 401W/(m·K)의 열전도 수준보다 훨씬 높다. 열팽창 계수는 5–7×10⁻⁶/K로 조절 가능해 규소, 탄화규소, 비소화갈륨 등 반도체 소재와 매칭도가 높다. 이를 통해 온도 순환 과정에서 패키지 계면 응력을 크게 낮추고 소자 박리 불량 위험을 줄일 수 있다. 또한 소재는 절삭, 천공, 코팅이 가능해 히트 싱크 기판, 패키지 방열 덮개, 레이저 방열 베이스 등 다양한 구조 형태에 적합하다. 가공 공정 성숙도는 다이아몬드 히트 싱크판보다 우수하고 종합 원가 경쟁력이 뚜렷해 현재 규모화 적용에 가장 적합한 고열전도 방열 소재 경로이다.
업계 전문가에 따르면 다이아몬드와 구리는 자체 젖음성이 나쁘며 계면 열저항은 오랫동안 소재 성능을 제한하는 핵심 난제였다. 연구팀은 다이아몬드 입자 표면 금속화 개질 기술을 적용해 다이아몬드와 구리 기지 사이에 안정적인 전이층을 구축하고 3차원 열전달 통로를 확보해 계면 열저항을 효과적으로 낮췄다. 이를 통해 복합판의 열전도 불안정, 쉽게 박리되는 두 가지 업계 고질 문제를 해결했다. 제품은 고객 요청에 따라 다이아몬드 체적 비율, 치수 규격, 표면 도금을 맞춤 제작할 수 있으며 소량 시험 샘플과 대량 공급 모두 지원한다.
적용 분야에서 다이아몬드 구리 복합판은 슈퍼컴퓨터 서버 침지식 액냉 모듈, 신에너지 차량 SiC 전력 모듈, 5G/6G 고주파 증폭기, 산업용 레이저, 항공 레이더 고출력 소자 등 현장에 점진적으로 도입되고 있다. 연산 서버 실측 시험에서 기존 방열 부품을 교체한 뒤 모듈 전체 열전달 능력이 뚜렷하게 향상되고 칩 핫스팟 온도가 크게 낮아졌다. 동일한 하드웨어 조건에서 연산 안정성이 높아져 메가와트급 액냉 연산 클러스터 운영을 뒷받침한다.
우리나라는 세계 선도적인 인공 다이아몬드 산업 기반을 보유하고 원자재 공급이 충분해 다이아몬드 구리 복합판 국산화에 유리한 조건을 갖추고 있다. 업계 관계자는 2026년을 다이아몬드 구리 방열 소재 규모화 적용 원년으로 보고 있으며, 하류 연산, 신에너지 자동차, 반도체 패키징 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 국산 소재는 수입 고급 히트 싱크 제품을 점진적으로 대체해 국내 고급 전자 산업 사슬의 열관리 부품 수입 의존도를 낮출 전망이다.
향후 연구팀은 계면 공정을 지속적으로 최적화해 더 높은 열전도 등급, 대형 초박형 복합판 방향으로 기술을 발전시키는 동시에 표준화 시리즈 제품 개발을 추진하고 항공우주, 고에너지 장비 등 가혹한 작동 환경 분야로 적용 범위를 확장해 국산 고열전도 복합소재의 지속적인 경쟁력을 구축할 계획이다.
