▲ 대한용접·접합학회 마이크로 접합 및 패키징(MPC) 위원회가 개최한 ‘자동차 전장부품의 변화와 접합-패키징 기술방향’ 세미나에 100명이 넘는 산학연 관계자들이 참석했다..

자동차가 전기차 등 친환경차 확대, ICT(정보통신기술) 융합 가속화에 따른 스마트카, 자율주행차 등의 출현으로 기계에서 전자제품화 되고 있는 가운데 수요가 늘고 있는 전장부품과 관련된 소재, 접합공정, 검사기술, 신뢰성 검증기술 등을 살펴보고 발전방향을 모색하는 자리가 마련됐다.

(사)대한용접·접합학회 마이크로 접합 및 패키징(MPC) 위원회(회장 강남현 부산대 교수)는 지난 10월19일 오후 12시부터 삼성동 코엑스 327호 회의실에서 추계 컨퍼런스로 ‘자동차 전장부품의 변화와 접합-패키징 기술방향’ 세미나를 개최했다. 이 세미나는 전자제품에서 자동차까지 수요가 늘어나고 있는 전장품 관련 최신기술을 공유하고 인적 네트워크를 구축해 산업계가 요구하는 선도기술을 개발하고자 매년 열리고 있으며 올해 12회째를 맞이했다.

이에 현대자동차, 현대모비스 등 국내 자동차 완성차 업체에서 친환경 자동차의 고온접합기술 적용 및 기술동향을, 삼성전자와 LG전자 등 전장 기술 개발에 박차를 가하고 있는 전자업체에서 전기차 및 하이브리드차용 전장부품 신뢰성 확보를 위한 접합기술에 대한 최신 동향을 소개했다. 또한 JMJ Korea와 덕산하이메탈 등 전장부품과 접합소재를 생산하고 있는 중소기업체에서 전기차 및 하이브리드차용 파워모듈의 개발과 접합소재 기술개발 동향을 발표했다. 업계가 당면한 기술문제와 해결방안을 모색하는 자리가 되다 보니 이날 100명이 넘는 산학연 관계자들이 참석해 성황을 이뤘다.

현재 자동차에 편의장치가 늘어나면서 전체 자동차 가격에서 전장부품이 차지하는 비중은 2000년대 초반만 해도 30%대에 불과했으나 2030년에는 50%대로 넘어설 것으로 예측되고 있다. 향후 5년간 전장부품시장 연평균성장률은 14%에 달할 전망이며 이에 ICT기업인 애플, 구글, 삼성 등은 자동차 전장부품을 미래먹거리로 점찍고 기업인수 및 기술 투자에 나서고 있다. 자동차의 전장화로 인해 강한 전자파가 발생해 오작동은 물론 인체에 암, 백혈병 등과 같은 질병을 유발할 수 있어 전자파 차폐막 개발이 주요 이슈가 되고 있다.

또한 세계적인 배출가스 및 연비규제 강화로 인해 전기차와 하이브리드차 생산이 늘어나면서 모터의 구동을 위한 파워모듈 수요가 급증하고 있다. 고전압, 고전류가 흐르는 환경에서 고효율화를 위해 기존 실리콘(Si) 기판을 대체해 SiC(탄화규소) 기판 개발이 활발한 상황이다. Yole社에 따르면 차량용 SiC 파워모듈 시장은 2017년 3,660만달러에서 2020년 4억3,320만달러로 10배 이상 성장할 것으로 기대되고 있다. 또한 SiC 파워모듈은 동작온도가 높아지면서 기존에 적용되던 마이크로 접합기술 및 패키징 기술도 진보하고 있다.

김영석 현대차 박사는 ‘친환경 자동차 고온접합기술 적용 및 기술동향’이라는 주제발표를 통해 파워모듈 패키지의 크기가 줄어들고 냉각 성능은 향상되는 추세임을 설명했다. 또한 Si시스템을 대체해 SiC 시스템이 양산 적용되기 위해선 전체 비용의 대부분을 차지하고 있는 SiC 파워모듈 가격이 절반이하로 낮아져야 하며 고온 동작 및 고내구 파워모듈 개발이 필요하다고 강조했다.

박종욱 LG전자 연구위원은 ‘하이브리드차·전기차(HEV/EV)용 전장부품 신뢰성 확보를 위한 접합기술’ 주제발표를 통해 최근 5년간 조사된 전장부품의 불량원인을 발표하며 “부품·PCB·부자재 불량이 전체 64%를 차지하고 있어 신뢰성 있는 부품·자재의 수급이 중요하다”고 강조했다.

오승진 덕산하이메탈 박사는 배터리에서 방출되는 전력을 변환하는 모듈의 제조시에 적용되는 ‘HEV/EV 전력모듈용 접합소재 기술개발 동향’을 발표했다. 전력모듈의 효율향상을 위해 SiC 칩을 사용해야 하는데 작동온도가 250℃ 이상으로 일반 솔더 사용이 불가능하기 때문에 300℃ 이상을 견딜 수 있는 고온 신뢰성 접합소재 및 접합기술이 필요하다.

현재 많이 사용되고 있는 전력모듈 접합기술은 마이크로 또는 나노 사이즈의 은(Ag)분말을 소결하는 은소결 방식인데 높은 소결성, 열적·전기적 우수성, 높은 접합부 신뢰성 등 장점이 있으나 귀금속이어서 가격이 비싸다는 단점이 있다.

이에 가격경쟁력을 높이기 위해 저렴한 구리(Cu)를 이용한 구리 소결방식이 한창 개발 중이다. 구리 페이스트를 소결온도가 낮은 광소결 방식으로 소결하는데, 구리가 은에 비해 표면 산화층이 두껍고 소결성이 낮은 문제점을 해결하기 위해 형상이 다른 파우더 혼합, 표면에 소결이 잘되는 금속 도금 등 페이스트 제조기술 개발이 진행되고 있다. 이밖에도 접합시 융점이 낮은 금속을 용융시키고 다른 금속을 용해시켜 융점이 높은 IMC로 합금화하는 TLP 기술과 기존 솔더가 가진 고유 융점을 변환해 융점보다 낮은 온도에서 멜팅 시키고 나면 접합부 융점은 기존 고유 융점으로 회귀하는 저온 TLP 기술도 개발 중이다.

이날 강남현 MPC 위원장은 “위원회는 산업에서 요구하는 선도 기술을 발굴하고, 상용화에 대한 문제를 고민하고 해결할 수 있는 자리를 만들고 있다”며 “관련 산학연이 전기차 및 하이브리드차의 파워모듈 등 전장부품에 필요한 접합기술 및 소재에 대한 원천기술을 확보하고 기술경쟁력이 향상되는데 도움이 되기를 바란다”고 밝혔다.