프로젝트 소개
본 과제는 차세대 전력 반도체로 주목받는 GaN(질화갈륨) 전력소자의 발열 문제를 해결하여 성능과 신뢰성을 높이기 위한 기술 개발임. GaN 전력소자는 데이터센터, 레이더, 전기차 등 다양한 분야에서 에너지 효율을 높이는 데 중요하지만, 작동 시 발생하는 높은 열이 소자의 수명과 성능을 저하시키는 주요 원인임. 이에 열전도율이 매우 높은 다이아몬드(Diamond)를 이용한 패키지 기술을 개발하여 GaN 소자의 열을 효과적으로 관리하는 것을 목표로 함.
연구 목표는 패키지용 고방열 Poly-Crystal Diamond(PCD) 기판 개발, Bonding Pad Over Active(BPOA) 구조 GaN 전력소자 개발, 그리고 GaN-Diamond Flip-Chip 패키지 개발임. 핵심 연구 내용은 웨이퍼 레벨 PCD 개발 및 표면 Polishing, PCD 열전도 측정 기술 확보를 통한 고방열 PCD 기판 개발임. 또한, 고전류 GaN 전력소자 설계 및 구현, GaN Flip-Chip 패키지 핵심 공정 기술 확보를 통해 BPOA 구조 GaN 전력소자를 개발함. 마지막으로 GaN Flip-chip 본딩패드 설계 및 제작, Diamond Flip-Chip 범프 형성 및 핵심 공정 기술 확보, GaN-on-Diamond 전력소자 패키징 및 신뢰성 평가 기술 개발을 통해 GaN-Diamond Flip-Chip 패키지를 완성함. 기대 효과는 GaN 전력반도체 개발을 통해 데이터센터, 레이더, 자동차 등 산업 전반의 저전력 고효율 그린반도체 산업을 주도하고, GaN 소자의 열을 150°C 미만으로 억제하여 소자 및 패키지 모듈의 신뢰성을 향상시키는 데 있음. 또한, 개발된 Diamond 패키지 기술을 GaN RF, LED, Si CMOS 소자 등 방열이 필요한 다양한 소자 패키지에 응용하여 국내 반도체 산업의 구조 개선 및 무역 수지 개선에 크게 기여할 것으로 전망됨.