동향자료

2020~22 디스플레이 양자점 소재분야 중기 기술개발 로드맵

2020-12-16T22:53:22+09:00

1. 기술로드맵

가. 정의 및 필요성

정의 : 양자점은 수~수십 나노미터 크기의 0차원 반도체 결정으로 전압이나 빛에 반응하여 스스로 다양한 색의 빛을 내는 소재를 말함.

양자점의 크기와 종류에 따라 발광색을 달리 구현할 수 있으며, 발광 파장의 반치폭 (FWHM83))이 약 25~35nm로 좁아 110% 이상의

색 재현율(Color Gamut) (NTSC기준)을 구현할 수 있음

필요성 : OLED로 대표되는 유기물질에 비해 가격이 싸고, 수명이 길며, 발광 양자점 소재의 경우 외부 광원이 필요 없어 Flexible/

투명 디스플레이 등 활용성이 증대

나. 주요 제품

[ 가치사슬 및 용도별 분류 ]

후방산업	디스플레이용 양자점 소재 분야	전방산업
양자점 소재 합성 및 분산 계면활성분자 합성 및 치환 주변층 유기소재 고분자 수지 소재 LED 제조 공정 및 평가 장비	양자점 합성 및 수용액 코팅, 전기발광 양자점 소재, 광발광 양자점 소재, 양자점을 필름 수지에 분산 기술, 봉지 기술	센서산업,휴대폰디스플레이,TV 디스플레이, 가전,바이오 등

[ 용도별 분류 ]

전략제품	용도별 분류	내용
디스플레이용 양자점 소재	양자점 소재 합성 기술	•무기나노입자합성 기술,대량합성 기술및설비,온도 제어기술
	전기발광 양자점 소재	•계면활성분자 합성 기술, 전달층 유/무기 소재 합성 기술, 대량 합성을 위한 설비 제작기술, 양자점소재 잉크(첨가제) 제조기술
	광발광 양자점 소재	•계면활성분자 합성 기술, 양자점 분산용 고분자 소재 기술, 대량 합성 기술, 양자점 표면개질처리를 위한설비제작 기술
	양자점 소재 합성 기술	•양자점 적층 기술, 양자점 소재 패터닝 기술, 봉지(Encapsulation) 공정 및 소재 기술•양자점-고분자 복합체 패키징 기술, 양자점-고분자 필름/Plate 제작 및 패키징 기술
	평가/관리 기술	•물성 부합 평가 기술 (발광효율, 안정성 등), 소자 및 제품 특성 평가 기술, 품질 관리기술

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웨어러블 헬스케어 기기 기술개발 로드맵

2020-12-16T08:43:21+09:00

1. 기술로드맵

2. 개요

가. 정의

- 웨어러블 헬스케어 기기는 웨어러블 형태로 질병 및 건강을 관리하는 헬스케어에 필요한 다양한 건강정보를 측정하거나

건강관리에 요구되는 정보를 제공하는 기기

▪ 웨어러블 헬스케어 기기는 형태에 따라 시계, 반지, 목걸이, 귀걸이 등 액세서리 형태를 가지는 액세서리형, 의복의 형태로 사용되는

의류형, 피부에 직접 부착하여 사용되는 신체부착형, 피부 내 센서를 내장하여 사용하는 생체이식형 등으로 구분

[ 헬스케어분야에 활용되는 웨어러블 기기유형 ]

유형	설명
액세서리형	시계, 목걸이와 같은 착용형 장치. 초소형, 저전력 시스템인체공학적인 디자인으로 착용감 한계 극복
의류형	직물에 일체화된 시스템. 유연한 직물 회로보드의복, 생활섬유 제품과의 일체화
신체부착형	skinpatch와 같은 피부 부착형 시스템유연한 고분자 회로보드, 피부와 일체화
생체이식형	생체에 전자장치 이식, 생체친화적 회로보드생체와 일체화

* 출처:디지털헬스케어,웨어러블디바이스의진화단계(2016.12)

[ 바이오헬스 산업 내 웨어러블 헬스케어 기기위치 ]

* 출처:바이오경제실현을위한바이오헬스산업이슈진단(한국과학기술기획평가원,2017.12),(주)윕스재구성

3. 시장현황 및 전망분석

(1) 세계시장

- 세계 웨어러블 디바이스 시장규모는 2017년 4,500백만 달러에서 2023년 약 11,500백만 달러에 이르는 고속 성장세를 예측

▪ 차세대 웨어러블 디바이스의 대부분이 헬스케어와 관련된 기능을 보유하고 있어 웨어러블 헬스케어 시장규모는 상당 부분 차세대

웨어러블 디바이스 시장과 유사한 성장세를 보일 것으로 예상

▪ 2018년 웨어러블 디바이스의 시장점유율은 스마트 시계 58.2%, 손목 밴드 37.1%, 스마트 의류 2.2% 등으로 나타나고 있으며, 2022년에는

스마트 시계 53.3%, 손목 밴드 24.7%, 스마트 의류 4.8%로 예상. 스마트 시계와 손목 밴드 등은 운동량 측정 등의 기능 보유

[웨어러블기기 세계 시장규모 및 전망]

구분	'17	'18	'19	'20	'21	'22	'23	CAGR
세계시장	3,700	4,500	5,400	6,500	7,900	9,500	11,500	20.6

* 출처:차세대웨어러블디바이스동향분석을통한국내중소기업전략적제언(정보통신기획평가원,2019)

(2) 국내시장

- 국내의 차세대 웨어러블 디바이스 시장규모는 2018년 2,225억 원에서 2022년 4,707억 원으로 성장할 것으로 전망

▪ 국내 스마트 헬스케어 시장이 세계 스마트 헬스케어 시장의 약 4.3%를 차지하고 있어, 차세대 웨어러블 디바이스 시장도 유사한 비율로

추산할 수 있을 것으로 예상

▪ 운동과 건강에 대한 관심의 증가로 스마트 기기와 센서 기술을 통해 일상에서 손쉽게 자신의 운동량, 심박수 등 건강상태를 웨어러블

기기로 측정하고 기록하여 관리하는 '자가 건강 측정' 트렌드가 확산

[웨어러블기기 국내 시장규모 및 전망]

구분	'17	'18	'19	'20	'21	'22	'23	CAGR
국내시장	1,845	2,225	2,684	3,236	3,903	4,707	5,677	16.2

* 출처:스마트헬스케어,한국IR협의회,(2019.9.)스마트헬스케어국내시장규모의세계시장규모비율4.3%적용

4. 기술분석

가. 기술개발 이슈

◎ 액세서리형 웨어러블 헬스케어 기기 기술

- 스마트 워치의 주요 기능 중 하나로 헬스케어가 강조되고 있으며, 손목밴드 형태의 웨어러블 헬스케어 기기가 많은 기업들에서 출시되고 있음

▪ IT 기술을 활용한 만성질환자의 건강관리를 돕는 혈압 측정 스마트워치가 CES 2019의 '최고의 건강 기술'로 선정됐으며, 시계줄 밑의 압력밴드를 이용해

혈압을 측정하고, 일주일에 2~3번 충전해 사용할 수 있으며 1회 충전으로 혈압을 30~50회까지 측정

▪ 2019년에는 애플워치에 심전도 측정 기능이 탑재되어 미국 FDA의 승인을 획득, 의료기기로서의 역할을 인정받았으며, 30초 측정으로 부정맥을 진단

- 기존 웨어러블 헬스케어 기기 외에도 벨트, 반지, 귀걸이, 목걸이, 신발과 같은 액세서리형 헬스케어 기기 관련 기술이 등장

▪ 허리에 매는 벨트에 센서를 탑재해 허리둘레, 걸음 수, 앉은 시간, 과식 여부 등을 감지해 사용자의 건강을 관리하는 기술 등

웨어러블 기기를 이용한 건강정보 측정 기술도 개발

▪ 반지형 심방세동 탐지기기, 스마트 보청기, 수면 개선용 목걸이형 기기, 낙상 감지 목걸이 등 다양한 형태의 액세서리형 기기가 등장

◎ 의류형 웨어러블 헬스케어 기기 기술

- 스포츠 의류회사들이 운동량, 심박수 등 스포츠와 피트니스에 적용 가능하며, 숙면에 도움이 되는 잠옷 등 다양한 기능을 가진 스마트 의류를 개발하여 출시

▪ Ralph Lauren의 브랜드인 Polo는 OMsignal과 협력하여 폴로테크 셔츠를 개발. 셔츠 중간 부분에 특수 섬유 소재인 실버 파이버로

제작된 측정기를 통해 심박수, 호흡수, 스트레스 수준, 이동거리, 칼로리 소모량, 운동 강도 등을 측정하여 휴대폰 앱에 전송

▪ MLB(미국프로야구협회)는 투수의 팔꿈치 부상 방지를 위해 팔꿈치에 가해지는 압력을 측정할 수 있는 웨어러블 센서를 경기

중에 착용하도록 허가

▪ Under Amour사는 2016년 1월 실제 걸음수, 거리, 속도 등을 측정할 수 있는 신발 일체형 센서를 부착한 스마트 운동화를 출시

- 의류형 웨어러블 기기는 직물에 일체화된 시스템으로 발전

▪ 2019년 KIST에서 섬유 형태로 옷감에 삽입해 세탁해도 성능이 유지되는 섬유형 트랜지스터가 개발되고, 이를 활용해 사람의

심전도 신호를 수집하는 데 성공

5. 핵심요소기술 선정

[ 웨어러블 헬스케어 기기 분야핵심기술 ]

분류	핵심기술	개요
착용형	웨어러블 기기용 생체 전위 측정기기 기술	심전도, 근전도, 뇌파 등 생체 전위를 엑세서리형, 피부부착형 등 웨어러블형태로 측정할수있는 기기기술
	무구속 혈압 측정 기술	커프없이 무구속으로혈압을 측정하는 기술
	웨어러블 수면 분석 기기 기술	손목밴드, 벨트, 목걸이, 귀걸이 등 웨어러블 형태로 수면 상태를 분석할 수 있는기기 기술
	웨어러블 생체신호 광학 센서 기술	맥파, 혈중 산소포화도 등 생체신호를 손목밴드, 목걸이, 귀걸이 등 웨어러블형태로 측정할수있는 광학센서기술
의복형	의복내장형 생체정보 모니터링 기술	셔츠, 언더웨어, 양말, 신발, 모자 등에 내장하여 생체정보를 모니터링 할수있는직물 일체형센싱 기술
의복형	보행 분석 기술	웨어러블 신발 등에 적용되어 압력센서를 이용한 운동 역학 분석을 위한계측 기술
피부부착형	패치형 디바이스 센싱 기술	간편하면서도 불편함 없이 피부에 직접 부착이 가능한 형태의 디바이스로정확한생체정보를측정할수있는센싱 기술

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신소재 베이스의 방열소재 로드맵 (2017~2019)

2020-12-16T08:39:34+09:00

개요

가. 정의 및 필요성

열전도는 물질 내에서 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 이동하는 것으로, 방열 소재란 이러한 열전도특성을 이용하여 기기 및 부품 등에 국부적으로 발생하는 열을 전자 디바이스의 외부로 방출시키거나 열의 전송경로에서 열이 양호하게 전송되도록 중개적 역할을 하는 소재를 의미하며 아래와 같은 역할을 수행

▪ 부품의 기계적 장해방지 : 칩의 오작동이나 열 폭주는 칩의 전기저항의 온도의 존성에 기인

▪ 부품의 수명대책 : 산화막의 경시파괴나 이온의 이동은 온도의존성이 존재

▪ 기계적 장해방지 : 와이어본드의 단선 등은 온도분포 발생에 의한 장치의 변형에 기인

▪ 인체에 대한 장해방지 : 화상, 불쾌감(기기표면의 온도에 관한 규준 ; UL1950) 등에 대한 대책이 필요

고체 물질에서 중요한 두 가지 열전도 메커니즘이 있음.

하나는 Phonon 전도이고 다른 하나는 Phonon Scattering

▪ Phonon 전도에서는 격자 진동, 전자 전도에서는 자유전자를 통해 열이 전도됨.

비금속에서 열의 이동은 주로 phonon에 의한 격자 진동에 의해 발생

▪ Phonon scattering은 주로 열저항에 의해 유도되는데 phonon-phonon scattering, boundary scattering, defect or impurity scattering의 결과로 발생

▪ Boundary scattering은 계면의 열 장벽의 존재 때문에 발생하는 주요 scattering으로 설명할 수 있는데, 매트릭스와 필러 사이의 acoustic mismatch, defect와 관련되어 있음. Scattering이 억제되면 phonon의 이동은 증가되고 열전도도는 최대로 형성

물질의 종류에 따라서 열의 이동은 다른 방식으로 일어나며, 금속 자체는 scattering이 잘 일어나지 않으며 속도가 빠른 자유 전자 메커니즘에 의해 열전달이 이루어지기 때문에 phonon의 이동에 의한 열전달이 보다 더 효과적

세라믹은 전기 절연체로 자유 전자가 많이 부족하기 때문에 열전달은 주로 phonon에 의해 일어남. 하지만 일부 세라믹들은 상대적으로 높은 열전도도를 보이는 것들도 있으며, 이는 세라믹의 열전도 특성이 결정 구조와 연관성이 높기 때문

▪ 다이아몬드 구조를 갖는 물질들은 FCC 구조를 갖는 금속과 비교하여 높은 열전도도 값을 갖음. 높은 열전도도를 갖는 세라믹들은 작은 원자 질량, 강한 원자 간의 결합력과 phonon scattering을 최소화하기 위한 간단한 결정구조를 갖고 있기 때문

대부분의 고분자 재료는 0.1~0.3 W/m.K 수준의 낮은 열전도도 값을 갖고 있으며 높은 결정성을 갖는 고분자는 비결정성 고분자보다 높은 열전도도 값을 형성

▪ 따라서 열전도성 복합재료 제조 시 결정성 고분자를 매트릭스로 선정하는 것이 유리하지만 비결정성 고분자보다 가공 조건이 난해한 문제점이 존재

* 자료 : 방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013

[ 소재별 열전도율(W/mK) 비교 ]

최근 자동차, 전기.전자 분야 등에서 사용되고 있는 전자 기기는 경량화, 박형화, 소형화, 다기능화가 추구되고 있다. 이러한 전자소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생

▪ 이러한 방출열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있는 추세

▪ 특히 고 방열 회로 기판 소재는 베이스 금속기판의 열전도성을 이용할 수 있어 파워 디바이스나 LED 모듈 등 고 전력이 소모되고 열이 많이 발생되는 부품의 제작에 유리하여 연구개발에 대한 관심이 증폭되는 추세

LED는 약 85%가 손실로 전환되며 고온의 방출 열로 인해 접합부의 온도가 증가함으로서 LED 반도체의 수명 저하가 발생

▪ 오작동이 일어나는 평균시간은 소자 작용 온도가 10℃ 상승할 때 수명은 2배 감소▪ 이를 막기 위해서 high power LED의 경우 고방열 기판을 사용하고 있으며, 이에 따라 고 방열 소재에 대한 수요가 급격하게 증가

* 자료 : 방열시트의 기술 및 시장 동향, ECO융합섬유연구원, 2013 (좌)방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013 (우)[ LED 소자의 방열 구조 및 온도에 따른 수명 예측]

최근 방열 소재 성분을 살펴보면 탄소재료나 세라믹 소재 같은 고열전도성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합 신소재에 대한 연구가 활발히 이루어지는 추세

▪ 열전도성 고분자는 기존 고분자 재료의 장점인 용이한 가공성, 저비용, 경량화, 제품형태의 다양성 등을 그대로 유지하면서 금속과 세라믹 재료의 특성을 부여

▪ 복합 소재를 사용하는 이유는 고열전도성 무기 필러 소재가 열전도성이 우수하나 접착력이 없고 고분자 소재는 접착력은 우수하나 열전도성은 낮기 때문

▪ 그러나 고분자 복합 재료의 높은 열전도도를 달성하기 위해서는 많은 양의 필러가 들어가게 되는데 이러한 경우에는 가공 조건이 난해해지고 제품의 물리적 성질이 저해되는 문제점이 존재

전자 소자의 고집적화로 인해 열 밀도가 급격히 증가하여 전자 부품의 수 명과 신뢰성에 큰 영향을 미치고 있어 그 중요성이 매우 커지는 추세

▪ 전자제품의 방열판(heat sink) 소재로 사용되기 위해서는 대략 1~30W/mK 값을 가져야 하며, 방열 소재로는 금속, 세라믹, 카본 등의 열전도성 필러와 고분자로 이루어진 복합재료를 채택하여 사용하는 경우가 증가

* 자료 : 방열시트의 기술 및 시장 동향, ECO융합섬유연구원, 2013[ 방열시트 구조 ]

나. 범위(1) 제품분류 관점

열 계면물질 (TIM, Thermal Interface Materials)

▪ 방열시트, 그리스 및 페이즈 체인지 시트 등의 Plat Display(LED, OLED TV) 또는 노트북 등 각종 전자기기의 열원에서 발생하는 열을 일정하게 분산시키고 Case로 열을 전달하여 외부로 열을 방출하는 역할을 담당

▪ 최근 들어 경량이고 슬림하면서도 열전도 등의 특성이 우수한 그라파이트 시트(Graphite Sheet) 및 CNT 시트가 업계에서 각광받는 중

▪ 기존의 방열시트가 종 방향의 방열 위주였다면, 그라파이트 및 CNT 시트는 횡 방향의 방열 특성을 함께 가지고 있어 열전도 효율이 우수

▪ 또한, 방열성 접착제는 증가하는 열 대책기술에 대한 요망에 따르는 제품으로서 개발됨. 방열시트, 그리스의 이점을 겸비한 제품이고 용도는 다양하게 사용

▪ 방열시트 및 그리스와 비교했을 때 접착제에 의해 부재가 고정할 수 있는 이점으로 조립공정의 삭감, 구조설계의 간략화, 에너지 절약화가 가능함. 반면, 시트나 그리스는 접속하는 부품의 고정에는 기여하지 않기 때문에 나사 등 고정용 기구를 별도 사용이 필요

▪ 방열 접착제는 광범위한 종류의 피착체에 대해서 양호한 접착성을 보여주고 기판부품의 피막과 금속 사이의 열전도적 접속이 유리함. 또한 2개 부품 간에 접착에 한하지 않고 모터내 집적회로의 방열에 대해서는 경화성 그리스로서 표면을 보호하는 방법에도 사용되는 중

▪ 제작 속도가 빠르고, 대량 생산이 가능하기에 다품종 소량 생산에 직접 적용이 가능하나, 예열 작업과 냉각 과정을

반드시 거쳐야 하는 단점이 존재

열전도성 필러

▪ 열전도성 필러는 방열시트, 페이즈 체인지 시트, 그리스, 방열겔, 접착제 등의 Thermal Interface Material로 사용되고 있음. 각 용도에서의 방열 니즈 증가에 따라 열전도성 필러 시장도 점진적인 성장을 하고 있음. 세라믹계 열전도성 필러로는 주로 알루미나(미립 알루미나, 구상 알루미나)가 사용되고 있으며 전체의 90% 이상을 차지

▪ 기타 열전도성 필러의 주요 용도로서 자동차 전장관련을 들 수 있으며, 자동차의 전장화 진전에 따라 열전도성 필러 수요도 증가 추세임. 또한 전기자동차(이하 EV 자동차)의 생산대수 증가에 따라 LIB용 방열부재에 사용되는 열전도성 필러 수요도 호조 추이

방열회로기판▪ LED 디바이스, 자동차 전조등, 의료, 인테리어 사업을 비롯한 각종 전자 통신 기기의 정보 처리기기의 표시 소자 등에서 발생하는 열을 외부로 발산시키기 위한 기판을 의미

▪ 알루미늄 및 알루미나 회로기판, 질화알루미늄 회로기판, 질화규소 회로기판 등의 방열 회로 기판이 사용되는 추세▪ 알루미늄 회로기판은 방열 기판 중 가장 높은 비율(86.5%)를 차지고하고 있으며, 대부분이 LED TV용으로 사용되고 있는 추세

▪ 알루미나 회로기판은 다른 세라믹 기판과 비교해 저기이며, 세라믹 기판 재료로서 가장 대중적임. 주요 용도는 범용 인버터 및 산업기기, 자동차 전장품 등에 사용되고 있는 추세

▪ 질화알루미늄 회로 기판은 알루미나 소재와 비교하여 약 7배 높은 열전도성을 가지고 있어, 철도차량 등의 구동모터 제어부품 및 자동차, 산업기기용 파워모듈 기판으로 사용되고 있는 추세

▪ 질화규소 소재는 대부분 백판 상태로 자동차용도에서 사용되고 있으며, 회로기판으로 사용되는 것은 일부분임. 질화규소 회로기판은 주로 자동차 및 산업용 파워모듈기판으로 사용되며, 질화알루미늄 회로기판의 대체 및 파워모듈 SIC화에 따른 수요신장이 기대

[ 제품분류 관점 기술범위]

전략제품 : 신소재 기반 방열소재

제품분류 관점	세부기술
열 계면물질 및열 전도성 필러	· 페이즈 체인지 시트,· 그리스,· 방열겔,· 방열시트 (그라파이트 시트(Graphite Sheet) 및 CNT 시트),· 방열성 접착제 등
방열회로기판	· 알루미늄 및 알루미나 회로기판,· 질화알루미늄 회로기판,· 질화규소 회로기판 등

(2) 소재 분류 관점 

고분자/금속 복합재료

▪ 금속 입자를 필러로 한 고분자 복합재료는 열전도도와 전기전도도가 증가하지만 밀도가 증가하여 경량화가 요구되는 분야에 적용이 어려움이 존재▪ 열전도도를 향상시키기 위해 사용되는 금속 입자들은 주로 Al, Ag, Cu, Ni 등이 있으며, 열전도도는 입자의 크기가 작은 것이 더 높은 열전도도를 보유

세라믹 복합재료

▪ 세라믹 파우더를 방열 소재로 사용한 고분자 복합재료는 주로 전자재료용 소재로서 광범위하게 사용

▪ AlN, Al₂O₃,BN, SiC, BeO 등의 세라믹들은 높은 열전도도와 절연 특성을 가지고 있어 열전도성 소재로 각광받는 추세. 일반적으로 세라믹 고분자복합재료의 열전도도는 필러의 충전 밀도, 입자의 크기와 크기 분포, 표면처리, 가공 방법 등에 의해 영향을 받음

▪ Ohashi 그룹은 열전도도가 우수하고 실리콘과 유사한 열팽창계수를 갖는 flake 형태의 AlN과 구형의 AlN을 필러로 하여 에폭시와 고분자 복합재료를 제조함. 구형의 AlN필러가 74 vol%까지 충전되며 이때의 열전도도는 8.2 W/m.K로 발표함. 그러나 수분에 민감한 AlN는 가수분해 되어 Al₂O₃가 되어 본래의 열전도도가 떨어지는 단점이 존재

탄소 복합재료

▪ 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 그래핀(graphene) 등의 탄소계 필러들은 열전도도 가높고 기계적 물성이 우수하며 가벼워서 고기능성 복합재료를 요하는 분야에서 응용이 기대 되는 신소재로 주목 받는 추세

▪ 특히, 그라파이트는 우수한 열전도도, 저렴한 가격, 양호한 매트릭스 내에서의 분산성 때문에 최고의 필러로 인식되고 있음. Expanded graphite(EG)는 두께가 20~100 nm의 층으로 그라파이트가 박리된 상태를 말하며 고분자의 복합재료로 많이 사용되어 왔고, 복합재료의 열전도도는 EG가 박리된 정도, 분산상태, 종횡비에 따라 가변

▪ 탄소나노튜브는 3,000 W/m.K 이상의 우수한 전기전도도 값을 가지고 있으며, 큰 종횡비로 인해 소량의 첨가만으로 열전도도가 향상

산업환경분석

가. 산업특징 및 구조(1) 산업의 특징

데스크톱 PC및 노트북, 태블릿, 스마트폰 등의 민생기기에서는 대부분이 수지제 기판이며, 방열부재로서는 TIM 사용이 중심

▪ 2015년부터 2020년에 걸쳐 데스크톱 PC시장은 감소 추세이며, 노트북(컨버터블, 세퍼레이트 포함) 및 태블릿 시장은 소폭 증가 추세

▪ 스마트폰 시장은 안정적인 확대가 전망됨. 각 기기의 고밀도 실장화에 따라 방열 니즈가 증가하고 있어 TIM및 열전도성 필러 수요도 한층 늘어날 전망

LED TV및 조명기구, 자동차용 헤드램프 등 LED 관련 제품에서는 TIM및 알루미늄 기판이 사용되고 있음

▪ LED TV시장은 완만한 성장 추세이지만, 에지형에서 직하형으로의 구조 변화에 따라 에지형에서 사용해 온 알루미늄 기판의 수요가 감소 추세

▪ LED 조명용은 LED의 고효율화 등에 의해 보다 저가의 방열수지기판으로 대체되고 있어, 알루미늄 기판으로서는 큰 성장을 기대하기 어려운 상황

▪ 자동차용 LED 헤드램프의 현재 탑재율은 10%이하라고 보는데, 탑재율 증가에 따른 방열부재의 수요증가가 기대

자동차용에서는 ECU등의 전장화 진전에 따라 TIM 및 알루미늄 기판, 알루미나 기판의 수요가 증가 추세

▪ ECU용에서는 자동차 1대당 탑재 개수 증가에 따라 탑재 개소가 엔진 부근이 되는 등, 방열시트 자체에도 내열성을 요구하고 있는 추세

▪ 기타 자동차용 수요에서는 EV시장의 성장에 따라 LIB에서의 TIM 수요가 증가하는 추세

휴대전화 무선기지국 용도에서는 소형기지국용으로는 알루미나를 첨가한 TIM 수요가, 대형기지국용으로는 질화붕소를 첨가한 TIM 수요가 호조 추이

에어컨 및 냉장고, 기타 일반산업용 인버터 제어부품(파워모듈)용에서는 알루미나 기판 및 각종 TIM이 이용되고 있음. 향후에도 세계적으로 이러한 기기의 인버터화율 상승이 전망되므로 수요는 신장 추세로 보임

HEV및 EV자동차의 판매대수 증가에 따른 인버터/컨버터의 파워모듈용 수요에서는 질화알루미늄 기판 및 질화규소 기판, TIM이 이용

▪ 최근에는 자동차에서의 설계변경에 의해 질화알루미늄 기판의 수요가 감소하고 있어, 질화알루미늄 회로기판 메이커는 자동차 이외 용도에 주력 및 수요가 신장하고 있는 질화규소 기판 개발이 진행 중

태양광 등의 신에너지 분야의 파워컨디셔너 및 구동모터 제어부품 등의 전철용 산업용도에서는 2015년은 수요가 둔화되었지만 장기적으로는 향후에도 계속된 성장이 전망되므로, 알루미나 기판 및 질화규소 기판, 질화알루미늄 기판, 각종 TIM 수요는 향후에도 증가될 전망

(2) 산업의 구조

전방 및 후방 모두에 산업파급효과가 큰 수준이며, 국내 3D 프린팅 기술은 아직 초기 시장진입 단계로, 일부 대기업을 중심으로 부품산업분야에서 점차 상용화 시장이 확대되고 있는 형태

[ 신소재 기반 방열소재 분야 산업구조 ]

후방산업	신소재 기반 방열소재 분야	전방산업
탄소나노튜브, 그래핀, 세라믹소재,고분자 소재, 금속 소재,고분자/금속 복합재료,세라믹 복합 재료, 탄소복합재료 등	열전도성 필러열 계면물질 (TIM): 방열시트, 방열그리스, 방열 접착제 등 방열회로기판	자동차: 엔진커버 등 열관련 플라스틱 사출품: led 헤드램프 하우징, 방열구조체: 디스플레이, 가전, 반도체 BottomChassis, 하우징, 프레임, HMPS Heatsink 등 방열 구조체LED : LED 램프 방열 구조체, 하우징, 기판

전방산업은 자동차 분야, 디스플레이, 가전, 반도체 분야, LED 분야 등으로 구분▪ 자동차 분야의 경우 엔진커버 등 열관련 플라스틱 사출품과 LED 헤드램프 하우징, 방열구조체 등의 세부 제품군이 존재

▪ 디스플레이, 가전 반도체 분야의 경우 Bottom Chassis, 하우징, 프레임, HMPS Heatsink 등의 방열 구조체가 존재

▪ LED 분야에서는 LED 램프 방열 구조체, LED 하우징, 방열회로기판 등이 존재

후방산업은 금속, 고분자, 탄소 제품(탄소나노튜브, 그래핀 등), 세라믹 등의 소재 분야로 구성

방열 신소재 및 부품 분야의 소재 성분을 살펴보면, 탄소재료나 세라믹 소재 같은 고열전도성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합 소재가 대부분

▪ 열전도성 고분자는 기존 고분자 재료의 장점인 용이한 가공성, 저비용, 경량화, 제품형태의 다양성 등을 그대로 유지하면서 금속과 세라믹 재료의 특성 부여가 가능

▪ 또한 복합 소재를 사용하는 이유는 고열전도성 무기 필러 소재가 열전도성이 우수하나 접착력이 없고 고분자 소재는 접착력은 우수하나 열전도성은 낮기 때문

나. 경쟁환경

최근, 국내 기업들은 미래 성장동력을 창출하는 전략과정 아이템인 스마트카 전장부품, 고출력 LED조명, 가전, 모바일 및 태양전지 분야 등에서 방열의 중요성이 재차 부각

현재까지는 탄소복합소재, 열경화수지 및 절연시트 등의 다양한 소재가 방열소재가 Key Player 들로부터 연구 및 개발되는 추세

독일 DSM, EM사빅(SABIC), 일본 테이진 등 3사가 고방열 소재 및 부품 시장의 약 90%를 장악하고 있는 등 방열소재가 국내외적으로 큰 기술이슈로 대두되고 있는 추세

방열 회로기판 소재에 대한 해외 기술동향을 살펴보면, 에너지 산업 성장에 따라 방열 대책용 소재 및 기판 관련 수요 급성장 추세이며, 국내의 경우 방열시스템에 대한 관심과 회로기판 연구는 활발하나, 핵심 소재인 고 방열 및 절연성을 동시에 만족하는 기술 부족으로 대부분 수입에 의존▪ Thermagon, Denka 그리고 TT Electronics

등에서 우수한 열전도도를 갖고 고방열 절연체 소재를 기반으로 회로기판 사업을 추진

▪ Laird Tech(미), Berquist(미)는 세라믹 또는 질화붕소와 실리콘의 합성소재로 2~5 W/mK 급의 열전도도를 갖는 접합제를 개발 및 상용화

▪ 국내 기업인 두산전자에서 2 W/m.K 회로기판용 CCL(Copper Clad Laminate)기판을 개발하여 판매중이나 시장 점유율은 미미한 상황

방열 열가소성 패키지 소재에 대한 해외 기술동향을 살펴보면 사출성형 가능한 열전도성 수지및 Elastmer 개발이 진행되고 있으며, 금속이나 세라믹을 배합해 열전도성을 높인 수지를 출시함. 국내의 경우 현재 열전도성 수지 및 고열전도성 Elastomer 개발은 미흡한 상황

▪ CoolPolymer 사는 기존의 메탈 또는 세라믹을 LCP, PA46, PC, PPS 등의 다양한 플라스틱 수지로 대체하려는 연구개발이 진행 중

▪ Teijin 사는 고열전도성 탄소섬유 필러 “Rapeama”의 시장에 출시하여 저열팽창성, 고강성으로 전자, 자동차 분야에 응용

▪ 국내기업은 열전도성 소재를 이용한 열전도성 플라스틱 5W급 열전도 복합수지를 개발하였으나 낮은 열전도율로 시장 적용에는 어려운 상황

고방열 접착소재에 대한 기술동향을 살펴보면 전자 패키지용 필름형 접착필름 분야에서는 일본업체가 대부분의 시장을 장악

▪ 특히, 반도체 패키지용 DAF(Die Attach Film) 제품의 경우, 히다치케미칼이 세계시장의 70% 정도를 점유하고 있으며, 열전도도가 2 W/mK 수준에 접착필름 두께가 50 um 정도로 높은 기술력을 보유▪ LED 패키지용 접착필름의 경우도 일본 업체가 대부분 시장을 장악하고 있으며, 마쯔우라사에서 최고 2W/mK 수준, 제품 두께가 0.5 mm ~ 2.0 mm 수준의 접착필름을 생산하는 중

고방열 고내열 하이브리드 하이브리드 점착소재에 대한 기술동향을 살펴보면, 최근 연구되어지고 있는 실리콘 점착제의 경우 높은 점착강도, 열안정성의 물성이 요구되고 있어, 실리케이트, 알루미늄 옥사이드 등 하이브리드 나노파티클을 이용하여 방열 특성을 부여하는 복합 기능성 점착제 연구가 선진업체에서 진행 중

▪ 전기전자용 점착제는 고온에서 품질에 민감한 제품으로 현재 국내기술 접근이 어려운 상황이며, 향후 디스플레이 분야 등에서 활용성이 높아질 것으로 예상되어 개발의 중요성이 대두되는 추세

[ 제품분류별 경쟁자 ]

구분	경쟁환경
기술분류	자동차 분야방열 소재 부품	디스플레이, 반도체 분야방열 소재 부품	LED 분야방열 소재 부품
주요 품목 및기술	엔진커버 등 열관련 플라스틱사출품, led 헤드램프 하우징	Bottom Chassis, 하우징,프레임, HMPS Heatsink 등방열 구조체	LED 램프 방열 구조체,하우징, 기판
해외기업	마루와(일본), 덴카(일본),세람텍(독일), Toshiba(일본),AIST(일본), CoolPolymer(미국), Koito(일본)	Toshiba(일본), AIST(일본),NGK(일본), 우베(일본),DKK(일본), 생고뱅(프랑스),세라다인(미국)	덴카(일본), CoolPolymer(미국), 히다치케미칼(일본), 세키수이(일본),마쯔우라(일본),파나소닉(일본), DowCorrin(미국)
국내기업	LG화학, 효성, 현대모비스,제일모직, ㈜코미코,㈜솔믹스, ㈜대한세라믹스,재료연구소, 포스텍,알파홀딩스, ㈜제이오,한주금속(주), 후성정공,㈜파낙스이엠, ㈜신한세라믹 ,환화L&C(주)	KIST, 한국세라믹기술원,KAIST, 재료연구소, 포스텍,㈜코미코, ㈜솔믹스,㈜대한세라믹스, 알파홀딩스,도레이첨단소재(주),	제일모직, KCC, 에스엘디,화우테크놀러지, 두산,일진반도체, 서울반도체,유양디엔유, 대진디엠피,미미라이팅, 루덴전광,알티전자, 두진전자

다. 전후방산업 환경

방열소재 후방 산업인 원자재의 단가는 계속 하락되고 있는 추세임. 또한, 주 용도인 전자, 전기기기의 생산대수의 증가에 따라 방열소재 시장도 확대되고 있음. 앞으로는 전장화가 추진되는 자동차분야, 태양광 발전 시스템과 통신기지국 등의 산업분야에서 수요가 확대될 것으로 예상

▪ 탄소소재 기술은 자체 응용기술 뿐만 아니라 주변의 기술기반이 급속히 발전하고 있으며, 탄소소재의 융복합 촉진은 우리나라 소재산업에 큰 활력을 주고 있음

▪ 또한, 탄소소재산업은 전후방 산업의 제품과 기술혁신에 핵심역할을 담당하면서 고부가가치 창출의 원천

▪ 신소재 기반의 방열소재는 기존 기술로 제조된 소재보다 열전도성/전기절연성이 뛰어나면서 공정단계에서 원가를 절감하여 경쟁력을 확보할 수 있으므로, 전자기기에 소재부품을 조달하는 업체 등에서 많은 관심을 보이는 추세

현재, 신소재 기반 방열소재 및 방열접착 제품은 파워 디바이스나 LED 모듈 등 고 전력이 소모되고 열이 많이 발생되는 부품의 제작에 유리하여 연구개발에 대한 관심이 집중

2013년을 기점으로 LED 조명은 초기 도입기 시장을 지나 침투율이 빠르게 상승하면 본격적인 시장 성장 단계에 진입할 것으로 판단

▪ 최근 북미와 일본 등 선진 시장에서 LED 조명 수요가 증가하고 있고, 해외 조명업체들의 실적 추이를 살펴보면, LED 조명 시장이 점차 확산되고 있음을 간접적으로 확인해 볼 수 있음

▪ 또한, LED 조명 시스템 보급 확대와 제품의 호환성 확보를 위해 표준 제정화 논의가 활발하게 이루어지고 있어, LED 조명 시스템 설치 수요가 확대될 것으로 전망

LED 소자 시장은 일본의 니치아를 비롯하여 한국의 삼성LED, 서울반도체, 독일의 오스람, 미국의 루미레즈, 크리 등 일본, 미국, 유럽 등 선진국가와 국내 기업이 세계 LED 소자 시장의 80%를 점유

▪ Strategies Unlimited(2011.7)의 조사자료에 따르면, 2010년 LED 패키지 소자 매출 기준으로 업체별 시장점유율은 일본 Nichia가 전체 LED 시장의 21.3%를 차지해 독보적인 1위를 지키고 있는 가운데 한국 삼성LED가 11.5%로 2위를, 독일 Osram이 8.7%로 3위를 차지하였고, 한국의 서울반도체는 7.5%로 4위를 차지

자동차 방열 관련 소재부품 시장은 전체 방열 부자재 시장의 10%를 차지하고, 업계 전문가 의견에 따르면 자동차 방열 관련 소재부품 시장 중 탄소/고분자 복합소재 시장은 향후 자동차 방열 관련 소재 부품 시장의 최대 약 50%를 차지할 것으로 전망

▪ 자동차의 경우 ECU는 약 100여개 이상이 존재하는데 모터나 엔진과 가까이 있는 경우, 안전을 위해 외부 진동이나 열로부터 보호하는 기능이 필요하다. 현재 방열기능을 위해 알루미늄 방열판을 사용하고 있으나 경량화를 통한 자동차 연비 향상을 위해 신소재를 이용한 하우징의 개발이 절실히 필요한 상황

질화알루미늄 베이스 회로기판은 중국의 철도와 산업기기, 차세대 자동차용 수요를 배경으로 시장이 대폭 확대는 추세

▪ 질화규소 베이스 회로기판은 201년 이후 차세대 자동차의 라인업 확충에 따라 수요확대가 기대됨. 또한 방열수지기판은 LED 조명과 TV용 LED 백라이트, 가전용 인버터용으로 알루미늄 베이스 회로기판의 대체가 추진되고 있으며, 앞으로도 채용이 확대될 것으로 전망

[ 신소재 기반 방열소재 분야 대표 제품 ]

시장환경분석

가. 세계시장

◳ 국내 방열제품 생산기업들이 LED 붐을 타고 특수소재를 이용한 차별화제품으로 승부를 걸고 있음. LED TV를 시작으로 최근 LED 조명 시장이 열리면서 발열문제가 핵심 해결 과제로 떠오르고 있기 때문

▪ 특히, LED 모듈에서 발생하는 열을 적절하게 배출하지 못하면 LED 제품의 기능 저하에 따른 수명단축이 발생할 수 있어 문제가 되는 추세

▪ 따라서, LED 제품이 점차 고출력, 고휘도, COB(Chip On Board) 패턴으로 바뀌고 있어 다양한 형태의 방열제품에 대한 필요성이 높아지는 상황

▪ 다만, LED TV 및 조명 시장이 개화기여서 방열 문제에 대한 실질적인 연구개발과 제품 평가 기준이 미미해 근본적인 대책이 요구되는 추세

[ 신소재 기반 방열소재 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만달러, %)

구분		'15	'16	'17	'18	'19	'20	CAGR ('13~'15)
세계시장		3,145	3,369	3,596	3,844	4,123	4,451	5.8

* 자료: 방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013 재가공

나. 국내시장 국내 소재부품 시장은 세계 시장 대비 1.8% 시장 점유율을 나타내고 있음. 이를 근거로 국내 신소재 기반 방열소재 시장규모를 추정

[ 신소재 기반 방열소재 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 원, %)

구분	'15	'16	'17	'18	'19	'20	CAGR ('13~'15)
국내시장	62,269	66,702	71,207	76,103	81,635	88,130	5.8

* 자료: 방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013 재가공

다. 무역현황◳ 신소재 기반 방열소재 기술의 공정기술로 품목 단위로 무역현황을 분석

▪ 신소재 기반 방열소재 기술의 수출현황은 ‘11년 5,506만 달러에서 ’15년 3,139만 달러 수준으로 감소하였으며, 수입현황은 ‘11년 674만 달러에서 ’15년 637만 달러 수준으로 다소 감소

▪ 최근 5년(‘11~’15년)간 연평균 성장률을 살펴보면 수출금액은 -13.1%로 감소하였으며, 수입금액은 -1.4%로 감소하여 전체 무역수지는 15.2% 감소한 것으로 나타남 무역특화지수는 ‘11년(0.78)부터 ’15년(0.66)까지 감소한 것으로 나타났으며 점차 수출특화상태로 국내 기업의 수출량이 증가하고 있는 것으로 나타났으며, 국내의 신소재 기반 방열소재 제품의 해외시장진출이 활발하게 이루어지고 있는 것으로 분석

[ 신소재 기반 방열소재 관련 무역현황 ]

(단위 : 천$)

구분	‘11	‘12	‘13	‘14	‘15	CAGR ('11~'15)
수출금액	55,062	28,219	25,960	25,966	31,399	-13.1%
수입금액	6,742	5,426	5,824	4,972	6,378	-1.4%
무역수지	48,320	22,793	20,136	20,994	25,021	-15.2%
무역특화지수*	0.78	0.68	0.63	0.68	0.66	-

* 무역특화지수 = (상품의 총수출액-총수입액)/(총수출액+총수입액)으로 산출되며, 지수가 0인 경우 비교우위는 중간정도이며, 1이면 완전 수출특화상태를 말함.

지수가 -1이면 완전 수입특화 상태로 수출물량이 전혀 없을 뿐만 아니라 수입만 한다는 뜻

* 자료 : 관세청 수출입무역통계 HS-Code(6자리 기준) 활용

기술환경분석

가. 기술개발 트렌드

◳ LED 패키징 기술 최근 들어 발광다이오드를 이용한 조명 시장산업의 발전이 가시화되면서 이의 기술적 선점을 위한 국가 간 기업 간의 경쟁이 날로 뜨거워지고 있는 추세 LED 패키지는 크게 칩, 접착제, 봉지재, 형광체 및 방열부속품 등으로 구성되어 있음. LED 칩은 빛이 발생하는 부분으로 기본적으로 p-n 접합 구조를 가지고 있어 전류의 흐름에 따라 여분의 전자와 정공이 발광성 재결합에 의해 빛과 열이 발생

* 자료: 방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013

[ LED 패키지 구조 및 칩의 구조 ]

LED 패키징 시, 접착제는 LED 패키지에서 각 물질들 간의 접착에 주로 사용됨. 주요 기능은 칩과 패키지, 패키지와 기판 또는 기판과 히트싱크 등의 면과의 기계적 접촉, 기판이나 패키지와의 전기 전도, 열 방출임

▪ 금속을 이용한 LED 칩의 접착은 합금을 이용한 솔더링 공정을 이용

▪ 최근 상용화되는 LED 칩용 접착제는 대부분 에폭시 계열의 고분자 접착제가 사용

▪ 봉지재의 경우는 기본적으로 LED 칩을 보호하고 빛을 투과시켜 외부로 빛을 방출시키는 기능을 담당

▪ LED 봉지용 수지는 에폭시 계열과 실리콘 계열이 주류를 이루고 있음. 실리콘 봉지재는 기존의 에폭시에 비하여 청색이나 자외선에 내구성이 강하며 열적으로나 습기에도 매우 강한 면모를 보이는 추세

LED 패키지 방열 부속품은 LED 패키지의 수명과 밀접한 관련이 있기 때문에 매우 중요한 요소

▪ LED 패키지의 방열 부속품에는 여러 가지가 있는데, 대표적으로 수냉식, 공랭식, TEC를 이용한 강제 대류, 강제 전도 방식이 있고 자연대류를 이용한 heat sink와 slug가 있음

[ LED 패키지의 방열 부속품 ]

◳ 고열전도성 접착소재

전자 패키지용 필름형 접착필름 분야에서는 일본 업체가 대부분의 시장을 장악하고 있음. 특히, 반도체 패키지용 DAF(Die Attach Film) 제품의 경우, 히다치케미칼이 세계시장의 70% 정도를 점유

▪ 열전도도가 2 W/mK 수준에 접착필름 두께가 50 um 정도로 높은 기술력을 보유

▪ LED 패키지용 접착필름의 경우도 일본업체가 대부분 시장을 장악하고 있으며, 마쯔우라사에서 최고 2W/mK 수준, 제품 두께가 0.5 mm ~ 2.0 mm 수준의 접착필름을 생산

국내에서는 패키지용 접착필름 개발 및 시판은 거의 전무한 상태이며, DAF 분야에서 제일모직, 에이스인더스트리 등의 일부 업체에서 1 W/mK급 수준의 제품개발을 진행하고 있는 수준을 유지하는 추세

▪ 기존 조명에 대한 LED 조명의 대체율이 증가하면서 LED 패키지에 사용되는 접착필름에 대한 수요가 증가

▪ 두성산업, 써모텍 등의 업체들에서 열전도도 1~2 W/mK 수준의 접착제 개발이 진행 중에 있지만 아직 상품화되지는 않은 상황

◳ 고방열 고내열 하이브리드 점착소재

고 방열 고내열 하이브리드 점착소재에 대한 국외 기술동향을 살펴보면, 최근 연구되어지고 있는 실리콘 점착제의 경우 높은 점착강도, 열안정성의 물성이 요구되고 있어, 실리케이트, 알루미늄 옥사이드 등 하이브리드 나노파티클을 이용하여 방열 특성을 부여하는 복합 기능성 점착제 연구가 선진업체에서 진행되는 중

▪ 철산화물에 망간, 니켈, 구리 등을 도핑시킨 나노파티클이 Microwave를 흡수하여 Ferromagnetic Resonance에 의한 열이 발생되어 나일론, ABS, 테프론 등 난점착 분야에 적용 가능하여 이에 대한 연구가 활발히 진행 중

전기전자용 점착제는 고온에서 품질에 민감한 제품으로 현재 국내기술 접근이 어려운 상황이며, 향후 디스플레이 분야 등에서 활용성이 높아질 것으로 예상되어 개발의 중요성이 대두되는 추세

◳ 차량 탑재용 방열 재료의 기술개발

자동차의 고성능화에 따라 자동차부품은 전자화가 급속히 추진되고 있음. 또한 전자부품의 소형화, 고밀도화에 의해 이들 부품의 발열량이 현저하게 증가하는 경향이기 때문에 우수한 방열 성능을 가진 재료가 요구되는 추세

자동차 메이커는 자동화에 의한 대량생산방식에 적응할 수 있는 방열 그리스를 사용하는 경우가 많지만, 최근에는 방열 그리스에 대한 요구 성능이 엄해지고 있다. 열전도율의 향상을 요구하고 있는 것은 무엇보다 방열 그리스의 블리드아웃이나 펌프아웃 현상이 없는 타입이 요구

▪ 방열그리스는 폴리머와 열전도성 충전제의 단순혼합물이므로 사용방법에 따라서는 냉열충격 등에 의해 그리스가 서서히 펌프아웃되어 방열특성이 급히 나빠지는 단점도 있음

방열 시트는 고경도 방열고무 시트, 저경도 방열 고무시트, 열연화형 페이스체인지 재료로 분류됨

▪ 실리콘계 방열재료는 지금까지 각종 기기의 전원, 컴퓨터의 CPU나 칩세트 관계에 많이 사용되었지만, 최근 수년은 자동차 전장관계의 방열부품 분야에 폭넓게 사용되는 추세

▪ 앞으로 하이브리드자동차나 전기자동차의 분야도 수요가 확대될 전망이므로 신제품, 신기술 개발을 한층 추진이 필요

나. 주요업체별 기술개발동향(1) 해외업체동향

고성능 소자에 의해 발생된 열이 내부에 가득차면 전자기기로부터 발연, 발화 및 디바이스의 동작 스피드가 저하되어 동작불량 등이 발생

자동차 전동화에 따라 파워디바이스에 의한 전자제어화가 한층 더 진행되어 최근에 이러한 차 탑제용 파워디바이스에 대한 요구가 매우 많아지는 추세

▪ 일본 미쓰이화학(Mitsui Chemical)에서는 독자의 폴리이미드 설계기술을 베이스로 방열성, 절연성, 접착성을 가진 열가소성 폴리이미드 방열재를 개발▪

최대의 특징은 높은 절연성을 가지기 위한 박막화가 가능하다는 점과 수분 정도의 단시간 열 압착으로 접착을 완료시킬 수 있다는 점임. 이를 통해 고가의 세라믹 기판을 사용하지 않고 실리콘이나 납땜에 의한 접착이라는 부가 공정도 없기 때문에 대폭적인 원가 절감을 기대할 수 있음

일반적으로 폴리이미드는 절연 신뢰성이 높은 내열 폴리머로 알려져 있어 전자회로기판 용도로서도 실적이 많다. 그러나 폴리이미드는 비열가소성이고, 혹은 열가소성이라 할지라도 높은 유리전이온도 (Tg)를 갖기 때문에 저온 단시간에 접착하는 것은 곤란하여 공정에 대한 제약이 존재

▪ 또 한편에서는 폴리머에 열전도성을 부여하기 위해서는 일반적으로 알루미나나 질화붕소 등의 방열성 필러를 고충전하는 방법이 사용됨. 그러나 폴리이미드는 강직한 골격이 많아 필러를 고충전하면 딱딱해져 깨진다는 문제가 존재

미쓰이화학에서는 일반적인 회로기판 제조 공정도 적용 가능한 180℃ 이하에서의 단시간 접착과 필러를 고충전할 때도 유연성을 유지할 수 있는 성능을 목표로 폴리이미드 분자 구조에 소프트 세그멘트를 도입하여 저 Tg화와 유연성을 실현하여 저온 단시간 접착성과 필러의 고충전화를 가능하게 함

▪ 또 열전도성을 부여하기에 이르러서는 접착성 유지의 관점에서 저충전에서도 고방열성을 얻을 수 있는 질화붕소 필러를 채용▪ 특히 열전도성의 효율 향상 및 절연성 유지를 위해 폴리이미드의 분자 구조에 수소결합성 관능기를 도입하여 수지와 필러의 계면결합성을 향상시킴

최근에 전자기기의 콤펙트화로 열을 제거하기 위한 방열효과와 코스트 메리트가 있는 방열성 도료(paint protection against heat)가 더욱 주목을 받는 추세

▪ 일반적으로 방열성 도료는 높은 열전도율이나 복사율을 가진 필러를 첨가하고 있으나 통상 사용되고 있는 이들 필러에는 도료가 백색이나 흑색 등으로 존재

▪ 이같은 도료를 사용하여 제품설계를 하는 경우에는 의장성(design)의 제한 등의 문제가 발생하는 경우가 있음

▪ 이러한 문제점을 해결할 수 있는 투명성 방열도료가 일본합동잉크(주)에 의해 개발

투명성 방열도료는 방열성 필러와 수지 바인더를 주성분으로 하는 도료임. 필러의 입자경이나 분산성 및 배합비율을 최적화하여 투명하고 방열성이 있는 도료로 형성

▪ 유성 락카 타입 도료의 도막 두께는 10㎛로서 투과율의 측정결과는 전광선투과율 90%이상으로 되며, 더욱이 Haze는 5%미만의 투명성을 가지고 있음

▪ 또한 방열성은 Alumite와 비교 시 동등 이상의 성능을 가짐. 기재는 알루미늄이 권장되나 그 외에 금속, 수지 등도 가능

▪ 단, 밀착성, 열전도도 등의 확인이 필요함. 현재 도료의 타입으로는 유성 락카, 베이킹(160℃) 및 수성 락카 타입이 있음

에너지 산업 성장에 따라 방열 대책용 소재 및 기판 관련 수요 급성장 추세이며, 방열기판을 이용한 부품개발이 활발하게 진행 중

▪ 특히, 일반 PCB 유전체 층을 그대로 이용하면서 열전달을 위해 Thermal Via를 만드는 경우도 있는데 이를 위한 소재 개발도 진행 중

▪ Thermagon, Denka 그리고 TT Electronics 등에서 우수한 열전도도를 갖고 고방열 절연체 소재를 기반으로 회로기판 사업을 추진하고 있으며, Laird Tech(미), Berquist(미)는 세라믹 또는 질화붕소와 실리콘의 합성소재로 2~5 W/mK 급의 열전도도를 갖는 접합제를 개발 및 상용화

사출성형 가능한 열전도성 수지 및 Elastmer 개발이 진행되고 있으며, 금속이나 세라믹을 배합해 열전도성을 높인 수지를 출시하였지만, 열전도율(W/mK)의 값은 모두 한자리 대 값에 머물러 있는 수준

▪ CoolPolymer 사는 기존의 메탈 또는 세라믹을 LCP, PA46, PC, PPS 등의 다양한 플라스틱 수지로 대체하려고 노력 중

▪ Teijin 사는 고열전도성 탄소섬유 필러 “Rapeama”를 시장에 출시하여 저열팽창성, 고강성으로 전자, 자동차 분야에 응용되는 추세

(2) 국내업체동향

◳ 국내의 경우 방열시스템에 대한 관심과 회로기판 연구는 활발하나, 핵심 소재인 고 방열 및 절연성을 동시에 만족하는 기술 부족으로 대부분 수입에 의존▪ 두산전자에서 2 W/m.K 회로기판용 CCL(Copper Clad Laminate)기판을 개발하여 판매중이나 시장 점유율은 미미한 상황

* 자료: 두산산전 홈페이지[ 두산산전 Package CCL ]

◳ 고 방열 열가소성 패키지 소재에 대한 국내 기술동향을 살펴보면, 국내기업은 열전도성 소재를 이용한 열전도성 플라스틱 5W급 열전도 복합수지를 개발하였으나 낮은 열전도율로 시장 적용에는 어려움이 있음. 현재 열전도성 수지 및 고열전도성 Elastomer 개발은 미흡한 상황◳ 패키지용 접착필름 개발 및 시판은 거의 전무한 상태이며, DAF 분야에서 제일모직, 에이스인더스트리 등의 일부 업체에서 1 W/mK급 수준의 제품개발을 진행하고 있는 수준이다. 기존 조명에 대한 LED 조명의 대체율이 증가하면서 LED 패키지에 사용되는 접착필름에 대한 수요가 증가하는 추세

▪ 두성산업, 써모텍 등의 업체들에서 열전도도 1~2 W/mK 수준의 접착제 개발이 진행 중에 있지만 아직 상품화되지는 않은 상황

▪ 두성산업 등 기존 방열소재업체를 중심으로 연구가 진행되었으나, 일본 업체들과의 기술격차가 커서 시장 진입에 실패

▪ 일본업체들과의 기술 차별화를 통한 특허 회피전략으로 조기에 기술개발을 완료하여 향후 도래할 시장에 대비가 필요

* 자료: 두성산업 홈페이지[ 두성산업 열전도 시트 ]

◳ 고방열 고내열 하이브리드 점착소재에 대한 국내 기술동향을 살펴보면, 전기전자용 점착제는 고온에서 품질에 민감한 제품으로 현재 국내기술 접근이 어려운 상황이며, 향후 디스플레이 분야 등에서 활용성이 높아질 것으로 예상되어 개발의 중요성이 대두되는 상황

중소기업 환경

가. 중소기업 경쟁력 신소재 기반 방열소재 분야의 중소기업 경쟁력은 기술분류별로 차이가 있으나 신소재 기반 방열 소재 기술은 중소기업이 다수 참여하여 시장에서의 역할이 큰 분야로 나타남. 특히, 디스플레이, 반도체 분야 방열 소재 부품 기술군과 LED 분야 방열 소재부품 기술군에서 중소기업의 참여정도가 높은 것으로 도출

[ 신소재 기반 방열소재 분야 중소기업 현황 ]

기술분류	주요기술	대기업(대표)	중소기업(대표)	주요 참여영역
자동차 분야방열 소재부품	엔진커버 등 열관련플라스틱 사출품, led헤드램프 하우징	LG화학, 효성,현대모비스,제일모직,환화L&C(주)	㈜코미코, ㈜솔믹스,㈜대한세라믹스,알파홀딩스, ㈜제이오,한주금속(주),후성정공,㈜파낙스이엠,㈜신한세라믹 ,	플라스틱 사출품,엔진커버,헤드램프
디스플레이,반도체 분야방열 소재부품	Bottom Chassis,하우징, 프레임, HMPSHeatsink 등 방열구조체	도레이첨단소재(주),LG화학,	㈜코미코, ㈜솔믹스,㈜대한세라믹스,알파홀딩스,	반도체 Heatsink,열전달 배선 구조,열전달 도료,열전달회로기판
LED 분야방열 소재부품	LED 램프 방열 구조체,하우징, 기판	제일모직,KCC, 두산,일진반도체,	에스엘디,화우테크놀러지,서울반도체,유양디엔유,대진디엠피,미미라이팅, 루덴전광,알티전자, 두진전자	LED소자 방열시스템, 접착제 및필러, LED 패키징소재

<선정된 핵심요소기술에 대한 연구 목표>

구성요소	핵심요소기술	기술요구사항	개발 목표			최종 목표
구성요소	핵심요소기술	기술요구사항	1차년도	2차년도	3차년도	최종 목표
고효율방열기술	고효율 방열도료의조성설계 및 도포기술	도료의 방사율및 안정성	방열도료제조기술	방열도료도포기술	방사율측정 및방사효율향상	방열도료 제조 및평가와 방사효율향상
고효율방열기술	선택적 방열구조 형성및 필터 제조기술	방열특성평가기술	기판과필터표면온도차>5℃	기판과필터표면온도차>7℃	기판과필터표면온도차>9℃	기판과 필터표면온도차>10℃
기능성방열필름,기판 및시트제조기술	비산화물계 세라믹충진제 제조및 용용기술	세라믹 분말및 슬러리제조기술	질화물계세라믹분말제조	산화물계세라믹분말제조	세라믹슬러리제조	고열전도도 세라믹분말 제조 및방열시트 응용
기능성방열필름,기판 및시트제조기술	LED 패키지용방열필름 제조기술	필름의 열적안정성 및양산성	방열필름제조	방열필름특성평가	방열필름양산화	방열필름 양산화및 열정안정성확보
복합방열소재제품화	나노카본 복합 고방열기판소재 제조기술	복합소재의제조기술및 특성평가	카본소재제조	나노카본소재 복합화복합화	소재특성평가	고열전도도나노카본 복합소재제조 및 응용
복합방열소재제품화	고방열 열가소성고분자 패키지 소재제조기술	소재의 특성및 신뢰성	소재제조공정평가	소재특성평가	패키지제조공정확립	소재특성 확보 및패키지 제조공정최적화