Trends of Researches and Technologies of Electronic Packaging Using Graphene

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그래핀을 이용한 전자패키징 기술 연구 동향

고용호^1,2·최경곤¹·김상우¹·유동열¹·방정환¹·김택수^2,†

1한국생산기술연구원 마이크로조이닝센터/용접접합그룹

2한국과학기술원 기계공학과

Trends of Researches and Technologies of Electronic Packaging Using Graphene

Yong-Ho Ko^1,2, Kyeonggon Choi¹, Sang Woo Kim¹, Dong-Yurl Yu¹, Junghwan Bang¹ and Taek-Soo Kim^2,†

1Micro-Joining Center/Joining R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), 156, Gaetbeol-ro, Yeonsu-gu, Incheon 21999, Korea

2Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), 291, Daehak-ro Yuseong-gu, Daejeon 34141, Korea

(Received May 20, 2016: Corrected May 30, 2016: Accepted June 3, 2016)

Abstract: This paper reports the trends of researches and technologies of electronic packaging using graphene.

Electronic packaging is to provide the signal and electrical current among electronic components, to remove the heat in electronic systems or components, to protect and support the electronic components from external environment. As the required functions and performances of electronic systems or components increase, the electronic packaging has been intensively attracted attention. Therefore, technologies such as miniaturization, high density, Pb-free material, high reliability, heat dissipation and so on, are required in electronic packaging. Recently, graphene, which is a single two- dimensional layer of carbon atoms, has been extensively investigated because of its superior mechanical, electrical and thermal properties. Until now, many studies have been reported the applications using graphene such as flexible display, electrode, super capacitor, composite materials and so on. In this paper, we will introduce and discuss various studies on recent technologies of electronic packaging using graphene for solving the required issues.

Keywords: Electronic packaging, Graphene, Electronic system, Pb-free, Reliability

1. 서 론

그래핀(graphene)은 Fig. 1¹⁾과 같이 sp² 탄소원자들이 벌 집 구조의 안정된 육각형 원자 구조와 격자를 이룬 형태 의 2차원 단일 탄소층으로 2004년 처음 실험적 발견이래 최근 가장 광범위하게 연구되고 있는 소재 중 하나이 다.^2,3) Graphene이 가지고 있는 안정된 원자 구조에 기인 하여 전기전도도는 상온에서 구리보다 약 100배 이상이 며 기계적 강도도 강철의 약 200배 이상으로 신축 환경 에서도 전기 전도성을 잃지 않는 것으로 알려져 있다.⁴⁾ Graphene의 기계적, 전기적, 열적, 물리적 특성은 이론적 으로 영률 1 TP, 인장강도 130 GPa, 전기전도도 ~10⁶ S/

cm, 열전도도 3,000~5,000 W/m·K으로 알려져 있다.⁵⁾ Graphene이 발견 된 이후 현재까지 graphene 고유의 우 수한 특성을 이용하여 실용하기 위한 제조, 특성 분석, 응

용기술 등에 대하여 다방면으로 검토 되어 왔다.^3,6-8) 유 연하고 투명한 특성을 이용한 투명 디스플레이, 유연 전 극 등의 분야에 적극적인 연구가 진행되고 있고⁶⁾ 물리적

†Corresponding author E-mail: [email protected]

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특집 : 그래핀의 전자패키징 적용 기술

Fig. 1. Schematic of graphene.¹⁾

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특성 등을 이용한 방열 소재 및 센서,^9-11) 트랜지스터,¹²⁾ 캐패시터,¹³⁾복합소재¹⁴⁾등에 관한 응용 연구들이 활발하 게 이루어지고 있다. Fig. 2¹⁵⁾에 graphene을 응용한 연구 분야 및 적용 가능 분야를 나타내었다.

한편 전자패키징 기술은 반도체 칩 혹은 각종 전자 부 품 또는 제품들을 조립한 하드웨어적 구조물 또는 이를 구현하는 기술로 반도체 칩 및 전자 부품 등을 외부의 환 경으로부터 보호하고, 필요한 요소들에 전원 공급 및 전 기적 신호를 원활하게 전달하는 역할을 함과 동시에 칩 내부 등에서 발생한 열을 외부로 방출 시키는 역할을 수 행하는데¹⁶⁾ IT (Information Technology), ICT (Information and Communications Technologies), IoT (Internet of Things) 산업을 중심으로 핸드폰, 노트북 등과 같은 전자기기들 의 소형화, 고성능화, 다기능화, 고집적화가 급속하게 요 구됨에 따라 이를 구현하기 위한 전자패키징 기술의 중 요성이 커지고 있다. 과거의 전자패키징 기술은 칩의 물 리적 보호 및 칩 간 혹은 칩과 기판의 전기적 연결에 초 점이 있었으나 현재의 전자패키징 기술은 고집적화에 따 른 발열 처리 문제, 칩과 기판 혹은 칩과 칩과의 접합부 신뢰성 문제 등에 대한 해답을 제공해야 한다.

본 논문에서는 산업 전반 및 다양한 연구 분야에서 가 장 뜨겁게 다루어지고 있는 graphene을 이용한 전자패키 징 기술 관련 최근의 연구 동향에 대하여 살펴보고자 한다.

2. Graphene 응용 전자패키징 기술

2.1. Graphene 복합 Pb-free 솔더

전자패키징에 있어 전기적 신호의 전달 등을 위한 반 도체 칩 혹은 전자 부품과 기판과의 접합을 위한 솔더 소 재로 그동안 Sn-Pb 솔더가 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되어 왔으나 RoHS (Restriction of Hazardous Sub- stances) 등의 국제 환경 규제에 따라 Pb를 대체하기 위하

여 Sn을 주성분으로 한 Ag, Cu, Bi 등의 원소가 첨가 및 함유된 무연(Pb-free)솔더 소재들이 제안되어 연구되고 검 토되어 왔다.^17,18) 일반적으로 반도체 패키지와 같은 전자 부품과 기판과의 접합을 위한 리플로우 혹은 플립칩 본 딩과 같은 접합 공정 동안에 솔더와 기판과의 반응을 통 하여 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)가 생성 되는데 이들 IMC의 조성, 두께 등은 접합부의 신뢰성에 많은 영향을 미치고 과도한 IMC의 성장은 접합부 신뢰 성을 저하 시킨다.¹⁹⁾ 따라서, IMC 의 과도한 성장을 억제 하기 위하여 Pb-free 솔더에 TiO2,²⁰⁾ ZrO₂²¹⁾과 같은 세라 믹 분말 소재를 첨가한 나노복합 Pb-free 솔더를 적용한 연구들이 진행되어 왔다. 또한 Zn²²⁾와 같은 금속 원소를 미량 첨가하여 IMC의 성장 거동 등이 연구되기도 하였 다. 앞서 언급한 바와 같이 최근 그래핀을 이용한 응용 분 야와 연구들이 범위가 다양해 지면서 최근에 Pb-free 솔 더에 graphene을 첨가하여 기판과의 계면 반응 동안의 IMC의 성장 거동이나 기계적 특성 등 솔더 접합부에 관 한 연구들이 보고되고 있다.^19,23-28)

Sharma 등¹⁹⁾은 Sn-3.0Ag-0.5Cu (in wt%) 솔더 합금에 graphene nanoplatelet (GNP)를 첨가한 나노복합 솔더 합 금에 대하여 젖음성, 솔더 내부 미세조직, 기계적 특성 등 을 보고 하였다. 이들의 연구에서 graphene이 첨가된 경 우 솔더 내부의 grain 및 Ag3Sn IMC의 크기를 감소시키 고 최대인장강도를 증가시킬 수 있다고 보고 되었다. Liu 등²³⁾은 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더 분말에 graphene nanosheet (GNS)를 첨가하여 열팽창 계수 (coefficient of thermal expansion, CTE)를 효과적으로 감소시킨 결과를 Fig. 3²³⁾ 과 같이 보고 하였다. 이들은 낮은 열팽창 계수를 갖는 graphene이 Sn을 주성분으로 하는 솔더 합금의 기지 (matrix)가 팽창하는 것을 막아주기 때문이라고 보고 하 였다. 또한 Sobhy 등²⁴⁾은 Sn-5Sb-1Ag 솔더 합금에 graphene oxide nanosheet (GONS) 0.2 wt%를 첨가하여 솔 더 내부의 SnSb과 Ag3Sn IMC 성장을 억제하여 Fig. 4²⁴⁾ 와 같이 기계적 특성을 향상 시킨 결과를 보고 하였다.

한편 Sn-3.0Ag-0.5 Cu 솔더 분말에 GNS를 첨가한 경우 Fig. 2. Applications of graphene.¹⁵⁾

Fig. 3. CTE curves of various GNS composite solders.²³⁾

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솔더링 동안 솔더 내부에 첨가된 graphene이 기판과의 계 면반응에서 형성되는 IMC 성장을 억제한다는 결과가 보

고 되기도 하였다.²⁵⁾ 이들은 Fig. 5²⁵⁾와 같이 GNS가 첨가 되어 있는 경우 기판과의 접합 공정 중의 액상-고상 (liquid-solid) 반응 동안에 솔더 내부에 존재하는 graphene 이 IMC의 생성 및 성장에 필요한 Cu 혹은 Sn 원자들이 확산을 방해할 수 있는 장애물로 작용하여 IMC의 성장 을 억제한다고 하였다. Ma 등²⁶⁾도 Sn-58Bi-0.7Zn에 GNS 를 첨가한 나노복합 솔더에 대한 기판과의 반응을 통하 여 시효처리 (aging)에도 Cu 기판과의 계면에서 IMC 성 장이 억제 됨을 보고 하였다. 이 연구에서는 솔더 내부에 존재하는 GNS들이 Fig. 6²⁶⁾과 같이 Sn 및 Zn 원자의 확 산을 방해하여 Cu-(Sn,Zn)계 IMC 성장을 억제한다고 보 고 하였다. Hu 등²⁷⁾은 Sn-8Zn-3Bi 솔더페이스트에 GNS 를 첨가하여 전류가 가해지는 환경에서 계면의 특성을 연 구하여 보고하였다. 이들의 연구에서 graphene은 IMC 성 장률이 최대 20% 억제 할 수 있음이 확인되었다. Fig. 7²⁷⁾ 은 Hu 등의 실험의 간략한 모식도와 IMC 성장 억제 효 Fig. 4. Effects of 0.2 wt% GNOS addition to Sn-5Sb-1Ag solder

alloy.²⁴⁾

Fig. 5. Schematic diagrams of the IMC growth: (a) Sn-3.0Ag-0.5Cu and (b) Composite solder.²⁵⁾

Fig. 6. Schematic diagrams of IMC growth and suppressing effect of GNS on IMC growth: (a) Sn-58Bi-0.7Zn, (b) GNS-doped composite solder joint and (c) IMC thickness.²⁶⁾

Fig. 7. (a) Schematic diagram of test method and (b) Cu5Zn₈ IMC thickness.²⁷⁾

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과에 대한 결과이다.

전자기기 등과 같은 시스템 내에 존재하는 전자패키지 혹은 전자 부품 등은 사용되는 주변 환경에 영향을 받아 솔더 접합부의 부식(corrosion)과 같은 문제를 야기 할 수 있어 솔더 합금의 내부식성(corrosion resistance) 또한 중 요하다 할 수 있다.²⁸⁾ 이러한 내부식성 특성을 향상 시키 기 위하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu솔더에 GNS를 첨가하면 Fig.

8²⁸⁾과 같이 솔더 내부의 GNS에 의하여 외부에서 들어오 는 산소(O2)의 확산을 방해하여 솔더의 내부식성을 증가 시킬 수 있는 연구²⁸⁾가 최근에 보고 되기도 하였다.

위에서 살펴본 바와 같이, 기존의 Pb-free 솔더에 graphene을 첨가한 복합 솔더에 대한 솔더 합금 내부의 미세조직 등 모합금의 특성을 연구하거나 기판과의 계면 반응 및 IMC 성장에 관한 연구들이 최근 활발하게 진행 되고 있고 연구 결과들을 살펴볼 때 graphene이 첨가된 경우 모합금의 특성 뿐만 아니라 솔더 접합부의 계면 특 성도 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

2.2. Graphene 표면처리 기판

전자패키징에 있어 기판 혹은 접합부 패드의 표면처리 소재는 솔더 접합부의 IMC 형성에 주요한 인자이다. 그 동안 전자패키징 솔더 접합부의 표면처리 소재는 공정이 간소하고 비용이 저렴한 Cu 및 Cu OSP (organic solde- rability preservation)가 일반적으로 사용되어 왔으나 Pb- free 솔더 소재의 주성분인 Sn과 표면처리 소재인 Cu와

의 반응으로 형성되는 Cu-Sn계 IMC의 과도한 성장은 접 합부의 특성 저하를 유발 한다고 알려져 왔다.²⁹⁾ 이를 개 선하기 위하여 그동안 전자패키징 분야에서는 ENIG (electroless Ni/immersion Au), ENEPIG (electroless Ni/

electroless Pd/immersion Au), 플라즈마 처리 등의 기판 표 면처리 방법들이 제안 되었고 이들 표면처리에 대한 Pb- free 솔더 소재와의 계면 반응 등 접합부 특성 연구들이 보고 되어 왔다.^30-35) 또한, Pb-free 솔더에 Zn가 첨가된 경 우 솔더 계면 특성 향상이 알려진 이후^36,37) Zn를 표면처 리에 적용한 Cu-Zn 이원계 표면처리에 대한 연구도 보고 된바 있다.³⁸⁾

기판의 표면처리와 관련하여 최근에 Cu 기판 위에 graphene을 전사시킨 후 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더페이스트와 멀티리플로우 동안의 계면 반응에 전사된 graphene이 IMC 성장에 미치는 영향이 보고 되었다.³⁹⁾ 이 연구에서 는 Fig. 9³⁹⁾와 같이 Cu 기판 표면에 전사된 graphene이 Cu 기판으로부터 나오는 Cu 원자의 확산을 방해하여 IMC 20% 이상 성장을 억제함을 보여 준다. 이 연구에서는 대 면적이기는 하나 graphene을 이용하여 IMC 성장이 억제 됨을 보여주었다. 다만 미세피치 등의 적용에는 아직까 지는 한계를 가지고 있기는 하다. 향후 미세피치의 접합 부 패드 및 기판에 대한 선택적 전사 방법을 개발 적용한 다면 효과적인 IMC 억제 효과를 얻을 수 있을 것으로 생 각된다.

2.3. Graphene 표면처리 Cu 배선

전자패키징에 있어 electro-migration (EM)은 온도가 상 승하여 열적으로 활성화된 배선부 혹은 솔더 접합부의 금 속원자 이동에 의하여 보이드의 형성 및 성장으로 인한 단선 고장을 말한다.⁴⁰⁾최근의 전자패키징이 고집적화, 미세화 됨에 따라 배선 및 접합부에 흐르는 전류밀도가 상승하여 반도체 내부 배선의 발열에 의한 EM이 쉽게 발 생할 수 있다.⁴⁰⁾ 일반적으로 Cu는 반도체 공정 및 전자패 키징에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 배선 소재⁴¹⁾로 사용되고 있어 Cu 배선의 EM 수명을 증가 시킬 수 있는 방안이 필요해 왔으나 현재까지 EM 수명 관련 대부분의 연구들은 솔더 접합부에 대한 연구들이 주를 이루고 있 었다. Cu 배선의 EM 수명 관련하여 최근에 graphene 표면처리 Cu 배선에 대한 연구들이 보고 되기 시작하고 Fig. 8. Schematic representation of oxygen path through Sn-3.0Ag-

0.5Cu and GNP composite solder.²⁸⁾

Fig. 9. Effects of transferred graphene on IMC growth.³⁹⁾

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있다.^42,43)

Kang 등⁴²⁾은 wafer 위에 형성된 Cu 배선 위에 multi-layer graphene (MLG)을 전사하는 방법을 이용하여 저항은 2~7% 감소 시키면서 전류밀도 특성을 18% 가량 향상시 킨 연구 결과를 보고 하였다. Fig. 10⁴²⁾은 MLG 전사 방 법을 이용한 Cu 배선의 EM 특성 향상 연구에 대한 실험 개략도 및 결과이다. 위의 연구는 Cu 배선 위에 다층의 graphene을 전사시켜야 하는 한계를 가지고 있기는 하나 전자패키징 내의 EM 특성을 향상 시키는데 graphene을 적용할 수 있음을 확인 시켜주었다. 한편 Yoon 등⁴³⁾은 Kang 등⁴²⁾의 다층 graphene을 사용하는 문제를 개선하기 위하여 polyvinylpyrrolidone (PVP)와 reduced graphene oxide (rGO) 합성 용액을 이용하여 Cu 배선 위에 증착 한 후 EM 특성에 대하여 연구를 하였다. 이들의 연구에서 증착 된 rGO 층이 Cu와 기능기를 형성하고 전류 밀도 특 성을 향상 시킴으로써 Fig. 11⁴³⁾과 같이 EM 수명을 증가 시킬 수 있다고 하였다. 이들의 방법은 반도체 공정에서 사용되는 스핀 코팅 방법을 사용함으로써 반도체 후 공

정에서 사용 될 수 있을 것으로 기대된다.

2.4. Graphene 복합 conductive adhesive

전자패키징이 고집적, 미세화 되면서 플립칩 본딩 기술 의 중요성이 커지고 있는데 플립칩 본딩에 있어서는 솔 더 범프 등의 소재 외에 미세 피치 접합을 위하여 anisotropic conductive adhesive (ACA), non-conductive adhesive (NCA) 등과 같은 polymer 기반의 전자 접착제가 사용되 고 있다. 전자 접착제의 경우에 polymer의 특성상 전기적, 열적 특성 등이 떨어 지므로 이를 개선 하기 위하여 첨가 되는 필러 등에 대한 연구들이 진행되어 왔다.⁴⁴⁾ 최근에 graphene 소재의 우수한 열적, 전기적 특성이 알려지면서 graphene의 전자 접착제 적용을 위한 graphene 적용 ECA (electrically conductive adhesive)에 대한 연구들이 보고 되 어 왔다.^45-47)

Kim 등⁴⁵⁾은 열전도도와 전기절연 특성을 증가시켜 ACA에 적용하고자 graphene oxide (GO)와 Al(OH)₃가 코 팅 된 GO composite을 epoxy resin에 첨가하여 graphene/

Fig. 10. (a) A schematic of the MLG/Cu stack wire showing the distribution of electron movement and heat flow, (b) A comparison of the resistance of Cu and MLG/Cu interconnects and (c) Breakdown characteristics of Cu and 5 nm MLG/Cu interconnects.⁴²⁾

Fig. 11. Schematic of rGO deposited Cu wire and lifetime distribution of EM.⁴³⁾

Fig. 12. Preparation of modified Al(OH)₃-coated GO composite and thermal properties.⁴⁵⁾

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epoxy 복합 물질의 특성을 연구하였다. Fig. 12⁴⁵⁾는 Al(OH)₃-GO composite 제조 과정의 모식도와 제조된 GO 및 Al-GO 복합 전자 접착제의 열적 특성 결과이다. GO 가 첨가되는 경우 순수한 epoxy resin에 비하여 열적 특 성이 크게 개선 되는 것으로 보아 이들의 결과로부터 GO 가 열전도도를 개선을 위한 필러로서의 가능성을 확인 할 수 있다. 한편 Pu 등⁴⁶⁾은 nitrogen-doped graphene nanosheet (N-GNS)를 Ag 필러 함유 electrically conductive adhesive (ECA)에 첨가하여 N-GNS의 전도성 필러로서의 가능성을 보고 하였다. Fig. 13⁴⁶⁾은 이들의 복합 ECA의 제조 과정을 나타낸 것이다. 이 연구에서는 N-GNS가 첨 가되는 경우 Fig. 14⁴⁶⁾와 같이 Ag 필러간의 접촉을 증가 시키고 분산되어 있는 Ag 필러간의 전도를 높여줌으로 써 ECA의 전기전도 특성을 향상 시킨다고 보고 하였다.

이들의 연구 결과는 Ag 필러의 함량을 낮추면서도 1 wt%

의 N-GNS로 전기적 특성을 향상 시킬 수 있어 기존의 Ag 필러 함유 ECA의 Ag의 함량을 줄일 수 있게 되므로 ECA의 비용 절감을 줄이는 데 기여 할 수 있을 것으로 사료된다.

Ju 등⁴⁷⁾은 ACA 필러를 위한 전기전도성을 가지는 구 형의 graphene 증착 polymer기술에 대한 연구를 보고 하 기도 하였다. 이들은 Fig. 15⁴⁷⁾에서 보는 바와 같이 음이 온 처리된 graphene sheet와 양이온 처리된 polymer nano-

sphere의 자가 결합을 통하여 graphene 증착 필러 소재 제 조 기술 및 특성에 대하여 보고 하였다.

2.5. Graphene을 이용한 thermal management

한편 전자패키징의 고집적, 미세화에 따른 3D IC 등에 서 방열 문제가 최근에 부각 되고 있다. 이러한 문제를 해 결하기 위하여 설계적 관점에서의 방열 via나 구조적 관 점에서의 heat sink 등 여러 방법들이 제안 되고 있다. Fig.

16⁴⁸⁾과 같이 heat sink가 사용되는 경우 heat sink를 칩 혹 은 부품에 부착하기 위한 방열 접착제의 일종인 thermal Fig. 13. Schematic of the preparation for composite ECA.⁴⁶⁾

Fig. 14. Schematic of the advantage of N-GNS.⁴⁶⁾

Fig. 15. Schematic illustration of preparation of graphene-wrapped conductive hybrid nanospheres.⁴⁷⁾

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interface material (TIM)이 사용되는데 이 TIM은 열원으 로부터 외부로 얼마나 열을 잘 전달 해 주는지가 중요하 다. 이와 관련하여 graphene의 열적 특성을 이용한 TIM 소재 개발이 활발하게 진행 중이다.^48-51)

Shahil 등⁴⁸⁾ graphene과 multi-layer graphene (MLG)의 TIM 소재 적용을 위하여 제조 방법 및 특성 등을 리뷰를 하기도 하였다. 이들은 또 다른 논문⁴⁹⁾에서 TIM 적용을 위한 graphene-MLG 복합 polymer의 제조와 특성에 대하 여 보고 하기도 하였다. Fig. 17⁴⁹⁾에 graphene-MLG 복합 소재의 열적 특성을 나타내었다. 이들의 결과에서 열전 도도는 14 W/m·K까지 확인 되면서 graphene의 TIM 소재 적용 가능성을 보여 주었다.

Zhang 등⁵⁰⁾은 graphene이 3차원적으로 연결된 graphene form (GF)를 Si-Al 계면에 적용하여 Ag-Silicone paste, 탄 소 기반의 TIM 등의 결과와 비교할 때 Fig. 18⁵⁰⁾과 같이 75%의 열적 특성이 향상된 결과를 보고 하기도 하였다.

Saw 등⁵¹⁾도 GNP를 이용하여 TIM용 epoxy복합 소재 제 조 및 특성에 대하여 보고하였다. 이 들의 결과에서는 열 전도도는 2배가량의 향상 효과가 있었으나 저장 탄성률 (storage modulus)는 Fig. 19⁵¹⁾에서 처럼 오히려 감소하는 경향을 나타내었다. Epoxy기반의 TIM의 경우 전자패키 지의 사용환경 등에 따른 epoxy의 경화로 인한 shrinkage 등의 문제를 유발 할 수 있다. 따라서, Saw 등의 결과를 볼 때 단순한 인장 강도 등의 기계적 물성 뿐만 아니라 저장 탄성률 관점에서의 graphene 응용 방안을 연구해 볼 필요가 있다고 생각된다.

한편 전자패키징에 있어 방열 문제를 해결하기 위하여 epoxy 기반의 graphene 복합 소재 외에 열원으로 작용하

는 열점(hot spot)영역에 graphene을 직접 증착 시키는 방 법으로 접근하는 연구들이 있다. Gao 등⁵²⁾은 전자패키징 에서 heat spreader로 graphene을 적용하고자 칩의 hot spot 위에 graphene을 전사 시키고 graphene heat spreader 의 열적 특성을 보고 하였다. 이 연구에서 온도 냉각 효 과는 최대 13^oC 나타나는 것으로 확인 되었다. Fig. 20⁵²⁾ 은 Gao 등의 실험 과정과 graphene의 heat spreader로의 열적 특성 평가 결과이다. 반도체 칩 등의 hot spot 영역 에 선택적이고 균일한 graphene 전사가 이루어진다면 heat spreader로써 graphene 적용이 가능할 것으로 생각 된다.

Fig. 16. Schematic of the action of TIM.⁴⁸⁾

Fig. 17. Thermal property of graphene-MLG composite.⁴⁹⁾

Fig. 18. Thermal resistance of GF at Si-Al interface.⁵⁰⁾

Fig. 19. Storage modulus of epoxy using GNP.⁵¹⁾

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3. 결 론

본 논문에서는 최근 광범위하게 응용 연구가 진행되고 있는 graphene을 이용한 전자패키징 기술 관련 연구 동향 및 결과들을 간략하게 살펴 보았다. Graphene의 기계적, 전기적, 물리적, 화학적 특성 등을 이용하여 Pb-free 복합 솔더, 기판의 graphene 표면처리, graphene 복합 conductive adhesive, graphene을 이용한 방열 기술 등의 전자패키징 적용 기술들이 그동안 연구되어 왔다. 기계적 특성 향상 및 계면 반응 억제 등을 위한 graphene 복합 Pb-free 솔더 에 대한 연구들이 최근 활발하게 진행되고 있으나 Sn- 3.0Ag-0.5Cu 솔더가 주를 이루고 있어 다양한 조성의 솔 더 합금에 대한 추가적인 연구들이 필요하고 이와 더불 어 graphene 소재의 솔더 내 균일 분산 기술에 대한 연구 개발도 필요할 것으로 생각된다. 또한 기판의 graphene 표면처리를 통하여 계면 반응 억제를 시도한 연구의 경 우 현재까지는 대면적에서의 graphene의 영향과 효과를 살펴보고 있어 향후 솔더 접합부 미세화에 따라 미세 피 치 영역에서 선택적으로 균일하게 graphene 전사를 할 수 있는 연구도 병행 되어야 할 것이다. Graphene의 열적, 전 기적 등의 물리적 특성을 이용한 복합 polymer 소재들이 conductive adhesive나 TIM과 같은 방열 소재 분야에서 가 장 활발하게 연구가 진행되고 있는 것으로 파악된다. 그 러나 기존의 연구 결과를 볼 때 현재까지는 복합 소재를 위한 graphene의 정량적이며 균일화된 분산 기술은 아직 까지 미흡한 것으로 생각된다. 고품질의 균일하고 대면 적 GNS나 균일한 크기와 특성을 지니는 GO, rGO 등의 graphene 소재의 제조 또한 graphene 소재의 특성상 어려 운 것이 현실이며 이에 대한 제조 기술들이 graphene을

중점적으로 연구하는 연구자들에게도 도전 연구 분야이 기도 하다. 배터리, 전극, 디스플레이 등의 기타 분야와 비교 할 때 아직까지 전자패키징 기술에 graphene 응용 연구는 미흡하기는 하나 최근에 많은 연구들이 보고 되 고 있어 다양한 전자패키징 기술에 graphene의 적용이 기 대된다.

감사의 글

이 연구는 한국생산기술연구원 기관고유사업 및 산업 통상자원부 그래핀 소재·부품 기술 개발 사업(그래핀 응 용 OLED 패널 기술 개발, 10044412)의 지원으로 수행되 었습니다.

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