첨단 반도체 패키징용 열전도성 복합재의 계면 열저항 저감 전략

Strategies for Reducing Interfacial Thermal Resistance (ITR) in Thermally Conductive Composites for Advanced Semiconductor Packaging

반도체 패키징 기술의 발전과 반도체 소자의 소형화 및 고집적화는 발열 문제를 심화시키고 있으며, 이를 해결하기 위한 효율적인 열 관리의중요성 또한 커지고 있다. 이를 위해 반도체 패키징에서 방열을 위한 열전도성 복합재가 활용되고 있으나, 필러-매트릭스 및 필러-필러의 계면 열저항은 열전달 성능을 크게 저해하는 요인 중 하나이다. 본 리뷰는 최근 연구 동향을 기반으로 계면 열저항을 저감하기 위한 전략들을종합적으로 고찰한다. 실란, 티타니아, 에폭시계 커플링제 등을 이용한 필러 표면 개질과 도금 및 증착 기술은 계면 결합을 강화하고 포논 스펙트럼 매칭을 향상시킨다. 또한 계면 구조 설계 방법은 공극을 제거하고 접촉 면적을 극대화해 열 흐름을 개선한다. 필러 네트워크 설계와하이브리드화는 연속적인 열전달 경로를 구축한다. 압력, 진공, 소결과 같은 공정 변수 제어는 기공 제거와 치밀화를 유도한다. 이러한 전략들은 개별적으로도 효과적이나, 상호 보완적으로 적용될 때 효과가 극대화됨을 알 수 있다.

The continuous development of semiconductor packaging technology and miniaturization and integration of semiconductor devices have markedly increased heat generation, highlighting the growing importance of efficient thermal management. Thermally conductive composites are widely employed in semiconductor packaging for heat dissipation; however, interfacial thermal resistance (ITR) at filler-matrix and fillerfiller interfaces severely limit their heat transfer performance. This review provides a comprehensive overview of recent strategies to reduce ITR. Among these, surface modification of fillers using silane, titania, and epoxy-based coupling agents, as well as plating and deposition techniques, has been shown to strengthen interfacial bonding and improve phonon spectrum matching. In addition, interfacial structural design approaches help eliminate voids and enlarge the effective contact area, thereby enhancing heat flow. Filler network design and hybridization enable the formation of continuous heat conduction pathways, while processing variables such as pressure, vacuum, and sintering promote densification and suppress pore formation. These strategies are individually effective, but when applied complementarily, they lead to far greater improvements.