AI반도체 발열 잡는다…유연한 액체금속 방열 신소재 개발

2026.06.30.

생체적합형 방열 복합소재 유연성 테스트. 생기원 제공
인공지능(AI) 반도체, 바이오칩 등 첨단 전자기기의 크기가 줄고 성능이 좋아질수록 발열 제어 기술의 중요성이 높아진다. 국내 연구팀이 전기는 차단하면서도 열을 고르게 방출할 수 있는 방열 신소재를 개발했다.

한국생산기술연구원은 김시형 섬유솔루션부문 수석연구원, 임태환 강원대 교수, 김정한 동아대 교수 공동연구팀이 '생체적합형 방열 복합소재'를 개발했다고 30일 밝혔다. 연구결과는 6월 3일(현지시간) 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 공개됐다.

방열 소재는 주로 금속이나 세라믹 등 열전도가 뛰어난 입자를 첨가해 발생한 열이 빠르게 빠져나가도록 유도하는 것이 핵심이다. 열전도 입자 함량을 높일수록 소재가 경직되고 금속 입자끼리 접촉해 전기가 흐르며 전자기기 작동에 문제를 일으킬 수 있다.

연구팀은 액체금속을 활용해 방열 소재의 유연성과 방열 성능을 극대화했다. 전기전도성과 신축성이 우수한 갈륨(Ga) 기반 액체금속을 미세한 구형 입자 형태로 제작해 방열 소재에 첨가한 것이 핵심 아이디어다. 액체금속은 상온 근처에서 액체 상태로 존재하는 금속이나 합금을 말한다.

구형 액체금속 입자는 단단한 세라믹 입자와 달리 부드러운 물성을 유지하면서도 열을 전 방향에 고르게 전달한다. 전기가 잘 통하지 않는 소재인 에폭시를 액체금속 입자 표면에 얇게 코팅해 개별 입자마다 절연막을 만들었다. 금속 입자가 맞닿아 전기가 흐르는 현상은 차단하면서 열은 잘 전달되도록 설계한 것이다.

열전달 및 전기 차단 성능 특성이 균형을 이루는 최적의 액체금속 함량은 60%로 도출됐다. 액체금속 함량을 60%로 설계한 신소재 '엘피이60(LPE60)' 성능평가 결과 상용 제품인 방열 에폭시보다 발광다이오드(LED) 칩 표면 온도를 19.1℃ 낮게 유지했고 전기절연 기준도 여유 있게 충족했다.

72시간 피부 세포 노출 실험에서는 세포 생존율 100%를 유지해 생체 적합성도 확인됐다. 원래 길이보다 20% 늘리는 반복 변형, 굽힘·가열 시험 후에도 물성과 방열 성능이 유지됐다.

임태환 교수는 "액체금속의 높은 열전도 특성을 살리면서도 입자 사이 나노 절연 구조를 통해 전기적 안정성을 확보했다"며 "개발된 소재를 열관리와 생체적합성이 모두 필요한 분야에 적용하는 후속 검증을 이어갈 계획"이라고 밝혔다.

김시형 수석연구원은 "차세대 AI 반도체와 웨어러블․이식형 바이오칩 분야는 특히 열을 효과적으로 제어하면서 얇고 유연한 구조에 적용할 수 있는 소재가 필요하다"며 "연구성과가 고집적 반도체 패키징과 생체전자기기 분야의 열관리 소재 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.cej.2026.177400

왼쪽부터 임태환 강원대 교수(교신저자), 이윤수 강원대 자체인턴(제1저자), 오상근 강원대 학생(공저자), 김시형 한국생산기술연구원 수석연구원(교신저자), 김정한 동아대 교수(교신저자). 생기원 제공
이병구 기자 2bottle9@donga.com
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