질화 알루미늄 세라믹의 응용 분야는 무엇입니까?
질화 알루미늄(AlN) 세라믹 은 매우 뛰어난 종합적인 성능을 갖춘 새로운 첨단 세라믹 소재입니다. 기존의 일상적으로 사용되는 세라믹이 아닌 특수 공정을 통해 제조된 첨단 소재로 세라믹 소재 분야의 '왕관'으로 불립니다. 세라믹의 핵심 장점은 매우 높은 열전도율, 실리콘과 일치하는 우수한 열팽창 계수, 우수한 전기 절연성, 신뢰할 수 있는 고온 안정성 및 화학적 불활성성입니다. 이러한 특성 덕분에 현대 하이테크 산업의 열 관리, 패키징, 내식성과 같은 주요 문제를 해결하는 데 이상적인 소재입니다.
1、 전자 산업 및 반도체 분야: 열 관리를 위한 궁극의 솔루션
이것은 질화 알루미늄 세라믹의 가장 크고 중요한 응용 분야입니다. 칩의 전력과 통합이 증가함에 따라 열 방출은 전자 기기의 성능, 신뢰성 및 수명을 제한하는 병목 현상이 되었습니다. 질화 알루미늄 세라믹은 이 핵심 문제를 해결할 수 있는 핵심 소재입니다.
1.1 대규모 집적 회로(IC) 패키징 및 방열 기판
솔루션: 기존의 알루미늄 산화물(Al ₂ O ∝) 기판은 열전도율이 낮아(약 20~30W/mK) CPU, GPU, FPGA, IGBT와 같은 고전력 칩의 방열 요구 사항을 충족하지 못해 접합부 온도가 높아지고 성능이 저하되며 심지어 소손될 수 있습니다.
적용 분야: 질화 알루미늄 세라믹의 열전도율은 170-230W/mK로 산화 알루미늄의 7-10배에 달합니다. 칩에서 발생하는 열을 방열판으로 빠르게 전도하여 칩의 작동 접합 온도를 크게 낮출 수 있습니다. 주로 사용됩니다:
세라믹 패키징 기판: 칩의 캐리어 및 방열 경로로서 박막 또는 후막 공정을 통해 회로가 만들어집니다.
열 패드: 칩과 방열판 사이에 채워져 열 그리스를 대체하여 보다 안정적이고 효율적인 열 채널을 제공합니다.
1.2 반도체 장비의 주요 구성 요소
문제 해결: 에칭 및 CVD와 같은 반도체 제조 공정은 부식성 가스 및 플라즈마 환경에서 수행되어야 하는 캐비티 내부 부품의 내식성, 순도 및 플라즈마 내식성에 대한 매우 높은 요구 사항을 필요로 합니다. 동시에 이 공정은 온도 제어에 있어 엄격한 정밀도가 요구됩니다.
적용 분야: 질화 알루미늄의 고온 저항성, 내식성, 고순도 및 우수한 열 전도성을 제조에 활용합니다:
ESC(정전기 척): 정전기 흡입력을 이용해 실리콘 웨이퍼를 고정하고 내부 냉각 채널을 통해 웨이퍼 온도(-60°C~150°C)를 정밀하게 제어합니다. 리소그래피, 에칭 및 기타 장비의 핵심 구성 요소입니다.
히터: CVD 및 기타 장비에 사용되는 기본 가열판으로, 균일하고 안정적인 고온 환경을 제공합니다.
챔버 라이너: 플라즈마 및 부식성 가스로부터 금속 챔버를 보호하고, 금속 오염을 줄이며, 장비 수명을 연장합니다.
1.3 마이크로파 진공 전자 장치
문제 해결: 이동파 튜브 및 클라이스트론과 같은 고출력 마이크로파 장치는 고주파에서 안정적인 신호 전송을 유지하면서 작동 중에 많은 양의 열을 발생시킵니다. 포장재는 매우 높은 열전도율과 낮은 유전율 및 손실을 모두 갖춰야 합니다.
응용 분야: 질화 알루미늄 세라믹은 이러한 요구 사항을 완벽하게 충족하며 에너지 창(RF 창), 지지봉 및 패키지로 사용되어 고전력에서 장치의 안정적인 작동과 긴 수명을 보장합니다.
2, 광전자 및 LED 분야: 고출력 밀도 조명의 초석
문제 해결: 고출력 LED 칩의 발광 효율과 수명은 작동 온도에 따라 크게 달라집니다. 온도가 10°C 상승할 때마다 수명이 절반으로 줄어들 수 있습니다. 기존의 금속 기판과 플라스틱 패키징은 열을 효과적으로 방출할 수 없어 LED의 밝기 향상과 미니/마이크로 LED 기술 개발에 한계가 있습니다.
적용 분야: 질화 알루미늄 세라믹 기판은 절연성과 높은 열전도율 특성으로 인해 하이엔드 COB(칩 온 보드) 통합 패키징 및 고전력 LED 장치에 선호되는 기판 재료가 되었습니다. 가능합니다:
열을 빠르게 방출하여 LED가 더 높은 전류에서 작동하고 더 높은 밝기를 달성할 수 있습니다.
회로 안전을 보장하기 위해 뛰어난 절연 보호 기능을 제공합니다.
선팽창 계수를 칩과 일치시키면 열 스트레스가 줄어들고 패키징 신뢰성이 향상됩니다.
3, 전력 전자 및 신에너지 차량 분야: 에너지 변환을 위한 "라디에이터"
문제 해결 IGBT 및 SiC(실리콘 카바이드) 고전력 모듈은 신에너지 자동차의 전기 구동 시스템, 온보드 충전기(OBC), DC-DC 컨버터(DC-DC)에 널리 사용됩니다. 이러한 모듈은 스위칭 주파수가 높고 손실이 크며 열 발생이 매우 심합니다. 열 방출이 원활하지 않으면 차량의 전반적인 성능과 주행 거리에 직접적인 영향을 미칩니다.
적용 분야: 질화 알루미늄 세라믹은 구리로 직접 코팅된 DCB(직접 구리 본딩) 기판의 세라믹 절연 층으로 사용되어 전력 모듈의 핵심 구성 요소가 됩니다. 그것은 역할을 했습니다:
전기 절연: 전위가 높은 칩을 금속 기판에서 분리합니다.
효율적인 열 전도성: 칩의 열을 냉각 시스템(수냉식 또는 공냉식)으로 빠르게 전달합니다.
전류 전달: 표면의 구리 층은 정밀 회로를 에칭하고 높은 전류를 전달할 수 있습니다.
질화 알루미늄 DBC 기판을 사용하는 모듈은 더 높은 전력 밀도, 더 작은 크기, 더 강력한 신뢰성을 갖추고 있어 향후 800V 고전압 플랫폼 및 SiC 기술에 이상적인 소재입니다.
4、 항공우주 및 방위 분야: 극한 환경을 위한 신뢰할 수 있는 선택
문제 해결: 우주선, 미사일, 레이더 및 기타 장비의 전자 시스템은 고온, 고습, 심한 진동, 강한 방사선과 같은 극한 조건에서 안정적으로 작동해야 하며 재료의 종합적인 성능에 대한 요구 사항이 매우 까다롭습니다.
애플리케이션 표현:
레이더 T/R 모듈: 위상 배열 레이더의 송수신 모듈을 패키징하는 데 사용되며 열 방출 및 보호 기능을 제공합니다.
미사일 유도 시스템: 전자기기의 기판이자 외피로서 고속 비행 시 발생하는 공기역학적 열과 진동을 견딜 수 있습니다.
항공우주 센서: 높은 온도 안정성을 활용하여 고온 압력 및 온도 센서 하우징을 제작합니다.
5, 기타 산업 분야
야금 산업: 알루미늄, 구리, 은 등과 같은 금속을 녹이기 위한 도가니 및 보호관으로 사용됩니다. 젖지 않고 부식에 강한 특성으로 인해 고순도 금속을 얻을 수 있습니다.
열처리 산업: 베어링 플레이트, 푸시 플레이트, 가이드 레일 등의 소결 및 열처리 소재로 고온, 열충격에 강하고 다른 소재보다 수명이 훨씬 길다.
부식성 환경: 화학 펌프 및 밸브의 씰 및 부품 제조에 사용되며 산과 알칼리 등의 매질에 의한 부식에 강합니다.
질화 알루미늄 세라믹은 핵심 전략 첨단 소재로서 그 응용을 통해 반도체, 5G 통신, 신에너지 자동차, 인공지능 등 첨단 기술 분야의 발전을 직접적으로 촉진해 왔습니다. 이러한 산업에서 방열 및 신뢰성에 대한 요구 사항이 점점 더 엄격해짐에 따라 질화 알루미늄 세라믹의 적용 폭과 깊이는 계속해서 확대되어 고급 제조에 없어서는 안 될 초석 재료가 될 것입니다.
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