질화 알루미늄 세라믹의 열 전도성 및 방열 특성은 무엇인가요?

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1, 질화 알루미늄 세라믹의 열전도 특성
질화알루미늄 세라믹(AlN)은 뛰어난 열전도율로 인해 많은 주목을 받고 있습니다. 이론적 열전도율은 320W/(m - K)에 달하지만, 실제 상용 제품의 열전도율은 일반적으로 170W/(m - K)에서 260W/(m - K) 사이입니다. 이러한 높은 열전도율은 주로 독특한 결정 구조와 낮은 원자 질량으로 인해 열을 효율적으로 전도할 수 있기 때문입니다.

다른 일반적인 세라믹 재료와 비교할 때 질화 알루미늄 세라믹의 열전도도는 산화 알루미늄 세라믹(Al ₂ O3, 열전도도가 약 20~30W/(m - K)) 및 실리콘 질화물 세라믹(Si ∝ N ₄, 열전도도가 일반적으로 150W/(m - K) 미만)보다 훨씬 높습니다. 또한 질화 알루미늄 세라믹의 열전도도는 특히 200℃ 이상에서 온도에 영향을 덜 받으며, 베릴륨 산화물(BeO)과 같은 소재보다 열전도도 안정성이 더 우수합니다.

2, 열전도율에 영향을 미치는 요인
질화 알루미늄 세라믹은 이론적으로 열전도율이 높지만 실제 제품의 열전도율은 다양한 요인에 의해 제한되는 경우가 많습니다:

1. 산소 함량: 질화 알루미늄은 산소에 대한 친화력이 강하고 소결 중에 산소 불순물이 AlN 격자로 쉽게 확산되어 알루미늄 공극을 형성하고 격자 결함을 유발하여 열전도율을 크게 감소시킬 수 있습니다.
2. 밀도: 재료의 밀도가 높을수록 열전도율이 높아집니다. 소결 공정과 소결 첨가제의 선택은 질화 알루미늄 세라믹의 밀도와 열전도율에 큰 영향을 미칩니다.
3. 분말 순도: 고순도 질화 알루미늄 분말(산소 함량 1% 미만)은 고열 전도성 세라믹을 제조하는 데 있어 핵심입니다. 분말의 입자 크기와 미세 구조도 최종 제품의 열전도율에 영향을 미칩니다.
4. 미세 구조: 입자 크기, 입자 경계의 수 및 분포와 같은 미세 구조 요인도 열전도율에 영향을 미칠 수 있습니다.

3, 방열 성능
질화 알루미늄 세라믹의 높은 열전도율은 고온 영역에서 저온 영역으로 열을 빠르게 전달하여 전자 기기의 작동 온도를 효과적으로 낮출 수 있기 때문에 방열 분야에 탁월합니다. 주요 방열 성능 특성은 다음과 같습니다:

1. 낮은 열팽창 계수: 질화 알루미늄 세라믹의 열팽창 계수는 3.2 × 10 -⁶/℃ ~ 4.6 × 10 -⁶/℃로 실리콘 칩(3.0 × 10 -⁶/℃) 및 갈륨 비소(5.8 × 10 -⁶/℃) 등 반도체 소재와 호환성이 높아 열 응력으로 인한 계면 균열을 효과적으로 줄여줍니다.
2. 높은 온도 안정성: 질화 알루미늄 세라믹은 고온 환경(400℃ 열충격 테스트 및 1000℃ 호기성 환경 등)에서도 구조적 무결성을 유지할 수 있어 잦은 열 순환이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
3. 단열 성능: 질화 알루미늄 세라믹은 상온 저항률이 10 ¹⁶Ω- m 이상으로 전기 절연 특성이 우수하며 전자 장치의 절연 기판으로 사용할 수 있습니다.

4, 응용 분야
질화 알루미늄 세라믹의 높은 열전도율과 뛰어난 방열 성능 덕분에 여러 첨단 기술 분야에서 널리 사용되고 있습니다:

1. 전자 산업: 질화 알루미늄 세라믹 기판은 고전력 집적 회로, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 및 기타 전력 장치를 패키징하는 데 사용할 수 있어 칩 접합 온도를 크게 낮추고 장치 신뢰성과 수명을 개선할 수 있습니다.
2. 반도체 산업: 질화 알루미늄 세라믹은 반도체 패키징 기판 제조에 사용할 수 있으며, 열팽창 계수가 실리콘 소재와 잘 맞아 열 스트레스를 줄일 수 있습니다.
3. 항공우주: 질화 알루미늄 세라믹의 높은 내열성과 높은 열전도율은 항공 우주 분야의 고온 전자 장치의 방열에 적합합니다.
4. 자동차 전자 제품: 전기 자동차의 배터리 관리 시스템(BMS)에서 질화 알루미늄 세라믹 방열판은 배터리 열을 효과적으로 관리하고 다양한 작업 조건에서 배터리의 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다.

질화 알루미늄 세라믹 는 열전도율과 방열 성능이 뛰어나 현대 전자 및 반도체 산업에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있으며, 앞으로 더 많은 첨단 기술 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

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