질화 알루미늄(AlN) 방열판의 응용 분야

일반적인 AlN 세라믹 방열판 유형에는 아래 그림과 같이 AlN 세라믹 방사형 방열판(AlN 원형 핀 방열판)과 플레이트 핀 AlN 방열판(AlN 세라믹 판형 방열판)이 있습니다. 효과적인 열 방출로 전력 전자 장치, 자동차 시스템, 태양광 에너지 및 LED 기술에 사용하기에 적합합니다.

AlN 세라믹 방열판의 성능 특성 - 효과적인 열 관리 기능

• 높은 열전도율로 활성 부품의 빠른 열 전달 가능
• 고전압 애플리케이션에 적합한 전기 절연성
• 최대 900°C의 내산화성
• 화학적 부식 및 습기에 대한 내성
• 알루미늄보다 약 30% 더 가벼운 낮은 밀도
• 환경적으로 안전하고 친환경 제조 표준을 준수합니다.

이러한 특성으로 인해 AlN 세라믹은 높은 전력과 신뢰성이 요구되는 전자 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다.

AlN 세라믹 방열판이 주로 사용되는 곳？

1. 전력 전자 및 IGBT 모듈

전력 전자장치는 고속철도 시스템, 전기 자동차, 풍력 터빈, 5G 기지국의 핵심 부품인 IGBT 모듈에 의존합니다.

이러한 모듈은 높은 출력 전력과 상당한 열 발생을 고려할 때 열 부하를 효율적으로 관리할 수 있는 소재가 필요합니다. 높은 열전도율과 실리콘 칩에 근접한 열팽창 계수를 가진 AlN 세라믹 기판은 열 스트레스를 최소화하고 전력 모듈의 신뢰성과 수명을 향상시킵니다.

일반적인 애플리케이션은 다음과 같습니다:

• 철도 운송의 견인 시스템
• 산업용 모터 드라이브 및 전기 모빌리티 솔루션
• 고전압 직류(HVDC) 전송
• 무정전 전원 공급 장치(UPS)
• 태양광 및 풍력 인버터와 같은 재생 에너지 변환기

2. LED 패키징 및 조명 시스템

LED 기술이 더 높은 전력 밀도를 향해 발전함에 따라 효과적인 열 관리가 더욱 중요해졌습니다. AlN 세라믹 기판은 높은 열 전도성, 열 안정성, 낮은 팽창률, 전기 절연성 등 필요한 조합을 제공합니다.

플립칩, 유텍 본딩, 칩 온 보드(COB), 칩 스케일 패키징(CSP), 웨이퍼 레벨 패키징(WLP)과 같은 중-고출력 LED 패키지에 널리 사용됩니다.

효율적인 냉각은 발광 효율을 유지하고 LED의 작동 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 접합부 온도를 10°C 낮추면 LED의 수명을 두 배로 늘릴 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

3. 태양광 모듈 및 집광형 태양광 발전 시스템

집광형 태양광(CPV/HCPV) 애플리케이션에서는 태양 복사가 소형 고효율 태양 전지에 집중되어 국부 온도가 상당히 상승합니다.

적절한 방열 전략이 없다면 이러한 셀의 성능과 내구성은 급격히 저하될 것입니다.

칩과 방열판 사이에 열 인터페이스 재료(TIM)로 배치된 AlN 세라믹 기판은 효율적인 열 전달을 촉진하여 시스템 효율성과 장기적인 안정성을 향상시킵니다.

4. 마이크로 일렉트로닉스 및 광전자 장치

기존의 전력 애플리케이션 외에도 AlN 세라믹은 반도체 처리 장비와 광전자 장치 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다:

• 방열판
• 열 스프레더
• 척
• 링 클램프
• 회로 기판
• 절연 레이어
• 정전기 척
• 레이저 열 관리 모듈
• 마이크로파 패키지 시스템

고온 및 고주파 작동 조건에서 안정적인 성능을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

AlN 세라믹 방열판의 제품 형태

특정 애플리케이션의 요구 사항에 따라 AlN 세라믹은 다음과 같은 다양한 형태와 구성으로 제공됩니다:

• 고전력 시스템용 방열판
• 금속 용해용 도가니
• AlN 세라믹 로드 및 히터
• 맞춤형 세라믹 기판
• 반도체 제조용 부품
• 정전기 척 및 열판

고급 CNC 장비를 통해 프로펠러 형상과 같이 더 복잡하고 정밀한 AlN 부품을 가공할 수 있어 적용 범위가 크게 확대되었습니다.

질화 알루미늄 세라믹의 주요 과제는 무엇이며 연구는 어디로 향하고 있을까요?

실제로 AlN 세라믹은 결정 결함, 불순물, 입자 크기 문제 및 산소 오염으로 인해 이론에서 제시하는 것처럼 열을 잘 전도하지 못합니다.

또한 제조에 사용하는 표준 테이프 주조 공정에는 슬러리의 유기 첨가제가 적절한 밀도화를 방해하고 입자 정렬을 엉망으로 만들어 재료의 성능을 저하시키는 단점이 있습니다.