세 가지 일반적인 세라믹 기판의 비교

세라믹 기판은 우수한 기계적, 열적, 전기적 특성으로 인해 다양한 고성능 애플리케이션에 널리 사용되고 있습니다. 그 중에서도 질화알루미늄(AlN), 96% 알루미나(Al₂O₃), 실리콘 질화물(Si₃N₄) 세라믹 기판은 전자, 항공우주 및 전력 장치에서 가장 일반적으로 사용되는 소재입니다. 이 문서에서는 각 세라믹 기판의 성능, 특성 및 응용 분야를 종합적으로 비교하여 엔지니어와 설계자가 필요에 맞는 세라믹 기판을 선택할 수 있도록 도와줍니다.

세라믹 기판 및 세라믹 시트

기계적 특성 비교

세라믹 기판은 다양한 환경에서 기계적 응력을 견뎌야 하므로 굴곡 강도, 경도 및 파단 인성이 중요한 요소입니다.

속성 질화 알루미늄(AlN) 96% 알루미나(Al₂O₃) 질화규소(Si₃N₄)
굴곡 강도(MPa) 350 350 800 (우수)
경도(HV) 1150 1600 (가장 어려움) 1500
골절 인성(MPa-m¹/²) 4.0 3.2 7.0 (내충격성에 가장 적합)
  • 기계적 강도에 가장 적합합니다: 질화규소 세라믹 기판은 파단 인성과 굴곡 강도가 우수하여 고응력 환경에 이상적입니다.

열적 특성 비교

열 전도성과 팽창은 전자 애플리케이션의 열 방출과 열 안정성을 위해 매우 중요합니다.

속성 질화 알루미늄(AlN) 96% 알루미나(Al₂O₃) 질화규소(Si₃N₄)
열 전도성(W/m-K) 170 (우수) 22 25
열팽창(×10-⁶/K) 5.0 7.0 3.0 (최저)
최대 작동 온도(℃) 1000 1500(최고) 1200
  • 열 방출에 가장 적합합니다: 질화 알루미늄 세라믹 기판은 열전도율이 가장 높기 때문에 전력 전자 제품 및 LED 애플리케이션에 이상적입니다.

전기적 특성 비교

전기 절연 및 유전체 특성은 회로 기판과 반도체 부품의 성능에 영향을 미칩니다.

속성 질화 알루미늄(AlN) 96% 알루미나(Al₂O₃) 질화규소(Si₃N₄)
유전체 상수 8.8 9.5 8.2
유전체 손실(×10-³) 2.0 3.0 1.5 (최저)
체적 저항(Ω-cm) 10¹³ 10¹⁴ (최고의 단열) 10¹²
  • 전기 절연에 가장 적합합니다: 96% 알루미나 세라믹 기판은 가장 높은 체적 저항을 제공하므로 고전압 애플리케이션에 이상적입니다.

주요 성능 비교

아래는 세 가지 세라믹 기판의 주요 특성을 비교한 도표로, 각 성능의 차이를 빠르게 확인할 수 있습니다.

세라믹 소재 비교

세라믹 기판의 응용 분야

각 세라믹 기판은 그 특성에 따라 다양한 산업 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다:

질화 알루미늄(AlN) 세라믹 기판

  • 최적 대상: 고전력 전자 제품, LED 및 열 관리 시스템

  • 애플리케이션 전력 모듈, 반도체 패키징, 마이크로파 회로

  • 왜? 높은 열전도율과 우수한 전기 절연성

96% 알루미나(Al₂O₃) 세라믹 기판

  • 최적 대상: 범용 전자 회로 및 절연 재료

  • 애플리케이션: PCB 기판, 센서 부품, 절연체

  • 왜? 뛰어난 전기 절연성, 높은 내화학성

질화 규소(Si₃N₄) 세라믹 기판

  • 최적 대상: 기계적 강도가 요구되는 극한 환경

  • 애플리케이션 항공 우주, 자동차 엔진 부품, 고온 전자 제품

  • 왜? 우수한 골절 인성, 높은 열충격 저항성

세라믹 기판의 주요 용도 비교

적용 분야 질화 알루미늄(AlN) 96% 알루미나(Al₂O₃) 질화규소(Si₃N₄)
전력 전자 모듈 ⭐⭐⭐⭐⭐ (높은 열전도율로 인해 우수) ⭐⭐ (열 전도성 불량) ⭐⭐⭐⭐(더 나은, 충격에 강한)
LED 패키징 기판 ⭐⭐⭐⭐⭐ (높은 열 전도성) ⭐⭐ (열 전도성 불량) ⭐⭐⭐ (우수한 내충격성)
RF/마이크로파 기판 ⭐⭐⭐⭐⭐(낮은 유전체 손실) ⭐⭐⭐ (일반 신청) ⭐⭐⭐⭐ (높은 신뢰성)
IC 패키징 기판 ⭐⭐⭐⭐⭐(열팽창 매칭 실리콘) ⭐⭐ (열팽창 불일치) ⭐⭐⭐⭐ (높은 신뢰성)
항공우주 ⭐⭐⭐⭐ (고성능 애플리케이션) ⭐⭐⭐ (일반적으로 내열성) ⭐⭐⭐⭐⭐(내충격성, 고온 내성)
자동차 전자 제품 ⭐⭐⭐⭐(고방열, 일부 애플리케이션) ⭐⭐⭐ (저렴한 비용, 일반) ⭐⭐⭐⭐⭐(내충격성, 고온 내성)
산업용 가열 기판 ⭐⭐⭐⭐(고온 내성) ⭐⭐⭐⭐⭐(고온 내성, 저비용) ⭐⭐⭐⭐⭐(매우 높은 내열성)

결론: 어떤 세라믹 기판을 선택해야 할까요?

  • 방열 및 고전력 전자 제품용 → 질화 알루미늄 세라믹 기판

  • 높은 전기 절연성 및 일반용 → 96% 알루미나 세라믹 기판

  • 극한의 기계적 스트레스 및 열악한 환경용 → 질화규소 세라믹 기판

엔지니어와 제조업체는 AlN, Al₂O₃, Si₃N₄ 세라믹 기판 간의 성능 차이를 이해함으로써 향상된 성능과 수명을 위해 재료 선택을 최적화할 수 있습니다.

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