질화 알루미늄(AlN) 세라믹

질화알루미늄(AlN) 세라믹스는 전력 전자기기, 반도체 소자 및 열 관리 시스템에 널리 사용되는 첨단 기술 세라믹 소재입니다. 높은 열전도도, 우수한 전기 절연성 및 일치하는 열팽창 계수를 독특하게 결합한 질화알루미늄 세라믹스는 효율적인 열 방출과 전기적 신뢰성이 중요한 응용 분야에 이상적인 솔루션입니다.

Great Ceramic는 유럽 산업 전반의 까다로운 엔지니어링 요구 사항을 충족시키기 위해 고품질 질화알루미늄 세라믹 소재를 공급하고 정밀 가공 서비스를 제공합니다.

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질화 알루미늄 세라믹이란 무엇인가?

질화알루미늄 세라믹은 주로 알루미늄과 질소로 구성된 공유 결합 화합물 세라믹입니다. 육각형 결정 구조를 특징으로 하여 포논 전달 효율이 높아, 기존 산화물 세라믹에 비해 현저히 높은 열전도도를 보입니다.

베릴륨 산화물(BeO)과 달리 알루미늄 질화물 세라믹스는 동등한 열 성능을 제공한다 독성 우려 없이, 이를 통해 현대적인 전자 및 산업 환경에 더 안전하고 적합하게 만듭니다.

질화 알루미늄 세라믹의 등급

Great Ceramic에서는 다양한 엔지니어링 요구 사항을 충족하기 위해 여러 등급의 질화알루미늄 세라믹을 제공합니다:

AlN-170(표준)

질화 알루미늄 세라믹(AlN-170)

표준 등급의 질화 알루미늄(AlN) 세라믹은 높은 열전도율과 우수한 전기 절연 특성을 결합한 고급 세라믹 소재입니다. 열팽창 계수가 낮고 내열성이 높으면서도 기계적 강도가 우수하여 전자 패키징 및 열 관리의 핵심 소재로 사용됩니다. 표준 등급의 AlN 세라믹은 성능과 비용 사이에서 균형을 이루며 산업용 전자제품 및 전력 장치의 열 관리 시스템에 널리 사용됩니다.

주요 기능

높은 열전도율: 열전도율은 일반적으로 150-180W/(m-K)로 알루미나 세라믹보다 훨씬 높아 전자 부품의 열을 빠르게 방출할 수 있습니다.
뛰어난 전기 절연성: 높은 체적 저항률(>10¹² Ω-cm)과 유전체 강도는 고전압 환경에서 안정적인 절연을 제공합니다.
낮은 열팽창 계수: 열팽창 계수가 실리콘 칩(약 4.5×10-⁶/K)에 근접하여 열 스트레스를 효과적으로 줄이고 디바이스 수명을 향상시킵니다.
기계적 강도가 우수합니다: 굴곡 강도는 300-400 MPa 범위로 적당한 기계적 충격과 가공 스트레스를 견딜 수 있습니다.
고온 및 화학적 안정성: 산화 환경에서 최대 약 800-1000°C까지 안정적으로 작동하고 불활성 또는 진공 환경에서는 더 높은 온도에서도 안정적으로 작동합니다. 대부분의 용융 금속 및 화학 매체에 안정적입니다.

일반적인 애플리케이션

전력 반도체 방열판 기판(IGBT, MOSFET 모듈)
마이크로파 및 RF 포장재
레이저 다이오드(LD) 및 LED 방열판
고열 부하 전자 기기용 절연 캐리어 보드
센서 및 광전자 디바이스 기판

생산 및 가공

표준 등급 질화 알루미늄 세라믹은 일반적으로 소결 보조제 열간 프레스(HP) 공정을 사용하여 고순도 질화 알루미늄 분말로 생산됩니다. 비용을 절감하고 안정적인 성능을 유지하기 위해 표준 등급 AlN 세라믹은 소결 밀도를 높이기 위해 소결 보조제(예: 산화 이트륨)를 제형에 통합합니다. 다이아몬드 공구는 일반적으로 기판 치수 정확도와 표면 품질을 보장하기 위해 정밀 절삭, 연삭 및 연마에 사용됩니다.

AlN-200(업그레이드)

AlN-200 업그레이드된 질화 알루미늄

AlN-200 등급 질화 알루미늄 세라믹은 높은 열전도율과 전기 절연 특성을 가진 고급 세라믹 소재입니다. 열전도율이 200W/(m-K) 이상에 달해 질화 알루미늄 세라믹 성능 스펙트럼에서 최상위권에 속합니다. 고전력 전자제품, 광전자 및 극한의 열 관리가 필요한 장치를 위해 특별히 설계된 이 소재는 구리에 근접하는 열전도율을 제공하면서도 우수한 기계적 특성을 유지하며 알루미나 세라믹과 비교할 수 없는 낮은 열팽창 특성을 제공합니다.

주요 기능

매우 높은 열 전도성: 200W/(m-K) 이상의 열전도율로 표준 등급 AlN의 약 1.3배에 달해 전력 디바이스의 방열 효율을 크게 향상시킵니다.
전기 절연성이 뛰어납니다: 10¹²Ω-cm 이상의 체적 저항률과 높은 유전체 강도로 고전압, 고전력 환경에서 사용하기에 적합합니다.
낮은 열팽창 계수: 약 4.5×10-⁶/K의 CTE, 실리콘(Si) 칩과 일치하여 열 스트레스를 효과적으로 줄이고 패키지 수명을 연장합니다.
뛰어난 기계적 강도: 굴곡 강도는 일반적으로 350~450 MPa로 고정밀 구조 부품의 강도 요구 사항을 충족합니다.
고온 안정성 및 화학적 불활성: 불활성 대기에서 1000°C가 넘는 온도에서 장기간 작동해도 견딜 수 있으며 대부분의 금속 및 반도체와 반응하지 않습니다.

일반적인 애플리케이션

고열 부하 전력 반도체 모듈(IGBT, MOSFET, SiC, GaN 등)
레이저 다이오드(LD) 및 고출력 LED 패키지 기판
마이크로파(RF) 및 밀리미터파 통신 장비 방열판 기판
항공우주 및 군용 전자제품을 위한 열 관리 부품
고정밀 센서 및 광전자 모듈 기판

생산 및 처리

AlN-200 세라믹은 일반적으로 고순도 질화 알루미늄 분말을 사용합니다. 최적화된 배합과 고온 무압 소결 또는 고온 등방성 프레싱(HIP)을 통해 초고밀도 및 열전도율을 달성합니다. 제조 과정에서 산소 함량은 입자 간 열 전달을 극대화하기 위해 엄격하게 제어됩니다(일반적으로 <0.5 wt%). 완성된 기판은 후속 납땜 및 전자 패키징을 용이하게 하기 위해 정밀 연마, 연마, 금속화(Mo/Mn 또는 Ti/Cu 도금 등)를 거치는 경우가 많습니다.

AlN-230(울트라)

AlN-230 울트라 질화 알루미늄 세라믹

AlN-230 등급 질화 알루미늄 세라믹은 열전도율이 매우 높은(≥230W/(m-K)) 첨단 기술 세라믹 소재로, 질화 알루미늄 제품군 중 최고 성능 등급을 나타냅니다. 뛰어난 전기 절연성을 유지하면서도 일부 금속과 비슷하거나 그 이상의 열전도율을 달성하여 극한의 열 방출 및 고전력 전자 패키징이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.

표준 등급(150-180W/(m-K)) 및 고급 등급(200W/(m-K))에 비해 AlN에 비해 AlN-230은 향상된 열 관리 성능을 제공하여 디바이스 접합부 온도를 크게 낮추고 디바이스 수명을 연장하며 더 높은 전력 밀도 설계를 가능하게 합니다.

주요 기능

뛰어난 열 전도성: 230W/(m-K) 이상의 열전도율을 가진 AlN 세라믹은 대량 생산되는 모든 AlN 세라믹 중 최고 수준의 열전도율을 제공하여 초고전력 방열에 적합합니다.
뛰어난 전기 절연성: 10¹²Ω-cm 이상의 체적 저항과 높은 유전체 강도로 고전압 환경에서도 안전하고 안정적인 작동을 보장합니다.
낮은 열팽창 계수: CTE 약 4.5×10-⁶/K, 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 칩과 호환성이 높아 열 스트레스를 효과적으로 줄여줍니다.
뛰어난 기계적 특성: 굴곡 강도가 350-450 MPa에 달해 높은 기계적 응력을 견디면서 정밀 가공이 가능합니다.
고온 안정성 및 화학적 불활성: 불활성 대기 또는 진공 상태에서 1000°C 이상의 온도에서 장기간 작동해도 견딜 수 있으며 용융 금속 및 대부분의 화학 매질에 안정적입니다.

일반적인 애플리케이션

초고전력 반도체 모듈용 방열 기판(SiC MOSFET, GaN HEMT, IGBT 등)
고출력 레이저(LD) 및 고휘도 LED 패키지
레이더 및 밀리미터파 통신 모듈용 고주파, 저손실 기판
항공 우주 및 군용 전자 제품을 위한 고전력 열 관리 부품
고성능 광전자 장치 및 정밀 센서용 기판

생산 및 처리

AlN-230 등급 세라믹은 산소 함량이 엄격하게 제어된 초고순도 질화 알루미늄 분말(일반적으로 ≤0.3 wt%)로 만들어집니다. 최적화된 소결 첨가제 시스템과 고온 무압 소결 또는 열간 등방성 프레스(HIP) 공정을 사용하여 제조됩니다. 고밀도 미세 구조와 매우 낮은 입자 경계 열 저항이 매우 높은 열전도율에 기여합니다.

완성된 기판은 두께 공차와 표면 평탄도를 보장하기 위해 양면을 정밀 연마하고 광택 처리합니다. 전자 패키징의 납땜 요건을 충족하기 위해 금속화 처리(예: Ti/Cu 또는 Mo/Mn 도금)도 가능합니다.

BN+AlN(복합)

BN+알엔(복합) 세라믹

BN+AlN 복합 세라믹은 육방정 질화 붕소(h-BN)와 질화 알루미늄(AlN)을 특정 비율로 결합하여 만든 첨단 세라믹 소재입니다. 높은 열전도율, 전기 절연성, 우수한 가공성을 겸비한 소재입니다.

이 소재는 높은 열전도율, 높은 단열성, 낮은 열팽창성을 가진 AlN과 저밀도, 우수한 윤활성, 쉬운 기계 가공성을 가진 BN의 장점을 결합한 소재입니다. 효율적인 열 관리, 경량 구조, 복잡한 제작이 필요한 전자 및 산업용 애플리케이션에 이상적입니다.

재료 특성

높은 열전도율과 낮은 열팽창: 복합 세라믹은 일반적으로 60-170W/(m-K)의 열전도율(BN 함량에 따라 다름)을 가지며 열팽창 계수는 Si 및 SiC 칩의 열팽창 계수와 잘 일치합니다.
뛰어난 전기 절연성: 체적 저항은 10¹² Ω-cm 이상에 달할 수 있어 AlN 고유의 높은 절연 특성을 유지합니다.
우수한 가공성: BN을 추가하면 세라믹의 가공성이 크게 향상되어 기존의 초경 공구 또는 정밀 CNC 가공을 사용하여 복잡한 구조를 구현할 수 있습니다.
경량 구조: BN의 저밀도(~2.25g/cm³)로 인해 복합 소재의 전체 밀도가 순수 AlN(~3.3g/cm³)보다 낮아 무게에 민감한 애플리케이션에 적합합니다.
고온 저항성 및 화학적 불활성: 불활성 대기에서 900°C 이상에서도 안정적으로 작동하며 대부분의 용융 금속 및 화학 물질에 의한 부식에 강합니다.

일반적인 애플리케이션

고전력 반도체 모듈 및 LED 패키지 방열판 기판
고온 전기 절연 및 방열 부품(예: 진공 장비용 지지대)
항공우주용 경량 전자 구조 부품
마이크로파 및 RF 장치용 절연 및 열 차폐 장치
고정밀 열 관리 장치(특히 복잡한 방열 부품용)

준비 과정

BN+AlN 복합 세라믹은 일반적으로 고순도 질화 알루미늄 분말과 육방정 질화 붕소 분말을 균일하게 혼합한 후 열간 프레스 또는 열간 등압 프레스(HIP)를 통해 생산합니다. BN 함량을 조절하면 소재의 열전도도, 강도, 가공성을 유연하게 변경할 수 있어 성능과 가공 비용 간의 균형을 맞출 수 있습니다.

질화 알루미늄의 주요 특성

질화알루미늄 세라믹스는 균형 잡힌 열적, 전기적, 기계적 특성으로 인해 높이 평가됩니다.

질화 알루미늄의 열전도도

질화 알루미늄은 일반적으로 열전도도가 170에서 230 W/m·K 이상, 재료 순도와 가공 조건에 따라 달라집니다. 이로 인해 AlN은 소형 전자 시스템에서 열 방출을 위한 가장 효과적인 세라믹 재료 중 하나입니다.

전기 절연 성능

높은 열전도율에도 불구하고, 질화알루미늄은 다음과 같은 특성으로 우수한 전기 절연체로 남아 있습니다:

고체적 저항률
높은 유전체 강도
낮은 유전체 손실

이 조합은 알루미늄 질화물 세라믹이 열을 효율적으로 전달하는 동시에 민감한 부품들을 전기적으로 절연할 수 있게 합니다.

알루미늄 질화물의 열팽창 계수

질화 알루미늄의 열팽창 계수(CTE)는 약 4.5 × 10-⁶ /K, 실리콘과 매우 유사한 특성을 지닙니다. 이는 반도체 패키징 및 파워 모듈 응용 분야에서 열 응력을 최소화하고 신뢰성을 향상시킵니다.

기계적 강도와 경도

질화알루미늄 세라믹은 우수한 굴곡 강도, 중간 정도의 경도, 고온에서의 안정적인 기계적 성능을 제공하여 구조용 및 기판용으로 적합합니다.

무독성 자연

베릴륨 산화물(BeO)과 달리 열전도율이 높은 또 다른 세라믹입니다, 질화 알루미늄 는 무독성이므로 제조 및 취급이 더 안전합니다.

기계적, 열적 및 전기적 특성 데이터

속성	AlN-170(표준)	AlN-200(업그레이드)	AlN-230(울트라)
열 전도성 (W/m-K)	≥170	≥200	≥230
볼륨 저항 (Ω-cm)	>1×10¹⁴	>1×10¹⁴	>1×10¹⁴
유전체 강도 (kV/mm)	＞15	＞15	＞15
열팽창 계수(CTE) (×10-⁶/K)	~4.5	~4.5	~4.5
굴곡 강도 (MPa)	300 - 400	350 - 450	350 - 450
최대 작동 온도 (°C, 불활성 대기에서)	≥1000	≥1000	≥1000
산소 함량 (wt%)	0.5 - 1.0	≤0.5	≤0.3
비용 포지셔닝	경제	고성능	초고성능
일반적인 애플리케이션	일반 전력 전자 패키징, LED 방열판 기판	고전력 반도체 모듈, RF/마이크로파 디바이스	초고출력 SiC/GaN 모듈, 고출력 레이저, 군용 등급 열 관리

*해당 값은 일반적인 재료 특성이며 제품 구성 및 제조 공정에 따라 달라질 수 있습니다. 자세한 내용은 다음 연락처로 문의하시기 바랍니다. 문의하기.

*질화알루미늄은 표면이 산화되기 쉬워 알루미나 층을 형성하는데, 이는 소재를 보호하는 데 도움이 되지만 열전도율(알루미나는 약 30W/mK)에 영향을 미치며, 산화 분위기에서는 약 700℃에서 발생하고, 불활성 분위기에서는 약 1350℃의 온도에서 층이 AlN을 보호하며, 이보다 높은 온도에서는 벌크 산화가 발생합니다.

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질화알루미늄 세라믹스의 정밀 가공

그레이트 세라믹은 고순도 및 뛰어난 열전도율의 질화 알루미늄 세라믹을 제공하여 우수한 방열 및 전기 절연 성능을 모두 요구하는 애플리케이션에 이상적입니다. 질화 알루미늄은 필요한 제품 형상과 성능에 따라 건식 프레스, 등방성 프레스, 사출 성형, 테이프 주조 등 다양한 방법을 통해 제조할 수 있습니다.

소결은 질화 알루미늄 세라믹 생산에서 매우 중요한 단계입니다. 질소 분위기에서 고온 소결하면 재료의 열적 및 전기적 특성을 보존하면서 치밀화를 보장할 수 있습니다. 알루미나 세라믹과 마찬가지로 질화알루미늄 세라믹은 소결 과정에서 약 20%까지 수축하기 때문에 녹색 상태에서 정확한 치수를 달성하기가 어렵습니다. 따라서 정확한 공차와 복잡한 형상을 충족하려면 소결 후 정밀 가공이 필요합니다.

질화 알루미늄은 경도와 취성이 높기 때문에 다이아몬드 연삭, 레이저 가공 또는 초음파 가공과 같은 특수 기술이 필요합니다. Great Ceramic은 첨단 CNC 세라믹 가공 시스템을 사용하여 질화 알루미늄 기판부터 복잡한 맞춤형 부품에 이르기까지 복잡한 부품을 생산합니다.

고급 가공 장비와 광범위한 기술 전문성을 갖춘 Great Ceramic은 재료 선택 및 설계 최적화부터 정밀 가공 및 조립에 이르기까지 엔드투엔드 솔루션을 제공하여 가장 까다로운 애플리케이션에 적합한 고품질, 고성능 질화 알루미늄 세라믹 제품을 보장합니다.

CNC 연삭 및 밀링

미크론 수준의 공차로 CNC 밀링, 터닝 및 연삭.

래핑 및 연마

매끄러운 마감과 광학 등급 표면을 위한 표면 연마.

세라믹 레이저 커팅

복잡한 형상을 위한 레이저 드릴링 및 절단.

금속화 및 용접

세라믹 대 금속 브레이징을 위한 금속화(Mo/Mn, W).

질화 알루미늄 제품 및 부품

질화 알루미늄 세라믹은 높은 열전도율, 우수한 전기 절연성, 낮은 유전율, 실리콘에 가까운 열팽창 계수를 결합하여 다양한 산업 분야에 적합한 다용도 소재입니다. 다음은 다양한 분야에서 가장 일반적이고 영향력 있는 질화 알루미늄 제품의 사용 사례입니다:

질화 알루미늄 기판
전자 패키징 기판
방열판 및 열 확산기
반도체 장치 부품
절연체 및 캐리어
열 관리 구성 요소
세라믹 도가니
세라믹 튜브, 막대 및 링
맞춤형 정밀 부품

유럽 산업에서의 대표적인 적용 분야

질화알루미늄(AlN) 세라믹은 뛰어난 열전도율과 전기 절연 특성으로 인해 여러 첨단 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 반도체 및 전자 패키징에 광범위하게 사용되며, IGBT 모듈 및 LED와 같은 고전력 장치의 방열 기판으로 사용되어 안정적인 작동을 보장합니다. 자동차 전자제품에서 AlN은 전기 자동차 전력 모듈과 배터리 관리 시스템의 핵심 방열 소재입니다. 또한 AlN은 마이크로파 및 무선 주파수 장비, 의료 기기, 항공우주 및 방위 산업에서 중요한 역할을 하며 고성능 방열 및 전기 절연 솔루션을 제공합니다.