고전력 전자 패키징에 대한 수요 증가로 인해 세라믹 기판 및 금속화 기술이 지속적으로 업그레이드되고 있습니다.

신에너지 차량, 스마트 그리드, 산업용 전원 공급 장치, AI 서버, 항공우주 등 분야의 급속한 발전에 힘입어 전력 반도체 소자는 고전압, 고전류, 고전력 밀도, 소형화 방향으로 진화하고 있습니다. 장치 작동 중에 발생하는 상당한 열로 인해 포장재의 열 방출 기능, 구조적 신뢰성 및 장기-안정성이 엄격하게 요구됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

칩, 회로 및 열 관리 시스템을 연결하는 중요한 기초 재료인 전자 포장용 세라믹 기판은 높은 열 전도성, 우수한 절연 특성 및 견고한 기계적 안정성으로 인해 고전력 전자 장치 포장 분야의 핵심 솔루션으로 부상했습니다.

 

기존의 FR-4 에폭시-유리 섬유 기판과 금속{3}} 기반 기판은 비용상의 이점을 제공하지만 열 전도율이 제한적이고 열팽창계수(CTE)가 상대적으로 높기 때문에 고온, 고전력 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.{4}} 대조적으로, 세라믹 재료는 반도체 재료와 거의 일치하는 CTE를 가지며 복잡한 환경에서도 안정적인 성능을 유지합니다. 결과적으로 전력 모듈, LED, IGBT, SiC 장치 및 신에너지 차량용 전기 구동 시스템에 널리 사용됩니다.

 

현재 고-열전도율-세라믹 기판용 주류 재료로는 알루미나(Al2O₃), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si₃N₄) 등이 있습니다. 이 중에서 알루미나 세라믹은-성숙한 제조 공정과 저렴한 비용이 특징-전자 포장에 가장 널리 사용되는 기본 재료 중 하나입니다. 고급 처리 기술을 통해 생산된 금속화 알루미나 세라믹은 향상된 전도성 연결성을 제공하여 전자 부품 장착 및 회로 신호 전송에 대한 요구 사항을 충족합니다.

 

전력 장치의 성능이 계속해서 발전함에 따라 고순도 알루미나 재료의 처리는 더 높은 정밀도로 전환되고 있습니다.{0}} 정밀 성형, 소결 및 표면 금속화를 통해 제조된-고순도 알루미나 정밀 금속화 세라믹 부품-은 우수한 절연성과 신뢰성을 제공하는 구조 설계를 가능하게 하여 까다로운 전자 부품 및 산업 응용 분야에 이상적입니다.

 

고성능 전력 모듈 영역에서 질화알루미늄(AlN) 세라믹은 높은 열전도율, 낮은 유전율 및 뛰어난 전기적 특성으로 인해 상당한 주목을 받아 왔습니다. 열전도율은 주로 격자 결함, 산소 함량 및 소결 공정과 같은 요인의 영향을 받습니다.

 

재료 배합 및 제조 작업 흐름을 최적화하면 내부 결함이 최소화되고 열 관리 효율성이 향상되어 이러한 재료가 고전력 전자 패키징 애플리케이션에 점점 더 적합해집니다.- 실리콘 카바이드(SiC) 세라믹은 높은 강도, 높은 내열성 및 우수한 열 전도성으로 인해 극한의 작동 환경에서 상당한 잠재력을 보여줍니다. 그러나 복잡한 결정 격자 구조로 인해 재료 순도, 소결 조건 및 미세 구조 제어와 관련하여 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. 미래의 발전은-특히 입자 구조의 최적화와 불순물{5}}관련 결함의 감소-를 통해 SiC 세라믹 기판의 전반적인 성능을 더욱 향상시킬 것을 약속합니다.

 

최근 몇 년 동안 질화규소(Si₃N₄) 세라믹이 고신뢰성 전력 모듈의 핵심 개발 분야로 등장했습니다.{0}} 기존 세라믹 재료에 비해 우수한 기계적 강도와 파괴 인성을 제공하여 열 순환 중 열팽창 불일치로 인한 응력을 효과적으로 완화합니다. 결과적으로, 고강도 금속화 세라믹 부품은 신에너지 자동차, 고전압 전력 모듈, 고신뢰성 전자 시스템용 인버터에 점점 더 많이 활용되고 있습니다.-

 

세라믹 재료는 본질적으로 절연성을 갖고 있습니다. 따라서 전기 연결 및 부품 장착을 용이하게 하려면 세라믹 금속화라고 알려진 표면 처리-를 통해 금속 회로층을 형성해야 합니다. 금속화 기술은 세라믹 표면에 안정적이고 잘 결합된 금속층을 생성함으로써 세라믹과 금속 사이의 안정적인 연결을 보장하므로 전자 포장 제조에서 중요한 공정이 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

현재 업계의 성숙한 세라믹 금속화 공정에는 직접 도금 구리(DPC), 직접 결합 구리(DBC), 활성 금속 브레이징(AMB), 레이저 활성화 금속화(LAM) 및 두꺼운-필름 인쇄 구리(TPC)가 포함됩니다.

 

DPC 공정은 스퍼터링, 전기 도금 및 포토리소그래피를 사용하여 미세한 금속 회로를 형성합니다. 높은 회로 정밀도와 우수한 접합 성능이 특징이므로 고밀도 전자 패키징에 적합합니다.- 그러나 높은 장비 투자 비용과 구리층 두께의 제한으로 인해 주로 정밀 전자 장치 분야에 적용이 집중되고 있습니다.

 

DBC 공정은 구리-산소 공융 반응을 통해 구리 포일과 세라믹 사이의 결합을 달성하여 공정 성숙도 및 높은 하중-지탱 능력과 같은 이점을 제공합니다. 전력 모듈 패키징에 널리 사용되지만, 구리와 세라믹 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 장기간 열 순환 중에 열 응력이 발생할 수 있으므로 신뢰성을 더욱 향상시켜야 합니다.

 

AMB 공정은 활성 금속 솔더를 활용하여 세라믹과 구리 층 사이의 결합을 강화하여 고온, -고전력-환경에서 뛰어난 안정성을 보여줍니다. 신에너지 차량용 800V 고{4}}전압 플랫폼이 개발됨에 따라 AMB{5}}Si₃N₄ 세라믹 기판은 점점 더 고성능 전력 모듈에 대한 선호도가 높아지고 있습니다. HVDC 접촉기용 세라믹 인클로저와 같은 고{8}}전압 애플리케이션{9}}부품은 세라믹 재료의 절연 성능, 기계적 강도 및 내열성에 대한 요구 사항이 점점 더 엄격해지고 있습니다.

 

전통적인 금속화 방법 외에도 새로운 레이저를 이용한 -금속화 기술이 주목을 받고 있습니다. 이 공정에서는 레이저를 활용하여 세라믹 표면을 변형함으로써 금속을 선택적으로 증착하여 회로를 형성할 수 있습니다. 이는 높은 처리 정밀도 및 설계 유연성과 같은 이점을 제공합니다. 세라믹 금속화 기술은 향후 정밀 전자 구조 부품 제조에 적용 범위를 확대할 준비가 되어 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

신에너지 차량, 에너지 저장 시스템, 스마트 전력 장비의 성장에 힘입어 금속 세라믹 제품의 적용 시나리오가 지속적으로 확대되고 있습니다. 예를 들어, 전력 반도체용 금속 세라믹 하우징은 안정적인 패키징 환경을 제공하여 장치의 내열성 및 내전압성을 향상시킵니다. 마찬가지로, 금속화 세라믹 절연 튜브는 고{2}}전압 절연 구조에 널리 사용되며 전기 절연과 기계적 지원 기능을 모두 제공합니다.

 

업계 동향에 따르면 전자 패키징용 세라믹 기판은 더 높은 정밀도와 함께 더 높은 열 전도성, 강도 및 신뢰성을 향해 발전할 것입니다. 한편으로, 재료 연구는 열 관리 기능을 개선하기 위해-알루미나, 질화알루미늄, 질화규소-와 같은 세라믹 시스템을 더욱 최적화할 것입니다. 반면에 금속화 공정은 회로 정밀도, 접합 강도 및 생산 효율성을 지속적으로 향상시킬 것입니다.

 

신에너지 차량, 산업 제어 시스템, 데이터 센터 전원 공급 장치, 재생 에너지 저장 장비의 급속한 확장에 힘입어 정밀 금속 세라믹은 고급 전자 패키징의 필수 구성 요소가 될 것입니다. 매우 안정적인 연결을 보장하기 위해 세라믹-대-접합 기술을 최적화하면 고전력 전자 장치의 안전성과 안정성에 대한 미래의 요구를 충족하는 데 도움이 될 것입니다.-

 

앞으로 업계는 고열전도율-세라믹 제조, 낮은-결함 소결, 고정밀-회로 패터닝 및 친환경-금속화 공정을 포함한 핵심 기술의 혁신을 계속해서 달성해야 합니다. 다음과 같은 고급 제품전기 부품용 금속화 알루미나 세라믹더 높은 성능과 더 넓은 응용 분야를 향한 노력은 차세대 전력 전자 시스템에 필요한 신뢰할 수 있는 기초 소재를 제공할 것입니다.{0}}