세라믹과 금속화 기술을 만나다: 신에너지 차량을 위한 열 방출의 새로운 업그레이드

"신 4대 현대화" 추세에 힘입어 신에너지 차량의 전자 시스템 기능 밀도가 지속적으로 증가하고 있으며 이에 따라 반도체 칩의 전력 소비도 증가하고 있습니다. 경량화와 고집적화는 산업 발전의 주요 화두가 되고 있으며, 방열은 점차 전자 장치의 안정성과 수명에 영향을 미치는 주요 병목 현상 중 하나가 되고 있습니다.

이러한 배경에서 높은 열전도율, 절연성 및 높은 신뢰성을 갖춘 세라믹 소재가 점차 선두에 오르고 있으며 세라믹 금속화 기술과 깊이 통합되어 신에너지 차량용 열 관리 솔루션의 중요한 기본 소재가 되고 있습니다.

세라믹은 높은 열전도율, 낮은 유전 손실, 우수한 절연성, 높은 내열성, 칩에 꼭 맞는 열팽창 계수 등의 조합으로 인해 전력 장치의 중요한 포장 재료가 되었습니다. 이러한 특성으로 인해 금속화 세라믹, 금속화 알루미나 및 금속화 알루미나 세라믹은 현재 고전력 전자 장치의 중요한 구조 재료가 됩니다.-

그 중 AlN, Al2O₃ 등의 알루미나 세라믹 부품은 안정적인 물리적 특성으로 인해 신에너지 자동차의 파워모듈, LED 패키징, 릴레이, 파워모듈 등에 널리 사용되고 있다. 세라믹과 금속층 사이의 인터페이스 성능이 지속적으로 향상됨에 따라 전기 자동차 방열에 금속화 세라믹의 침투율이 계속 증가하고 있습니다.

세라믹은 우수한 절연성과 열적 특성을 갖고 있지만 전도성은 없습니다. 회로 기능을 달성하려면 세라믹 금속화가 필요합니다. 금속화 층은 전도성이 좋아야 할 뿐만 아니라 온도 순환, 기계적 응력 및 장기-전하 운반과 같은 복잡한 조건을 견디면서 세라믹에 단단히 결합되어야 합니다.

세라믹과 금속이 직접 결합하기 어려운 근본적인 이유는 화학적 성질, 열팽창계수, 젖음성의 차이가 크기 때문입니다. 따라서 세라믹-에서 금속으로의 변환 공정에서는 일반적으로 금속학적 반응, 인터페이스 변조 또는 박막의 금속화를 통해 안정적인 인터페이스 구조를 구축해야 합니다.

현재 세라믹 금속화는 주로 두 가지 주요 범주로 분류됩니다.

1. 고체-접합 금속화 기술

여기에는 직접 구리 접합(DBC), 직접 알루미늄 접합 및 후막-필름 방식이 포함됩니다. 이러한 방법은 세라믹과 금속 사이의 직접적인 고체-접합을 달성하려고 시도하지만 세라믹과 직접 반응할 수 있는 금속 유형은 제한되어 있으며 일반적으로 고온 및 진공과 같은 가혹한 조건이 필요합니다. 실제 생산에서는 안정적인 결합을 달성하기 위해 추가 인터페이스 조절 재료가 필요한 경우가 많습니다.

2. 박막-필름 금속화 전이층

스퍼터링, 증발, 무전해 도금을 통해 세라믹 표면에 금속화된 박막을 형성하여 젖음성 및 계면 구조를 개선하여 후속 금속층 증착 및 용접을 준비합니다. 이러한 유형의 방법은 금속화 세라믹 부품, 금속화 알루미나 세라믹 및 세라믹 패키징에 널리 사용되며 특히 높은 신뢰성과 정밀한 전자 모듈에 적합합니다.-

1. 두꺼운-필름 금속화(TPC)

후막{0}}필름 기술은 전도성 페이스트의 스크린 인쇄와 고온{1}}소결을 사용하여 필름을 형성합니다. 이 공정은 간단하며 다양한 금속 세라믹 재료에 적용 가능합니다. 그러나 와이어 경로는 와이어 메쉬의 정밀도로 인해 제한되므로 중간 전력 요구 사항이 있는 대형-장치에 적합하지만 고정밀 세라믹 패키징이나 미세 알루미나 세라믹 가공에는 적합하지 않습니다.

2. 박막 금속화(TFC)

진공 스퍼터링 및 증발과 같은 기상 증착 기술을 활용하여 고밀도 금속 필름이 세라믹 표면에 형성됩니다.- 강력한 접착력과 우수한 커버력을 자랑하며 다양한 금속재료의 필름 증착에 사용 가능합니다. 박막 금속화는 특히 고밀도 집적 회로, 정밀 리드 구조, 고신뢰성 금속화 세라믹에 적합하지만- 비용이 높기 때문에 포토리소그래피 및 에칭과 같은 후속 미세 공정이 필요합니다.

3. 직접 구리 적층(DBC)

DBC는 구리박과 세라믹을 고온에서 반응시켜 강한 결합을 형성함으로써 높은 열전도율과 강한 접착력을 지닌 금속층을 만드는 과정입니다. 우수한 열 전도성, 강력한 절연성, 우수한 기계적 특성 등의 장점이 있어 파워 모듈 및 전기 자동차 구동 시스템에 널리 사용됩니다. 그러나 상대적으로 두꺼운 동박은 후속 화학적 에칭의 정밀도를 제한하여 초{2}}미세 회로 제조를 제한합니다.

4. 액티브 메탈 브레이징(AMB)

AMB는{0}}활성 요소가 포함된 솔더를 세라믹과 반응시켜 습식 인터페이스를 형성함으로써 금속층과 세라믹 사이의 고강도 결합을 달성합니다. 이 기술은 고온 응력을 효과적으로 처리하며 중{3}}~-고급-전력 모듈의 주류 금속화 방법 중 하나이며 특히 금속화 AlN 구조와 같은 고열 전도성 세라믹에 적합합니다.

5. 동시 실행(HTCC/LTCC)

HTCC와 LTCC는 여러 층의 세라믹을 내부 배선과 함께 소성하여 통합 구조를 형성하므로 다층 세라믹 패키징에 중요한 기술이 됩니다.- HTCC는 고온으로 인해 애플리케이션이 축소되는 반면, LTCC는 유전 손실이 낮고 다층 배선이 가능하기 때문에 고주파-, 고속-통신 및 자동차 전자 모듈에 널리 사용됩니다.

6. 화학적 도금 금속화

화학적 도금은 전류를 인가하지 않고 화학적 환원 공정을 통해 금속층을 증착하는 방식으로 복잡한-형태의 금속화 알루미늄 및 불규칙한 알루미늄 세라믹 가공 구조에 효과적입니다. 결합 강도는 표면 거칠기에 따라 달라지므로 국부적인 금속화 또는 고밀도 패키징 요구 사항에 적합합니다.-

7. 레이저 금속화

레이저 가열은 AlN 표면의 열분해를 일으켜 전도성 금속층을 직접 형성합니다. 이 방법은 공정이 간단하고 비용이 저렴하며 효율이 높다는 특징이 있어 일부 전력 장치의 급속 금속화 생산에 적합합니다.

1. 고{1}}전압 DC 계전기

금속화 세라믹을 사용하는 진공 계전기는 세라믹 절연 구조를 통해 고전압 하에서 아크{0}} 없는 스위칭을 달성하여 신뢰성과 안전성을 크게 향상시킵니다. 이는 전기 아크로 인한 열 폭주를 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 세라믹 하우징 구조는 절연 유지, 전기 아크 제어 및 감전 저항 측면에서 대체할 수 없습니다.

2. IGBT 및 SiC MOSFET 전력 모듈

세라믹 구리{0}}클래드 기판(DBC/AMB)은 높은 절연성, 높은 방열성, 강한 기계적 특성, 뛰어난 열팽창 매칭으로 인해 신에너지 자동차의 메인 드라이브 인버터의 핵심 소재로 간주됩니다. 특히 AMB는 금속층과 세라믹 인터페이스의 결합 강도와 신뢰성이 뛰어나며 많은 고성능 전력 모듈의 주류 접근 방식이 되었습니다.{2}}

3. LED 패키징 및 자동차 조명

LED 칩의 에너지 대부분은 열로 변환되어 AlN과 같은 열 전도성이 높은 세라믹 기판을 만들고, 고휘도 및 자외선 LED에 이상적인 방열 재료입니다-. 자동차 조명 시스템의 전력이 지속적으로 증가함에 따라 금속화 세라믹은 고전력 LED 모듈에 빠르게 침투하고 있습니다.-

다양한 금속화 방법이 있지만 비용, 결합 강도, 생산 안정성 및 대규모 제조 능력 측면에서 공정마다 차이가 남아 있습니다.- 고열 전도성 세라믹에 강하고 질긴 금속층을 구성하고 고온 및 저온 사이클링 중에 장기적인 신뢰성을 보장하는 방법은-세라믹 금속화 기술에 대한 향후 심층 연구의 핵심 방향입니다.

높은 전력 밀도, 자율 주행 컴퓨팅 플랫폼, 전기 구동 시스템에 대한 지속적인 업그레이드가 모두 드라이브를 주도할 것입니다.금속화 세라믹, 금속화 알루미나 세라믹, 세라믹 포장 및 정밀 알루미나 세라믹 가공을 더 넓은 범위의 응용 분야에 적용합니다.