고열 전도율 질화규소 세라믹스

전문가 제언

○ 전자장치의 발달에 따라 전력의 변환과 제어를 효과적으로 수행하는 전력소자(power device)들이 급속하게 보급되고 있다. 특히 높은 열 전도율, 기계강도, 전기절연성을 함께 가진 세라믹스는 발생하는 열을 빠르게 방출할 수 있어, 이들이 소자용 기판재료에 널리 사용된다.

 

○ 질화알루미늄(AlN) 기판은 200Wm-1K-1 이상의 높은 열 전도율을 가지기 때문에 출력밀도가 높은 전력모듈의 회로기판에 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 AlN은 기계적 특성과 화학적 안정성이 충분하지 못하기 때문에, 열 사이클에 의한 장기수명과 신뢰성이 우수한 질화규소(Si3N4) 세라믹스로 대체 가능성에 주목하게 되었다.

 

○ 산업에 응용되고 있는 Si3N4의 열 전도율은 AlN의 1/2 이하이기 때문에 이를 향상시키려는 노력이 있어 왔다. 이를 극복하기 위하여 본고는 고순도의 실리콘 분말을 주원료로 사용하여 반응결합 질화규소 소결(SRBSN) 방법으로 개발한 Si3N4에 대하여 소개하였다. 제조된 세라믹스의 열 전도율은 177Wm-1K-1, 파괴인성은 11.2MPam1/2로, 이는 그간 보고되었던 어느 Si3N4 기판재료들 보다 높은 값이다.

 

○ 고열전도성 질화규소 소재는 1990년대 중반부터 일본의 산업기술종합연구소와 수 개의 기업에서 다양한 제조 방식을 활용하여 연구하고 있다. 특히 2000년대 중반부터 산업기술총합연구소는 실리콘을 원료로 사용한 SRBSN 연구를 집중적으로 수행하여 우수한 열전도성 질화규소 세라믹스를 발표하고 있다. 전력소자용 질화규소 세라믹 기판 분야는 일본이 단연 앞서 있고, 멀지 않은 장래에 산업화 할 것으로 예상한다.

 

○ 한국의 고열전도성 세라믹 소재에 대한 관심은 1980년대 후반부터 AlN에 대부분 집중되었고, Si3N4에 대해서도 1990년대 후반에 주로 구조용에 맞추어 국책연구소를 중심으로 연구되었다. 반응소결 질화규소에 대하여 연구된 바 있으나 기판에 주목하게 된 것은 그리 오래되지 않는다. 전력소자의 급속한 발달과 더불어 연간 20억 달러 이상으로 추정되는 고열전도성 기판 소재에 대하여 관심을 가질 필요가 있다.

저자

Y. Zhou, H. Hyuga, D. Kusano, Y. Yoshizawa, T. Ohji, K. Hirao

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

3()

잡지명

J. of Asian Ceramic Societies

과학기술
표준분류

재료

페이지

221~229

분석자

정*생

분석물

• 고열 전도율 질화규소 세라믹스.pdf [486,923 byte]

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