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전자 기술의 급속한 발전으로 인해 기존 PCB 소재는 특정 고성능 애플리케이션 시나리오에서 점차 한계를 드러냈습니다. 세라믹 PCB 소재는 고유한 성능 이점으로 인해 점차 높은 신뢰성, 높은 전력 밀도의 전자 장치를 위한 첫 번째 선택이 되고 있습니다. 이 글에서는 세라믹 PCB 소재의 특성, 장점, 응용 분야에 대해 자세히 소개합니다.
세라믹 PCB(인쇄 회로 기판)는 주로 세라믹 소재를 기반으로 합니다. 이러한 세라믹 소재는 우수한 물리적, 화학적 및 전기적 특성을 가지고 있어 세라믹 PCB가 고온, 고습 및 고부식과 같은 혹독한 환경에서도 안정적인 작동 상태를 유지할 수 있습니다.
세라믹 PCB는 세라믹 기판(산화 알루미늄 Al₂O₃, 질화 알루미늄 AlN, 질화 실리콘 Si₃N₄ 등)을 기본 소재로 제작된 회로 기판입니다.
1. 알루미나(Al2O3): 가장 흔히 사용되는 세라믹 소재는 알루미나인데, 열적으로 안정적이며 산업 등급의 안정성을 충족하기 때문입니다. 이러한 기판 소재는 LED 조명 기술과 자동차 환경에도 사용됩니다. 해당 소재는 열팽창계수(CTE)가 낮지만, 약간 취성이 있어 환경이 알루미나 기판 PCB를 좋아하지 않습니다. 세라믹 기판 PCB 소재의 비용은 재료가 쉽게 구입 가능하고 제조하기 쉽기 때문에 낮습니다.
장점: 가격이 저렴하고, 열전도도가 좋으며, 저항성이 높고, 경도가 높고, 전기 절연성이 뛰어나며, 내식성이 강하고, 생체적합성이 높습니다.
응용 분야: 알루미나 PCB는 현재 시장에서 가장 흔히 사용되는 세라믹 PCB로, 주로 3W~5W 전력 LED에 사용됩니다. 그러나 열전도도가 상대적으로 제한되어 고전력 장치의 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다.
순도 및 성능: 알루미나 PCB의 순도가 높을수록 성능은 좋아지지만 비용은 높아집니다. 일반적인 순도는 75%, 96%, 99%입니다.
2. 질화 알루미늄(AlN): 질화 알루미늄 PCB는 산화 알루미늄 PCB보다 방열성이 높습니다. 기계적 안정성보다 열 발산이 더 중요한 응용 분야에 사용됩니다. 인버터나 기타 스위치 모드 전원 공급 회로를 사용하는 산업용 애플리케이션에서는 알루미늄 질화물 PCB를 사용합니다.
장점: 높은 열전도도 및 열 저항성, 높은 경도, 높은 기계적 강도, 높은 전기 절연성, 강력한 내식성, 높은 생체 적합성, Si에 가까운 열 팽창 계수.
응용 분야: 질화 알루미늄 PCB는 산화 알루미늄 PCB보다 열전도도가 7~10배 높아 미래에 가장 유망한 세라믹 PCB로 여겨집니다. 주로 LED 선박 조명, 트럭 조명, 태양전지 모듈, 대형 집적회로 등 고전력 소자에 사용됩니다.
3. 실리콘 카바이드(SiC): 고주파 응용 분야 및 고방열 제품은 PCB의 기판 소재로 SiC를 사용합니다. 탄화규소는 항공우주, 자동차, 의료 분야의 극한 조건에서 중요한 역할을 합니다. 실리콘 카바이드 PCB는 다른 세라믹 PCB 보드 소재보다 더 큰 기계적 응력을 견딜 수 있습니다. 전력 전자 애플리케이션에서는 SiC를 사용하여 구동계와 산업 및 재생 에너지의 고전압 및 절연 회로를 안정화합니다.
장점: 1400°C에서도 강도가 우수하고, 열전도도와 내구성이 매우 높으며, 반도체 전도성이 좋고, 경도가 높습니다.
응용 분야: 실리콘 카바이드 PCB는 고온 안정성과 높은 열 전도도로 인해 레이저 분야에서 널리 사용됩니다. 하지만 제조 비용이 높아서 아직 대중화되지는 않았습니다.
4. 베릴륨 산화물(BeO): 베릴륨 산화물은 질화 알루미늄보다 열전도도가 뛰어나고 다른 세라믹 기판 PCB 소재보다 전기적 절연성이 뛰어납니다. 고전류 장치와 마이크로파 제품을 사용하는 애플리케이션에서는 베릴륨산화물을 PCB 기판 소재로 사용합니다. 베릴륨 산화물의 제조 공정은 해당 물질이 독성이 있고 가공하기 어렵기 때문에 까다롭습니다.
5. 하이브리드 세라믹: 기판은 금속 코어와 세라믹 PCB 보드 재료로 구성되어 애플리케이션별 성능을 달성합니다.
세라믹 PCB의 응용 분야
LED 조명: 세라믹 PCB의 높은 열전도성은 LED 칩의 방열 문제를 효과적으로 해결하고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.
전력 전자공학: IGBT 모듈, 전력 모듈 등 고전력 장치에 널리 사용됩니다.
통신 장비: 5G 기지국, RF 모듈 등 고주파, 고신뢰성 시나리오에 적합합니다.
자동차 전자 장치: 신에너지 자동차를 위한 모터 컨트롤러 및 배터리 관리 시스템.
항공우주: 극한 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있으며 항공우주 장비에 적합합니다.
세라믹 PCB 소재는 뛰어난 성능으로 인해 고성능 전자 장치의 '비하인드 스토리 영웅'이 되고 있습니다. 고전력, 고주파 또는 극한 환경 적용이든 세라믹 PCB는 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공할 수 있습니다. 기술의 지속적인 발전으로 세라믹 PCB는 앞으로 더 많은 분야에서 빛을 발할 것입니다.
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