질화알루미늄(AlN) 세라믹 AlN은 뛰어난 열전도도로 인해 전자 패키징 및 방열 분야에 널리 사용됩니다. 그러나 불순물과 소결 조건은 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 분말 정제, 소결 보조제, 공정 최적화, 그리고 장시간 소결을 포함하여 AlN의 열전도도 향상을 위한 주요 접근 방식에 대해 논의합니다.
(1) AlN 분말의 품질 관리 및 산소 불순물 함량 감소
합성방법 개선 AlN 분말 고열전도도 AlN 세라믹을 제조하기 위해서는 입자 크기가 1μm 미만이고 산소 함량이 1%인 고순도 분말을 제조하는 것이 필수적입니다. 또한, 소결 보조제를 포함하는 AlN 분말의 경우, 적정량의 탄소를 첨가하면 소결 과정에서 AlN 분말 표면의 산화물을 환원 및 탄화시켜 AlN 세라믹의 열전도도를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 관점에서, 열탄소환원법으로 제조된 AlN 분말은 AlN 세라믹의 열전도도 향상에 더욱 효과적일 수 있습니다.
(2) 소결 첨가제의 적절한 종류 및 양 선택
광범위한 연구에 따르면 희토류 금속 산화물 및 불화물, 알칼리 토금속 산화물 및 불화물 등이 AlN의 열전도도를 향상시키는 소결 보조제 역할을 할 수 있습니다. 소결 보조제는 AlN의 알루미나와 반응하여 알루민산염 액상을 형성하여 액상 소결을 촉진하고 성형체의 치밀화를 촉진합니다. 한편, 소결 보조제는 AlN 격자 내 산소 함량을 감소시키는 동시에 AlN 입자 간의 접촉을 향상시켜 열전도도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 첨가제의 양은 적절해야 합니다. 과도한 양은 불순물 함량을 증가시키고 열전도도를 저하시키며, 부족한 양은 효과적인 소결 보조제 역할을 하지 못합니다. 앞서 언급했듯이, 최근 연구에 따르면 복합 첨가제는 단일 첨가제보다 열전도도를 향상시키고 소결 온도를 낮추는 데 더 효과적입니다.
열전도도 향상에 있어 첨가제의 효과는 수많은 실험을 통해 입증되었습니다. 적절한 첨가제를 도입하는 것이 현재 널리 채택되고 있는 방법입니다. 그러나 첨가제의 선택 및 조합, 최적량 또는 첨가 방법에 대한 통일된 결론은 없으므로, 더욱 심층적이고 체계적인 연구가 필요합니다.
(3) 소결 공정 최적화
AlN 세라믹의 경우, 소결 중 느린 가열은 빠른 가열보다 유리합니다. 이는 변형을 줄일 뿐만 아니라 그린바디의 밀도를 개선하여 AlN 세라믹의 성능을 향상시키기 때문입니다.
소결 공정에는 최적의 소결 온도도 포함됩니다. 온도가 너무 높으면 과도한 결정립 성장이 발생하고, 결정립계 상이 증가하고, 치밀화가 감소하여 열전도도에 부정적인 영향을 미칩니다.
소결 시간을 적절히 늘리면 결정 격자가 더욱 정제되고, 입자 성장이 촉진되며, 기공률이 크게 감소하여 열전도도가 높아집니다.
일반적으로 질소 보호 하에 환원 분위기에서 소결하면 AlN의 산소 불순물을 줄일 수 있습니다. 열탄소 질화 열전도도 향상에 도움이 되는 감소 및 감소 효과가 있습니다. 가압 소결은 AlN의 소결 성능을 크게 향상시키고 필요한 소결 보조제의 양을 줄입니다. 압력을 증가시키면 AlN의 치밀화가 향상되어 AlN 세라믹의 성능 향상에 기여합니다. 또한, 분말상 소결법은 AlN 세라믹의 열전도도에도 영향을 미칩니다.
(4) 소결시간 연장
소결 보조제를 도입하고 소결 공정을 최적화하는 것 외에도, 소결 시간을 연장하면 AlN 세라믹의 열전도도를 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 환원 분위기에서 어닐링하면 AlN에서 산소와 이차상을 제거할 수 있습니다. 나카노(Nakano) 등은 유사한 방법을 사용하여 소결된 AlN(Y₂O₃ 함유)을 환원성 질소 분위기에서 1900°C로 열처리했습니다. 20시간 후 열전도도는 220 W/m·K에 도달했고, 100시간 후에는 272 W/m·K로 증가했습니다.
샤먼 쥐치 테크놀로지 소개
고순도 원료, 복합첨가기술, 정밀소결공정, 유연한 맞춤형 제작능력을 갖춘 Juci Technology는 안정적인 양산이 가능한 소수의 국내 기업 중 하나로 자리매김했습니다. 높은 열전도도 AlN 세라믹특히 고전력 LED, IGBT 모듈, 항공우주 등 첨단 분야의 요구 사항에 적합합니다.
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