현대 산업에서는a발전하다 세라믹 소재 독특한 물리적 및 화학적 특성으로 인해 중요한 역할을 합니다. 알루미늄 기반 세라믹 중에서 질화알루미늄(AlN)과 산화알루미늄(Al₂O₃)은 두 가지 매우 높은 평가를 받는 재료이지만, 두 재료의 시장 위치는 매우 다릅니다. Al₂O₃가 주류를 지배하는 반면, AlN의 침투율은 30% 미만입니다. 성능이 우수한 AlN이 Al₂O₃를 대체하지 못한 이유는 무엇일까요? 이 글에서는 이러한 현상의 과학적 논리와 산업적 현실을 파헤칩니다.
열전도도: 압도적인 물리적 차이
AlN 열전도도(170–200 W/(m·K))는 Al₂O₃(20–30 W/(m·K))의 7–10배입니다.
이 차이는 결정 구조의 차이에서 비롯됩니다.
AlN 결정 구조: 알루미늄 질화물은 육각형 결정계에 속하며, 알루미늄과 질소 원자가 강한 공유 결합으로 연결되어 밀도 있는 원자 배열을 형성합니다. 이 구조는 높은 결합 에너지뿐만 아니라 격자 진동(포논) 저항이 최소하여 고효율 열 전도가 가능합니다.
Al₂O₃의 한계: 산화알루미늄(α-Al₂O₃, 코런덤 구조)의 결정구조에서 산소 원자가 차지하는 공간이 크고, 알루미늄과 산소 원자의 이온결합 특성으로 인해 격자진동 산란이 심하여 열전달을 방해한다.
이 속성은 알루미늄 질화물(AlN) 세라믹 선호하는 높은 열전도도 방열 기판 고전력 전자 장치, 5G 기지국, RF 장치, LED 패키징, 그리고 전원 모듈, 우수한 제공 열 관리 그리고 전기 절연 고급용 반도체 응용분야. 예를 들어, 알엔(AlN) 열 발산 기질 칩 접합부 온도를 30% 이상 낮추어 장치 수명을 크게 연장할 수 있습니다.
단열 성능: 고온 및 극한 환경에서의 "보호자"
AlN의 유전율(8.8)은 Al₂O₃(9.8)보다 낮고, 고온(>500°C) 또는 고습 조건에서 절연 저항 안정성이 우수합니다. 이는 화학 결합의 공유 결합성이 강하고 산소 결손률이 낮기 때문입니다. 항공우주, 전기 자동차 배터리 모듈 및 이와 유사한 시나리오에서 AlN은 부분 방전으로 인한 안전 위험을 방지할 수 있습니다.
화학적 안정성: 부식 및 방사선에 대한 이중 보호
AlN은 Al₂O₃보다 용융 금속(예: 알루미늄, 구리)에 대한 내식성이 훨씬 뛰어나며, 결정 구조는 고방사선 환경(예: 핵 산업)에서 손상되기 쉽지 않습니다. 예를 들어, 일본 후쿠시마 원전 사고 이후 AlN은 방사선 저항성을 위한 핵심 연구 소재로 선정되었습니다.
가전제품과 같은 비용에 민감한 분야에서는 다음과 같은 단점이 있습니다. 전자용 알루미늄 질화물 (AlN)은 더욱 두드러진다. 을 위한 스마트폰 방열판, Al₂O₃ 용액의 비용은 다음과 같습니다. 개당 0.3~0.5달러인 반면 AlN은 가격이 낮아져도 0.3~0.5 개당,AlN 동안—가격이 낮아지더라도 2—"과도한 엔지니어링"이라는 비난을 받고 있습니다. 이러한 비용 대비 성능 격차는 AlN을 틈새 하이엔드 시장에 국한시킵니다.
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