고객 성공 사례
정밀성을 통한 고성능:테크니컬 세라믹 생산의 품질 보증
CeramTec 그룹 혁신 및 기술 부서의 실험실 팀의 고객 성공 사례
테크니컬 세라믹은 많은 이점을 제공합니다. 이러한 세라믹을 안정적으로 사용하려면 재료의 품질을 테스트해야 합니다. 개발 프로젝트, 제조 공정 또는 시리즈 생산에 이르기까지, CeramTec은 수년 동안 NETZSCH의 전문성을 바탕으로 NETZSCH 분석기를 지속적으로 사용해 왔습니다.
고성능 세라믹의 차이점
"첨단 세라믹"이라는 용어는 고유한 기계적, 열적, 생화학적, 전기적 특성을 지닌 다양하고 때로는 고도로 특수화된 세라믹 소재와 이들의 조합을 포괄합니다. 세 가지 large 재료 그룹으로 구분할 수 있습니다: 규산염 세라믹, 산화물 세라믹, 비산화물 세라믹입니다. 규산염 세라믹은 주로 산화 알루미늄과 결합된 자연 발생 원료로 구성됩니다. 산화물 세라믹에는 금속 산화물을 기반으로 한 재료가 포함됩니다. 비산화물 세라믹은 탄소, 질소 및 실리콘 화합물을 기반으로 하는 세라믹 재료 그룹을 말합니다. 재료가 선택되는 그룹은 특정 응용 분야와 그에 따른 재료 요구 사항에 따라 달라집니다.
세라믹 기판: 전자 애플리케이션을 위한 핵심 부품
기판은 회로 캐리어의 기본 재료로, 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 전기, 열, 기계, 절연 및 화학적 특성으로 인해 고성능 세라믹으로 만든 기판은 차량 전기화, e-모빌리티, 산업 및 발전 등 다양한 산업 및 응용 분야에서 사용됩니다. CeramTec은 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 산화 지르코늄 강화 알루미늄, 산화 지르코늄, 2024년부터는 실리콘 질화물 등 모든 일반적인 세라믹 기판에 대한 유럽의 원스톱 상점입니다. 각 기판은 서로 다른 특성을 가지고 있습니다(그림 1 참조). 예를 들어 질화 알루미늄은 열전도율이 170W/(m-K)로 특히 높아 세라믹 기판의 기계적 및 전기적 특성에 영향을 미칩니다. 예를 들어 열전도율이 높다는 것은 전력 전자장치에서 무효 전류로 인해 발생하는 열이 감소하고 열 방출이 균일하고 지속적으로 감소한다는 것을 의미합니다. 이러한 특성은 특히 최소한의 공간에서 최대 전력을 생산하는 것이 목표인 반도체 산업과 같은 고성능 전자 제품에서 요구되는 특성입니다. 발생된 열은 신속하고 안정적으로 방출되어야 합니다. 세라믹 기판은 스탬핑, 레이저 또는 건식 프레스 등 용도, 재료, 형상 및 수량에 따라 다양한 방법으로 제조 및 가공됩니다.
혁신 창출, 품질 관리
세라믹텍의 혁신 및 기술 부서에서는 신제품을 위한 소재와 제조 공정을 지속적으로 연구하고 개발합니다. 테이프 및 기판 애플리케이션 부서는 새로운 세라믹 기판의 개발과 최적화에 주력하고 있습니다. 한 가지 성공적인 사례가 있습니다: 새로운 AIN HP(질화 알루미늄 고성능)는 열적 특성을 유지하면서 다른 기판 재료보다 훨씬 높은 굴곡 강도를 제공합니다. 특히 전력 모듈의 연속 부하에 적합하며 발전 및 배전, 차량 전기화 및 철도 차량 건설의 전력 변환기에 사용됩니다. 실험실에서 지속적인 테스트는 연구 개발 팀의 연구 개발 작업에서 필수적인 부분입니다. 먼저 원재료와 이로부터 생산된 세라믹 덩어리의 특성을 분석합니다. 성형 공정이 끝나면 그린 테이프의 열 매개변수가 결정됩니다. 그 다음에는 소결된 기판에 대한 측정이 이어집니다. 측정에 따라 복잡할 수 있으며 최대 36시간이 소요될 수 있습니다.
그러나 측정은 개발 프로젝트에서만 수행되는 것이 아니라 품질 관리에서 제조 공정 또는 시리즈 출시의 일부이기도 합니다. 예를 들어, 기판의 열전도도 또는 유전체 강도를 테스트합니다: 측정된 샘플은 해당 소재의 일반적인 표준값과 일치해야 합니다. 이는 세라믹텍이 매우 중요하게 생각하는 한 가지가 있기 때문입니다: 고객이 합의된 재료 특성을 갖춘 제품을 신뢰할 수 있어야 한다는 것입니다.
실험실 인사이트 AIN의 열 분석
열 특성 측정과 관련하여 팀은 NETZSCH 의 전문 지식에 의존합니다. 지속적으로 긍정적인 경험, 가까운 위치, 우수한 서비스로 인해 점점 더 많은 NETZSCH 측정 기술을 사용하게 되었습니다. 열 분석에 사용되는 기술의 개요는 그림 4에 나와 있습니다.
이미 언급했듯이 열전도율은 세라믹 기판의 기계적 및 전기적 특성에 영향을 미칩니다. 이를 조사하기 위해 먼저 열 확산성을 테스트합니다. 이는 재료가 온도 변화에 얼마나 빨리 반응하는지를 나타내며 재료에 따라 달라지는 특성입니다. CeramTec은 실험실에서 NETZSCH LFA 447나노플래시를 사용하여 AIN과 같은 세라믹 기판에 대한 열확산성을 테스트합니다. 이를 위해 실험실 팀은 테스트 장치에 지정된 형식으로 테스트 시편을 준비하고 흑연으로 코팅합니다. 그런 다음 20°C~300°C의 온도 범위에서 전도도를 측정할 수 있습니다.
그림 5a와 5b는 산화물 세라믹(그림 5a)과 질화물 세라믹(그림 5b)에 에너지를 가한 후 시간 경과에 따른 열 증가를 비교한 것입니다: 질화물 세라믹의 열 증가가 더 높습니다. 그런 다음 측정된 열 확산률과 비열 용량 및 재료의 밀도로부터 열전도도를 계산할 수 있습니다:
질화 알루미늄 세라믹의 경우, 소재 유형에 따라 열전도율이 170W/(m-K) 이상에 달합니다. 세라믹은 용도에 따라 낮은 열전도율 또는 높은 열전도율을 필요로 합니다. 특히 고온을 발생시키는 전력 반도체의 경우 열을 빠르고 안정적으로 방출해야 합니다.
열 분석에는 열팽창 계수(CTE)에 대한 고려도 포함됩니다. 열팽창은 온도에 따라 물체의 기하학적 치수가 어떻게 변하는지를 나타냅니다. 이 지식은 예를 들어 재료 조합의 열 불일치를 계산하는 데 중요합니다. 예를 들어 기판의 외형 치수의 공차를 알기 위해서는 금속화 및 패키징에도 정밀하게 결정된 CTE가 중요합니다. CeramTec은 NETZSCH DIL 402 E 및 DIL 402 팽창계를 사용하여 실험실에서 소결 재료의 열팽창 계수를 결정합니다 Expedis 팽창계. 세라믹 바디의 열팽창은 최대 2000°C의 온도 범위에서 조사할 수 있습니다. 또한 팽창도계는 가스 제어를 통해 공기, 질소 또는 아르곤과 같은 다양한 대기 환경에서 측정을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다. 이는 예를 들어 고온 범위에서 측정을 수행하기 위해 중요합니다. Proteus® 분석 소프트웨어는 측정 곡선을 평가하고 다양한 온도 구간에서 열팽창을 결정하는 데 도움을 줍니다.
열무게 측정도 열 분석의 일부입니다. 주로 공기 중 및 공기 또는 질소 하의 그린 테이프에서 원료(분말, 바인더 및 유기 물질)의 발열 및 흡열 반응과 무게 변화를 조사하는 데 사용됩니다. 이러한 측정을 위해 다양한 NETZSCH STA 시스템이 사용됩니다.
열용량은 신체에 가해진 열의 양과 관련하여 측정된 온도가 어떻게 변화하는지를 설명합니다. CeramTec은 NETZSCH DSC 300 Caliris® 을 사용하여 소결된 재료에 대해 이를 결정합니다.
온도 곡선은 용광로의 온도와 소결 공정의 온도를 설명하기 때문에 열 매개 변수와 관련된 또 다른 실험실 작업은 생산 공정을 과도하게 성장시키는 것입니다. 예를 들어, 팽창계는 소결 단계를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
최고의 성능을 위한 준비
세라믹텍에서 생산된 기판은 광범위한 테스트를 거쳐 하이테크 전기 애플리케이션에 사용할 준비가 되어 있으며, 소재별 장점을 활용할 수 있습니다. 실험실 분석은 품질 관리뿐만 아니라 새로운 혁신적인 제품 개발에도 필수적입니다. NETZSCH 는 이와 관련하여 CeramTec의 중요한 파트너입니다.
Ceramtec 연구팀 여러분 - 연구 작업에 대한 흥미로운 인사이트를 제공해 주셔서 대단히 감사합니다. 앞으로도 당사의 분석 장비로 기여할 수 있게 되어 기쁩니다.