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조회 수 : 2525
2015.04.10 (16:59:07)

1. AlN 재료의 특성


PKG용으로 사용되는 세라믹의 재료로는 LTCC (LowTemperature Co-fired Ceramic), HTCC(High TemperatureCo-fired Ceramic), AlN 등이 있으며 조성과 특성을 Table1에 나타 내었다. AlN은 알루미나와 같이 절연 특성을갖는 세라믹이면서도 금속과 유사한 열전도 특성을 갖는 비산화물계 세라믹이다. 그 특성을 구체적으로 살펴보면 기계적 특성은 AlN은 300MPa의 굴곡강도를 가지므로 알루미나와 유사하고 열전도도가170~200W/mK로 Al2O3에 비해 약 10배 높으며 열팽창계수가 4.2ppm/℃로 실리콘과 유사한 소재이다. 이러한 독특한 특성 때문에 파워모듈의 열방출용 기판이나 8W급 이상의 고출력이 요구 되는 조명시장과 자동차용 헤드램프 시장으로의 사용이점차 늘어나고 있다. (Fig. 1,2)


AlN은 공유결합성이 강하므로 소결이 어렵고 상온에서도 수분과 반응하여 쉽게 암모니아를 발생하면서 산화하여 알루미나를 형성하거나 1000℃ 이상에서는 고온산화 분위기에서는 쉽게 산화하여 알루미나가 만들어지는 특성을 가지고 있다. AlN은 비산화물이므로 N2 가스 분위기에서 소결을 진행하는데 액상소결조제없이 순수AlN 만으로 소결할 경우 소결온도가 2000℃로 높고 소결시간도 수십시간이 필요하다. 따라서 일반적으로 제조되는 제품들은 액상 소결조제로 Y2O3와 같은 희토류물질을 첨가하여 1800℃ 부근에서 수시간내에 액상소결을 진행한다. AlN 재료의 기계적, 전기적, 열적 특성은 Y2O3을 첨가할 경우Al2O3와 반응하여 만들어지는 YAG(Y5Al5O12), YAP(YAlO3), YAM(Y4A2O9) 등이 종류와 입계에 존재하는 제2상들의 분포와 입계크기 등의 미세구조와 입내에 존재하는 Vacancy, 용존산소 등 원자단위 결함 상태에 따라 매우 민감하게 변화한다. 특히 일반 프레스 몰딩 방법에 의해 제조하는 PEC, Ring, Nozzle, tube등과 같은 구조용 부품에 비해 바인더가 많이 함유된Tape casting 방법으로 AlN 그린시트를 제조하여 적층세라믹 공정으로 기판이나 Metalize 기판을 제작할 경우에는 잔류카본 농도 조절에 영향을 주는 바인더 제거의 탈지조건, 소결용으로 사용하는 BN 구조물의 설계와 N2 분위기제어의 소결 온도 조건이 AlN 소결기판 특성에
매우 중요하다. 따라서 AlN의 특성 향상을 위해서 PVB계 바인더 보다 열분해특성이 좋은 아크릴계 바인더을 사용하기도 하고 바인더에 존재하는 카본을 완전히 제거하기 위해 탈지 온도제어 및 소결 지그의 구조 설계, 소결시 유량 및 N2분위기 제어방법 등을 고려하여 제작해야 한다.


*자세한 자료는 첨부 파일 참조를 부탁 드리겠습니다*

article _ALN.pdf

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