세라믹 기판 또는 시트는 높은 열전도도, 높은 전기 절연성, 내식성, 내마모성을 갖추고 있어 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 기판은 최신 기술 발전에 필수적인 요소입니다. 기본적인 지지력을 제공하고 전기 회로의 핵심 부품이기 때문입니다.
이 블로그를 끝까지 읽어서 주요 세라믹 기판에 대해 자세히 알아보고, 3C 전자 장치에서 세라믹 기판이 금속을 대체하는 방식, 응용 분야 및 장점에 대해 알아보세요.
가장 흔한 세라믹 기질 3가지는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 산화 베릴륨입니다.
1 산화 알루미늄(Al2O3) 세라믹 기판: 가장 널리 사용되는 세라믹 기판 중 하나입니다. 산화알루미늄의 표면은 매끄럽고 기공률이 낮습니다. 산업, 재생에너지, 자동차 전기화에 사용됩니다. 생체의학 임플란트, 고온로 튜브, 촉매 변환기 제조에도 사용됩니다.
2 질화알루미늄(AlN) 세라믹 기판: 높은 기계적 강도, 내화학성, 높은 열전도도, 내마모성 및 내부식성, 그리고 높은 전기 절연성을 제공합니다. 주로 소결 장비, 오븐 구성 요소, 의료 기술 및 전자 센서에 사용됩니다.
3 베릴륨 산화물(BeO) 세라믹 기판: 최고의 열전도체이자 전기 절연체입니다. 전기 절연성은 알루미나와 유사합니다. 일반적으로 소자 성능과 안정성을 유지하기 위해 효과적인 방열이 필요한 전자 절연체 및 기판 제조에 사용됩니다. 마이크로파 소자, 진공관, 마그네트론, 가스 레이저 등에 사용됩니다.
왜 세라믹 기판을 선택해야 할까요?
세라믹 기판은 전자 기기에 사용하기에 적합한 우수한 특성을 가지고 있습니다. 세라믹은 뛰어난 열적, 기계적, 화학적 특성으로 인해 금속보다 우수한 것으로 입증되었습니다. 세라믹 기판의 주요 특성은 다음과 같습니다.
1 물리적 특성: 휴대용 기기는 제조 시 경량 소재가 필요하므로, 이 소재의 물리적 특성이 휴대용 기기에 가장 적합합니다. 기판 소재는 기기의 순중량을 줄여줍니다.
2. 화학적 특성: 유기 기판은 고온에 강하고 부식 및 산화에 강합니다. 또한 절연 특성으로 인해 전기 장치에 사용하기에 가장 적합합니다.
3. 기계적 특성: 세라믹 소재는 앞서 언급했듯이 높은 내마모성을 제공하여 오래 지속되는 성능을 보장합니다. 따라서 고성능 컴퓨팅 및 5G 통신 장비에 적합합니다.
금속 기판은 전도성과 인성 덕분에 3C 전자 제품에 항상 사용되어 왔습니다. 그러나 기술이 발전함에 따라 비효율적인 방열, 부식 위험, 금속 기판의 무게와 같은 문제가 발생하고 있습니다. 이러한 단점은 현대 전자 장비의 작동 및 내구성에 영향을 미칩니다.
따라서 이러한 과제를 극복하기 위해 세라믹이 현재 사용되고 있으며 3C 전자제품에 효과적임이 입증되었습니다.
3C 전자 분야에서 세라믹 기판의 응용
세라믹 기판은 다양한 용도로 활용됩니다. 그중 몇 가지를 소개하면 다음과 같습니다.
1. 가전제품: 세라믹 기판은 가전제품에 널리 사용되고 있습니다. 스마트폰의 경우 기기 두께를 줄이고 열을 관리하는 데 사용됩니다. 세라믹 기판은 내구성과 경량성을 제공하여 웨어러블 기기에 적합합니다.
2. 컴퓨터 장치: 세라믹 기판의 주요 기능은 지속적인 성능을 위해 열을 발산하는 것입니다. 노트북과 태블릿은 내구성과 휴대성이 필수적이며, 세라믹은 이러한 기능을 제공합니다.
3 통신 장치: 세라믹 기판은 기지국 모듈, 안테나, 전력 증폭기의 필수 부품으로 자리 잡았습니다. 이는 주로 5G 네트워크의 발전에 기인합니다.
세라믹 기판의 장점
세라믹 기판에는 많은 장점이 있습니다. 그중 몇 가지를 아래에 소개합니다.
1. 지속 가능성: 세라믹 기판은 가벼워 휴대성이 향상되고 기기 무게도 더욱 가벼워집니다. 세라믹은 금속에 비해 환경 친화적이며, 친환경 생산 기술을 지원합니다.
2. 환경 적응성: 세라믹은 고온, 다습, 부식성 환경 등 혹독한 환경을 잘 견뎌내는 것으로 알려져 있습니다. 세라믹의 유연성 덕분에 전자 기기의 수명이 더 길어지고, 유지 보수 및 수리가 덜 필요합니다.
3. 성능 향상: 세라믹은 전반적인 성능 향상에 도움이 됩니다. 열을 효율적으로 방출하고 과열 위험을 줄여줍니다. 따라서 안정적이고 안정적인 성능을 제공하는 고주파 통신 애플리케이션에 적합합니다.
IC 및 반도체에서의 세라믹 활용
IC(집적회로) 패키징
IC는 상호 연결된 실리콘 칩 부품으로 구성됩니다. 세라믹 패키지는 집적 회로에서 전기적 절연과 기밀성을 제공하는 데 사용됩니다.
반도체
반도체 분야의 주요 세라믹은 용융 실리카입니다. 용융 실리카는 실리콘 잉곳 도가니, 에피택셜 실리콘 증착 반응기, 웨이퍼 캐리어, 단일 웨이퍼 처리 장비, 습식 식각 탱크 등에 사용됩니다.
알루미나는 반도체 웨이퍼 처리 장비에도 사용됩니다. 이는 전기적 및 열적 절연 특성 때문입니다. 알루미나는 IC 기판의 성능과 신뢰성 및 세라믹 반도체 소재 제조에 필요한 낮은 유전율과 유전 손실, 높은 열전도도, 그리고 화학적 안정성을 제공합니다.
세라믹 PCB
세라믹은 전류 흐름을 차단하는 뛰어난 절연체입니다. 고주파 전자 제품, LED 조명, 전력 전자 제품에 널리 사용됩니다. 이는 일반적으로 열을 발산하여 성능과 수명을 향상시키기 때문입니다. 또한 인쇄 회로 기판(PCB)의 기판 소재로도 사용됩니다. 세라믹 PCB는 낮은 열팽창 계수(CTE)를 요구하는 응용 분야와 높은 열전도도를 요구하는 회로에 주로 사용됩니다.
세라믹 인쇄 회로 기판은 전력 전자 분야에서 고온을 관리하고 적절한 방열에 필요한 열 안정성을 제공하는 데에도 사용됩니다. 세라믹 회로 기판은 유연하고 내구성이 뛰어나 복잡한 기계 및 전기 설계에 맞춰 맞춤 제작이 가능합니다.
FR-4(난연-4)는 PCB 생산의 표준 소재로 널리 알려져 있습니다. 유리로 강화된 에폭시 수지 적층 소재로, 세라믹 PCB 소재로 사용됩니다. 일반적인 FR-4 CTE는 14~17 ppm/°C입니다.
파이프 치수 측정 방법을 알아야 합니다. 이를 통해 필요한 파이프를 선택하고 요구 사항을 충족하는 데 도움이 됩니다. 파이프를 측정하는 방법은 다양하며, 그중 몇 가지를 아래에 소개합니다.
1. 외경(OD): 파이프의 외경을 측정할 수 있습니다. 파이프의 한쪽 외경에서 반대쪽 외경까지 측정하면 됩니다. 두 지점 사이의 거리가 외경을 나타냅니다. 외경에는 파이프의 두께도 포함됩니다.
2. 내경(ID): 파이프의 내경을 측정해야 합니다. 이를 통해 파이프의 부피를 알 수 있고, 파이프에 얼마나 많은 물질을 담을 수 있는지 정확하게 알 수 있습니다. 이를 위해 파이프 내부 윤곽의 한쪽 끝과 반대쪽 윤곽의 길이를 측정합니다. 두 지점 사이의 거리가 내경이 됩니다. 내경에는 파이프의 두께는 포함되지 않습니다.
3. 공칭 파이프 크기(NPS): NPS는 파이프의 일반적인 크기를 나타냅니다. 내경에 파이프 두께의 절반을 더하면 NPS를 알 수 있습니다. 이렇게 하면 파이프의 공칭 크기가 나옵니다. 예를 들어, 파이프의 NPS가 4이면 외경은 4인치가 아닌 4.5인치가 됩니다.
OD, ID 및 NPS의 치수
파이프를 정확하게 측정하려면 외경, 내경, 그리고 공칭 파이프 크기를 이해하는 것이 중요합니다. 치수는 다음과 같습니다.
외경(OD): 1인치 파이프의 외경을 측정하려고 하면 놀랍게도 1인치가 아니라 1.342인치로 측정됩니다. 이는 재료의 두께도 포함되기 때문입니다.
내경(ID): 내경은 파이프 두께를 포함하지 않으므로 외경보다 작습니다. 예를 들어, 2인치 Schedule 40 파이프의 외경이 2.375인치라면 내경은 2.067인치가 됩니다.
사람들은 일반적으로 PVC 파이프를 선택할 때 내경을 고려합니다. 내경을 고려하면 필요한 정확한 크기를 얻을 수 있기 때문입니다. 외경을 고려하면 필요 이상으로 큰 PVC 파이프를 선택할 수 있습니다.
공칭 파이프 크기(NPS): NPS 값은 일반적으로 외경보다 작습니다. 공칭 파이프 크기가 2인치이면 외경은 2.375인치가 됩니다. 이는 북미에서 제조되는 표준 파이프 크기입니다.
파이프 벽의 두께
파이프 벽은 다양한 두께로 제공됩니다. 스케줄(Schedule)이라고도 합니다. 가장 많이 사용되는 파이프 두께는 40입니다. 스케줄 80을 사용하면 더 두껍고 강도가 높은 파이프를 사용할 수 있습니다. 이는 벽이 두꺼울수록 파이프가 더 강하고 오래 사용할 수 있음을 의미합니다.
결론
이 블로그를 읽으셨다면 3C 전자 소자에서 금속을 대체한 세 가지 세라믹 기판에 대한 충분한 지식을 얻으셨을 것입니다. 세라믹 기판은 지속가능성, 환경 적응성, 성능 향상 등 다양한 장점을 제공합니다. 세라믹 기판은 집적 회로와 반도체에도 사용됩니다.