전자 패키징 분야에서 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 특성을 지닌 세라믹 기판은 전자 소자의 안정적인 작동을 지원하는 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 다양한 소재로 제작된 세라믹 기판은 각각 고유한 성능 특성을 나타내며 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 오늘은 몇 가지 일반적인 유형의 세라믹 기판을 자세히 살펴보고 그 성능 차이를 비교해 보겠습니다.
알루미나(알₂O₃) 세라믹 기판
알루미나 세라믹 기판은 현재 가장 널리 사용되는 세라믹 기판 중 하나입니다. 산화알루미늄 함량에 따라 일반적으로 96% 알루미나 세라믹 기판과 99% 알루미나 세라믹 기판이 사용됩니다.
96%알루미나 세라믹 기판높은 경도, 강도 및 내마모성을 가지고 있습니다. 비교적 저렴한 가격과 우수한 가공 성능을 가지며, 절삭, 드릴링 등의 가공이 가능합니다. 저온 및 저전계 강도의 응용 분야에서는 유전율과 유전 손실이 우수하고 신호 전달 성능도 우수합니다. 그러나 순도는 99% 산화알루미늄 기판보다 상대적으로 낮고 유전율과 유전 손실도 약간 높습니다. 고온 환경에서는 취성 파괴가 발생하기 쉽습니다.
99% 알루미나 세라믹 기판은 화학적 순도, 밀도, 경도가 더 높고, 전기적 특성이 우수하며, 유전율이 비교적 높고 유전 손실이 낮습니다. 고온 안정성이 뛰어나 최대 1700℃의 고온에서도 견딜 수 있습니다. 또한, 높은 기계적 강도와 내식성을 가지고 있습니다. 또한, 비교적 얇은 알루미나 세라믹 기판으로 제작할 수 있어 마이크로전자 소자 제작에 유용합니다. 하지만 가격이 상대적으로 높고 가공 난이도가 높다는 단점이 있습니다.
2. 적용 분야
96% 알루미나 세라믹 기판은 저전력 전자 부품, 센서, 커패시터, 소형 릴레이, 마이크로파 부품 등의 분야에서 널리 사용됩니다. 비용이 민감하고 성능 요건이 비교적 덜 엄격한 이러한 상황에서는 알루미나 세라믹 기판의 장점을 최대한 활용할 수 있습니다. 99% 알루미나 세라믹 기판은 고전력 주도의, 고전압 집적 회로, 고온 센서, 고주파 전자 부품 등의 분야에 더욱 적합하며, 고온 안정성, 전기적 특성 및 기계적 강도에 대한 해당 분야의 엄격한 요건을 충족합니다.
지르코니아(지르코니아 2) 세라믹 기판
1. 성능 특성
지르코니아 세라믹 기판은 고강도와 고경도를 특징으로 합니다. 경도는 일반적으로 HRA90 이상, 심지어 강철의 10배가 넘는 HRA95까지 도달할 수 있습니다. 강도는 실온에서 900MPa에 달하며, 고온에서도 비교적 높은 수준을 유지합니다. 내마모성이 우수하고 표면 평탄도가 높습니다.
지르코니아 세라믹은 강한 화학적 불활성과 우수한 내식성을 가지고 있습니다. 산이나 알칼리와 같은 화학 물질에 쉽게 침식되지 않으며, 혹독한 환경에서도 장기간 안정적으로 작동할 수 있습니다. 또한, 절연 성능 또한 매우 뛰어나 고전압 절연 재료에 적합합니다. 또한, 지르코니아 세라믹은 매우 높은 융점과 고온 안정성을 가지고 있어 고온 환경에서 장기간 사용할 수 있습니다.
2. 적용 분야
고급 제조, 전자, 항공우주, 의료기기, 화학공학 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있습니다. 전자 분야에서는 센서, 커패시터 등을 제조하는 데 사용할 수 있으며, 의료기기 분야에서는 생체 적합성이 우수하여 인공 관절과 같은 임플란트 제작에 활용될 수 있습니다.
탄화규소(SiC) 세라믹 기판
1. 성능 특성
탄화규소 세라믹 기판은 강철보다 5배, 알루미늄보다 3배 높은 매우 높은 경도를 가지고 있습니다. 또한, 강도가 높아 인장 강도가 400MPa 이상에 달할 수 있습니다. 탄화규소는 고온 내성이 우수하고 융점이 높으며 고온 열충격에도 견딜 수 있습니다. 일반적으로 사용 온도는 1200℃에서 1600℃ 사이입니다.
강한 산화 저항성을 가지고 있어 고온 산화 부식에 강하며, 공기 중에서 안정적으로 사용할 수 있습니다. 탄화규소는 내마모성이 우수하고 경도가 높으며 마찰 계수가 낮습니다. 동시에 금속의 2~3배에 달하는 우수한 열전도도를 가지고 있어 효과적인 방열을 가능하게 하며, 화학적 안정성도 우수합니다.
2. 적용 분야
탄화규소는 반도체, 자기 디스크, 항공우주 등의 분야에서 널리 사용됩니다. 반도체 분야에서 탄화규소 세라믹 기판은 전력 소자 제조에 사용될 수 있습니다. 탄화규소의 우수한 열전도도와 고온 저항성을 활용하여 소자의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
다양한 소재로 제작된 세라믹 기판은 성능 측면에서 각자의 장단점을 가지고 있습니다. 실제 적용에서는 열전도도, 단열성, 기계적 강도, 비용, 가공 난이도 등의 요소를 특정 요건에 따라 종합적으로 고려하여 세라믹 기판에 가장 적합한 소재를 선택해야 합니다. 전자 기술의 지속적인 발전에 따라 세라믹 기판의 성능에 대한 요구 또한 지속적으로 증가하고 있습니다. 앞으로도 다양한 소재의 세라믹 기판은 성능 최적화 및 비용 절감 측면에서 끊임없이 혁신을 거듭할 것입니다.
