SAM, 전력 전자제품의 열 관리를 위한 고순도 육방정 질화 붕소를 선보입니다.

소개

첨단 세라믹 및 엔지니어링 소재 분야의 신뢰할 수 있는 이름인Stanford Advanced Materials (SAM)는 고전압 전자 시스템의 열 관리 문제를 해결하는 고순도 육방정 질화 붕소(h-BN) 의 성공 사례를 소개하게 되어 기쁘게 생각합니다. 이 소재는 전기 자동차, 반도체 장치 및 전력 모듈의 까다로운 애플리케이션을 위한 신뢰할 수 있는 솔루션으로 주목받고 있습니다.

SAM의 최고 재료 책임자인 사무엘 R. 매튜스 박사는 다음과 같이 설명합니다,
"육방정 질화붕소는 열전도율과 전기 절연성이라는 보기 드문 조합을 제공하기 때문에 차세대 전력 전자 제품에 이상적입니다. 최근의 한 사례에서, 한 글로벌 고객은 당사의 BN 시트를 통합한 후 방열 효율을 40% 향상시켰습니다. 바로 이러한 성능과 지속 가능성 이점을 SAM이 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다."

사례 연구: 육방정 질화 붕소를 사용한 전력 전자제품의 열 관리

--열 관리 과제

실리콘 카바이드(SiC) 전력 모듈을 제조하는 한 글로벌 제조업체는 기존 열 인터페이스 재료가 고온 애플리케이션에서 고장이 발생한다는 심각한 문제를 안고 SAM을 찾아왔습니다. 전기 자동차 인버터 및 산업용 모터 드라이브용으로 설계된 이 모듈은 300°C 이상에서 정기적으로 작동했습니다. 이러한 조건에서 고객은 다음과 같은 사실을 관찰했습니다:

• 열 인터페이스 재료의 급속한 성능 저하
• 3,000V 이상의 전압에서 부적절한 유전체 절연 상태
• 세라믹 기판 스택의 박리 및 뒤틀림 현상
• 열 방출 효율 감소로 인한 국부적 과열 발생

엔지니어링 팀은 공기 중에서 최소 900°C까지 안정적인 성능을 제공하면서 높은 열전도율과 전기 절연성을 모두 갖춘 소재를 찾았습니다. 또한 맞춤형 모듈 설계를 위해 엄격한 치수 공차와 기계 가공성을 갖춘 50mm × 50mm × 1mm 시트로 제공되어야 했습니다.

[1]

--SAM의 솔루션: A등급 육각형 질화붕소

응용 분야 요구 사항을 검토한 후 Stanford Advanced Materials는 극한의 열 및 전기 조건을 위해 설계된 고순도 세라믹인 Grade A 육방정 질화 붕소 시트를 추천했습니다. 기존 인터페이스 재료와 달리 h-BN은 열전도율과 전기 저항률이 드물게 조합되어 고전압 애플리케이션에 이상적입니다.

제품 사양은 다음과 같습니다:

SAM은 또한 배송 및 보관 중 재료 무결성을 보장하기 위해 맞춤형 가공 지원과 진공 밀봉 포장을 제공했습니다.

--구현 및 결과

제조업체는 h-BN 시트를 전력 모듈 어셈블리에 통합하여 SiC 칩과 구리 히트 스프레더 사이의 열 인터페이스 레이어로 사용했습니다. 구현 후 테스트와 현장 데이터를 통해 즉각적인 개선 효과가 입증되었습니다:

• 이전 인터페이스 재료에 비해 열 방출 효율이 40% 증가했습니다.
• 최대 부하 시 피크 핫스팟 온도 20°C 감소
• 25°C~300°C에서 1,000회의 열 사이클 후 유전체 고장 없음
• 0.02mm 이내의 일관된 시트 평탄도, 본딩 중 기계적 응력 제거
• 우수한 기계 가공성으로 인한 통합 시간 단축

이러한 결과에 따라 고객은 고전압 SiC 모듈의 전체 라인을 SAM의h-BN 솔루션으로 전환하고 다른 열에 중요한 부품의 h-BN 코팅을 위한 두 번째 재료 평가 단계에 착수했습니다.

육방정 질화 붕소란 무엇인가요?

육방정질화 붕소(h-BN) 는 흑연과 유사한 구조를 가진 합성 세라믹 화합물입니다. 그러나 전기 전도성이 있는 흑연과 달리 육방정 질화 붕소는 우수한 전기 절연체입니다. 이러한 근본적인 차이로 인해 h-BN은 높은 열전도율과 전기 저항성이라는 단일 물질에서 거의 함께 발견되지 않는 두 가지 특성을 결합한 독특한 프로파일을 갖게 됩니다.

특히 BN 함량이 99%를 초과하는 고순도 형태는 하이테크 제조, 전자, 항공우주 및 에너지 분야에서 특히 가치가 높습니다. 고순도 육방정 질화붕소의 주요 물리적 특성은 다음과 같습니다:

육방정 질화 붕소의 응용 분야

육방정 질화 붕소의 고유한 열적 및 전기적 특성으로 인해 여러 산업 분야에서 가치가 있습니다. 분말, 시트, 코팅, 복합재 등 다양한 형태로 제공되며, 각 형태는 특정 요구 사항에 적합합니다.

• h-BN은 SiC/GaN 전력 모듈, LED 및 고주파 PCB의 열 인터페이스 재료로 사용됩니다. 전기적으로 절연하면서 열을 방출하는 데 도움이 되며, EMI 차폐 및 히트 스프레더에도 사용됩니다.
• h-BN은 안정성이 뛰어나 금속 가공용 도가니에 사용되며 진공 또는 불활성 환경에서 1700°C 이상의 온도를 처리할 수 있습니다.
• 건식 윤활제인 h-BN은 압력과 열에서도 우수한 성능을 발휘하므로 항공우주 및 진공 시스템에 이상적입니다.
• 스킨케어와 메이크업에서 h-BN은 부드러운 느낌을 더하고 유분을 조절하며 피부에 순합니다.
• 복합 재료의 강도, 내열성 및 열 전도성을 높여 항공 우주 및 방위 3D 프린팅 응용 분야를 지원합니다.

결론

육방정 질화 붕소는 전력 전자 분야의 첨단 열 및 전기 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 방대한 세라믹 소재 인벤토리와 애플리케이션별 지원을 통해 스탠포드 첨단 재료는 성능과 신뢰성의 한계를 뛰어넘는 엔지니어의 신뢰할 수 있는 파트너로서 역할을 계속하고 있습니다.

참조:

[1] 왕, 정팡 & 우, 지젠 & 웽, 링 & 지, 성보 & 장, 다웨이 & 황, 미나 & 멀비힐, 다니엘 & 첸, 칭구오 & 구오, 잔후 & 재자르, 압둘라티프 & 허, 시민 & 장, 쉬화 & 쉬, 벤. (2023). 열 전도성 고분자 복합재에 대한 로드맵 검토: 중요한 요소, 진행 상황 및 전망. 고급 기능성 재료. 33. 10.1002/adfm.202301549.