제품 개요 및 2025년 시장 관련성

실리콘 카바이드(SiC) 디바이스 패키징과 열 관리 시스템은 고주파 전력 컨버터의 실제 성능, 수명, 안전성을 결정합니다. 반도체 자체 외에도 다이 어태치먼트, 기판, 인터커넥트, 캡슐화, 열 추출 경로가 덥고 먼지가 많으며 전력망이 가변적인 파키스탄의 산업 환경에서 장비가 잘 작동할 수 있는지를 결정합니다.

시카브테크는 반응 결합 SiC(RBSiC)와 무압/고체 소결 SiC(SSiC) 부품을 사용하여 신뢰성을 위해 특별히 제작된 패키징 스택을 설계합니다. 이러한 고급 세라믹은 뛰어난 열전도율, 기계적 강도 및 내식성을 제공하여 견고한 베이스 플레이트, 히트 스프레더, 냉판 및 보호 구조물을 구현할 수 있습니다. AlN/Si3N4 DBC 기판, 은 소결 또는 과도 액상(TLP) 다이 어태치먼트, 저 인덕턴스 버스바와 결합된 패키징은 낮은 접합부-케이스 열 저항을 유지하면서 섬유, 시멘트, 그리고 강철 식물.

왜 지금이죠?

• 2025년 효율 및 밀도 목표에 따라 SiC 접합 온도는 더 높아질 것이며, 175~200°C 디바이스 성능을 유지하려면 견고한 패키징이 필수적입니다.
• 파키스탄의 주변 온도(40~45°C)와 먼지 때문에 마모와 화학적 공격에 강한 밀폐형 또는 양압 인클로저와 세라믹 경로가 필요합니다.
• 그리드 처짐/팽창 및 빈번한 사이클링 응력은 솔더 조인트와 본드 와이어에 소결 다이 접착, 구리 클립 본딩 및 와이어 본드리스 토폴로지를 선호합니다.
• 데이터 센터, PV 인버터, VFD 및 BESS는 최소한의 서비스 기간으로 예측 가능한 열 거동과 긴 수명을 요구합니다.

기술 사양 및 고급 기능

대표적인 패키징 및 써멀 스택 옵션(사용자 지정 가능):

• 기판 및 상호 연결
• DBC: AlN(170-200W/m-K) 또는 Si3N4(80-90W/m-K)(구리 금속화)
• 상호 연결: 구리 클립 또는 리본 본딩, 필요한 경우 무거운 Al/Cu 와이어, 사이클링 안정성을 위해 와이어 본드리스 토폴로지 선호
• 버스바: 기생 인덕턴스를 최소화하는 적층형, 저 ESL 설계
• 다이 부착 및 기판 부착
• 은 소결(>200W/m-K, 고융점, 사이클링 시 견고함)
• 고온 안정성을 위한 TLP 본딩
• 비용에 민감한 고신뢰성 솔더 옵션(신뢰성이 향상된 SnAgCu)
• 히트 스프레더 및 베이스 플레이트
• RBSiC/SSiC 베이스 플레이트(120-200+ W/m-K 유효, 높은 강성, 내식성/내부식성)
• 맞춤형 CTE 매치를 위한 Cu 또는 CuMo 인서트(옵션)
• 평탄도 사양: 최적의 TIM 성능을 위한 모듈 풋프린트 전체 ≤50µm
• 열 인터페이스 및 냉각
• TIM: 상 변화 또는 고급 그리스(&t; 0.02 K-m²/W) 또는 서비스용 흑연 패드
• 냉각: 공랭식 핀, 증기 챔버 또는 액체 냉각판(스테인리스 또는 부식 억제제가 포함된 Al)
• 목표 열 저항: 스위치 위치당 최저 0.05~0.15 K/W의 RθJC(애플리케이션에 따라 다름)
• 환경 보호
• 캡슐화: 오염 정도를 고려한 실리콘 젤 또는 에폭시
• 컨포멀 코팅: 먼지/화학물질 노출에 따른 아크릴/우레탄/실리콘 코팅
• IP 등급 하우징, 시멘트/섬유 현장을 위한 양압 옵션
• 규정 준수 목표
• IEC 60664(절연 조정), IEC 62477-1(컨버터 안전), IEC 60068(환경 테스트), IEC 61800(드라이브) 및 PEC 연계 사례

시카브 테크의 신뢰성 기능:

• HALT/HASS 스크리닝, 전원 사이클링에서 고장까지(ΔTj 최대 80-100K) 및 열충격 검증
• 파키스탄 산업 환경을 위한 내습성 및 방진성 인증
• 열 매핑 및 진단을 위한 임베디드 NTC/RTD 및 광섬유 브래그 센서(옵션)

열악한 현장에서의 패키징 및 열 안정성 이점

파키스탄의 높은 주변 환경과 먼지를 위한 내구성 있는 열 경로 및 인터커넥트	RBSiC/SSiC 강화 SiC 패키징(시카브 테크)	기존 실리콘 시대의 전력 모듈
열 경로(RθJC)	은 소결 + AlN DBC 사용 시 매우 낮음	솔더 어태치 + Al2O3 DBC를 사용하면 더 높아집니다
사이클링 견고성	높음(와이어 본드리스/클립, 소결 부착)	중간(와이어 본드 리프트오프, 솔더 피로도)
내식성/방진성	높음(세라믹 베이스 플레이트, 밀폐형 디자인)	보통; 금속 산화/부식 위험
작동 온도 마진	최대 175-200°C 디바이스 기능 지원	일반적으로 ≤125-150°C
유지보수 간격	확장(안정적인 TIM, 진단)	더 자주 다시 붙여넣기/다시 토크하기

주요 장점 및 입증된 이점

• 열 저항은 낮추고 가동 시간은 높입니다: RBSiC/SSiC 베이스플레이트가 있는 AlN/Si3N4 DBC의 은 소결 다이가 접합부 온도를 낮춰 효율과 수명을 향상시킵니다.
• 뛰어난 사이클링 신뢰성: 와이어 본드가 없는 구리 클립 인터커넥트는 철강 및 시멘트 공장에서 발생하는 높은 ΔTj와 진동을 견뎌냅니다.
• 환경 복원력: 세라믹 구조와 밀폐형 설계로 먼지, 습기, 연마 입자에 강해 45°C의 실내에서도 성능을 유지합니다.
• 컴팩트한 고밀도 구축: 효율적인 열 확산으로 시스템 밀도가 10kW/L를 초과하여 MCC 및 UPS 룸을 축소할 수 있습니다.
• 예측 가능한 서비스 계획: 내장된 열 감지 및 추세 분석이 상태 기반 유지 관리를 지원합니다.

전문가 인용문:
"고급 패키징, 특히 은 소결 및 세라믹 기판은 높은 온도와 스위칭 속도에서 SiC가 약속한 신뢰성을 달성하는 데 결정적인 요소로 부상했습니다." - IEEE 전력 전자 매거진, 와이드 밴드갭 모듈의 신뢰성, 2024년

실제 응용 분야 및 측정 가능한 성공 사례

• 라호르 데이터 센터 UPS:
• AlN DBC 및 실버 신터와 SSiC 냉각판으로 SiC 모듈 패키징 업그레이드.
• 결과: 인버터 효율 97.3%, 첫해 에너지 비용 12.6% 절감, 평탄도 개선 및 펌프 아웃 감소로 TIM 서비스 주기 2배 연장.
• 파이살라바드 섬유 VFD 캐비닛:
• 양압 인클로저가 있는 RBSiC 스프레더의 와이어 본드리스 SiC 모듈.
• 결과: 캐비닛 온도 18% 감소, 열 트립 20% 감소, 팬 필터 교체 주기 최대 25% 연장.
• 펀잡 시멘트 예열기 팬:
• 컨포멀 코팅 및 IP 등급 하우징이 적용된 SSiC 베이스 플레이트 모듈.
• 성능: 주변 온도 42~45°C에서 지속적 작동, EMI 경보 감소(높은 dv/dt에서 안정적인 상호 연결), 실리콘 시대 모듈 대비 5~7% 전력 절감.

이미지 프롬프트: 자세한 기술 설명] 비교 열 지도 시각화: 왼쪽 - 핫스팟과 와이어 본드 리프트 오프 위험을 보여주는 Al2O3 DBC가 있는 기존 솔더링 모듈, 오른쪽 - 균일한 온도와 낮은 RθJC를 보여주는 은 소결, AlN DBC 및 SSiC 베이스 플레이트가 있는 시카브 테크 SiC 모듈, 사이클 테스트에서 ΔTj의 오버레이와 TIM 및 콜드 플레이트의 분해도 포함, 사실적인 4K.

선택 및 유지 관리 고려 사항

• 머티리얼 스택 선택
• 열 전도성을 극대화하려면 AlN DBC를, 인성과 기계적 신뢰성이 우선시되는 경우 Si3N4를 선택하세요.
• 고사이클링 드라이브 및 UPS에는 실버 신터를 지정하고, 극한의 Tj 애플리케이션에는 TLP를 고려하세요.
• 기계 및 열 인터페이스
• 베이스 플레이트 평탄도 및 장착 토크 사양을 적용하고, TIM 두께(일반적으로 100µm)와 균일성을 확인합니다.
• 액체 냉각의 경우 수질, 부식 억제제, 유속을 확인하여 예상 RθCA를 유지하세요.
• 환경 밀봉
• 시멘트/섬유 현장에서는 양압이 있는 컨포멀 코팅 및 IP 등급 하우징을 사용하고 오염 정도와 연면적을 검토합니다.
• 전기 레이아웃 및 EMI
• 오버슈트 최소화를 위한 적층형 버스바 및 켈빈 소스, IEC 60664에 따른 연면거리/간극 유지.
• 긴 케이블 길이에 대한 작동 전압에서 부분 방전(PD) 수준을 검증합니다.
• 서비스 및 모니터링
• NTC/RTD 온도와 ΔTj를 기록하고, 달력 시간이 아닌 트렌드 분석을 기반으로 사전 예방적 TIM 새로 고침을 예약합니다.
• 계획된 가동 중단 중에 커넥터 토크와 개스킷 무결성을 검사하세요.

산업 성공 요인 및 고객 사용후기

• 성공 요인:
• 초기 열 시뮬레이션 및 수명 모델링(전력 사이클링, 미션 프로파일)
• 여름철 성수기에 파일럿을 운영하여 주변 환경 및 먼지 유입 가정을 검증합니다
• 냉각판의 물 화학 제어, 공냉식 시스템의 필터 유지보수 계획
• 토크, TIM 적용 및 씰 검사에 대한 기술자 교육
• 추천사(유지보수 책임자, 카라치 철강 압연):
• "RBSiC 베이스 플레이트와 소결 다이를 부착하면 온도가 안정화되고 열 경보가 줄어듭니다. 계획된 열화상 서비스 간격을 두 배로 늘렸습니다."

미래 혁신 및 시장 동향

• 2025-2027년 전망:
• 와이어 본드가 없는 양면 냉각 패키지로 1700V SiC 모듈 채택 확대
• 200mm SiC 웨이퍼 스케일링으로 디바이스 비용 절감, 자동 소결 및 클립 부착을 통해 패키징 비용 최적화
• 미세먼지가 많은 환경과 염분이 많은 해안가 공기를 위한 고급 코팅제
• 열 피로 예측을 위한 임베디드 광섬유 감지 및 디지털 트윈

업계 관점:
"이제 패키징은 병목 현상이며 인에이블러 세라믹 기판과 소결 인터페이스는 SiC의 산업 확장에 중추적인 역할을 합니다." - IEA 기술 전망 2024, 전력 전자 챕터

일반적인 질문 및 전문가 답변

• AlN은 항상 Si3N4보다 낫나요?
• AlN은 열전도율이 높고, Si3N4는 기계적 인성과 사이클링 신뢰성이 뛰어납니다. 미션 프로파일과 충격/진동 요구 사항에 따라 선택합니다.
• 은 소결 조인트는 재작업이 복잡합니까?
• 제어된 재작업 절차가 필요하지만 수명과 고온 안정성이 크게 향상되어 파키스탄의 높은 대기 조건에 이상적입니다.
• 베이스플레이트로서 RBSiC와 SSiC는 어떻게 비교되나요?
• 둘 다 뛰어난 열적 및 기계적 특성을 제공합니다. SSiC는 일반적으로 더 높은 순도와 강도를 제공하며, RBSiC는 강력한 성능과 함께 비용 이점을 제공합니다.
• 이러한 패키지가 THD 및 EMC 목표를 충족할 수 있나요?
• 열 안정성은 일관된 스위칭을 지원하며, 적층형 버스바 및 적절한 필터와 결합하여 시스템은 THD &;3%를 달성하고 IEC 61000 목표를 충족합니다.
• 일반적으로 어떤 평생 이득이 있나요?
• 사이클에 따라 20~30%의 시스템 수명 연장과 안정적인 열 경로 및 상태 기반 서비스를 통해 10~15%의 유지보수 비용 절감 효과를 얻을 수 있는 것이 일반적입니다.

이 솔루션

전체 열 및 기계 스택(AlN/Si3N4 DBC, 실버 신터 다이 어태치, 와이어 본드리스 인터커넥트, RBSiC/SSiC 히트 스프레더)을 엔지니어링함으로써 시카브 테크는 파키스탄의 가장 덥고 먼지가 많으며 전기적 변동이 심한 환경에서도 SiC 장치가 안전하고 효율적으로 작동하도록 보장합니다. 그 결과 효율성 향상, 수명 연장, 트립 횟수 감소, 예측 가능한 유지보수 등 VFD, UPS, PV 및 BESS 전반에 걸쳐 다양한 이점을 누릴 수 있습니다.

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• 중국 과학 아카데미의 지원을 받는 10년 이상의 SiC 제조 전문 지식
• R-SiC, SSiC, RBSiC, SiSiC 소재 및 첨단 모듈 패키징을 아우르는 맞춤형 제품 개발
• 가치 창출 현지화를 위한 기술이전 및 공장 설립 서비스
• 재료 가공부터 완성된 검증된 전력 모듈까지 턴키 솔루션 제공
• 19개 이상의 기업에서 입증된 성과; 신속한 프로토타이핑, HALT/HASS 및 파일럿 배포

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문서 메타데이터

• 최종 업데이트: 2025-09-11
• 다음 예정된 검토: 2025-12-15
• 저자: 시카브 테크 애플리케이션 엔지니어링 팀
• Contact: [email protected] | +86 133 6536 0038
• 표준 초점: IEC 60664, IEC 62477-1, IEC 61800, IEC 61000, IEC 60068, PEC 관행 및 NTDC 그리드 코드 품질 기준에 부합함