제품 개요 및 2025년 시장 관련성

SiC 칩 수준의 히트 스프레더 기판은 반도체 다이 바로 아래 또는 전력 모듈 스택 내에 배치되어 열을 전도하고 측면으로 확산시켜 열 구배와 피크 접합 온도를 낮추는 엔지니어링 세라믹 부품입니다. 반응 결합 SiC(RBSiC), 무압/고체 소결 SiC(SSiC) 또는 SiSiC 하이브리드를 사용하는 이러한 기판은 높은 열 전도성, 우수한 강성 및 내식성을 제공합니다. 파키스탄의 섬유, 시멘트 및 강철 산업 및 확장 중인 데이터 센터에서 이러한 소재는 더 높은 스위칭 주파수, 더 높은 전력 밀도 및 고온, 먼지, 그리드 휘발성 환경에서 더 긴 수명을 가능하게 합니다.

2025년이 채택에 중요한 시기인 이유:

• 높은 주변 온도(40~45°C)에서 97% 이상의 효율을 유지하기 위해서는 UPS, VFD 및 PV/BESS용 소형 고밀도 컨버터에 적극적인 열 설계가 필요합니다.
• 국부적인 그리드 처짐/팽창과 잦은 사이클링은 열 기계적 피로를 가속화하며, 우수한 열 확산은 ΔTj를 감소시켜 안정성을 향상시킵니다.
• 데이터 홀과 MCC 룸의 공간 및 운영 비용 압박은 효율적인 히트 스프레더를 통해 지원되는 더 작은 방열판과 더 조용한 냉각을 선호합니다.
• RBSiC/SSiC 기판은 AlN/Si3N4 DBC 스택 및 은 소결 다이 어태치와 원활하게 통합되어 최대 175-200°C의 SiC 디바이스의 신뢰성 잠재력을 최대한 활용합니다.

시카브 테크는 정밀 평탄도, 금속화 옵션, 은 소결 또는 TLP 본딩과의 호환성을 갖춘 개별 패키지(TO-247/TO-263), 하프 브리지/풀 브리지 모듈, 지능형 전력 블록에 맞춤형 칩 스케일 스프레더 및 모듈 스케일 베이스 인서트를 공급합니다.

기술 사양 및 고급 기능

대표 기능(디바이스/모듈별 맞춤 설정):

• 재료 및 열적 특성
• SSiC: 고순도, 고강도, 일반적으로 150-200+ W/m-K 이상의 열 전도성, 우수한 내마모성/내식성
• RBSiC: 강력한 열 성능으로 비용 효율적이며, 예측 가능한 전도를 위해 다공성을 제어합니다
• SiSiC: 맞춤형 전도성 및 CTE를 위한 실리콘 침투 구조물
• 기계 및 치수
• 두께: 0.2~2.0mm 칩 인서트, 2~6mm 모듈 인서트/베이스 플레이트
• 평탄도: 모듈 풋프린트 전체 ≤50µm, 로컬 칩 영역 ≤20µm
• 표면 마감: 최적의 TIM 및 소결 인터페이스를 위한 Ra ≤0.4 µm
• 스트레스를 최소화하기 위해 AlN/Si3N4 DBC에 맞춤화된 CTE 매칭
• 통합 및 인터페이스
• 실버 신터, TLP 및 고신뢰성 솔더와 호환 가능
• 본딩 또는 전기적 차폐에 필요한 경우 금속화 옵션(Ti/Ni/Ag) 제공
• 와이어 본드리스 구리 클립 어셈블리 및 켈빈 소스 레이아웃 지원
• 열 성능 목표
• RθJC 감소: 10~25%, 비스프레드 스택 대비(애플리케이션에 따라 다름)
• ΔTj 감소: 50~100kHz 스위칭에서 고플럭스 핫스팟에서 8~20K 감소
• 펄스 부하 및 전력 사이클링을 위한 Zth(j-a) 과도 응답 개선
• 환경적 견고성
• 시멘트/섬유에 대한 방진/내마모성, 컨포멀 코팅 및 밀폐형 인클로저와 호환 가능
• 액체 냉각 호환성: 부식 억제제를 사용한 화학적 내성, 흐름에 따른 낮은 침식성
• 규정 준수 조정
• IEC 60664 절연 조정(스택 레벨), IEC 60068 환경 테스트, IEC 62477-1 안전, PEC 및 NTDC 관행

시카브 테크 엔지니어링 서비스:

• 미션 프로파일 기반 전력 손실 맵이 포함된 열 FEA
• 적외선 열화상 상관관계 및 열량 측정 검증
• 센서 임베딩을 위한 맞춤형 가공 및 레이저 기능(NTC/RTD/파이버 브래그)

산업용 전력 전자 장치를 위한 측정 가능한 열 및 밀도 이득

파키스탄의 뜨거운 현장에서 접합부 온도 상승을 낮추고 밀도를 높입니다	SiC 칩 수준의 히트 스프레더 기판(시카브 테크)	기존 구리 슬러그/알루미늄 스프레더
열 전도성 및 핫스팟 확산	SiC 세라믹으로 높은 확산성, 높은 T에서 안정적	보통, 국부적인 핫스팟이 지속됨
펄스 부하 시 ΔTj	일반적으로 -8 ~ -20K 개선	기준선
사이클링 시 안정성	높음(뻣뻣함, 낮은 피로감, 우수한 CTE 페어링)	중간, CTE 불일치 위험
내식성/방진성	마모성/먼지가 많은 환경에서 탁월함	가변성; 산화 및 마모 우려
방열판 및 팬 크기	Rθ 경로가 낮아짐에 따라 감소	핫스팟을 보완하기 위해 더 커짐

주요 장점 및 입증된 이점

• 접합부 온도와 경사도를 낮춥니다: 다이 아래에 스프레더 인서트가 열 피크를 줄여 파키스탄의 잦은 전압 교란과 주변 열에서 수명을 연장합니다.
• 더 높은 전력 밀도: 핫스팟을 완화함으로써 설계자는 스위칭 주파수와 전류 밀도를 높이고 마그네틱과 히트싱크를 줄일 수 있습니다.
• 열악한 환경에서의 신뢰성: 세라믹 강도와 내마모성으로 먼지가 많은 시멘트 및 섬유 공장에서도 성능 저하를 방지합니다.
• 비용 및 운영 비용 절감: 더 작은 냉각 시스템, 더 긴 TIM 수명(펌프 아웃 감소), 더 적은 열 트립으로 유지보수 및 에너지 비용을 절감할 수 있습니다.

전문가 인용문:
"고전도성 세라믹과 고급 어태치트를 사용하는 다이 수준에서의 국소화된 열 관리는 높은 접합 온도에서 SiC의 신뢰성 약속을 실현하는 데 필수적입니다." - IEEE 파워 일렉트로닉스 매거진, 패키징 및 열 트렌드, 2024년

실제 응용 분야 및 측정 가능한 성공 사례

• 라호르 데이터 센터 UPS 인버터 모듈:
• 고손실 스위치 아래에 내장된 SSiC 칩 레벨 스프레더.
• 결과: 75% 부하에서 최대 접합부 온도 14K 감소, 전체 UPS 효율 97.3% 달성, 냉각 팬 속도 프로파일이 낮아져 최대 9%의 HVAC 에너지 절약.
• 파이살라바드 섬유 VFD 프레임:
• 컨포멀 코팅 PCB가 적용된 하프 브리지 모듈 아래에 RBSiC 베이스 인서트가 삽입됩니다.
• 결과: 캐비닛 온도 18% 감소, 여름철 열 트립 20% 감소, 팬 사용량 감소로 필터 교체 주기 연장.
• 카라치 스틸 보조 펌프:
• SiSiC 하이브리드 스프레더와 실버 신터 부착.
• 성능: 전력 사이클링 모델에서 22~28% 예상 수명 연장, 낮은 공기 흐름 요구 사항을 통한 가청 소음 감소.

이미지 프롬프트: 자세한 기술 설명] 100kHz에서의 나란한 열 지도: 칩 레벨 스프레더가 없는 왼쪽 모듈은 집중된 핫스팟을 보여주고, SSiC 스프레더가 있는 오른쪽 모듈은 균일한 열 분포를 보여줍니다. 두께, 전도도 및 ΔTj 개선에 대한 콜아웃과 함께 다이-소결-DBC-SiC 스프레더-TIM-냉판 스택의 분해도 포함. 사실적인 4K.

선택 및 유지 관리 고려 사항

• 소재 선택
• 예산이 허용하는 경우 전도성과 기계적 강도를 극대화하려면 SSiC를, 강력한 성능으로 비용 최적화된 빌드를 원한다면 RBSiC를, CTE 맞춤화가 필요한 경우 SiSiC를 선택하세요.
• 스택 통합
• 평탄도 및 표면 마감 목표를 보장하고 175~200°C에서 최상의 열/노화 성능을 위해 은 소결을 지정합니다.
• 진동 및 사이클링 수준에 따라 DBC 재료(높은 k의 경우 AlN, 인성의 경우 Si3N4)를 검증합니다.
• 냉각 전략
• 250kW 이상의 캐비닛 또는 높은 고도의 경우 액체 냉각을 고려하고 냉각판을 보호하기 위해 물의 화학적 특성(pH, 억제제)을 제어하세요.
• TIM 두께를 100µm로 유지하고 펌프 아웃을 모니터링하며 상 변화 또는 고안정성 그리스를 선택합니다.
• 환경 보호
• 먼지가 많은 환경에서는 코팅과 양압 인클로저를 사용하고 개스킷과 씰의 무결성을 확인합니다.
• 검증 및 QA
• IR 열화상 및 과도 Z값 측정을 수행하고 FEA와 연관시킵니다.
• 파일럿 실행에서 ΔTj 추세를 추적하고 그에 따라 스프레더 두께와 설치 공간을 조정합니다.

산업 성공 요인 및 고객 사용후기

• 성공 요인:
• 더 높은 스위칭 주파수를 활용하기 위한 마그네틱 및 레이아웃과의 초기 열 공동 설계
• 파키스탄의 그리드 처짐과 주변 피크를 반영하는 미션 프로파일 기반 손실 매핑
• 평탄도, 거칠기 및 부착 다공성에 대한 엄격한 계측 측정
• 가장 더운 달에 파일럿 검증을 통해 수익률 확인
• 추천사(펀자브주의 주요 시멘트 생산업체 운영 관리자):
• "칩 수준의 SiC 스프레더는 핫스팟을 평평하게 만들고 여름철 성수기 동안 드라이브를 안정화했습니다. 유지보수 기간도 더 짧아지고 빈도도 줄었습니다."

미래 혁신 및 시장 동향

• 2025-2027년 전망:
• SiC 스프레더와 마이크로 채널 냉각판이 내장된 양면 냉각 모듈
• 디바이스 비용을 낮추고 첨단 패키징의 광범위한 채택을 가능하게 하는 200mm SiC 웨이퍼 에코시스템
• 실시간 열 매핑 및 예측 유지보수를 위한 스프레더 내 통합 센서(파이버 브래그/RTD)
• 극한의 측면 확산을 위해 SiC 세라믹과 흑연 평면을 결합한 하이브리드 복합재

업계 관점:
"열 공학은 이제 세라믹 스프레더가 중심 역할을 하는 WBG 시스템에서 전력 밀도를 높이는 주요 수단입니다." - IEA 기술 전망 2024, 전력 전자 장

일반적인 질문 및 전문가 답변

• 얼마나 많은 ΔTj 감소를 기대할 수 있나요?
• 손실 분포, 스프레더 두께, 냉각 방식에 따라 일반적으로 8~20K이며, IR 및 Zth 테스트를 통해 검증합니다.
• 스프레더를 추가하면 열 저항이 증가하나요?
• 제대로 설계된 경우에는 그렇지 않습니다. 하이-k SiC 세라믹과 은-소결 인터페이스는 전체 RθJC를 줄이면서 측면 분포를 개선합니다.
• 스프레더는 기존 모듈과 호환되나요?
• 예, DBC 아래 인서트 또는 베이스 플레이트 업그레이드로 사용할 수 있습니다. 스택 높이를 유지하기 위한 가공 및 두께 옵션을 제공합니다.
• 스프레더가 전기 절연에 영향을 주나요?
• 스프레더는 기계식 열 스택의 일부이며 IEC 60664에 따라 DBC 세라믹과 절연체를 통해 전기 절연이 유지됩니다.
• ROI는 얼마인가요?
• 에너지, 냉각 및 연장된 유지보수 주기를 통해 12~24개월의 연속 작동 UPS/VFD 애플리케이션을 지원합니다.

이 솔루션

SiC 칩 수준의 히트 스프레더 기판은 핫스팟을 줄이고 접합 온도를 안정화하며 더 높은 스위칭 주파수를 구현함으로써 파키스탄의 열 및 환경 문제를 직접적으로 해결합니다. 이를 통해 섬유, 시멘트, 철강 및 신흥 데이터 인프라스트럭처에서 수명이 길고 트립 횟수가 적은 고밀도, 저소음, 고효율 UPS 및 드라이브 시스템을 구현할 수 있는 핵심 이점을 제공합니다.

맞춤형 솔루션을 위해 전문가와 연결

시카브 기술로 열 스택을 강화하세요:

• 중국 과학 아카데미의 지원을 받는 10년 이상의 SiC 제조 전문 지식
• R-SiC, SSiC, RBSiC 및 SiSiC 재료 전반의 맞춤형 제품 개발
• 현지 가치 창출을 위한 기술이전 및 공장 설립 서비스
• 재료 가공부터 완성된 검증된 써멀 스택까지 턴키 솔루션 제공
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문서 메타데이터

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