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BN(Boron Nitride) 보론나이트라이드 질화붕소 주문제작
Boron Nitride (BN) 특징
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Boron Nitride (BN, 질화붕소)는 고체 및 분말 형태로 제공되는 첨단 합성 세라믹 소재입니다.
독특한 특성인 높은 열용량과 우수한 열 전도성, 가공 용이성, 윤활성, 낮은 유전상수 및 우수한 유전 강도는 붕소질화물을 정말 탁월한 소재로 만듭니다.
고체 형태의 BN은 종종 "백색 흑연"이라고 불리며 그래핏의 미세구조와 유사한 특징을 가지고 있습니다. 그러나 그라파이트(흑연)와 달리 우수한 전기 절연체로서 더 높은 산화 온도를 가지고 있습니다.
높은 열 전도성과 우수한 열 충격 저항성을 제공하며 거의 모든 형태로 근사한 허용 오차 내에서 쉽게 가공할 수 있습니다. 가공 후에는 추가적인 열 처리나 소성 공정 없이 사용할 준비가 되어 있습니다.
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주요 장점
- 우수한 열충격 저항성
- 높은 전기 절연성
- 낮은 밀도
- 높은 열전도율
- 우수한 플라즈마 저항성
- 소수성 (Grade M26) - 습기 완전 내성
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반도체 식각 장비용 BN 등급 선정 가이드
플라즈마 환경용 추천 등급
1순위: Grade M26 (Composite) ⭐⭐⭐
- 조성: 60% BN + 40% SiO₂
- 검증 실적: Hall thruster 방전 챔버 소재로 검증
- 플라즈마 특성: 균일한 플라즈마 식각 특성, 낮은 스퍼터링 수율
- 2차 전자 방출: 적절한 2차 전자 방출 특성으로 플라즈마 안정성 우수
- 내습성: 소수성(Hydrophobic) - 습기에 완전 내성
- 신뢰성: MIL-I-10A 규격 L542 시험 통과 (48시간 수침 후 고주파 시험)
- 경제성: 성능과 가격의 균형이 우수
- 적용: 반도체 식각 장비, Hall thruster, 플라즈마 방전 챔버
2순위: Grade AX05 (Ultra High Purity) ⭐⭐
- 순도: >99.7%, 바인더 없음
- 장점: 최고순도로 오염 최소화, 초고온 적용 가능 (2000°C)
- 단점: 높은 가격
- 적용: 고순도 요구 공정, 초고온 환경
3순위: Grade HP (High Performance) ⭐
- 바인더: Calcium borate glass
- 장점: 경제적, 우수한 가공성, 범용적 사용
- 단점: M26 대비 플라즈마 검증 실적 부족
- 적용: 일반 고온 용도, 범용 절연 부품
비추천: Grade A (Legacy)
- 이유: B₂O₃ 바인더 사용으로 습기에 약함, 부식 가능성
- 플라즈마 환경 부적합
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핫프레스 BN vs 열분해 PBN 비교
| 특성 |
핫프레스 BN (HBN) |
열분해 PBN |
| 제조 방법 |
h-BN 분말을 고온·고압 소결 (소결조제: B₂O₃, CaO 등 사용) |
화학기상증착 (CVD) (BCl₃ + NH₃ 기상 반응) |
| 미세구조 |
다결정 구조 - 등방성 |
주상정 구조 - 이방성 |
| 밀도 |
이론밀도 대비 97-99.5% |
초고밀도 |
| 순도 |
≤99.9% |
>99.995% |
| 가공성 |
우수 (복잡한 형상 제작 용이) |
제한적 |
| 플라즈마 저항성 |
균일한 마모 특성 등방성 스퍼터 침식률 (0.1-0.3 mm/1000시간) |
층간 박리 위험 (layer-by-layer delamination) |
| 진공 아웃가싱 |
~10⁻⁸ Torr·L/(s·cm²) |
<5×10⁻¹¹ Torr·L/(s·cm²) |
| 가격 |
경제적 |
고가 |
| 반도체 식각 장비 추천 |
⭐ 추천 균일한 플라즈마 침식 양산 적합 |
△ 특수 용도만 (초고순도 요구 시) |
순수 등급 (Pure Grades) BN 물성
| 항목 |
단위 |
PCBN1000 |
PCBN3000 |
PCBN6000 |
PCBN11000 |
Grade AX05 |
| 기계적 특성 |
| Compressive Strength (압축강도) |
MPa |
40 ∥ / 40 ⊥ |
24 ∥ / - |
- |
22 ∥ / 23 ⊥ |
25 ∥ |
| Density (밀도) |
g/cm3 |
1.9 |
1.9 |
1.6 |
1.9 |
1.9 |
| Flexural Strength @ 25°C (굽힘강도) |
MPa |
52 ∥ / 60 ⊥ |
21 ∥ / 20 ⊥ |
28 |
10 ∥ / 8 ⊥ |
22 ∥ / 21 ⊥ |
| Young's Modulus (탄성계수) |
GPa |
- |
17 ∥ / 73 ⊥ |
12 |
23 ∥ / 20 ⊥ |
17 ∥ / 71 ⊥ |
| 열적 특성 |
| Thermal Conductivity (열전도율) |
W/m·K |
21 ∥ / 21 ⊥ |
73 ∥ / 128 ⊥ |
60 |
20 ∥ / 30 ⊥ |
78 ∥ / 130 ⊥ |
| CTE @ 25°C – 400°C (열팽창계수) |
10-6/K |
- |
-2.3 ∥ / -0.7 ⊥ |
-0.6 |
1.0 ∥ / 0.5 ⊥ |
-2.3 ∥ / -0.7 ⊥ |
| CTE @ 400°C – 800°C |
10-6/K |
- |
-2.5 ∥ / 1.1 ⊥ |
- |
- |
-2.5 ∥ / 1.1 ⊥ |
| CTE @ 800°C – 1200°C |
10-6/K |
- |
1.6 ∥ / 0.4 ⊥ |
- |
- |
1.6 ∥ / 0.4 ⊥ |
| Max Temperature (Air) (대기중 최고온도) |
°C |
850 |
850 |
850 |
900 |
850 |
| Max Temperature (Inert) (불활성가스중) |
°C |
2000 |
2000 |
2100 |
2000 |
2000 |
| 전기적 특성 |
| Dielectric Constant @ 1MHz (유전상수) |
- |
- |
4.0 ∥ / 4.0 ⊥ |
2.7 |
4.0 |
4.0 ∥ / 4.0 ⊥ |
| Dissipation Factor @ 1MHz (손실계수) |
- |
- |
1.2E-3 ∥ / 3.0E-3 ⊥ |
1.0E-3 |
- |
1.2E-3 ∥ / 3.0E-3 ⊥ |
| Dielectric Strength (DC) (절연내력) |
kV/mm |
>70 |
>75 |
>40 |
63 |
79 |
| Volume Resistivity @ 25°C (체적저항률) |
Ω·cm |
>1014 ∥ / >1014 ⊥ |
>1013 ∥ / >1014 ⊥ |
1015 |
>1012 |
>1013 ∥ / >1014 ⊥ |
바인더/복합 등급 (Binder/Composite Grades) BN 물성
| 항목 |
단위 |
PCBN2000 |
PCBN4000 |
PCBN5000 |
PCBN9000 |
Grade A |
Grade HP |
Grade M26 ⭐추천 |
| 기계적 특성 |
| Compressive Strength (압축강도) |
MPa |
312 ∥ / 312 ⊥ |
95 ∥ / - |
- |
52 ∥ / 60 ⊥ |
143 ∥ / 186 ⊥ |
96 ∥ |
- |
| Density (밀도) |
g/cm3 |
2.1 |
1.85-2.05 |
2.0 |
1.9 |
2.0 |
2.0 |
2.1 |
| Flexural Strength @ 25°C (굽힘강도) |
MPa |
>49 ∥ / >49 ⊥ |
58 ∥ / 44 ⊥ |
61 ∥ / 33 ⊥ |
40 ∥ / 35 ⊥ |
94 ∥ / 65 ⊥ |
59 ∥ / 45 ⊥ |
62 ∥ / 34 ⊥ |
| Young's Modulus (탄성계수) |
GPa |
- |
39 ∥ / 58 ⊥ |
- |
30 ∥ / 15 ⊥ |
47 ∥ / 74 ⊥ |
40 ∥ / 60 ⊥ |
- |
| 열적 특성 |
| Thermal Conductivity (열전도율) |
W/m·K |
- |
27 ∥ / 29 ⊥ |
11 ∥ / 26 ⊥ |
33 ∥ / 35 ⊥ |
30 ∥ / 34 ⊥ |
27 ∥ / 29 ⊥ |
11 ∥ / 29 ⊥ |
| CTE @ 25°C – 400°C (열팽창계수) |
10-6/K |
- |
0.6 ∥ / 0.4 ⊥ |
3.0 ∥ / 0.4 ⊥ |
4.0 ∥ / 3.0 ⊥ |
3.0 ∥ / 3.0 ⊥ |
0.6 ∥ / 0.4 ⊥ |
3.0 ∥ / 0.4 ⊥ |
| CTE @ 400°C – 800°C |
10-6/K |
- |
1.1 ∥ / 0.8 ⊥ |
5.6 ∥ / 4.3 ⊥ |
- |
2.0 ∥ / 1.4 ⊥ |
1.1 ∥ / 0.8 ⊥ |
2.5 ∥ / 0.1 ⊥ |
| CTE @ 800°C – 1200°C |
10-6/K |
- |
1.5 ∥ / 0.9 ⊥ |
7.2 ∥ / 5.2 ⊥ |
- |
1.9 ∥ / 1.8 ⊥ |
1.5 ∥ / 0.9 ⊥ |
3.0 ∥ / 0.1 ⊥ |
| Max Temperature (Air) (대기중 최고온도) |
°C |
850 |
850 |
1000 |
900 |
850 |
850 |
1000+ |
| Max Temperature (Inert) (불활성가스중) |
°C |
1000 |
1200 |
1000 |
1500 |
1200 |
1150 |
1000+ |
| 전기적 특성 |
| Dielectric Constant @ 1MHz (유전상수) |
- |
- |
4.3 ∥ / 4.0 ⊥ |
4.5 ∥ / 3.8 ⊥ |
4.0 |
4.6 ∥ / 4.2 ⊥ |
4.3 ∥ / 4.0 ⊥ |
4.5 ∥ / 3.8 ⊥ |
| Dissipation Factor @ 1MHz (손실계수) |
- |
- |
1.5E-3 ∥ / 2.1E-3 ⊥ |
1.7E-3 ∥ / 6.7E-3 ⊥ |
- |
1.2E-3 ∥ / 3.4E-3 ⊥ |
1.5E-3 ∥ / 2.1E-3 ⊥ |
1.7E-3 ∥ / 6.7E-3 ⊥ |
| Dielectric Strength (DC) (절연내력) |
kV/mm |
- |
>10 |
66 |
100 |
88 |
10 |
66 |
| Volume Resistivity @ 25°C (체적저항률) |
Ω·cm |
- |
>1013 ∥ / >1013 ⊥ |
1013 ∥ / >1014 ⊥ |
>1012 ∥ / >1012 ⊥ |
>1013 ∥ / >1014 ⊥ |
1013 ∥ / >1013 ⊥ |
>1013 ∥ / >1014 ⊥ |
| 플라즈마 환경 적합성 |
- |
- |
○ |
○ |
○ |
✗ |
○ |
⭐⭐⭐ |
기계 등급 (Mechanical Grades) BN 물성
| 항목 |
단위 |
PCBN7000 |
PCBN8000 |
Grade ZSBN |
| 기계적 특성 |
| Compressive Strength (압축강도) |
MPa |
170 ∥ / 170 ⊥ |
270 ∥ / 315 ⊥ |
219 ∥ / 254 ⊥ |
| Density (밀도) |
g/cm3 |
2.9 |
2.3 |
2.9 |
| Flexural Strength @ 25°C (굽힘강도) |
MPa |
120 ∥ / 70 ⊥ |
120 ∥ / 95 ⊥ |
144 ∥ / 107 ⊥ |
| Young's Modulus (탄성계수) |
GPa |
60 ∥ / 30 ⊥ |
45 ∥ / 30 ⊥ |
71 ∥ / 71 ⊥ |
| 열적 특성 |
| Thermal Conductivity (열전도율) |
W/m·K |
28 ∥ / 38 ⊥ |
27 ∥ / 45 ⊥ |
24 ∥ / 34 ⊥ |
| CTE @ 25°C – 400°C (열팽창계수) |
10-6/K |
8.0 ∥ / 4.0 ⊥ |
4.0 ∥ / 2.5 ⊥ |
4.1 ∥ / 3.4 ⊥ |
| CTE @ 400°C – 800°C |
10-6/K |
- |
- |
5.6 ∥ / 4.3 ⊥ |
| CTE @ 800°C – 1200°C |
10-6/K |
- |
- |
7.2 ∥ / 5.2 ⊥ |
| Max Temperature (Air) (대기중 최고온도) |
°C |
900 |
900 |
850 |
| Max Temperature (Inert) (불활성가스중) |
°C |
1800 |
1800 |
1600 |
| 전기적 특성 |
| Dielectric Constant @ 1MHz (유전상수) |
- |
6.8 |
2.7 |
18 ∥ / 19 ⊥ |
| Dissipation Factor @ 1MHz (손실계수) |
- |
- |
- |
4.5E-2 ∥ / 6.7E-2 ⊥ |
| Dielectric Strength (DC) (절연내력) |
kV/mm |
86 |
100 |
3.5 |
| Volume Resistivity @ 25°C (체적저항률) |
Ω·cm |
>1012 ∥ / >1012 ⊥ |
>1015 ∥ / >1015 ⊥ |
>1013 ∥ / >1012 ⊥ |
BN 세라믹 적용 분야
반도체 제조 분야
- 플라즈마 식각 장비 부품 (M26 추천)
- 웨이퍼 캐리어
- 히터 및 서셉터
- 진공 증착 장비 부품
우주항공 분야
- Hall thruster 방전 챔버 (M26 검증)
- 고온 절연 부품
- 열 관리 소재
일반 산업 분야
- 열처리 고정구 (Heat Treatment Fixtures)
- 브레이크 링 (Break Rings)
- 고온 밸브 (High Temperature Valves)
- 레이저 노즐 (Laser Nozzles)
- 데크 플레이트 (Deck Plates)
- 고전압 절연체 (High Voltage Insulators)
- 금속 용해 및 주조용 도가니
|
BN 등급별 사용환경 및 추천 용도
순수 등급 (Pure Grades) 사용 환경
| 등급 |
주요 특징 |
추천 사용 환경 |
적합도 |
| PCBN1000 |
등방성, 균형잡힌 물성 |
• 일반 고온 절연 부품
• 열처리 지그
• 범용 세라믹 부품
• 고온 전기 절연체
|
★★★ |
| PCBN3000 |
높은 열전도율 (73-128 W/m·K) |
• 열 관리 부품
• 방열 기판
• 고출력 LED 히트싱크
• 전력반도체 방열판
|
★★★★ |
| PCBN6000 |
저밀도 (1.6 g/cm³) 고온 안정성 |
• 경량화 필요 부품
• 고온 단열재
• 우주항공 부품
• 불활성 가스 환경 (~2100°C)
|
★★★ |
| PCBN11000 |
대기중 900°C 불활성 2000°C |
• 고온 로 부품
• 진공로 내부 부품
• 고온 가스 환경 부품
|
★★★ |
| Grade AX05 |
초고순도 (>99.7%) 무바인더 최고 열전도율 |
• 반도체 고순도 공정
• 단결정 성장용 crucible
• 초고온 용융 금속 접촉
• 오염 제로 요구 환경
• 고급 연구 장비
|
★★★★★ |
바인더/복합 등급 (Binder/Composite Grades) 사용 환경
| 등급 |
주요 특징 |
추천 사용 환경 |
적합도 |
| PCBN2000 |
초고강도 (압축 312 MPa) |
• 고하중 구조 부품
• 기계 가공용 지그
• 압력 접촉 부품
|
★★★ |
| PCBN4000 |
균형잡힌 물성 대기 850°C 불활성 1200°C |
• 범용 고온 부품
• 열처리 고정구
• 고온 전기 절연체
• 일반 산업용 세라믹
|
★★★ |
| PCBN5000 |
대기 1000°C 높은 굽힘강도 |
• 초고온 대기 환경
• 로내 고정구
• 고온 구조 부품
• 산화 분위기 사용
|
★★★★ |
| PCBN9000 |
불활성 1500°C 높은 열전도율 |
• 초고온 진공/불활성 환경
• 고온로 내부 부품
• 열 관리 필요 고온 부품
|
★★★★ |
| Grade A |
B₂O₃ 바인더 습기에 취약 |
※ 사용 비추천
• 레거시 등급
• 습기 환경 부적합
• 장기 보관 시 열화
• 대체 등급 사용 권장
|
✗ |
| Grade HP |
칼슘붕산염 바인더 내습성 우수 경제적 |
• 범용 고온 부품
• 경제적 솔루션 필요 시
• 습한 환경 사용 가능
• 대량 생산 부품
• 열처리 고정구
• 일반 절연 부품
|
★★★★ |
Grade M26 ⭐최고추천 |
60% BN + 40% SiO₂ 소수성 플라즈마 검증 |
• 반도체 플라즈마 식각 장비 ⭐⭐⭐
• Hall thruster 방전 챔버 (검증됨)
• 플라즈마 환경 부품
• 이온빔 노출 부품
• 습기 완전 내성 필요 환경
• MIL-I-10A 신뢰성 요구
• 2차 전자 방출 제어 필요
• 균일한 스퍼터링 수율 요구
• 우주항공 추진 시스템
|
★★★★★ |
기계 등급 (Mechanical Grades) 사용 환경
| 등급 |
주요 특징 |
추천 사용 환경 |
적합도 |
| PCBN7000 |
고밀도 (2.9 g/cm³) 높은 압축강도 불활성 1800°C |
• 고하중 고온 부품
• 내마모 부품
• 고온 베어링
• 슬라이딩 부품
• 초고온 진공 환경
|
★★★★ |
| PCBN8000 |
초고강도 (압축 270-315 MPa) 높은 열전도율 불활성 1800°C |
• 극한 하중 환경
• 고온 구조 부품
• 압력 용기 내부
• 고온 기계 부품
• 고순도 요구 (>10¹⁵ Ω·cm)
|
★★★★★ |
| Grade ZSBN |
ZrO₂ 안정화 최고 굽힘강도 (144 MPa) |
• 연속 주조 브레이크 링
• 용융금속 접촉 부품
• 고온 내마모 부품
• 열충격 환경
• 금속 주조 산업
• 고온 씰링 부품
|
★★★★ |
용도별 BN 등급 빠른 선택 가이드
| 사용 목적 |
1순위 추천 |
2순위 대안 |
| 반도체 플라즈마 식각 장비 |
M26 ⭐ (Hall thruster 검증, 소수성) |
AX05 (고순도) HP (경제적) |
| 초고순도 요구 공정 |
AX05 (>99.7%) |
PCBN3000 |
| 열 관리 / 방열 |
PCBN3000 (열전도율 73-128 W/m·K) |
AX05 PCBN9000 |
| 초고온 대기 환경 (900-1000°C) |
PCBN5000 (대기 1000°C) |
PCBN11000 |
| 초고온 진공/불활성 (1500-2100°C) |
PCBN6000 (2100°C) PCBN9000 (1500°C) |
PCBN7000/8000 (1800°C) |
| 고하중 기계 부품 |
PCBN8000 (압축강도 270-315 MPa) |
PCBN2000 PCBN7000 |
| 용융금속 접촉 (주조) |
ZSBN (ZrO₂ 안정화) |
AX05 PCBN8000 |
| 경제적 범용 고온 부품 |
HP (성능/가격 균형) |
PCBN4000 PCBN1000 |
| 경량화 요구 부품 |
PCBN6000 (밀도 1.6 g/cm³) |
PCBN1000 |
| 내마모 / 슬라이딩 부품 |
PCBN7000 |
ZSBN PCBN8000 |
| 습한 환경 사용 |
M26 (소수성) HP (내습성) |
순수 등급 (바인더 없음) |
| 습기 노출 환경 |
Grade A 사용 금지 (B₂O₃ 바인더 부식) |
산업 분야별 추천 BN 등급
| 산업 분야 |
추천 등급 |
주요 용도 |
| 반도체 제조 |
M26, AX05 |
플라즈마 식각 챔버, 웨이퍼 캐리어, 히터, 서셉터, 진공 증착 부품 |
| 우주항공 |
M26, PCBN6000, AX05 |
Hall thruster, 추진 시스템, 경량 고온 부품, 열 차폐 |
| 금속 주조 |
ZSBN, AX05, PCBN8000 |
브레이크 링, 도가니, 용융금속 접촉 부품 |
| 전력전자 |
PCBN3000, AX05 |
파워모듈 방열기판, 고전압 절연체, LED 히트싱크 |
| 열처리 산업 |
HP, PCBN5000, PCBN4000 |
로내 고정구, 지그, 받침대, 절연 부품 |
| 유리/세라믹 제조 |
AX05, PCBN9000 |
용융 도가니, 고온 몰드 |
| 화학 공정 |
HP, M26 |
반응기 내부 부품, 고온 밸브 시트, 씰 |
| 연구/분석 장비 |
AX05, PCBN3000 |
고순도 crucible, 분석기 부품, 진공 챔버 |
💡 선택 팁:
- 순도가 최우선이면 → AX05
- 플라즈마 환경이면 → M26
- 방열이 중요하면 → PCBN3000
- 기계적 강도가 필요하면 → PCBN8000, ZSBN
- 경제성이 중요하면 → HP
- 습한 환경이면 → M26, HP (Grade A 피하기)
- 초고온 진공이면 → PCBN6000, PCBN9000, PCBN7000/8000
※ 주의사항
- 제시된 값은 테스트 샘플에서 얻은 평균 및 일반적인 값입니다.
- 세라믹 부품 설계 시 참고용으로만 제공되며 어떠한 방식으로도 보증되지 않습니다.
- 실제 값은 부품의 형상과 크기에 따라 달라질 수 있습니다.
- ∥ 표시는 평행 방향, ⊥ 표시는 수직 방향 물성을 의미합니다.
※ 평가 샘플 및 기술 지원
- 반도체 식각 장비용 평가 샘플 제공 가능 (M26, AX05, HP 등)
- 플라즈마 환경 적합성 검토 및 기술 자료 제공
- 문의: cerapoxy@gmail.com / 02-2104-6614
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