KR20180088812A - 피복 재료를 구비한 전기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트 재료(22)를 포함하는 피복 재료(20)에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품(12)을 포함하는 전기 장치(10)에 관한 것이다. 상기 피복 재료(20)는 제 1 재료를 갖는 입자들(24a, 24b) 및 제 2 재료를 갖는 섬유들(26)을 더 포함하며, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 상기 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는다.

Description

피복 재료를 구비한 전기 장치
본 발명은 피복 재료에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품을 포함하는 전기 장치, 및 그러한 전기 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날, 전력 전자 모듈 및 견고한 센서 시스템의 비용을 낮추면서 신뢰성과 효율을 높이는 것은 매우 중요하다. 현재 피복 재료(에폭시 화합물, 실리콘 재료)는 200℃ 미만의 온도 범위로 제한된다. 피복 재료에 대해 최대 300℃ 또는 350℃의 온도 범위의 개발에 의해, 피복 재료의 추가 기능(예를 들면 환경 영향으로부터의 보호, 개선된 열)을 포기하지 않으면서, 최신 전력 반도체(예를 들어 SiC)의 작동 범위가 200℃ 이상으로 확장될 수 있다.
DE102013112267A1에는 반도체 장치를 덮는, 상이한 유형의 시멘트로 이루어진 피복 재료를 구비한 반도체 모듈이 공지되어 있다. 이 경우, 피복 재료는 인장 강도를 높이기 위해 비-전기 전도성 무기 섬유를 포함한다.
본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 갖지 않는 전기 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 시멘트 재료를 포함하는 피복 재료에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품을 포함하는 전기 장치에 관한 것이며, 상기 피복 재료는 제 1 재료를 갖는 입자들 및 제 2 재료를 갖는 섬유들을 포함하고, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는다.
본 발명은 또한 시멘트 재료를 갖는 피복 재료에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품을 포함하는 전기 장치의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 제조 방법은:
- 시멘트 재료를 제공하는 단계;
- 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 1 재료를 갖는 입자들을 시멘트 재료에 혼합하는 단계;
- 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 2 재료를 갖는 섬유들을 시멘트 재료에 혼합하는 단계;
- 제 1 재료를 갖는 입자들 및 제 2 재료를 갖는 섬유들을 포함하는 시멘트 재료를 갖는 피복 재료를 전기 부품 상에 도포하는 단계; 및
- 피복 재료를 열 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 전기 장치의 전기 부품용 피복 재료로서 시멘트 재료를 포함하는 재료의 용도에 관한 것이며, 상기 피복 재료는 제 1 재료를 갖는 입자들 및 제 2 재료를 갖는 섬유들을 포함하고, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는다.
전기 부품은 예를 들어, 반도체 부품, 센서 소자, 인덕터, 커패시터, 배터리 셀, 배터리 모듈 또는 회로 장치일 수 있다. 그러나 본 발명의 범위에서, 전기 부품은 임의의 능동 및 수동 부품 또는 고성능 부품일 수 있다. 전기 장치는 이 경우 전기 부품이 배치되는 캐리어 기판을 포함할 수 있다.
시멘트는 본 발명의 범위에서, 무기의, 비금속의, 수경성(hydraulic) 결합제를 의미할 수 있다. 이 경우, 시멘트는 수경성이다. 즉, 물과 화학적으로 반응하여 안정한 불용성 화합물을 형성한다. 이 경우, 시멘트는 공정의 초기에 또는 수화 전에 미세하게 분쇄된 분말로서 형성될 수 있으며, 상기 분말은 물 또는 혼합 수와 반응하여 수화물을 형성하며, 응고되고 경화된다. 수화물은, 맞물려 시멘트의 강도를 높이는 니들을 형성할 수 있다. 이와 달리, 인산염 시멘트는 수경성이 아니다. 염 겔을 형성하면서 산-염기 반응이 일어나고, 상기 염 겔은 나중에 응고되어 대부분 비정질 재료를 형성한다. 산 염기 반응에서, H+(수소 이온)가 치환된다.
시멘트는 주로 칼슘 알루미네이트로 이루어질 수 있고, 수화 중에 칼슘 알루미네이트 수화물을 형성한다. 시멘트 재료가 알루미나 시멘트를 포함하는 것이, 특히 알루미나 시멘트로 이루어지는 것이 바람직하다. 알루미나 시멘트(약어 CAC)는 DIN EN 14647 European에 따라 규제된다. 알루미나 시멘트는 주로 모노칼슘 알루미네이트(CaO*Al2O3)로 이루어진다.
알루미나 시멘트는 예를 들어 하기 조성을 가질 수 있다:
- Al203: 67.8 중량% 이상
- CaO: 31.0 중량 % 이하
- SiO2: 0.8 중량 % 이하
- Fe2O3: 0.4 중량 % 이하
입자들은 충전제로서 형성될 수 있다. 입자들은 구형, 불규칙 다면체, 단편 및/또는 작은 판으로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 입자는 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 1 재료를 포함한다. 시멘트는 1W/(m·K)의 열전도 계수를 갖는다. 그에 따라, 입자의 제 1 재료는 2W/(m·K)보다 큰 열전도 계수를 갖는다. 입자는 바람직하게 제 1 재료로 이루어질 수 있다. 제 1 재료는 재료 그룹일 수도 있다.
섬유들은 고체 섬유, 중공 섬유 및/또는 나노 튜브로서 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 섬유들은 시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 2 재료를 포함한다. 따라서, 제 2 재료는 2 W/(m·K)보다 큰 열전도 계수를 갖는다. 섬유들은 바람직하게 제 2 재료로 이루어질 수도 있다. 제 2 재료는 재료 그룹일 수도 있다. 섬유들은 100㎚ 이상 내지 100㎛ 이하 범위의 직경을 가질 수 있다. 섬유는 1㎛ 이상 내지 100㎛ 이하 범위의 길이를 가질 수 있다.
입자들 및 섬유들은 건조한 시멘트 재료 또는 시멘트 분말 혼합물 내로, 즉 필요한 경우 혼합 수가 혼합되기 전에, 혼합될 수 있다. 그러나 입자들 및 섬유들은 습한 시멘트 재료 또는 시멘트 분말 혼합물 내로, 즉 필요한 경우 혼합 수가 혼합된 후에, 혼합될 수 있다.
본 발명의 범위에서, 피복 재료는 임의의 유형의 캡슐화(패키징)를 의미할 수 있다. 피복 재료는 시멘트 복합물로서 형성될 수 있다. 다시 말하면, 피복 재료는 입자들 및 섬유들을 갖는 시멘트 매트릭스를 포함할 수 있다. 피복 재료는 하기 조성을 가질 수 있다:
- 결합제 알루미나 시멘트: 8 중량 % 이상 내지 47 중량 % 이하(예를 들면, SECAR 71)
- 반응물 물: 10 중량 % 이상 내지 28 중량 % 이하
- 섬유 및/또는 나노 튜브: 5 중량 % 이상 내지 85 중량 % 이하
- 충전제: 25 중량 % 이상 내지 82 중량 % 이하
열처리 단계는 본 발명의 범위에서 수화 단계 및/또는 결합 단계 및/또는 건조 단계 및/또는 경화 단계를 포함할 수 있다. 열처리는 템퍼링 오븐 내에서의 템퍼링 단계를 포함할 수 있다. 열처리는 40 ℃ 이상 내지 95 ℃ 이하의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
시멘트 재료의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 각각 갖는 입자들 및 섬유들을 제공함으로써, 피복 재료의 열전도도를 상당히 높여 전기 부품에 의해 생성된 열의 열 방출을 증가시키는 것이 가능하다. 이 효과는 재료 특성, 즉 입자들 및 섬유들의 높은 열전도 계수에 의해서뿐만 아니라, 특히 입자들 및 섬유들의 배치에 의해서도 나타나는데, 그 이유는 하나의 입자 또는 섬유로부터 다른 입자 또는 다른 섬유로의 향상된 열 전달이 가능해지기 때문이다. 따라서, 전기 부품은 매우 효율적으로 냉각될 수 있으며, 그 결과 높은 작동 온도가 가능해진다. 이는 또한 전기 장치의 효율을 증가시키고 설치 공간을 감소시킨다.
입자의 제 1 재료 및/또는 섬유의 제 2 재료가 결정 구조를 갖는 것이, 특히 세라믹 또는 금속 재료인 것이 바람직하다. 입자들 및 섬유들이 하나의 또는 동일한 세라믹 재료 및/또는 하나의 금속 재료로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 또한, 제 1 재료, 제 2 재료 및 시멘트의 열팽창 계수(CTE)의 차이가 적은 것이 바람직하다. 제 1 재료 및 제 2 재료는 Al2O3, 알파-Si3N4, Hex. BN, SiC 및 AlN로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 시멘트의 열팽창 계수는 4 내지 12 × 10-6/K의 범위이다. 이들 재료는 높은 열전도 계수, 및 시멘트의 열팽창 계수에 근사한 열팽창 계수를 갖기 때문에 특히 적합하다.
또한, 피복 재료 내의 입자들의 입자 크기 분포가 단봉형 또는 쌍봉형인 것이 바람직하다. 이 경우, 단봉형 입자 크기 분포의 최대치가 약 10㎛ 또는 100㎛이고, 쌍봉형 입자 크기 분포의 최대치가 약 10㎛ 및 약 100㎛인 것이 바람직하다. 입자의 입자 크기 분포가 풀러(Fuller) 분포에 근사하면 특히 바람직하다.
단 하나의 피크를 가진 빈도 분포를 단봉형, 즉 "유니모달(unimodal)" 또는 "모노모달(monomodal)"이라고 한다. 이에 대한 전형적인 예는 대칭인 정규 분포이다. 이와 달리, 많은 단봉형 빈도 분포는 비대칭(예를 들어, "좌측 편중")이다. 단봉형 입자 크기 분포에서는 평균 입자 크기의 입자들이 최대 빈도를 갖는다. 입자 크기 분포에 다른 메인 최대치는 없다. 제조 기술적인 이유로, 측정과 관련없는 입자 크기에서 하나 이상의 2차 최대치가 주어질 수 있다. 상응하는 단봉형 입자 크기 분포는 평균 입자 크기를 갖는 최대치 주위에 날카롭게 또는 넓게 형성될 수 있다. "날카로운" 입자 크기 분포의 경우, 빈도는 최대치로부터 급격하게 감소한다. 넓은 입자 크기 분포의 경우, 평균 입자 크기에서 더 먼 입자 크기도 관련 빈도를 갖는다.
수학에서 쌍봉형 분포는 밀도 또는 그 추정치가 2개의 최빈수(mode)를 갖는 확률 분포 또는 빈도 분포이다. 이는 단봉형 분포와는 달리 2개 이상의 최대치를 갖기 때문에 다봉형(multimodal) 분포이다. 쌍봉형 분포는 대칭이거나 비대칭일 수 있다. 쌍봉형 입자 크기 분포는 단봉형 입자 크기 분포들의 중첩으로 볼 수 있다. 입자들의 제 1 재료는 재료 그룹을 포함할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위에서, 쌍봉형 입자 크기 분포의 경우, 2개의 모드의 입자들은 상이한 입자 크기뿐만 아니라 상이한 재료도 가질 수 있다.
화학-광물학적 특성과 더불어, 특히 입자 또는 충전제의 입자 형태, 입자 크기 및 입도 또는 입자 크기 분포가 피복 재료 또는 시멘트 복합물의 품질에 매우 중요하다는 것이 밝혀졌다. 입자 크기 및 입자 크기 분포 또는 개별 입자 크기 부류들 간의 정확한 비율은 피복 재료 또는 시멘트 복합물의 밀도 및 강도에 결정적으로 중요하다. 본 발명의 하나의 양상은 피복 재료 또는 시멘트 복합물의 열 전도도가 입자 또는 충전제의 패킹 밀도의 증가에 따라 커진다는 인식에 기초한다. 따라서 충족되어야 할 두 가지 요구 사항은 입자들 사이의 최소 빈 공간과 입자의 최소 표면이다.
예를 들어, 단봉형 입자 크기 분포의 경우 약 10 ㎛(최대 빈도)의 직경을 갖는 세라믹 또는 금속 입자들과 10 ㎛ 이하의 직경을 갖는 세라믹 또는 금속 섬유들이 조합될 수 있다. 대안으로서, 약 100 ㎛(최대 빈도)의 직경을 갖는 세라믹 또는 금속 입자들과 100 ㎛ 이하의 직경을 가진 세라믹 또는 금속 섬유들이 조합될 수 있다. 입자들은 섬유들 사이의 빈공간을 채우고, 그에 따라 섬유들의 네트워크 형태 정렬을 촉진하므로, 전체 열전도도를 높이는 추가의 열전도 경로가 피복 재료 내에 생긴다.
쌍봉형 또는 다봉형 입자 크기 분포의 경우, 더 작은 입자가 더 큰 입자 사이의 빈 공간을 채우고 따라서 (패킹) 밀도와 접촉점의 개수가 더 증가하기 때문에, 상기 효과가 커진다. 쌍봉형 또는 다봉형 입자 크기 분포에 의해, 결과적으로 입자들과 섬유들 사이의 열 전도도 및 그에 따라 전체 피복 재료의 열 전도도가 더욱 증가될 수 있다.
풀러(Fuller) 분포에 근사한 입자 크기 분포의 경우, 특히 높은 (패킹) 밀도가 달성될 수 있다. 풀러(Fuller)에 따른 입자 패킹은 다음과 같이 표시될 수 있다:
Figure pct00001
상기 식에서,
A(d): d 보다 작은 입자-Ø를 갖는 중량 백분율
dmax : 입자 혼합물의 최대-Ø
d: 입자-Ø(0<d<dmax)
q : 입도 지수.
빈 공간이 가장 없는 입자 패킹 또는 빈 공간이 가장 없는 입자 혼합물은 여기서 q = 0.4일 때 나타난다.
따라서, 입자가 다수의 입자 크기를 갖는 입자 혼합물을 형성하고, 입자 혼합물이 풀러(Fuller) 분포에 근사하거나 맞춰지는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 풀러(Fuller) 분포는 여러 개의 단봉형 및/또는 쌍봉형 분포의 입자 혼합물의 중첩에 의해 생긴다. 결과적으로, 빈 공간이 매우 적은 입자 분포가 달성될 수 있고, 시멘트 재료 내의 개별 입자들이 많은 접촉점 또는 접촉면을 가지며, 이는 입자에서 입자로의 열전달을 증가시켜 시멘트 재료 전체의 열전도도를 높일 수 있다.
입자들 및 섬유들이 시멘트 재료 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 입자들 및 섬유들은 시멘트 재료에 의해 덮인다. 이 경우, 입자들 및 섬유들은 시멘트 재료에 바람직하게는 균일하게 분포된다. 이 조치에 의해, 전기 부품에 의해 방출되는 열량은 시멘트 재료를 통해 입자들 및 섬유들로 매우 효율적으로 전달되어 섬유로부터 주변으로 방출될 수 있다.
또한, 피복 재료와 전기 부품 사이에 배치되는 전기 절연 층이 제공되는 것이 바람직하다. 전기 절연 층은 바람직하게는 파릴렌 HT 또는 시멘트(입자들 및 섬유들 없이)를 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 이 조치에 의해, 전기 전도성 섬유의 경우, 전기 부품이 피복 재료에 의해 전기 전도성 섬유와 전기적으로 절연되고, 이로 인해 단락이 발생하지 않는 것이 보장된다.
또한, 다음 단계가 추가로 제공되는 것이 바람직하다: 전기 부품 상에 피복 재료를 도포하는 단계 후에 섬유들의 정렬 단계. 이 단계에 의해, 섬유들이 의도적으로 전기 부품으로부터 멀리 외부를 향해 정렬될 수 있다. 이 단계에 의해, 섬유들은 전술한 바와 같이 일종의 네트워크를 형성하도록 정렬될 수 있다. 방향성 열 경로 또는 열 경로의 증가된 개수에 의해, 생성된 열은 신속하고 효율적으로 주변으로 소산될 수 있다.
이하, 본 발명이 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 장치의 예시.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 장치의 예시.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 장치의 예시.
도 1에서, 본 발명에 따른 전기 장치가 전체적으로 도면 부호 10으로 표시되어 있다.
전기 장치(10)는 전기 부품(12)을 포함한다. 전기 부품(12)은 반도체 부품(12)으로서 설계된다. 전기 부품(12)은 캐리어 기판(14) 상에 배치된다. 전기 부품(12)과 캐리어 기판(14) 사이에는 구리 층(16)이 배치된다. 이 경우 구리 층(16)은 다수의 기능, 즉 열 결합 및 열 방출을 개선하는 기능, 전기 부품(12)에 대한 전기 접촉 가능성을 제공하는 기능, 및 필요한 경우 도포 시 피복 재료의 유동 정지부로서의 기능을 한다.
전기 부품(12)은 본딩 와이어(18)를 통해, 상기 전기 부품에 마주 놓인 캐리어 기판(14)의 면에 연결되어, 외부로부터 전기 부품(12)의 전기 접촉이 가능해진다. 이 경우, 캐리어 기판(14)은 예를 들어 플레이트로서 형성될 수 있으며, 전기 부품(12)을 접촉하기 위한 도체 트랙들 또는 전기 콘택들이 상기 플레이트 내에 통합될 수 있다. 도체 트랙들은 캐리어 기판(14)의 표면 상에도 배치될 수 있다. 캐리어 기판(14)은 하나의 칩을 형성할 수 있다.
전기 장치(10)는 시멘트 재료(22)를 포함하는 피복 재료(20)를 포함한다. 피복 재료(20) 또는 시멘트 재료(22)는 글로브 탑(Glob-Top)으로서 형성된다. 피복 재료(20) 또는 시멘트 재료(22)는 캐리어 기판(14) 상에 배치된다. 이 경우 시멘트 재료(22)는 캐리어 기판(14)에 의해 덮이지 않은 면 상에서 전기 부품(12)을 덮는다. 따라서, 전기 부품(12)은 캐리어 기판(14) 및 피복 재료(20)에 의해 완전히 덮인다. 시멘트 재료(22)는 또한 캐리어 기판(14)의 일부를 덮으며, 이를 통해 캐리어 기판(14)에 단단히 연결된다.
피복 재료(20) 또는 시멘트 재료(22)는 입자 혼합물을 형성하는 다수의 입자(24a, 24b) 및 다수의 섬유(26)를 포함한다. 따라서, 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)은 시멘트 재료(22)에 의해 덮인다. 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)은 시멘트 재료(22) 내에 분포 배치된다. 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)은 바람직하게는 실질적으로 균일하게 분포 배치된다. 본 발명에 따라, 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)은 각각 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 재료를 포함한다. 이 경우, 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)은 세라믹 재료로 이루어진다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 입자들(24a, 24b)은 섬유들(26) 사이의 빈 공간을 채우므로, 섬유들(26)를 서로 떨어뜨려 유지시키고 일종의 3 차원 네트워크를 형성한다. 이로 인해, 피복 재료(20) 내에 추가의 접촉점 및 그에 따라 열 전도 경로가 생긴다. 결과적으로, 전기 부품(12)에 의해 방출되는 열량(28)은 입자들(24a, 24b) 및 특히 섬유(26)를 통해 주변으로 특히 효율적으로 소산될 수 있다.
도 1의 바람직한 실시 예에서, 입자들(24a, 24b)의 입자 크기 분포는 쌍봉형(bimodal)이다. 이 경우, 더 작은 입자들(24a)의 제 1 최대치는 약 10㎛이다. 더 큰 입자들(24b)의 제 2 최대치는 약 100㎛이다. 서로 다른 입자 크기들의 개수는 예를 들어, 최대치에서의 입자 크기 분포가 넓게 또는 날카롭게 형성되는지의 여부에 따라 크게 달라질 수 있으며, 도시의 이유로 2개의 최대 빈도(최대치)를 가진 입자들만이 도시되어 있다. 쌍봉형(bimodal) 입자 크기 분포 및 상응하는 최대치의 선택으로 인해, 더 작은 입자들(24a)이 더 큰 입자들(24b) 사이의 빈 공간을 채울 수 있고, 따라서 입자 혼합물의 높은 (패킹) 밀도 및 결과적으로 높은 열 전도도가 달성된다. 최적의 (패킹) 밀도를 얻기 위해, 입자 혼합물은 상이한 입자 크기를 갖는 다수의 추가 입자(도시되지 않음)를 포함하고, 입자 혼합물 내의 입자 크기 분포는 풀러(Fuller) 분포에 근사하다. 풀러에 따른, 빈 공간이 가장 적은 입자 패킹 또는 빈 공간이 가장 적은 입자 혼합물은 다음과 같이 표시될 수 있다:
Figure pct00002
상기 식에서, q = 0.4가 선택된다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 전기 장치(10')를 도시한다. 전기 장치(10')는 도 1의 장치(10)와 유사하게 구성된다. 그러나 전기 장치(10')는 입자들(24b)의 단봉형 입자 크기 분포를 갖는다. 입자들(24b)의 입자 크기 분포의 최대치는 예를 들면 약 100㎛일 수 있다. 입자들(24b)은 실질적으로 균일하게 분포 배치되어 섬유들(26) 사이의 갭을 채운다. 입자들(24b) 및 섬유들(26)은 세라믹 재료로 이루어진다. 상이한 입자 크기의 개수는 여기서도 크게 달라질 수 있으며, 도시의 이유로 최대 빈도(최대치)를 갖는 입자들(24b)만이 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 또 다른 전기 장치(10")가 도시되어 있다. 전기 장치(10")는 도 2의 전기 장치(10')와 유사하게 구성되고, 더 작은 입자들(24a)의 단봉형 입자 크기 분포를 갖는다. 입자들(24a)의 입자 크기 분포의 최대치는 약 10㎛이다. 입자들(24a)은 실질적으로 균일하게 분포 배치되어 섬유들(26) 사이의 갭을 채운다. 상이한 입자 크기의 개수는 여기서도 크게 달라질 수 있으며, 도시의 이유로 최대 빈도(최대치)를 갖는 입자들(24a)만이 도시되어 있다.
전술한 두 실시 예(10 및 10')와의 추가 차이점은 입자들(24a) 및 섬유들(26)이 금속 재료로 이루어지므로 전기 전도성이라는 것이다. 입자들(24a) 및 섬유들(26)이 그 전기 전도성으로 인해 의도치 않은 단락을 야기할 수 있기 때문에, 전기 장치(10")는 전기 절연 층(30)을 더 포함한다. 전기 절연 층(30)은 피복 재료(20)와 전기 부품(12) 사이에 배치된다. 전기 절연 층(30)은 얇은 층으로 형성된다. 전기 절연 층(30)은 피복 재료(20)와 전기 부품(12) 또는 캐리어 기판(14) 사이의 전체 계면에 걸쳐 연장된다. 따라서 전기 절연 층(30)은 전기 부품(12)을 덮기 때문에, 입자들(24a)과 섬유들(26)에 대한 전기 절연체를 형성한다.
도 1의 전기 장치(10)의 제조에서, 먼저 시멘트 재료(22)가 예를 들어 분말 형태로 제공된다. 그리고 나서, 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)이 시멘트 재료(22) 내로 혼합된다. 이 경우, 나중에 피복 재료(20)에서 최대 패킹 밀도를 달성하기 위해서는, 빈 공간이 가장 적은 입자 패킹을 갖는 풀러 분포에 근사한 입자 크기 분포에 특히 주의해야 한다. 후속해서, 액체 성분, 예를 들어 물이 선택적으로 Melflux인 플럭스와 함께 혼합된다. 시멘트 재료(22), 입자들(24a, 24b), 섬유들(26) 및 물을 포함하는 습한 피복 재료(20)는 배기되고, 전기 부품(12)에 도포되고, 예컨대 사출 성형 또는 주형 내에서의 주조에 의해 성형된다. 이어서, 섬유들(26)이 예컨대 진동 및/또는 가압에 의해 정렬되어, 일종의 섬유 네트워크가 형성된다. 이어서, 피복 재료(20)가 예를 들어 60 ℃ 및 90 % 상대 습도에서 열처리 또는 템퍼링됨으로써, 시멘트 재료(22)의 겔화, 결정화, 니들링 및 경화가 일어난다. 이 경우, 습도는 물 손실(물-시멘트 값)을 방지하고, 온도는 소정 구조를 형성한다. 최종적으로, 입자들(24a, 24b) 및 섬유들(26)을 가진 피복 재료(20)가 선택적으로 처리된 다음, 예를 들어 300 ℃에서 탈형되어(demold) 보관된다.
10 전기 장치
12 전기 부품
20 피복 재료
22 시멘트 재료
24a, 24b 입자
26 섬유
30 전기 절연 층

Claims (15)

  1. 시멘트 재료(22)를 포함하는 피복 재료(20)에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품(12)을 포함하는 전기 장치에 있어서,
    상기 피복 재료(20)는 제 1 재료를 갖는 입자들(24a, 24b) 및 제 2 재료를 갖는 섬유들(26)을 더 포함하며, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 상기 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시멘트 재료(22)는 알루미나 시멘트를 포함하거나 또는 알루미나 시멘트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입자들(24a, 24b)의 상기 제 1 재료 및/또는 상기 섬유들(26)의 상기 제 2 재료는 결정 구조를 갖고, 특히 세라믹 또는 금속 재료인 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들(24a, 24b) 및 상기 섬유들(26)은 세라믹 재료 및/또는 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유(26)의 함량은 상기 피복 재료(22)의 총 중량에 대해 5 중량% 이상 내지 70 중량% 이하 범위이고, 및/또는 상기 입자(24a, 24b)의 함량은 상기 피복 재료(22)의 총 중량에 대해 25 중량% 이상 내지 82 중량% 이하 범위인 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복 재료(22) 내의 상기 입자들(24a, 24b)의 입자 크기 분포는 단봉형 또는 쌍봉형인 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  7. 제 6 항에 있어서, 단봉형 입자 크기 분포의 최대치는 약 10㎛ 또는 100㎛이고, 쌍봉형 입자 크기 분포의 최대치는 약 10㎛ 및 약 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들(24a, 24b)의 입자 크기 분포는 풀러 분포에 근사한 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 입자들(24a, 24b)은 다수의 입자 크기를 가진 입자 혼합물을 형성하고, 상기 입자 혼합물은 풀러 분포에 근사한 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들(24a, 24b) 및 상기 섬유들(26)은 상기 시멘트 재료(22) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복 재료(20)와 상기 전기 부품(12) 사이에 배치된 전기 절연 층(30)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 부품(12)은 반도체 부품(12), 센서 소자, 인덕터, 커패시터, 배터리 셀, 배터리 모듈 또는 회로 장치인 것을 특징으로 하는 전기 장치(10).
  13. 특히 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른, 시멘트 재료(22)를 갖는 피복 재료(20)에 의해 적어도 부분적으로 덮인 전기 부품(12)을 포함하는 전기 장치(10)의 제조 방법에 있어서,
    - 상기 시멘트 재료(22)를 제공하는 단계;
    - 상기 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 1 재료를 갖는 입자들(24a, 24b)을 상기 시멘트 재료(22)에 혼합하는 단계;
    - 상기 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열전도 계수를 갖는 제 2 재료를 갖는 섬유들(26)을 상기 시멘트 재료(22)에 혼합하는 단계;
    - 상기 제 1 재료를 갖는 입자들(24a, 24b) 및 상기 제 2 재료를 갖는 섬유들(26)을 포함하는 상기 시멘트 재료(22)를 갖는 상기 피복 재료(20)를 상기 전기 부품(12) 상에 도포하는 단계; 및
    - 상기 피복 재료(20)를 열 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    - 상기 피복 재료(20)를 상기 전기 부품(12) 상에 도포하는 단계 후에 상기 섬유들(26)을 정렬시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 특히 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 또는 제 13 항 또는 제 14 항에 따라 제조되는, 전기 장치(10)의 전기 부품(12)용 피복 재료(20)로서 시멘트 재료(22)를 포함하는 재료의 용도로서, 상기 피복 재료(20)는 제 1 재료를 갖는 입자들(24a, 24b) 및 제 2 재료를 갖는 섬유들(26)을 포함하고, 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료는 상기 시멘트 재료(22)의 시멘트보다 높은 열 전도 계수를 갖는, 용도.
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