Aplikace chladičů z nitridu hliníku (AlN)

Běžné typy AlN keramických chladičů zahrnují AlN keramický radiální chladič (AlN kruhový žebrový chladič) a deskový žebrový AlN tepelný radiátor (AlN keramický deskový chladič), jak je znázorněno na obrázku níže. Jejich efektivní odvod tepla je činí vhodnými pro použití v výkonové elektronice, automobilových systémech, fotovoltaické energetice a LED technologiích.

Výkonnostní charakteristiky AlN keramických chladičů - Efektivní schopnosti tepelného řízení - Effective Thermal Management Capabilities

• Elektrická izolace vhodná pro vysokonapěťové aplikace.
• Electrical insulation suitable for high-voltage applications
• Odolnost proti oxidaci až do 900°C.
• Odolnost proti chemické korozi a vlhkosti.
• Nižší hustota, přibližně o 30 % lehčí než hliník
• Environmentálně bezpečné a v souladu se standardy zeleného výroby.

Díky těmto vlastnostem se AlN keramika běžně používá v elektronických aplikacích, kde jsou vyžadovány vysoký výkon a spolehlivost.

Kde se AlN keramické chladiče hlavně používají？

1. Výkonová elektronika a IGBT moduly

Výkonová elektronika závisí na IGBT modulech, které jsou klíčovými komponenty ve vysokorychlostních železničních systémech, elektrických vozidlech, větrných turbínách a 5G základnových stanicích.

Vzhledem k jejich vysokému výstupnímu výkonu a značnému vývoji tepla vyžadují tyto moduly materiály, které dokážou efektivně řídit tepelné zatížení. AlN keramické substráty se svou vysokou tepelnou vodivostí a koeficienty tepelné roztažnosti úzce sladěnými s křemíkovými čipy minimalizují tepelné napětí a zvyšují spolehlivost a životnost výkonových modulů.

Běžné aplikace zahrnují:

• Trakční systémy v železniční dopravě
• Průmyslové motorové pohony a řešení elektromobility
• Vysokonapěťový stejnosměrný přenos (HVDC)
• Nepřerušitelné zdroje napájení (UPS)
• Měniče obnovitelných zdrojů energie jako solární a větrné invertory

2. LED balení a osvětlovací systémy

S pokrokem LED technologie směrem k vyšším výkonovým hustotám se efektivní tepelné řízení stalo ještě kritičtějším. AlN keramické substráty poskytují nezbytnou kombinaci vysoké tepelné vodivosti, tepelné stability, nízkých rychlostí roztažnosti a elektrické izolace.

Široce se používají ve středně až vysokovýkonových LED baleních jako jsou flip-chip, eutektické spojování, chip-on-board (COB), chip-scale packaging (CSP) a wafer-level packaging (WLP).

Efektivní chlazení pomáhá udržovat světelnou účinnost a prodlužuje provozní životnost LED. Obecně se pozoruje, že snížení teplotního přechodu o 10°C může zdvojnásobit životnost LED.

3. Fotovoltaické moduly a koncentrované solární energetické systémy

V aplikacích koncentrované fotovoltaiky (CPV/HCPV) je sluneční záření soustředěno na malé, vysoce účinné solární články, což značně zvyšuje místní teploty.

Bez vhodných strategií odvodu tepla by se výkon a trvanlivost těchto článků rychle zhoršily.

AlN keramické substráty, umístěné mezi čip a chladič s tepelnými interfejsovými materiály (TIM), usnadňují efektivní přenos tepla a přispívají ke zvýšené účinnosti systému a dlouhodobé stabilitě.

4. Mikroelektronika a optoelektronická zařízení

Kromě tradičních výkonových aplikací se AlN keramika využívá v zařízení pro zpracování polovodičů a optoelektronických zařízeních, včetně:

• Chladičů
• Tepelných rozptylovačů
• Upínacích hlavic
• Prstencových svorek
• Obvodových substrátů
• Izolačních vrstev
• Statických elektrostatických upínek
• Laserových modulů tepelného řízení
• Mikrovlnných balicích systémů

Jejich role je zásadní pro udržování stabilního výkonu za vysokoteplotních a vysokofrekvenčních provozních podmínek.

Produktové formy AlN keramických chladičů

V závislosti na specifických aplikačních potřebách jsou AlN keramiky dostupné v různých tvarech a konfiguracích, jako jsou:

• Chladiče pro vysokovýkonové systémy
• Kelímky pro tavení kovů
• AlN keramické tyče a ohřívače
• Keramické substráty na zakázku
• Komponenty pro výrobu polovodičů
• Statické elektrostatické upínky a tepelné desky

Pokročilé CNC zařízení nám umožňuje obrábět složitější a přesnější AlN díly, jako jsou tvary vrtulí, což výrazně rozšiřuje rozsah aplikací.

Jaké jsou hlavní výzvy a kam směřuje výzkum keramiky z nitridu hliníku?

Ve skutečnosti AlN keramika nevede teplo tak dobře, jak naznačuje teorie, hlavně kvůli krystalickým defektům, nečistotám, problémům s velikostí zrn a kontaminaci kyslíkem.

Také standardní proces páskového lití, který používáme při výrobě, má nevýhody — organická aditiva v suspenze brání správné densifikaci a narušují zarovnání zrn, což škodí výkonu materiálu.