Les applications des dissipateurs thermiques en nitrure d'aluminium (AlN)

Les dissipateurs thermiques céramiques AlN les plus courants sont le dissipateur thermique radial en céramique AlN (dissipateur thermique circulaire à ailettes AlN) et le radiateur thermique à ailettes en céramique AlN (dissipateur thermique à plaques en céramique AlN), comme illustré ci-dessous. Leur excellente dissipation thermique les rend adaptés à une utilisation dans l'électronique de puissance, les systèmes automobiles, l'énergie photovoltaïque et les technologies LED.

Caractéristiques de performance des dissipateurs thermiques en céramique AlN - Capacités efficaces de gestion thermique

• La conductivité thermique élevée permet un transfert de chaleur rapide à partir des composants actifs
• Isolation électrique adaptée aux applications haute tension
• Résistance à l'oxydation jusqu'à 900°C
• Résistance à la corrosion chimique et à l'humidité
• Densité plus faible, environ 30 % plus léger que l'aluminium
• Respectueux de l'environnement et conforme aux normes de fabrication verte

En raison de ces attributs, les céramiques AlN sont couramment utilisées dans les applications électroniques où une puissance et une fiabilité élevées sont requises.

Où les dissipateurs thermiques en céramique AlN sont-ils principalement utilisés ?？

1. Électronique de puissance et modules IGBT

L'électronique de puissance dépend des modules IGBT, qui sont des composants clés des systèmes ferroviaires à grande vitesse, des véhicules électriques, des éoliennes et des stations de base 5G.

Compte tenu de leur puissance de sortie élevée et de leur important dégagement de chaleur, ces modules nécessitent des matériaux capables de gérer efficacement les charges thermiques. Les substrats céramiques AlN, avec leur conductivité thermique élevée et leurs coefficients de dilatation thermique proches de ceux des puces en silicium, minimisent les contraintes thermiques et améliorent la fiabilité et la durée de vie des modules de puissance.

Les applications courantes incluent :

• Systèmes de traction dans le transport ferroviaire
• Entraînements de moteurs industriels et solutions de mobilité électrique
• Transport de courant continu à haute tension (CCHT)
• Alimentations sans interruption (UPS)
• Convertisseurs d'énergie renouvelable comme les onduleurs solaires et éoliens

2. Emballage LED et systèmes d'éclairage

À mesure que la technologie LED progresse vers des densités de puissance plus élevées, une gestion thermique efficace devient encore plus cruciale. Les substrats céramiques AlN offrent la combinaison nécessaire de conductivité thermique élevée, de stabilité thermique, de faibles taux de dilatation et d'isolation électrique.

Ils sont largement utilisés dans les boîtiers LED de moyenne à haute puissance tels que les boîtiers à puce retournée, les boîtiers à liaison eutectique, les boîtiers à puce sur carte (COB), les boîtiers à l'échelle de la puce (CSP) et les boîtiers au niveau de la plaquette (WLP).

Un refroidissement efficace contribue à maintenir l'efficacité lumineuse et à prolonger la durée de vie des LED. On observe généralement qu'une réduction de 10 °C de la température de jonction peut doubler la durée de vie des LED.

3. Modules photovoltaïques et systèmes d'énergie solaire concentrée

Dans les applications photovoltaïques concentrées (CPV/HCPV), le rayonnement solaire est concentré sur de petites cellules solaires à haut rendement, ce qui augmente considérablement les températures locales.

Sans stratégies de dissipation thermique appropriées, les performances et la durabilité de ces cellules se détérioreraient rapidement.

Les substrats céramiques AlN, positionnés entre la puce et le dissipateur thermique avec des matériaux d'interface thermique (TIM), facilitent un transfert de chaleur efficace, contribuant à l'amélioration de l'efficacité du système et à la stabilité à long terme.

4. Microélectronique et dispositifs optoélectroniques

Au-delà des applications d'alimentation traditionnelles, les céramiques AlN sont utilisées dans les équipements de traitement des semi-conducteurs et les dispositifs optoélectroniques, notamment :

• Dissipateurs thermiques
• Diffuseurs thermiques
• Mandrins
• Colliers de serrage à anneau
• Substrats de circuits
• Couches d'isolation
• Mandrins électrostatiques statiques
• Modules de gestion thermique laser
• Systèmes de conditionnement à micro-ondes

Leur rôle est essentiel pour maintenir des performances stables dans des conditions de fonctionnement à haute température et à haute fréquence.

Formes de produits des dissipateurs thermiques en céramique AlN

En fonction des besoins spécifiques de l'application, les céramiques AlN sont disponibles dans une variété de formes et de configurations, telles que :

• Dissipateurs thermiques pour systèmes haute puissance
• Creusets pour la fusion des métaux
• Tiges et éléments chauffants en céramique AlN
• Substrats en céramique de forme personnalisée
• Components for semiconductor manufacturing
• Mandrins électrostatiques statiques et plaques thermiques

L'équipement CNC avancé nous permet d'usiner des pièces AlN plus complexes et plus précises, telles que des formes d'hélices, élargissant considérablement la gamme d'applications.

Quels sont les principaux défis et où va la recherche sur les céramiques en nitrure d’aluminium ?

En réalité, les céramiques AlN ne conduisent pas la chaleur aussi bien que la théorie le suggère, principalement en raison de défauts cristallins, d'impuretés, de problèmes de taille de grain et de contamination par l'oxygène.

De plus, le processus standard de coulée en bande que nous utilisons dans la fabrication présente des inconvénients : les additifs organiques contenus dans la boue empêchent une densification adéquate et perturbent l'alignement des grains, ce qui nuit aux performances du matériau.