窒化アルミニウム（AlN）ヒートシンクの用途

AlNセラミックヒートシンクの一般的なタイプには、下図に示すように、AlNセラミックラジアルヒートシンク（AlN円形フィンヒートシンク）とプレートフィンAlN放熱器（AlNセラミックプレート型ヒートシンク）があります。これらの製品は優れた放熱性を備えているため、パワーエレクトロニクス、自動車システム、太陽光発電、LED技術などの用途に適しています。

AlNセラミックヒートシンクの性能特性 - 効果的な熱管理機能

• 高い熱伝導率により、アクティブコンポーネントからの急速な熱伝達が可能
• 高電圧用途に適した電気絶縁
• 900℃までの耐酸化性
• 化学的腐食および湿気に対する耐性
• 密度が低く、アルミニウムより約30%軽量
• 環境に安全で、グリーン製造基準に準拠しています

これらの特性により、AlN セラミックは高出力と信頼性が求められる電子アプリケーションでよく使用されます。

AlNセラミックヒートシンクの主な用途？

1. パワーエレクトロニクスとIGBTモジュール

パワーエレクトロニクスは、高速鉄道システム、電気自動車、風力タービン、5G基地局の主要コンポーネントであるIGBTモジュールに依存しています。

これらのモジュールは高出力で発熱量も大きいため、熱負荷を効率的に管理できる材料が必要です。高い熱伝導率とシリコンチップに近い熱膨張係数を持つAlNセラミック基板は、熱応力を最小限に抑え、パワーモジュールの信頼性と寿命を向上させます。

一般的なアプリケーションは次のとおりです:

• 鉄道輸送における牽引システム
• 産業用モータードライブと電動モビリティソリューション
• 高電圧直流送電（HVDC）
• 無停電電源装置（UPS）
• 太陽光や風力インバータなどの再生可能エネルギー変換器

2. LEDパッケージングと照明システム

LED技術が高出力密度へと進化するにつれ、効果的な熱管理がますます重要になっています。AlNセラミック基板は、高い熱伝導率、熱安定性、低膨張率、そして電気絶縁性という、必要な要素を兼ね備えています。

フリップチップ、共晶接合、チップオンボード (COB)、チップスケールパッケージ (CSP)、ウェハレベルパッケージ (WLP) などの中～高出力 LED パッケージで広く使用されています。

効率的な冷却は、LEDの発光効率を維持し、動作寿命を延ばすのに役立ちます。一般的に、接合部温度を10℃下げると、LEDの寿命が2倍になることが知られています。

3. 太陽光発電モジュールと集光型太陽光発電システム

集光型太陽光発電 (CPV/HCPV) アプリケーションでは、太陽光放射が小型で高効率な太陽電池に集中し、局所的な温度が大幅に上昇します。

適切な放熱対策がなければ、これらのセルの性能と耐久性は急速に低下します。

AlN セラミック基板は、熱伝導材料 (TIM) を使用してチップとヒートシンクの間に配置され、効率的な熱伝達を促進し、システム効率と長期安定性の向上に貢献します。

4. マイクロエレクトロニクスと光電子デバイス

AlN セラミックは、従来の電力用途以外にも、次のような半導体処理装置や光電子デバイスにも利用されています。

• ヒートシンク
• サーマルスプレッダー
• チャックス
• リングクランプ
• 回路基板
• 絶縁層
• 静電チャック
• レーザー熱管理モジュール
• 電子レンジパッケージシステム

高温・高周波の動作条件下で安定した性能を維持する上で、その役割は非常に重要です。

AlNセラミックヒートシンクの製品形態

特定のアプリケーションのニーズに応じて、AlN セラミックは次のようなさまざまな形状と構成で提供されます。

• 高出力システム用ヒートシンク
• 金属溶解用るつぼ
• AlNセラミックロッドとヒーター
• カスタム形状のセラミック基板
• Components for semiconductor manufacturing
• 静電チャックとサーマルプレート

高度な CNC 設備により、プロペラの形状など、より複雑で精密な AlN 部品の加工が可能になり、用途の範囲が大幅に拡大します。

窒化アルミニウムセラミックスの主な課題は何ですか？また、研究はどこに向かっていますか？

実際には、AlN セラミックは、主に結晶欠陥、不純物、粒径の問題、酸素汚染などの理由で、理論ほど熱伝導がよくありません。

また、製造に使用している標準的なテープキャスティング プロセスには欠点があります。スラリー内の有機添加剤により適切な密度化が妨げられ、粒子の配列が乱れるため、材料の性能が低下します。