Aplicações de dissipadores de calor de nitreto de alumínio (AlN)

Os tipos comuns de dissipadores de calor cerâmicos de AlN incluem o dissipador de calor radial cerâmico de AlN (dissipador de calor circular de AlN) e o radiador térmico de AlN com aletas de placa (dissipador de calor cerâmico tipo placa de AlN), conforme mostrado na figura abaixo. Sua dissipação de calor eficaz os torna adequados para uso em eletrônica de potência, sistemas automotivos, energia fotovoltaica e tecnologias LED.

Características de desempenho de dissipadores de calor de cerâmica AlN - Capacidades eficazes de gerenciamento térmico

• A alta condutividade térmica permite uma rápida transferência de calor dos componentes ativos
• Isolamento elétrico adequado para aplicações de alta tensão
• Resistência à oxidação até 900°C
• Resistência à corrosão química e à umidade
• Menor densidade, aproximadamente 30% mais leve que o alumínio
• Ambientalmente seguro e em conformidade com os padrões de fabricação verde

Devido a esses atributos, as cerâmicas AlN são comumente usadas em aplicações eletrônicas que exigem alta potência e confiabilidade.

Onde os dissipadores de calor de cerâmica AlN são usados ​​principalmente？

1. Eletrônica de Potência e Módulos IGBT

A eletrônica de potência depende de módulos IGBT, que são componentes essenciais em sistemas ferroviários de alta velocidade, veículos elétricos, turbinas eólicas e estações base 5G.

Dada sua alta potência de saída e geração substancial de calor, esses módulos exigem materiais que possam gerenciar cargas térmicas com eficiência. Substratos cerâmicos de AlN, com alta condutividade térmica e coeficientes de expansão térmica semelhantes aos dos chips de silício, minimizam o estresse térmico e aumentam a confiabilidade e a vida útil dos módulos de potência.

Aplicações comuns incluem:

• Sistemas de tração no transporte ferroviário
• Acionamentos de motores industriais e soluções de mobilidade elétrica
• Transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC)
• Fontes de alimentação ininterruptas (UPS)
• Conversores de energia renovável, como inversores solares e eólicos

2. Sistemas de embalagem e iluminação LED

À medida que a tecnologia LED avança em direção a densidades de potência mais altas, o gerenciamento térmico eficaz tornou-se ainda mais crítico. Os substratos cerâmicos de AlN oferecem a combinação necessária de alta condutividade térmica, estabilidade térmica, baixas taxas de expansão e isolamento elétrico.

Eles são amplamente utilizados em pacotes de LED de média a alta potência, como flip-chip, ligação eutética, chip on board (COB), encapsulamento em escala de chip (CSP) e encapsulamento em nível de wafer (WLP).

O resfriamento eficiente ajuda a manter a eficácia luminosa e prolonga a vida útil dos LEDs. Observa-se, em geral, que reduzir a temperatura da junção em 10 °C pode dobrar a vida útil do LED.

3. Módulos Fotovoltaicos e Sistemas de Energia Solar Concentrada

Em aplicações fotovoltaicas concentradas (CPV/HCPV), a radiação solar é concentrada em pequenas células solares de alta eficiência, aumentando consideravelmente as temperaturas locais.

Sem estratégias adequadas de dissipação de calor, o desempenho e a durabilidade dessas células se deteriorariam rapidamente.

Substratos cerâmicos AlN, posicionados entre o chip e o dissipador de calor com materiais de interface térmica (TIMs), facilitam a transferência de calor eficiente, contribuindo para melhorar a eficiência do sistema e a estabilidade a longo prazo.

4. Microeletrônica e Dispositivos Optoeletrônicos

Além das aplicações tradicionais de energia, as cerâmicas de AlN são utilizadas em equipamentos de processamento de semicondutores e dispositivos optoeletrônicos, incluindo:

• Dissipadores de calor
• Espalhadores térmicos
• Chucks
• Grampos de anel
• Substratos de circuito
• Camadas de isolamento
• Mandris eletrostáticos estáticos
• Módulos de gerenciamento térmico a laser
• Sistemas de pacotes de micro-ondas

Seu papel é vital para manter o desempenho estável sob condições operacionais de alta temperatura e alta frequência.

Formas de produtos de dissipadores de calor de cerâmica AlN

Dependendo das necessidades específicas da aplicação, as cerâmicas AlN estão disponíveis em uma variedade de formatos e configurações, como:

• Dissipadores de calor para sistemas de alta potência
• Cadinhos para fusão de metais
• Barras e aquecedores de cerâmica AlN
• Substratos cerâmicos com formato personalizado
• Components for semiconductor manufacturing
• Mandris eletrostáticos e placas térmicas

Equipamentos CNC avançados nos permitem usinar peças de AlN mais complexas e precisas, como formatos de hélices, expandindo significativamente a gama de aplicações.

Quais são os principais desafios e para onde está indo a pesquisa sobre cerâmicas de nitreto de alumínio?

Na realidade, as cerâmicas de AlN não conduzem calor tão bem quanto a teoria sugere, principalmente devido a defeitos nos cristais, impurezas, problemas de tamanho de grãos e contaminação por oxigênio.

Além disso, o processo padrão de fundição de fita que usamos na fabricação tem desvantagens: os aditivos orgânicos na pasta impedem a densificação adequada e atrapalham o alinhamento dos grãos, o que prejudica o desempenho do material.