Componentes estructurales cerámicos de nitruro de aluminio (AlN) son piezas de precisión de alto rendimiento preparadas a partir de polvo de nitruro de aluminio de gran pureza mediante procesos avanzados de moldeo y sinterización de cerámica. Con su conductividad térmica ultraelevada, excelente aislamiento eléctrico, buena resistencia mecánica y estabilidad térmica, se utiliza ampliamente en campos como la disipación del calor electrónico, la electrónica de potencia, la fabricación de semiconductores, la tecnología láser, etc., especialmente indicado para sistemas integrados de alta densidad con estrictos requisitos de gestión térmica.
Ventajas del material del núcleo
Características del nitruro de aluminio (AlN)
Conductividad térmica ultra alta: La conductividad térmica puede alcanzar 180-230 W/(m - K) (cercana a la del aluminio metálico), que es 5-8 veces superior a la del óxido de aluminio, disipando eficazmente los puntos calientes locales.
Excelente aislamiento eléctrico: resistividad volumétrica>10 ¹⁴Ω- cm, resistencia a la ruptura>15 kV/mm, adecuado para entornos de alta tensión y alto campo eléctrico.
Bajo coeficiente de dilatación térmica: Excelente compatibilidad con el silicio (CET ≈ 4,2 ppm/℃), lo que evita el fallo de la interfaz causado por el estrés térmico.
Estabilidad a altas temperaturas: Temperatura de uso a largo plazo>800 ℃, tolerancia a corto plazo superior a 1200 ℃, rendimiento estable en vacío o atmósfera inerte.
Alta resistencia mecánica: resistencia a la flexión ≥ 350 MPa, dureza HV ≈ 1200, adecuada para procesar estructuras complejas.
Ventajas comparativas de los materiales
Indicadores de rendimiento: Nitruro de aluminio (AlN), óxido de aluminio (Al ₂ O3), óxido de berilio (BeO), cobre metálico (Cu).
Conductividad térmica (W/(m - K)) 180~230 20~40 300~350 401
Excelente aislamiento eléctrico (resistividad volumétrica>10 ¹⁴) Excelente (resistividad volumétrica>10 ¹²) Excelente (resistividad volumétrica>10 ¹³) Conductividad
Densidad (g/cm ³) 3,26 3,9~4,0 2,85 8,96
Tóxico, no tóxico, muy tóxico, no tóxico
El coste de transformación es relativamente alto, bajo, extremadamente alto (se requiere una protección especial para las sustancias muy tóxicas) y bajo (se requiere una transformación secundaria).
Diseño y proceso del producto
Diseño de la estructura
Optimización de la simulación térmica: Diseñe dientes de disipación de calor, canales de flujo y otras estructuras mediante análisis de elementos finitos (FEA) para maximizar la eficacia de la transferencia de calor.
Moldeado de precisión: admite el diseño de formas geométricas complejas (como matrices de microagujeros y ranuras irregulares) para mejorar el área efectiva de disipación del calor.
Proceso de metalización: La superficie puede chaparse con oro, plata, cobre o soldarse con láminas de molibdeno para lograr una conexión de alta fiabilidad entre cerámica y metales.
proceso de fabricación
Procesamiento del polvo: El polvo de AlN de alta pureza (pureza ≥ 99,5%, D50100 W/(m - K) a 800 ℃).
Resistividad volumétrica del aislamiento eléctrico>10 ¹⁴Ω- cm (25 ℃), constante dieléctrica ≈ 8,5 (1MHz).
El coeficiente de expansión térmica (CTE) es de 4,0~4,5 ppm/℃ (25~800 ℃), que es altamente compatible con Si (4,2 ppm/℃) y GaAs (5,8 ppm/℃).
Resistencia a la flexión ≥ 350 MPa (25 ℃), ≥ 200 MPa（800℃）
Resistencia a la fractura de 3,5~4,0 MPa - m ¹/².
Uso a largo plazo de la temperatura de trabajo: ≤ 800 ℃; Límite a corto plazo: 1200 ℃ (atmósfera inerte).
Precisión dimensional moldeo por inyección: ± 0,01 mm; moldeo por prensado en seco: ± 0,02 mm
Rugosidad de la superficie: Ra ≤ 0,2 μ m tras el esmerilado, Ra ≤ 0,05 μ m tras el pulido.
Escenarios típicos de aplicación
Campo de disipación del calor electrónico
Disipador de calor LED de alta potencia: sustituye a los disipadores metálicos tradicionales, mejora la eficacia de disipación del calor en más de 30% y prolonga la vida útil de los LED.
Sustrato del módulo IGBT: resuelve el problema de las altas temperaturas de los dispositivos SiC/GaN y reduce la resistencia térmica por debajo de 0,2 K/W.
Filtro de estación base 5G: con características de alta conductividad térmica y bajas pérdidas, adecuado para escenarios de alta frecuencia y alta potencia.
Equipos de fabricación de semiconductores
Mandril electrostático (ESC): Alto aislamiento para evitar cortocircuitos, distribución térmica uniforme para mejorar el rendimiento del procesamiento de obleas.
Componentes de la cámara de vacío: Resistente a la radiación y a la corrosión por plasma, adecuado para máquinas de grabado y equipos de PVD.
Láser y optoelectrónica
Disipador de calor láser: conduce eficazmente el calor de la luz de bombeo y estabiliza la potencia de salida del láser.
Soporte para componentes ópticos: La baja expansión térmica garantiza la estabilidad de la trayectoria óptica y es adecuada para sistemas láser de alta precisión.
Vehículos de nueva energía
Disipación del calor del módulo de carga del coche: para responder al reto de gestión térmica de la plataforma de alto voltaje de 800 V, reduciendo el volumen en 40%.
Placa final del módulo de la batería: aislamiento, conductividad térmica y ligereza tres en uno para mejorar la seguridad de la batería.
Servicios personalizados
Modificación del material: Adición de segundas fases como SiC y BN para mejorar la resistencia al choque térmico o la lubricidad.
Diseño estructural: Basándonos en la simulación del acoplamiento térmico-mecánico, proporcionamos soluciones de optimización de la topología.
Proceso de metalización: Desarrollar sistema de metalización Au/Ag/Cu para adaptarse a diferentes procesos de soldadura.
Servicios de revestimiento: Deposición de DLC, SiO ₂ y otros revestimientos para mejorar la hidrofobicidad de la superficie o la resistencia al desgaste.
Componentes estructurales aislados de nitruro de aluminio de alta conductividad térmica y precisión ofrecen soluciones revolucionarias para dispositivos electrónicos, fabricación de semiconductores, nuevas energías y otros campos con el máximo rendimiento de gestión térmica y fiabilidad de materiales. Ya se trate de mejorar la eficacia de la disipación térmica, optimizar el volumen de los equipos o aumentar la estabilidad de los sistemas, demuestra ventajas que los materiales tradicionales no pueden igualar. Si necesita información técnica detallada, pruebas de muestras o diseños personalizados, no dude en ponerse en contacto con nosotros para explorar juntos las infinitas posibilidades de la cerámica de nitruro de aluminio.
