Componenti strutturali di precisione in nitruro di alluminio isolato ad alta conducibilità termica

Componenti strutturali in ceramica al nitruro di alluminio (AlN) sono parti di precisione ad alte prestazioni preparate da polvere di nitruro di alluminio di elevata purezza attraverso processi avanzati di stampaggio e sinterizzazione della ceramica. Grazie alla sua elevatissima conducibilità termica, all'eccellente isolamento elettrico, alla buona resistenza meccanica e alla stabilità termica, è ampiamente utilizzato in settori quali la dissipazione del calore elettronico, l'elettronica di potenza, la produzione di semiconduttori, la tecnologia laser e così via, in particolare per i sistemi integrati ad alta densità con requisiti rigorosi di gestione termica.

Vantaggi del materiale di base
Caratteristiche del nitruro di alluminio (AlN)
Conducibilità termica ultra elevata: La conducibilità termica può raggiungere 180-230 W/(m - K) (vicina a quella dell'alluminio metallico), 5-8 volte superiore a quella dell'ossido di alluminio, dissipando efficacemente i punti caldi locali.
Eccellente isolamento elettrico: resistività di volume>10 ¹⁴Ω- cm, resistenza alla rottura>15 kV/mm, adatta ad ambienti ad alta tensione e ad alto campo elettrico.
Basso coefficiente di espansione termica: Eccellente compatibilità con il silicio (CTE ≈ 4,2 ppm/℃), che evita la rottura dell'interfaccia causata da stress termico.
Stabilità alle alte temperature: Temperatura di utilizzo a lungo termine>800 ℃, tolleranza a breve termine superiore a 1200 ℃, prestazioni stabili sotto vuoto o in atmosfera inerte.
Elevata resistenza meccanica: resistenza alla flessione ≥ 350 MPa, durezza HV ≈ 1200, adatta alla lavorazione di strutture complesse.

Vantaggi comparativi dei materiali
Indicatori di prestazione: Nitruro di alluminio (AlN), ossido di alluminio (Al ₂ O3), ossido di berillio (BeO), rame metallo (Cu)
Conduttività termica (W/(m - K)) 180~230 20~40 300~350 401
Eccellente isolamento elettrico (resistività di volume>10 ¹⁴) Eccellente (resistività di volume>10 ¹²) Eccellente (resistività di volume>10 ¹³) Conducibilità
Densità (g/cm ³) 3,26 3,9~4,0 2,85 8,96
Tossico, non tossico, altamente tossico, non tossico
Il costo di lavorazione è relativamente alto, basso, estremamente alto (è necessaria una protezione speciale per le sostanze altamente tossiche) e basso (è necessario un trattamento secondario).

Design e processo del prodotto
Design della struttura
Ottimizzazione della simulazione termica: Progettare denti di dissipazione del calore, canali di flusso e altre strutture attraverso l'analisi a elementi finiti (FEA) per massimizzare l'efficienza del trasferimento di calore.
Stampaggio di precisione: supporta la progettazione di forme geometriche complesse (come array di microfori e scanalature irregolari) per aumentare l'area effettiva di dissipazione del calore.
Processo di metallizzazione: La superficie può essere placcata con oro, argento, rame o saldata con fogli di molibdeno per ottenere una connessione ad alta affidabilità tra ceramica e metalli.

processo di produzione
Lavorazione della polvere: La polvere di AlN di elevata purezza (purezza ≥ 99,5%, D50100 W/(m - K) a 800 ℃)
Resistività di volume dell'isolamento elettrico>10 ¹⁴Ω- cm (25 ℃), costante dielettrica ≈ 8,5 (1MHz)
Il coefficiente di espansione termica (CTE) è di 4,0~4,5 ppm/℃ (25~800 ℃), altamente compatibile con Si (4,2 ppm/℃) e GaAs (5,8 ppm/℃).
Resistenza alla flessione ≥ 350 MPa (25 ℃), ≥ 200 MPa（800℃）
Tenacità alla frattura di 3,5~4,0 MPa - m ¹/²
Temperatura di esercizio a lungo termine: ≤ 800 ℃; limite a breve termine: 1200 ℃ (atmosfera inerte)
Precisione dimensionale stampaggio a iniezione: ± 0,01 mm; stampaggio a secco: ± 0,02 mm
Rugosità superficiale: Ra ≤ 0,2 μ m dopo la rettifica, Ra ≤ 0,05 μ m dopo la lucidatura

Scenari applicativi tipici
Campo di dissipazione del calore elettronico
Dissipatore di calore per LED ad alta potenza: sostituisce i tradizionali dissipatori di calore in metallo, migliora l'efficienza di dissipazione del calore di oltre 30% e prolunga la durata dei LED.
Substrato del modulo IGBT: risolve il problema delle alte temperature dei dispositivi SiC/GaN e riduce la resistenza termica al di sotto di 0,2 K/W.
Filtro della stazione base 5G: con caratteristiche di alta conducibilità termica e bassa perdita, adatte a scenari di alta frequenza e alta potenza.
Apparecchiature per la produzione di semiconduttori
Mandrino elettrostatico (ESC): Elevato isolamento per prevenire i cortocircuiti dei circuiti, distribuzione termica uniforme per migliorare la resa di lavorazione dei wafer.
Componenti della camera a vuoto: resistente alle radiazioni e alla corrosione del plasma, adatto alle macchine per l'incisione e alle apparecchiature PVD.
Laser e optoelettronica
Dissipatore laser: conduce efficacemente il calore della luce di pompa e stabilizza la potenza di uscita del laser.
Supporto per componenti ottici: La bassa espansione termica garantisce la stabilità del percorso ottico ed è adatta ai sistemi laser di alta precisione.
Veicoli a nuova energia
Dissipazione del calore del modulo di ricarica per auto: per affrontare la sfida della gestione termica della piattaforma ad alta tensione da 800 V, riducendo il volume di 40%.
Scheda terminale del modulo batteria: isolamento, conduttività termica e leggerezza in un unico design per migliorare la sicurezza della batteria.

Servizi personalizzati
Modifica del materiale: Aggiunta di seconde fasi come SiC e BN per migliorare la resistenza agli shock termici o la lubrificazione.
Progettazione strutturale: Sulla base della simulazione dell'accoppiamento termico-meccanico, fornisce soluzioni di ottimizzazione della topologia.
Processo di metallizzazione: Sviluppare un sistema di metallizzazione Au/Ag/Cu per adattarsi a diversi processi di saldatura.
Servizi di rivestimento: Deposizione di DLC, SiO ₂ e altri rivestimenti per migliorare l'idrofobicità della superficie o la resistenza all'usura.

Componenti strutturali di precisione in nitruro di alluminio isolato ad alta conducibilità termica forniscono soluzioni rivoluzionarie per i dispositivi elettronici, la produzione di semiconduttori, le nuove energie e altri settori, con prestazioni di gestione termica e affidabilità dei materiali all'avanguardia. Sia che si tratti di migliorare l'efficienza di dissipazione del calore, di ottimizzare il volume delle apparecchiature o di aumentare la stabilità del sistema, il materiale dimostra vantaggi che i materiali tradizionali non possono eguagliare. Se avete bisogno di informazioni tecniche dettagliate, test su campioni o progetti personalizzati, non esitate a contattarci per esplorare insieme le infinite possibilità della ceramica al nitruro di alluminio!