Глинопорошок с высокой теплопроводностью в электронном охлаждении

Введение

По мере того как электронные детали уменьшаются и становятся все более мощными, эффективное управление теплом становится все более важным. Глинопорошок с высокой теплопроводностью (HTC) стал одним из важнейших материалов для решения этой проблемы. Идеальный баланс электроизоляции и высокой теплопроводности делает его идеальным продуктом для целого ряда электронных приложений охлаждения - от силовых модулей до светодиодов.

1. Что такое порошок глинозема с высокой теплопроводностью?

Глинозем (Al₂O₃) - это твердая, химически инертная и термически стабильная керамика. Глинопорошок HTC обладает повышенной теплопроводностью - как правило, до 20-35 Вт/м-К в зависимости от размера частиц, чистоты и обработки. Это резко контрастирует с обычным глиноземом (примерно 10-15 Вт/м-К).

Благодаря контролируемому синтезу, такому как твердофазная реакция или золь-гель процессы, глиноземный порошок HTC формирует высокую плотность упаковки, низкую пористость и высокочистые микроструктуры, которые способствуют эффективной теплопередаче.

2. Почему теплопроводность важна в электронике

Повышенные температуры приводят к преждевременному выходу из строя таких компонентов, как полупроводники, конденсаторы и светодиоды. Чтобы предотвратить это, материалы, используемые в радиаторах и упаковке, должны быть эффективными для быстрого отвода тепла от чувствительных компонентов.

Глинозем HTC особенно полезен, поскольку он обладает хорошей теплопроводностью наряду с идеальной электроизоляцией (обычно >10¹⁴ Ω-см) и поэтому может безопасно использоваться в непосредственном контакте с электрическими компонентами.

3. Важные свойства

Все эти свойства делают глинозем HTC подходящим для применения в областях, требующих высоких тепловых характеристик наряду с электроизоляцией.

4. Области применения

a. Светодиодное освещение

Глинопорошок HTC используется для производства керамических подложек и люминофорных преобразователей в светодиодах. Порошок обеспечивает эффективный теплообмен, что позволяет создавать более яркие и долговечные светодиоды.

b. Силовая электроника

В силовых модулях и IGBT алюмооксидная керамика HTC используется в качестве подложек и изолирующих слоев и обеспечивает тепловой баланс даже при высоких нагрузках по току и напряжению.

c. Термоинтерфейсные материалы (ТИМ )

Глинозем HTC используется в качестве наполнителя в смазках и термопастах. Вещество повышает теплопроводность таких продуктов без снижения электроизоляции, что идеально подходит для использования в центральных и графических процессорах, а также в автомобильных ЭБУ.

d. Высокочастотные устройства

Высокочастотные устройства сильно выделяют тепло в компактных корпусах. Глиноземные подложки HTC обеспечивают необходимый баланс между снижением диэлектрических потерь и тепловым контролем, что крайне важно для обеспечения стабильности характеристик.

5. Обработка и формование

Глинопорошок HTC может быть сформирован с помощью различных методов обработки керамики, таких как литье в ленту, литье под давлением и спекание. Высокоэффективные добавки для спекания и нанодобавки обычно используются для повышения плотности и уменьшения границ зерен, что повышает теплопроводность.

Для ТИМов и композитов обработка поверхности частиц глинозема (например, силанами или связующими агентами) повышает совместимость с полимерной матрицей и максимизирует теплопередачу.

6. Перспективы на будущее

С ростом популярности электромобилей, базовых станций 5G и носимых устройств спрос на материалы HTC будет расти. Глинопорошок HTC находится в авангарде этой тенденции как масштабируемый, экономичный и высокопроизводительный вариант терморегулирования.

Сегодня исследования сосредоточены на наноинженерных глиноземных сетях и гибридных композитах, которые продолжают расширять границы проводимости - предположительно выше 50 Вт/м-К.

Заключение

Глинопорошок с высокой теплопроводностью обеспечивает превосходный баланс эффективности теплопередачи и электроизоляции. Его эффективность и универсальность делают его незаменимым в технологии охлаждения современной электроники. По мере развития технологий и расширения тепловых требований глинозем HTC будет оставаться основным материалом, обеспечивающим безопасность, надежность и долговечность электронных устройств. Другие продукты из глинозема можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).