Na operação eficiente de dispositivos eletrônicos modernos, a dissipação de calor é de crucial importância. Como uma solução de dissipação de calor de alto desempenho, os dissipadores de calor cerâmicos estão gradualmente surgindo e têm sido amplamente utilizados em inúmeros campos devido às suas vantagens únicas.
I. Propriedades do Material
Os dissipadores de calor cerâmicos são feitos principalmente de materiais cerâmicos de alto desempenho, como alumina (Al₂O₃) e nitreto de alumínio (AlN). Esses materiais possuem excelentes propriedades, estabelecendo uma base sólida para a operação eficiente dos dissipadores de calor. Tomando a alumina como exemplo, cerâmicas de alumina com 96% de pureza podem ter uma condutividade térmica de 24 - 35W/m·K, que é mais de 10 vezes maior do que as resinas epóxi tradicionais, permitindo a condução rápida de calor. Ao mesmo tempo, sua resistividade volumétrica é >10¹⁴Ω·cm, e pode suportar uma ruptura de alta tensão de até 15kV. Ao garantir uma boa condutividade térmica, ele fornece isolamento elétrico extremamente alto, prevenindo efetivamente o risco de curtos-circuitos. Além disso, os materiais cerâmicos também possuem um alto ponto de fusão. Por exemplo, o ponto de fusão das cerâmicas de alumina é de até 2054°C, que pode permanecer estável em ambientes de alta temperatura e garantir a operação contínua e normal do dissipador de calor.
II. Princípio de Dissipação de Calor
O princípio de dissipação de calor dos dissipadores de calor cerâmicos é baseado em sua estrutura especial e propriedades do material. Por um lado, as cerâmicas em si têm baixa capacidade de calor e não armazenam calor, então o calor pode ser rapidamente conduzido para o exterior através das cerâmicas, reduzindo o acúmulo de calor dentro do equipamento. Por outro lado, alguns dissipadores de calor cerâmicos adotam uma estrutura micro-porosa, que pode ter 30% mais porosidade sob a mesma área unitária, aumentando muito a área de contato com meios convecivos, como o ar, aumentando significativamente o efeito de convecção de calor e, portanto, sendo capaz de remover mais calor no mesmo tempo unitário. Além disso, a estrutura policristalina das cerâmicas aumenta ainda mais a capacidade de dissipação de calor, superando a maioria dos materiais termicamente condutores e isolantes disponíveis no mercado sob as mesmas condições.
III. Vantagens de Desempenho
- Dissipação de Calor Eficiente: A alta condutividade térmica permite que os dissipadores de calor cerâmicos conduzam rapidamente o calor do elemento de aquecimento para o exterior, reduzindo efetivamente a temperatura de operação do equipamento. Por exemplo, em um teste real de uma estação base 5G, a temperatura do chip caiu 12°C após a instalação do dissipador de calor cerâmico, garantindo fortemente a operação estável do equipamento da estação base.
- Alto Isolamento Elétrico: O excelente desempenho de isolamento elétrico garante que o dissipador de calor não cause falhas elétricas, como curtos-circuitos em ambientes de alta tensão, fornecendo proteção confiável para a operação segura de equipamentos eletrônicos, especialmente adequado para cenários de aplicação com requisitos de isolamento rigorosos, como módulos de bateria de veículos de nova energia.
- Resistência a Altas Temperaturas e Resistência à Corrosão: Pode suportar ambientes de alta temperatura e possui boa resistência a ácidos, álcalis e outras substâncias químicas. Ainda pode manter um desempenho estável em ambientes de trabalho agressivos, prolongando muito sua vida útil. Por exemplo, na aplicação de inversores fotovoltaicos, as placas de condução de calor cerâmicas de alumina a 99% podem funcionar de forma estável em um ambiente desértico com alta temperatura de 70°C, muita areia e vento e fortes raios ultravioleta, enquanto o esquema de dissipação de calor de folha de alumínio tradicional tem um aumento acentuado na resistência térmica devido à oxidação.
- Anti-interferência e Anti-estático: Pode resistir efetivamente à interferência (EMI) e eletricidade estática, reduzir o impacto da interferência eletromagnética externa no equipamento e evitar danos aos componentes eletrônicos causados pela eletricidade estática, melhorando a estabilidade e confiabilidade da operação do equipamento.
- Tamanho Pequeno e Leve: Ao fornecer dissipação de calor eficiente, ocupa um espaço pequeno e é leve, de acordo com a tendência de design de equipamentos modernos serem finos, leves, curtos e pequenos, e facilitando o layout compacto e o design portátil dos produtos.
- Proteção Ambiental: As cerâmicas são materiais orgânicos naturais, que são ecologicamente corretos durante a produção e o uso, de acordo com os conceitos atuais de proteção ambiental e requisitos relevantes de proteção ambiental.
IV. Campos de Aplicação
- Dispositivos Eletrônicos: Amplamente utilizado em produtos eletrônicos de consumo, como telefones celulares, laptops e tablets. Por exemplo, o telefone celular de ponta de uma determinada marca incorpora uma placa de condução de calor cerâmica de alumina de 0,2 mm entre a CPU e a carcaça. Depois de jogar "Genshin Impact" por meia hora, a temperatura do corpo cai de 48°C para 36°C, e a taxa de quadros é estável em 60fps, melhorando significativamente a experiência de jogo do usuário. Em laptops, os dissipadores de calor cerâmicos substituem a graxa térmica tradicional, reduzindo o volume do módulo de dissipação de calor em 30%, criando condições para que laptops finos e leves sejam equipados com CPUs de tensão padrão.
- Veículos de Nova Energia: É crucial para o gerenciamento térmico das baterias. O pacote de bateria 4680 da Tesla usa placas de condução de calor cerâmicas porosas com uma condutividade térmica de 30W/m·K. Combinado com o sistema de resfriamento líquido, a diferença de temperatura das células da bateria é controlada dentro de ±2°C, reduzindo efetivamente o risco de fuga térmica da bateria. Uma medição real de uma montadora nacional mostra que a probabilidade de fuga térmica do pacote de bateria sem placas cerâmicas durante o carregamento rápido é 8 vezes maior do que a de uma com placas cerâmicas instaladas.
- Inversores Fotovoltaicos: Em usinas fotovoltaicas, os inversores geram muito calor durante a operação de longo prazo. Os inversores na Usina Fotovoltaica de Dunhuang usam placas de condução de calor cerâmicas de alumina a 99%, que ainda podem funcionar de forma estável em ambientes agressivos com alta temperatura, fortes raios ultravioleta e muita areia e vento, garantindo a geração eficiente de energia do sistema fotovoltaico.
- Fabricação de Semicondutores: Em aplicações como transportadores de equipamentos de litografia de wafers, as placas de condução de calor cerâmicas de alumina em nanoescala podem atingir uma precisão de controle de temperatura de ±0,01°C, garantindo que as flutuações de temperatura não afetem a precisão do circuito durante a exposição ao fotorresiste, e melhorando a taxa de rendimento da fabricação de chips. De acordo com dados de uma fábrica de embalagens, a taxa de rendimento do chip aumentou 3,2% após o uso de placas de condução de calor cerâmicas.
- Outros Campos: Também é amplamente utilizado em set-top boxes, luzes LED, máquinas de solda de alta frequência, amplificadores de potência/alto-falantes, transistores de potência, módulos de potência, inversores, rede/banda larga, fontes de alimentação UPS e outros equipamentos, bem como aeroespacial, fabricação industrial e outros campos com altos requisitos de dissipação de calor e desempenho do material, fornecendo proteção confiável de dissipação de calor para a operação estável de vários equipamentos.
V. Serviços de Personalização
Estamos bem cientes de que diferentes clientes têm necessidades diferentes, por isso oferecemos serviços de personalização abrangentes. Seja o tamanho, a forma ou a seleção do material, podemos adaptar de acordo com suas necessidades específicas. De tamanhos padrão comuns, como TO - 220, TO - 247, TO - 264, TO - 3P a vários tamanhos não padronizados, podemos produzir com precisão. Ao mesmo tempo, de acordo com sua ênfase em diferentes indicadores de desempenho, como desempenho de dissipação de calor, isolamento elétrico e resistência à temperatura, podemos recomendar e selecionar os materiais cerâmicos mais adequados, como alumina e nitreto de alumínio, e otimizar os materiais para atender aos seus cenários de aplicação específicos.
Com seu excelente desempenho e ampla aplicabilidade, os dissipadores de calor cerâmicos fornecem uma solução ideal para resolver os problemas de dissipação de calor de equipamentos modernos. Escolher nossos dissipadores de calor cerâmicos significa escolher proteção de dissipação de calor eficiente, segura e confiável, que pode garantir a melhoria do desempenho e a operação estável de seus equipamentos.
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