Applicazioni della polvere sferica di allumina nel campo della conducibilità termica
La polvere sferica di allumina (microsfere di allumina termicamente conduttive) è diventata un materiale funzionale chiave nell’elettronica, nelle nuove energie, nella ceramica avanzata, nella catalisi e nella lavorazione di precisione grazie ai suoi vantaggi principali, quali elevata conduttività termica, elevato isolamento, elevata sfericità, elevata capacità di riempimento, bassa viscosità e stabilità chimica. Sulla base di autorevoli ricerche scientifiche e della letteratura standard del settore, di seguito vengono riassunte le sue principali applicazioni.
I. Confezionamento elettronico e gestione termica
1. Composto epossidico per stampaggio (EMC)/Materiale incapsulante
– Come materiale di riempimento centrale termicamente conduttivo e isolante, viene utilizzato nel confezionamento di circuiti integrati, dispositivi di potenza, LED e sensori per migliorare la conduttività termica del contenitore, ridurre la resistenza termica e limitare la deformazione.
– La struttura sferica raggiunge un elevato tasso di riempimento (fino al 70-85% in peso), riduce la viscosità della resina, migliora la fluidità e la modellabilità ed è adatta per imballaggi avanzati (Fan-out, 2.5D/3D, SiP). Allumina sferica: l’allumina sferica può migliorare la conduttività termica dell’EMC da 0,8-1,2 W/(m·K) con riempitivi ordinari a 2,0-3,5 W/(m·K) e ridurre significativamente il coefficiente di dilatazione termica.
2. Adesivo di riempimento/incapsulante:
– Utilizzato in packaging avanzati come BGA, CSP e Flip-Chip, riempie lo spazio tra il chip e il substrato, migliorando la dissipazione del calore, attenuando lo stress termico e aumentando l’affidabilità.
– Le particelle sferiche determinano una bassa viscosità, buone proprietà di riempimento e assenza di bolle d’aria nell’adesivo. Dopo la polimerizzazione, la conduttività termica può raggiungere 1,5–2,5 W/(m·K).
3. TIM (Materiale di Interfaccia Termica):
– Il principale riempitivo in pasta termica, gel termico, pad termici e adesivi termici, utilizzato per la dissipazione del calore dell’interfaccia termica in CPU/GPU, moduli di potenza, IGBT e moduli ottici. – Vantaggi: elevato contenuto di riempitivo, bassa viscosità, elevata conduttività termica, isolamento e resistenza alle alte temperature; la conduttività termica può raggiungere 3,0–6,0 W/(m·K), di gran lunga superiore a quella dell’allumina ordinaria.
II. Gestione termica dei veicoli a energia alternativa e sistemi di accumulo energetico
1. Gestione termica della batteria di alimentazione
– Adesivi termoconduttivi, adesivi strutturali, cuscinetti e materiali a cambiamento di fase utilizzati nei moduli/celle delle batterie di potenza per ottenere un efficiente trasferimento di calore tra la cella, la piastra di raffreddamento e l’involucro, sopprimendo l’instabilità termica e migliorando la durata del ciclo di vita. Gli adesivi termoconduttivi sferici caricati con allumina possono ridurre la resistenza termica della batteria del 40-60% e migliorare l’efficienza di dissipazione del calore di oltre il 30%.
2. Dissipazione del calore del motore/controllo elettronico/dispositivo di potenza
– Composti di incapsulamento, gel e cuscinetti isolanti termicamente conduttivi utilizzati in moduli IGBT, controllori di motori, OBC e convertitori DC-DC per risolvere i problemi di dissipazione del calore e di isolamento in condizioni di elevata densità di potenza.
III. Ceramiche avanzate e materiali strutturali
1. Ceramiche di allumina ad alte prestazioni
La polvere sferica di allumina presenta un’eccellente fluidità, un’elevata attività di sinterizzazione e un’alta densità (fino al 97-99%), caratteristiche che la rendono adatta alla fabbricazione di componenti ceramici ad alta conduttività termica, elevata resistenza meccanica, resistenza all’usura e resistenza alle alte temperature.
– Applicazioni tipiche: substrati ceramici, cuscinetti ceramici, guarnizioni, boccole resistenti all’usura, tubi per forni ad alta temperatura e componenti strutturali aerospaziali ad alta temperatura. Le ceramiche sferiche di allumina possono raggiungere una conduttività termica di 25–30 W/(m·K), con un aumento del 20–30% della resistenza alla flessione e una resistenza all’usura significativamente migliore rispetto alle ceramiche in polvere non sferiche.
2. Produzione additiva (stampa 3D) di ceramiche
– La polvere sferica di allumina possiede un’eccellente fluidità, bassa densità e uniformità, caratteristiche che la rendono adatta alla stampa 3D ceramica SLM, DLP, SLA e ad altri metodi per la fabbricazione di componenti ceramici strutturali complessi.
– Applicazioni: componenti per la fase calda di motori aeronautici, ceramiche biomediche e componenti strutturali ceramici di precisione.
IV. Industria del trattamento delle superfici
L’allumina sferica può essere utilizzata come materiale di rivestimento a spruzzo per ricoprire la superficie dei pezzi, migliorando la conduttività termica, la resistenza all’ossidazione, la resistenza all’usura e la resistenza alle alte temperature del rivestimento.
V. Adesivi termoconduttivi e materie plastiche tecniche
– Composti isolanti per rivestimenti e incapsulamento: utilizzati per l’isolamento e la dissipazione del calore in trasformatori elettronici, induttori, alimentatori, convertitori di frequenza e inverter fotovoltaici.
– Plastiche termoconduttive e tecnopolimeri: PA, PPS, LCP, ecc. termomodificati, utilizzati per staffe a LED, alloggiamenti per dissipatori di calore e componenti strutturali elettronici.
