Kühlung von KI-Computing: Wie Aluminiumnitrid Chips im Kilowattbereich bändigt

Warum kugelförmig?

Kugelförmiges Aluminiumnitrid-Füllmaterialbietet ausgezeichnete Fließfähigkeit und Packungsdichte, wodurch eine hohe Beladungsmenge in Silikonölen, Gelen und anderen Matrices zur Bildung dichter Wärmeleitungsnetzwerke ermöglicht wird. Durch systematische AlN-PartikelgradationsdesignDurch die Mischung verschiedener Partikelgrößen füllen feinere Pulver die Zwischenräume zwischen größeren Körnern. Dieses Verfahren verbessert die Wärmeleitfähigkeit und optimiert gleichzeitig Verarbeitbarkeit und Rheologie. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass in hochgefüllten, silikonölbasierten Kompositen mit optimierter Korngrößenverteilung der AlN-Gehalt 90 Gew.-% übersteigen und die Wärmeleitfähigkeit des Materials auf über 10 W/(m·K) steigern kann.

Bei fortschrittlichen TIM-Anwendungen variieren die Leistungsgrenzen je nach Matrixtyp erheblich:

Nicht aushärtende Wärmeleitpads auf Silikonölbasis (Wärmeleitpads auf Ölbasis): Verwendung von hochviskosem Silikonöl als Träger, kombiniert mit AlN-Füllstoff für Wärmeleitpaste​ Durch den Einsatz von Aluminiumoxid-Hybridtechnologie lässt sich der Füllstoffgehalt deutlich erhöhen. Labordaten zeigen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Silikonfett bei einem AlN/Al₂O₃-Hybridanteil von 87–88 Vol.-% 9,7–13,1 W/(m·K) erreichen kann. Bestimmte kommerzielle, nicht aushärtende Gleitpads für industrielle Anwendungen und Hochleistungsanwendungen weisen Wärmeleitfähigkeiten von über 10 W/(m·K) auf. (Hinweis: Die Testbedingungen variieren je nach Hersteller; diese Werte dienen als Referenz und sollten anhand der tatsächlichen Anwendungsleistung überprüft werden.) Diese Produkte erzielen eine höhere Wärmeleistung auf Kosten einer gewissen Langzeitbeständigkeit gegenüber Ölaustritt und mechanischer Belastbarkeit.

Wärmeleitpads auf Silikonkautschukbasis: Aufgrund der begrenzten Flexibilität des vernetzten Polymernetzwerks ist die AlN-Beladung typischerweise auf 50–70 Gew.-% beschränkt. Obwohl AlN-Füllstoff für WärmeleitpadsDurch die Verbesserung der Leistung können kommerzielle Produkte eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 3–7 W/(m·K) (üblicherweise 3–5 W/(m·K)) erreichen, wobei nur wenige High-End-Produkte Werte von bis zu 8 W/(m·K) erzielen. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Druckverformungsbeständigkeit und Langzeitstabilität ist diese Produktkategorie nach wie vor die erste Wahl für Server- und Automobilanwendungen.

AlN-Füllstoff für Wärmeleitpastewird mittlerweile in KI-Servern als Wärmeleitmittel zwischen Chips und Kühlkörpern weit verbreitet eingesetzt. Mit optimierten Formulierungen werden High-End-Systeme hergestellt. Aluminiumnitrid-WärmeleitpasteSie können eine Wärmeleitfähigkeit von 8–10 W/(m·K) erreichen und so eine schnelle Wärmeabfuhr von Computerchips ermöglichen. Forschungsgruppen untersuchen darüber hinaus Hybridkonzepte, die flüssiges Metall mit thermischen Grenzflächenmaterialien aus Aluminiumnitrid kombinieren, als potenziellen Weg für zukünftige Geräte mit einer Leistung von über einem Kilowatt, obwohl sich diese Ansätze überwiegend noch im Laborstadium befinden.

Im Bereich des Wärmemanagements für Treiber-ICs in optischen Modulen und HF-Geräten, AlN-Füllstoff für Wärmeleitpaste für Leistungsmodulespielt eine ebenso entscheidende Rolle – die Maximierung der Wärmeübertragungseffizienz auf begrenzten Kontaktflächen, um Signalintegrität und Betriebsstabilität zu gewährleisten. In Baugruppen, die häufig gewartet oder nachbearbeitet werden müssen, ist AlN-Füllstoff für Wärmeleitpads weiterhin unerlässlich für zuverlässige, leistungsstarke Wärmeleitschnittstellen in Pad-Konstruktionen auf Silikonkautschukbasis.

AlN-Fülltechnologien werden bereits in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Antennenmodule für 5G-Basisstationen, IGBT-Leistungsmodule und Server für Hyperscale-Rechenzentren. Laut Grand View Research wurde der globale Markt für Aluminiumnitrid-Füllstoffe im Jahr 2024 auf rund 190 Millionen US-Dollar geschätzt und soll bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6,4 % wachsen. Angesichts der stetig steigenden Leistungsdichte von Rechenleistung ist der Markt für Hochleistungs-AlN-Wärmeleitpasten auf ein anhaltendes und rasantes Wachstum ausgerichtet.

Xiamen Juci ist spezialisiert auf die Herstellung von hochreinem AlN-Pulver, AlN-Granulat, wärmeleitenden Füllstoffen und AlN-Keramiken – Produkte, die weltweit Anerkennung und positives Feedback von Kunden erhalten haben. Bei Bedarf kontaktieren Sie uns bitte.

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