Aplicações do pó de alumina esférica no domínio da condutividade térmica
O pó esférico de alumina (microesferas de alumina termicamente condutoras) tornou-se um material funcional essencial em eletrónica, novas energias, cerâmicas avançadas, catálise e maquinação de precisão devido às suas principais vantagens, tais como elevada condutividade térmica, elevado isolamento, elevada esfericidade, elevada capacidade de enchimento, baixa viscosidade e estabilidade química. Com base na investigação científica de referência e na literatura padrão da indústria, o texto seguinte resume as suas principais aplicações.
I. Embalagem Eletrónica e Gestão Térmica
1. Composto de Moldação Epóxi (EMC)/Material de Encapsulação
Como material de enchimento termicamente condutor e isolante, é utilizado na embalagem de circuitos integrados, dispositivos de potência, LEDs e sensores para melhorar a condutividade térmica da embalagem, reduzir a resistência térmica e minimizar a deformação.
A estrutura esférica permite uma elevada taxa de enchimento (até 70–85% em peso), reduz a viscosidade da resina, melhora a fluidez e a moldabilidade, sendo adequada para embalagens avançadas (Fan-out, 2.5D/3D, SiP). Alumina esférica: A alumina esférica pode melhorar a condutividade térmica do EMC de 0,8–1,2 W/(m·K) com cargas comuns para 2,0–3,5 W/(m·K) e reduzir significativamente o coeficiente de expansão térmica.
2. Adesivo de encapsulamento/subenchimento:
– Utilizado em embalagens avançadas como BGA, CSP e Flip-Chip, preenche o espaço entre o chip e o substrato, melhorando a dissipação de calor, amortecendo o stress térmico e aumentando a fiabilidade.
As partículas esféricas resultam numa baixa viscosidade, boas propriedades de enchimento e ausência de bolhas de ar no adesivo. Após a cura, a condutividade térmica pode atingir 1,5–2,5 W/(m·K).
3. TIM (Material de Interface Térmica):
– Principal componente de pastas térmicas, géis térmicos, almofadas térmicas e adesivos térmicos, utilizado para dissipação de calor na interface térmica de CPUs/GPUs, módulos de alimentação, IGBTs e módulos óticos. – Vantagens: Elevado teor de carga, baixa viscosidade, elevada condutividade térmica, isolamento e elevada resistência à temperatura; a condutividade térmica pode atingir 3,0–6,0 W/(m·K), muito superior à da alumina comum.
II. Gestão Térmica de Veículos de Nova Energia e Armazenamento de Energia
1. Gestão térmica da bateria de energia
Adesivos termicamente condutores, adesivos estruturais, almofadas e materiais de mudança de fase são utilizados em módulos/células de baterias de alta potência para obter uma transferência de calor eficiente entre a célula, a placa de refrigeração e a carcaça, suprimindo a fuga térmica e melhorando a vida útil. Os adesivos termicamente condutores com alumina esférica podem reduzir a resistência térmica da bateria em 40–60% e melhorar a eficiência da dissipação de calor em mais de 30%.
2. Dissipação de calor do motor/controlo eletrónico/dispositivo de potência
– Compostos de encapsulamento termicamente condutores, géis e almofadas isolantes utilizados em módulos IGBT, controladores de motores, OBCs e conversores DC-DC para resolver problemas de dissipação de calor e isolamento sob alta densidade de potência.
III. Cerâmicas Avançadas e Materiais Estruturais
1. Cerâmicas de alumina de alto desempenho
O pó de alumina esférico apresenta uma excelente fluidez, elevada atividade de sinterização e elevada densidade (até 97–99%), sendo adequado para o fabrico de componentes cerâmicos com elevada condutividade térmica, elevada resistência, resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas.
Aplicações típicas: substratos cerâmicos, chumaceiras cerâmicas, vedantes, casquilhos resistentes ao desgaste, tubos para fornos de alta temperatura e componentes estruturais aeroespaciais de alta temperatura. As cerâmicas de alumina esféricas podem atingir uma condutividade térmica de 25–30 W/(m·K), com um aumento de 20–30% na resistência à flexão e uma resistência ao desgaste significativamente melhor do que as cerâmicas em pó não esféricas.
2. Fabrico Aditivo (Impressão 3D) de Cerâmica
O pó de alumina esférico possui uma excelente fluidez, baixa densidade e uniformidade, sendo adequado para SLM, DLP, SLA e outros métodos de impressão 3D de cerâmica para fabricar peças cerâmicas estruturais complexas.
– Aplicações: componentes da extremidade quente para motores aeronáuticos, cerâmicas biomédicas e componentes estruturais cerâmicos de precisão.
IV. Indústria de Tratamento de Superfícies
A alumina esférica pode ser utilizada como material de revestimento por pulverização para cobrir a superfície de peças de trabalho, melhorando a condutividade térmica, a resistência à oxidação, a resistência ao desgaste e a resistência a altas temperaturas do revestimento.
V. Adesivos termicamente condutores e plásticos de engenharia
– Revestimentos isolantes e compostos de encapsulamento: Utilizados para o isolamento e dissipação de calor em transformadores eletrónicos, indutores, fontes de alimentação, conversores de frequência e inversores fotovoltaicos.
– Plásticos termicamente condutores e plásticos de engenharia: PA, PPS, LCP, etc., modificados termicamente, utilizados em suportes LED, caixas de dissipadores de calor e componentes estruturais eletrónicos.
