AIコンピューティングの冷却：窒化アルミニウムがキロワット級チップを制御する方法

なぜ球形なのか？

球状窒化アルミニウム充填材は優れた流動性と充填密度を提供し、シリコーンオイル、ゲル、その他のマトリックスに高容量で充填して高密度の熱伝導ネットワークを形成することを可能にします。体系的な AlN粒子の粒度分布設計複数の粒子サイズを混合することで、より細かい粉末がより大きな粒子の間の空隙を埋めます。このアプローチにより、加工性とレオロジーのバランスを取りながら熱伝導率が向上します。報告されている実験室での研究では、最適化された粒度分布を持つシリコーンオイルベースの高充填複合材料では、AlNの含有量が90重量％を超え、体積熱伝導率が10 W/(m·K)を超えることが実証されています。

高度なTIMアプリケーションでは、性能の上限はマトリックスの種類によって大きく異なります。

シリコーンオイルベースの非硬化性サーマルパッド（オイルベースのペーストパッド）：高粘度シリコーンオイルをキャリアとして使用し、 熱ゲル用AlNフィラー​ アルミナハイブリッド技術により、充填材の含有量を大幅に増やすことができます。実験データによると、AlNとAl₂O₃のハイブリッド充填量が87～88体積％に達すると、シリコーングリースの熱伝導率は9.7～13.1 W/(m·K)に達する可能性があります。産業用途や高出力用途向けの市販の非硬化パッドの中には、10 W/(m·K)を超える熱伝導率を謳っているものもあります。（注：試験条件はメーカーによって異なります。これらの値は参考値であり、実際の用途での性能と照らし合わせて検証する必要があります。）これらの製品は、長期的なオイルブリード耐性や機械的弾力性を多少犠牲にして、熱性能を向上させています。

シリコーンゴムベースのサーマルパッド：架橋ポリマーネットワークの柔軟性によって制約されるため、AlNの含有量は通常50～70重量％に制限されます。 サーマルパッド用AlN充填材熱伝導率を向上させることで性能を大幅に向上させることができます。市販の製品は一般的に3～7 W/(m·K)の範囲（一般的には3～5 W/(m·K)）の熱伝導率を提供し、8 W/(m·K)に近づくハイエンドの配合はごくわずかです。このカテゴリーは、優れた圧縮永久歪み耐性と長期信頼性により、サーバーや自動車用途の主流の選択肢であり続けています。

熱ゲル用AlNフィラーは、チップとヒートシンク間のTIMとして、現在AIサーバーで広く採用されています。最適化された配合により、ハイエンド 窒化アルミニウムTIMは、8～10 W/(m·K)のバルク熱伝導率を達成でき、コンピューティングダイからの迅速な熱除去を可能にする。研究グループはさらに、液体金属と窒化アルミニウム熱界面材料を組み合わせたハイブリッドコンセプトを、将来のキロワット級デバイスへの潜在的な道筋として研究しているが、このようなアプローチは依然として主に実験室段階にある。

光モジュールおよびRFデバイス内のドライバICの熱管理において、 パワーモジュール用TIMのAlNフィラーは、限られた接触面積内で熱伝達効率を最大化し、信号の完全性と動作安定性を確保するという、同様に重要な役割を果たします。一方、繰り返しサービスや再加工が必要なアセンブリでは、熱パッド用のAlNフィラーは、シリコーンゴムベースのパッド構造において、信頼性の高い高性能な熱インターフェースを実現するための不可欠な要素であり続けています。

AlNフィラー技術は、5G基地局アンテナモジュール、IGBTパワーモジュール、ハイパースケールデータセンターサーバーなど、幅広い用途で既に活用されています。Grand View Researchによると、世界の窒化アルミニウムフィラー市場は2024年に約1億9,000万ドル規模に達し、2030年まで年平均成長率（CAGR）6.4%で拡大すると予測されています。コンピューティング能力の密度が上昇し続けるにつれ、高性能AlN熱伝導フィラーの市場規模は、持続的かつ急速な成長が見込まれます。

厦門聚慈は、高純度窒化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム顆粒、熱伝導性充填材、窒化アルミニウムセラミックスの製造を専門としており、これらの製品は世界中のお客様から高い評価と好意的なフィードバックをいただいております。ご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。

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