陶瓷多孔散熱鰭片(ceramic porous heat sink)

SiC 陶瓷廣泛被應用在工業上的結構性陶瓷材料,其密度是碳化鎢硬質合金的1/5,硬度僅次於金剛鑽,抗磨損的性能十分優異,當製成多孔性的陶瓷散熱鳍片時,更可以藉由優異的導熱係數及高的表面積特性來增加散熱的面積,因此適用各種高功率電子零件的散熱用途。業界最常使用的散熱方法有鋁質鰭片(Al heat-sink)、銅質鰭片(Cu heat-sink)、熱導管(Heat pipe)、導熱膏(Grease)、導熱墊片(Thermal interface material)等等,利用各種金屬材料,經由擠製、剖溝、沖壓、壓鑄、CNC工具機等加工製造而成。
其中散熱鰭片皆以鋁擠為主,主要在於成熟簡便的加工特性。但是由於材料本身的材料特性和加工程序,因此經過這些年的發展已經發現瓶頸,當需要增加鰭片的散熱面積時,就需要增加機械加工程序,工時成本提高,而且以CNC來增加的散熱面積有限。 散熱的改良對 LED 轉換效率有明顯的影響,將 SiC 陶瓷粉體經混合、造粒、成型、脫脂、燒結等工序後,直接製作所需要的外型,可以用來作為電子散熱用途的多孔性鰭片,其具有高表面積、比金屬鋁密度低 (1.89 g/ cc)、低膨脹係數(4.13 ppm)等特性;
多孔性陶瓷散熱鰭片(Ceramic Porous Heat-sink)在製作過程中直接增加散熱面積,正是藉由塗料粉體來增加散熱表面積;陶瓷材料本身同樣具有遠紅外線效果,來增加散熱作用;材料本身的絕緣特性,可以使 LED 燈通過電器特性認證(鋁質是無法通過電器認證);
因此應用在於LED燈具散熱上,具有以下優點:
(1) 高散熱面積
(2) 可耐大電流
(3) 重量比鋁擠散熱片輕
(4) 熱膨脹係數小
(5) 適合特殊形狀的成品 經實驗結果:使用12VDC /420mA 驅動 MR16 LED lighting,經過 2Hr,LED電極端點溫度<70℃,SiC 陶瓷散熱片溫度<55℃。
陶瓷多孔散熱產品主要應用在
(1) NB 或 PC heat-sink(Power Transistor、Power Module、CPU);
(2) LED heat-sink(MR11、MR16、PAR30、PAR38 Lighting);
(3) OLED-TV(Thermal cover、Heat-sink)。
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氮化硼(Boron Nitride)基板及BN複合材料

氮化硼(Boron Nitride)俗稱白石墨(white graphite),特性與石墨相似,而質地為白色,BN有三種結晶構造:六方氮化硼 (HBN),密排六方氮化硼和立方氮化硼(CBN)。HBN 在常壓是穩定相,密排六方和CBN是高壓穩定相,BN製品一般採用熱壓成形,密度2.0~2.15 g/cm3,理論密度為2.27 g/cm3,莫氏硬度為2,具有高熔點,但無明顯熔點,在0.1 MPa氮氣中3000℃會昇華,在惰性氣氛Ar或N2中,使用最高溫度為2800℃;在氧氣氛中,穩定度較差,只能使用在900℃以下, 用來當作燒結氮化鋁基板(AlN substrate)之承載棚板。
BN熱膨脹係數為2.0~6.5*10^-6/℃與石英(quartz)相當,熱導率為石英的10倍,因此抗熱震性優良,在20~1200℃循環數次也不會破裂,與酸、鹼、玻璃及大多數金屬不起反應(如900℃的鋁水與BN之contact angle 高達160℃,因此不會wetting BN),機械強度低,比石墨略高,但在高溫無負載軟化現象,可用一般金屬加工機台加工,因此可以用作熔煉、蒸發金屬的坩鍋(crucible)、器皿、液態金屬輸送管及鑄鋼用的模具。 BN是熱的導體,也是電絕緣體,常溫電阻率 >10^14Ω.cm,10^4~10^6Ω.cm(1000℃),HBN的介電常數為3~5,介電損失為(2~8) *10^-4,擊穿強度為氧化鋁的2倍,達30~40 KV/cm2,因此可用於製作各種加熱器之絕緣材料或玻璃治具,加熱管管套與高溫、高頻、高壓散熱材料;在電子工業中,可製三五族半導體,砷化鎵,磷化鎵,磷化銦的坩鍋。
興美材料所經銷德國原廠進口之BN 燒結治具,經過客戶在1900℃氣氛燒結測試,無雜質及異相產生。
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3M (原EKamold TG) 氮化硼噴霧劑(Boron Nitride Spray)

3M(原EKamold® TG) 是一種乙醇基氮化硼塗料(500 ml 氣霧罐包裝),特別適合於無機絕緣材料、耐火材料、石墨以及金屬材料的塗覆。由於使用高化學純度的氮化硼粉末,提供具有良好脫模和潤滑性能的耐高溫塗層。特別是在有色金屬應用領域,使用氮化硼塗料能保護表面,提高滑動性能,從而減少磨損。BN 塗層可以耐受溫度在空氣中高達 1000°C 左右。塗層有良好的熱傳導性和電絕緣性。
可以應用如以下情況:
(1)應用於矽酸鈣材料(Calcium Silicate Materials)
• 爐頂鋼圈(hot top rings)
• 滑閥和浮閥(slide and float valve)
• 噴嘴和塞子(nozzles and stoppers)
• 澆道(runners)
(2)應用於金屬
• 杓子和撇渣器(ladles and skimmers)
• 熱電偶護管(thermocouple protection tubes)
• 測量探頭(measuring probes)
• 各類工具(tools)
(3)應用於石墨材料
• 坩堝(crucibles)
• 澆鑄設備(pouring equipment)
• 葉輪(impellers)
興美材料所經銷美國原廠3M(已併購德國EKamold TG) 氮化硼噴霧劑經客戶燒結氮化鋁陶瓷基板,沒有發生黏結情況。
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