人工智能计算的冷却：氮化铝如何驾驭千瓦级芯片

为什么是球形？

球形氮化铝填料具有优异的流动性和堆积密度，能够在硅油、凝胶和其他基质中进行高体积填充，形成致密的导热网络。通过系统性的方法 氮化铝颗粒梯度设计通过混合多种粒径的颗粒，较细的粉末填充到较大颗粒之间的空隙中。这种方法在提高导热系数的同时，兼顾了加工性能和流变性能。已发表的实验室研究表明，在具有优化梯度分布的硅油基高填充复合材料中，氮化铝（AlN）的含量可以超过90 wt%，从而使整体导热系数超过10 W/(m·K)。

在高级TIM应用中，性能上限会因矩阵类型而异：

硅油基非固化导热垫（油基膏状导热垫）：以高粘度硅油为载体，结合 用于热凝胶的氮化铝填料​ 采用氧化铝混合技术后，填料含量可以显著提高。实验室数据表明，当氮化铝 (AlN) 和氧化铝 (Al₂O₃) 的混合填料含量达到 87–88 vol% 时，硅脂的导热系数可达 9.7–13.1 W/(m·K)。某些面向工业和高功率应用的商用非固化型导热垫声称其导热系数超过 10 W/(m·K)。（注：不同制造商的测试条件有所不同；这些数值仅供参考，应根据实际应用性能进行验证。）这些产品以牺牲一定的长期抗渗油性和机械强度为代价，实现了更高的导热性能。

硅橡胶基导热垫：由于交联聚合物网络的柔韧性限制，氮化铝的负载量通常限制在 50–70 wt%。 用于导热垫的氮化铝填料导热系数的提高可以显著提升性能，市售产品的导热系数通常在 3–7 W/(m·K) 范围内（常见为 3–5 W/(m·K)），只有少数高端配方接近 8 W/(m·K)。由于其优异的抗压缩变形性和长期可靠性，此类导热材料仍然是服务器和汽车应用的主流选择。

用于热凝胶的氮化铝填料目前，该产品已被广泛应用于人工智能服务器中，作为芯片和散热器之间的导热界面材料 (TIM)。凭借优化的配方，高端产品性能卓越。 氮化铝界面材料可实现 8–10 W/(m·K) 的体导热系数，从而能够快速从计算芯片中导出热量。研究团队还在探索将液态金属与氮化铝导热界面材料相结合的混合概念，作为未来千瓦级以上器件的潜在途径，尽管此类方法目前仍主要处于实验室阶段。

在光模块和射频器件中驱动集成电路的热管理方面， 用于功率模块TIM的AlN填料它也发挥着同样至关重要的作用——在有限的接触区域内最大限度地提高热传递效率，以确保信号完整性和运行稳定性。同时，在需要反复维护或返工的组件中，用于导热垫的氮化铝填充物仍然是硅橡胶基导热垫结构中实现可靠、高性能导热界面的关键因素。

氮化铝（AlN）填料技术已广泛应用于包括5G基站天线模块、IGBT功率模块和超大规模数据中心服务器在内的众多领域。据Grand View Research的数据显示，2024年全球氮化铝填料市场规模约为1.9亿美元，预计到2030年将以6.4%的复合年增长率（CAGR）持续增长。随着计算能力密度的不断提升，高性能氮化铝导热填料的市场潜力巨大，有望实现持续快速增长。

厦门钜瓷专业生产高纯度氮化铝粉末、氮化铝颗粒、导热填料和氮化铝陶瓷——这些产品赢得了全球客户的一致认可和好评。如有任何需求，请随时与我们联系。

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