Moduly IGBT nového energetického vozidla (NEV) čelia vysokému výkonu, intenzívnym vibráciám, širokým teplotným výkyvom a drsnému prostrediu. Keramické substráty z nitridu kremíka (Si₃N₄) vyrábané procesom AMB ponúkajú vysokú tepelnú vodivosť, nízky tepelný odpor, vysokú spoľahlivosť a vynikajúcu priľnavosť medenej vrstvy. Tieto vlastnosti riešia problémové miesta v oblasti tepla a spoľahlivosti vysokovýkonných zariadení SiC, vďaka čomu je Si₃N₄ preferovaným substrátom pre IGBT a balenie modulov SiC. Okrem automobilového priemyslu sú substráty Si₃N₄ sľubné v leteckom priemysle, priemyselných peciach, trakčných systémoch a inteligentnej elektronike.
Prečo nitrid kremíka vyniká pre aplikácie NEV
1. Dostatočná tepelná vodivosť pre vysokovýkonné-zariadenia
----Si₃N₄: 80–120 W/(m·K) – plne vyhovuje potrebám chladenia NEV IGBT
----Al₂O₃: 20–35 W/(m·K) – nedostatočné pre moduly s vysokým výkonom
----AlN: 150–220 W/(m·K) – vynikajúca vodivosť, ale krehká a drahá
Pre výkonové hustoty NEV ponúka Si₃N₄ optimálnu rovnováhu medzi tepelným výkonom a nákladmi.
2. Vynikajúca pevnosť a húževnatosť
----Si₃N₄: pevnosť v ohybe 700–900 MPa, vynikajúca húževnatosť
----Al₂O3: 300–400 MPa, krehký
----AlN: 250–350 MPa, extrémne krehký
NEV zažívajú vibrácie, nárazy, prudké zrýchlenie a teplotné šoky. Si₃N₄ substráty odolávajú praskaniu a delaminácii, čo zaisťuje spoľahlivosť modulu.
3. Tepelná expanzia zodpovedá silikónovým čipom
- --- Koeficient tepelnej rozťažnosti Si₃N₄ sa tesne zhoduje s koeficientom kremíkových a IGBT čipov. Počas rýchleho nabíjania alebo vysokorýchlostnej jazdy zabraňuje delaminácii spájky alebo zlomeniu drôtu spôsobenému tepelným cyklovaním.
4. Odolnosť voči vysokej teplote, starnutiu, vlhkosti a korózii
---- Priestory motora sú drsné: vysoké teploty, vlhkosť, olej a vibrácie. Odolnosť proti oxidácii Si₃N₄, odolnosť proti tepelným šokom a elektrická izolácia predlžujú životnosť substrátu 2 až 3-krát v porovnaní s alternatívami, čím sa znižujú záručné riziká.
5. Optimálna nákladová{1}}výkonnosť pre hromadnú výrobu
----AlN je nákladný, Al203 má slabú výkonnosť; Si₃N₄ ponúka správnu rovnováhu vysokého výkonu, spoľahlivosti a nákladovej efektívnosti. Poprední výrobcovia ako BYD, CATL, Inovance a StarPower čoraz viac využívajú substráty Si₃N₄ vo veľkom rozsahu.
Záver
NEV vyžadujú vysoký-výkon, spoľahlivé, vibráciám-odolné a rýchlo{2}}nabíjacie-podložky. Nitrid kremíka poskytuje vysokú tepelnú vodivosť, vynikajúcu pevnosť, nízku tepelnú rozťažnosť, odolnosť proti nárazu a dlhú životnosť-, čím rieši obmedzenia Al₂O₃ a AlN, vďaka čomu je optimálnou voľbou pre automobilové výkonové moduly.
Priemyselný výhľad
Substráty Si₃N₄ s procesom AMB{0}} sú zložité a nákladné, s obmedzenými možnosťami spájkovania, vďaka čomu je výroba náročnejšia ako DBC alebo DPC. V súčasnosti je globálny trh AMB Si₃N₄ malý. Keďže však zariadenia IGBT a SiC smerujú k vyššiemu výkonu a miniaturizácii, očakáva sa, že dopyt po substrátoch Si₃N₄ výrazne porastie.
V YCLaser, nášpresné keramické laserové rezacie strojedokáže efektívne spracovať Si₃N₄ substráty, čím posilní nové technológie NEV.Kontaktujte násprispôsobiť optimálne riešenie rezania pre vaše aplikácie.
