Os módulos IGBT de veículos de nova energia (NEV) enfrentam alta potência, vibração intensa, grandes oscilações de temperatura e ambientes agressivos. Substratos cerâmicos de nitreto de silício (Si₃N₄) produzidos através do processo AMB oferecem alta condutividade térmica, baixa resistência térmica, forte confiabilidade e excelente adesão da camada de cobre. Essas propriedades resolvem os gargalos térmicos e de confiabilidade de dispositivos SiC de alta-potência, tornando o Si₃N₄ o substrato preferido para embalagens de módulos IGBT e SiC. Além do setor automotivo, os substratos de Si₃N₄ são promissores na indústria aeroespacial, fornos industriais, sistemas de tração e eletrônica inteligente.
Por que o nitreto de silício é excelente para aplicações NEV
1. Condutividade térmica suficiente para dispositivos-de alta potência
----Si₃N₄: 80–120 W/(m·K) – atende totalmente às necessidades de resfriamento NEV IGBT
----Al₂O₃: 20–35 W/(m·K) – insuficiente para módulos de alta potência
----AlN: 150–220 W/(m·K) – excelente condutividade, mas frágil e caro
Para densidades de potência NEV, o Si₃N₄ oferece um equilíbrio ideal entre desempenho térmico e custo.
2. Força e resistência superiores
----Si₃N₄: resistência à flexão 700–900 MPa, excelente tenacidade
----Al₂O₃: 300–400 MPa, quebradiço
----AlN: 250–350 MPa, extremamente frágil
Os NEVs experimentam vibrações, solavancos, aceleração rápida e choques de temperatura. Os substratos Si₃N₄ resistem a rachaduras e delaminação, garantindo a confiabilidade do módulo.
3. A expansão térmica corresponde aos chips de silício
----O coeficiente de expansão térmica do Si₃N₄ é muito semelhante ao dos chips de silício e IGBT. Durante o carregamento rápido ou condução em alta velocidade, evita a delaminação da solda ou a quebra do fio causada pelo ciclo térmico.
4. Alta temperatura, envelhecimento, umidade e resistência à corrosão
---- Os compartimentos do motor são agressivos: altas temperaturas, umidade, óleo e vibração. A resistência à oxidação, a tolerância ao choque térmico e o isolamento elétrico do Si₃N₄ prolongam a vida útil do substrato de 2 a 3 vezes em relação às alternativas, reduzindo os riscos de garantia.
5. Custo ideal-desempenho para produção em massa
----AlN é caro, Al₂O₃ tem desempenho inferior; Si₃N₄ oferece o equilíbrio certo entre alta potência, confiabilidade e eficiência de custos. Fabricantes líderes como BYD, CATL, Inovance e StarPower estão adotando cada vez mais substratos de Si₃N₄ em grande escala.
Conclusão
Os NEVs exigem substratos de alta-potência, confiáveis,-resistentes à vibração e com capacidade de-carregamento rápido-. O nitreto de silício oferece alta condutividade térmica, resistência superior, baixa expansão térmica, resistência ao impacto e longa vida útil-resolvendo as limitações de Al₂O₃ e AlN, tornando-o a escolha ideal para módulos de energia automotiva.
Perspectivas da Indústria
Os substratos de Si₃N₄ do processo AMB são complexos e caros, com opções de solda limitadas, tornando a produção mais desafiadora do que DBC ou DPC. Atualmente, o mercado global de AMB Si₃N₄ é pequeno. No entanto, à medida que os dispositivos IGBT e SiC tendem a maior potência e miniaturização, espera-se que a demanda por substratos de Si₃N₄ cresça significativamente.
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