Feuille en céramique

d'alumineen nitrure de siliciumen nitrure d'aluminium

Dans le système d'entraînement électrique (pilote de moteur/inverseur) des véhicules à énergie nouvelle, le module de puissance IGBT ou module semi-conducteur de puissance est le composant central. Ils sont chargés de convertir le courant continu (CC) de la batterie en courant alternatif (CA) pour entraîner le moteur, tout en supportant des courants et des tensions élevés, ainsi que des cycles thermiques fréquents. Les substrats céramiques en nitrure de silicium (Si3N4), avec leur grande stabilité thermique, leur résistance mécanique élevée et leurs excellentes propriétés d'isolation électrique, sont devenus un matériau de base indispensable pour ces modules de puissance.Il est généralement utilisé comme support interne et substrat de dissipation thermique dans le module, supportant directement les puces IGBT ou les diodes, et se combinant avec les fils de cuivre ou les couches de métallisation dans l'emballage du module pour former une structure centrale "isolée et hautement conductrice", garantissant ainsi le fonctionnement stable du système d'entraînement électrique à haute densité de puissance et dans des environnements difficiles.Fonction et rôle:Dissipation de la chaleur : Lorsque le module de puissance fonctionne, il génère une grande quantité de chaleur. Le substrat en nitrure de silicium conduit rapidement la chaleur vers le dissipateur thermique ou le système de refroidissement grâce à sa conductivité thermique élevée, évitant ainsi la surchauffe de la puce et améliorant la stabilité du module. La conductivité thermique du nitrure de silicium (80-90 W/(m-K)) n'est pas la plus élevée, mais sa combinaison unique de conductivité thermique élevée et de résistance mécanique élevée en fait un matériau idéal pour les variations de température intenses et les environnements à fortes vibrations.Isolation électrique : Les puces IGBT à l'intérieur du module de puissance doivent être isolées électriquement de la structure métallique externe, tout en assurant la circulation de la chaleur. Le substrat en nitrure de silicium possède des propriétés d'isolation électrique élevées et une conductivité thermique modérée, ce qui répond à l'exigence d'"isolation thermoconductrice" de cette conception. Cela garantit que la tension de fonctionnement, qui peut atteindre plusieurs centaines, voire milliers de volts, est fermement contenue dans le module, isolée du boîtier mis à la terre et du système de refroidissement, ce qui garantit la sécurité de base du système.Support structurel : Les puces internes, les pads et les couches métalliques du module de puissance doivent tous être soutenus de manière stable. Le substrat en nitrure de silicium offre une résistance mécanique et une résistance aux contraintes thermiques élevées, empêchant le module de se déformer ou de se fissurer sous l'effet des cycles thermiques à haute température. Sa résistance à la flexion et à la rupture est plus de deux fois supérieure à celle du nitrure d'aluminium, ce qui garantit la stabilité à long terme de la structure physique : Le véhicule électrique est soumis à des opérations fréquentes de démarrage et de freinage, et le module de puissance doit résister à un grand nombre de cycles thermiques. Les substrats en nitrure de silicium présentent une excellente stabilité aux chocs thermiques, ce qui peut améliorer considérablement la durée de vie du module et la fiabilité globale du véhicule. Les modules de puissance utilisant des substrats en nitrure de silicium peuvent atteindre une durée de vie des cycles thermiques supérieure d'environ un ordre de grandeur à celle des substrats traditionnels en alumine ou en nitrure d'aluminium.Formes d'application:Substrat Si₃N₄ métallisé : La surface du substrat en nitrure de silicium doit subir un traitement de métallisation (tel que la méthode traditionnelle Mo/Mn ou la technologie actuelle de brasage de métaux actifs/AMB) pour former des circuits métalliques qui peuvent être utilisés pour le soudage et la connexion électrique. La technologie AMB, avec sa force de liaison supérieure de la couche de cuivre et son excellente conductivité thermique, est devenue la solution privilégiée pour répondre aux exigences rigoureuses des modules de puissance de qualité automobile en matière de densité de puissance élevée, de longue durée de vie et de haute fiabilité.Intégration directe dans les modules de puissance des véhicules électriques : Dans le système d'entraînement électrique des véhicules à énergie nouvelle, le substrat en nitrure de silicium, qui sert de support central pour l'isolation, la dissipation de la chaleur et le soutien structurel de manière "trois en un", est directement encapsulé dans le module de puissance de l'onduleur principal. Il fixe la puce de puissance vers le haut et vers le bas, et est étroitement lié au système de dissipation thermique du refroidissement par liquide du module grâce à des matériaux thermoconducteurs, ce qui permet une conduction efficace de la chaleur de la puce. Cette conception garantit une puissance de sortie stable et des performances fiables à long terme, même en cas de cycles thermiques intenses.Caractéristiques / Spécifications techniques :Material : Nitrure de silicium (Si₃N₄) céramiqueConductivité thermique : 80-90 W/(m-K)Haute résistance mécanique et résistance à la rupture (plus de deux fois celle du nitrure d'aluminium)Excellentes propriétés d'isolation électriqueRésistance élevée aux chocs et cycles thermiquesApplication : Support interne et substrat de dissipation thermique pour les modules IGBT/semi-conducteurs de puissance dans les systèmes d'entraînement électrique des véhicules à énergie nouvelle : Options de métallisation : méthode Mo/Mn, brasage métallique actif (AMB)Intégration directe avec les modules d'alimentation des véhicules électriques et les systèmes de refroidissement liquide