Nya energifordon (NEV) IGBT-moduler möter hög effekt, intensiva vibrationer, breda temperatursvängningar och tuffa miljöer. Keramiska substrat av kiselnitrid (Si₃N4) producerade via AMB-processen erbjuder hög värmeledningsförmåga, låg värmebeständighet, stark tillförlitlighet och utmärkt vidhäftning av kopparskikt. Dessa egenskaper adresserar de termiska och tillförlitliga flaskhalsarna hos hög-SiC-enheter, vilket gör Si₃N₄ till det föredragna substratet för IGBT- och SiC-modulförpackningar. Utöver bilindustrin är Si₃N₄-substrat lovande inom flyg, industriugnar, dragsystem och smart elektronik.
Varför Silicon Nitride Excels för NEV-applikationer
1. Tillräcklig värmeledningsförmåga för hög-enheter
----Si₃N₄: 80–120 W/(m·K) – uppfyller helt NEV IGBT kylbehov
----Al₂O₃: 20–35 W/(m·K) – otillräckligt för högeffektsmoduler
----AlN: 150–220 W/(m·K) – utmärkt ledningsförmåga men skör och kostsam
För NEV-effekttätheter erbjuder Si₃N₄ en optimal balans mellan termisk prestanda och kostnad.
2. Överlägsen styrka och seghet
----Si₃N₄: böjhållfasthet 700–900 MPa, utmärkt seghet
----Al₂O₃: 300–400 MPa, spröd
----AlN: 250–350 MPa, extremt skör
NEV upplever vibrationer, stötar, snabb acceleration och temperaturchocker. Si₃N4-substrat motstår sprickbildning och delaminering, vilket säkerställer modulens tillförlitlighet.
3. Termisk expansion matchar silikonchips
----Si₃N₄s värmeutvidgningskoefficient överensstämmer väl med den för kisel och IGBT-chips. Under snabbladdning eller höghastighetskörning förhindrar den loddelaminering eller trådbrott orsakat av termisk cykling.
4. Hög temperatur, åldrande, fukt och korrosionsbeständighet
----Motorutrymmen är hårda: höga temperaturer, fukt, olja och vibrationer. Si₃N₄s oxidationsbeständighet, termiska stöttolerans och elektriska isolering förlänger substratets livslängd 2–3 gånger jämfört med alternativ, vilket minskar garantiriskerna.
5. Optimal kostnad-prestanda för massproduktion
----AlN är dyrt, Al2O3 underpresterar; Si₃N₄ erbjuder den rätta balansen mellan hög effekt, tillförlitlighet och kostnadseffektivitet. Ledande tillverkare som BYD, CATL, Inovance och StarPower använder i allt större skala Si₃N₄-substrat.
Slutsats
NEV kräver hög-effekt, pålitlig, vibrationsbeständig-och snabb-laddning-underlag. Kiselnitrid ger hög värmeledningsförmåga, överlägsen styrka, låg värmeutvidgning, slaghållfasthet och lång livslängd-som löser begränsningarna för Al₂O₃ och AlN, vilket gör det till det optimala valet för motorkraftsmoduler.
Industry Outlook
AMB-process Si₃N₄-substrat är komplexa och dyra, med begränsade lödalternativ, vilket gör produktionen mer utmanande än DBC eller DPC. För närvarande är den globala AMB Si₃N₄-marknaden liten. Men eftersom IGBT- och SiC-enheter trendar mot högre effekt och miniatyrisering, förväntas efterfrågan på Si₃N4-substrat öka avsevärt.
På YCLaser, vårprecisions keramiska laserskärmaskinerkan effektivt bearbeta Si₃N₄-substrat, vilket möjliggör framväxande NEV-teknologier.Kontakta ossför att anpassa den optimala skärlösningen för dina applikationer.
