Folha cerâmica

em aluminaem nitreto de silíciode nitreto de alumínio

No sistema de acionamento elétrico (motor driver/Inversor) dos veículos movidos a novas energias, o módulo de potência IGBT ou módulo semicondutor de potência é o componente central. São responsáveis pela conversão da corrente contínua (CC) da bateria em corrente alternada (CA) para acionar o motor, suportando simultaneamente correntes elevadas, tensões elevadas e ciclos térmicos frequentes. Os substratos cerâmicos de nitreto de silício (Si3N4), com a sua elevada estabilidade térmica, elevada resistência mecânica e excelentes propriedades de isolamento elétrico, tornaram-se um material de base indispensável para estes módulos de potência. É normalmente utilizado como suporte interno e substrato de dissipação de calor dentro do módulo, suportando diretamente chips de IGBT ou díodos, e combinando com os cabos de cobre ou camadas de metalização na embalagem do módulo para formar uma estrutura central "isolada e altamente condutora", garantindo assim o funcionamento estável do sistema de acionamento elétrico sob alta densidade de potência e ambientes agressivos: Quando o módulo de potência está a funcionar, gera uma grande quantidade de calor. O substrato de nitreto de silício conduz o calor rapidamente para o dissipador de calor ou sistema de arrefecimento através da sua elevada condutividade térmica, evitando o sobreaquecimento do chip e aumentando a estabilidade do módulo. A condutividade térmica do nitreto de silício (80-90 W/(m-K)) não é a mais elevada, mas a sua combinação única de elevada condutividade térmica e elevada resistência mecânica torna-o ideal para variações de temperatura intensas e ambientes de forte vibração: Os chips IGBT no interior do módulo de potência têm de ser isolados eletricamente da estrutura metálica externa, assegurando ao mesmo tempo a condução do calor. O substrato de nitreto de silício tem elevadas propriedades de isolamento elétrico e condutividade térmica moderada, cumprindo o requisito de "isolamento térmico-condutivo" deste projeto. Isto assegura que a tensão de funcionamento de até várias centenas ou mesmo milhares de volts está firmemente contida no módulo, isolada da caixa ligada à terra e do sistema de arrefecimento, garantindo assim a segurança básica do sistema: Os chips internos, as almofadas e as camadas metálicas do módulo de potência precisam de ser suportados de forma estável. O substrato de nitreto de silício proporciona uma elevada força mecânica e resistência ao stress térmico, evitando que o módulo se deforme ou rache sob ciclos térmicos de alta temperatura. A sua resistência à flexão e à fratura é mais de duas vezes superior à do nitreto de alumínio, garantindo a estabilidade a longo prazo da estrutura física: O veículo elétrico é submetido a operações frequentes de arranque e travagem, e o módulo de potência tem de suportar um grande número de ciclos térmicos. Os substratos de nitreto de silício têm uma excelente estabilidade ao choque térmico, o que pode aumentar significativamente o tempo de vida útil do módulo e a fiabilidade global do veículo. Os módulos de potência que usam substratos de nitreto de silício podem atingir uma vida útil de ciclo de temperatura que é aproximadamente uma ordem de magnitude maior do que a dos substratos tradicionais de alumina ou nitreto de alumínio: A superfície do substrato de nitreto de silício precisa passar por um tratamento de metalização (como o método tradicional Mo / Mn ou a tecnologia atual de brasagem de metal ativo / AMB) para formar circuitos de metal que podem ser usados para soldagem e conexão elétrica. A tecnologia AMB, com a sua maior força de ligação da camada de cobre e excelente condutividade térmica, tornou-se a solução preferida para satisfazer os requisitos rigorosos dos módulos de potência para automóveis no que diz respeito à elevada densidade de potência, longa duração e elevada fiabilidade: No sistema de acionamento elétrico de novos veículos de energia, o substrato de nitreto de silício, que serve de suporte central para isolamento, dissipação de calor e suporte estrutural de uma forma "três em um", é diretamente encapsulado no módulo de potência do inversor principal. Fixa o chip de potência para cima e para baixo, e está intimamente ligado ao sistema de dissipação de calor de arrefecimento líquido do módulo através de materiais condutores térmicos, conseguindo uma condução de calor eficiente do chip. Este design garante uma potência de saída estável e um desempenho fiável a longo prazo, mesmo durante ciclos térmicos intensos.Caractéristiques / Spécifications techniques :Material: Nitreto de Silício (Si₃N₄) CerâmicaCondutividade Térmica: 80-90 W/(m-K)Elevada resistência mecânica e tenacidade à fratura (mais do dobro da do nitreto de alumínio)Excelentes propriedades de isolamento eléctricoAlta resistência ao choque térmico e aos ciclosAplicação: Suporte interno e substrato de dissipação de calor para IGBT/módulos de semicondutores de potência em sistemas de acionamento elétrico de veículos de energia novaOpções de metalização: Método Mo/Mn, brasagem de metal ativo (AMB)Integração direta com módulos de potência EV e sistemas de arrefecimento líquido