Folie-Keramik

AluminiumoxidSiliziumnitridAluminiumnitrid

Im elektrischen Antriebssystem (Motortreiber/Umrichter) von Fahrzeugen mit neuer Energie ist das IGBT-Leistungsmodul oder Leistungshalbleitermodul die zentrale Komponente. Sie sind für die Umwandlung des Gleichstroms (DC) aus der Batterie in Wechselstrom (AC) zum Antrieb des Motors verantwortlich und halten dabei auch hohen Strömen, hohen Spannungen und häufigen thermischen Zyklen stand. Das keramische Substrat aus Siliziumnitrid (Si3N4) mit seiner hohen thermischen Stabilität, seiner hohen mechanischen Festigkeit und seinen ausgezeichneten elektrischen Isolationseigenschaften ist zu einem unverzichtbaren Basismaterial für diese Leistungsmodule geworden und wird in der Regel als internes Träger- und Wärmeableitungssubstrat innerhalb des Moduls verwendet, das die IGBT- oder Diodenchips direkt trägt und zusammen mit den Kupferleitern oder Metallisierungsschichten in der Modulverpackung eine "isolierte und hochleitfähige" Kernstruktur bildet und so den stabilen Betrieb des elektrischen Antriebssystems unter hoher Leistungsdichte und rauen Umgebungsbedingungen gewährleistet: Wenn das Leistungsmodul in Betrieb ist, erzeugt es eine große Menge an Wärme. Das Siliziumnitrid-Substrat leitet die Wärme durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit schnell an den Kühlkörper oder das Kühlsystem ab, wodurch eine Überhitzung des Chips verhindert und die Stabilität des Moduls verbessert wird. Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitrid (80-90 W/(m-K)) ist nicht die höchste, aber seine einzigartige Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit macht es ideal für starke Temperaturschwankungen und starke Vibrationen: Die IGBT-Chips im Inneren des Leistungsmoduls müssen elektrisch von der äußeren Metallstruktur isoliert werden, während gleichzeitig sichergestellt werden muss, dass die Wärme abgeleitet werden kann. Das Siliziumnitrid-Substrat verfügt über hohe elektrische Isolationseigenschaften und eine mäßige Wärmeleitfähigkeit und erfüllt damit die Anforderung an eine "wärmeleitende Isolierung" für dieses Design. Dadurch wird sichergestellt, dass die Arbeitsspannung von bis zu mehreren Hundert oder sogar Tausend Volt fest im Modul eingeschlossen und vom geerdeten Gehäuse und dem Kühlsystem isoliert ist, wodurch die grundlegende Sicherheit des Systems gewährleistet wird.Structural Support: Die internen Chips, Pads und Metallschichten des Leistungsmoduls müssen alle stabil gehalten werden. Das Siliziumnitrid-Substrat bietet eine hohe mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastungen und verhindert, dass sich das Modul bei hohen Temperaturen verzieht oder Risse bekommt. Seine Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit sind mehr als doppelt so hoch wie die von Aluminiumnitrid, wodurch die langfristige Stabilität der physikalischen Struktur gewährleistet wird.Verbesserte Zuverlässigkeit: Das Elektrofahrzeug wird häufig gestartet und gebremst, und das Leistungsmodul muss eine große Anzahl von Wärmezyklen überstehen. Siliziumnitrid-Substrate verfügen über eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit, was die Lebensdauer des Moduls und die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs insgesamt deutlich erhöhen kann. Leistungsmodule, die Siliziumnitrid-Substrate verwenden, können eine Temperaturwechsellebensdauer erreichen, die etwa eine Größenordnung länger ist als die von herkömmlichen Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Substraten.Anwendungsformen:Metallisiertes Si₃N₄-Substrat: Die Oberfläche des Siliziumnitrid-Substrats muss einer Metallisierungsbehandlung unterzogen werden (z. B. die traditionelle Mo/Mn-Methode oder die derzeit gängige Active Metal Brazing/AMB-Technologie), um Metallkreise zu bilden, die zum Schweißen und für elektrische Verbindungen verwendet werden können. Die AMB-Technologie, die eine höhere Festigkeit der Kupferschicht und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, hat sich zur bevorzugten Lösung entwickelt, um die strengen Anforderungen von Leistungsmodulen für die Automobilindustrie in Bezug auf hohe Leistungsdichte, lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit zu erfüllen: Im elektrischen Antriebssystem von Fahrzeugen mit neuer Energie wird das Siliziumnitrid-Substrat, das als Kernträger für die Isolierung, Wärmeableitung und strukturelle Unterstützung in einer "Drei-in-Eins"-Manier dient, direkt in das Leistungsmodul des Hauptumrichters eingekapselt. Es fixiert den Leistungschip nach oben und unten und ist über wärmeleitende Materialien eng mit dem Flüssigkühlsystem des Moduls gekoppelt, wodurch eine effiziente Wärmeableitung des Chips erreicht wird. Dieses Design sorgt für eine stabile Ausgangsleistung und eine zuverlässige Langzeitleistung auch bei intensiven thermischen Zyklen.Caractéristiques / Spécifications techniques :Material: Siliziumnitrid (Si₃N₄) KeramikWärmeleitfähigkeit: 80-90 W/(m-K)Hohe mechanische Festigkeit und Bruchzähigkeit (mehr als doppelt so hoch wie bei Aluminiumnitrid)Hervorragende elektrische IsolationseigenschaftenHohe TemperaturwechselbeständigkeitAnwendung: Interner Träger und Wärmeableitungssubstrat für IGBT/Leistungshalbleitermodule in elektrischen Antriebssystemen von Fahrzeugen mit neuer EnergieMetallisierungsoptionen: Mo/Mn-Verfahren, Active Metal Brazing (AMB)Direkte Integration in EV-Leistungsmodule und Flüssigkeitskühlsysteme