신에너지 차량(NEV) IGBT 모듈은 고전력, 강렬한 진동, 넓은 온도 변화 및 가혹한 환경에 직면해 있습니다. AMB 공정을 통해 생산된 질화 규소(Si₃N₄) 세라믹 기판은 높은 열 전도성, 낮은 열 저항, 강력한 신뢰성 및 탁월한 구리층 접착력을 제공합니다. 이러한 특성은 고전력 SiC 장치의 열 및 신뢰성 병목 현상을 해결하여 Si₃N₄을 IGBT 및 SiC 모듈 패키징에 선호되는 기판으로 만듭니다. 자동차 외에도 Si₃N₄ 기판은 항공우주, 산업용 용광로, 견인 시스템 및 스마트 전자 장치에서 유망합니다.
질화규소가 NEV 애플리케이션에 탁월한 이유
1. 고전력 장치를 위한 충분한 열전도율-
----Si₃N₄: 80–120 W/(m·K) – NEV IGBT 냉각 요구 사항을 완벽하게 충족
----Al₂O₃: 20–35 W/(m·K) – 고전력 모듈에는 부족함
----AlN: 150–220 W/(m·K) – 전도성은 우수하지만 부서지기 쉽고 비용이 많이 듭니다.
NEV 전력 밀도의 경우 Si₃N₄은 열 성능과 비용의 최적 균형을 제공합니다.
2. 우수한 강도와 인성
----Si₃N₄: 굴곡강도 700~900 MPa, 우수한 인성
----Al2O₃: 300-400MPa, 취성
----AlN: 250–350MPa, 매우 부서지기 쉽습니다.
NEV는 진동, 충돌, 급가속 및 온도 충격을 경험합니다. Si₃N₄ 기판은 균열 및 박리를 방지하여 모듈 신뢰성을 보장합니다.
3. 열팽창은 실리콘 칩과 일치합니다.
----Si₃N₄의 열팽창 계수는 실리콘 및 IGBT 칩의 열팽창 계수와 거의 일치합니다. 급속 충전이나 고속 주행 시 열 순환으로 인한 납땜 박리나 전선 파손을 방지합니다.
4. 고온, 노화, 습기 및 내식성
----엔진룸은 고온, 습기, 오일, 진동 등 가혹합니다. Si₃N₄의 내산화성, 열충격 내성 및 전기 절연성은 다른 제품에 비해 기판 수명을 2~3배 연장하여 보증 위험을 줄입니다.
5. 최적의 비용-대량 생산을 위한 성능
----AlN은 비용이 많이 들고 Al2O₃는 성능이 낮습니다. Si₃N₄은 높은 전력, 신뢰성 및 비용 효율성의 적절한 균형을 제공합니다. BYD, CATL, Inovance 및 StarPower와 같은 주요 제조업체는 점점 더 대규모로 Si₃N₄ 기판을 채택하고 있습니다.
결론
NEV에는 고전력, 신뢰성, 진동 방지-, 고속-충전-이 가능한 기판이 필요합니다. 질화규소는 높은 열전도율, 우수한 강도, 낮은 열팽창, 내충격성, 긴 수명을 제공하여-Al2O₃ 및 AlN의 한계를 해결하여 자동차 전력 모듈에 최적의 선택입니다.
산업 전망
AMB-공정 Si₃N₄ 기판은 솔더 옵션이 제한되어 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에 DBC나 DPC보다 생산이 더 까다롭습니다. 현재 전 세계 AMB Si₃N₄ 시장 규모는 작다. 그러나 IGBT 및 SiC 소자의 고출력화 및 소형화 추세에 따라 Si₃N₄ 기판에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상됩니다.
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