AL1885 Piastra di base IGBT in carburo di silicio e alluminio AlSiC

Descrizione della piastra di base IGBT in carburo di silicio e alluminio

L'AlSiC è stato utilizzato per la prima volta nel substrato dei chip dei radar militari statunitensi per sostituire il rame al tungsteno. Dopo la sostituzione, l'effetto di dissipazione del calore è eccellente e la perdita di peso complessiva del radar è di 10 kg, il che fa sì che il materiale in carburo di alluminio-silicio attiri l'attenzione. I moduli IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ad alta corrente generano una grande quantità di calore durante il funzionamento. Il materiale AlSiC è solitamente utilizzato per fabbricare il substrato IGBT e il modulo IGBT ad alta potenza è saldamente imballato, in modo che il chip possa essere utilizzato in presenza di vibrazioni, alte temperature e polvere. La piastra di base IGBT in alluminio-carburo di silicio è molto leggera, pesa solo 1/3 del rame, ma la sua resistenza alla flessione è pari a quella dell'acciaio. Ciò la rende eccellente nelle prestazioni sismiche, superando il substrato di rame. Pertanto, nell'imballaggio elettronico ad alta potenza, le piastre di base IGBT in carburo di silicio e alluminio sono materiali insostituibili grazie alla loro combinazione unica di elevata conduttività termica, basso coefficiente di espansione termica e resistenza alla flessione.

Specifiche della piastra base IGBT in alluminio e carburo di silicio

Applicazioni della piastra di base IGBT in alluminio e carburo di silicio

Lapiastra di base IGBT in carburo di silicio di alluminio ha le seguenti applicazioni:

1. Trazione automobilistica e veicoli elettrici (EV):

Le piastre di base in AlSiC sono ampiamente utilizzate nell'elettronica di potenza dei veicoli elettrici e ibridi. Le applicazioni principali includono l'inverter di trazione principale, che controlla il motore elettrico, nonché i convertitori DC-DC e i caricabatterie di bordo. La loro leggerezza migliora l'efficienza del veicolo, mentre l'eccellente gestione termica e la corrispondenza del CTE garantiscono un'affidabilità a lungo termine in condizioni di cicli di temperatura difficili.

2. Azionamenti e automazione dei motori industriali:

In ambito industriale, l'AlSiC è fondamentale per gli azionamenti dei motori ad alta potenza e i servoazionamenti che controllano i macchinari nelle fabbriche. Sono utilizzati anche nei sistemi di riscaldamento a induzione ad alta frequenza e nelle apparecchiature di saldatura industriale. L'elevata rigidità e le prestazioni termiche del materiale prevengono i guasti in operazioni continue e impegnative.

3. Sistemi di energia rinnovabile:

Questo materiale è un componente chiave degli inverter solari e dei convertitori delle turbine eoliche. Gestisce efficacemente il calore dei semiconduttori di potenza e resiste alle oscillazioni della temperatura ambientale esterna. La corrispondenza del CTE è fondamentale per l'affidabilità a lungo termine (oltre 20 anni) richiesta in questi sistemi.

4. Trasporto ferroviario:

Le piastre di base in AlSiC sono utilizzate nei convertitori di trazione e nei sistemi di propulsione di treni ad alta velocità, tram e locomotive. Forniscono la necessaria resistenza meccanica e l'affidabilità dei cicli termici per gestire le vibrazioni e i livelli di potenza elevati che si incontrano nelle operazioni ferroviarie.

5. Infrastruttura di trasmissione e rete elettrica:

Si trovano nelle stazioni di conversione HVDC (High-Voltage Direct Current) e nei dispositivi FACTS (Flexible AC Transmission Systems). Questi sistemi richiedono la massima affidabilità e gestione della potenza, che le stabili proprietà termiche e meccaniche dell'AlSiC garantiscono.

6. Gruppi di continuità (UPS) e centri dati:

Nei sistemi UPS ad alta potenza che proteggono i centri dati e le infrastrutture critiche, le piastre di base in AlSiC sono utilizzate nei moduli IGBT delle unità di conversione di potenza. La loro gestione termica superiore consente una maggiore densità di potenza e progetti più compatti e affidabili.

Imballaggio della piastra base IGBT in carburo di silicio e alluminio

Utilizziamo il sigillo sottovuoto per riempire il cartone e prevenire gli urti. Viene prestata la massima attenzione per evitare qualsiasi danno che potrebbe essere causato durante lo stoccaggio o il trasporto della piastra di base IGBT in carburo di silicio di alluminio.

Domande frequenti

Q1: Nella nostra applicazione di inverter di trazione per autoveicoli, ci troviamo di fronte a continui cicli di alimentazione. In che modo una piastra di base in AlSiC migliora l'affidabilità a lungo termine rispetto al rame tradizionale?

A1: L'AlSiC affronta direttamente la sfida principale della fatica termo-meccanica nei cicli di potenza. A differenza del rame, che ha un coefficiente di espansione termica (CTE) significativamente diverso da quello dei substrati ceramici (come AlN o Si₃N₄) all'interno del modulo, il CTE dell'AlSiC può essere progettato in modo da corrispondere quasi perfettamente. Questa stretta corrispondenza CTE riduce drasticamente lo stress sui giunti di saldatura critici tra gli strati durante le variazioni di temperatura. Il risultato è una drastica riduzione dell'affaticamento delle saldature, delle crepe e della delaminazione, con una conseguente durata del modulo molto più lunga e prevedibile nelle difficili condizioni di un veicolo elettrico.

D2: I nostri azionamenti per motori industriali operano in ambienti ad alta vibrazione. Quali sono i vantaggi strutturali dell'utilizzo di una piastra di base in AlSiC?

A2: L'AlSiC offre proprietà meccaniche superiori, ideali per gli ambienti ad alte vibrazioni. È un materiale composito con una rigidità e una forza specifica di gran lunga superiore all'alluminio puro e paragonabile a materiali molto più pesanti come l'acciaio o la ghisa. Questa elevata rigidità è fondamentale perché garantisce che la piastra di base mantenga un'eccellente planarità sotto stress meccanico e carico termico. Una piastra di base piatta garantisce un contatto ottimale con il dissipatore di calore esterno, impedendo la formazione di punti caldi e la degradazione dell'interfaccia termica. In definitiva, questa integrità strutturale protegge l'intero modulo di potenza da guasti indotti da vibrazioni, rendendolo robusto per macchinari pesanti, presse e altre applicazioni industriali impegnative.

D3: Stiamo progettando per una maggiore densità di potenza nei nostri inverter solari di prossima generazione. Le piastre di base in AlSiC possono contribuire a un design più compatto?

A3: Assolutamente sì. L'AlSiC è un materiale chiave per ottenere una maggiore densità di potenza. La sua elevata conducibilità termica gli consente di allontanare efficacemente il calore dai chip IGBT e diodi, consentendo loro di funzionare a correnti più elevate senza superare i limiti termici. Ciò significa che è possibile generare più potenza da un modulo delle stesse dimensioni o progettare un modulo più compatto a parità di potenza erogata. Inoltre, l'eccellente capacità di diffusione del calore può talvolta consentire la semplificazione o il ridimensionamento del sistema di raffreddamento secondario (ad esempio, un dissipatore di calore più piccolo o una velocità inferiore della ventola), contribuendo alla miniaturizzazione del sistema e alla riduzione del peso.