SAM presenta il nitruro di boro esagonale ad alta purezza per la gestione termica nell'elettronica di potenza

Introduzione

Stanford Advanced Materials (SAM), nome di fiducia nel settore delle ceramiche avanzate e dei materiali ingegnerizzati, è lieta di sottolineare il crescente successo del suo nitruro di boro esagonale ad alta purezza (h-BN) nel risolvere le sfide della gestione termica nei sistemi elettronici ad alta tensione. Il materiale si sta affermando come soluzione affidabile per le applicazioni più impegnative nei veicoli elettrici, nei dispositivi a semiconduttore e nei moduli di potenza.

Samuel R. Matthews, Chief Materials Officer della SAM, spiega,
"Il nitruro di boro esagonale offre una rara combinazione di conducibilità termica e isolamento elettrico, che lo rende ideale per l'elettronica di potenza di prossima generazione. In un caso recente, un cliente globale ha ottenuto un aumento del 40% dell'efficienza di dissipazione del calore dopo aver integrato le nostre lastre di BN. Questo è esattamente il tipo di vantaggio in termini di prestazioni e sostenibilità che SAM si impegna a fornire".

Caso di studio: Gestione termica nell'elettronica di potenza con il nitruro di boro esagonale

--La sfida della gestione termica

Un produttore globale di moduli di potenza in carburo di silicio (SiC) si è rivolto a SAM con un problema critico: i materiali di interfaccia termica esistenti si stavano guastando nelle applicazioni ad alta temperatura. I moduli, progettati per gli inverter dei veicoli elettrici e gli azionamenti dei motori industriali, funzionavano regolarmente a temperature superiori a 300 °C. In queste condizioni, il cliente ha osservato

• Rapido degrado dei materiali di interfaccia termica
• isolamento dielettrico inadeguato a tensioni superiori a 3.000 V
• Delaminazione e deformazione delle pile di substrati ceramici
• Riduzione dell'efficienza di dissipazione termica, con conseguente surriscaldamento locale.

Il team di ingegneri cercava un materiale che fornisse sia un'elevata conducibilità termica che un isolamento elettrico, con prestazioni stabili fino ad almeno 900 °C in aria. Il materiale doveva inoltre essere disponibile in lastre da 50 mm × 50 mm × 1 mm, con tolleranze dimensionali ridotte e lavorabilità per la progettazione di moduli personalizzati.

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--La soluzione di SAM: Nitruro di boro esagonale di grado A

Dopo aver esaminato i requisiti dell'applicazione, Stanford Advanced Materials ha consigliato le sue lastre di nitruro di boro esagonale di grado A, una ceramica di elevata purezza progettata per condizioni termiche ed elettriche estreme. A differenza dei materiali di interfaccia tradizionali, l'h-BN offre una rara combinazione di conducibilità termica e resistività elettrica, che lo rende ideale per le applicazioni ad alta tensione.

Ecco le specifiche del prodotto:

SAM ha fornito anche un supporto per la lavorazione personalizzata e un imballaggio sottovuoto per garantire l'integrità del materiale durante la spedizione e lo stoccaggio.

--Implementazione e risultati

Il produttore ha integrato le lastre di h-BN nell'assemblaggio del modulo di potenza, utilizzandole come strati di interfaccia termica tra i chip SiC e i diffusori di calore in rame. I test successivi all'implementazione e i dati sul campo hanno dimostrato miglioramenti immediati:

• Un aumento del 40% dell'efficienza di dissipazione termica rispetto al precedente materiale di interfaccia.
• riduzione di 20 °C delle temperature di picco dei punti caldi a pieno carico
• Nessuna rottura dielettrica dopo 1.000 cicli termici tra 25 °C e 300 °C
• Piattezza della lastra costante entro ±0,02 mm, eliminando le sollecitazioni meccaniche durante l'incollaggio
• Tempi di integrazione più brevi grazie all'eccellente lavorabilità.

In seguito a questi risultati, il cliente ha trasferito l'intera linea di moduli SiC ad alta tensione alla soluzione h-BN di SAMe ha avviato una seconda fase di valutazione del materiale per i rivestimenti h-BN in altri componenti termicamente critici.

Cos'è il nitruro di boro esagonale?

Ilnitruro di boro esagonale (h-BN) è un composto ceramico sintetico con una struttura simile alla grafite. Tuttavia, a differenza della grafite, che è elettricamente conduttiva, il nitruro di boro esagonale è un eccellente isolante elettrico. Questa differenza fondamentale conferisce all'h-BN un profilo unico: combina un'elevata conduttività termica con la resistività elettrica, due caratteristiche che raramente si trovano insieme in un unico materiale.

Le sue forme ad alta purezza, in particolare quelle che superano il 99% di contenuto di BN, sono particolarmente apprezzate nei settori manifatturiero high-tech, elettronico, aerospaziale ed energetico. Le principali proprietà fisiche del nitruro di boro esagonale di elevata purezza includono:

Applicazioni del nitruro di boro esagonale

Le proprietà termiche ed elettriche uniche del nitruro di boro esagonale lo rendono prezioso in diversi settori. È disponibile in varie forme: polveri, fogli, rivestimenti e compositi, ciascuno adatto a esigenze specifiche.

• L'h-BN è utilizzato come materiale di interfaccia termica nei moduli di potenza SiC/GaN, nei LED e nei PCB ad alta frequenza. Contribuisce a dissipare il calore e a isolare elettricamente, oltre a essere utilizzato nella schermatura EMI e nei diffusori di calore.
• Grazie alla sua stabilità, l 'h-BN riveste crogioli per la lavorazione dei metalli e gestisce temperature superiori a 1700 °C in ambienti sotto vuoto o inerti.
• Come lubrificante secco, l'h-BN si comporta bene sotto pressione e calore, rendendolo ideale per i sistemi aerospaziali e sotto vuoto.
• Nella cura della pelle e nel trucco, l'h-BN aggiunge una sensazione di morbidezza, controlla l'olio ed è delicato sulla pelle.
• Aumenta la forza, la resistenza al calore e la conducibilità termica dei compositi, supportando le applicazioni di stampa 3D nel settore aerospaziale e della difesa.

Conclusione

Ilnitruro di boro esagonale risolve le sfide termiche ed elettriche avanzate dell'elettronica di potenza. Grazie a un vasto inventario di materiali ceramici e a un'assistenza specifica per le applicazioni, Stanford Advanced Materials continua a essere un partner affidabile per gli ingegneri che si spingono oltre i limiti delle prestazioni e dell'affidabilità.

Riferimenti:

[1] Wang, Zhengfang & Wu, Zijian & Weng, Ling & Ge, Shengbo & Jiang, Dawei & Huang, Mina & Mulvihill, Daniel & Chen, Qingguo & Guo, Zhanhu & Jazzar, Abdullatif & He, Ximin & Zhang, Xuehua & Xu, Ben. (2023). Una revisione della tabella di marcia dei compositi polimerici termicamente conduttivi: Fattori critici, progressi e prospettive. Materiali funzionali avanzati. 33. 10.1002/adfm.202301549.