Les modules IGBT pour véhicules à énergie nouvelle (NEV) sont confrontés à une puissance élevée, à des vibrations intenses, à de larges variations de température et à des environnements difficiles. Les substrats céramiques en nitrure de silicium (Si₃N₄) produits via le procédé AMB offrent une conductivité thermique élevée, une faible résistance thermique, une forte fiabilité et une excellente adhérence de la couche de cuivre. Ces propriétés résolvent les goulots d'étranglement thermiques et de fiabilité des dispositifs SiC haute-puissance, faisant du Si₃N₄ le substrat préféré pour le conditionnement des modules IGBT et SiC. Au-delà de l'automobile, les substrats Si₃N₄ sont prometteurs dans l'aérospatiale, les fours industriels, les systèmes de traction et l'électronique intelligente.
Pourquoi le nitrure de silicium excelle pour les applications NEV
1. Conductivité thermique suffisante pour les appareils-haute puissance
----Si₃N₄ : 80–120 W/(m·K) – répond pleinement aux besoins de refroidissement des IGBT NEV
----Al₂O₃ : 20–35 W/(m·K) – insuffisant pour les modules haute puissance
----AlN : 150–220 W/(m·K) – excellente conductivité mais fragile et coûteux
Pour les densités de puissance NEV, Si₃N₄ offre un équilibre optimal entre performances thermiques et coût.
2. Résistance et ténacité supérieures
----Si₃N₄ : résistance à la flexion 700–900 MPa, excellente ténacité
----Al₂O₃ : 300–400 MPa, fragile
----AlN : 250–350 MPa, extrêmement fragile
Les NEV subissent des vibrations, des chocs, des accélérations rapides et des chocs thermiques. Les substrats Si₃N₄ résistent aux fissures et au délaminage, garantissant ainsi la fiabilité du module.
3. La dilatation thermique correspond aux puces de silicium
----Le coefficient de dilatation thermique de Si₃N₄ correspond étroitement à celui des puces de silicium et IGBT. Lors d'une charge rapide ou d'une conduite à grande vitesse, il empêche le délaminage de la soudure ou la rupture des fils provoqués par les cycles thermiques.
4. Résistance aux températures élevées, au vieillissement, à l’humidité et à la corrosion
----Les compartiments moteur sont difficiles : températures élevées, humidité, huile et vibrations. La résistance à l'oxydation, la tolérance aux chocs thermiques et l'isolation électrique du Si₃N₄ prolongent la durée de vie du substrat 2 à 3 fois par rapport aux alternatives, réduisant ainsi les risques liés à la garantie.
5. Coût optimal-Performance pour la production de masse
----AlN est coûteux, Al₂O₃ est sous-performant ; Si₃N₄ offre le juste équilibre entre puissance élevée, fiabilité et rentabilité. Les principaux fabricants tels que BYD, CATL, Inovance et StarPower adoptent de plus en plus de substrats Si₃N₄ à grande échelle.
Conclusion
Les NEV exigent des substrats à haute-puissance, fiables,-résistants aux vibrations et capables de-chargement-rapide. Le nitrure de silicium offre une conductivité thermique élevée, une résistance supérieure, une faible dilatation thermique, une résistance aux chocs et une longue durée de vie- résolvant les limites de l'Al₂O₃ et de l'AlN, ce qui en fait le choix optimal pour les modules de puissance automobiles.
Perspectives de l'industrie
Les substrats Si₃N₄ du procédé AMB-sont complexes et coûteux, avec des options de soudure limitées, ce qui rend la production plus difficile que celle du DBC ou du DPC. Actuellement, le marché mondial de l’AMB Si₃N₄ est petit. Cependant, à mesure que les dispositifs IGBT et SiC tendent vers une puissance et une miniaturisation plus élevées, la demande de substrats Si₃N₄ devrait croître de manière significative.
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