Lösung von Wärmeableitungsproblemen — Substrate aus Siliziumnitrid mit hoher Wärmeleitfähigkeit für IGBT-Module
2025-11-12
In modernen Elektrofahrzeugen, Bahntraktion und Industrieantrieben leiden IGBT-Leistungsmodule aufgrund hoher thermischer Belastungen häufig unter Überhitzung, Delamination und Ermüdungsversagen. Herkömmliche Substrate aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid können Wärmeleitfähigkeit und mechanische Zähigkeit nicht in Einklang bringen, was zu einer verkürzten Lebensdauer führt.
Das Hochwärmeleitfähige Siliziumnitrid-Keramiksubstrat bietet eine optimale Lösung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 90–100 W/m·K, einer Biegefestigkeit von über 600 MPa und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,8–3,2×10⁻⁶/K, was perfekt zu Siliziumchips passt, um thermische Spannungen zu minimieren.
Es zeichnet sich auch durch eine ausgezeichnete elektrische Isolierung (>20 kV/mm) und geringe dielektrische Verluste (<0,001) aus, wodurch ein sicherer Betrieb bei hoher Spannung und Frequenz gewährleistet wird. Durch die Verwendung von DBC- oder AMB-Metallisierung erreichen Si₃N₄-Substrate eine effiziente Verbindung mit Kupfer, wodurch die Wärmeableitung und Zuverlässigkeit optimiert werden.
In IGBT- und SiC-Leistungsmodulen reduziert dieses Substrat die Sperrschichttemperatur um 15–20°C und verlängert die Modullebensdauer um bis zu 3×, was es zu einer bevorzugten Wahl für EV-Wechselrichter, Hochgeschwindigkeitszüge, Konverter für erneuerbare Energien und intelligente Stromnetze macht.
Si₃N₄-Keramiken stellen die nächste Generation von Leistungselektronik-Verpackungsmaterialien dar, die unter extremen Temperaturwechseln überlegene Leistung, Haltbarkeit und Energieeffizienz liefern.