Como os substratos cerâmicos suportam módulos de energia automotiva

A nova indústria de veículos energéticos está avançando rapidamente em direção a um crescimento de alta qualidade, tornando-se uma parte ansiosamente aguardada da cadeia de abastecimento global. O módulo de potência automotiva atua como o “centro de potência” dos novos veículos de energia, responsável por converter a energia CC da bateria em CA necessária para operar o motor. Também gerencia a velocidade e o torque do motor, afetando diretamente o desempenho e a eficiência energética do veículo.

Este processo gera muito calor. Dados de testes da indústria mostram que a temperatura operacional dos chips de energia IGBT convencionais pode subir instantaneamente acima de 150°C. Se esse calor não for conduzido e dissipado de forma eficiente, o desempenho do módulo diminuirá. Em casos extremos, podem ocorrer problemas de segurança, como curtos-circuitos e falhas do dispositivo. Portanto, a dissipação de calor do substrato e a adaptabilidade ambiental são cruciais. Os substratos cerâmicos oferecem vantagens técnicas incomparáveis ​​em aplicações automotivas. Em comparação com os substratos tradicionais, os substratos cerâmicos fornecem condutividade térmica extremamente alta, excelente estabilidade em altas temperaturas e forte isolamento e resistência à corrosão.

Devido à natureza exigente do uso automotivo,substratos cerâmicosdevem atender a padrões técnicos mais elevados do que seus equivalentes de nível industrial. Os principais desafios estão em três áreas principais: equilibrar parâmetros de desempenho, controlar a precisão da fabricação e verificar a confiabilidade:

1. Equilíbrio preciso dos parâmetros de desempenho

Os substratos cerâmicos automotivos precisam harmonizar a condutividade térmica, a resistência mecânica e a expansão térmica.

2. Controle preciso de fabricação

A produção de substratos cerâmicos automotivos envolve várias etapas, incluindo síntese de pó, moldagem, sinterização e metalização. Cada etapa requer controle em nível milimétrico ou mícron.

3. Sistema rigoroso de testes de confiabilidade

Testando o Ciclo Quente-Frio: Ciclos entre -40°C e 150°C mais de 1.000 vezes para garantir que não haja rachaduras ou delaminação do substrato; Teste de choque e vibração: Usando uma colisão ou impacto simulado de um veículo, enquanto suporta acelerações de mais de 1.000G sem degradação do material; Teste de envelhecimento por umidade e calor: ciclagem contínua a 125°C e níveis de umidade de 85% por 5.000 horas para garantir o desempenho do isolamento.

Consequentemente, estas medidas de teste proporcionam barreiras práticas significativas de entrada para se tornar um fornecedor de substrato cerâmico automotivo para empresas nacionais que necessitam de desenvolvimento técnico de longo prazo e compra imediata de equipamentos.

Recentemente, as empresas nacionais intensificaram a P&D e avançaram rapidamente em direção à tecnologia de substrato cerâmico de fadiga para comercialização doméstica, com avanços relatados. Além disso, eles passaram com sucesso em testes intensivos realizados pelos principais fabricantes de veículos de energia nova de seus substratos cerâmicos de nitreto de silício desenvolvidos internamente, demonstrando com sucesso a equivalência em testes de ciclo térmico e choque vibratório para a Kyocera, oferecendo também uma economia de custos de 20% a 30%. Esses substratos recentemente homologados estão sendo produzidos comercialmente com remessas mensais relatadas de mais de 100.000 unidades. Em resumo, os avanços nas capacidades dos substratos cerâmicos automotivos nacionais representam um valor industrial significativo, especialmente nas atividades da indústria automobilística para reduzir os custos de fabricação de novos veículos energéticos, fortalecer a segurança das cadeias industriais e de abastecimento nacionais e reduzir a dependência do fornecimento internacional de componentes essenciais fundamentais, ao mesmo tempo que elevou o crescimento de alta qualidade da indústria no futuro.

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