新エネルギー車 (NEV) IGBT モジュールは、高出力、激しい振動、幅広い温度変動、および過酷な環境に直面します。 AMB プロセスで製造された窒化ケイ素 (Si3N4) セラミック基板は、高い熱伝導率、低い熱抵抗、強力な信頼性、優れた銅層の密着性を備えています。これらの特性により、高出力 SiC デバイスの熱と信頼性のボトルネックが解消され、Si₃N₄ が IGBT および SiC モジュールのパッケージングに推奨される基板となっています。{2}} Si₃N₄ 基板は、自動車以外にも、航空宇宙、工業炉、牽引システム、スマートエレクトロニクスなどの分野で有望です。
窒化ケイ素が NEV 用途に優れている理由
1. 高出力デバイスに十分な熱伝導率{{1}}
----Si₃N₄: 80 ～ 120 W/(m·K) – NEV IGBT の冷却ニーズを完全に満たします
----Al₂O₃: 20–35 W/(m·K) – 高出力モジュールには不十分
----AlN: 150 ～ 220 W/(m·K) – 導電性に優れていますが、脆くて高価です
NEV の出力密度に関しては、Si₃N₄ が熱性能とコストの最適なバランスを提供します。
2. 優れた強度と靭性
----Si₃N₄：曲げ強度700～900MPa、靱性に優れる
----Al₂O₃: 300 ～ 400 MPa、脆性
----AlN: 250 ～ 350 MPa、非常に脆い
NEV は振動、衝撃、急加速、温度衝撃にさらされます。 Si₃N₄ 基板は亀裂や層間剥離に耐性があり、モジュールの信頼性を確保します。
3. シリコンチップと一致する熱膨張
----Si₃N₄ の熱膨張係数は、シリコンおよび IGBT チップの熱膨張係数とほぼ一致します。急速充電や高速駆動時の熱サイクルによるはんだ剥がれや断線を防止します。
4. 高温、老化、湿気、耐食性
----エンジンルームは高温、湿気、油、振動など過酷な環境です。 Si₃N₄ の耐酸化性、熱衝撃耐性、電気絶縁性により、基板の寿命が代替品に比べて 2 ～ 3 倍延長され、保証リスクが軽減されます。
5. 大量生産における最適なコストパフォーマンス-
----AlN は高価ですが、Al2O3 は性能が劣ります。 Si₃N₄ は、高出力、信頼性、コスト効率の適切なバランスを提供します。 BYD、CATL、Inovance、StarPower などの大手メーカーは、Si₃N₄ 基板を大規模に採用するケースが増えています。
結論
NEV には、高出力、信頼性、耐振動性、-高速充電-対応の基板が必要です。{0}{0}窒化ケイ素は、高い熱伝導率、優れた強度、低熱膨張、耐衝撃性、長寿命を実現し、Al₂O₃ と AlN の限界を解決し、自動車用パワー モジュールに最適です。-
業界の展望
AMB- プロセスの Si₃N₄ 基板は複雑で高価で、はんだの選択肢が限られているため、DBC や DPC よりも製造が難しくなります。現在、世界の AMB Si₃N₄ 市場は小規模です。しかし、IGBT および SiC デバイスは高出力化と小型化の傾向にあるため、Si3N4 基板の需要は大幅に増加すると予想されます。
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