LA CHINE Wuxi Special Ceramic Electrical Co.,Ltd Nouvelles de l'entreprise

In 5G macro and small cells, RF power amplifiers and filters operate at high frequency and power, making them extremely sensitive to both thermal performance and dielectric loss. Conventional Al₂O₃ often fails to meet both requirements simultaneously. AlN ceramic substrates deliver thermal conductivity up to 230 W/(m·K) with dielectric loss as low as

Alors que les technologies SiC (carbure de silicium) et GaN (nitrure de gallium) continuent de remodeler l'industrie de l'électronique de puissance, la demande de matériaux d'emballage fiables et performants augmente. Les substrats en céramique de nitrure de silicium (Si₃N₄), caractérisés par de faibles pertes diélectriques, une haute résistance à l'isolation et une ténacité mécanique exceptionnelle, sont devenus un choix de premier plan pour les applications de modules de puissance avancés. Fabriqué à partir de poudre de Si₃N₄ de haute pureté et fritté au-dessus de 2000°C, le substrat en céramique de nitrure de silicium atteint une constante diélectrique inférieure à 8 et une tangente de perte (tanδ)

Les modules d'alimentation des véhicules électriques fonctionnent souvent dans des conditions extrêmes — courant élevé, haute fréquence et cycles thermiques continus. Ces contraintes provoquent une délamination, la fatigue des soudures et, finalement, la défaillance des dispositifs.Le substrat en nitrure de silicium à haute isolation est conçu pour résoudre ces problèmes en combinant une conductivité thermique élevée (≥90 W/m·K), une rigidité diélectrique supérieure (≥20 kV/mm) et une robustesse mécanique exceptionnelle (≥600 MPa) en une seule plateforme. Avec un CTE de 3×10⁻⁶/K, le substrat correspond parfaitement aux puces en silicium ou en SiC, réduisant la fatigue thermique et améliorant la fiabilité à long terme. La métallisation en cuivre AMB ou DBC offre une excellente adhérence et une faible résistance thermique pour une dissipation thermique efficace.Les données de terrain montrent que les modules à base de Si₃N₄ peuvent fonctionner pendant plus de 2000 heures à 125°C sans dégradation et maintenir leur stabilité sur plus de 100 000 cycles thermiques. Aujourd'hui, les substrats Si₃N₄ sont largement utilisés dans les onduleurs de traction des VE, les chargeurs embarqués, les convertisseurs CC-CC et les systèmes de stockage d'énergie, offrant un fonctionnement plus sûr, une densité de puissance plus élevée et une durée de vie plus longue par rapport aux céramiques traditionnelles.Pour les fabricants à la recherche d'une fiabilité de nouvelle génération, cette technologie garantit une isolation électrique et une gestion thermique exceptionnelles dans les environnements automobiles difficiles.

Les billes Si₃N₄ sont désormais le matériau standard pour les roulements hybrides et entièrement céramiques utilisés dans les moteurs de traction des véhicules électriques, les générateurs d'éoliennes et les broches industrielles à grande vitesse. Elles offrent une isolation électrique complète, éliminant les chemins de fuite de courant et protégeant l'intégrité de la lubrification. Grâce à leur faible densité et leur grande rigidité, ces roulements permettent des vitesses de rotation plus élevées et des niveaux de vibration plus faibles, améliorant directement l'efficacité énergétique. Lors d'une utilisation sur le terrain à long terme, l'intervalle de remplacement a été prolongé de 300 à 400 %, tandis que les niveaux de bruit ont été réduits de 20 %.Alors que les industries se tournent vers des systèmes électrifiés et sans maintenance, les roulements en nitrure de silicium sont reconnus mondialement comme la solution ultime pour les applications rotatives à grande vitesse, haute tension et haute fiabilité.

Avec le développement rapide des véhicules électriques (VE), des chemins de fer à grande vitesse et des nouveaux systèmes de charge énergétique, la gestion thermique des appareils de puissance est devenue un facteur essentiel de fiabilité du système. The high thermal conductivity silicon nitride (Si₃N₄) ceramic substrate has emerged as a key material for advanced packaging and heat dissipation in third-generation semiconductor devices such as IGBTs, les MOSFET et les modules SiC. Fabriqué à partir de poudre de nitrure de silicium de haute pureté, le substrat est frité à des températures supérieures à 2000 °C selon une formule exclusive et un procédé de pressage à chaud.Il atteint une conductivité thermique supérieure à 80 W/m·K tout en conservant une excellente isolation électriqueComparé à l'alumine et au nitrure d'aluminium, les céramiques Si3N4 offrent une ténacité et une résistance aux chocs thermiques supérieures.assurer une durée de vie plus longue des appareils et une plus grande stabilité du système. Dans les modules d'entraînement des moteurs de véhicules électriques, les onduleurs, les convertisseurs CC/CC et les stations de recharge rapide, le substrat céramique Si3N4 réduit efficacement la température de jonction et améliore l'efficacité de la dissipation de chaleur.Sa résistance exceptionnelle à la fracture et sa résistance au cycle thermique le rendent idéal pour des conditions difficiles telles que les véhicules hybrides et les systèmes d'alimentation ferroviaire. Au-delà de l'industrie des véhicules électriques, les substrats de nitrure de silicium sont également utilisés dans les systèmes de traction ferroviaire, les modules de contrôle électronique de puissance, les onduleurs industriels et les onduleurs solaires.Avec leur combinaison de haute conductivité thermiqueLes substrats Si3N4 sont en train de redéfinir l'avenir des emballages électroniques de puissance et de la gestion thermique.

Dans les opérations de moulage sous pression d'aluminium, l'efficacité du dégazage détermine directement l'intégrité des pièces moulées. Les rotors en graphite conventionnels s'oxydent et s'érodent rapidement, créant une dispersion inégale des gaz et nécessitant un entretien fréquent.Le système de rotor en céramique de nitrure de silicium utilise une conception d'impulseur de précision avec des canaux de diffusion de bulles optimisés pour maximiser l'élimination de l'hydrogène. Construit en Si₃N₄ dense, il résiste aux chocs thermiques et à la corrosion, même lors de fonctionnements continus de 1 000 heures à 900–1000 °C.Le résultat est une réduction de 30 à 40 % de la teneur en hydrogène, une augmentation de 8 à 10 % de la densité du métal et une baisse significative des défauts de porosité.Parce que la céramique est chimiquement inerte à l'aluminium en fusion, elle assure une fusion plus propre, prolongeant la durée de vie des filtres et améliorant la qualité en aval. Pour les jantes automobiles, les pistons et les pièces structurelles moulées sous pression, le système de rotor en Si₃N₄ amélioré offre un rendement plus élevé, une maintenance réduite et une cohérence supérieure, aidant les fabricants à obtenir des composants en aluminium légers et sans défaut pour les marchés exigeants.

L'hydrogène est une impureté courante dans l'aluminium en fusion, entraînant une porosité et une réduction de la résistance mécanique des pièces moulées.Le rotor et l'arbre de dégazage en nitrure de silicium sont conçus pour résister à un fonctionnement continu à 700–1000 °C sans oxydation ni réaction chimique. Avec une résistance à la flexion ≥ 800 MPa et une densité ≥ 3,2 g/cm³, ces composants maintiennent une stabilité dimensionnelle et garantissent une durabilité à long terme.La propriété anti-mouillage du Si₃N₄ empêche la contamination par l'aluminium, tandis que la géométrie optimisée du rotor disperse l'argon ou l'azote en micro-bulles, ce qui permet une élimination de l'hydrogène plus rapide et plus uniforme. Des tests industriels montrent une augmentation de 30 % de l'efficacité du dégazage et une réduction allant jusqu'à 50 % de la porosité des pièces moulées par rapport aux rotors en graphite.Largement utilisés aujourd'hui dans la coulée sous pression, l'affinage des alliages d'aluminium et la coulée continue, les systèmes de dégazage en Si₃N₄ garantissent un métal propre, une durée de vie plus longue du rotor et une production plus fiable pour les composants en aluminium haute performance.

D'un point de vue performance-coût, Al₂O₃, AlN et Si₃N₄ forment une « pyramide » de rôles, chacun dominant des niveaux d'applications spécifiques plutôt que de s'engager dans une simple compétition où le gagnant rafle tout. Al₂O₃, avec une rentabilité imbattable, dessert les marchés bas et de masse ; AlN, avec une conductivité thermique élevée et de faibles pertes diélectriques, domine les applications haute puissance et haute fréquence ; et Si₃N₄, agissant comme le « plafond de performance », cible les environnements haute tension, haute fiabilité et à chocs importants. Tout comme les matériaux FR-4 et à haute Tg coexistent à long terme dans la technologie des PCB, l'avenir des substrats céramiques consiste à choisir le meilleur matériau pour chaque scénario, et non à ce qu'un seul matériau domine tous les cas d'utilisation. Lors de la planification des feuilles de route des substrats céramiques, il est crucial de comprendre d'abord le scénario d'application et les modes de défaillance probables, puis d'adapter Al₂O₃ / AlN / Si₃N₄ en conséquence au lieu de décider uniquement en fonction du prix ou des classements des fiches techniques.

Le brasage actif des métaux (AMB) est la technologie clé pour le revêtement de Cu sur des substrats céramiques dans des modules à haute puissance,et la résistance de la liaison a une incidence directe sur la fiabilité du module IGBT/SiC sous cycle thermique et choc mécanique. En optimisant la métallisation et les systèmes de remplissage, la résistance de la liaison Si3N4Cu a été portée à 25 MPa, soit environ 1,5 fois celle des piles AlNCu conventionnelles.Cela permet aux modules ayant la même épaisseur et la même disposition de cuivre de résister à des charges thermiques et mécaniques plus élevées. Pour les onduleurs de qualité automobile, les OBC et les convertisseurs CC/DC, une plus grande résistance de liaison réduit non seulement le risque de délamination des plaquettes, mais permet également de faciliter une plus grande densité de puissance et une disposition plus compacte sous le capot. Au cours des phases de mise à niveau des modules, les solutions AMB Si3N4 devraient être testées tôt, avec une comparaison A/B des cycles de puissance et des durées de vie des chocs thermiques sous des dispositions identiques afin de quantifier les gains de fiabilité.

Aerospace power and control electronics are moving toward higher temperatures and higher power densities. Traditional metal substrates tend to oxidize, deform or suffer coating failure above 1000°C. In long-duration tests at 1200°C, Si₃N₄ substrates maintained stable mechanical strength and insulation properties. When combined with suitable metallization and packaging structures, they can endure high temperature, thermal cycling and vibration simultaneously without significant structural degradation. This opens a new material option for high-temperature power modules, propulsion control units and onboard power management, potentially reducing the need for complex multi-stage cooling and insulation while simplifying system architecture and improving reliability. When designing electronics for 800–1200°C aerospace or industrial environments, Si₃N₄ should be benchmarked against metal substrates in terms of lifetime and failure modes, rather than just initial thermal conductivity.