SAM демонстрирует высокочистый гексагональный нитрид бора для терморегулирования в силовой электронике

Введение

Stanford Advanced Materials (SAM), надежный поставщик передовой керамики и инженерных материалов, рад сообщить о растущем успехе своего высокочистого гексагонального нитрида бора (h-BN) в решении проблем терморегулирования в высоковольтных электронных системах. Этот материал привлекает все большее внимание как надежное решение для сложных приложений в электромобилях, полупроводниковых устройствах и силовых модулях.

Доктор Сэмюэл Р. Мэтьюс, главный специалист по материалам компании SAM, поясняет,
"Гексагональный нитрид бора обладает редким сочетанием теплопроводности и электроизоляции, что делает его идеальным для силовой электроники нового поколения. В одном из недавних случаев глобальный клиент добился 40-процентного увеличения эффективности теплоотвода после интеграции наших листов BN. Именно такие преимущества в плане производительности и экологичности стремится обеспечить компания SAM".

Тематическое исследование: Тепловое управление в силовой электронике с помощью гексагонального нитрида бора

--Проблема терморегулирования

Глобальный производитель силовых модулей из карбида кремния (SiC) обратился в SAM с критической проблемой: существующие материалы для термоинтерфейса не справлялись с высокотемпературными задачами. Модули, предназначенные для инверторов электромобилей и промышленных моторных приводов, регулярно работали при температурах выше 300 °C. В таких условиях заказчик наблюдал:

• Быстрая деградация материалов термоинтерфейса
• Недостаточная диэлектрическая изоляция при напряжении свыше 3 000 В.
• Расслаивание и деформация стеков керамических подложек
• Снижение эффективности теплоотвода, вызывающее локальный перегрев.

Команда инженеров искала материал, который обеспечивал бы одновременно высокую теплопроводность и электроизоляцию со стабильными характеристиками при температуре не менее 900 °C на воздухе. Кроме того, материал должен был быть доступен в листах размером 50 мм × 50 мм × 1 мм, с жесткими допусками на размеры и возможностью обработки для изготовления модулей по индивидуальным заказам.

[1]

-Решение SAM: Гексагональный нитрид бора класса А

Изучив требования к применению, Stanford Advanced Materials рекомендовала свой лист из гексагонального нитрида бора марки Grade A - высокочистой керамики, разработанной для экстремальных тепловых и электрических условий. В отличие от традиционных интерфейсных материалов, h-BN предлагает редкое сочетание теплопроводности и электрического сопротивления, что делает его идеальным для высоковольтных приложений.

Вот технические характеристики продукта:

КомпанияSAM также предоставила помощь в обработке и вакуумную упаковку для обеспечения целостности материала во время транспортировки и хранения.

--Внедрение и результаты

Производитель интегрировал листы h-BN в сборку силового модуля, используя их в качестве теплового интерфейсного слоя между SiC-чипами и медными теплораспределителями. Проведенные после внедрения испытания и полевые данные продемонстрировали немедленные улучшения:

• 40-процентное увеличение эффективности теплового рассеивания по сравнению с предыдущим материалом интерфейса
• Снижение пиковой температуры горячих точек на 20 °C при полной нагрузке
• Отсутствие пробоя диэлектрика после 1000 термических циклов в диапазоне от 25 °C до 300 °C
• Постоянная плоскостность листа в пределах ±0,02 мм, исключающая механические напряжения при склеивании
• Сокращение времени интеграции благодаря отличной обрабатываемости.

После получения этих результатов заказчик перевел всю линейку высоковольтных SiC-модулей на h-BN-решение SAMи начал второй этап оценки материала для нанесения h-BN-покрытий на другие компоненты, критичные к температуре.

Что такое гексагональный нитрид бора?

Гексагональный нитрид бора (h-BN) - это синтетическое керамическое соединение, по структуре напоминающее графит. Однако, в отличие от графита, который является электропроводящим, гексагональный нитрид бора - превосходный электроизолятор. Это фундаментальное различие придает h-BN уникальный профиль: он сочетает в себе высокую теплопроводность и электросопротивление - две характеристики, которые редко встречаются в одном материале.

Его высокочистые формы, особенно те, в которых содержание BN превышает 99 %, особенно ценятся в высокотехнологичном производстве, электронике, аэрокосмической промышленности и энергетике. Ключевые физические свойства гексагонального нитрида бора высокой чистоты включают:

Области применения гексагонального нитрида бора

Уникальные термические и электрические свойства гексагонального нитрида бора делают его ценным во многих отраслях промышленности. Он выпускается в различных формах - в виде порошков, листов, покрытий и композитов - каждая из которых подходит для конкретных нужд.

• h-BN используется в качестве материала теплового интерфейса в силовых модулях SiC/GaN, светодиодах и высокочастотных печатных платах. Он помогает отводить тепло и одновременно обеспечивает электрическую изоляцию, а также используется для экранирования электромагнитных помех и в теплораспределителях.
• Благодаря своей стабильности h-BN используется в тиглях для обработки металлов и выдерживает температуру свыше 1700 °C в вакууме или инертных средах.
• В качестве сухой смазки h-BN хорошо работает под давлением и при высокой температуре, что делает его идеальным для аэрокосмических и вакуумных систем.
• В средствах по уходу за кожей и макияже h-BN придает ощущение гладкости, контролирует жир и бережно относится к коже.
• Он повышает прочность, термостойкость и теплопроводность композитов, что способствует применению в аэрокосмической и оборонной 3D-печати.

Заключение

Гексагональный нитрид бора решает передовые тепловые и электрические задачи в силовой электронике. Благодаря глубокому ассортименту керамических материалов и поддержке, ориентированной на конкретные области применения, Stanford Advanced Materials продолжает оставаться надежным партнером инженеров, стремящихся достичь пределов производительности и надежности.

Ссылки:

[1] Wang, Zhengfang & Wu, Zijian & Weng, Ling & Ge, Shengbo & Jiang, Dawei & Huang, Mina & Mulvihill, Daniel & Chen, Qingguo & Guo, Zhanhu & Jazzar, Abdullatif & He, Ximin & Zhang, Xuehua & Xu, Ben. (2023). Обзор дорожной карты по теплопроводящим полимерным композитам: Критические факторы, прогресс и перспективы. Advanced Functional Materials. 33. 10.1002/adfm.202301549.