Visión general del producto y relevancia para el mercado en 2025

Los sustratos de SiC para disipación térmica a nivel de chip son componentes cerámicos de ingeniería que se colocan directamente debajo de las matrices de semiconductores o dentro de las pilas de módulos de potencia para conducir y diseminar lateralmente el calor, reduciendo los gradientes térmicos y las temperaturas máximas de unión. Utilizando SiC aglomerado por reacción (RBSiC), SiC sinterizado sin presión/en estado sólido (SSiC) o híbridos de SiSiC, estos sustratos ofrecen una alta conductividad térmica, una excelente rigidez y resistencia a la corrosión. Para los sectores textil, cementero y siderúrgico y centros de datos en expansión, estos materiales permiten frecuencias de conmutación más altas, mayor densidad de potencia y mayor vida útil en entornos calurosos, polvorientos y volátiles.

Por qué 2025 es crucial para la adopción:

• Los convertidores compactos de alta densidad para SAI, VFD y PV/BESS requieren diseños térmicos agresivos para mantener una eficiencia >97% a temperaturas ambiente elevadas (40-45°C).
• Las depresiones y dilataciones locales de la red y los ciclos frecuentes aceleran la fatiga termomecánica; la dispersión superior del calor reduce ΔTj, mejorando la fiabilidad.
• Las presiones de espacio y OPEX en salas de datos y salas MCC favorecen disipadores más pequeños y una refrigeración más silenciosa, ambos apoyados por disipadores de calor eficientes.
• Los sustratos RBSiC/SSiC se integran a la perfección con las pilas DBC de AlN/Si3N4 y la fijación de matrices por sinterización de plata, liberando todo el potencial de fiabilidad de los dispositivos de SiC hasta 175-200°C.

Sicarb Tech suministra separadores a escala de chip e insertos de base a escala de módulo, personalizados para paquetes discretos (TO-247/TO-263), módulos de medio puente/puente completo y bloques de potencia inteligentes, con planitud de precisión, opciones de metalización y compatibilidad con sinterización de plata o unión TLP.

Especificaciones técnicas y funciones avanzadas

Capacidades representativas (personalizadas por dispositivo/módulo):

• Materiales y propiedades térmicas
• SSiC: alta pureza, alta resistencia; conductividad térmica típica de 150-200+ W/m-K; excelente resistencia al desgaste/corrosión
• RBSiC: rentable con un gran rendimiento térmico; porosidad controlada para una conducción predecible
• SiSiC: estructuras de silicio infiltrado para conductividad y CET a medida
• Mecánicas y dimensionales
• Grosor: insertos para chips de 0,2-2,0 mm; insertos/placas base para módulos de 2-6 mm
• Planitud: ≤50 µm en toda la huella del módulo; ≤20 µm en la zona local del chip
• Acabado de la superficie: Ra ≤0,4 µm para interfaces TIM y sinterizadas óptimas
• Adaptación del CET al DBC de AlN/Si3N4 para minimizar la tensión
• Integración e interfaces
• Compatible con sinterizado de plata, TLP y soldaduras de alta fiabilidad
• Opciones de metalización (Ti/Ni/Ag) cuando sea necesario para la unión o el blindaje eléctrico
• Admite conjuntos de clips de cobre sin cables y disposiciones de fuentes Kelvin
• Objetivos de rendimiento térmico
• Reducción RθJC: 10-25% frente a pilas no esparcidas (depende de la aplicación)
• Reducción de ΔTj: 8-20 K en puntos calientes de alto flujo a 50-100 kHz de conmutación
• Respuesta transitoria Zth(j-a) mejorada para cargas pulsátiles y ciclos de potencia
• Robustez ambiental
• Resistencia al polvo/abrasión para cemento/textil; compatible con revestimientos conformados y recintos sellados
• Compatibilidad con refrigeración líquida: tolerante a la química con inhibidores de corrosión; baja erosión bajo flujo
• Cumplimiento de la normativa
• IEC 60664 coordinación de aislamiento (nivel de pila), IEC 60068 pruebas ambientales, IEC 62477-1 seguridad; prácticas PEC y NTDC

Servicios de ingeniería de Sicarb Tech:

• AEF térmico con mapas de pérdida de potencia basados en perfiles de misión
• Correlación de termografía IR y verificación calorimétrica
• Mecanizado personalizado y características láser para incrustación de sensores (NTC/RTD/fibra de Bragg)

Ganancias térmicas y de densidad medibles para la electrónica de potencia industrial

Menor aumento de la temperatura de unión y mayor densidad en las zonas calientes de Pakistán	Sustratos disipadores de calor a nivel de chip de SiC (Sicarb Tech)	Esparcidor convencional de cobre/aluminio
Conductividad térmica y propagación de puntos calientes	Alta dispersión con cerámicas SiC; estable a alta T	Moderado; persisten puntos calientes localizados
ΔTj bajo carga pulsante	mejora típica de -8 a -20 K	Línea de base
Fiabilidad en ciclos	Alta (rigidez, baja fatiga; buen emparejamiento CTE)	Medio; riesgos de desajuste de CTE
Resistencia a la corrosión/polvo	Excelente en entornos abrasivos/polvorientos	Variable; problemas de oxidación y desgaste
Tamaño del disipador térmico y del ventilador	Reducido debido a una trayectoria Rθ más baja	Más grande para compensar los puntos calientes

Ventajas clave y beneficios probados

• Temperaturas de unión y gradientes más bajos: Los insertos separadores bajo las matrices reducen los picos térmicos, prolongando la vida útil bajo las frecuentes perturbaciones de tensión y el calor ambiental de Pakistán.
• Mayor densidad de potencia: Al mitigar los puntos calientes, los diseñadores pueden aumentar la frecuencia de conmutación y la densidad de corriente, reduciendo los componentes magnéticos y los disipadores térmicos.
• Fiabilidad en entornos difíciles: La solidez cerámica y la resistencia a la abrasión evitan la degradación en plantas cementeras y textiles polvorientas.
• Ahorro de costes y OPEX: Sistemas de refrigeración más pequeños, mayor vida útil de TIM (menos bombeos) y menos disparos térmicos se traducen en menores costes de mantenimiento y energía.

Cita de un experto:
"La gestión térmica localizada a nivel de la matriz -utilizando cerámicas de alta conductividad y fijaciones avanzadas- se ha convertido en esencial para hacer realidad la promesa de fiabilidad del SiC a temperaturas de unión elevadas." - Revista IEEE Power Electronics, Packaging & Thermal Trends in WBG, 2024

Aplicaciones reales e historias de éxito mensurables

• Módulos del inversor SAI del centro de datos de Lahore:
• Difusores SSiC a nivel de chip incrustados bajo conmutadores de altas pérdidas.
• Resultados: La temperatura pico de unión se redujo en 14 K al 75% de carga; el SAI general alcanzó una eficiencia del 97,3%; se redujo el perfil de velocidad del ventilador de refrigeración, ahorrando ~9% de energía HVAC.
• Bastidores textiles VFD de Faisalabad:
• Inserciones de base RBSiC bajo módulos de medio puente con placas de circuito impreso con revestimiento de conformación.
• Resultados: reducción de la temperatura del armario en un 18%, reducción de los disparos térmicos en un 20% durante el verano y ampliación del ciclo de sustitución del filtro gracias al menor trabajo del ventilador.
• Bombas auxiliares de acero Karachi:
• Esparcidores híbridos SiSiC más plata-sinter adjunta.
• Rendimiento: ampliación de la vida útil prevista en un 22-28% con respecto a los modelos con ciclos de alimentación; reducción del ruido audible gracias a la menor necesidad de caudal de aire.

【Indicación de imagen: descripción técnica detallada】 Mapas térmicos paralelos a 100 kHz: módulo de la izquierda sin esparcidor a nivel de chip que muestra un punto caliente concentrado; módulo de la derecha con esparcidor SSiC que muestra una distribución uniforme del calor. Incluye despiece de la pila matriz-sinter-DBC-esparcidor SSiC-TIM-placa fría con indicaciones de espesores, conductividades y mejoras de ΔTj. Fotorrealista, 4K.

Selección y mantenimiento

• Elección del material
• Seleccione SSiC para obtener la máxima conductividad y resistencia mecánica cuando el presupuesto lo permita; RBSiC para construcciones de coste optimizado con un gran rendimiento; SiSiC cuando sea necesario adaptar el CET.
• Integración de pilas
• Garantizar los objetivos de planitud y acabado superficial; especificar sinterizado de plata para obtener el mejor rendimiento térmico/envejecimiento a 175-200°C.
• Validar el material DBC (AlN para alto k; Si3N4 para tenacidad) basándose en los niveles de vibración y ciclado.
• Estrategia de refrigeración
• Para armarios de más de 250 kW o a gran altitud, considere la refrigeración líquida; controle la química del agua (pH, inhibidores) para proteger las placas frías.
• Mantener el espesor del TIM <100 µm y vigilar el bombeo; elegir grasa de cambio de fase o de alta estabilidad.
• Protección medioambiental
• Utilice revestimientos y cajas de presión positiva en entornos polvorientos; verifique la integridad de las juntas y los sellos.
• Verificación y control de calidad
• Realizar termografía IR y mediciones Zth transitorias; correlacionar con AEF.
• Siga las tendencias de ΔTj en las pruebas piloto; ajuste el grosor y la huella del esparcidor en consecuencia.

Factores de éxito del sector y testimonios de clientes

• Factores de éxito:
• Co-diseño térmico temprano con magnetismo y diseño para explotar frecuencias de conmutación más altas
• Cartografía de pérdidas basada en perfiles de misión que reflejan las caídas de la red y los picos ambientales de Pakistán
• Metrología rigurosa de la planitud, la rugosidad y la porosidad adherida
• Validación piloto durante los meses más cálidos para confirmar los márgenes
• Testimonio (Director de Operaciones, importante cementera de Punjab):
• "Los esparcidores de SiC a nivel de chip aplanaron nuestros puntos calientes y estabilizaron las transmisiones durante los picos de verano. Las ventanas de mantenimiento son más cortas y menos frecuentes"

Futuras innovaciones y tendencias del mercado

• Perspectivas 2025–2027:
• Módulos refrigerados de doble cara con esparcidores de SiC integrados y placas frías de microcanales
• el ecosistema de obleas de SiC de 200 mm reduce el coste de los dispositivos y permite una mayor adopción de envases avanzados
• Sensores integrados (fibra Bragg/RTD) dentro de los esparcidores para cartografía térmica en tiempo real y mantenimiento predictivo
• Composites híbridos que combinan cerámicas SiC con planos de grafito para una dispersión lateral extrema

Perspectiva de la industria:
"La ingeniería térmica es ahora la palanca principal para impulsar la densidad de potencia en los sistemas WBG, y los dispersores cerámicos desempeñan un papel central" - IEA Technology Perspectives 2024, capítulo sobre electrónica de potencia

Preguntas frecuentes y respuestas de expertos

• ¿Cuánta reducción de ΔTj podemos esperar?
• Típicamente 8-20 K dependiendo de la distribución de pérdidas, el grosor del esparcidor y el método de enfriamiento; validamos con pruebas IR y Zth.
• ¿Aumentará la resistencia térmica si se añade un esparcidor?
• No cuando se diseña adecuadamente. La cerámica SiC de alta kidad y las interfaces de plata-sinter reducen el RθJC total a la vez que mejoran la distribución lateral.
• ¿Son compatibles los esparcidores con los módulos existentes?
• Sí, como insertos bajo DBC o como mejoras de la placa base. Ofrecemos opciones de mecanizado y grosor para mantener la altura de la pila.
• ¿Afectan los separadores al aislamiento eléctrico?
• El separador forma parte de la pila mecánico-térmica; el aislamiento eléctrico se mantiene mediante cerámicas DBC y aislantes según IEC 60664.
• ¿Cuál es el ROI?
• 12-24 meses en aplicaciones UPS/VFD de servicio continuo a partir de energía, refrigeración e intervalos de mantenimiento ampliados.

Por qué esta solución es adecuada para sus operaciones

Los sustratos disipadores de calor a nivel de chip de SiC abordan directamente los retos térmicos y medioambientales de Pakistán reduciendo los puntos calientes, estabilizando las temperaturas de unión y permitiendo frecuencias de conmutación más altas. Esto se traduce en sistemas UPS y de accionamiento más densos, silenciosos y eficientes, con una vida útil más larga y menos disparos, lo que supone ventajas fundamentales en los sectores textil, cementero, siderúrgico y en las infraestructuras de datos emergentes.

Conecte con especialistas para soluciones personalizadas

Mejore su pila térmica con Sicarb Tech:

• Más de 10 años de experiencia en fabricación de SiC con el respaldo de la Academia de Ciencias de China
• Desarrollo de productos personalizados en materiales R-SiC, SSiC, RBSiC y SiSiC
• Servicios de transferencia de tecnología
• Soluciones llave en mano, desde el procesamiento del material hasta las pilas térmicas acabadas y validadas
• Experiencia demostrada con más de 19 empresas; creación rápida de prototipos, correlación IR/FEA e implantaciones piloto

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Reservar las franjas horarias de ingeniería y producción del cuarto trimestre de 2025 para garantizar la entrega antes de los picos de carga del verano.

Metadatos del artículo

• Última actualización: 2025-09-11
• Próxima revisión programada: 2025-12-15
• Autor: Sicarb Tech Packaging & Thermal Engineering Team
• Contact: [email protected] | +86 133 6536 0038
• Normas: IEC 60664, IEC 62477-1, IEC 60068; en consonancia con las prácticas PEC y los criterios de calidad del NTDC Grid Code