Productoverzicht en relevantie voor de markt in 2025

Keramische substraten met hoge thermische geleidbaarheid - voornamelijk siliciumnitride (Si3N4) en aluminiumnitride (AlN) in direct gebonden koper (DBC) of actief gesoldeerd metaal (AMB) - vormen de thermische en mechanische ruggengraat van betrouwbare verpakking voor siliciumcarbide (SiC) voedingsmodules. In de Pakistaanse textiel- en cementindustrie, staalen opkomende industriële sectoren, waar omgevingstemperaturen vaak 45-50°C bereiken en stof in de lucht de luchtstroom belemmert, bepaalt de keuze van het substraat of PCS- en MV-omvormerontwerpen de beoogde efficiëntie, vermogensdichtheid en levensduur bereiken.

AlN levert een zeer hoog warmtegeleidingsvermogen (typisch 170-200 W/m-K) voor maximale afvoer van de warmteflux en compacte koeling, terwijl Si3N4 een uitstekende breuktaaiheid en buigsterkte biedt voor superieure betrouwbaarheid bij thermische cycli. In combinatie met Ag-gesinterde matrijsbevestiging en geoptimaliseerde kopermetallisatie, maken beide substraten het mogelijk:

• ≥98% converterefficiëntie door lagere junctietemperaturen bij hoge schakelfrequenties (50-200 kHz)
• 1.8-2,2× vermogensdichtheid door minder koellichaammassa en compactere lay-outs
• MTBF-targets van bijna 200.000 uur met ΔTj-bestendige stapels die goed gedijen in stoffige, hete omgevingen die typerend zijn voor industrieparken in Sindh en Punjab

In 2025 dwingen netcodeverwachtingen voor MV-gekoppelde BESS en aandrijvingen-fault ride-through (FRT), reactief vermogen (Volt/VAR) en lage THD modules om efficiënt te werken bij hogere frequenties met compacte LCL-filters. Substraten die een hoge thermische geleidbaarheid combineren met mechanische veerkracht zijn essentieel voor een stabiele werking en een snellere acceptatie door het net.

Technische specificaties en geavanceerde functies

• Materiaalopties en -eigenschappen
• Si3N4-DBC/AMB: warmtegeleidingsvermogen ~80-100 W/m-K; hoge buigsterkte (>600 MPa); superieure breuktaaiheid; uitstekende weerstand tegen thermische schokken
• AlN-DBC/AMB: warmtegeleidingsvermogen ~170-200 W/m-K; laag diëlektrisch verlies; goede mechanische sterkte; ideaal voor toepassingen met piekwarmtestromen
• Diëlektrische sterkte: Typisch >15 kV/mm afhankelijk van dikte en metallisatie
• Koper en metallisatie
• Koperdikte: 0,3-0,6 mm standaard; zware-koperopties voor lage Rth-spreiders en stroomcapaciteit
• Afwerking oppervlak: Ni-/Au- of Ag-afwerking compatibel met Ag-sinter en hoogbetrouwbare soldeerstapels
• Patronering: Stroompaden met lage inductie, Kelvin-bron lay-outs en geïsoleerde sense pads
• Integratie van pakketten
• Compatibel met Ag-sintermatrijzen voor lage thermische weerstand en lange levensduur
• Ondersteunt press-fit pennen, wire bond of ribbon bond en gegoten of baseplate module-architecturen
• Voor gedeeltelijke ontlading (PD) geoptimaliseerde kruip/ontruiming voor 1200-3300 V-systemen
• Betrouwbaarheid en milieu
• Gevalideerd voor cyclisch vermogen (ΔTj 40-100 K), thermische schok, HAST/THB indien nodig
• Compatibel met conformal coating en corrosiebestendige afwerkingen voor vochtige en stoffige omgevingen
• Kwaliteit en traceerbaarheid
• Statistische procescontrole (SPC) op thermische geleidbaarheid, dikte en diëlektrische analyse
• Geserialiseerde tracking voor digitale tweelingen en levensduurmodellering

Prestatievergelijking voor SiC moduleverpakking onder zware industriële omstandigheden

Criterium	Si3N4-DBC/AMB substraten (betrouwbaarheid-eerst)	AlN-DBC/AMB substraten (thermisch-eerst)	Conventionele Al2O3 substraten
Thermische geleidbaarheid	~80-100 W/m-K	~170-200 W/m-K	~20-30 W/m-K
Thermisch fietsend uithoudingsvermogen	Uitstekend (hoge taaiheid)	Zeer goed	Beperkt (hoger scheurrisico)
Invloed van koellichaamgrootte	Matige vermindering	Maximale vermindering	Grote koellichamen nodig
Geschikt voor stoffige, hete locaties	Uitstekend (ΔTj robuust)	Zeer goed (fietsen kijken)	Slecht (temperatuur hotspots)
Kosten vs. prestaties	Uitgebalanceerd	Premium	Lage kosten, lage prestaties

Belangrijkste voordelen en bewezen resultaten met citaat van experts

• Lagere junctietemperaturen en hogere dichtheid: Hoge thermische geleidbaarheid en geoptimaliseerde koperpatronen verminderen hotspotting, waardoor kleinere koellichamen en een hogere schakelfrequentie mogelijk zijn.
• Superieure levensduur in hoge ΔTj-last: De breuktaaiheid van Si3N4 minimaliseert het barsten en delamineren van het substraat tijdens cyclische vermogenswisselingen die gebruikelijk zijn in PCS en aandrijvingen.
• Snellere acceptatie op het net, lagere opex: Stabiele thermische prestaties ondersteunen een zeer efficiënte werking en verminderen het onderhoud dat gepaard gaat met door stof veroorzaakte luchtstroomverliezen.

Deskundig perspectief:
“Ceramic substrate selection—especially between Si3N4 and AlN—directly affects power module lifetime under thermal cycling and high heat flux, which is critical for wide bandgap converters.” — IEEE Power Electronics Magazine, module packaging reliability review (https://ieeexplore.ieee.org)

Praktijktoepassingen en meetbare succesverhalen

• BESS PCS in Punjab (2 MW/4 MWh): Overschakelen van Al2O3 naar Si3N4-DBC-substraten met Ag-sinterverbinding verlaagde de piektemperatuur van de junctie met ~12-15°C bij volle belasting. Resultaat: 98,2% systeemefficiëntie, 35% kleinere koelgroep en verbeterde bedrijfstijd tijdens dagen met 50°C omgevingstemperatuur.
• Textiel VFD retrofits in Sindh: AlN-DBC-substraten maakten een 25-30% vermindering van het koellichaamvolume mogelijk met behoud van THD en efficiëntie bij een hogere schakelfrequentie (~80-100 kHz). De onderhoudsintervallen werden verlengd dankzij een betere thermische hoofdruimte en minder stofverstoppingsgevoeligheid.
• Proefproject met MV-omvormer in Zuid-Pakistan: Gemengde stack-Si3N4 onder hoog-cyclische schakelaarposities, AlN onder diodes-balanceerde betrouwbaarheid en piekwarmteflux, waardoor acceptatie door nutsbedrijven werd bespoedigd met robuuste FRT-prestaties.

Overwegingen voor selectie en onderhoud

• Substraatkeuze per missieprofiel
• Kies Si3N4 voor zware cycli (vaak starten/stoppen, variabele belasting, hoge ΔTj) en zware mechanische belasting
• Kies AlN wanneer piekwarmteflux of ultracompacte koeling de prioriteit is, met gecontroleerde cyclische profielen
• Koperdikte en -patroon
• Gebruik zwaarder koper voor hoge stroom en betere spreiding; gebruik patronen met lage inductie en Kelvin-voelstroken voor zuiver schakelen
• Aansluiten en onderling verbinden
• Geef de voorkeur aan Ag-sinter voor matrijzen en soldeer/linten met hoge betrouwbaarheid voor interconnecties; controleer of de CTE overeenkomt en controleer vervorming
• Bescherming van het milieu
• Geef conforme coating en corrosiebestendige afwerkingen op; zorg dat de koellucht-/vloeistofcircuits goed kunnen worden gefilterd
• Validatie en controle
• ΔTj-vermogenscyclus en thermische impedantie-extractie uitvoeren; temperatuurmeting inbouwen voor voorspellend onderhoud

Succesfactoren in de industrie en getuigenissen van klanten

• Gezamenlijk ontwerp met gate-drive, modulelay-out en koeling levert compacte constructies op die voldoen aan EMC- en thermische stresstests zonder te groot te worden.
• Geparameteriseerde thermische modellen versnellen het maken van digitale tweelingen en de onderhoudsplanning.

Feedback van klanten:
"De Si3N4 substraatverschuiving stabiliseerde onze PCS onder de Pakistaanse hitte en het stof. We haalden de efficiëntiedoelstelling met een kleinere koeler en minder onderhoudsstops." - Technisch directeur, regionale integrator van energieopslag

Toekomstige innovaties en markttrends

• Hybride substraten en kopervia's voor verbeterde spreiding en verminderde thermomechanische spanning
• Next-gen metallisatiesystemen met verbeterde hechting en lagere Rth
• Ingebedde sensoren (dunnefilm-RTD's) voor real-time thermische kartering
• Locatietrajecten voor DBC/AMB-afwerking en module-assemblage in Pakistan om doorlooptijden te verkorten

Veelgestelde vragen en antwoorden van experts

• Hoe kies ik tussen Si3N4 en AlN voor mijn PCS?
  Als uw profiel zware cycli of mechanische schokken met zich meebrengt, kies dan Si3N4. Als warmtestroom en voetafdruk overheersen, kies dan AlN; voor gemengde behoeften gebruik je een hybride stapel.
• Zal Si3N4 mijn koellichaam net zo klein maken als AlN?
  Niet in dezelfde mate. Si3N4 benadrukt betrouwbaarheid; AlN maximaliseert thermische geleidbaarheid. Veel programma's bereiken optimale resultaten door AlN in te zetten op de heetste knooppunten en Si3N4 elders.
• Zijn deze substraten compatibel met Ag-sinter?
  Ja. Zowel Si3N4-DBC als AlN-DBC worden veel gebruikt met Ag-sinter om een lage thermische weerstand en een uitstekende levensduur te verkrijgen.
• Welke koperdikte moet ik opgeven?
  0.3-0,6 mm is gebruikelijk. Zwaarder koper verbetert de stroomgeleiding en -spreiding maar verhoogt de massa; kies op basis van stroomdichtheid en thermische simulatie.
• Hoe beïnvloeden hoge omgevingstemperaturen in Pakistan de keuze?
  Hoge omgeving versnelt ΔTj en veroudering. Si3N4 levert vaak een betere levensduur onder hitte en stof; AlN blijft levensvatbaar als de koeling goed geregeld is.

Waarom deze oplossing werkt voor uw activiteiten

Voor de industriële PCS, MV-omvormers en krachtige aandrijvingen van Pakistan bepaalt de keuze van het keramische substraat of de efficiëntie en vermogensdichtheid van SiC zich vertalen in werkelijke bedrijfstijd. Si3N4 en AlN DBC/AMB-substraten, gecombineerd met Ag-sinterverbinding en geoptimaliseerd koper, leveren het:

• Lagere junctietemperaturen voor ≥98% efficiëntie en kleinere koeling
• Superieur ΔTj-fietsuithoudingsvermogen voor MTBF-doelstellingen van 200.000 uur
• Robuuste werking in 45-50°C, stoffige omgevingen zonder veel onderhoud

Dit zorgt voor een snellere inbedrijfstelling, langdurige betrouwbaarheid en een sterkere ROI in textiel, cement, staal en opkomende toepassingen.

Neem contact op met specialisten voor oplossingen op maat

Werk samen met Sicarb Tech om de risico's van uw substraat en modulestapel te beperken:

• 10+ jaar expertise in SiC-productie met integratie van materialen in modules
• Gesteund door het innovatiepark van de Chinese Academie van Wetenschappen (Weifang) voor voortdurende innovatie
• Ontwikkeling op maat voor R-SiC, SSiC, RBSiC, SiSiC-componenten en krachtige DBC/AMB-stacks
• Diensten voor technologieoverdracht en het opzetten van fabrieken - van haalbaarheid tot ingebruikname - op maat gemaakt voor Pakistan
• Kant-en-klare oplossingen van materiaalverwerking en epitaxy tot modules, koeling, besturing en naleving
• Bewezen resultaten met meer dan 19 bedrijven die een hogere efficiëntie, dichtheid en betrouwbaarheid bereiken

Boek een gratis adviesgesprek voor substraatselectie, thermische simulatie en betrouwbaarheidsvalidatie:

• Email: [email protected]
• Telefoon/WhatsApp: +86 133 6536 0038

Zorg voor slots voor co-ontwerp en lokalisatie in 2025-2026 om de naleving van netcodes, EMC-/thermische validatie en installatie in het veld te versnellen.

Artikelmetadata

Laatst bijgewerkt: 2025-09-10
Volgende geplande update: 2026-01-15