Productoverzicht en relevantie voor de markt in 2025

Keramische substraten met een lage thermische weerstand - voornamelijk siliciumnitride (Si3N4) en aluminiumnitride (AlN) in DBC-configuraties (Direct Bonded Copper) of AMB-configuraties (Active Metal Brazed) - vormen de thermische en mechanische ruggengraat van siliciumcarbide (SiC) vermogensmodules. Ze bieden een hoge thermische geleidbaarheid, robuuste mechanische sterkte en betrouwbare elektrische isolatie, waardoor compacte, zeer efficiënte omvormers en industriële aandrijvingen mogelijk zijn die moeten werken in de hete (45-50°C) en stoffige omgeving van Pakistan. Wanneer ze worden geoptimaliseerd met warmteverspreiders (Cu, CuMo, CuW of grafietsamenstellingen) en zeer betrouwbare die-attach (bijv. Ag-sinter), verlagen deze substraten de thermische weerstand tussen de junctie en de behuizing, verbeteren ze de thermische cyclusbestendigheid en verlengen ze de levensduur van modules tot 200.000 uur - essentieel voor fotovoltaïsche interconnecties op distributieniveau van 11-33 kV en zware textiel-, cement- en staal toepassingen.

In 2025 verminderen de SiC-schakelfrequenties van 50-150 kHz de grootte van de magneet, maar verhogen ze de warmtestroomdichtheid. Substraten met een hoog warmtegeleidingsvermogen (AlN) en een superieure breuktaaiheid (Si3N4) verminderen de thermomechanische stress van snelle belastings- en temperatuurschommelingen. Het geïntegreerde ontwerp - substraat, dikte van de kopermetallisatie, oppervlakteafwerking en opbouw van de warmtespreider - vertaalt zich rechtstreeks naar een hogere systeemefficiëntie (≥98,5%), tot 2× vermogensdichtheid en ongeveer 40% minder volume van het koelsysteem in vergelijking met traditionele siliciumontwerpen.

Technische specificaties en geavanceerde functies

• Keramische opties en eigenschappen:
• Si3N4 DBC/AMB: hoge breuktaaiheid en uitstekende weerstand tegen thermische schokken; typische thermische geleidbaarheid ~70-90 W/m-K
• AlN DBC/AMB: zeer hoog warmtegeleidingsvermogen ~150-180 W/m-K; geschikt voor maximale warmtestroom en compacte lay-outs
• Koper en afwerkingen:
• Koperdikte: 0,3-0,6 mm typisch (aanpasbaar aan vereisten voor stroom en thermische verspreiding)
• Afwerking oppervlak: Ni/Au, Ag of OSP compatibel met Ag sinter of soldeerverbinding; ruwheid gecontroleerd voor betrouwbaarheid van de verbinding
• Thermische prestaties:
• Vermindering van junction-to-case (per matrijs) via geoptimaliseerde keramische selectie en warmteverspreiderkoppeling
• Ondersteuning voor ΔTj-regeling met hoogfrequente werking (50-150 kHz), voor stabiele junctietemperaturen tot +175°C
• Mechanisch en betrouwbaarheid:
• Uithoudingsvermogen bij cyclisch vermogen door matched CTE stack-ups (SiC-Ag sinter-keramisch-Cu-spreider)
• Hoge gedeeltelijke ontladingsinvalspanningen met gecontroleerde diëlektrische dikte voor MV isolatiemarges
• Integratie met warmtespreiders:
• Cu voor kosteneffectieve spreiding; CuMo/CuW voor CTE-aanpassing en boogcontrole; grafietcomposieten voor gewichtsvermindering en geleidbaarheid in het vlak
• Richtlijnen voor TIM-selectie (vet, fasewissel of gelpads) om de weerstand tussen behuizing en kroonplaat te minimaliseren
• Productie en kwaliteit:
• Strakke vlakheid en buigspecificaties; laserstructurering voor koperpatronen; soldeermasker- of passiveringsopties
• Volledige traceerbaarheid met partijcertificaten: thermische geleidbaarheid, diëlektrische sterkte, metallisatiehechting en diktemetrologie

Beschrijvende vergelijking: Si3N4 vs AlN substraten voor SiC modules in barre omgevingscondities

Criterium	Si3N4 DBC/AMB (mechanische robuustheid)	AlN DBC/AMB (maximale thermische geleidbaarheid)
Thermische geleidbaarheid	~70-90 W/m-K	~150-180 W/m-K
Breuktaaiheid / thermische schok	Uitstekend; het beste voor agressief fietsen	Goed; vereist zorgvuldig mechanisch ontwerp
Typisch gebruik	Zware cyclische aandrijvingen met hoge mechanische belasting	Hoogste vermogensdichtheid, compacte modules
Kosten	Matig	Hoger
Aanbevolen warmtespreider	Cu/CuMo voor uitgebalanceerde spanning	CuMo/CuW of grafietcomposiet om boog te controleren

Belangrijkste voordelen en bewezen resultaten met citaat van experts

• Lagere thermische weerstand: AlN biedt eersteklas warmteafvoer voor dichte lay-outs, terwijl Si3N4 robuuste cyclusbestendigheid biedt - beide ondersteunen ≥98,5% inverterefficiëntie en minder koeling.
• Betrouwbaarheid bij hoge omgevingstemperaturen: Materialen en stack-ups behouden hun integriteit onder omgevingsomstandigheden van 45-50°C en frequente belastingswisselingen die gebruikelijk zijn in industriële locaties in Pakistan.
• Compacte modules: Hoge thermische geleidbaarheid plus geoptimaliseerde warmteverspreiders ondersteunen tot 2× vermogensdichtheid en kleinere behuizingen.
• Consistente prestaties: Gecontroleerde metallisatie, diëlektrische dikte en vlakheid verminderen assemblagevariatie en verbeteren de opbrengst.

Deskundig perspectief:
"De keuze van het juiste keramische substraat en de juiste koperstapel is cruciaal voor de betrouwbaarheid van SiC-modules. AlN levert een ongeëvenaarde thermische geleidbaarheid, terwijl Si3N4 uitblinkt in mechanische robuustheid onder stroomschommelingen. Beide kunnen een lange levensduur bereiken in combinatie met de juiste die-attach en warmtespreiding." - Inzichten van IEEE in de verpakking van vermogensmodules (ieee.org)

Praktijktoepassingen en meetbare succesverhalen

• MV PV-omvormers (Zuid-Pakistan): Overgang van aluminiumoxide naar AlN DBC met CuMo spreiders verlaagde junctietemperaturen met 8-12 K bij volle belasting, ondersteunde ≥98,5% efficiëntie en ongeveer 40% volumereductie van het koelsysteem.
• Aandrijvingen voor textielfabrieken: Si3N4-substraten in combinatie met Ag-sinter verbeteren de levensduur van vermogenscycli met naar schatting 20-30% ten opzichte van stacks op basis van aluminiumoxide, waardoor er minder thermische trips optreden tijdens piekzomermaanden.
• Cement- en staalfabrieken: Si3N4 modules vertoonden minder scheuren in het substraat en stabiele prestaties bij gedeeltelijke ontlading na langdurige thermische cycli, waardoor de uptime in stoffige omgevingen met veel trillingen werd verbeterd.

Overwegingen voor selectie en onderhoud

• Toepassingsgerichte keuze:
• Kies AlN voor de hoogste warmteflux en compacte MV-omvormermodules; geef Si3N4 de voorkeur voor aandrijvingen met agressieve cycli en mechanische belasting.
• Stapeling en CTE-matching:
• Combineer keramiek met CuMo/CuW-spreiders wanneer het minimaliseren van de buiging en CTE-mismatch van cruciaal belang is; gebruik Ag-sinter voor die-attach om de thermische en vermoeidheidsprestaties te verbeteren.
• Koper patronen en dikte:
• Dimensioneer koper voor stroomdichtheid en spreiding; overweeg dikker Cu voor stroompieken maar valideer tegen kromtrekken en spanning.
• Isolatie en kruip:
• Bepaal de diëlektrische dikte en kruipwegen voor MV-isolatievereisten; controleer de marges voor gedeeltelijke ontlading.
• Interface tussen TIM en koude plaat:
• Selecteer stabiele TIM's met een lage doorbloeding; valideer de thermische weerstand tussen behuizingen en platen onder een omgevingstemperatuur van 45-50°C en een stofvrije luchtstroom.
• Kwaliteitscontrole:
• Hechting, thermische geleidbaarheid, diëlektrische weerstand en vlakheidscertificaten vereisen; inspecteren op leemtes, delaminatie en oppervlaktedefecten vóór assemblage.

Succesfactoren in de industrie en getuigenissen van klanten

• Co-ontwerpproces: De teams voor verpakking, vermogenstrap en koeling moeten gezamenlijk de keuze van keramiek, koperdikte en spreider optimaliseren om te voldoen aan ΔTj, EMI en mechanische doelstellingen.
• Vroegtijdige thermisch-structurele simulatie: FEA voor thermomechanische spanning en CFD voor koeling verminderen het risico van productie en versnellen kwalificatie.

Feedback van klanten:
"Overschakelen op Si3N4 DBC met Ag-sinter stabiliseerde onze modules bij frequente belastingscycli. De thermische prestaties verbeterden zonder dat dit ten koste ging van de mechanische robuustheid." - Hoofd engineering, OEM van industriële aandrijvingen voor textiel- en staalfabrieken

Toekomstige innovaties en markttrends

• Geavanceerde composietspreiders met anisotrope geleiding voor verbeterde laterale warmtespreiding en lager gewicht
• Dikker koper met spanningsarm patroon voor stroompieken in MV-toepassingen
• Ingebedde temperatuurdetectie in substraten voor real-time knooppuntschatting en voorspellend onderhoud
• Lokale assemblage- en testmogelijkheden ter ondersteuning van de Pakistaanse >5 GW MV PV-expansie en ongeveer USD 500 miljoen omvormermarkt

Veelgestelde vragen en antwoorden van experts

• Wanneer moet ik Si3N4 boven AlN kiezen?
  Kies Si3N4 voor superieure cyclusbestendigheid en mechanische betrouwbaarheid; kies AlN voor maximale thermische geleiding en de meest compacte module footprints.
• In hoeverre kunnen substraten de efficiëntie beïnvloeden?
  Het verlagen van de thermische weerstand verlaagt de junctietemperatuur, waardoor de geleidings- en schakelverliezen afnemen en de ≥98,5% efficiëntiedoelstellingen van de omvormer worden gehaald.
• Welke warmteverspreider is het beste voor MV SiC modules?
  CuMo of CuW bieden een goede CTE-regeling en stijfheid; grafietcomposieten verminderen gewicht en bieden een hoge geleidbaarheid in het vlak - te valideren met FEA- en vlakheidsspecificaties.
• Zijn deze substraten compatibel met Ag-sinter en gebruik bij hoge temperaturen?
  Ja. DBC/AMB Si3N4 en AlN met de juiste afwerkingen worden veel gebruikt met Ag-sinter en ondersteunen junctiewerking tot +175°C.
• Welke invloed hebben stof en hoge omgevingstemperaturen op de keuze van het substraat?
  Ze beïnvloeden voornamelijk de koeling. Houd bij robuuste substraten en spreiders de thermische marges in stand door de juiste TIM-selectie en stofbestendige koudeplaten of warmtewisselaars.

Waarom deze oplossing werkt voor uw activiteiten

Geoptimaliseerde keramische substraten en integratie van warmteverspreiders zetten de mogelijkheden van SiC-apparaten om in voordelen op systeemniveau: lagere junctietemperaturen, hogere efficiëntie en compacte, robuuste modules die geschikt zijn voor de hete, stoffige industriële omgevingen van Pakistan. Of u nu prioriteit geeft aan maximale thermische geleidbaarheid (AlN) of cyclusbestendigheid (Si3N4), de juiste substraatopbouw maakt tot 2× vermogensdichtheid, ≥98,5% efficiëntie en lange levensduur mogelijk voor MV PV, textiel, cement en staaltoepassingen.

Neem contact op met specialisten voor oplossingen op maat

Verbeter de verpakking van uw modules met materialen die zijn ontworpen voor prestaties en betrouwbaarheid:

• meer dan 10 jaar SiC-productie-expertise en knowhow op het gebied van verpakking
• Steun van een toonaangevend onderzoeksecosysteem dat innovatie stimuleert in keramiek, metallisatie en warmteverspreiding
• Ontwikkeling op maat voor R-SiC, SSiC, RBSiC en SiSiC-componenten voor thermische en structurele integratie
• Diensten voor technologieoverdracht en fabrieksvestiging voor lokale substraat-naar-module assemblage
• Kant-en-klare oplossingen voor materialen, apparaten, verpakking, koeling en kwalificatie
• Track record met 19+ ondernemingen voor efficiëntiewinst en langere levensduur

Vraag een gratis adviesgesprek aan en een op maat gemaakte aanbeveling voor substraat/spreidstapel:

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

Zorg nu voor ontwikkelings- en productieslots voor 2025-2026 om de uitrol van MV-omvormers en industriële aandrijvingen af te stemmen en de time-to-market te verkorten.

Artikelmetadata

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