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Resolviendo los desafíos de la disipación de calor — Sustratos de nitruro de silicio de alta conductividad térmica para módulos IGBT

2025-11-12

En los vehículos eléctricos modernos, la tracción ferroviaria y los accionamientos industriales, los módulos de potencia IGBT a menudo sufren sobrecalentamiento, deslaminación y fallas por fatiga debido a las altas cargas térmicas. Los sustratos tradicionales de alúmina o nitruro de aluminio no pueden equilibrar la conductividad térmica y la tenacidad mecánica, lo que lleva a una vida útil reducida.
El sustrato cerámico de nitruro de silicio de alta conductividad térmica proporciona una solución óptima con una conductividad térmica de 90–100 W/m·K, una resistencia a la flexión superior a 600 MPa y un coeficiente de expansión térmica de 2,8–3,2×10⁻⁶/K, que coincide perfectamente con los chips de silicio para minimizar la tensión térmica.

También presenta un excelente aislamiento eléctrico (>20 kV/mm) y una baja pérdida dieléctrica (<0,001), lo que garantiza un funcionamiento seguro a alta tensión y frecuencia. Al adoptar la metalización DBC o AMB, los sustratos de Si₃N₄ logran una unión eficiente con el cobre, optimizando la disipación de calor y la fiabilidad.
En los módulos de potencia IGBT y SiC, este sustrato reduce la temperatura de la unión en 15–20 °C y extiende la vida útil del módulo hasta 3 veces, lo que lo convierte en la opción preferida para los inversores de potencia de vehículos eléctricos, trenes de alta velocidad, convertidores de energía renovable y redes inteligentes.
Las cerámicas de Si₃N₄ representan la próxima generación de materiales de embalaje para electrónica de potencia, ofreciendo un rendimiento, durabilidad y eficiencia energética superiores bajo ciclos térmicos extremos.

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