Ag sukepinimo ir Cu sukepinimo iškilimas
Elektromobilių (EV) galios elektronikoje keičiantis nuo Si IGBT prie SiC MOSFET, tikimasi, kad sankryžos temperatūra padidės nuo 150 °C iki 175 °C, o tai gali viršyti 200 °C. Tai kelia didelių iššūkių šilumos valdymui.
Tvirtinimo ir pagrindo medžiagos vaidina svarbų vaidmenį efektyviame šilumos valdyme. IDTechEx pastebėjo daugelio pirmaujančių automobilių originalios įrangos gamintojų perėjimą nuo tradicinių litavimo lydinių prie Ag sukepinimo (OĮG).
„IDTechEx“ ataskaita „2024–2034 m. EV Power Electronics šilumos valdymas: prognozės, technologijos, rinkos ir tendencijos“, apibendrina svarbius štampavimo ir pagrindo tvirtinimo technologijų pokyčius, taip pat komercinį šių technologijų planą.
Montuojamųjų medžiagų iššūkiai
Tradicinės štampavimo ir pagrindo tvirtinimo medžiagos yra litavimo lydiniai (eutektinis ir minkštasis litavimas), elektrai laidūs klijai (ECA), kurių pagrindą sudaro polimerai (paprastai silikonas arba akrilas) ir daugelis kitų. Įprastą EV galios elektronikos arba puslaidininkių paketą sudaro įvairios medžiagos, turinčios skirtingas mechanines savybes.
Ilgalaikio patikimumo požiūriu, gretimų medžiagų, tokių kaip štampai, tvirtinimo detalės ir substratas, šiluminio plėtimosi koeficiento (CTE) skirtumas yra vienas iš labiausiai ribojančių veiksnių, nes energijos tiekimo metu jis sukelia termomechaninius įtempimus. pakuotės gamybos arba eksploatavimo sąlygomis, dėl kurių pakuotė susidėvi.
Termomechaninė deformacija gali būti susijusi su deformacijomis ir dėl to atsirandančiais mechaniniais įtempiais vietinių ar visuotinių temperatūros pokyčių metu. Temperatūros pokyčiai dažniausiai patiriami gaminant ar pakuojant prietaisą, pvz., garų nusodinimo ir litavimo metu, ir darbo sąlygomis, pvz., perjungimo operacijomis ir pasaulinės aplinkos temperatūros pokyčiais.
Ag sukepinimo iškilimas
Dėl didėjančios sankryžos temperatūros keli pirmaujantys originalios įrangos gamintojai, įskaitant Tesla, VW ir BYD, perėjo nuo litavimo lydinių prie Ag sukepinimo technologijų. Ag sukepinimas turi daug privalumų, pavyzdžiui, elgiasi kaip biri medžiaga ir užtikrina aukštą lydymosi temperatūrą. Jo CTE taip pat panašus į vario (17,5).
Sukepinta akyta Ag jungties linija užtikrina aukštą šilumos laidumą (200–300 W/mK), išlaikant ploną sukibimo liniją (20–30 μm, o kartais net 10 μm). Vadinasi, ši technologija efektyviai sumažina bendrą šiluminę varžą.
Tačiau Ag sukepinimas taip pat kelia tam tikrų iššūkių. Vienas svarbus iššūkis yra užtikrinti aukštą šlyties stiprumą. Ankstyvosios Ag sukepinimo versijos buvo optimaliai atliktos ant Ag metalizuotų paviršių, o daugelis tiesioginio surišimo vario (DBC) substratų naudoja Cu kaip metalizacijos sluoksnį.
Tačiau formuluočių ir sukepinimo procedūrų pažanga (pvz., N2 aplinkos) turi geresnį suderinamumą su neapdoroto vario paviršiais.
Sukepinimo laikas paprastai yra ilgas, net ir naudojant slėgį. Naujausi patobulinimai, tokie kaip nano rašalai ir sausos plėvelės perkėlimo būdai, sumažino sukepinimo laiką iki dviejų ar penkių minučių ir sutrumpino išankstinio džiovinimo laiką. Šiems patobulinimams taip pat reikalingas tik nedidelis slėgis (gerokai mažesnis nei 30 MPa), todėl jie tinkami naudoti su itin plonais štampais.
Nepaisant augančio Ag sukepinimo technologijos populiarumo, IDTechEx iš vieno iš pirmaujančių puslaidininkių tiekėjų sužinojo, kad kai kuriems savo gaminiams planuoja naudoti tradicinius litavimo lydinius, o ne sukepinti.
Atsižvelgdama į didesnes Ag sukepinimo išlaidas, palyginti su litavimo lydiniais, IDTechEx mano, kad Ag sukepinimas bus naudojamas pirmaujančių automobilių vidutinės ir aukštos klasės transporto priemonėse. OĮG. Priešingai, žemos klasės transporto priemonėse ir toliau bus naudojami tradiciniai lydmetaliai.
Ag sukepinimo kaštai gali labai skirtis priklausomai nuo tiekėjų, apimties, santykių su klientais ir kitų veiksnių. Tiekėjas pranešė, kad jo medžiagų sąnaudos yra apie 2 USD/g. „IDTechEx“ ataskaitoje „2024–2034 m. EV Power Electronics šiluminis valdymas: prognozės, technologijos, rinkos ir tendencijos“ pateikiama daugiau informacijos apie išlaidas.
Naujas Cu sukepinimas
Panašiai kaip Ag sukepinimas, Cu sukepinimo pastos yra skirtingos versijos, tiek suslėgtos, tiek be slėgio, skirtingose dujinėse aplinkose. Yra slėgio ir be slėgio variantai pagal N2 arba H2. Cu sukepinimas teoriškai gali sušvelninti brangias Ag sukepinimo problemas. Pirmaujantis tiekėjas pranešė, kad Cu sukepinimas kainuoja tik pusę Ag sukepinimo.
Nuo 2024 m. IDTechEx nematė didelio masto Cu sukepinimo technologijų pritaikymo EV galios elektronikoje, nes Cu sukepinimas yra daug sunkesnis procesas, daugiausia dėl vario oksidacijos, mažinančios jungties efektyvumą.
Nors varis gali pasiūlyti mažesnes sąnaudas ilguoju laikotarpiu, nes šiuo metu jis yra ankstyvoje kūrimo stadijoje, vario sukepinimo pastos kaina yra panaši arba net didesnė nei sidabro sukepinimo pastos. Tačiau kelios įmonės (pvz., VW) jau išbando Cu sukepinimą. Nepaisant neaiškios laiko juostos, IDTechEx mano, kad vario sukepinimas gali būti priimtas 2024 m. pabaigoje arba 2025 m. pradžioje ar viduryje.
Santrauka
„IDTechEx“ tvirtina, kad tvirtinimo štampavimo technologijų naujovės yra labai svarbios norint užtikrinti veiksmingą elektromobilių galios elektronikos šilumos valdymą. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad automobilių pramonė yra jautri sąnaudoms, Ag ir Cu sukepinimo technologijų pritaikymo rodikliams didelę įtaką daro jų sąnaudos.
Nuo 2024 m. pirmaujantys automobilių originalios įrangos gamintojai, tokie kaip Tesla, Hyundai, VW ir BYD, jau pradėjo taikyti Ag sukepinimą. Tobulėjant Cu sukepinimo technologijoms, IDTechEx stebėjo kelis vykdomus bandomuosius projektus, o tai rodo, kad komercinis Cu sukepinimo pritaikymas galėtų prasidėti jau 2024 m.
IDTechEx projektų, kad iki 2034 m. Ag sukepinimas užims maždaug pusę rinkos, nors tradiciniai lydmetalio lydiniai ir toliau bus naudojami.
