Pagrindiniai EV Power Electronics šilumos valdymo iššūkiai
EV galios elektronikos šiluminis valdymas jau seniai kelia didelių iššūkių. Ateityje vykstantis perėjimas nuo Si IGBT ir SiC MOSFET prie potencialiai GaN HEMT padidins sankryžos temperatūrą ir padidins EV maitinimo modulių tvirtinimo medžiagų poreikį.
Tradiciniuose Si IGBT galios moduliuose štampai pritvirtinamos medžiagos, pvz., Pb95Sn5 ir Pb92.5Sn5Ag2.5, sunkiai atitinka patikimumo reikalavimus, keliamus maitinimo įtaisų pakavimui aukštoje temperatūroje dėl šliaužimo ir nuovargio problemų.
Be to, medžiagos, tvirtinamos prie pagrindo, pvz., Sn96.5Ag3Cu0.5, kurių lydymosi temperatūra yra žemesnė nei lydmetalio, naudojamo štampui pritvirtinti, dar labiau riboja SiC galios modulių patikimumą, skirtą naudoti aukštoje temperatūroje. Šie iššūkiai skatina rinką ieškoti sidabrinių sukepinimo medžiagų, kurios gali apimti ir vario sukepinimo medžiagas, taip sumažindamos sąnaudas.
Nepaisant sąnaudų pranašumų, IDTechEx ataskaitoje „Elektromobilių galios elektronikos šilumos valdymas 2024–2034 m.: prognozės, technologijos, rinkos ir tendencijos“ nustatomos kliūtys, trukdančios plačiai komercializuoti vario sukepinimą, pvz., sudėtingos gamybos aplinkos dėl vario oksidacijos ar tolygiai. didesnes sąnaudas nei sidabro sukepinimas 2024 m. pradžioje dėl mažesnių komercializavimo mastų.
Įprastas štampavimo ir pagrindo tvirtinimo medžiagas paprastai sudaro litavimo lydiniai, kurių sukibimo linijos storis svyruoja nuo 50 iki 100 µm, kai tvirtinamas antgalis, ir nuo 100 iki 150 µm, kai tvirtinamas pagrindas.
Nepaisant patenkinamo našumo, IDTechEx vis labiau renkasi Ag sukepinimą, kurį skatina pagrindiniai automobiliai. OĮG kaip Tesla, BYD ir Hyundai. Palyginti su tradiciniais lydmetaliais, Ag sukepinimas pasižymi didesniu šilumos laidumu (nuo 200 iki 300 W/mK), o tai gali sumažinti šiluminę varžą nuo jungties iki korpuso daugiau nei 40%. Jis taip pat siūlo žymiai aukštesnes lydymosi temperatūras ir sumažintą elektrinę varžą.
Pritaikius SiC MOSFET, IDTechEx prognozuoja, kad Ag sukepinimas greitai užims beveik arba daugiau nei 50 % rinkos dalies tokiuose regionuose kaip Kinijasuteikdamas reikšmingas rinkos galimybes šiluminių medžiagų tiekėjams.
Daugeliui rinkoje esančio sukepinto Ag sukepinimo metu reikalingas slėgis, siekiant pagerinti sukibimo charakteristikas ir sumažinti poringumą, o tai žymiai sumažina sukepinimo laiką. Tačiau šis metodas turi trūkumų, įskaitant sumažėjusį išeigą ir kelių lustų sujungimo efektyvumą, ypač sudėtingos architektūros atveju.
Be to, tam taip pat reikalingi papildomi žingsniai ir mašinos, todėl išlaidos didesnės. Todėl gamintojai to vengia ir laukia, kol jų infrastruktūroje bus įdiegti nesudėtingi sprendimai: sukepinimas be slėgio. Sukepinimas be slėgio suteikia mažesnes kliūtis sąnaudoms ir privalumų sujungiant keletą lustų, tačiau yra patikimas tik paviršiams, kurių plotai nuo 4 iki 25 mm2.
IDTechExataskaitoje „Šiluminis valdymas EV Power Electronics 2024–2034 m.: prognozės, technologijos, rinkos ir tendencijos“ pateikiama daugiau informacijos apie sukepinimo be slėgio procesą.
Ag sukepinimo kaina gali labai skirtis atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip santykiai su klientais, užsakymų kiekis ir tiekėjai. Ag sukepintos pastos sąnaudos gali būti nuo penkių iki dešimties kartų didesnės nei lydmetalio lydinių.
Pavyzdžiui, IDTechEx sužinojo apie Japonijos įmonės sukurtą Ag sukepinimo pastą, kuri kainuoja apie 2–3 USD/g, nors ši kaina gali gerokai sumažėti, padidėjus kiekiui ir kitoms medžiagos savybėms.
Kitas tiekėjas teigia, kad jo sukepinto sidabro pasta kainuoja apie 1400 JAV dolerių už kilogramą. Apskritai, vadovaujamų pirmaujančių automobilių gamintojų, pastebima tendencija pakeisti lydmetalio lydinius Ag sukepinimo pastomis, sukuriant rinkos galimybių medžiagų tiekėjams.
Cu sukepinimas siūlomas kaip alternatyvus būdas sumažinti sąnaudų veiksnį. Palyginti su Ag sukepimu, Cu sukepinimo tikslas yra pasiūlyti panašų našumą mažesnėmis sąnaudomis. Tiekėjas informavo IDTechEx, kad Cu sukepinimo technologija gali kainuoti tik pusę pigiau nei Ag sukepinimo technologija.
Tačiau oksidacija tebėra svarbus Cu sukepinimo iššūkis. Todėl kontroliuojamos atmosferos ir redukuojančių tirpiklių / rišiklių derinys yra skirtas patikimų medžiagų gamybai. Cu sukepinimo pastos turi slėgio ir be slėgio variantus po N2 arba H2.
Tačiau tai kelia problemų apdorojimo metu, todėl kyla susirūpinimas dėl patikimumo.
IDTechEx nežino, kad 2024 m. pradžioje nė vienas automobilių gamintojas naudotų Cu sukepintas medžiagas, tačiau, atsižvelgiant į istorinį Ag sukepinimo priėmimo laiką, IDTechEx prognozuoja, kad didelio masto komercializacija įvyks per penkerius metus ir galbūt jau 2024 m. pabaigoje arba 2025 m. pradžioje.
IDTechEx „Šilumos valdymas EV Power Electronics 2024–2034“ apžvelgia Ag ir Cu sukepinimo technologijų rinkos galimybes, konkurencingą kraštovaizdį, tiekimo grandinesir pagrindiniai substrato tvirtinimo ir tvirtinimo štampai sektorių dalyviai.
