Aluminio nitruro zeramiken bi aplikazio-eremu nagusi energia-ibilgailu berrietan

Mikroelektronika teknologiaren aurrerapen azkarrarekin, sistema eta osagai elektronikoak miniaturizaziorantz jotzen ari dira, Arina diseinua, integrazioa, fidagarritasun handiagoa eta potentzia-irteera handiagoa. Gailuen konplexutasun gero eta handiagoak substratuen eta ontziratze-materialen bero-xahutzeari eskakizun handiagoak ezartzen dizkio. Ondorioz, aluminio nitrurozko (AlN) substratuak, eroankortasun termiko handiagatik ezagunak, "izar material" bihurtu dira bero-xahutze substratuen arloan. Energia-ibilgailu berrien sektorean, aluminio oxidozko substratuak ordezka ditzakete, aplikazio-aukera zabalak erakutsiz.

01 Aluminio nitruroaren aplikazioa energia berriko ibilgailuetan

AlN zeramikazko substratuak IGBTetarako
Energia berriko ibilgailuen "lau modernizazio berrien" olatuaren erdian, tentsio handiko eta potentzia handiko IGBT moduluen eskaria gero eta premiazkoago bihurtzen ari da. Tentsio handiko eta potentzia handiko IGBT moduluek oztopo tekniko handiak eta erronka handiak dituzte, beroa xahutzeko material bikainak, fidagarritasun handia eta korronte-garraiorako ahalmen handiagoa duten ontziratze-materialak behar baitituzte. Kobrezko zeramikazko substratuak, eroankortasun termiko bikaina dutenak, ezinbesteko material bihurtu dira potentzia-elektronika sektoreko potentzia-moduluen ontziratzean.

Zeramikazko kobrezko substratua
Iturria: Fuluowa

Al₂O₃ eta Si₃N₄ zeramikazko substratuekin alderatuta, AlN zeramikazko substratuek abantaila hauek eskaintzen dituzte: AlN zeramikazko substratuak txiparen euskarri gisa erabiltzeak txipa moduluaren beroa xahutzeko oinarri-plakatik isolatzen du. Tarteko AlN zeramikazko geruzak moduluaren isolamendu-gaitasuna hobetzen du modu eraginkorrean (zeramikazko geruzaren isolamendu-tentsioa >2.5 kV). Gainera, aluminio nitrurozko zeramikazko substratuek eroankortasun termiko bikaina dute, 170-260 W/m·K arteko eroankortasun termiko-koefizientearekin. Propietate bikain hauek aluminio nitrurozko kobrezko estaldura duten substratuak tentsio handiko IGBT moduluen ontziratzeko aukera hobetsia bihurtzen dituzte.

Gainera, AlN zeramikazko substratuek silizioaren antzeko hedapen termiko koefizientea dute, txipari tentsioaren kalteak eragotziz. Aluminio nitruro zeramikazko substratuen zuritze-erresistentzia 20 N/mm²-tik gorakoa da, propietate mekaniko bikainak, korrosioarekiko erresistentzia eta deformazio minimoa eskainiz. Tenperatura-tarte zabal batean erabil daitezke, eta horrela tentsio handiko IGBT moduluen fidagarritasuna hobetzen da.

Aluminio nitruroa LED faroetarako
Automobilentzako LED faroen funtzionamendu-tenperatura oso altua da. Beroa ezin bada berehala xahutu, distiraren ahultzea bizkortuko du. Kasu horietan, LED beroa xahutzeko substratuaren errendimendua kritikoa bihurtzen da. Aluminio nitrurozko zeramikazko substratuak, eroankortasun termiko handia, isolamendu bikaina eta LED txipekin hobeto egokitzen diren hedapen termikoko koefizientea dutenez, aukera aproposa dira potentzia handiko faroetarako. Gainera, aluminio nitrurozko zeramikazko substratuen aplikazioak automobiletan faroetatik haratago doaz, hainbat sentsore eta potentzia handiko modulu barne hartzen baititu ibilgailu adimendunetarako, etorkizun oso itxaropentsua adieraziz.

Iturria: pixabay

02 AlN zeramiken errendimendu handiko gakoa hautsaren prestaketan datza
Aluminio nitruro hautsaren prestaketa teknologiak honako hauetan sailka daitezke: nitridazio zuzena, karbotermizazioa, tenperatura altuko sintesi autohedatzailea (SHS), plasma metodoak, lurrun kimikoaren deposizioa, disoluzio metodoak eta energia handiko bola-fresaketa.

Aluminio nitruro hautsa prestatzeko metodo ohikoenak
Horien artean, karbotermikoaren murrizketa da nagusi, ia % 50arekin, eta ondoren nitridazio zuzena eta auto-hedapen metodoak datoz, % 26 eta % 12rekin, hurrenez hurren. Hiru metodo hauek ere eskala industrialean aplikatu dira. Nahiko helduak dira, ekipamendu sinpleagoa behar dute eta purutasun handiko produktuak ematen dituzte. Hala ere, prozesu hauetan parte hartzen duten formulazioak eta urratsak konplexuak dira, energia-kontsumoa handia da eta segurtasun-arrisku batzuk daude, eta horiek guztiek aluminio nitruroaren eskala handiko aplikazio komertziala mugatzen dute.

Bada aldea aluminio nitruro hautsaren prestaketa teknologia nazionalen eta nazioarteko estandarren artean kalitate handiari dagokionez, bai kalitateari bai egonkortasunari dagokionez. Gaur egun, aluminio nitruro hautsaren merkatu globala batez ere Japoniako Tokuyama (AlN hauts puruaren merkatu globalaren % 75 duena), Toyo Aluminium, Alemaniako Starck eta AEBetako DOW Chemical bezalako enpresek hornitzen dute, produktuaren purutasuna % 99,9ra iristen delarik. Barne mailan, oso enpresa gutxi daude hauts formulatu kalitate handikoak masan ekoizteko gai direnak (gaur egun, bi enpresa hauts formulatuak sartzeko fasean sartu dira).

03 Inportazioen ordezkapen potentzial nabarmenarekin, bertako AlN industriaren garapen azkarra
Erdieroaleen eta energia berrien industrien garapenarekin, gero eta eskaera handiagoa dago potentzia handiko elektronikako txipen, txip optikoen eta abarren ontziratzean beroa xahutzeko. Zeramikazko substratuak aluminio oxidotik aluminio nitrurora eboluzionatzen ari dira eta Silizio nitruroaBertako enpresek merkatu-kuota nahiko baxua badute ere, etorkizunean inportazioak ordezkatzeko potentzial handia dagoela adierazten du horrek.

Gaur egun, mundu mailako ekoizpena Aluminio nitruro substratuak fabrikatzaile gutxi batzuek menderatzen dute, Japonia esportatzaile handiena izanik. Fabrikatzaile nagusien artean Maruwa eta Kyocera daude. Aluminio nitruro substratuak fabrikatzeko tenperatura altuko sinterizazio labeak behar dira, eta hasieran Japoniatik inportatu behar ziren, unitate bakoitzeko 6 milioi RMB arteko kostuarekin. 2015era arte ez ziren lortu bertako teknologia aurrerapenak. Gaur egun, hainbat enpresa nazional sortu dira aluminio nitruro substratuen ekoizpen gaitasun handiak dituztenak, eta enpresa nagusiek hilean 500.000 pieza baino gehiagoko gaitasuna lortzen dute, pixkanaka Japoniako Maruwaren mailara hurbilduz. Kalitate handiko aluminio nitruro substratuen ekoizpen gaitasunaren etengabeko hobekuntzarekin, inportatutako errendimendu handiko zeramikazko substratuen menpekotasuna epe luzera aldatzea espero da.

Aluminio nitrurozko zeramikazko substratuen merkatuaren egungo tamaina mila milioi RMB ingurukoa da. 2019tik 2022ra, aluminio nitrurozko zeramikazko substratuen merkatuaren urteko hazkunde-tasa konposatuak % 20 gainditu zuen. Zirkuitu integratu handiak, IGBTak, mikrouhin-komunikazioak, automobilgintzako elektronika eta irudi-sentsazioa bezalako sektoreen garapen azkarrarekin, gailu elektronikoen potentzia gero eta handiagoarekin batera, aluminio nitruroaren aplikazio-eremua are gehiago zabalduko da. Industriako adituen arabera, aluminio nitrurozko zeramikazko substratuen merkatuaren hazkunde-tasa % 20tik gorakoa izatea espero da datozen urteetan. Hazkunde-tasa horretan, aluminio nitrurozko zeramikazko substratuen merkatuaren tamaina 2 mila milioi RMBra iristea aurreikusten da 2026rako.