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Substrati ceramici in nitruro di alluminio (AlN) per un raffreddamento efficiente dei moduli IGBT

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Substrati ceramici al nitruro di alluminio

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Dietro il movimento rapido dei veicoli elettrici, il funzionamento delle centrali fotovoltaiche e il controllo preciso delle linee di produzione industriali, c'è un componente di potenza comune: il modulo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Converte la corrente continua in corrente alternata, regola con precisione la velocità e la coppia del motore, controlla in modo efficiente gli interruttori di potenza e completa la conversione e la regolazione dell'energia elettrica. È il "cuore" dei dispositivi elettronici di potenza.

Poiché l'industria migliora continuamente le prestazioni e l'efficienza dei sistemi, i moduli IGBT si stanno evolvendo verso una maggiore densità di potenza, dimensioni più ridotte e maggiore affidabilità, per soddisfare le esigenze di leggerezza dei veicoli elettrici, di elevata potenza, di funzionamento efficiente degli inverter per nuove energie, nonché di lunga durata ed elevata affidabilità delle apparecchiature industriali di conversione di frequenza. In queste applicazioni ad alta potenza ed elevato carico termico, lo scarico sicuro ed efficiente del calore generato dal chip è diventato una sfida importante nella progettazione dei moduli.

La risposta è in gran parte nascosta in un componente apparentemente insignificante del modulo: la piastra di base. Non si tratta di una normale piastra metallica, ma di un componente preciso costituito da una struttura composita di rame-ceramica-rame. Il substrato dei moduli IGBT è tradizionalmente costituito da materiali ceramici. Per i moduli a bassa potenza si usa comunemente l'ossido di alluminio, che è conveniente e ha processi di produzione maturi. Tuttavia, nelle applicazioni ad alta potenza e ad alta affidabilità, il nitruro di alluminio è emerso come il materiale chiave per i moderni substrati IGBT, grazie alla sua elevata conduttività termica e alle eccellenti proprietà isolanti.