Una discusión con 3D InCites sobre los retos de la movilidad eléctrica

El mes pasado en la feria IMAPS en Boston, Sze Pei Lim y yo tuvimos la oportunidad de conversar con Francoise von Trapp de 3D InCites sobre materiales destinados a abordar ciertos desafíos relacionados con la movilidad eléctrica y los vehículos eléctricos. Nuestra conversación se centró en gran medida en la sinterización de plata a presión y su uso en aplicaciones de vehículos eléctricos, específicamente para la fijación de dado dentro de los módulos de potencia que se usan en el ensamblaje del inversor. Pueden encontrar el episodio del podcast en el sitio web de 3D InCites a través de este enlace.

https://www.buzzsprout.com/1731672/11613361

La movilidad eléctrica es un mercado emocionante y en rápido crecimiento. Muchos fabricantes de automóviles nuevos están lanzando vehículos eléctricos al mercado ahora y los lanzarán en los próximos años. Además, muchos fabricantes de vehículos con motores de combustión interna establecidos desde hace mucho tiempo han declarado que su futuro será eléctrico. Un posible obstáculo (juego de palabras) a la adopción generalizada de vehículos eléctricos con batería es la "ansiedad por la autonomía", el miedo a que la batería se agote a mitad del viaje además del tiempo que tomará recargar su automóvil. En los vehículos eléctricos de batería, es el inversor el que extrae el voltaje de CC de la batería y lo convierte en voltaje de CA para impulsar los motores que mueven el vehículo. El encapsulado y ensamblaje de módulos de potencia está evolucionando para adaptarse a los requisitos de esta aplicación emergente. Los dispositivos semiconductores de banda ancha, como los SiC MOSFET, reemplazan a los IGBT de Si tradicionales debido a que tienen una conductividad térmica más alta y pueden operar a temperaturas más altas sin pérdida de rendimiento (requieren menos enfriamiento). Estos dispositivos son capaces de brindar potencias de salida más altas para el mismo tamaño, o con una huella más pequeña para clasificaciones de potencia similares. También son dispositivos de conmutación más rápida, lo que significa más eficiencia y una carga más rápida.

Fig.1 – Ejemplo de un módulo de potencia sinterizado para una aplicación de inversor en un VE

Para obtener todos los beneficios de los SiC MOSFET, el material de fijación de dado también debe cumplir con las demandas del sistema; aquí es donde entra la plata sinterizada a presión. La fijación de dado con sinterización de plata a presión se realiza normalmente a temperaturas de alrededor de 250 °C. Sin embargo, la temperatura de fusión de la plata es de 961 °C, lo que significa que puede manejar sin preocupaciones temperaturas de funcionamiento muy por encima del punto de fusión de las soldaduras. Una interconexión sinterizada a presión también tiene una mayor conductividad térmica y eléctrica comparada con la soldadura. Estas propiedades hacen que una interconexión de fijación de dado sinterizada de plata sea más eficiente, más efectiva en la disipación de calor y más confiable que la soldadura.

InFORCE™MF es una nueva pasta de plata sinterizada a presión para fijación de dado en aplicaciones en módulos de alta potencia. El enfoque adoptado para este material es tener una pasta con un contenido de metal muy alto, > 90 % del peso, bajo contenido orgánico y una formulación optimizada para la impresión. Esto ofrece una serie de beneficios relacionados con el proceso, como una excelente impresión, un presecado rápido, menos pérdida de material durante la sinterización y un espesor uniforme de la línea de unión. Un menor contenido orgánico significa que se necesita aplicar menos material para lograr un espesor objetivo posterior al sinterizado, ya que se quema menos cantidad del depósito original. El siguiente gráfico muestra una aproximación de la relación entre el % de carga de metal por peso y el contenido orgánico por volumen.

Fig. 2 – Carga de metal Ag en % de peso vs. “contenido no Ag” por volumen

Indium Corporation tiene una gama de pastas de plata y cobre sinterizados para aplicaciones con y sin presión. Si desea obtener más información sobre la sinterización y los materiales de sinterización de Indium Corporation, no dude en comunicarse conmigo en dpayne@indium.com