Une discussion avec 3D InCites sur les défis de l'électromobilité

Le mois dernier, lors du salon IMAPS à Boston, Sze Pei Lim et moi-même avons eu l'occasion de discuter avec Françoise von Trapp de 3D InCites à propos des matériaux destinés à relever certains défis liés à l'électromobilité et aux véhicules électriques. Notre discussion s'est largement concentrée sur le frittage d'argent sous pression et son utilisation dans les applications des véhicules électriques, en particulier pour la fixation de puces dans les modules de puissance utilisés dans l'ensemble onduleur. L'épisode du podcast est disponible sur le site Web de 3D InCites via ce lien.

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

L'électromobilité est un marché passionnant qui connaît une croissance rapide. De nombreux constructeurs automobiles lancent des véhicules électriques sur le marché aujourd'hui et dans les années à venir. De même, de nombreux constructeurs de véhicules à moteur à combustion interne établis de longue date ont déclaré que leur avenir passerait par l'électrique. L'un des obstacles potentiels (jeu de mots) à l'adoption généralisée des véhicules électriques à batterie est l'"angoisse de l'autonomie", c'est-à-dire la crainte de voir la batterie se décharger à mi-parcours, et le temps qu'il faudrait ensuite pour recharger la voiture. Dans les véhicules électriques à batterie, c'est l'onduleur qui tire la tension continue de la batterie et la convertit en tension alternative pour alimenter les moteurs qui propulsent le véhicule. Le conditionnement et l'assemblage des modules de puissance évoluent pour répondre aux exigences de cette application émergente. Les semiconducteurs à large écart énergétique, tels que les SiC MOSFET, remplacent les traditionnels Si IGBT, car ils ont une meilleure conductivité thermique et peuvent fonctionner à des températures plus élevées sans perte de performance (ils nécessitent moins de refroidissement). Ces appareils sont capables de délivrer des puissances plus élevées pour la même taille, ou un encombrement plus faible pour des puissances nominales similaires. Ce sont également des appareils à commutation plus rapide, ce qui signifie un meilleur rendement et une charge plus rapide.

Fig.1 – Exemple d'un module de puissance fritté pour une application d'onduleur de VE

Pour que les avantages des MOSFET SiC soient pleinement exploités, le matériau de fixation de puces doit également répondre aux exigences du système ; c'est ici qu'intervient l'argent fritté sous pression. La fixation de puce à l'aide l'argent fritté sous pression se fait généralement à des températures d'environ 250 °C. Cependant, la température de fusion de l'argent est 961 °C, ce qui signifie qu'il peut supporter sans problème des températures de fonctionnement bien supérieures au point de fusion des soudures. Une interconnexion frittée sous pression a également une conductivité thermique et électrique supérieure à celle de la soudure. Ces propriétés rendent une interconnexion à l'argent fritté sous pression plus performante, plus efficace pour la dissipation de la chaleur et plus fiable que la soudure.

InFORCE™MF est une nouvelle crème à base d'argent fritté sous pression pour la fixation de puces dans les applications de modules haute puissance. L'approche adoptée pour ce matériau est d'avoir une crème comportant une très haute teneur en métal, > 90 % en poids, une faible teneur en matières organiques, et une formulation optimisée pour l'impression. Cette approche offre un certain nombre d'avantages liés au processus, tels qu'une excellente impression, un pré-séchage rapide, une perte de matériau moindre pendant le frittage et une épaisseur constante de la ligne de contact. Une teneur moindre en matières organiques signifie qu'il faut appliquer moins de matériau pour atteindre une épaisseur cible après frittage, car une quantité moindre du dépôt d'origine est brûlée. Le tableau ci-dessous montre une approximation de la relation entre la charge métallique en % du poids et la teneur en matières organiques en volume.

Fig. 2 – Charge d'Ag métallique en % du poids vs. "teneur en non Ag" en volume

Indium Corporation a une gamme de crèmes à l'argent et au cuivre frittés pour les applications sous pression et sans pression. Si vous souhaitez en savoir plus sur le frittage et les matériaux de frittage d'Indium Corporation, n'hésitez pas à me contacter à dpayne@indium.com.