El mes pasado, en la feria IMAPS de Boston, Sze Pei Lim y yo tuvimos la oportunidad de charlar con Françoise von Trapp, de 3D InCites, sobre materiales destinados a afrontar ciertos retos relacionados con la movilidad eléctrica y los vehículos eléctricos. Nuestro debate se centró en gran medida en la sinterización de plata a presión y su uso en aplicaciones de vehículos eléctricos, en concreto para la fijación de troqueles dentro de módulos de potencia utilizados en el ensamblaje del inversor. El episodio del podcast puede encontrarse en el sitio web de 3D InCites a través de este enlace.
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La movilidad eléctrica es un mercado apasionante y de rápido crecimiento. Muchos fabricantes de coches nuevos están sacando al mercado vehículos eléctricos ahora y en los próximos años. Además, muchos fabricantes de vehículos con motor de combustión interna han declarado que su futuro será eléctrico. Un posible obstáculo para la adopción generalizada de los vehículos eléctricos de batería es la "ansiedad por la autonomía", es decir, el miedo a quedarse sin batería en medio de un viaje y el tiempo que se tardaría en recargar el coche. En los vehículos eléctricos de batería, es el inversor el que extrae la tensión continua de la batería y la convierte en tensión alterna para accionar los motores que propulsan el vehículo. El embalaje y montaje de los módulos de potencia está evolucionando para adaptarse a los requisitos de esta aplicación emergente. Los dispositivos semiconductores de banda ancha, como los MOSFET de SiC, están sustituyendo a los tradicionales IGBT de Si debido a que tienen una mayor conductividad térmica y pueden funcionar a temperaturas más altas sin pérdida de rendimiento (requieren menos refrigeración). Estos dispositivos son capaces de producir mayores potencias con el mismo tamaño, o ocupan menos espacio con potencias similares. También son dispositivos de conmutación más rápida, lo que se traduce en una mayor eficiencia y una carga más rápida.
Fig.1 - Ejemplo de módulo de potencia sinterizado para un inversor de VE
Para aprovechar todas las ventajas de los MOSFET de SiC, el material de fijación de la matriz también debe satisfacer las exigencias del sistema; aquí es donde entra en juego la plata sinterizada a presión. La sinterización a presión de la plata se suele realizar a temperaturas de unos 250 °C. Sin embargo, la temperatura de fusión de la plata es muy baja. Sin embargo, la temperatura de fusión de la plata es de 961 °C, lo que significa que puede soportar sin problemas temperaturas de funcionamiento muy superiores al punto de fusión de las soldaduras. Una interconexión sinterizada a presión también tiene mayor conductividad térmica y eléctrica que la soldadura. Estas propiedades hacen que una interconexión de plata sinterizada sea más eficiente, más eficaz en la disipación del calor y más fiable que la soldadura.
InFORCE™MF es una nueva pasta sinterizada de plata a presión para la fijación de troqueles en aplicaciones de módulos de alta potencia. El enfoque adoptado para este material es disponer de una pasta con un contenido muy alto de metal, >90% en peso, bajo contenido orgánico y una formulación optimizada para la impresión. Esto ofrece una serie de ventajas relacionadas con el proceso, como una impresión excelente, un presecado rápido, menos pérdida de material durante la sinterización y un grosor uniforme de la línea de unión. Un menor contenido orgánico significa que es necesario aplicar menos material para conseguir el espesor deseado después de la sinterización, ya que se quema menos material del depósito original. El siguiente gráfico muestra una aproximación de la relación entre el % de carga metálica en peso y el contenido orgánico en volumen.
Fig. 2 - Carga de Ag metálico % en peso frente a "contenido no Ag" en volumen
Indium Corporation dispone de una gama de pastas sinterizadas de plata y cobre para aplicaciones con y sin presión. Si desea obtener más información sobre la sinterización y los materiales sinterizados de Indium Corporation, no dude en ponerse en contacto conmigo en [email protected].
