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 au sujet des matériaux destinés à relever certains défis liés à l'e-mobilité et aux véhicules électriques. Notre discussion s'est concentrée sur le frittage d'argent sous pression et son utilisation dans les applications de véhicules électriques, en particulier pour la fixation à l'intérieur des modules d'alimentation utilisés dans l'assemblage de l'onduleur. L'épisode du podcast est disponible sur le site web de 3D InCites via ce lien.
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L'e-mobilité est un marché passionnant qui connaît une croissance rapide. De nombreux nouveaux constructeurs automobiles commercialisent des véhicules électriques aujourd'hui et dans les années à venir. Par ailleurs, de nombreux constructeurs de véhicules à moteur à combustion interne établis de longue date ont déclaré que leur avenir serait électrique. L'un des obstacles potentiels (jeu de mots) à l'adoption généralisée des véhicules électriques à batterie est l'"angoisse de l'autonomie", la crainte de voir la batterie se vider en cours de route et le temps qu'il faudrait alors 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 actionner 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 dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite tels que les MOSFET SiC remplacent les IGBT Si traditionnels en raison de leur conductivité thermique plus élevée et de leur capacité à fonctionner à des températures plus élevées sans perte de performance (moins de refroidissement nécessaire). Ces dispositifs sont capables de fournir des puissances de sortie plus élevées pour la même taille, ou une empreinte plus petite pour des puissances nominales similaires. Ce sont également des dispositifs à commutation plus rapide, ce qui signifie une plus grande efficacité et une charge plus rapide.
Fig.1 - Exemple d'un module de puissance fritté pour une application d'onduleur EV
Pour que les avantages des MOSFET SiC soient pleinement exploités, le matériau de fixation doit également répondre aux exigences du système ; c'est là que l'argent fritté sous pression entre en jeu. Le frittage d'argent sous pression est généralement réalisé à des températures d'environ 250°C. Cependant, la température de fusion de l'argent est de 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 présente également une conductivité thermique et électrique supérieure à celle de la soudure. Ces propriétés rendent les interconnexions frittées à l'argent plus efficaces, plus performantes en termes de dissipation de la chaleur et plus fiables que les soudures.
InFORCE™MF est une nouvelle pâte de frittage d'argent sous pression pour le die-attach dans les applications de modules de haute puissance. L'approche adoptée pour ce matériau est d'avoir une pâte avec une très forte teneur en métal, >90% en poids, une faible teneur en matières organiques, et une formulation optimisée pour l'impression. Cela offre un certain nombre d'avantages liés au processus, tels qu'une excellente impression, un pré-séchage rapide, moins de perte de matériau pendant le frittage et une épaisseur constante de la ligne de liaison. Une moindre teneur en matières organiques signifie qu'il faut appliquer moins de matériau pour atteindre l'épaisseur cible après le frittage, étant donné qu'une quantité moindre du dépôt d'origine est brûlée. Le tableau ci-dessous montre une approximation de la relation entre le pourcentage de charge métallique en poids et la teneur en matières organiques en volume.
Fig. 2 - Charge en métal Ag en % du poids par rapport au "contenu non-Ag" en volume
Indium Corporation dispose d'une gamme de pâtes de frittage à base d'argent et de cuivre pour les applications avec ou 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 l'adresse [email protected].
