SAM presenta el nitruro de boro hexagonal de gran pureza para la gestión térmica de la electrónica de potencia

Introducción

Stanford Advanced Materials (SAM), un nombre de confianza en cerámicas avanzadas y materiales de ingeniería, se complace en destacar el creciente éxito de su nitruro de boro hexagonal (h-BN) de alta pureza para resolver los retos de la gestión térmica en sistemas electrónicos de alto voltaje. El material está ganando atención como solución fiable para aplicaciones exigentes en vehículos eléctricos, dispositivos semiconductores y módulos de potencia.

El Dr. Samuel R. Matthews, Director de Materiales de SAM, explica,
"El nitruro de boro hexagonal ofrece una rara combinación de conductividad térmica y aislamiento eléctrico, lo que lo hace ideal para la electrónica de potencia de próxima generación. En un caso reciente, un cliente global consiguió un aumento del 40% en la eficiencia de disipación del calor tras integrar nuestras láminas de BN. Este es exactamente el tipo de ventaja en rendimiento y sostenibilidad que SAM se compromete a ofrecer".

Caso práctico: Gestión térmica en electrónica de potencia con nitruro de boro hexagonal

--El reto de la gestión térmica

Un fabricante mundial de módulos de potencia de carburo de silicio (SiC) se dirigió a SAM con un problema crítico: sus materiales de interfaz térmica existentes estaban fallando en aplicaciones de alta temperatura. Los módulos, diseñados para inversores de vehículos eléctricos y accionamientos de motores industriales, funcionaban regularmente por encima de los 300 °C. En estas condiciones, el cliente observó

• Rápida degradación de los materiales de la interfaz térmica
• Aislamiento dieléctrico inadecuado a tensiones superiores a 3.000 V
• Deslaminación y deformación de las pilas de sustratos cerámicos.
• Reducción de la eficacia de la disipación térmica, provocando un sobrecalentamiento local.

Su equipo de ingenieros buscaba un material que proporcionara una conductividad térmica y un aislamiento eléctrico elevados, con un rendimiento estable hasta al menos 900 °C en el aire. El material también debía estar disponible en láminas de 50 mm × 50 mm × 1 mm, con una tolerancia dimensional ajustada y la posibilidad de mecanizarlo para diseños de módulos personalizados.

[1]

--La solución de SAM: Nitruro de boro hexagonal de grado A

Tras analizar los requisitos de la aplicación, Stanford Advanced Materials recomendó su lámina de nitruro de boro hexagonal de grado A, una cerámica de gran pureza diseñada para condiciones térmicas y eléctricas extremas. A diferencia de los materiales de interfaz tradicionales, el h-BN ofrece una combinación poco común de conductividad térmica y resistividad eléctrica, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alto voltaje.

Estas son las especificaciones del producto:

SAM también proporcionó soporte de mecanizado a medida y embalaje sellado al vacío para garantizar la integridad del material durante el envío y el almacenamiento.

--Implementación y resultados

El fabricante integró las láminas de h-BN en el conjunto de su módulo de potencia, utilizándolas como capas de interfaz térmica entre los chips de SiC y los dispersores térmicos de cobre. Las pruebas posteriores a la implantación y los datos de campo demostraron mejoras inmediatas:

• Un aumento del 40% en la eficiencia de disipación térmica en comparación con el material de interfaz anterior.
• Una reducción de 20 °C en las temperaturas máximas de los puntos calientes a plena carga
• Cero ruptura dieléctrica tras 1.000 ciclos térmicos entre 25 °C y 300 °C
• Planitud constante de la chapa con un margen de ±0,02 mm, lo que elimina las tensiones mecánicas durante la unión.
• Menor tiempo de integración gracias a su excelente maquinabilidad

Tras estos resultados, el cliente pasó toda su línea de módulos de SiC de alto voltaje a la solución de h-BN de SAMe inició una segunda fase de evaluación de materiales para revestimientos de h-BN en otros componentes térmicamente críticos.

¿Qué es el nitruro de boro hexagonal?

Elnitruro de boro hexagonal (h-BN) es un compuesto cerámico sintético con una estructura similar a la del grafito. Sin embargo, a diferencia del grafito, que es conductor de la electricidad, el nitruro de boro hexagonal es un excelente aislante eléctrico. Esta diferencia fundamental confiere al h-BN un perfil único: combina una elevada conductividad térmica con resistividad eléctrica, dos características que raramente se encuentran juntas en un mismo material.

Sus formas de alta pureza, especialmente las que superan el 99% de contenido de BN, son especialmente apreciadas en los sectores de fabricación de alta tecnología, electrónica, aeroespacial y energético. Entre las propiedades físicas clave del nitruro de boro hexagonal de gran pureza se incluyen:

Aplicaciones del nitruro de boro hexagonal

Las propiedades térmicas y eléctricas únicas del nitruro de boro hexagonal lo hacen valioso en múltiples industrias. Está disponible en diversas formas (polvos, láminas, revestimientos y compuestos), cada una de ellas adaptada a necesidades específicas.

• El h-BN se utiliza como material de interfaz térmica en módulos de potencia SiC/GaN, LED y placas de circuito impreso de alta frecuencia. Ayuda a disipar el calor a la vez que aísla eléctricamente, y también se utiliza en blindajes EMI y disipadores de calor.
• Gracias a su estabilidad, el h-BN reviste crisoles para el procesamiento de metales y soporta temperaturas superiores a 1700 °C en vacío o en entornos inertes.
• Como lubricante seco, el h-BN se comporta bien bajo presión y calor, por lo que es ideal para sistemas aeroespaciales y de vacío.
• En el cuidado de la piel y el maquillaje, el h-BN aporta un tacto suave, controla la grasa y es delicado con la piel.
• Aumenta la fuerza, la resistencia al calor y la conductividad térmica de los materiales compuestos, lo que favorece las aplicaciones de impresión 3D en el sector aeroespacial y de defensa.

Conclusión

El nitruro de boro hexagonal está resolviendo retos térmicos y eléctricos avanzados en la electrónica de potencia. Con un amplio inventario de materiales cerámicos y asistencia para aplicaciones específicas, Stanford Advanced Materials sigue siendo un socio de confianza para los ingenieros que superan los límites del rendimiento y la fiabilidad.

Referencias:

[1] Wang, Zhengfang & Wu, Zijian & Weng, Ling & Ge, Shengbo & Jiang, Dawei & Huang, Mina & Mulvihill, Daniel & Chen, Qingguo & Guo, Zhanhu & Jazzar, Abdullatif & He, Ximin & Zhang, Xuehua & Xu, Ben. (2023). A Roadmap Review of Thermally Conductive Polymer Composites: Critical Factors, Progress, and Prospects. Advanced Functional Materials. 33. 10.1002/adfm.202301549.