SAM apresenta nitreto de boro hexagonal de alta pureza para gerenciamento térmico em eletrônica de potência

Introdução

A Stanford Advanced Materials (SAM), um nome de confiança em cerâmicas avançadas e materiais de engenharia, tem o prazer de destacar o sucesso crescente de seu nitreto de boro hexagonal (h-BN) de alta pureza na solução de desafios de gerenciamento térmico em sistemas eletrônicos de alta tensão. O material está ganhando atenção como uma solução confiável para aplicações exigentes em veículos elétricos, dispositivos semicondutores e módulos de energia.

O Dr. Samuel R. Matthews, Diretor de Materiais da SAM, explica,
"O nitreto de boro hexagonal oferece uma rara combinação de condutividade térmica e isolamento elétrico, o que o torna ideal para a eletrônica de potência da próxima geração. Em um caso recente, um cliente global obteve um aumento de 40% na eficiência da dissipação de calor após a integração de nossas folhas de BN. Esse é exatamente o tipo de vantagem de desempenho e sustentabilidade que a SAM está comprometida em oferecer."

Estudo de caso: Gerenciamento Térmico em Eletrônica de Potência com Nitreto de Boro Hexagonal

--O desafio do gerenciamento térmico

Um fabricante global de módulos de energia de carbeto de silício (SiC) abordou a SAM com um problema crítico: seus materiais de interface térmica existentes estavam falhando em aplicações de alta temperatura. Os módulos, projetados para inversores de veículos elétricos e acionamentos de motores industriais, operavam regularmente acima de 300 °C. Sob essas condições, o cliente observou:

• Degradação rápida dos materiais da interface térmica
• Isolamento dielétrico inadequado em tensões acima de 3.000 V
• Delaminação e deformação de pilhas de substratos de cerâmica
• Redução da eficiência da dissipação térmica, causando superaquecimento local

A equipe de engenharia buscou um material que proporcionasse alta condutividade térmica e isolamento elétrico, com desempenho estável até pelo menos 900 °C no ar. O material também precisava estar disponível em chapas de 50 mm × 50 mm × 1 mm, com tolerância dimensional rigorosa e usinabilidade para projetos de módulos personalizados.

[1]

-A solução da SAM: Nitreto de Boro Hexagonal Grau A

Depois de analisar os requisitos da aplicação, a Stanford Advanced Materials recomendou sua chapa de nitreto de boro hexagonal de grau A, uma cerâmica de alta pureza projetada para condições térmicas e elétricas extremas. Diferentemente dos materiais de interface tradicionais, o h-BN oferece uma rara combinação de condutividade térmica e resistividade elétrica, o que o torna ideal para aplicações de alta tensão.

Veja a seguir as especificações do produto:

A SAM também forneceu suporte à usinagem personalizada e embalagem selada a vácuo para garantir a integridade do material durante o transporte e o armazenamento.

--Implementação e resultados

O fabricante integrou as folhas de h-BN ao conjunto do módulo de potência, usando-as como camadas de interface térmica entre os chips de SiC e os dissipadores de calor de cobre. Os testes pós-implementação e os dados de campo demonstraram melhorias imediatas:

• Um aumento de 40% na eficiência da dissipação térmica em comparação com o material de interface anterior
• Redução de 20 °C nas temperaturas de pico de pontos quentes sob carga total
• Zero ruptura dielétrica após 1.000 ciclos térmicos entre 25 °C e 300 °C
• Planicidade consistente da chapa em ±0,02 mm, eliminando o estresse mecânico durante a colagem
• Menor tempo de integração devido à excelente usinabilidade

Após esses resultados, o cliente fez a transição de toda a sua linha de módulos de SiC de alta tensão para a solução de h-BN da SAMe iniciou uma segunda fase de avaliação de materiais para revestimentos de h-BN em outros componentes termicamente críticos.

O que é nitreto de boro hexagonal?

O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é um composto cerâmico sintético com uma estrutura semelhante à do grafite. Entretanto, ao contrário do grafite, que é eletricamente condutor, o nitreto de boro hexagonal é um excelente isolante elétrico. Essa diferença fundamental confere ao h-BN um perfil exclusivo: ele combina alta condutividade térmica com resistividade elétrica - duas características raramente encontradas juntas em um único material.

Suas formas de alta pureza, especialmente as que excedem o teor de 99% de BN, são particularmente valorizadas nos setores de fabricação de alta tecnologia, eletrônicos, aeroespaciais e de energia. As principais propriedades físicas do nitreto de boro hexagonal de alta pureza incluem:

Aplicações do nitreto de boro hexagonal

As propriedades térmicas e elétricas exclusivas do nitreto de boro hexagonal o tornam valioso em vários setores. Ele está disponível em várias formas - pós, chapas, revestimentos e compostos - cada uma adequada a necessidades específicas.

• O h-BN é usado como material de interface térmica em módulos de energia SiC/GaN, LEDs e PCBs de alta frequência. Ele ajuda a dissipar o calor enquanto isola eletricamente e também é usado em blindagem EMI e dissipadores de calor.
• Graças à sua estabilidade, o h-BN reveste cadinhos para processamento de metais e lida com temperaturas acima de 1.700 °C em ambientes a vácuo ou inertes.
• Como lubrificante seco, o h-BN tem bom desempenho sob pressão e calor, o que o torna ideal para sistemas aeroespaciais e de vácuo.
• Em produtos de cuidados com a pele e maquiagem, o h-BN proporciona uma sensação suave, controla a oleosidade e é delicado para a pele.
• Ele aumenta a força, a resistência ao calor e a condutividade térmica em compósitos, dando suporte a aplicações de impressão 3D nos setores aeroespacial e de defesa.

Conclusão

O nitreto de boro hexagonal soluciona desafios térmicos e elétricos avançados em eletrônica de potência. Com um profundo estoque de materiais cerâmicos e suporte específico para aplicações, a Stanford Advanced Materials continua a servir como parceira confiável para engenheiros que estão ampliando os limites de desempenho e confiabilidade.

Referências:

[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 (Revisão do roteiro dos compostos de polímeros termicamente condutores): Critical Factors, Progress, and Prospects (Fatores críticos, progresso e perspectivas). Materiais funcionais avançados. 33. 10.1002/adfm.202301549.