Neue Materialien für neue Energien

In der vergangenen Woche haben unsere Spezialisten auf der internationalen Fachmesse PCIM in Nürnberg ein neues Hochleistungssubstrat vorgestellt: AlN HP. AlN steht für Aluminiumnitrid, ein Material, das sich mit einer hervorragenden thermischen Leitfähigkeit für den Einsatz in Leistungswandlern im Schienenfahrzeugbau oder im Bereich der neuen Energien empfiehlt. HP steht für High Performance und drückt die exzellente Biegebruchfestigkeit von 450 MPa (Megapascal) aus.

Mit der Entwicklung von AlN HP und weiterer für dieses Jahr angekündigter Hightech-Substrate reagieren wir auf die Trends zur beschleunigten Dekarbonisierung und Elektrifizierung vieler Industriezweige. Die dafür benötigten Leistungselektronik-Module müssen mit den erweiterten Einsatzmöglichkeiten immer höheren Anforderungen gerecht werden, was zum Beispiel die Temperaturbeständigkeit oder die Miniaturisierung angeht.

Bei dem neuen Substrat AlN HP konnten  unsere Entwickler die Biegebruchfestigkeit gegenüber der Vorgängergeneration der AlN-Substrate um über 40 Prozent steigern. Das kommt direkt der Dauerbelastbarkeit der endmontierten Leistungsmodule zugute. Keramiksubstrate wie AlN HP weisen eine deutlich höhere thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitig besserer Temperaturbeständigkeit und Isolationsfähigkeit als beispielsweise PCB-Materialien auf. Damit eignen sich solche Materialien auch für den Einsatz in passiven Bauelementen, Highpower-LEDs oder Chip-Widerständen.

Was zeichnet das neue CeramTec-Substrat AlN HP für Anwendungen in der Leistungselektronik aus? Drei Antworten von David Haßler, Portfolio Manager Electronics bei CeramTec

Warum sollten sich die Hersteller von Leistungselektronik das neue Keramiksubstrat AlN HP ganz genau anschauen?

"Aluminiumnitrid ist immer noch eines der besten zu einem vernünftigen Preis verfügbaren Materialien, was die thermische Performance betrifft. Power-Module werden immer leistungsstärker. Wenn höhere Ströme gewandelt werden müssen, führt das allerdings auch zu mehr Verlustwärme in den gleichzeitig kleiner werdenden Modulen. AlN HP bedient die daraus abgeleiteten Anforderungen bezüglich der zunehmenden Leistungsdichten hervorragend."

Über 40 Prozent Steigerung bei der Biegebruchfestigkeit – das gelingt nicht im Wochentakt?

"Nein, in AlN HP sind etwa zwei Jahre Entwicklungszeit eingeflossen. Eine hohe Biegebruchfestigkeit stellt sicher, dass sich die leitende Metallisierung auch bei extremen Thermozyklen nicht vom Keramiksubstrat ablöst und die Leistungswandler damit sehr langlebig sind. Um das zu gewährleisten, haben wir bei AlN HP ausgedehnte Life Cycle-Testreihen durchführen lassen – erfolgreich natürlich."

Wann wird AlN HP am Markt verfügbar sein?

"Wir launchen das Produkt als Substrat im Masterplate-Format von 138,0 x 190,5 x 0,635mm. D-Muster zur Qualifizierung sind ab sofort verfügbar. Aber wir werden künftig auch andere Dicken anbieten."

Fünf Argumente für das Hightech-Substrat AlN HP von CeramTec:

• Europäischer Hersteller mit langjähriger Erfahrung im Bereich keramischer Substrate
• Höchste thermische Leitfähigkeit von 170 W/mK
• Deutlich verbesserte Performance durch gesteigerte Biegebruchfestigkeit von 450 MPa
• Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich gering wie bei Silizium
• Überragende elektrische Isolationsfähigkeit und sehr gute Durchschlagsfestigkeit von >15 kV/mm

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