شركة SAM تعرض نيتريد البورون سداسي النيتريد عالي النقاء للإدارة الحرارية في إلكترونيات الطاقة

مقدمة

يسرّStanford Advanced Materials (SAM) - الاسم الموثوق به في مجال السيراميك المتقدم والمواد المصممة هندسياً - أن تسلط الضوء على النجاح المتزايد لمادة نيتريد البورون السداسي النقاء (h-BN) عالية النقاء في حل تحديات الإدارة الحرارية في الأنظمة الإلكترونية عالية الجهد. وتكتسب هذه المادة اهتمامًا متزايدًا كحل موثوق به للتطبيقات الصعبة في السيارات الكهربائية وأجهزة أشباه الموصلات ووحدات الطاقة.

ويوضح الدكتور صامويل ر. ماثيوز، كبير مسؤولي المواد في شركة SAM،
"يوفّر نيتريد البورون السداسي مزيجاً نادراً من التوصيل الحراري والعزل الكهربائي، مما يجعله مثالياً للجيل القادم من إلكترونيات الطاقة. وفي إحدى الحالات الأخيرة، حقق أحد العملاء العالميين زيادة بنسبة 40% في كفاءة تبديد الحرارة بعد دمج صفائح نيتريد البورون السداسي. وهذا هو بالضبط نوع الأداء وميزة الاستدامة التي تلتزم SAM بتقديمها."

دراسة حالة: الإدارة الحرارية في إلكترونيات الطاقة باستخدام نيتريد البورون السداسي النيتريد

--تحدي الإدارة الحرارية

تواصلت إحدى الشركات المصنعة العالمية لوحدات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) مع شركة SAM بشأن مشكلة حرجة: كانت مواد الواجهة الحرارية الحالية الخاصة بهم تفشل في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. كانت الوحدات، المصممة لمحولات السيارات الكهربائية ومحركات المحركات الصناعية، تعمل بانتظام فوق 300 درجة مئوية. في ظل هذه الظروف، لاحظ العميل:

• التدهور السريع لمواد الواجهة الحرارية
• عدم كفاية العزل العازل عند جهد أعلى من 3,000 فولت
• تشوه وانحراف مداخن الركائز الخزفية
• انخفاض كفاءة التبديد الحراري، مما تسبب في ارتفاع درجة الحرارة الموضعي

بحث الفريق الهندسي عن مادة توفر توصيلًا حراريًا عاليًا وعزلًا كهربائيًا مع أداء مستقر حتى 900 درجة مئوية على الأقل في الهواء. كما يجب أن تكون المادة متوفرة أيضًا في صفائح مقاس 50 مم × 50 مم × 1 مم، مع إمكانية تحمل الأبعاد الضيقة وقابلية التشغيل الآلي لتصميمات الوحدات المخصصة.

[1]

--SAM's Solution: نيتريد البورون السداسي النيتريد من الدرجة A

بعد مراجعة متطلبات التطبيق، أوصت شركة "Stanford Advanced Materials" بصفائح نيتريد البورون السداسي النيتريد من الدرجة A، وهي عبارة عن سيراميك عالي النقاء مصمم للظروف الحرارية والكهربائية القاسية. وعلى عكس مواد الواجهة التقليدية، تقدم h-BN مزيجًا نادرًا من الموصلية الحرارية والمقاومة الكهربائية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية الجهد.

فيما يلي مواصفات المنتج:

وفرتSAM أيضًا دعمًا مخصصًا للتشغيل الآلي وتغليفًا محكمًا بالتفريغ لضمان سلامة المواد أثناء الشحن والتخزين.

--التنفيذ والنتائج

قامت الشركة المصنّعة بدمج صفائح h-BN في مجموعة وحدة الطاقة الخاصة بها، وذلك باستخدامها كطبقات واجهة حرارية بين رقائق SiC وموزعات الحرارة النحاسية. أظهرت اختبارات ما بعد التنفيذ والبيانات الميدانية تحسينات فورية:

• زيادة بنسبة 40 في المائة في كفاءة التبديد الحراري مقارنةً بمواد الواجهة السابقة
• انخفاض بمقدار 20 درجة مئوية في ذروة درجات حرارة النقطة الساخنة تحت الحمل الكامل
• انعدام الانهيار العازل الكهربائي بعد 1,000 دورة حرارية بين 25 درجة مئوية و300 درجة مئوية
• تسطيح متناسق للصفائح في حدود ± 0.02 مم، مما يزيل الإجهاد الميكانيكي أثناء الربط
• وقت دمج أقصر بسبب قابلية التشغيل الآلي الممتازة

وفي أعقاب هذه النتائج، قام العميل بتحويل خطه الكامل من وحدات SiC عالية الجهد إلى حل H-BN من SAMوبدأ مرحلة ثانية من تقييم المواد لطلاءات H-BN في المكونات الأخرى ذات الأهمية الحرارية الحرجة.

ما هو نيتريد البورون السداسي النيتريد؟

نيتريد البورون السداسي النيتريد (h-BN) هو مركب سيراميكاصطناعي ذو بنية مشابهة للجرافيت. ومع ذلك، على عكس الجرافيت، وهو موصل للكهرباء، فإن نيتريد البورون السداسي هو عازل كهربائي ممتاز. ويمنح هذا الاختلاف الجوهري مركب نيتريد البورون السداسي النيتريت خصائص فريدة من نوعها: فهو يجمع بين التوصيلية الحرارية العالية والمقاومة الكهربائية - وهما خاصيتان نادرًا ما توجدان معًا في مادة واحدة.

وتُعد أشكاله عالية النقاء، خاصةً تلك التي تتجاوز نسبة 99% من محتوى النفثالينات الثنائية الفينيلية، ذات قيمة خاصة في قطاعات التصنيع عالي التقنية والإلكترونيات والفضاء والطاقة. تشمل الخصائص الفيزيائية الرئيسية لنيتريد البورون السداسي النقاء العالي ما يلي:

تطبيقات نيتريد البورون السداسي النيتريد

تجعل الخصائص الحرارية والكهربائية الفريدة لنيتريد البورون سداسي الأضلاع من نيتريد البورون قيمة في العديد من الصناعات. وهو متوفر في أشكال مختلفة - مساحيق وصفائح وطلاءات ومواد مركبة - كل منها مناسب لاحتياجات محددة.

• يُستخدم h-BN كمادة واجهة حرارية في وحدات الطاقة SiC/GaN، ومصابيح LED، ومصابيح ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد. وتساعد على تبديد الحرارة أثناء العزل الكهربائي، كما أنها تستخدم في التدريع الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي وموزعات الحرارة.
• وبفضل ثباته، يعمل h-BN على تبطين البوتقات لمعالجة المعادن ويتعامل مع درجات حرارة تزيد عن 1700 درجة مئوية في بيئات مفرغة أو خاملة.
• وباعتباره مادة تشحيم جافة، يعمل h-BN بشكل جيد تحت الضغط والحرارة، مما يجعله مثاليًا لأنظمة الفضاء وأنظمة التفريغ.
• في مستحضرات العناية بالبشرة والمكياج، يضيف h-BN ملمسًا ناعمًا ويتحكم في الزيوت ويكون لطيفًا على البشرة.
• كما أنه يعزز القوة ومقاومة الحرارة والتوصيل الحراري في المواد المركبة، مما يدعم تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الفضاء والدفاع .

الخلاصة

نيتريدالبورون السداسي في حل التحديات الحرارية والكهربائية المتقدمة في إلكترونيات الطاقة. ومن خلال مخزون عميق من المواد الخزفية والدعم الخاص بالتطبيقات، تواصل Stanford Advanced Materials العمل كشريك موثوق به للمهندسين الذين يدفعون حدود الأداء والموثوقية.

المرجع:

[1] وانغ، زنجفانغ ووو، زيجيان ووو، زيجيان ووونغ، لينغ وجي، شينغبو وجيانغ، داوي وهوانغ، مينا ومولفيهيل، دانيال وتشين، تشينغ قوه وجو، زانهو، جزار وعبد اللطيف وهي وشيمين وزانغ، شويهوا وشو، بن (2023). مراجعة خارطة طريق لمركبات البوليمر الموصلة للحرارة: العوامل الحرجة والتقدم والتوقعات. المواد الوظيفية المتقدمة. 33. 10.1002/adfm.202301549.