新エネルギー車の電動駆動システム（モータードライバー／インバーター）において、IGBTパワーモジュールまたはパワー半導体モジュールは中核部品である。これらはバッテリーからの直流（DC）を交流（AC）に変換してモーターを駆動すると同時に、高電流・高電圧・頻繁な熱サイクルに耐える役割を担う。窒化ケイ素（Si3N4）セラミック基板は、高い熱安定性、高い機械的強度、優れた電気絶縁性を備えており、これらのパワーモジュールにとって不可欠な基材となっています。
通常、モジュール内部の支持体および放熱基板として使用され、IGBTやダイオードチップを直接支持します。モジュールパッケージ内の銅リード線やメタライゼーション層と組み合わさり、「絶縁性と高導電性を兼ね備えた」コア構造を形成します。これにより、高電力密度かつ過酷な環境下においても電動駆動システムの安定した動作を保証します。
機能と役割：
(1)放熱
パワーモジュールが動作する際、大量の熱を発生します。窒化ケイ素基板は高い熱伝導率により、熱を素早くヒートシンクや冷却システムへ伝導し、チップの過熱を防ぎ、モジュールの安定性を高めます。
窒化ケイ素の熱伝導率（80-90 W/(m·K)）は最高値ではないが、高い熱伝導性と機械的強度の特性を兼ね備えているため、電動駆動システムの激しい温度変動や強い振動環境に対応する理想的なソリューションとなります。
(2) 電気絶縁
パワーモジュール内部のIGBTチップは、外部金属構造体から電気的に絶縁されると同時に、熱伝導性を確保する必要がある。窒化ケイ素基板は高い電気絶縁性と適度な熱伝導性を有し、この設計における「熱伝導性絶縁」要件を満たす。
これがセラミック基板（窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムを含む）の根本的な価値です。
これらはパワーモジュールの電気絶縁フレームワークを形成し、数百ボルトから数千ボルトに及ぶ動作電圧をモジュール内に確実に封じ込め、接地された筐体や冷却システムから絶縁することで、システムの基本的な安全性を保証します。
(3) 構造的サポート
パワーモジュールの内部チップ、パッド、金属層はすべて安定して支持される必要があリます。窒化ケイ素基板は高い機械的強度と熱応力に対する耐性を提供し、高温熱サイクル下でのモジュールの反りや割れを防止します。
これが窒化ケイ素を他のセラミック材料と区別する重要な要素です。その曲げ強度と破壊靭性は窒化アルミニウムの2倍以上です。車両の頻繁な加速・減速による激しい温度変動中、モジュール内の異なる材料（チップ、はんだ、基板、銅層）は繰り返し熱膨張と収縮を経験します。窒化ケイ素の優れた構造強度はこの応力に耐え、自身の破損や接続界面の故障を防ぎ、物理構造の長期安定性を確保します。
(4) 信頼性の向上
電気自動車は頻繁な始動・制動操作を受け、パワーモジュールは多数の熱サイクルに耐える必要があります。窒化ケイ素基板は優れた耐熱衝撃性を有し、モジュールの寿命と車両全体の信頼性を大幅に向上させることができます。
「耐熱衝撃性」は上記3つの利点が複合的に作用した究極の現れです。優れた熱伝導性により温度変化が速く内部温度差が小さいこと、高い強度によりそれによって生じる巨大な応力に耐えられることが理由であります。業界データによれば、窒化ケイ素基板を採用したパワーモジュールは、従来のアルミナや窒化アルミニウム基板と比較して、温度サイクル寿命が約1桁長く達成可能であり、これにより高い耐久性と信頼性を実現します。これは電動駆動システムおよび車両全体の保証期間と耐久性を直接決定する要素となります。
応用分野
·メタライズドSi₃N₄基板
窒化ケイ素基板の表面は、溶接や電気接続に使用できる金属回路を形成するために、メタライゼーション処理（従来のMo/Mn法、または現在の主流である活性金属ろう付け/AMB技術など）を施す必要があります。この構造により、SiCまたはIGBTパワーチップを直接支持し、パワーモジュール内の電気的相互接続の中核を形成することが可能となる。特にAMB技術は、銅層の接合強度が高く熱伝導性に優れるため、高電力密度・長寿命・高信頼性という自動車グレードパワーモジュールの厳しい要求を満たす最適なソリューションとして採用が進んでいる。
Si₃N₄基板（活性金属はんだ付け後）
·EVパワーモジュールへの直接統合
新エネルギー車の電動駆動システムにおいて、絶縁・放熱・構造支持の「三役」を担う窒化ケイ素基板は、メインインバーターのパワーモジュール内に直接封入される。パワーチップを上下方向に固定し、熱伝導材を介してモジュールの液体冷却放熱システムと密接に結合することで、チップの高効率な熱伝導を実現。この設計により、頻繁な加速・制動による激しい熱サイクル下でも、電動駆動システムは安定した出力電力と信頼性の高い長期性能を維持できる。
当社は、標準製品から完全カスタマイズソリューションまで、窒化ケイ素（Si₃N₄）基板のフルラインナップを提供しています。お問い合わせは sales@innovacera.com までご連絡ください。
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