El avance hacia 800 V y superiores en los vehículos eléctricos ya está en marcha, encabezado por numerosos fabricantes de equipos originales (OEM) de automóviles como GM, Hyundai, VW y Lucid Motors. Estas plataformas mejoran la eficiencia al minimizar las pérdidas en julios y permitir la reducción del tamaño del cableado de alto voltaje, reduciendo así el peso. Esta transición se ve facilitada por los avances en tecnologías y materiales, en particular los MOSFET de carburo de silicio (SiC), gracias a su capacidad mejorada para admitir conmutación de alta frecuencia a voltajes más altos. En comparación con los IGBT de Si, los MOSFET de SiC ofrecen áreas de matriz más pequeñas y temperaturas de unión más altas, lo que requiere una gestión térmica más eficaz.
Para abordar este desafío, IDTechEx ha observado varias estrategias emergentes de gestión térmica, que van desde alterar la arquitectura térmica hasta utilizar diferentes materiales de fijación de troqueles y materiales de interfaz térmica (TIM). Se prevé que este cambio presente importantes oportunidades en el mercado de gestión térmica, impulsando que el valor de mercado anual de los TIM supere los 900 millones de dólares estadounidenses para 2034. En su última investigación titulada " Gestión térmica para electrónica de potencia de vehículos eléctricos 2024-2034: previsiones, tecnologías, mercados , and Trends ", IDTechEx llevó a cabo un análisis exhaustivo de las perspectivas de mercado para diferentes TIM relacionados con inversores Si IGBT, SiC MOSFET y GaN HEMT, al tiempo que identificó posibles impulsores del mercado.
TIM de alto rendimiento
Los materiales de interfaz térmica (TIM) se aplican comúnmente entre la placa base y el disipador de calor. IDTechEx anticipa un aumento en la demanda de TIM con mayor conductividad térmica (TC) debido al creciente flujo de calor de los MOSFET de SiC. A partir de 2024, el TC típico de este TIM oscila entre 2,5 y 3 W/mK, con expectativas de que supere los 5 o 6 W/mK en algunos casos para 2034. Esto corresponderá a un aumento proporcional en el precio unitario junto con un aumento en el valor de mercado de TIM. Aunque el aumento de los volúmenes de producción podría conducir a una reducción en el costo promedio de TIM, IDTechEx sugiere que el aumento en el TC promedio superará cualquier mejora de fabricación, dada la ya grande capacidad de fabricación de materiales TIM2 en 2024.
Un ejemplo interesante de un material TIM2 de mayor rendimiento es el PTM7000 de Honeywell, que cuenta con un TC de 6,5 W/mK, que ya se ha utilizado en la familia VE-Trac de onsemi. La última investigación de IDTechEx, "Gestión térmica para electrónica de potencia para vehículos eléctricos 2024-2034: pronósticos, tecnologías, mercados y tendencias", proporciona una descripción general completa de propiedades como TC, densidad, etc., de los TIM utilizados en la electrónica de potencia para vehículos eléctricos.
Materiales para fijación de matrices y sustratos
Los materiales convencionales de fijación de matriz y de sustrato suelen consistir en aleaciones de soldadura con espesores de línea de unión que varían de 50 a 100 µm para materiales de fijación de matriz y de 100 a 150 µm para materiales de fijación de sustrato. A pesar de su desempeño satisfactorio, IDTechEx ha observado una creciente preferencia por la sinterización Ag, liderada por los principales fabricantes de equipos originales de automóviles como Tesla, BYD y Hyundai. La sinterización de Ag, en comparación con las aleaciones de soldadura tradicionales, ofrece una conductividad térmica y eléctrica superior, una mayor resistencia de la unión y varios otros beneficios. Sin embargo, debido a sus mayores costos y tiempos de procesamiento, es probable que la sinterización de Ag tenga una adopción primaria en aplicaciones que realmente requieren sus beneficios, como los inversores basados en banda prohibida amplia.
El costo de la sinterización de Ag puede variar significativamente según factores como las relaciones con los clientes, los volúmenes de pedidos y los proveedores. IDTechEx sugiere que el costo de la pasta sinterizada de Ag puede ser fácilmente de cinco a diez veces mayor que el de las aleaciones de soldadura. Por ejemplo, IDTechEx se enteró de una pasta sinterizada Ag desarrollada por una empresa japonesa que cuesta alrededor de 2 dólares estadounidenses por gramo, aunque este precio tiene el potencial de disminuir significativamente con un mayor volumen. En general, impulsada por los principales actores automotrices, existe una tendencia perceptible hacia la sustitución de aleaciones de soldadura por pastas de sinterización Ag, creando oportunidades de mercado para los proveedores de materiales.
Para abordar el factor costo, se propone la sinterización de Cu como un enfoque alternativo. En comparación con la sinterización de Ag, la sinterización de Cu pretende ofrecer un rendimiento similar a un coste menor. Un proveedor informó a IDTechEx que el sinterizado de Cu puede costar tan solo la mitad que el sinterizado de Ag. Sin embargo, hasta 2024, IDTechEx no ha observado una comercialización generalizada de la tecnología de sinterización de Cu en módulos de potencia de vehículos eléctricos. Debido al volumen limitado y los desafíos técnicos, el costo de la sinterización de Cu actualmente a menudo supera al de la sinterización de Ag. El informe de IDTechEx, "Gestión térmica para electrónica de potencia de vehículos eléctricos 2024-2034: pronósticos, tecnologías, mercados y tendencias", proporciona una descripción general completa de las oportunidades de mercado en tecnologías de sinterización de Ag y Cu, destaca el panorama competitivo y la cadena de suministro, y analiza los actores clave en los sectores de fijación de sustratos y matrices.
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