窒化ホウ素による熱伝導性の向上
熱管理は、電気自動車（EV）の安全性、性能、効率、全体的な寿命を最大化する上で重要な役割を果たします。 EV業界では、高出力、高電圧、高速データ伝送、軽量化、小型化が推進されているため、パワーエレクトロニクス、Eモーター、バッテリーなど、EVに搭載される複数のコンポーネントには適切な熱管理が必要です。 このような熱管理の課題に対応するためには、高い絶縁耐力と低い誘電率を持つ、熱伝導性がありながら電気絶縁性のサーマルインターフェイス材料（TIM）が必要です。 誘電性ポリマーからなるTIMはもともと熱絶縁性であるため、電気抵抗を維持しながら熱伝導性を向上させるにはセラミックフィラーを添加する必要があります。 セラミックサーマルフィラーの優れた熱伝導特性と誘電特性は、熱管理材料の成功の鍵となります。
窒化ホウ素の挑戦
六方晶窒化ホウ素(BN)を担持したサーマルインターフェース材料は、EVシステムに高熱伝導率(TC)、高絶縁破壊強度(DBS)、低誘電率(Dk)、低熱膨張係数(CTE)、低密度を提供するという課題を満たします。
電気自動車への応用
- インバータ/コンバータなどのパワーエレクトロニクス部品用ティム
- EVエレクトロニクス用プリント基板ラミネート
- 電子モーター用サーマルマネジメント材料
- バッテリーアセンブリ用TIM
セラミックサーマルフィラーの特性
| 代表的な特性 | BN | AIN | AI2O3 | SiO2 | ZnO |
|---|---|---|---|---|---|
|
熱伝導率 (W/m-K) |
300* |
260 |
30 |
1.4 |
54 |
|
比熱 (J/kg-K @ 25°C) |
800 |
730 |
800 |
690 |
520 |
|
理論密度 (g/cc)
|
2.2
|
3.2 |
4.0 |
2.2
|
5.6 |
|
誘電率 |
3.9 |
8.8 |
9.7 |
3.8 |
9.9 |
|
体積抵抗率（Ω・cm） |
1015 |
1014 |
1014 |
1014 |
1014 |
|
熱膨張係数 (ppm/K) |
<1 |
4.4 |
6.7 |
<1 |
<1 |
|
モース硬度 |
2 |
7 |
9 |
6 |
5 |
* 結晶面内の熱伝導率
セラミックサーマルフィラーの特性
- 高熱伝導性
- 高耐圧
- 低誘電率
- 軽量
- 機械的コンプライアンス
- 熱的に安定
- 化学的に不活性
- ホワイトカラー
優れた熱伝導性
窒化ホウ素はセラミックフィラーの中で最も高い熱伝導率と電気絶縁性を持っています。 この低誘電損失特性により、BNはエポキシ、シリコーン、PUシステムにおいて非常に望ましいフィラーとなっています。 球状アルミナのような他のセラミックフィラーと比較して、BNは優れた熱的・電気的性能を実現し、2倍以上の熱伝導率と改善された電気絶縁破壊特性を提供することができます。 これは、他のフィラーに比べて体積負荷が少なく、硬度などの機械的特性への影響が少ないためです。 熱伝導率が高いほど、回路を通過する電力が大きくなります。
フィラーとしてのBN固有の柔らかさは、部品、ヒートシンクとTIMの良好な接触を保証し、接触抵抗を最小限に抑えます。
高い絶縁破壊強度
パッケージや基板レベルのサーマルマネジメントでは、誘電体層の薄いボンドラインと相まって、より高い熱伝導率がより低い熱抵抗を可能にします。 EVのようなパワーエレクトロニクスの電圧上昇に伴い、これらの薄い誘電体層における電気的絶縁を最大化することが極めて重要になります。 BNはフィラーの中で最も高い絶縁破壊強度（Eb）を持つため、他のフィラーに比べて低いボンド線厚が可能です。 BN充填システムの破壊強度は、同等の体積充填率で球状アルミナ充填システムと比較して良好です。
高品質の信号伝送
EVに関連する高速データ伝送や高電圧・高周波アプリケーションでは、誘電率がシグナルインテグリティやインピーダンスに影響します。 高速信号には、損失や信号歪みを低減し、間隔の狭いトレースやビア間のクロストークを最小限に抑えるため、Dkの低い材料が好まれます。
窒化ホウ素はサーマルフィラーの中で最も低いDkの一つです。 窒化ホウ素フィラーは、その非常に低い誘電損失特性（Df）と相まって、高周波や高電圧アプリケーションでの低損失、優れた信号伝送/低減衰を可能にします。
窒化ホウ素のこれらの複合特性により、パワーエレクトロニクス、電気モーター、バッテリーアセンブリ、EVアプリケーションの高周波信号処理部品などの熱管理材料として非常に魅力的な材料となっています。
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モメンティブ・テクノロジーズは、窒化ホウ素製品の世界的なリーディングサプライヤーであり、50以上のグレードからなる幅広いポートフォリオを有しています。 当社のMT Thermシリーズの窒化ホウ素粉末は、EVアプリケーションの熱管理ニーズに合わせて調整されています。 当社のアプリケーション開発エンジニアリングチームは、お客様が特定の要件に最適なBN製品を選択できるよう、詳細な技術サポートを提供します。
