Хранитель «сердца» транспортных средств на новой энергии. Как керамические подложки поддерживают бортовые силовые модули?

В процессе движения автомобильной промышленности на новой энергии к высококачественному развитию бортовой силовой модуль, являющийся «основным узлом» энергосистемы автомобиля, его производительность и надежность напрямую определяют выходную мощность, контроль энергопотребления и уровень безопасности всего транспортного средства. А керамическая подложка, являющаяся ключевым базовым компонентом бортового модуля питания, обладающая превосходными физическими и химическими свойствами, становится основной опорой для обеспечения стабильной работы модуля. В связи с постоянным прорывом в отраслевых технологиях и ускорением внутреннего замещения, 7 ноября 2025 года в отеле Jinling Yada в Сучжоу состоится грандиозное отраслевое мероприятие, посвященное развитию индустрии керамических подложек - 7 ноября 2025 года, а также поможет отрасли керамических подложек достичь новых высот.

I. Технические требования и эксплуатационные преимущества керамических подложек для силовых модулей транспортных средств.

Бортовой силовой модуль подобен «силовому центру» электромобиля, который отвечает за преобразование электричества постоянного тока от аккумулятора в электричество переменного тока, необходимое для приводного двигателя, а также контролирует скорость и крутящий момент двигателя, напрямую определяя мощность автомобиля и уровень энергопотребления. Во время этого процесса силовой модуль выделяет большое количество тепла. Согласно данным отраслевых испытаний, температура основных силовых чипов IGBT может мгновенно подняться выше 150 ℃ во время работы. Если тепло невозможно быстро отвести и рассеять, это приведет к снижению производительности модуля, а в серьезных случаях может привести к угрозам безопасности, таким как короткое замыкание цепи и перегорание компонентов. Таким образом, чрезвычайно высокие требования предъявляются к характеристикам рассеивания тепла подложки и адаптации к окружающей среде. По сравнению с традиционными органическими подложками керамические подложки демонстрируют незаменимые технические преимущества при установке на транспортном средстве, что в основном отражается в следующих трех аспектах:

1. Сверхвысокая теплопроводность

В качестве примера возьмем широко используемую керамическую подложку из нитрида кремния. Его теплопроводность может достигать 90-120 Вт/(м·К), что в 2-3 раза выше, чем у глиноземной керамики. Он может быстро передавать тепло, выделяемое чипом, в структуру рассеивания тепла, гарантируя, что модуль питания всегда работает в безопасном рабочем диапазоне температур и эффективно избегая потери производительности, вызванной перегревом.

2. Отличная стабильность при высоких температурах.

Керамические подложки (такие как оксид алюминия, нитрид алюминия, нитрид кремния) могут выдерживать низкие температуры в диапазоне от -100 ℃ до 1000 ℃ и высокие температуры, полностью удовлетворяя требованиям использования транспортных средств на новых источниках энергии на всех территориях.

3. Сильная изоляция и устойчивость к коррозии.

Напряжение пробоя керамической подложки может достигать более 10 кВ. Он может эффективно изолировать высоковольтные цепи внутри силового модуля и противостоять эрозии масла и водяного пара в среде транспортного средства, обеспечивая долгосрочную надежную работу модуля.

II. Технические барьеры и требования отраслевых стандартов для керамических подложек, устанавливаемых на транспортных средствах

Учитывая строгие требования, предъявляемые к транспортным средствам, керамические подложки для транспортных средств должны соответствовать техническим стандартам, значительно превосходящим стандарты продукции промышленного класса. Основные пороговые значения лежат в трех измерениях: баланс параметров производительности, точность процесса подготовки и проверка надежности.

(1) Точное соответствие рабочих параметров

Керамическая подложка, устанавливаемая на транспортном средстве, должна обеспечивать баланс теплопроводности, механической прочности и коэффициента теплового расширения.

(2) Высокоточный контроль процесса подготовки.

Подготовка керамической подложки, устанавливаемой на транспортном средстве, включает в себя несколько этапов, таких как синтез порошка, формование, спекание и металлизация. Каждый шаг требует точного контроля на уровне миллиметра или даже микрометра.

(3) Строгая система проверки надежности

Согласно отраслевым стандартам, перед отправкой с завода керамические подложки, установленные на автомобиле, должны пройти несколько этапов испытаний на надежность. Основные элементы теста включают в себя:

Испытание на холодную и горячую циклизацию: при циклическом воздействии от -40 ℃ до 150 ℃ более 1000 раз подложка не должна иметь трещин и расслоений;

Испытание на вибрацию и удар: имитация ударов и столкновений транспортных средств с ускорением удара более 1000G, производительность не должна ухудшаться;

Испытание на влажность и температурное старение: при непрерывной работе в условиях высокой температуры 125 ℃ и относительной влажности 85% в течение 5000 часов характеристики изоляции должны соответствовать стандартным требованиям.

Вышеуказанные стандарты испытаний установили строгие требования для отечественных предприятий, желающих выйти на рынок автомобильных керамических подложек. Достижение соответствия требует долгосрочного накопления технологий и инвестиций в оборудование. Более того, способы дальнейшей оптимизации технического порога также станут ключевым моментом углубленного обмена мнениями между предприятиями, исследовательскими институтами и отраслевыми экспертами на Шестом форуме по разработке керамических подложек и отраслевых цепочек.

III. Ускорение замены керамических материалов внутри страны: «битва за прорыв» автомобильных керамических подложек

В прошлом мировой рынок автомобильных керамических подложек был практически монополизирован японскими компаниями, такими как Kyocera и NGK. Отечественным производителям транспортных средств на новых источниках энергии не только приходилось нести высокие затраты на закупки, но также сталкиваться с длительными циклами поставок и отставанием в технической поддержке, что создавало проблемы для автономности и контроля производственной цепочки. В последние годы, благодаря активизации усилий отечественных предприятий в области технологических исследований и разработок, процесс внутренней замены автомобильных керамических подложек значительно ускорился и достиг поэтапных прорывов. Возьмем, к примеру, Guocelam SaiChuang, дочернюю компанию Guocelam Materials. Разработанные ею керамические подложки из нитрида кремния прошли строгую проверку ведущего производителя транспортных средств на новых источниках энергии. В таких испытаниях, как холодные и тепловые циклы, а также воздействие вибрации, их производительность находится на одном уровне с продуктами Kyocera, а стоимость снижена на 20–30%. В настоящее время они осуществили серийные поставки, ежемесячные поставки которых превышают 100 000 штук.

Прорыв в области отечественных керамических подложек, устанавливаемых на автомобили, имеет важное промышленное значение. Это не только снижает затраты на производство транспортных средств на новых источниках энергии, но и значительно повышает уровень безопасности производственной цепочки и цепочки поставок, избегая влияния изменений международной ситуации на поставки основных компонентов и обеспечивая гарантию высококачественного развития автомобильной промышленности Китая на новых источниках энергии.

IV. Тенденции развития и будущие направления технологии керамических подложек, устанавливаемых на транспортные средства

По мере того, как новые энергетические транспортные средства развиваются в сторону более высокого напряжения, большей мощности и меньшего веса, технология керамической подложки, устанавливаемой на транспортном средстве, будет итеративно оптимизироваться по следующим трем основным направлениям:

Миниатюризация размеров: за счет уменьшения толщины подложки объем силового модуля сжимается, обеспечивая больше места для установки аккумуляторной батареи и облегчая конструкцию всего автомобиля.

Интеграция функций: продвижение интегрированной конструкции керамических подложек с ребрами рассеивания тепла и схемной проводкой, формирование интегрированного компонента «подложка - рассеивание тепла - схема», сокращение этапов сборки силового модуля и повышение надежности системы и эффективности производства.

Экологизация материалов: разрабатывать бессвинцовые материалы для пайки и пригодные для вторичной переработки керамические порошки, оптимизировать производственные процессы для снижения энергопотребления и выбросов загрязняющих веществ, способствовать развитию индустрии автомобильных керамических подложек в сторону экологически чистого производства и согласовывать концепции защиты окружающей среды в индустрии транспортных средств на новой энергии.

Реализация этих передовых тенденций не может быть достигнута без совместных инноваций между верхними и нижними звеньями производственной цепочки. А 7 ноября 2025 года 6-й Форум по разработке приложений для керамических подложек и промышленных цепочек соберет ресурсы всей производственной цепочки, включая поставщиков материалов, производителей оборудования и автомобильные предприятия. Посредством таких мероприятий, как технические дискуссии и согласование спроса и предложения, он ускорит индустриализацию передовых технологий и будет способствовать формированию эффективного цикла «технология-продукт-применение» в индустрии автомобильных керамических подложек.

Являясь основным поддерживающим компонентом «энергетического центра» транспортных средств на новой энергии, технологический прорыв и внутренняя замена бортовых керамических подложек являются важной частью автономного управления цепочкой производства транспортных средств на новой энергии в Китае. В настоящее время отечественные предприятия добились значительного прогресса в технологических исследованиях и разработках, а также в индустриализации. Проведение 6-го Форума по разработке приложений для керамических подложек и отраслевых цепочек придаст дополнительный импульс развитию отрасли и поможет предприятиям преодолеть ключевые узкие места в процессах, улучшить характеристики продукции и стабильность качества.