Le gardien du « cœur » des véhicules à énergies nouvelles - Comment les substrats céramiques supportent les modules de puissance embarqués ?

Dans le processus d'évolution de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle vers un développement de haute qualité, le module d'alimentation embarqué, en tant que « noyau central » du système d'alimentation du véhicule, ses performances et sa fiabilité déterminent directement la puissance de sortie, le contrôle de la consommation d'énergie et le niveau de sécurité de fonctionnement de l'ensemble du véhicule. Et le substrat céramique, en tant que composant de base clé du module d'alimentation embarqué, avec ses excellentes propriétés physiques et chimiques, devient le support essentiel pour assurer le fonctionnement stable du module. Avec les percées continues dans la technologie industrielle et l'accélération de la substitution nationale, un événement industriel axé sur le développement de l'industrie des substrats céramiques est sur le point d'arriver : le 7 novembre 2025, le 6e Forum 2025 de développement d'applications de substrats céramiques et de chaînes industrielles se tiendra en grande pompe à l'hôtel Jinling Yada à Suzhou, offrant une plate-forme importante pour les échanges techniques, le partage des résultats et la connexion de coopération pour l'industrie, et aidant l'industrie des substrats céramiques embarqués à atteindre de nouveaux sommets.

I. Exigences techniques et avantages en termes de performances des substrats céramiques pour modules de puissance de véhicule

Le module d'alimentation embarqué s'apparente au « centre d'alimentation » d'un véhicule électrique, chargé de convertir l'électricité CC de la batterie en électricité CA requise par le moteur d'entraînement, tout en contrôlant également la vitesse et le couple du moteur, déterminant directement les performances électriques et le niveau de consommation d'énergie du véhicule. Au cours de ce processus, le module d'alimentation génère une grande quantité de chaleur. Selon les données de tests de l'industrie, la température des puces de puissance IGBT grand public peut instantanément dépasser 150 ℃ lors de leur fonctionnement. Si la chaleur ne peut pas être conduite et dissipée rapidement, cela entraînera une baisse des performances du module et, dans les cas graves, peut entraîner des risques pour la sécurité, tels que des courts-circuits et des grillages de composants. Par conséquent, des exigences extrêmement élevées sont imposées aux performances de dissipation thermique du substrat et à l’adaptabilité à l’environnement. Par rapport aux substrats organiques traditionnels, les substrats céramiques présentent des avantages techniques irremplaçables dans le scénario monté sur véhicule, qui se reflètent principalement dans les trois aspects suivants :

1. Conductivité thermique ultra élevée

Prenons comme exemple le substrat céramique de nitrure de silicium couramment utilisé. Sa conductivité thermique peut atteindre 90-120 W/(m・K), soit 2 à 3 fois celle de la céramique d'alumine. Il peut transférer rapidement la chaleur générée par la puce vers la structure de dissipation thermique, garantissant que le module d'alimentation fonctionne toujours dans la plage de température de fonctionnement sûre et évitant efficacement la perte de performances causée par la surchauffe.

2. Excellente stabilité à haute température

Les substrats céramiques (tels que l'alumine, le nitrure d'aluminium, le nitrure de silicium) peuvent résister à des températures basses allant de -100 ℃ à 1 000 ℃ et à des températures élevées, répondant pleinement aux exigences d'utilisation de tous les terrains pour les véhicules à énergie nouvelle.

3. Forte isolation et résistance à la corrosion

La tension de claquage du substrat céramique peut atteindre plus de 10 kV. Il peut isoler efficacement les circuits haute tension à l'intérieur du module d'alimentation et résister à l'érosion de l'huile et de la vapeur d'eau dans l'environnement du véhicule, garantissant ainsi le fonctionnement fiable à long terme du module.

II. Obstacles techniques et exigences des normes industrielles pour les substrats céramiques montés sur véhicule

Compte tenu des exigences strictes des applications montées sur véhicule, les substrats céramiques destinés aux véhicules doivent répondre à des normes techniques dépassant de loin celles des produits de qualité industrielle. Les seuils fondamentaux reposent sur trois dimensions : l’équilibre des paramètres de performance, la précision du processus de préparation et la vérification de la fiabilité.

(1) Correspondance précise des paramètres de performance

Le substrat céramique monté sur véhicule doit équilibrer la conductivité thermique, la résistance mécanique et le coefficient de dilatation thermique.

(2) Contrôle de haute précision du processus de préparation

La préparation d'un substrat céramique monté sur véhicule implique plusieurs étapes telles que la synthèse de poudre, le moulage, le frittage et la métallisation. Chaque étape nécessite un contrôle de précision au niveau millimétrique voire micrométrique.

(3) Système rigoureux de vérification de la fiabilité

Selon les normes industrielles, avant de quitter l'usine, les substrats céramiques montés sur véhicules doivent subir plusieurs séries de tests de fiabilité. Les éléments de test de base comprennent :

Test de cycle à froid et à chaud : soumis à des cycles de -40 ℃ à 150 ℃ plus de 1 000 fois, le substrat doit rester exempt de fissures et de délaminage ;

Test de vibration et d'impact : simulant les chocs et les collisions de conduite du véhicule, avec une accélération d'impact de plus de 1 000 G, les performances ne doivent pas être dégradées ;

Test de vieillissement par humidité et température : fonctionnant en continu dans un environnement à haute température de 125 ℃ et 85 % d'humidité relative pendant 5 000 heures, les performances d'isolation doivent répondre aux exigences standard.

Les normes de test ci-dessus ont fixé des conditions d'entrée strictes pour les entreprises nationales souhaitant entrer dans le domaine des substrats céramiques automobiles. La mise en conformité nécessite une accumulation technologique à long terme et des investissements en équipements. En outre, la manière d'optimiser davantage le seuil technique deviendra également au centre des échanges approfondis entre les entreprises, les instituts de recherche et les experts de l'industrie lors du sixième forum de développement d'applications de substrats céramiques et de chaînes industrielles.

III. Accélération du remplacement national : la « bataille révolutionnaire » des substrats céramiques automobiles

Dans le passé, le marché mondial des substrats céramiques automobiles était presque monopolisé par des sociétés japonaises telles que Kyocera et NGK. Les constructeurs nationaux de véhicules à énergies nouvelles ont non seulement dû supporter des coûts d'approvisionnement élevés, mais ont également été confrontés à de longs cycles de livraison et à un support technique en retard, ce qui a posé des défis à l'autonomie et au contrôle de la chaîne industrielle. Ces dernières années, avec les efforts accrus des entreprises nationales en matière de recherche et de développement technologique, le processus de substitution nationale des substrats céramiques automobiles s'est considérablement accéléré et a réalisé des percées progressives. Prenons l'exemple de Guocelam SaiChuang, filiale de Guocelam Materials. Les substrats céramiques de nitrure de silicium qu'elle a développés ont passé avec succès la vérification stricte d'un important fabricant de véhicules à énergies nouvelles. Lors de tests tels que les cycles de froid et de chaleur et l'impact des vibrations, leurs performances sont comparables à celles des produits Kyocera et leur coût a été réduit de 20 à 30 %. Actuellement, ils ont réalisé un approvisionnement en lots, avec des expéditions mensuelles dépassant 100 000 pièces.

La percée des substrats céramiques montés sur véhicules nationaux présente une valeur industrielle significative. Cela réduit non seulement les coûts de fabrication des véhicules à énergies nouvelles, mais améliore également considérablement le niveau de sécurité de la chaîne industrielle et de la chaîne d'approvisionnement, évitant l'impact des changements de la situation internationale sur l'approvisionnement en composants de base et offrant une garantie pour le développement de haute qualité de l'industrie chinoise des véhicules à énergies nouvelles.

IV. Tendances de développement et orientations futures de la technologie des substrats céramiques montés sur véhicule

À mesure que les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers des tensions plus élevées, une puissance plus élevée et des poids plus légers, la technologie des substrats céramiques montés sur les véhicules sera optimisée de manière itérative dans les trois directions principales suivantes :

Miniaturisation de la taille : en réduisant l'épaisseur du substrat, le volume du module d'alimentation est comprimé, offrant ainsi plus d'espace d'installation pour la batterie et facilitant la conception légère de l'ensemble du véhicule.

Intégration des fonctions : favoriser la conception intégrée de substrats en céramique avec des ailettes de dissipation thermique et un câblage de circuit, formant un composant intégré « substrat - dissipation thermique - circuit », réduisant les étapes d'assemblage du module d'alimentation et améliorant la fiabilité du système et l'efficacité de la production.

Écologisation des matériaux : développer des matériaux de soudure sans plomb et des poudres céramiques recyclables, optimiser les processus de production pour réduire la consommation d'énergie et les émissions de polluants, promouvoir le développement de l'industrie des substrats céramiques automobiles vers une fabrication verte et s'aligner sur les concepts de protection de l'environnement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles.

La concrétisation de ces tendances de pointe ne peut se faire sans l’innovation collaborative entre l’amont et l’aval de la chaîne industrielle. Et le 7 novembre 2025, le 6e Forum de développement d'applications de substrats céramiques et de chaînes industrielles rassemblera des ressources de l'ensemble de la chaîne industrielle, y compris les fournisseurs de matériaux, les fabricants d'équipements et les entreprises automobiles. Grâce à des activités telles que des discussions techniques et la mise en relation entre l'offre et la demande, il accélérera l'industrialisation des technologies de pointe et favorisera la formation d'un cycle vertueux « technologie - produit - application » dans l'industrie des substrats céramiques automobiles.

En tant que composant de base du « centre de puissance » des véhicules à énergies nouvelles, la percée technologique et le remplacement national des substrats céramiques embarqués constituent une partie importante du contrôle autonome de la chaîne industrielle chinoise des véhicules à énergies nouvelles. Actuellement, les entreprises nationales ont réalisé des progrès significatifs dans les applications de recherche et développement technologique et d'industrialisation. La tenue du 6e Forum de développement d'applications de substrats céramiques et de chaînes industrielles injectera davantage d'élan de développement dans l'industrie et aidera les entreprises à surmonter les principaux goulots d'étranglement des processus, à améliorer les performances des produits et la stabilité de la qualité.