기판 두께는 전자 패키징에서 가장 조용하게 결정되는 것 중 하나이지만 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 너무 얇으면 Al2O3 세라믹이 취급 중에 깨지거나 전압 테스트에 실패합니다. 너무 두꺼우면 열 경로가 길어지고 모듈이 무거워지며 비용이 상승합니다. 두께를 올바르게 맞추는 것은 전압, 열 및 기계적 지지대를 균형 있게 맞추는 것을 의미합니다. 이 가이드에서는 실제 전력 전자 장치에 적합한 두께를 선택하는 방법을 보여줍니다.
구매자는 종종 이전 설계에서 두께를 상속받고 다시 검토하지 않습니다. 그런 다음 새로운 고전압 모듈이 동일한 외형으로 들어가면 갑자기 알루미나 세라믹 기판이 아크를 일으키거나 균열이 발생합니다. 두께는 재료의 고정된 속성이 아니라 전압, 전력 또는 패키지 크기가 변경될 때마다 다시 파생되어야 하는 설계 변수입니다.
세 가지 요구 사항이 서로 다른 방향으로 작용합니다. 유전체 절연은 작동 전압을 여유 있게 견딜 수 있는 충분한 세라믹을 요구합니다. 유전 강도가 약 15~16kV/mm이므로 0.6mm만으로도 대략 9kV의 이론적 내전압을 제공합니다. 열 경로는 얇은 기판을 선호하여 열이 베이스플레이트에 빠르게 도달하도록 합니다. 알루미나는 24~25W/m·K를 전도하므로 추가되는 모든 밀리미터는 저항을 증가시킵니다. 기계적 지지대는 강성과 조립 및 열 순환을 견디기 위해 두께를 선호합니다. 최종 숫자는 전압 및 기계적 요구 사항을 여전히 충족하는 가장 얇은 섹션입니다.
이러한 기판은 IGBT 모듈, 전력 저항기 베이스, 히터 플레이트 및 솔리드 스테이트 릴레이 절연에 사용됩니다. 대표적인 부품은 96% 유전 강도 기판, 히터용 96% Al2O3 기판, 그리고 절연 알루미늄 산화물 세라믹 범위입니다.
| 매개변수 | 값 | 기준 |
|---|---|---|
| 알루미나 함량 | 96% Al2O3 | (P) |
| 유전 강도 | 15~16 kV/mm | (P) |
| 열 전도율 | 24 W/m·K | (P) |
| 두께 범위 | 0.25~10 mm | (P) |
| 두께 허용 오차 | ±0.02 mm | (P) |
| 캠버 | 최대 0.1% | (P) |
| 최대 크기 | 200 × 200 mm | (P) |
| 최종 부품의 내전압 | 고전압 테스트로 확인 | (C) |
기준 키: (P) 제품 페이지 사양; (T) 일반 값; (C) 최종 기판의 유전 테스트로 확인 예정.
전압 및 취급 한계 내에서만 가능합니다. 특정 두께 이하에서는 기판이 고전압 테스트에 실패하거나 조립 시 깨지므로 스크랩으로 인해 열 이득을 잃게 됩니다.
과도한 캠버는 기판이 베이스플레이트에 평평하게 놓이는 것을 방지하여 보이드, 핫스팟 및 고르지 않은 솔더 조인트를 생성합니다. 캠버를 0.1% 이하로 유지하십시오.
순도는 유전 상수와 열 전도율을 약간 변경하지만 두께는 여전히 전압과 기계적 지지대에 의해 결정됩니다. 등급은 두께보다는 청결도와 안정성을 위해 선택됩니다.
구매자가 너무 늦게 발견하는 패키징 고려 사항도 있습니다. 매우 얇은 Al2O3 세라믹 기판은 운송 및 자동 조립 시 깨지기 쉬우므로 실질적인 최소 두께는 종종 유전 이론이 아닌 취급 수율에 의해 결정됩니다. 실제 픽앤플레이스 및 납땜 공정을 통해 파일럿 로트를 실행하면 계산보다 더 빠르게 파손 한계를 파악할 수 있으며, 이는 스크랩 감소로 상쇄되는 약간 더 두꺼운 기판을 정당화할 수 있습니다. 결국 두께는 전압, 열 및 취급을 모두 만족하는 가장 작은 값입니다.
기판 선택의 광범위한 재료 비교는 왜 Al2O3가 여전히 세라믹 기판 시장을 선도하는가 및 세라믹이 자동차 IGBT 패키징을 지원하는 방법을 참조하십시오.
