Как выбрать толщину керамической подложки Al2O3 для применения в электронных упаковках

Толщина подложки — одно из наименее заметных, но наиболее значимых решений в области электронной упаковки. Слишком тонкая, и керамика Al2O3 сломается при обращении или не пройдет испытание напряжением; слишком толстая, и тепловой путь удлинится, модуль станет тяжелее, а стоимость возрастет. Правильная толщина означает баланс между напряжением, теплом и механической поддержкой. Это руководство показывает, как выбрать ее для реальных задач силовой электроники.Вопрос клиента: «Какая толщина мне нужна?»Покупатели часто наследуют толщину от предыдущего дизайна и никогда не пересматривают ее. Затем новый модуль с более высоким напряжением помещается в тот же корпус, и внезапно подложка из глиноземной керамики пробивается или трескается. Толщина — это не фиксированное свойство материала, а конструктивная переменная, которую необходимо пересчитывать при каждом изменении напряжения, мощности или размера корпуса.

Что определяет толщину

Три требования тянут в разные стороны. Пробой диэлектрика требует достаточного количества керамики, чтобы выдержать рабочее напряжение с запасом — при диэлектрической прочности около 15–16 кВ/мм даже 0,6 мм обеспечивают примерно 9 кВ теоретического сопротивления. Тепловой путь благоприятствует тонкой подложке, чтобы тепло быстро достигало основания; глинозем проводит 24–25 Вт/м·К, поэтому каждый дополнительный миллиметр добавляет сопротивление. Механическая поддержка благоприятствует толщине для жесткости и для выживания при сборке и термическом циклировании. Окончательное значение — это самая тонкая секция, которая по-прежнему соответствует требованиям по напряжению и механическим характеристикам.Как выбратьРассчитайте минимальную толщину исходя из рабочего напряжения плюс запас прочности, используя реальную диэлектрическую прочность.

Проверьте тепловой бюджет: достаточно тонкий, чтобы температура перехода оставалась в пределах нормы.

Подтвердите допуски на коробление и плоскостность — деформированные тонкие подложки вызывают дефекты сборки.

Согласуйте чистоту поверхности с процессом металлизации (как есть, шлифованная или полированная).

• Проверьте производительность на излом при сборке, что часто определяет практический минимум.
• Применение
• Эти подложки используются в IGBT-модулях, основаниях силовых резисторов, нагревательных пластинах и изоляции твердотельных реле. Типичные изделия — это подложки с диэлектрической прочностью 96%, подложки из 96% Al2O3 для нагревательных элементов и изделия из изоляционной керамики на основе оксида алюминия.
• Спецификация эталонной подложки
• Параметр

Значение

ОсноваСодержание глинозема96% Al2O3(P)Диэлектрическая прочность15–16 кВ/мм(P)

Теплопроводность

Связанное чтение

Для более широкого сравнения материалов при выборе подложки см. «Почему Al2O3 по-прежнему лидирует на рынке керамических подложек» и «Как керамика поддерживает упаковку IGBT для автомобильной промышленности».