基板の厚さは、電子パッケージングにおける最も静かな決定の一つであり、最も重要な決定の一つです。薄すぎると、酸化アルミニウムセラミックが取り扱い中に破損したり、耐電圧試験に失敗したりします。厚すぎると、熱経路が長くなり、モジュールが重くなり、コストが上昇します。厚さを適切にすることは、電圧、熱、機械的サポートのバランスを取ることを意味します。このガイドでは、実際のパワーエレクトロニクス用途にどのように選択するかを示します。
購入者は、以前のデザインから厚さを引き継ぎ、それを再検討しないことがよくあります。次に、新しい、より高電圧のモジュールが同じ外形寸法に組み込まれ、突然、アルミナセラミック基板がアーク放電を起こしたり、亀裂が入ったりします。厚さは材料の固定された特性ではなく、電圧、電力、またはパッケージサイズが変更されるたびに再導出する必要がある設計変数です。
3つの要件が異なる方向に引っ張ります。絶縁破壊は、マージンを付けて動作電圧に耐えるのに十分なセラミックを要求します。誘電強度は約15〜16 kV/mmであり、0.6 mmでも理論上の耐圧は約9 kVです。熱経路は、熱がベースプレートに迅速に到達するように薄い基板を好みます。アルミナは24〜25 W/m・Kを伝導するため、1 mm追加するごとに抵抗が増加します。機械的サポートは、剛性と組み立ておよび熱サイクリングに耐えるために厚さを好みます。最終的な数値は、電圧と機械的要件をまだ満たしている最も薄いセクションです。
これらの基板は、IGBTモジュール、パワー抵抗器ベース、ヒータープレート、およびソリッドステートリレーの絶縁に使用されます。代表的な部品は、96%誘電強度基板プレート、ヒーターエレメント用96% Al2O3基板、および絶縁性酸化アルミニウムセラミックの範囲です。
| パラメータ | 値 | 基準 |
|---|---|---|
| アルミナ含有量 | 96% Al2O3 | (P) |
| 誘電強度 | 15〜16 kV/mm | (P) |
| 熱伝導率 | 24 W/m・K | (P) |
| 厚さ範囲 | 0.25〜10 mm | (P) |
| 厚さ公差 | ±0.02 mm | (P) |
| 反り | 最大0.1% | (P) |
| 最大サイズ | 200 x 200 mm | (P) |
| 最終部品の耐電圧 | Hipot試験で確認 | (C) |
基準キー：(P) 製品ページ仕様；(T) 一般的な値；(C) 完成した基板の誘電試験で確認される値。
電圧と取り扱いの制限内でのみ可能です。ある厚さを下回ると、基板はHipot試験に失敗するか、組み立て中に破損するため、熱的利得はスクラップで失われます。
過度の反りは、基板がベースプレートに平らに配置されるのを防ぎ、ボイド、ホットスポット、および不均一なはんだ接合を引き起こします。反りは0.1%以下に保ってください。
純度は誘電率と熱伝導率をわずかに変えますが、厚さは依然として電圧と機械的サポートによって設定されます。グレードは、厚さではなく、清浄度と安定性のために選択されます。
購入者がしばしば遅すぎるまで発見するパッケージングの考慮事項もあります。非常に薄いAl2O3セラミック基板は、輸送中および自動組み立て中に壊れやすいため、実用的な最小厚さは、誘電理論ではなく、取り扱い歩留まりによって頻繁に設定されます。実際のピッキング＆プレースおよびはんだ付けプロセスを通じてパイロットロットを実行すると、計算よりも早く破損フロアが明らかになり、スクラップの削減によって元が取れる、わずかに厚い基板を正当化する可能性があります。結局、厚さは、電圧、熱、および取り扱いをすべて満たす最小値です。
基板選択の背後にあるより広い材料比較については、なぜAl2O3が依然としてセラミック基板市場をリードしているのかおよびセラミックが自動車IGBTパッケージングをどのようにサポートしているかを参照してください。
