Độ dày đế là một trong những quyết định ít được chú ý nhất trong đóng gói điện tử và cũng là một trong những quyết định quan trọng nhất. Quá mỏng thì gốm Al2O3 bị vỡ trong quá trình xử lý hoặc không đạt bài kiểm tra điện áp; quá dày thì đường dẫn nhiệt kéo dài, mô-đun nặng hơn và chi phí tăng lên. Việc đạt được độ dày phù hợp có nghĩa là cân bằng giữa điện áp, nhiệt và hỗ trợ cơ học. Hướng dẫn này chỉ ra cách chọn nó cho các ứng dụng điện tử công suất thực tế.
Người mua thường kế thừa một độ dày từ thiết kế trước đó và không bao giờ xem xét lại. Sau đó, một mô-đun điện áp cao mới được đưa vào cùng một kích thước và đột nhiên đế gốm alumina bị phóng điện hoặc nứt. Độ dày không phải là một thuộc tính cố định của vật liệu — nó là một biến thiết kế phải được tính toán lại bất cứ khi nào điện áp, công suất hoặc kích thước gói thay đổi.
Ba yêu cầu kéo theo các hướng khác nhau. Sự đánh thủng điện môi đòi hỏi đủ gốm để chịu được điện áp làm việc với biên độ an toàn — với cường độ điện môi khoảng 15–16 kV/mm, ngay cả 0,6 mm cũng cho khả năng chịu đựng lý thuyết khoảng 9 kV. Đường dẫn nhiệt ưu tiên đế mỏng để nhiệt truyền nhanh đến tấm đế; alumina dẫn 24–25 W/m·K, vì vậy mỗi milimet thêm vào sẽ làm tăng điện trở. Hỗ trợ cơ học ưu tiên độ dày để tăng độ cứng và chịu được quá trình lắp ráp và chu kỳ nhiệt. Con số cuối cùng là phần mỏng nhất vẫn đáp ứng các yêu cầu về điện áp và cơ học.
Các đế này phục vụ cho các mô-đun IGBT, đế điện trở công suất, tấm gia nhiệt và cách điện rơ-le trạng thái rắn. Các bộ phận đại diện là tấm đế cường độ điện môi 96%, đế Al2O3 96% cho bộ phận gia nhiệt, và dòng sản phẩm gốm oxit nhôm cách điện.
| Thông số | Giá trị | Cơ sở |
|---|---|---|
| Hàm lượng alumina | 96% Al2O3 | (P) |
| Cường độ điện môi | 15–16 kV/mm | (P) |
| Độ dẫn nhiệt | 24 W/m·K | (P) |
| Phạm vi độ dày | 0,25–10 mm | (P) |
| Dung sai độ dày | ±0,02 mm | (P) |
| Độ cong | Tối đa 0,1% | (P) |
| Kích thước tối đa | 200 × 200 mm | (P) |
| Điện áp chịu đựng của bộ phận cuối cùng | Xác nhận bằng bài kiểm tra hipot | (C) |
Khóa cơ sở: (P) thông số kỹ thuật trang sản phẩm; (T) giá trị điển hình; (C) cần được xác nhận bằng bài kiểm tra điện môi trên đế hoàn chỉnh.
Chỉ trong giới hạn điện áp và xử lý. Dưới một độ dày nhất định, đế sẽ không đạt bài kiểm tra hipot hoặc bị nứt trong quá trình lắp ráp, do đó lợi ích nhiệt sẽ bị mất do phế liệu.
Độ cong quá mức ngăn đế nằm phẳng trên tấm đế, tạo ra các khoảng trống, điểm nóng và mối hàn không đều. Giữ độ cong ở mức 0,1% trở xuống.
Độ tinh khiết làm thay đổi hằng số điện môi và độ dẫn nhiệt một chút, nhưng độ dày vẫn được xác định bởi điện áp và hỗ trợ cơ học; loại được chọn vì độ sạch và độ ổn định hơn là độ dày.
Ngoài ra còn có một yếu tố đóng gói mà người mua thường phát hiện ra quá muộn. Một đế Gốm Al2O3 rất mỏng dễ vỡ trong quá trình vận chuyển và lắp ráp tự động, vì vậy độ dày tối thiểu thực tế thường không được đặt bởi lý thuyết điện môi mà bởi năng suất xử lý. Chạy một lô thử nghiệm qua quy trình pick-and-place và hàn thực tế sẽ tiết lộ giới hạn gãy vỡ nhanh hơn bất kỳ phép tính nào, và nó có thể biện minh cho một đế dày hơn một chút, tự nó sẽ bù đắp chi phí bằng cách giảm phế liệu. Cuối cùng, độ dày là giá trị nhỏ nhất đáp ứng đồng thời điện áp, nhiệt và xử lý.
Để so sánh vật liệu rộng hơn đằng sau việc lựa chọn đế, hãy xem tại sao Al2O3 vẫn dẫn đầu thị trường đế gốm và gốm hỗ trợ đóng gói IGBT ô tô như thế nào.
