سُمك الركيزة هو أحد القرارات الأقل وضوحًا في التعبئة الإلكترونية والأكثر تأثيرًا. إذا كان رقيقًا جدًا، فإن السيراميك Al2O3 ينكسر أثناء المناولة أو يفشل في اختبار الجهد؛ وإذا كان سميكًا جدًا، فإن المسار الحراري يطول، وتصبح الوحدة أثقل، وتزداد التكلفة. الحصول على السُمك الصحيح يعني الموازنة بين الجهد والحرارة والدعم الميكانيكي. يوضح هذا الدليل كيفية اختياره للاستخدام الفعلي في إلكترونيات الطاقة.
غالبًا ما يرث المشترون سُمكًا من تصميم سابق ولا يعودون إليه أبدًا. ثم توضع وحدة جديدة ذات جهد أعلى في نفس المخطط وفجأة يحدث قوس كهربائي أو تشقق في ركيزة السيراميك الألومينا. السُمك ليس خاصية ثابتة للمادة - بل هو متغير تصميم يجب إعادة اشتقاقه كلما تغير الجهد أو الطاقة أو حجم العبوة.
ثلاثة متطلبات تسحب في اتجاهات مختلفة. يتطلب الانهيار العازل ما يكفي من السيراميك لتحمل جهد التشغيل مع هامش - مع قوة عزل تبلغ حوالي 15-16 كيلو فولت/مم، حتى 0.6 مم يوفر حوالي 9 كيلو فولت من التحمل النظري. يفضل المسار الحراري ركيزة رقيقة حتى تصل الحرارة بسرعة إلى القاعدة؛ الألومينا توصل 24-25 واط/متر·كلفن، لذا فإن كل مليمتر إضافي يضيف مقاومة. يفضل الدعم الميكانيكي السُمك من أجل الصلابة وللتحمل أثناء التجميع ودورات الحرارة. الرقم النهائي هو أرقَم قسم لا يزال يلبي احتياجات الجهد والميكانيكية.
تخدم هذه الركائز وحدات IGBT، وقواعد المقاومات عالية الطاقة، وألواح التسخين، وعزل مرحلات الحالة الصلبة. الأجزاء التمثيلية هي ألواح ركيزة ذات قوة عزل 96%، و ركائز Al2O3 بنسبة 96% لعناصر التسخين، و مجموعة السيراميك العازل من أكسيد الألومنيوم.
| المعلمة | القيمة | الأساس |
|---|---|---|
| محتوى الألومينا | 96% Al2O3 | (P) |
| قوة العزل | 15-16 كيلو فولت/مم | (P) |
| الموصلية الحرارية | 24 واط/متر·كلفن | (P) |
| نطاق السُمك | 0.25-10 مم | (P) |
| تفاوت السُمك | ±0.02 مم | (P) |
| التقوس | 0.1% كحد أقصى | (P) |
| الحد الأقصى للحجم | 200 × 200 مم | (P) |
| جهد تحمل الجزء النهائي | يتم تأكيده باختبار hipot | (C) |
مفتاح الأساس: (P) مواصفات صفحة المنتج؛ (T) قيمة نموذجية؛ (C) سيتم تأكيده باختبار عزل على الركيزة النهائية.
فقط ضمن حدود الجهد والمناولة. تحت سُمك معين، تفشل الركيزة في اختبار hipot أو تنكسر في التجميع، لذا يتم فقدان المكسب الحراري بسبب الخردة.
التقوس المفرط يمنع الركيزة من الاستقرار بشكل مسطح على القاعدة، مما يخلق فراغات، ونقاط ساخنة، ووصلات لحام غير متساوية. حافظ على التقوس عند 0.1% أو أقل.
تغير درجة النقاء ثابت العزل والموصلية الحرارية قليلاً، ولكن السُمك لا يزال محددًا بالجهد والدعم الميكانيكي؛ يتم اختيار الدرجة للنظافة والاستقرار بدلاً من السُمك.
هناك أيضًا اعتبار للتعبئة يكتشفه المشترون غالبًا في وقت متأخر جدًا. ركيزة سيراميك Al2O3 رقيقة جدًا تكون هشة أثناء النقل وفي التجميع الآلي، لذا فإن الحد الأدنى العملي للسُمك غالبًا ما لا يتم تحديده بواسطة نظرية العزل بل بواسطة إنتاجية المناولة. تشغيل دفعة تجريبية من خلال عملية الالتقاط والوضع واللحام الفعلية يكشف عن حد الكسر بشكل أسرع من أي حساب، وقد يبرر سُمكًا أرق قليلاً يعوض عن نفسه في تقليل الخردة. السُمك، في النهاية، هو أصغر قيمة تلبي الجهد والحرارة والمناولة معًا.
للمقارنة الأوسع للمواد وراء اختيار الركيزة، انظر لماذا لا تزال Al2O3 تتصدر سوق ركائز السيراميك و كيف تدعم السيراميكات تغليف IGBT في السيارات.
