Prueba de rotura del sustrato cerámico: la principal diferencia entre la tecnología CC y CA

El sustrato cerámico es un material aislante clave en los módulos electrónicos de potencia, y la confiabilidad del aislamiento eléctrico está directamente relacionada con la vida útil y la seguridad general del dispositivo. La prueba de ruptura es el método básico para evaluar la resistencia al voltaje de los sustratos cerámicos e incluye principalmente dos modos de prueba: ruptura de corriente continua (CC) y ruptura de corriente alterna (CA).

1. Principios básicos de las pruebas

La prueba de ruptura se basa en el mecanismo de ruptura dieléctrica: bajo la acción de un campo eléctrico que aumenta gradualmente, los defectos estructurales (como límites de grano, poros, impurezas, etc.) dentro del material cerámico causarán una descarga parcial, lo que eventualmente conducirá a una falla de conducción irreversible del material. El voltaje de ruptura se define como el voltaje al que un material conduce por primera vez de manera irrecuperable, mientras que la intensidad del campo de ruptura se calcula dividiendo el voltaje de ruptura por el espesor de la muestra.

La distribución del campo eléctrico se ve afectada por muchos factores, incluida la forma de los electrodos, el espaciado y el espesor de la muestra. Durante el proceso de prueba, se debe distinguir estrictamente la "pseudo ruptura", es decir, una situación en la que sólo se produce una descarga parcial pero no se forma una conducción completa. Estos fenómenos no deberían incluirse en los datos desglosados.

2. La diferencia entre la avería de CC y la avería de CA

Existen diferencias significativas en los mecanismos físicos entre la avería de CC y la avería de CA. Los datos de comparación experimental muestran que, en las mismas condiciones de prueba, la intensidad del campo de ruptura de CC de los materiales cerámicos de nitruro de aluminio es generalmente mayor que la intensidad del campo de ruptura de CA. Esto muestra que el voltaje de CC tiene un impacto más significativo en las características de ruptura de los materiales cerámicos, mientras que es más probable que los campos eléctricos de CA acumulen daños en la carga dentro del material debido a la inversión de polaridad, reduciendo así el umbral de ruptura.

En las pruebas estándar, las pruebas de ruptura de CA se utilizan generalmente para simular el entorno del campo eléctrico alterno en condiciones de trabajo reales, mientras que las pruebas de CC son más adecuadas para evaluar el rendimiento del aislamiento de materiales bajo alto voltaje en estado estable.

3. Métodos de prueba y puntos técnicos

La prueba de avería común paso a paso utiliza una estrategia de impulso escalonado. Por ejemplo: comience desde 12 kV y mantenga el voltaje durante 5 minutos a una tasa de aumento de voltaje de 3000 voltios/segundo. Si la muestra no se descompone, aumente gradualmente el voltaje a un voltaje más alto (como 15 kV, 42 kV) hasta que la muestra se descomponga. Otro método utiliza una tasa de impulso de 2000 V/s y establece los parámetros de acuerdo con los estándares nacionales.

La preparación del electrodo es una parte clave de la prueba. Para láminas cerámicas aislantes, los electrodos generalmente se fabrican utilizando pasta de plata a temperatura ambiente y serigrafía. Por lo general, un lado es un círculo pequeño con un diámetro de 10 mm y el otro lado es un círculo grande con un diámetro de 15 mm. Los electrodos se colocan coaxialmente y el error se controla dentro de 2 mm.

4. Factores que afectan los resultados de las pruebas

Las condiciones ambientales tienen un impacto significativo en los datos de avería. Los cambios de temperatura y humedad pueden provocar fluctuaciones en los resultados. Por lo tanto, la prueba debe realizarse en un ambiente controlado y se requieren pruebas adicionales en condiciones de alta temperatura y alta humedad. En términos de microestructura, la presencia de poros reducirá la intensidad del campo eléctrico de ruptura porque el efecto de concentración del campo eléctrico en las burbujas acelerará el proceso de ruptura. Parámetros como el espesor de la muestra, la porosidad, el tamaño del grano y la fracción de volumen del límite del grano afectarán significativamente la dispersión de la prueba.

Cuando la dispersión de la muestra es demasiado grande, verifique la uniformidad del espesor y la distribución de la porosidad, vuelva a moler o reemplace las materias primas si es necesario y asegúrese de que el instrumento haya sido calibrado.

5. Escenarios de aplicación

Las pruebas de avería se utilizan ampliamente en módulos de potencia, embalajes de semiconductores, dispositivos de aislamiento de alto voltaje y otros campos para verificar si el sustrato cerámico cumple con los requisitos de aislamiento de un nivel de voltaje específico. Los datos de prueba pueden proporcionar una base importante para la optimización de la fórmula del material y la mejora de procesos.