セラミック基板破壊試験: DC 技術と AC 技術の主な違い

セラミック基板はパワー エレクトロニクス モジュールの重要な絶縁材料であり、その電気絶縁の信頼性はデバイスの全体的な寿命と安全性に直接関係します。破壊試験はセラミック基板の耐電圧性を評価する基本的な方法で、主に直流破壊（DC）と交流破壊（AC）の2つの試験モードがあります。

1.試験の基本原理

絶縁破壊試験は、誘電破壊メカニズムに基づいています。徐々に増加する電界の作用下で、セラミック材料内の構造欠陥 (粒界、細孔、不純物など) が部分放電を引き起こし、最終的に材料の不可逆的な導通不良につながります。絶縁破壊電圧は、材料が最初に回復不能に導通する電圧として定義され、絶縁破壊電界強度は絶縁破壊電圧をサンプルの厚さで割ることによって計算されます。

電界分布は、電極の形状、間隔、サンプルの厚さを含む多くの要因の影響を受けます。テストプロセスでは、「擬似破壊」、つまり部分放電のみが発生し、完全な導通が形成されない状況を厳密に区別する必要があります。このような現象は故障データに含めるべきではありません。

2. DC 故障と AC 故障の違い

DC 故障と AC 故障の間には、物理​​的メカニズムに大きな違いがあります。実験比較データは、同じ試験条件下では、窒化アルミニウムセラミック材料の DC 破壊電界強度が一般に AC 破壊電界強度よりも高いことを示しています。これは、DC 電圧がセラミック材料の破壊特性により大きな影響を与える一方、AC 電場は極性の反転により材料内部に電荷損傷を蓄積しやすく、それによって破壊閾値が低下することを示しています。

標準試験では、通常、AC 絶縁破壊試験は実際の作業条件下で交流電界環境をシミュレートするために使用されますが、DC 試験は定常状態の高電圧下での材料の絶縁性能を評価するのに適しています。

3.テスト方法と技術的なポイント

一般的な段階的なブレークダウン テストでは、段階的なブースト戦略が使用されます。例: 12 kV から開始し、3000 ボルト/秒の電圧増加率で電圧を 5 分間保持します。サンプルが破壊されない場合は、サンプルが破壊されるまで電圧を徐々に高い電圧 (15 kV、42 kV など) に増加させます。別の方法では、2000V/秒の昇圧速度を使用し、国家規格に従ってパラメータを設定します。

電極の準備はテストの重要な部分です。絶縁セラミックシートの場合、電極は通常、室温の銀ペーストとスクリーン印刷を使用して作成されます。通常、片面は直径10mmの小さな円、もう片面は直径15mmの大きな円です。電極は同軸上に配置されており、誤差は2mm以内に抑えられています。

4.テスト結果に影響を与える要因

環境条件は、故障データに大きな影響を与えます。温度と湿度の変化により、結果が変動する可能性があります。したがって、テストは制御された環境で実施する必要があり、高温高湿の条件下では追加のテストが必要です。微細構造の観点から見ると、気泡内の電界集中効果により破壊プロセスが促進されるため、細孔の存在により破壊電界強度が低下します。サンプルの厚さ、気孔率、粒径、粒界体積分率などのパラメータは、試験の分散に大きく影響します。

サンプルの分散が大きすぎる場合は、厚さの均一性と空隙率の分布を確認し、必要に応じて原材料を再研磨または交換し、機器が校正されていることを確認してください。

5.アプリケーション シナリオ

ブレークダウン テストは、セラミック基板が特定の電圧レベルの絶縁要件を満たしているかどうかを検証するために、パワー モジュール、半導体パッケージング、高電圧絶縁デバイスなどの分野で広く使用されています。テストデータは、材料配合の最適化とプロセス改善のための重要な基礎を提供します。