세라믹 기판 파손 테스트: DC와 AC 기술의 핵심 차이점

세라믹 기판은 전력전자모듈의 핵심 절연재료로, 전기 절연 신뢰성은 기기 전체의 수명 및 안전성과 직결된다. 항복 테스트는 세라믹 기판의 전압 저항을 평가하는 기본 방법이며 주로 직류 항복(DC) 및 교류 항복(AC)의 두 가지 테스트 모드를 포함합니다.

1. 테스트의 기본 원리

파괴 테스트는 유전체 파괴 메커니즘을 기반으로 합니다. 점진적으로 증가하는 전기장의 작용 하에서 세라믹 재료 내부의 구조적 결함(예: 결정립 경계, 기공, 불순물 등)으로 인해 부분 방전이 발생하여 결국 재료의 돌이킬 수 없는 전도 실패로 이어집니다. 항복 전압은 재료가 처음으로 회복 불가능하게 전도되는 전압으로 정의되는 반면, 항복 전계 강도는 항복 전압을 샘플 두께로 나누어 계산합니다.

전계 분포는 전극 모양, 간격, 샘플 두께 등 다양한 요인의 영향을 받습니다. 테스트 과정에서 "유사 파괴", 즉 부분 방전만 발생하고 완전한 전도가 형성되지 않는 상황을 엄격하게 구별해야 합니다. 이러한 현상은 고장 데이터에 포함되어서는 안 됩니다.

2. DC 고장과 AC 고장의 차이

DC 고장과 AC 고장 사이의 물리적 메커니즘에는 상당한 차이가 있습니다. 실험 비교 데이터에 따르면 동일한 테스트 조건에서 질화알루미늄 세라믹 재료의 DC 항복 전계 강도는 일반적으로 AC 항복 전계 강도보다 높습니다. 이는 DC 전압이 세라믹 재료의 항복 특성에 더 큰 영향을 미치는 반면, AC 전기장은 극성 반전으로 인해 재료 내부에 전하 손상이 축적되어 항복 임계값이 감소할 가능성이 더 높다는 것을 보여줍니다.

표준 테스트에서 AC 항복 테스트는 일반적으로 실제 작업 조건에서 교류 전계 환경을 시뮬레이션하는 데 사용되는 반면, DC 테스트는 정상 상태 고전압에서 재료의 절연 성능을 평가하는 데 더 적합합니다.

3. 테스트 방법 및 기술 포인트

일반적인 단계별 분석 테스트는 단계별 부스트 전략을 사용합니다. 예: 12kV에서 시작하여 3000V/초의 전압 증가율로 5분간 전압을 유지합니다. 샘플이 분해되지 않으면 샘플이 분해될 때까지 전압을 더 높은 전압(예: 15kV, 42kV)으로 점차적으로 높입니다. 또 다른 방법은 2000V/s의 부스트 속도를 사용하고 국가 표준에 따라 매개변수를 설정하는 것입니다.

전극 준비는 테스트의 핵심 부분입니다. 절연 세라믹 시트의 경우 일반적으로 상온 은 페이스트와 스크린 인쇄를 사용하여 전극을 만듭니다. 보통 한쪽은 지름 10mm의 작은 원이고, 반대쪽은 지름 15mm의 큰 원입니다. 전극은 동축으로 배치되어 있으며 오차는 2mm 이내로 제어됩니다.

4. 테스트 결과에 영향을 미치는 요소

환경 조건은 분석 데이터에 상당한 영향을 미칩니다. 온도와 습도의 변화로 인해 결과가 달라질 수 있습니다. 따라서 테스트는 통제된 환경에서 이루어져야 하며, 고온다습한 환경에서는 추가적인 테스트가 필요합니다. 미세 구조 측면에서 기공이 있으면 기포의 전계 집중 효과가 파괴 과정을 가속화하기 때문에 파괴 전계 강도가 감소합니다. 샘플 두께, 다공성, 입자 크기 및 입자 경계 부피 비율과 같은 매개변수는 테스트 분산에 큰 영향을 미칩니다.

시료 분산이 너무 큰 경우 두께 균일성과 다공성 분포를 확인하고 필요한 경우 원료를 다시 분쇄하거나 교체하고 기기가 교정되었는지 확인하세요.

5. 응용 시나리오

파괴 테스트는 전력 모듈, 반도체 패키징, 고전압 절연 장치 및 기타 분야에서 세라믹 기판이 특정 전압 수준의 절연 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 널리 사용됩니다. 테스트 데이터는 재료 공식 최적화 및 공정 개선을 위한 중요한 기초를 제공할 수 있습니다.