2024年4月11日发(作者：)

Insulated Metal Substrate HITT PLATE

绝缘高导热铝基板

DENKI KAGAKU KOGYO K.K.

日本电气化学工业有限公司

DENKA

适用与混合集成电路领域

The field suitable for Hybrid IC

.

Audio

音频

Automotive 汽车

Regulator 调节器

EPS 应急电源装置

Power module 电源模块

Power AMP. 功率放大

Pre-AMP. 前置放大器

New Usage 新应用

LED 发光二极管

Communication 通讯

High frequency AMP 高频放大器

Oscillator 振荡器

Micro-strip circuit

微带型混频器

ＨＩＴＴＰＬＡＴＥ高导热铝基板

(IMS) 标准

Computer 电脑

CPU board 中央处理器主板

Power Electronics

动力电子设备

Inverter 换流器

Transistor 晶体管

Motor driver 马达驱动器

Power Supply 电源供应器

DC/DC Converter 直流/直流转化器

SW regulator 开关调节器

Power supply 电源供应器

VTR, TV 磁带录像机,电视

Tuner 调谐器

Regulator 调节器

Motor regulator 马达调节器

Suitable field for IMS

The

适用于工业管理学会

Classification of printed circuit board 印刷线路板的分类

Substrate with thick film circuit.厚膜陶瓷线路板

Substrate with thin circuit.

薄膜陶瓷线路板

Ceramic substrate

陶瓷基片

Substrate Multi-layer 多层陶瓷线路板

Metal Base Substrate ( Al, Cu, Fe) 金属基材(铝,铜,铁)

Insulated Metal Substrate 绝缘金属基材

Metal Core Substrate (Al, Cu, Fe)金属芯基材(铝,铜,铁)

Flexiuble substrate柔性基板

Rigid substrate刚性基板

Metal Base Substrate with Multi-Layer (FR-4)多层环氧树脂金属基材

Paper based material (phenol) 纸基板(酚基材)

Glass cloth based material (epoxy, polyimide)玻璃基材（环氧树脂，聚酰亚胺）

Organic substrate有机基板

Composite (combination with different materials)复合材料（与不同的材料结合）

Thermoplastic resin 热塑性树脂

Film material (polyimide, polyester)薄膜材料（聚酰亚胺，聚酯）

Comparison of properties with each substrate 每种基材的性能对照

Evaluate item评估项目

Insulated metal substrate Alumina substrate Glass-epoxy substrate

绝缘金属基材 铝基材 玻璃环氧树脂基材

Thermal resistance ºC/W

0.6 0.7 3.4

热变电阻

(80um) (635um) 1.6mm

Breakdown voltage 击穿电压

○

◎ ◎

Heat resistance 耐热性

○

◎

○

Dielectric constant 介电常数

7-8 9 4-5

Specific heat 比热系数

0.28

0.37 0.19

Mechanical strength 机械强度

◎ X

○

Processing 制程

◎ X ○

Mass process 量产性

○ △ ○

*Al base type基本类型

Typical structure of IMS 标准层

的典型结构

Conductor (Cu foil, etc.) 导体（铜箔等）

Insulator绝缘层

Metal Base（Al, Cu, Fe, etc.)

金属基材（铝，铜，铁等）

Typical structure of HIC 典型的混合集成电路结构

Ni plating

镍层

Plastic case

塑胶外壳

半导体

Al wire

铝丝

贴片电阻

Semiconductor

Chip resistance

Resin

树脂

Lead terminal

引线端子

Insulator

绝缘层

Aluminum board

铝板

IMS

标准层

Development performance of IMS 标准层的发展方向

Improvement of Insulator

绝缘层的改善

→Higher thermal conductivity, higher reliability

and higher heat resistance.

更高的导热系数，高可靠性和高耐热性.

Field of each substrate

每种基材的领域

Industrial machine工业机器

R

a

t

e

d

v

o

l

t

a

g

e

(

V

)

额

定

电

压

500

空调设备

Air conditioner

HITT PLATE(IMS)

高导热铝基板

AlN substrate

氮化铝层

Alumina substrate

氧化铝层

Audio音频

50

100

Rated current(A)

额定电流

Market request

市场需求

Cost down, down sizing and Higher thermal conductivity

低成本小型化高导热系数

TH-1

高耐热高导型

K-1 一般型

性型

B-1

超高导热型

Thermal 2W/mK

conductivity

导热系数

4W/mK

8W/mK

Lineup of HITT PLATE’s insulator 绝缘高导热铝基板的应用范围

T

h

e

r

m

a

l

c

o

n

d

u

c

t

i

v

i

t

y

(

W

/

m

K

)

导

热

系

数

Usage : Industry, LED, etc.

应用：工业，LED等

B-1

超高导热型

Usage : Consumer products, Industry, etc.

应用：消费品，工业等

TH-1

高耐热高导热型

EL-1

高耐焊裂型

M-2

K-1

一般型

High heat resistance 高耐热性

High heat resistance

Usage : Only automotive

应用：仅仅汽车

Heat cycle reliability

长期可靠性

Comparison of HITT PLATE 高导热铝基板对照

C

/

W

T

h

e

r

m

a

l

r

e

s

i

s

t

a

n

c

e

º

热

变

电

阻

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0

Alumina substrate

氧化铝层

50 100 150 200 600 650

Thickness of insulator

绝缘层厚度

The results of thermal resistance by thermal viewer

热变电阻耐热测试的结果

IMS B-1(8W/mK) type IMS B-1类型

(0.125mmt)

Alumina DBC

氧化铝合基板

(0.635mm)

Test sample

测试样品

基材

substrate

Low低

High高

TO-220

（2SC2233)

.最高温度

℃ ℃

Typical properties of super high thermally conductive type典型的超高导热类型性能

Property 性能

Test method测试方法 Unit单位

一般型K-1

W/mK

ºＣ/W

um

kV

N/cm

ºＣ

Ωcm

高导热高耐热型TH-1 超高导热型B-1

Thermal conductivity导热系

数

Laser flash method 激光闪光光解

2.0

0.64

100

6.8

25.2

104

15

4.3×10

4.0

0.46

125

6.3

22.1

165

16

1.9×10

8.0

0.35

125

5.2

27.7

165

15

6.1×10

Thermal resistance热变电阻

DKK method便携式PH分析仪

Thickness of insulator

绝缘层厚度

SEM 扫描式电子显微镜

Dielectric breakdown 介电击穿

step by step逐步增加

Based on JIS C6481基于日本工业标准C6481

voltage

Peel strength 剥离强度

Tg 结晶温度

Volume resistivity体积电阻

率

Dielectric conctant介电常数

Dielectric loss tangent介电损耗

TMA热机械分析仪

at 25ºＣ 在25度下

at1M Hz 在1兆赫兹

at1M Hz 在1兆赫兹

7.1

0.004

7.8

0.018

7.4

0.013

DENKA HITT PLATE in Automotive

日本电气化学公司高导热铝基板在汽车上的应用

DC/DC converter 直流/直流转化器

ECU

电气转化装置

EPS

应急电源

Generator

发动机

Suspension controller

悬浮控制器

ＨＩＴＴ PLATE

高导热铝基板

Technical trend of EPS应急电池的技术趋势

Replace to EPS

应急电源的替代

Rapid diffusion to 1000cc ~ 2000cc car迅速提高了1000cc-2000cc卡路里

Fuel efficient will be better

3% compared with

hydromechanical power steering

与流体动力转向相比较燃烧性提高了3%

High thermal conductivity

查询

reliability against solder

crack可靠性防焊裂

High heat resistance高导热系数高耐热性

Large current 大电流

Improvement to decrease solder cracks of bear chip

改善了芯片的焊裂

A shape of substrate under heat cycle test 基材热循环测试的模拟

Case of cool down

在容器中冷却

Chip resistor

贴片电阻

Solder

焊盘

Case of heat up

在容器中加热

Aluminum plate铝板

Aluminum plate铝板

Solder crack //Close up 焊盘开裂//断路

Solder crack

焊盘开裂

Solder焊盘

Chip resistor贴片电阻

Cu foil铜箔

Chip resistor

贴片电阻

Solder

焊盘

Insulator绝缘层

Al base plate铝基

Solder crack焊盘开裂

Glass transition point (℃)玻璃化温度(℃)

Typical properties of high heat cycle reliability type ”EL-1”

耐焊裂型“EL-1”高热循环典型性测试

Revised 修订 : 08/23/'01

Items 项目 Measurement condition, etc.

测量条件等

TMA method or DMA method机械方法和动态力学方法

高导热高耐热

TH-1

4.0

一般型

K-1

2.0

104(TMA)

4.3 X 1015

7.0

0.004

100(Y type)

0.64

25.2

6.8

5.5

5.7*1

4.2*1

63

100

耐焊裂型

EL-1

2.4-2.7

57(DMA)

1.0ｘ 1015

7.4

0.024

110

0.51-0.55

19.6

3.5*1

3.8*1

4.0*1

3.7*1

0

Thermal conductivity (W/mK)导热系数

Volume resistivity (Ohm cm)体积电阻率

Dielectric constant 介电常数

Dielectric loss tangent 介电损耗

Thickness of dielectric layer (um) 介电层厚度

Thermal resistance (℃/W) 热变电阻

Glass transition point ( C) TMA method or DMA method

165(TMA)

在25度下 ａｔ 25 ℃

ａｔ 1MHz 在1兆赫兹

ａｔ 1MHz 在1兆赫兹

SEM 扫描式电子显微镜

Denka method 便携式PH分析仪

4.5 X 1016

7.2

0.004

125(Y type)

0.50

Peeling strength (N/cm) 剥离强度

Normal condition：Based on JIS C6481 正常状态：基于日本工业标准C6481

22.1

Dielectric breakdown voltage（KV）

Normal condition正常状态 8.3

:

Step by step increasing

96 hrs after PCT压力锅煮（121 ℃,2atm） treatment 96小时（121℃,2大气压）情况下

8.2

voltage method 介质击穿电压KV 逐步增加电压

1000hrs after 85℃,85%RH,DC100V treatment 1000个小时85℃,85湿度直流电压100V%

5.7*1

1000hrs after 150℃,DC100V treatment 在150℃，电压100V情况下1000小时后

5.0

－

－

Crack at solder after heat-cycle

焊盘开裂在焊后加热 Liquid-Liquid 液液层分析

-40℃(7min.) +125℃（7min.)

2125 chip resistor mounted 2125贴片电阻安装

500 cycles 500个循环，

Rate of Grade-C,D(%) 比率和等级

1000 cycles 1000个循环，

Rate of Grade-C,D(%) 比率和等级

31

All figures in the tables are typical values.所有的表格里是平均值

*1 Measured with comb-shaped pattern.

测量都是用梳型模式

*2 50hrs after PCT treatment. 压力锅煮实验50小时后

Temperature measurementTO-220 (2SC2233)温度测量

Grade-A

A等级的没有开裂

No crack

Grade-B B等级 芯片和焊盘连接处开裂

Crack at connection between chip and solder.

Eutectic solder共熔焊接

Crack开裂

Silicone grease

硅层

2125 Tip resisto

r 2125小电阻

Dielectric layer

介电层

Al plate铝板

Grade-C Grade-D

Crack extending from the connection between chip and solder

C等级 从芯片和焊盘连接处延伸出去开裂.

Crack 开裂

Heatsink（Water-cooled）

散热器(水冷)

Fig.1 Measurement for thermal conductivity 引1:测量导电率

Size of Cu land under Tr. : 10 X 15mm,铜面的尺寸:10×15mm

Size of substrate : 30 X 30mm,基材的尺寸: 30×30mm

Broken electrical conductivity.D等级 导电破坏

Crack开裂

Fig.2 Grade of cracks after heat cycle 引2.在热循环之后开裂的等级

Comparison of solder crack property 焊盘开裂的性能比较

100

I

n

c

i

d

e

n

c

e

o

f

s

o

l

d

e

r

c

r

a

c

k

(

%

)

焊

裂

的

发

生

率

80

60

40

20

0

K-1

General type

一般型

Chip size : 2125

芯片尺寸:2125

Heat cycle condition : -40℃–125℃ 热循环条件:

-40℃–125℃

EL-1

High heat cycle reliability type

高热循环可靠型

0

500

1000

Number of heat cycle

热循环次数

High heat resistant type “M-2” 高耐热型”M-2”

of the dielectric layers

介电层的表单数值

Items 项目

Maximam Operating Temperture（℃）

by UL 在紫外线烘烤下,最大操作温度

1.E+05

High heat resistant type

M-2

高耐热型

(

Under developing

显影后

）

155

1)

1.E+04

Traditional Type

K-1

一般型

115

1.E+03

1)It is a recognition acquisition schedule in June-2005.

在2005年六月测试识别进度表

250 200 150

1.E+02

100

Oven Temperture 烤箱温度

Fig1．Heat resistant test 引1.耐热测试

(Dielectric Strength)绝缘强度

New substrate has the high MOT(UL specification) and the excellent reliability.

新的基材有很高的关键性(UL规格下)和卓越的可靠性

High heat resistant type “M-2” 高耐热型M-2

Table 1. Characteristics of the dielectric layers

表一 . 介电层的特性

Items 项目 High heat resistant type M-2 (under developing)

耐高热型M-2(显影后)

Maximum Operating Temperature(℃) by UL

UL 最大操作温度

Thermal Conductivity (w/mk) 导热系数

Volume resistivity(Ω.cm) at 25 (℃)

体积电阻率在25度下

Dielectric Constant 1MHz, at 25 (℃)

介电常数在1兆赫兹,25度下

Dielectric loss tangent 1MHz, at 25 (℃)

介电损耗在1兆赫兹,25度下

0.004 0.004

1)

Traditional Type K-1

一般类型K-1

115

155

2

13

>10

4.4

2

13

>10

7.1

Samples AL base plate: 1.5mm,Cu foil: 70um,

dielectric layer: 150 um

铝基板样品:1.5毫米, 铜箔: 70微米, 介电层: 150微米

1) It is a recognition acquisition schedule in June-2005

在2005年六月测试识别进度表

D E N K A

High heat resistant type “M-2” 高耐热型M-2

Table 2. Durability test result (typical values)

表二 . 耐久性试验结果(平均值)

Items 项目 Treatment conditions

条件设定

Dielectric breakdown

voltage strength (kv)

介质击穿电压(千伏)

Peel strength (N/cm)

剥离强度 (牛/厘米)

Surface resistance(Ω)

表面电阻 (欧姆)

M-2

高耐热型

K-1一般型

Initial 最初的 Blank 未设定 9.6

8.9

9.2

22.9

24.9

22.7

6.2E+12

1.0E+13

4.5E+10

Short term durability Solder bath 260℃×30min 金属熔化浴 260度×30分钟

短期耐久的

PCT 121℃2atm×96hr

压力锅蒸煮实验,121度, 2大气压×96小时

85℃,85%RH×1000hr, 85度85%相对湿度×1000小时

150℃×1000hr 150度×1000小时

-50℃.150℃,1000cyc 零下50度到150度1000个热循环

Blank 未设定

9.4

9.3

8.7

9.2

8.2

9.4

25.1

25.1

25.5

22.1

25.5

20.8

---

---

---

8.1E+12

9.5E+12

6.6E+10

Long term durability

长期耐久的

Initial 最初的

Short term durability Solder bath 260℃×30min 金属熔化浴 260度×30分钟

短期耐久的

PCT 121℃,2atm×96hr

压力锅蒸煮实验,121度, 2大气压×96小时

85℃,85%RH×1000hr 85度85%相对湿度×1000小时

150℃×1000hr, 150度×1000小时

-50℃.150℃,1000cyc 零下50度到150度1000个热循环

8.5

8.7

8.2

23.1

26.7

26.0

---

---

---

Long term durability

长期耐久的

1) Measured with Φ20mm circle pattern. In accordance with JIS C2110.根据日本工业标准C2110用Φ20mm测量.

2) In accordance with JIS C6481.依据日本工业标准C6481.

D E N K A