高端線路板生產(chǎn)廠家介紹什么是電子封裝陶瓷基板
2021-01-15
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瓷陶基板性能與檢驗(yàn)測定
到現(xiàn)在為止,瓷陶基板性能檢驗(yàn)測定尚無國度或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其主要性能涵蓋基板外觀、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能、封裝性能(辦公性能)和靠得住性等。
外觀檢驗(yàn)測定:瓷陶基板外觀檢驗(yàn)測定普通認(rèn)為合適而使用人的眼睛或目鏡,檢驗(yàn)測定基板外表是否有裂隙、窟窿,金屬層外表是否有氣泡兒、脫層、劃痕或污漬等品質(zhì)欠缺。這個(gè)之外,瓷陶基板尺寸、基板平整度(翹曲)、金屬線路層厚度與外表光潔度、線寬與間距等都是需求重點(diǎn)檢驗(yàn)測定的內(nèi)部實(shí)質(zhì)意義。
力學(xué)性能:最簡單的面瓷陶基板力學(xué)性能主要指金屬線路層接合強(qiáng)度,表達(dá)金屬層與瓷陶基片間的粘接強(qiáng)度,直接表決了后續(xù)部件封裝品質(zhì)(固晶強(qiáng)度與靠得住性等)。不一樣辦法制備的瓷陶基土地板結(jié)合強(qiáng)度區(qū)別較大,一般認(rèn)為合適而使用高溫工藝制備的最簡單的面瓷陶基板(如TPC、DBC等),其金屬層與瓷陶基片間經(jīng)過化學(xué)鍵連署,接合強(qiáng)度較高;而低溫工藝制備的瓷陶基板(如DPC基板),金屬層與瓷陶基片間主要以范德華力及機(jī)械咬合力為主,接合強(qiáng)度偏低。常用接合強(qiáng)度測試辦法涵蓋:(1)膠帶法:將3M膠帶緊貼金屬層外表,用橡皮滾筒在上頭滾壓,以去除粘接面內(nèi)氣泡兒。10
s后用鉛直于金屬層的張力使膠帶脫落,檢驗(yàn)測定金屬層是否從基片上脫落,歸屬一種定性測試辦法。(2)焊線法:選用直徑為0.5
mm或1.0 mm的金屬線,經(jīng)過焊料熔融直接燒焊在基板金屬層上,隨即用張力計(jì)沿鉛直方向勘測金屬線抗張力。(3)脫落強(qiáng)度法:將瓷陶基板外表金屬層腐刻(劃切)成5
mm?10 mm長條,而后在脫落強(qiáng)度測試機(jī)上沿鉛直方向撕下,測試其脫落強(qiáng)度。要求脫落速度為50
mm/min,勘測頻率為10次/s。
對于三維瓷陶基板而言,力學(xué)性能還涵蓋圍壩與最簡單的面瓷陶基板間的接合強(qiáng)度,不一樣辦法制備的三維瓷陶基板圍壩接合強(qiáng)度區(qū)別非常大。因?yàn)镠TCC/LTCC、MSC基板認(rèn)為合適而使用高溫加熱使黏結(jié)工藝制備,圍壩與基板界面以化學(xué)鍵為主,接合強(qiáng)度較高;而以粘接、電鍍、漿料固化技術(shù)成型的圍壩,其接合強(qiáng)度相對較低。常用測試辦法涵蓋剪切強(qiáng)度測試和拉伸強(qiáng)度測試,測試構(gòu)型如圖27所示。圖27(a)剪切強(qiáng)度測試概況圖;(b)拉伸強(qiáng)度測試概況圖Figure
27 Schematic diagram of (a)shear strength and (b)tensile strength testings for
3D ceramic substrate
熱學(xué)性能:瓷陶基板熱學(xué)性能主要涵蓋熱導(dǎo)率、耐熱性、熱體脹系數(shù)和熱阻等。瓷陶基板在部件封裝中主要起散熱效用,因?yàn)檫@個(gè)其熱導(dǎo)率是關(guān)緊的技術(shù)指標(biāo);耐熱性主要測試瓷陶基板在高溫下是否翹曲、變型,外表金屬線路層是否氧氣化變色、起泡或脫層,內(nèi)里通孔是否失去效力等。因?yàn)榇商栈迤胀槎鄬咏Y(jié)構(gòu),其熱傳導(dǎo)特別的性質(zhì)不止與瓷陶基片材料熱導(dǎo)率相關(guān)(體熱阻),還與材料界面接合事情狀況關(guān)系近有關(guān)(界面接觸熱阻)。因?yàn)檫@個(gè),認(rèn)為合適而使用熱阻測試儀(可勘測多層結(jié)構(gòu)的體熱阻和界面熱阻)能管用名聲瓷陶基板熱傳導(dǎo)性能。
電學(xué)性能:瓷陶基板電學(xué)性能主要指基正直反面金屬層是否導(dǎo)通(內(nèi)里通孔品質(zhì)是否令人滿意)。因?yàn)镈PC瓷陶基板通孔直徑較小,在電鍍填孔特殊情況顯露出來未填實(shí)、氣眼等欠缺,普通可認(rèn)為合適而使用愛克斯射線測試儀(定性,迅速)和飛針測試機(jī)(定量,便宜)名聲瓷陶基板通孔品質(zhì)。
封裝性能:瓷陶基板封裝性能主要指可焊性與氣密性(限三維瓷陶基板)。
可焊性是指芯片或金屬引線能否沒有遇到困難與基板金屬層燒焊(鍵合)在一塊兒,同時(shí)具備一定鍵合強(qiáng)度。為增長瓷陶基板可焊性,普通需在基板金屬層施行外表處置(如化學(xué)鍍銀,化學(xué)鍍Ni/Au、Ni/Pd/Au等),可避免金屬層氧氣化,同時(shí)增長金屬層可焊性。外表處置層成分與厚度對可焊性影響較大,一般可認(rèn)為合適而使用引線鍵合機(jī)和剪切強(qiáng)度測試儀施行評估。
將芯片貼裝于三維瓷陶基板體腔內(nèi),用蓋板(金屬或玻璃)將體腔嚴(yán)密封閉便可成功實(shí)現(xiàn)部件氣嚴(yán)密封閉裝。圍壩材料與燒焊材料氣密性直接表決了部件封裝氣密性,不一樣辦法制備的三維瓷陶基板氣密性存在一定差別。對三維瓷陶基板主要測試圍壩材料與結(jié)構(gòu)的氣密性,主要有氟油氣泡兒法和氦質(zhì)譜儀法。
靠得住性測試與剖析:靠得住性主要測試瓷陶基板在特別指定背景下(高溫、低溫、高濕、輻射、腐蝕、高頻振蕩等)的性能變動(dòng),主要內(nèi)部實(shí)質(zhì)意義涵蓋耐熱性、高纏綿儲、高低溫循環(huán)、熱沖擊、耐腐蝕、抗腐蝕、高頻振蕩等。對于失去效力樣品,可認(rèn)為合適而使用電子掃描電鏡(SEM)和愛克斯射線衍射儀(XRD)作別施行微觀和成分剖析;認(rèn)為合適而使用電子掃描聲目鏡(SAM)和愛克斯射線檢驗(yàn)測定儀施行燒焊界面和欠缺剖析。
隨著功率部件技術(shù)的不斷進(jìn)展,尤其是隨著第夏商周半導(dǎo)體技術(shù)的興起,瓷陶基板因其令人滿意的熱傳導(dǎo)、耐熱、高超度與高靠得住性等,應(yīng)用領(lǐng)域與需要量不斷擴(kuò)展。下邊簡單扼要紹介瓷陶基板在不一樣電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用。
自上百年50時(shí)代以來,電力電子部件從晶閘管過渡到GTR/GTO/MOSFET,再漸漸進(jìn)展到絕緣柵雙極結(jié)晶體管(Insulate-Gate
Bipolar
Transistor,IG變態(tài))。與前兩代相形,第夏商周電力電子部件(如IG變態(tài))具備頻率高、功率大和開關(guān)速度快等優(yōu)勢,在國防軍事、航天航空、電動(dòng)拖曳、軌道交通、新能量物質(zhì)交通工具以及家用電子部件領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。因?yàn)镮G變態(tài)輸出功率高,發(fā)卡路里大,散熱不好將毀壞IG變態(tài)芯片,因?yàn)檫@個(gè)對于IG變態(tài)封裝而言,散熱是其技術(shù)關(guān)鍵,務(wù)必認(rèn)為合適而使用瓷陶基板鞏固散熱[47],如圖28。到現(xiàn)在為止,IG變態(tài)封裝主要認(rèn)為合適而使用DBC瓷陶基板,端由在于DBC基板金屬線路層較厚(普通為100μm～600μm),具備載流有經(jīng)驗(yàn)大、耐高溫性好及靠得住性高等獨(dú)特的地方。
LD是受激輻射的半導(dǎo)體部件,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療和3D打印等領(lǐng)域,如圖29(a)所示。到現(xiàn)在為止國際上90μm～100μm單管9××nm部件商用產(chǎn)品輸出功率在12
W～18 W之間,實(shí)驗(yàn)室水準(zhǔn)可達(dá)20 W～25 W[48,49,50]。因?yàn)長D電光改換速率約為50百分之百～60百分之百,辦公時(shí)數(shù)量多卡路里集中在有源區(qū),造成結(jié)溫升高,導(dǎo)發(fā)腔面災(zāi)改變性別光學(xué)毀損或達(dá)到最高限度現(xiàn)象,嚴(yán)重限止LD輸出功率和運(yùn)用生存的年限[51]。這個(gè)之外,熱體脹系數(shù)不般配造成部件內(nèi)里萌生熱應(yīng)力,輸出光在快軸方向呈非線性散布,給光柱準(zhǔn)直、整容及光纖耦合帶來莫大挑戰(zhàn),是阻攔高功率激光器廣泛應(yīng)用的主要因素之一。因?yàn)檫@個(gè),在LD封裝中務(wù)必認(rèn)為合適而使用熱傳導(dǎo)性能令人滿意、熱體脹系數(shù)般配的瓷陶基板。因?yàn)锳lN瓷陶具備熱導(dǎo)率高、熱體脹系數(shù)劣等長處,因?yàn)檫@個(gè)LD封裝存在廣泛運(yùn)用Al
N瓷陶基板,如圖29(b)所示。倪羽茜等人[51]認(rèn)為合適而使用AlN和SiC兩種瓷陶制成三明治型熱沉成功實(shí)現(xiàn)了大功率LD單管高功率輸出,摹擬剖析和實(shí)驗(yàn)最后結(jié)果顯露,SiC和Al
N材料制備的瓷陶基板熱阻作別為1.19 K/W和1.30 K/W,二者在15 A時(shí)輸出功率作別為13.1 W和16.3
W,峰值電光改換速率作別為63.9百分之百和68.3百分之百。圖28(a)IG變態(tài)板塊及(b)認(rèn)為合適而使用DBC基板封裝IG變態(tài)板塊Figure
28(a)IG變態(tài) module and(b)IG變態(tài) packaged by using DBC圖29(a)藍(lán)光LD部件及(b)認(rèn)為合適而使用DBC基板封裝LD結(jié)構(gòu)概況圖Figure29(a)Blue
LD device and(b)LD packaging structure using DBC
同LD同樣,閃光二極管(LED)也是一種基于電光改換的半導(dǎo)體功率部件,具備電光改換速率高、響應(yīng)快、生存的年限長和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢,到現(xiàn)在為止已廣泛應(yīng)用于通用照明、信號指使、交通工具燈具和逆光顯露等領(lǐng)域。隨著LED技術(shù)進(jìn)展,芯片尺寸和驅(qū)動(dòng)電流不斷增長,LED模組功率疏密程度也不斷增長,散熱問題越來越嚴(yán)重[52]。大功率LED封裝基板先后經(jīng)歷了三個(gè)階段:金屬支架、金屬基板和瓷陶基板。因?yàn)榇商栈寰邆涓呓^緣、高熱傳導(dǎo)和耐熱、低膨脹等特別的性質(zhì),尤其是認(rèn)為合適而使用鉛直通孔技術(shù)的DPC瓷陶基板,可管用滿意倒裝共晶、COB(板上芯片封裝)、CSP(芯片尺寸封裝)等技術(shù)白光LED封裝需要,如圖30所示。對于紫外LED模組,認(rèn)為合適而使用三維瓷陶基板,可滿意其高效散熱與氣嚴(yán)密封閉裝需要,如圖31所示。Figure
30 White LED module and its packaging structure using ceramic
substrate圖31
紫外LED模組及其封裝結(jié)構(gòu)圖Figure
31Deep ultraviolet LED module and its packaging
structure圖32(a)熱電制冷片樣品;(b)熱電制冷片封裝概況圖Figure
32(a)TEC sample and(b)its packaging structure of TEC圖33
認(rèn)為合適而使用LTCC氣嚴(yán)密封閉裝的晶振及其封裝結(jié)構(gòu)圖Figure
33Hermetic packaged crystal oscillator and its packaging structure using
LTCC
熱電制冷片(Thermoelectric
Cooler,TEC)是一種常用的半導(dǎo)體制冷部件,其辦公原理為帕爾貼效應(yīng),其樣品如圖32(a)所示,結(jié)構(gòu)概況圖如圖32(b)所示。熱電制冷技術(shù)優(yōu)勢表面化,主要表如今:(1)無運(yùn)動(dòng)器件,無噪聲,無磨耗、生存的年限長,便于調(diào)節(jié)控制,靠得住性高;(2)不運(yùn)用制冷劑,無泄露,對背景無污染;(3)制冷器尺寸小,重量輕,適應(yīng)小容量、小尺寸等特別背景電子部件散熱。因?yàn)闊犭娭评渌俾逝c半導(dǎo)體粒子數(shù)目呈正有關(guān),單位平面或物體表面的大小粒子數(shù)目越多,熱電制冷速率越高。DPC瓷陶基板圖形精密度高,可增長粒子安置疏密程度,因此管用增長熱電制冷速率。
航空航天、深海鉆探、交通工具等領(lǐng)域電子部件需求能夠在極度背景(如高溫、高濕、高壓、高腐蝕、高輻射、高頻振蕩等)下辦公,因?yàn)檫@個(gè)封裝材料務(wù)必具備高耐熱性和抗?jié)裥?同時(shí)部件芯片務(wù)必嚴(yán)密封閉于體腔中,防止外界背景的剝蝕和毀傷。前述三維瓷陶基板(如HTCC、LTCC、MPC和DMC等)具備高超度體腔結(jié)構(gòu),氣密性令人滿意,可滿意卑劣背景下部件封裝要求,如圖33所示。
因具備令人滿意的熱傳導(dǎo)性、耐熱性和靠得住性,瓷陶基板也一樣應(yīng)用在眾多其它功率或高溫部件封裝中。如會(huì)聚光伏部件封裝,因?yàn)闀?huì)聚效用造成陽光疏密程度增加,芯片溫度升高,務(wù)必認(rèn)為合適而使用瓷陶基板鞏固散熱,如圖34所示。這個(gè)之外,在微波射頻領(lǐng)域,為了減低傷耗,需認(rèn)為合適而使用高頻特別的性質(zhì)令人滿意的HTCC或LTCC基板來增長速度,如圖35所示。圖34
會(huì)聚光伏模組(CPV)及其封裝概況圖Figure
34Solar panel and its packaging structure using ceramic
substrateFigure
35Automobile sensor and RF device packaged using ceramic
substrate圖36
高精密度DPC基板及其封裝的小規(guī)模熱電制冷器(TEC)Figure
36 High spancision DPC and micro TEC packaged using it
