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,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。如會聚光伏部件封裝,因?yàn)闀坌в迷斐申柟馐杳艹潭仍黾?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。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
