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半导体测试板

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高端线路板生产厂家介绍什么是电子封装陶瓷基板
2021-01-15
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瓷陶基板性能与检验测定 

到现在为止,瓷陶基板性能检验测定尚无国度或行业标准。其主要性能涵盖基板外观、力学性能、热学性能、电学性能、封装性能(办公性能)和靠得住性等。
外观检验测定:瓷陶基板外观检验测定普通认为合适而使用人的眼睛或目镜,检验测定基板外表是否有裂隙、窟窿,金属层外表是否有气泡儿、脱层、划痕或污渍等品质欠缺。这个之外,瓷陶基板尺寸、基板平整度(翘曲)、金属线路层厚度与外表光洁度、线宽与间距等都是需求重点检验测定的内部实质意义。
力学性能:最简单的面瓷陶基板力学性能主要指金属线路层接合强度,表达金属层与瓷陶基片间的粘接强度,直接表决了后续部件封装品质(固晶强度与靠得住性等)。不一样办法制备的瓷陶基土地板结合强度区别较大,一般认为合适而使用高温工艺制备的最简单的面瓷陶基板(如TPC、DBC等),其金属层与瓷陶基片间经过化学键连署,接合强度较高;而低温工艺制备的瓷陶基板(如DPC基板),金属层与瓷陶基片间主要以范德华力及机械咬合力为主,接合强度偏低。常用接合强度测试办法涵盖:
(1)胶带法:将3M胶带紧贴金属层外表,用橡皮滚筒在上头滚压,以去除粘接面内气泡儿。10 s后用铅直于金属层的张力使胶带脱落,检验测定金属层是否从基片上脱落,归属一种定性测试办法。
(2)焊线法:选用直径为0.5 mm或1.0 mm的金属线,经过焊料熔融直接烧焊在基板金属层上,随即用张力计沿铅直方向勘测金属线抗张力。
(3)脱落强度法:将瓷陶基板外表金属层腐刻(划切)成5 mm?10 mm长条,而后在脱落强度测试机上沿铅直方向撕下,测试其脱落强度。要求脱落速度为50 mm/min,勘测频率为10次/s。
对于三维瓷陶基板而言,力学性能还涵盖围坝与最简单的面瓷陶基板间的接合强度,不一样办法制备的三维瓷陶基板围坝接合强度区别非常大。因为HTCC/LTCC、MSC基板认为合适而使用高温加热使黏结工艺制备,围坝与基板界面以化学键为主,接合强度较高;而以粘接、电镀、浆料固化技术成型的围坝,其接合强度相对较低。常用测试办法涵盖剪切强度测试和拉伸强度测试,测试构型如图27所示。
图27(a)剪切强度测试概况图;(b)拉伸强度测试概况图
图27(a)剪切强度测试概况图;(b)拉伸强度测试概况图
Figure 27 Schematic diagram of (a)shear strength and (b)tensile strength testings for 3D ceramic substrate
热学性能:瓷陶基板热学性能主要涵盖热导率、耐热性、热体胀系数和热阻等。瓷陶基板在部件封装中主要起散热效用,因为这个其热导率是关紧的技术指标;耐热性主要测试瓷陶基板在高温下是否翘曲、变型,外表金属线路层是否氧气化变色、起泡或脱层,内里通孔是否失去效力等。因为瓷陶基板普通为多层结构,其热传导特别的性质不止与瓷陶基片材料热导率相关(体热阻),还与材料界面接合事情状况关系近有关(界面接触热阻)。因为这个,认为合适而使用热阻测试仪(可勘测多层结构的体热阻和界面热阻)能管用名声瓷陶基板热传导性能。
电学性能:瓷陶基板电学性能主要指基正直反面金属层是否导通(内里通孔品质是否令人满意)。因为DPC瓷陶基板通孔直径较小,在电镀填孔特殊情况显露出来未填实、气眼等欠缺,普通可认为合适而使用爱克斯射线测试仪(定性,迅速)和飞针测试机(定量,便宜)名声瓷陶基板通孔品质。
封装性能:瓷陶基板封装性能主要指可焊性与气密性(限三维瓷陶基板)。
可焊性是指芯片或金属引线能否没有遇到困难与基板金属层烧焊(键合)在一块儿,同时具备一定键合强度。为增长瓷陶基板可焊性,普通需在基板金属层施行外表处置(如化学镀银,化学镀Ni/Au、Ni/Pd/Au等),可避免金属层氧气化,同时增长金属层可焊性。外表处置层成分与厚度对可焊性影响较大,一般可认为合适而使用引线键合机和剪切强度测试仪施行评估。
将芯片贴装于三维瓷陶基板体腔内,用盖板(金属或玻璃)将体腔严密封闭便可成功实现部件气严密封闭装。围坝材料与烧焊材料气密性直接表决了部件封装气密性,不一样办法制备的三维瓷陶基板气密性存在一定差别。对三维瓷陶基板主要测试围坝材料与结构的气密性,主要有氟油气泡儿法和氦质谱仪法。
靠得住性测试与剖析:靠得住性主要测试瓷陶基板在特别指定背景下(高温、低温、高湿、辐射、腐蚀、高频振荡等)的性能变动,主要内部实质意义涵盖耐热性、高缠绵储、高低温循环、热冲击、耐腐蚀、抗腐蚀、高频振荡等。对于失去效力样品,可认为合适而使用电子扫描电镜(SEM)和爱克斯射线衍射仪(XRD)作别施行微观和成分剖析;认为合适而使用电子扫描声目镜(SAM)和爱克斯射线检验测定仪施行烧焊界面和欠缺剖析。

瓷陶基板应用 

随着功率部件技术的不断进展,尤其是随着第夏商周半导体技术的兴起,瓷陶基板因其令人满意的热传导、耐热、高超度与高靠得住性等,应用领域与需要量不断扩展。下边简单扼要绍介瓷陶基板在不一样电子封装领域的应用。

4.1、电力电子部件封装

自上百年50时代以来,电力电子部件从晶闸管过渡到GTR/GTO/MOSFET,再渐渐进展到绝缘栅双极结晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor,IG变态)。与前两代相形,第夏商周电力电子部件(如IG变态)具备频率高、功率大和开关速度快等优势,在国防军事、航天航空、电动拖曳、轨道交通、新能量物质交通工具以及家用电子部件领域获得广泛应用。因为IG变态输出功率高,发卡路里大,散热不好将毁坏IG变态芯片,因为这个对于IG变态封装而言,散热是其技术关键,务必认为合适而使用瓷陶基板巩固散热[47],如图28。到现在为止,IG变态封装主要认为合适而使用DBC瓷陶基板,端由在于DBC基板金属线路层较厚(普通为100μm~600μm),具备载流有经验大、耐高温性好及靠得住性高等独特的地方。

4.2、激光器(LD)封装

LD是受激辐射的半导体部件,广泛应用于工业、军事、医疗和3D打印等领域,如图29(a)所示。到现在为止国际上90μm~100μm单管9××nm部件商用产品输出功率在12 W~18 W之间,实验室水准可达20 W~25 W[48,49,50]。因为LD电光改换速率约为50百分之百~60百分之百,办公时数量多卡路里集中在有源区,造成结温升高,导发腔面灾改变性别光学毁损或达到最高限度现象,严重限止LD输出功率和运用生存的年限[51]。这个之外,热体胀系数不般配造成部件内里萌生热应力,输出光在快轴方向呈非线性散布,给光柱准直、整容及光纤耦合带来莫大挑战,是阻拦高功率激光器广泛应用的主要因素之一。因为这个,在LD封装中务必认为合适而使用热传导性能令人满意、热体胀系数般配的瓷陶基板。因为AlN瓷陶具备热导率高、热体胀系数劣等长处,因为这个LD封装存在广泛运用Al N瓷陶基板,如图29(b)所示。倪羽茜等人[51]认为合适而使用AlN和SiC两种瓷陶制成三明治型热沉成功实现了大功率LD单管高功率输出,摹拟剖析和实验最后结果显露,SiC和Al N材料制备的瓷陶基板热阻作别为1.19 K/W和1.30 K/W,二者在15 A时输出功率作别为13.1 W和16.3 W,峰值电光改换速率作别为63.9百分之百和68.3百分之百。
图28(a)IG变态板块及(b)认为合适而使用DBC基板封装IG变态板块
图28(a)IG变态板块及(b)认为合适而使用DBC基板封装IG变态板块
Figure 28(a)IG变态 module and(b)IG变态 packaged by using DBC
图29(a)蓝光LD部件及(b)认为合适而使用DBC基板封装LD结构概况图
图29(a)蓝光LD部件及(b)认为合适而使用DBC基板封装LD结构概况图
Figure29(a)Blue LD device and(b)LD packaging structure using DBC

4.3、闪光二极管(LED)封装

同LD同样,闪光二极管(LED)也是一种基于电光改换的半导体功率部件,具备电光改换速率高、响应快、生存的年限长和节能环保等优势,到现在为止已广泛应用于通用照明、信号指使、交通工具灯具和逆光显露等领域。随着LED技术进展,芯片尺寸和驱动电流不断增长,LED模组功率疏密程度也不断增长,散热问题越来越严重[52]。大功率LED封装基板先后经历了三个阶段:金属支架、金属基板和瓷陶基板。因为瓷陶基板具备高绝缘、高热传导和耐热、低膨胀等特别的性质,尤其是认为合适而使用铅直通孔技术的DPC瓷陶基板,可管用满意倒装共晶、COB(板上芯片封装)、CSP(芯片尺寸封装)等技术白光LED封装需要,如图30所示。对于紫外LED模组,认为合适而使用三维瓷陶基板,可满意其高效散热与气严密封闭装需要,如图31所示。
图30 白光LED模组及其瓷陶封装概况图
图30 白光LED模组及其瓷陶封装概况图
Figure 30 White LED module and its packaging structure using ceramic substrate
图31 紫外LED模组及其封装结构图
图31 紫外LED模组及其封装结构图
Figure 31Deep ultraviolet LED module and its packaging structure
图32(a)热电制冷片样品;(b)热电制冷片封装概况图
图32(a)热电制冷片样品;(b)热电制冷片封装概况图
Figure 32(a)TEC sample and(b)its packaging structure of TEC
图33 认为合适而使用LTCC气严密封闭装的晶振及其封装结构图
图33 认为合适而使用LTCC气严密封闭装的晶振及其封装结构图
Figure 33Hermetic packaged crystal oscillator and its packaging structure using LTCC

4.4、热电制冷器(TEC)封装

热电制冷片(Thermoelectric Cooler,TEC)是一种常用的半导体制冷部件,其办公原理为帕尔贴效应,其样品如图32(a)所示,结构概况图如图32(b)所示。热电制冷技术优势表面化,主要表如今:(1)无运动器件,无噪声,无磨耗、生存的年限长,便于调节控制,靠得住性高;(2)不运用制冷剂,无泄露,对背景无污染;(3)制冷器尺寸小,重量轻,适应小容量、小尺寸等特别背景电子部件散热。因为热电制冷速率与半导体粒子数目呈正有关,单位平面或物体表面的大小粒子数目越多,热电制冷速率越高。DPC瓷陶基板图形精密度高,可增长粒子安置疏密程度,因此管用增长热电制冷速率。

4.5、高温电子部件(HTE)封装

航空航天、深海钻探、交通工具等领域电子部件需求能够在极度背景(如高温、高湿、高压、高腐蚀、高辐射、高频振荡等)下办公,因为这个封装材料务必具备高耐热性和抗湿性,同时部件芯片务必严密封闭于体腔中,防止外界背景的剥蚀和毁伤。前述三维瓷陶基板(如HTCC、LTCC、MPC和DMC等)具备高超度体腔结构,气密性令人满意,可满意卑劣背景下部件封装要求,如图33所示。

4.5、其它功率部件封装

因具备令人满意的热传导性、耐热性和靠得住性,瓷陶基板也一样应用在众多其它功率或高温部件封装中。如会聚光伏部件封装,因为会聚效用造成阳光疏密程度增加,芯片温度升高,务必认为合适而使用瓷陶基板巩固散热,如图34所示。这个之外,在微波射频领域,为了减低伤耗,需认为合适而使用高频特别的性质令人满意的HTCC或LTCC基板来增长速度,如图35所示。
图34 会聚光伏模组(CPV)及其封装概况图
图34 会聚光伏模组(CPV)及其封装概况图
Figure 34Solar panel and its packaging structure using ceramic substrate

图35 交通工具传感器及射频部件

图35 交通工具传感器及射频部件
Figure 35Automobile sensor and RF device packaged using ceramic substrate
图36 高精密度DPC基板及其封装的小规模热电制冷器(TEC)
图36 高精密度DPC基板及其封装的小规模热电制冷器(TEC)
Figure 36 High spancision DPC and micro TEC packaged using it

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