陶瓷封裝將成為主流的電子封裝技術之一及陶瓷封裝芯片清洗介紹

發布日期：2023-06-14 發布者：合明科技瀏覽次數：5679

陶瓷基板具有高導熱、高耐熱、高絕緣、高強度、低熱脹、耐腐蝕及抗輻射等特點,在功率器件及高溫電子器件封裝中得到廣泛應用。隨著半導體技術不斷發展,功率器件也將逐漸向大功率、小型化、集成化、多功能等方向發展,對封裝用陶瓷基板性能也提出了更高要求,具體表現在以下幾個方面。

陶瓷基片材料多樣化:氧化鋁(Al2O3)材料熱導率低,熱膨脹系數較高,但因其技術成熟,成本低,綜合性價比高,將在今后很長時間內占據陶瓷基板主導地位。氮化鋁(AlN)材料熱導率高,熱膨脹系數低,但價格高,目前僅限于導熱性能要求較高的功率器件(如LD)封裝。氮化硅(Si3N4)材料熱導率適中,熱膨脹系數小,抗彎強度高(大于800 MPa),是一種很有潛力的功率器件封裝基板材料,特別是在大功率、大溫變、高可靠的電力電子器件(如IGBT)封裝。

電子元件長期在高溫、高濕等環境下運轉將導致其性能惡化，甚至可能會被破壞。因而，需要采用有效的封裝方式，不斷提高封裝材料的性能，才能使得電子元件在外界嚴苛的使用環境下保持良好的穩定性。

一、三大封裝材料統領封裝領域

電子封裝材料組成分來看，主要分為金屬基、陶瓷基和塑料基封裝材料。

陶瓷、塑料、金屬三大封裝材料

陶瓷封裝在高致密封裝中具有較大發展潛力，屬于氣密性封裝。主要材料有Al2O3、AIN、BeO和莫來石，具有耐濕性好、機械強度高、熱膨脹系數小和熱導率高等優點。

金屬封裝的主要材料包括 Cu、Al、Mo、W、W/Cu 和 Mo/Cu 合金等，具有較高的機械強度、散熱性能優良等優點。

塑料封裝主要使用的材料為熱固性塑料，包括酚醛類、聚酯類、環氧類和有機硅類，具有價格低、質量輕、絕緣性能好等優點。

二、六大優勢促使陶瓷封裝成為主流電子封裝

幾種典型陶瓷封裝材料性能對比

陶瓷基封裝材料作為一種常見的封裝材料，相對于塑料封裝和金屬封裝的優勢在于：（1）低介電常數，高頻性能好；（2）絕緣性好、可靠性高；（3）強度高，熱穩定性好；（4）熱膨脹系數低，熱導率高；（5）氣密性好，化學性能穩定；（6）耐濕性好，不易產生微裂現象。

三、陶瓷封裝形式多樣化，滿足各種高可靠封裝要求

陶瓷封裝工藝形式多樣，適配各類應用需求。主要有CBAG陶瓷球柵陣列、FC-CBGA倒裝陶瓷球柵陣列、CQFN陶瓷四方扁平無引腳封裝、CQFP陶瓷四方扁平封裝、CPGA陶瓷插針網格陣列封裝以及各種陶瓷基板等，封裝工藝及產品類型呈多元化發展，以滿足下游各類應用需求。

TOSA封裝圖源京瓷

以光模塊的封裝為例，TOSA和ROSA的主要封裝工藝包括TO同軸封裝、蝶形封裝、COB封裝和BOX封裝。TO同軸封裝多為圓柱形，具有體積小、成本低、工藝簡單的特點，適用于短距離傳輸，但也存在散熱困難等缺點。

蝶形封裝圖源中瓷電子

蝶形封裝主要為長方體，設計結構復雜，殼體面積大，散熱良好，適用于長距離傳輸。COB即板上芯片封裝，將芯片附在PCB板上，實現小型化、輕型化和低成本等，BOX封裝屬于一種蝶形封裝，用于多通道并行。此外，其余常見的封裝方式包括雙列直插封裝（DIP）、無引線芯片載體（LCC）等等。

在陶瓷覆銅板方面，主要有DPC直接鍍銅基板、DBC直接敷銅基板、AM活性金屬釬焊基板、LAM激光快速活化金屬化技術等。由于具有高導熱、高氣密性、高強度等特點，目前在功率半導體IGBT、激光器、LED器件等產品應用中前景廣闊。

四、電子陶瓷封裝技術芯片封裝清洗

芯片封裝清洗：合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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