陶瓷封裝將成為主流的電子封裝技術(shù)之一及陶瓷封裝芯片清洗介紹
發(fā)布日期：2023-06-14
發(fā)布者：合明科技
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陶瓷基板具有高導(dǎo)熱、高耐熱、高絕緣、高強(qiáng)度、低熱脹、耐腐蝕及抗輻射等特點(diǎn),在功率器件及高溫電子器件封裝中得到廣泛應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)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(fā)展,對(duì)封裝用陶瓷基板性能也提出了更高要求,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。陶瓷基片材料多樣化:氧化鋁(Al2O3)材料熱導(dǎo)率低,熱膨脹系數(shù)較高,但因其技術(shù)成熟,成本低,綜合性價(jià)比高,將在今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占據(jù)陶瓷基板主導(dǎo)地位。氮化鋁(AlN)材料熱導(dǎo)率高,熱膨脹系數(shù)低,但價(jià)格高,目前僅限于導(dǎo)熱性能要求較高的功率器件(如LD)封裝。氮化硅(Si3N4)材料熱導(dǎo)率適中,熱膨脹系數(shù)小,抗彎強(qiáng)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(zhǎng)期在高溫、高濕等環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致其性能惡化，甚至可能會(huì)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(yán)苛的使用環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性。
一、三大封裝材料統(tǒng)領(lǐng)封裝領(lǐng)域
電子封裝材料組成分來(lái)看，主要分為金屬基、陶瓷基和塑料基封裝材料。
陶瓷封裝在高致密封裝中具有較大發(fā)展?jié)摿?，屬于氣密性封裝。主要材料有Al2O3、AIN、BeO和莫來(lái)石，具有耐濕性好、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小和熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。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(jī)械強(qiáng)度、散熱性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。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(huán)氧類和有機(jī)硅類，具有價(jià)格低、質(zhì)量輕、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。二、六大優(yōu)勢(shì)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(duì)比
陶瓷基封裝材料作為一種常見(jiàn)的封裝材料，相對(duì)于塑料封裝和金屬封裝的優(yōu)勢(shì)在于：（1）低介電常數(shù)，高頻性能好；（2）絕緣性好、可靠性高；（3）強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好；（4）熱膨脹系數(shù)低，熱導(dǎo)率高；（5）氣密性好，化學(xué)性能穩(wěn)定；（6）耐濕性好，不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。陶瓷封裝工藝形式多樣，適配各類應(yīng)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(wú)引腳封裝、CQFP陶瓷四方扁平封裝、CPGA陶瓷插針網(wǎng)格陣列封裝以及各種陶瓷基板等，封裝工藝及產(chǎn)品類型呈多元化發(fā)展，以滿足下游各類應(yīng)用需求。
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(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用于短距離傳輸，但也存在散熱困難等缺點(diǎn)。
蝶形封裝主要為長(zhǎng)方體，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，殼體面積大，散熱良好，適用于長(zhǎng)距離傳輸。COB即板上芯片封裝，將芯片附在PCB板上，實(shí)現(xiàn)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(jiàn)的封裝方式包括雙列直插封裝（DIP）、無(wú)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(shù)等。由于具有高導(dǎo)熱、高氣密性、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，目前在功率半導(dǎo)體IGBT、激光器、LED器件等產(chǎn)品應(yīng)用中前景廣闊。四、電子陶瓷封裝技術(shù)芯片封裝清洗
芯片封裝清洗：合明科技研發(fā)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(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)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(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。
這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)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(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)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(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。
推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。
Tips：
【閱讀提示】
以上為本公司一些經(jīng)驗(yàn)的累積，因工藝問(wèn)題內(nèi)容廣泛，沒(méi)有面面俱到，只對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題作分析，隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，新的工藝問(wèn)題也不斷出現(xiàn)，本公司自成立以來(lái)不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新，做到與時(shí)俱進(jìn)，熟悉各種生產(chǎn)復(fù)雜工藝，能為各種客戶提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。
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