m6米乐- 微电子封装质料有哪些分类?金属陶瓷塑料封装的应用与工艺

 体验式策划     |      2021-08-13 09:43
本文摘要:现在,对电子封装的分类有多种形式。按封装结构来分,则可分为气密封.装和实体封装两大类。气密封装是指封装完成后,管壳内部,巧片周围有差别于外界空气的掩护气氛存在,管壳气密性良好,不发生气体的交流;实体封装则是指巧片无气氛存在,封装质料完全困绕网片,管壳内部W实体存在。实体封装对封装质料要求较高,必须致密、抗潮,与管芯质料粘赞同热匹配良好,而且在高温、低气压下不应发生有害气氛。 按封装质料种类上分,则有金属封装、塑料封装、陶瓷封装、金属基复合质料封装等。

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现在,对电子封装的分类有多种形式。按封装结构来分,则可分为气密封.装和实体封装两大类。气密封装是指封装完成后,管壳内部,巧片周围有差别于外界空气的掩护气氛存在,管壳气密性良好,不发生气体的交流;实体封装则是指巧片无气氛存在,封装质料完全困绕网片,管壳内部W实体存在。实体封装对封装质料要求较高,必须致密、抗潮,与管芯质料粘赞同热匹配良好,而且在高温、低气压下不应发生有害气氛。

按封装质料种类上分,则有金属封装、塑料封装、陶瓷封装、金属基复合质料封装等。其中,金属封装质料具有热导率富,易加工成型能好等优点,但由于金属与巧片热膨胀系数差异大、密度大、成本高等劣势,限制了金属封装在某些领域的应用;塑料封装质料虽然有热导率低,热膨胀系数不匹配,但成本低、密度较小,常用于对封装性能要求不高的应用当中;陶瓷封装质料的密度较小,热导率较高,膨胀系数匹配,是一种综合性较好的封装质料,但成本高,制作加工较庞大,更适用于高级微电子器件的封装如航空航天及军事领域。

(1)金属封装金属因其具有较好的机械强度、良好的导热性及电磁屏蔽功效且便于机械加工等优点较早的应用于电子封装,如今仍是电子封装的主要质料。金属封装是指以金属作为管壳主体质料,直接或通过基板间接将芯片安装在管座上,用通过引线毗连内外电路的一种电子封装形式。

传统的金属质料有:Cu、Al、可伐合金(铁镍钴合金)、Invar合金(镍铁合金)及W、Mo合金等。如表1.1所示。

大多数金属封装属于实体封装。金属封装质料为实现对总片支撑、电毗连、热耗散、机械和情况的掩护,通常具备以下几项要求;①具有良好的导热、散热性;②良好的导电性,淘汰传输延迟及能源损耗;③质量轻,同时要求有足够的强度和力学性能;④良好的加工能力以便于批量生产;⑤低的热膨胀系数,以便满足与芯片的匹配,从而淘汰热应力的发生;⑥良好的焊接性能、镀覆性能及耐蚀性能以实现与芯片的可靠联合、密封和情况掩护。表1.1 常用的芯片、基板质料及金属封装质料的主要性能常用的芯片、基板质料及金属封装质料的主要性能(2)塑料封装塑料封装质料一般W热固性质料为主,通常包罗环氧类、酪酸类、聚酯类和有机珪类,其中W环氧树脂应用最为广泛。塑料封装质料因为成本低廉,制作工艺成熟简朴,很早就应用于电子封装,也是整个电子封装行业中应用最为广泛的质料。

塑料封装质料优势显着,同时缺点也显而易见,大多数塑料质料不够致密,导热性能欠好,热膨胀系数与芯片(Si)不匹配,介电损耗高,脆性大。在回流焊历程中,因塑料封装质料对湿度敏感,吸取的水受热易膨胀,从而导致塑封器件爆裂损坏,其中尤其以环氧类质料受水气影响最为显着,严重影响封装的可靠性,对于封装可靠性要求较高行业如军工、航空航天,则无法满足其行业产物需求。随着对封装质料研究的逐渐深入,通过调治塑料封装质料的配等到原料加工方式,可使以上问题获得显着改善。

理想的塑料封装质料通常应具有以下几个特点;①原料纯度高、粘度低,杂质较少;②低吸水率、耐热性能好,具有较高热导率;③低应力,热膨胀系数匹配;④易加工成型,原料浪费少,阻燃性能好;⑤环保性能好,无毒无污染。(3)陶瓷封装陶瓷封装质料是一种常用的电子封装质料,陶瓷封装属于气密性封装,它的优点在于耐湿性好,良好的热学性能如热膨胀率及热导率,机械强度高、化学性能稳定,综合性能优秀。现在应用最为广泛的是Al2O3、BeO和AlN陶瓷。Al2O3陶瓷制作工艺成熟,加工较为简朴便捷因而成本低廉,同时又具有较高机械强度,因此陶瓷封装质料常选用Al2O3陶瓷。

Al2O3陶瓷的综合性能随着Al2O3含量的升高而提高,故高Al2O3陶瓷,尤其是Al2O3含量占整体含量90%以上的陶瓷,综合性能最为突出。BeO陶瓷具有压电性质、光化学性能、高强度、低介电常数、低介电损耗、封装工艺适应性强等特点,且该种具有与金属质料靠近的热膨胀系数及热导率,同时又具有良好的绝緣性能,在电真空行业应用日益増加。可是BeO粉末具有较强毒性,必须接纳有效的防护措施才可以生产。

不仅如此,BeO纯度越大其加工难度也随之上升,因此BeO陶瓷的制造成本较高,限制了该种陶瓷的应用。AlN陶瓷具有低的介电常数和良好的热学性能,因此是现在最具生长前景的陶瓷质料,AlN陶瓷与其他几种质料相比,其热导率更高,且拥有更优异的电性能,更适宜在高功率、多引线情况下使用,同时AlN机械性能优异,在恶劣情况下仍可正常事情。

可是,AlN陶瓷在添加部门助烧剂的条件下仍需要较髙烧结温度,且制备时对原料纯度要求高,因而制备工艺庞大、成本高,旨前并未大规模生产和应用。总而言之,陶瓷封装质料主要具有以下几点优势:①机械性能良好,热打击试验和温度循环试验后险些不发生损伤;②热学性能好,热导率较高、热膨胀系数小;⑤耐湿性好,不易发生微裂纹;④绝缘性能和气密性良好,防止半导体元件内部芯片在外部杂质及湿气影响下腐蚀破坏;⑥避光性能好,能够有效遮蔽可见光且可很好地将红外线反射,还能满足光学相关产物的低反射要求。但同时陶瓷封装质料脆性较大,烧结难题,生产成本高,加工工艺庞大,生产效率低,因而价钱昂贵。

陶瓷封装质料性能如下表1.2所示。表1.2 陶瓷封装质料的性能陶瓷封装质料性能(4)金属基复合质料传统金属封装质料都是单一金属或合金,因其质料特点都有某些不足,难以应对现代封装多方面高性能要求,因此在传统金属封装质料的研究基础上,金属或金属间化合物为基体,通过加入如短纤维、一连纤维、晶须等增强。

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