八 陶瓷封装PPT课件

.第1，8章陶瓷封装，2，8.1陶瓷封装简介，陶瓷封装是高可靠性要求的主要封装技术。今天，陶瓷技术将烧结的大小变化控制在0.1%的范围内，可以结合厚膜技术制作30-60层多层连接导电结构，因此陶瓷也是制作多芯片组件(MCM)封装基板的主要材料之一。优点：(1)在各种IC组件的封装中，陶瓷封装以高度可靠的方式密封和保护IC芯片的机密性。(2)陶瓷在电、热、机械性能等方面非常稳定，因此用作IC芯片中的材料，它不仅是封装的复盖材料，还是各种微电子产品的重要载体，其性质与(1)塑料封装相比，工艺温度高、成本高；(2)工艺自动化和薄包装功能不如塑料包装。(3)脆性高，易受应力损伤。(4)在需要低介电常数和高连接密度的封装中，必须与薄膜封装技术竞争。3，陶瓷和塑料封装的工艺，半导体用NTK陶瓷封装材料(封装外壳)，4，8.2氧化铝陶瓷封装的材料，表8.1陶瓷材料的基本特性比较，5，8.3陶瓷封装工艺，图8.2氧化铝陶瓷封装工艺，6，8.4其他陶瓷包装材料，近年来，陶瓷包装不再是最常用的包装方法，面对塑料包装的强大竞争，但陶瓷包装仍然是最重要的包装方法，具有高可靠性要求。氮化铝、碳化硅、氧化铍、玻璃陶瓷、钻石等新型陶瓷包装也具有高质量的信号传输、热膨胀特性、热导和电气特性。第7、9章塑料包装，塑料包装的散热、耐热性、密封性不如陶瓷包装和金属包装，但是塑料包装的优点是成本、薄、工艺更简单，适合自动生产，广泛使用，从普通消费电子产品到精密的超高速计算机，是目前微电子行业最常用的包装方法。8，9.1塑料封装材料、热固化和热建模聚合物材料都是酚醛树脂、硅胶等热固化塑料是塑料封装的最重要材料，它们都具有良好的铸膜成型特性，但也有影响封装可靠性的一些缺点。塑料包装中的铸造薄膜材料通常包括酚醛树脂、加速器、固化剂、Hardener、催化剂、催化剂，9，9.2塑料封装工艺，轴向喷涂涂层工艺的优点包括：(1)成品厚度薄，可以减少包装体积；(2)非铸膜成型过程压力造成的损坏；(3)无原材料流动和铸造孔充填工艺造成的破坏；(4)适用于选项卡连接的IC芯片封装。轴向喷涂涂层工艺的缺点是(1)成品易受水蒸气渗透。(2)原料粘度的要求很苛刻。(3)只能制作单面密封，不能避免应力。(4)工序长。10、反应注射成型工艺具有传输铸造工艺的缺点，而(1)能源成本低的优点；(2)降低铸造薄膜压力(约0.30.5Mpa)，降低发生底线的可能性。(3)使用的原料一般具有良好的芯片表面润湿性。(4)适用于卡舌连接的IC芯片密封；(5)可以使用热塑性材料和热塑性材料铸造薄膜。反应注射成型工艺的缺点是(1)要均匀搅拌原料；(2)目前没有电子包装企业可以接受的标准化树脂原料。，11，9.3塑料封装的可靠性测试通常包括3种：(1)高温偏移测试(high temper ature/voltage biastest)，用于测试塑料封装的稳定性。封装元件是放置在125 150的测试腔内，在最高电压和电流负载条件下工作，测试零件和材料相互作用所造成的损伤的方法。(2)温度周期测试(TemperatureCycleTest)。使用的试验条件是：65 150 循环变化，最高和最高低温下分别停留1小时； 55 200 的循环波动，在最大高温和最大低温下分别停留10分钟。 0 125，每小时3循环变化。温度循环测试可以测量应力对封装结构的影响，可以测量连接触点分离、连接破坏、连接表面裂纹和芯片表面钝化保护层破坏等。(3)温度/湿度/偏移测试(temperature/humidity/voltage biastest)。此测试方法也称为THB测试，将IC组件放置在相对湿度为85c/85%的测试腔内，将交流负载(通常约5 v)传递给组件，在所有测试中是最严格的。类似于THB测试，HAST测试是在100 175、50% 85%相对湿度的环境中放置零件和添加偏移的测试。G1应力测试(G1StressTest)是将封装元件放入特殊气体环境(例如氯、硫、二氧化氢、二氧化氮或臭氧)的测试。第12、10章机密包，10.1机密包的必要性机密包可以大大提高电路，尤其是主动设备的可靠性。有源器件对腐蚀等许多潜在的故障机制敏感，通过水蒸气侵蚀从钝化氧化物中浸出磷，形成磷酸，可以侵蚀铝结合焊盘。机密包是集成电路芯片封装技术的核心之一。机密包是完全防止污染物(液体或固体)入侵和腐蚀的包。13、14，10.2金属机密封装，图10.2通用金属封装底座，15，10.3陶瓷机密封装，图10.3陶瓷双列封装和针格式封装，16，10.4玻璃气密封装，玻璃密封材料选择应与金属材料种类相匹配，表10.1列出了电子封装常用玻璃热膨胀系数的比较。玻璃和金属在匹配密封中必须非常接近，甚至热膨胀系数相同，金属和其氧化物之间必须有相当密集的键联接。常用作销框材料的Alloy42合金经常添加铬、钴、锰、硅、硼等元素，以提高氧化层的附着力。Kovar合金可以在900以上的空气、氧化气氛或湿氮/氢气氛中短时间加热，获得特性良好的氧化层。铜合金氧化层容易剥落，因此铜合金表面通常镀上四硼酸钠(SodiumBorate，Na2B4O7)或镍，以免氧化层剥落。铜中添加铝也可以防止氧化层剥落。电子封装中常用的玻璃热膨胀系数见表10.1。17，表格10.1电子封装中常用的玻璃热膨胀系数，第18，11章包装可靠性工程，11.1概述芯片完成整个包装过程后，在包装工厂测试产品的质量和可靠性。质量测试主要检测封装后芯片的可用性、封装后质量和性能情况，而可靠性则是对封装可靠性相关参数的测试。首先要了解什么是“可靠性”，了解产品可靠性的性能，具体说明产品的可靠性，即产品使用时容易发生故障，产品寿命是否合理。如果“质量”测试产品“现在”的质量，那么“可靠性”就是测试产品“未来”的质量。19，图11.1统计的浴缸曲线，图(11.1)统计的浴缸曲线(BathtubCurve)很好地说明了客户对生产企业产品可靠性控制和可靠性的要求。，20，上图所示的提前退休是指在短时间内可能受损的产品。此外，它必须由制造商报废，是客户不能接受的产品。正常使用寿命区域是指客户可以接受的产品。耐久性区域是指性能特别好、耐久性更强的产品。从地图上的浴缸曲线可以看出，在早衰区和耐久性强的地区，产品的不良率通常更高。正常使用区才有比较稳定的剂量率。大多数产品都在一般使用区域。稳定性测试是确定产品是否属于正常使用领域的测试，旨在解决早期开发过程中产品的不稳定性、低剂量率等问题，提高技术，使包装生产线具有高剂量率和稳定运行。在包装行业的发展史上，早期包装供应商并没有把可靠性测试放在第一位。人们首先重视的是生产能力，只靠一定的生产能力就能获利。到了90年代，随着包装技术的发展，包装制造商也越来越多，产品质量处于重要地位，如果某家的产品质量好，将占据绝对优势，质量问题是主要竞争点和研究方向。进入21世纪，质量问题基本解决了，供应商之间的竞争集中在可靠性上，随着消费者自然偏好同等质量的产品，可靠性越来越显示出其重要性，高可靠性是现代包装技术发展的重要指标。21，11.2可靠性测试项目常规包装工厂可靠性测试项目如表11-1所示，表11-1，22，每个测试项目都有特定的目的、目标和特定的方法，但对于测试项目，基本上与温度、湿度、压力等环境参数相关，偶尔添加偏置等，用于创建严酷的破坏环境，以达到测试产品的可靠性目的。每个测试项目大多采用抽样方法，即随机抽取一定数量产品的可靠性测试结果，以确定生产线是否通过可靠性测试。每个包装工厂的可靠性判断标准不同，因此有实力的企业一般使用高水平的可靠性标准。6个测试项目有顺序。PreconditioningTest是要进行的第一个测试项目，然后执行其他五个测试。这些优先级取决于PRECONTEST的目的，以下部分将介绍每个测试的具体内容和目的。考虑到PRECONTEST的特殊性，将在最后一次介绍中部署。23，11.3T/C测试临时循环(T/C)测试，即温度循环测试。通过图11.3温度循环试验，测试火炉由热空气冷却室组成，室中各填充有热冷气(热冷气的温度各包装工厂都有自己的标准，相对温差越大，通过测试的产品的特定特性越稳定)。两个气室之间有一个阀门，要测量的产品在两个气穴之间往返的通道。在封装芯片上进行T/C测试时，有四个参数：热腔温度、冷却室温度、循环数、芯片单室停留时间。表11.2，24，表11.2中的参数在T/C测试时封装的芯片在150 的热炉上重复15分钟，通过阀门在-65的冷炉上重复15分钟，通过热炉重复1，000次。然后测试电路性能，测试是否通过T/C可靠性测试。正如通过T/C的测试方法已经知道的，T/C测试的主要目的是测试半导体封装的热膨胀和收缩的耐久性。封装中有多种材料，材料之间有对应的贴合面。封装中的各种材料在相应环境的温度变化时具有热膨胀和收缩效果，材料的热膨胀系数不同会导致热膨胀和收缩程度不同，因此原始紧密结合的材料结合面可能会出现问题。图11.4是以引线框架(Leadframe)封装为例的热胀冷缩的具体说明，主要材料包括引线框架的Cu材料、芯片的硅材料、连接中使用的金线材料、芯片粘接的胶体材料。其中，环氧模制密封材料(EMC-EpoxyMoldingCompound)具有Leadframe的广阔基础，具有更容易分离、与硅芯片粘合的硅胶，硅胶和引线框架之间也在T/C测试中以失败告终。，25，查看图11.4LeadFrame封装的热膨胀和冷却状态，以及图11.5中T/C测试的一些故障模型。图11.5剥离和分割失败模型，26，11.4T/S测试T/Stest(ThermalShocktest)是测试封装抗热冲击性的能力。图11.6耐热冲击性试验。27，T/S测试与T/C测试有些相似，但T/S测试环境从高温液体转换而来，液体的热传导性比空气快，因此具有很强的热冲击力。如表11.3所示，表11.3所示的参数是分别将150 的液体和-65 的液体放入两个隔离区域，将包装产品放入一个区域，5分钟后放入另一个区域。由于温差大，传热环境好，包装的热冲击很强，为了测试产品的热冲击性，以1000次往返的方式，最终通过测试电路的切断条件来判断产品是否是TS可靠性测试。28，11.5HTS测试hightemperature storage(HTS)测试是测试封装体长时间暴露在高温环境下的耐用性实验。HTS测试是在高温氮气炉中放置封装产品很长时间后测试电路的运行情况。表11.4高温环境耐久性测试表，29，图11.7HTS测试用高温氮气炉的情况(表11.4参数表示，软件包被放置在150高温氮气炉上1000小时(图11.7)。HTS测试的重点是，在高温条件下，半导体成分物质的活性增加，物质间扩散会导致电气不良，由于高温，机械弱的物质容易受损。30，图11.8扩散引起的Kirkendall孔在金线和芯片的结合上，其材料结构在铝、铝、金合金、金、高温下，金和铝金属都活跃且相互扩散，但铝的扩散速度比金快，因此铝界面物质较少，形成了孔。这可能导致电路性能不好，甚至导致断路。例如，图11.8中所示的kirkendall孔是由于物质扩散的可能性而产生的。31，那么如何解决HTS可靠性测试不良问题？首先，在特定情况下，我们可以有选择地使用军用等同种物质耦合电路，金线被铝导线代替，以防止金属间的扩散产生不良。我们还可以使用掺杂物质作为中间层，抑制物质之间的相互扩散。当然，也有避免在没有长时间高温环境的情况下长期将封装体放置在高温下的方法。当然，不会有扩散引起的故障的后果。32，11.6TH测试temperature humidity(TH)测试是在高温潮湿环境下测试封装耐久性的实验，如图11.9TH测试中风扇和温度框的图11.9所示，TH测试是在保持稳定温度和适当温度的风扇上执行的，如表11.5，33所示，实验结束时封装电路的阻塞在TH测试中，EMC(Epoxymoldingcompound环氧塑料)材质具有吸湿性