陶瓷封装将成为主流的电子封装技术之一及陶瓷封装芯片清洗介绍

发布日期：2023-06-14 发布者：浏览次数：4796

陶瓷基板具有高导热、高耐热、高绝缘、高强度、低热胀、耐腐蚀及抗辐射等特点,在功率器件及高温电子器件封装中得到广泛应用。随着半导体技术不断发展,功率器件也将逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展,对封装用陶瓷基板性能也提出了更高要求,具体表现在以下几个方面。

陶瓷基片材料多样化:氧化铝(Al2O3)材料热导率低,热膨胀系数较高,但因其技术成熟,成本低,综合性价比高,将在今后很长时间内占据陶瓷基板主导地位。氮化铝(AlN)材料热导率高,热膨胀系数低,但价格高,目前仅限于导热性能要求较高的功率器件(如LD)封装。氮化硅(Si3N4)材料热导率适中,热膨胀系数小,抗弯强度高(大于800 MPa),是一种很有潜力的功率器件封装基板材料,特别是在大功率、大温变、高可靠的电力电子器件(如IGBT)封装。

电子元件长期在高温、高湿等环境下运转将导致其性能恶化，甚至可能会被破坏。因而，需要采用有效的封装方式，不断提高封装材料的性能，才能使得电子元件在外界严苛的使用环境下保持良好的稳定性。

一、三大封装材料统领封装领域

电子封装材料组成分来看，主要分为金属基、陶瓷基和塑料基封装材料。

陶瓷、塑料、金属三大封装材料

陶瓷封装在高致密封装中具有较大发展潜力，属于气密性封装。主要材料有Al2O3、AIN、BeO和莫来石，具有耐湿性好、机械强度高、热膨胀系数小和热导率高等优点。

金属封装的主要材料包括 Cu、Al、Mo、W、W/Cu 和 Mo/Cu 合金等，具有较高的机械强度、散热性能优良等优点。

塑料封装主要使用的材料为热固性塑料，包括酚醛类、聚酯类、环氧类和有机硅类，具有价格低、质量轻、绝缘性能好等优点。

二、六大优势促使陶瓷封装成为主流电子封装

几种典型陶瓷封装材料性能对比

陶瓷基封装材料作为一种常见的封装材料，相对于塑料封装和金属封装的优势在于：（1）低介电常数，高频性能好；（2）绝缘性好、可靠性高；（3）强度高，热稳定性好；（4）热膨胀系数低，热导率高；（5）气密性好，化学性能稳定；（6）耐湿性好，不易产生微裂现象。

三、陶瓷封装形式多样化，满足各种高可靠封装要求

陶瓷封装工艺形式多样，适配各类应用需求。主要有CBAG陶瓷球栅阵列、FC-CBGA倒装陶瓷球栅阵列、CQFN陶瓷四方扁平无引脚封装、CQFP陶瓷四方扁平封装、CPGA陶瓷插针网格阵列封装以及各种陶瓷基板等，封装工艺及产品类型呈多元化发展，以满足下游各类应用需求。

TOSA封装图源京瓷

以光模块的封装为例，TOSA和ROSA的主要封装工艺包括TO同轴封装、蝶形封装、COB封装和BOX封装。TO同轴封装多为圆柱形，具有体积小、成本低、工艺简单的特点，适用于短距离传输，但也存在散热困难等缺点。

蝶形封装图源中瓷电子

蝶形封装主要为长方体，设计结构复杂，壳体面积大，散热良好，适用于长距离传输。COB即板上芯片封装，将芯片附在PCB板上，实现小型化、轻型化和低成本等，BOX封装属于一种蝶形封装，用于多通道并行。此外，其余常见的封装方式包括双列直插封装（DIP）、无引线芯片载体（LCC）等等。

在陶瓷覆铜板方面，主要有DPC直接镀铜基板、DBC直接敷铜基板、AM活性金属钎焊基板、LAM激光快速活化金属化技术等。由于具有高导热、高气密性、高强度等特点，目前在功率半导体IGBT、激光器、LED器件等产品应用中前景广阔。

四、电子陶瓷封装技术芯片封装清洗

芯片封装清洗：研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。