Elektroniikkapakkausprosessissa keraamiset substraatit ovat kriittisiä komponentteja. Keraamisten alustojen vikaasteen vähentämisellä on suuri merkitys elektronisten laitteiden laadun parantamisessa. Tällä hetkellä ei kuitenkaan ole olemassa kansallisia tai toimialastandardeja keraamisten alustojen suorituskyvyn testaamiseksi, mikä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia yritysten tuotannossa ja tuotteiden edistämisessä.
Tällä hetkellä tärkeimpiä suorituskykyindikaattoreita ovat alustan ulkonäkö, mekaaniset ominaisuudet, lämpöominaisuudet, sähköiset ominaisuudet, pakkauksen suorituskyky (työsuorituskyky) ja luotettavuus.
Ulkonäön tarkastus
Keraamisen alustan ulkonäön tarkastuksessa käytetään yleensä visuaalista tarkastusta tai optista mikroskopiaa. Tarkastuskohteet sisältävät, onko keraamisessa alustassa halkeamia tai aukkoja ja onko metallikerroksen pinnassa naarmuja, hilseilyä tai tahroja. Lisäksi keraamisen alustan mitat, metallikerroksen paksuus, alustan pinnan tasaisuus (käyristymä) ja alustan pintakuvion tarkkuus ovat kaikki tärkeitä näkökohtia, jotka vaativat huolellista tarkastusta. Erityisesti flip-chip- ja suuritiheyksissä{4}}pakkauksissa pinnan tasaisuuden on yleensä oltava alle 0,3 %.
Viime vuosina tietotekniikan ja kuvankäsittelyteknologian jatkuvan kehityksen ja yritysten työvoimakustannusten nousun myötä yritykset ovat keskittyneet yhä enemmän tekoälyn ja konenäköteknologioiden soveltamiseen tuotannon muuttamisessa ja parantamisessa. Konenäköön -perustaisista tunnistusmenetelmistä ja laitteista on vähitellen tulossa tärkeä keino parantaa tuotteiden laatua ja lisätä satoa. Siksi konenäköilmaisulaitteiden käyttäminen keraamisten substraattien tarkastukseen voi parantaa havaitsemisen tehokkuutta, vähentää työvoimakustannuksia ja sillä on hyvä käyttöarvo.
Mekaanisen suorituskyvyn testaus
Keraamisten alustojen mekaaniset ominaisuudet viittaavat pääasiassa metallipiirikerroksen sidoslujuuteen, joka edustaa metallikerroksen ja keraamisen alustan välistä adheesiolujuutta, ja määrittää suoraan seuraavan laitepakkauksen laadun (muottiliitoslujuus ja -lujuus jne.). Eri menetelmillä valmistettujen keraamisten alustojen tarttumislujuus vaihtelee huomattavasti. Tasomaisilla keraamisilla substraateilla, jotka on valmistettu käyttämällä korkean lämpötilan prosesseja (kuten TPC, DBC jne.), on suurempi sidoslujuus, koska metallikerros ja keraaminen alusta on yhdistetty kemiallisilla sidoksilla. Kuitenkin keraamiset alustat, jotka on valmistettu käyttämällä matalan lämpötilan prosesseja (kuten DPC-substraatit), riippuvat pääasiassa van der Waalsin voimista ja mekaanisesta lukituksesta, mikä johtaa alhaisempaan liimauslujuuteen.
Keraamisten alustojen metallointilujuuden testausmenetelmiä ovat:
[Kuva]
Leikkauslujuustestin/vetolujuustestin kaavio
(1) Teippimenetelmä: Teipin pala on kiinnitetty tiukasti metallikerroksen pintaan, ja sen päälle kierretään kumitelalla ilmakuplien poistamiseksi liimauspinnasta. 10 sekunnin kuluttua kohdistetaan metallikerrokseen nähden kohtisuorassa voima, joka kuoriu teipin irti ja tarkastetaan, irtoaako metallikerros alustasta. Nauhatesti on kvalitatiivinen testausmenetelmä.
(2) Langan liitosmenetelmä: Valitaan metallilanka, jonka halkaisija on 0,5 mm tai 1,0 mm, ja se hitsataan suoraan substraatin metallikerrokseen sulattamalla juotetta. Sitten voimamittarilla mitataan metallilangan vetovoima-pystysuorassa suunnassa.
(3) Kuoriutumislujuusmenetelmä: Keraamisen alustan pinnalla oleva metallikerros syövytetään (leikataan) 5–10 mm:n pituisiksi nauhoiksi ja kuoritaan sitten pystysuunnassa kuoriutumislujuusmittarilla sen kuoriutumislujuuden mittaamiseksi. Kuorintanopeuden on oltava 50 mm/min ja mittaustiheydeksi 10 kertaa/s.
Lämpötehokkuus
Keraamisten alustojen lämpöominaisuudet sisältävät pääasiassa lämmönjohtavuuden, lämmönkestävyyden, lämpölaajenemiskertoimen ja lämmönkestävyyden. Keraamisilla alustoilla on pääasiassa lämmönpoistorooli laitteiden pakkauksissa, joten niiden lämmönjohtavuus on tärkeä tekninen indikaattori; lämmönkestävyys testaa pääasiassa sitä, vääntyykö tai muotoutuuko keraaminen alusta korkeissa lämpötiloissa, hapettuuko, värjäytyykö, rakkuloituuko tai delaminoituuko pintametallikerros ja epäonnistuvatko sisäiset läpimenevät{1}}reiät.
Keraamisten substraattien lämmönjohtavuusominaisuudet eivät liity ainoastaan keraamisen alustamateriaalin lämmönjohtavuuteen (bulkkilämpövastus), vaan myös läheisesti materiaalin rajapinnan sidokseen (rajapinnan kosketuslämpövastus). Siksi käyttämällä lämpövastustesteriä (joka voi mitata monikerroksisten rakenteiden bulkkilämpövastusta ja rajapinnan lämpövastusta) voidaan tehokkaasti arvioida keraamisten alustojen lämmönjohtavuussuorituskykyä.
Sähköinen suorituskyky
Keraamisten substraattien sähköinen suorituskyky viittaa pääasiassa siihen, ovatko alustan etu- ja takapuolen metallikerrokset johtavia (onko sisäisten läpimenevien -reikien laatu hyvä). Koska DPC-keraamisten substraattien läpimenevien-reikien halkaisija on pieni, sähköpinnoituksen aikana saattaa ilmetä vikoja, kuten epätäydellistä täyttöä ja ilmatyhjiöitä. Yleensä röntgentesteriä (laadullinen, nopea) ja lentävää koetinta (kvantitatiivinen, edullinen) voidaan käyttää arvioimaan keraamisten alustojen läpimenevien -reikien laatua.
Pakkauksen suorituskyky
Keraamisten alustojen pakkausominaisuudet viittaavat pääasiassa juotettavuuteen ja ilmatiiviyteen (rajoitettu kolmiulotteisiin keraamisiin alustoihin). Langan sidoslujuuden parantamiseksi kerros Au tai Ag tai muita metalleja, joilla on hyvät hitsausominaisuudet, yleensä galvanoidaan tai pinnoitetaan kemiallisesti keraamisen alustan metallikerroksen (erityisesti tyynyjen) pinnalle hapettumisen estämiseksi ja langan sidoslaadun parantamiseksi. Juotettavuus mitataan yleensä alumiinilangan liimauskoneella ja vetotesterillä.
Siru asennetaan kolmiulotteisen keraamisen alustan onteloon, ja onkalo on tiivistetty peitelevyllä (metallilla tai lasilla), jotta laite pakkaa hermeettisesti. Patomateriaalin ja hitsausmateriaalin hermeettisyys määrää suoraan laitteen pakkauksen hermeettisyyden, ja eri menetelmillä valmistettujen kolmiulotteisten keraamisten substraattien hermeettisyys vaihtelee jossain määrin. Kolmiulotteisten keraamisten alustojen tärkeimmät testit keskittyvät padon materiaalin ja rakenteen hermeettisyyteen, pääasiassa fluorihiiliöljykuplamenetelmällä ja heliummassaspektrometrimenetelmällä.