上一篇：高溫共燒多層陶瓷外殼的失效機(jī)理分析介紹了多層陶瓷外殼的失效模式，包括陶瓷底座斷裂失效、絕緣電阻失效、斷路和短路失效、外引線和無(wú)引線外殼引出端焊盤與外電路連接失效、電鍍層銹蝕失效、密封失效、鍵合和芯片剪切失效和使用不當(dāng)造成失效等，對(duì)這些失效的失效機(jī)理進(jìn)行了分析，根據(jù)HTCC多層陶瓷外殼的失效模式及其失效機(jī)理分析，本文對(duì)多層陶瓷外殼的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。艾邦建有陶瓷封裝全產(chǎn)業(yè)鏈微信群，歡迎陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)鏈上下游掃碼加群與我們交流。
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1、機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)
為了確保陶瓷外殼通過(guò)相關(guān)規(guī)定的機(jī)械試驗(yàn)，如恒定加速度、機(jī)械沖擊、掃頻振動(dòng)等試驗(yàn)項(xiàng)目，不發(fā)生陶瓷底座斷裂失效。在外殼的陶瓷材料、生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取以下措施：
圖 陶瓷無(wú)引線片式載體外殼，圖源宜興電子器件總廠
(1)為了避免由于采用的陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生陶瓷底座斷裂失效，在研制和生產(chǎn)陶瓷外殼所采用的陶瓷材料配方時(shí)，應(yīng)采用抗彎強(qiáng)度高的陶瓷材料配方來(lái)研制和生產(chǎn)陶瓷外殼。
(2)為了避免工藝過(guò)程中，由于偏離工藝參數(shù)而造成降低陶瓷底座的機(jī)械強(qiáng)度，應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定各工藝過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，特別是層壓和燒結(jié)工序的各項(xiàng) 工藝參數(shù)。要求各工序在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律和操作規(guī)程，并對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的制品和半成品進(jìn)行檢驗(yàn)和試驗(yàn)，不得出現(xiàn)分層或“吸紅”現(xiàn)象，從而確保陶瓷底座的機(jī)械強(qiáng)度滿足規(guī)定要求。
(3)為了確保外殼的機(jī)械強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)適當(dāng)加厚底層瓷片厚度，以加強(qiáng)陶瓷外殼底座的機(jī)械強(qiáng)度。
為了確保多層陶瓷外殼的絕緣，絕緣電阻要求≥2×1010Ω，避免外殼的絕緣電阻失效，在陶瓷外殼采用的陶瓷材料、生產(chǎn)工藝和工藝衛(wèi)生上采取以下措施：
(1)采用體積電阻率和絕緣強(qiáng)度高的陶瓷配方；
(2)在印刷生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格金屬漿的配制工藝，使金屬漿的黏度在規(guī)定的范圍內(nèi)；嚴(yán)格印刷操作參數(shù)的設(shè)定，嚴(yán)格操作規(guī)程，確保印刷線條符合要求；
(3)嚴(yán)格工藝衛(wèi)生，使印刷好的產(chǎn)品不出現(xiàn)線間短路的現(xiàn)象，加強(qiáng)工序檢驗(yàn)，剔除不合格品；
(4)在產(chǎn)品電鍍完成后，應(yīng)充分清洗，使殘留的鍍液降低到最少，確保產(chǎn)品的絕緣電阻符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求；
為了確保外殼的電連接符合設(shè)計(jì)要求，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)采取以下措施：
1）有引線外殼的斷、短路可靠性設(shè)計(jì)
(1)嚴(yán)格控制小孔填料漿的黏度及小孔填料的工藝參數(shù)，使每個(gè)小孔均填充滿金屬漿，確?；ミB孔連接的有效性；
(2)嚴(yán)格層壓序的各項(xiàng)工藝參數(shù)，要求在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律和操作規(guī)程，確保通過(guò)層壓使各層生陶瓷片壓成一個(gè)整體，使互連孔連接有效；
(3)嚴(yán)格工藝衛(wèi)生，防止由于金屬漿污染引起的短路；
(4)加強(qiáng)印刷后的工序檢驗(yàn)，剔除小孔填料不足、線間短路和層壓分層等不合格品。
2）無(wú)引線外殼的斷、短路可靠性設(shè)計(jì)
(1)嚴(yán)格控制引出端通孔孔壁金屬化漿料的黏度及引出端通孔孔壁金屬化的工藝參數(shù)，使每個(gè)引出端通孔孔壁均勻地掛滿金屬漿，確保每個(gè)引出端通孔孔壁金屬化的連續(xù)性；
(2)嚴(yán)格層壓工序的各項(xiàng)工藝參數(shù)，要求在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律和操作規(guī)程，確保通過(guò)層壓使各層生陶瓷片壓成一個(gè)整體，使引出端通孔孔壁金屬化連接有效；
(3)嚴(yán)格工藝衛(wèi)生，防止由于金屬漿污染引起的短路；
(4)加強(qiáng)印刷后的工序檢驗(yàn)，剔除內(nèi)引線印刷線路和焊盤印刷與引出端通孔連接斷路、引出端通孔內(nèi)壁掛漿不連續(xù)、線間短路和層壓分層等不合格品。
4、有引線外殼外引線抗拉強(qiáng)度和無(wú)引線外殼的引出端焊盤可靠性設(shè)計(jì)
為了保證外殼外引線的抗拉強(qiáng)度及無(wú)引線外殼引出端焊盤的可焊性要求，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)采取以下措施：
1）有引線外殼外引線抗拉強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)
(1)選用金屬化強(qiáng)度高的金屬化漿料配方作為釬焊引線的金屬化焊盤的金屬化配方；嚴(yán)格控制印刷工藝，確保金屬化層的厚度符合要求；嚴(yán)格控制陶瓷底座的燒結(jié)工藝，確保燒結(jié)溫度等在規(guī)定的范圍內(nèi)，使金屬化強(qiáng)度符合要求；
(2)嚴(yán)格控制陶瓷底座的化學(xué)鍍鎳工藝，確?；瘜W(xué)鍍鎳層符合要求；
(3)嚴(yán)格檢查外殼的釬焊裝配模具，確保裝配模具符合要求；裝配時(shí)應(yīng)保證 陶瓷底座焊盤與外引線一一對(duì)應(yīng)，不產(chǎn)生嚴(yán)重偏位；嚴(yán)格控制釬焊工藝，確保釬焊溫度等參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)；
(4)嚴(yán)格控制焊料量，確保引線釬焊符合要求。
2）無(wú)引線外殼的引出端焊盤可靠性設(shè)計(jì)
(1)選用金屬化強(qiáng)度高的金屬化漿料配方作為金屬化焊盤的金屬化配方；嚴(yán)格控制印刷工藝，確保金屬化層的厚度符合要求；嚴(yán)格控制陶瓷底座的燒結(jié)工藝，確保燒結(jié)溫度等參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)；使金屬化強(qiáng)度符合要求；
(2)嚴(yán)格控制陶瓷底座的電鍍工藝，確保鍍層厚度符合要求。
為了保證電鍍層的可靠性，確保鍍層通過(guò)相關(guān)規(guī)定的鍍金質(zhì)量考核，在外殼電鍍過(guò)程中應(yīng)采取以下措施：
(1)采用無(wú)應(yīng)力鍍鎳配方和純金電鍍金配方。要求鍍層的孔隙率低、鍍層的硬度低、抗腐蝕能力好、可焊性好、可鍵合性好；
(2)采用合理的電鍍工藝流程，確保外殼電鍍后鍍液的殘余量盡可能小；
(3)優(yōu)化鍍層的厚度設(shè)計(jì)，用最經(jīng)濟(jì)的鍍層厚度，確保通過(guò)各項(xiàng)檢驗(yàn)和試驗(yàn)的考核，特別是鹽霧試驗(yàn)的考核；
(4)電鍍用純水的電阻率應(yīng)盡可能高，一般應(yīng)大于8MΩ·cm，以確保純水中 的雜質(zhì)離子盡可能少；
(5)為了解決鍍層起泡問(wèn)題，在前處理過(guò)程中，應(yīng)有效地去除待鍍表面的雜質(zhì)沾污，特別是待鍍表面的碳微粒沾污，減少鍍層的起泡。
為了確保外殼的漏率≤1x1x10-3Pa·cm3·s-1，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)采取以下措 施：
(1)嚴(yán)格控制印刷絲網(wǎng)的厚度和漿料的黏度，確保印刷的漿料厚度在規(guī)定的范圍內(nèi)；
(2)嚴(yán)格控制工場(chǎng)的溫、濕度，確保生陶瓷片在層壓前的柔軟性，使產(chǎn)品在層壓時(shí)能壓成一個(gè)密實(shí)的整體；
(3)嚴(yán)格控制層壓的工藝參數(shù)，確保產(chǎn)品在層壓時(shí)能壓成一個(gè)密實(shí)的整體；
(4)嚴(yán)格控制金屬漿料質(zhì)量和印刷工藝，確保印刷平整度；焊有封接環(huán)的外殼，在封接環(huán)磨平加工時(shí)應(yīng)確保封接環(huán)的平整度；
(5)嚴(yán)格控制電鍍工藝，加強(qiáng)鍍層厚度控制，確保鍍層厚度及均勻性，以保證鍍層質(zhì)量；
(6)確保平行縫焊用蓋板的選材正確，嚴(yán)格控制其制作工藝，保證封蓋合格 率。
為了保證外殼的鍵合和芯片剪切通過(guò)考核，在生產(chǎn)中應(yīng)采取以下措施：
(1)選擇金屬化強(qiáng)度高的金屬漿配方，并嚴(yán)格控制印刷工藝，確保金屬化強(qiáng)度和金屬漿表面的平整度；
(2)嚴(yán)格控制電鍍工藝和鍍層厚度，確保鍍層均勻性和厚度符合要求；
(3)向用戶提供陶瓷外殼使用說(shuō)明書，使用戶了解外殼的使用要求，防止外殼使用不當(dāng)問(wèn)題的出現(xiàn)。
為了保證用戶在外殼使用中不出現(xiàn)失效、用戶在訂購(gòu)?fù)鈿で皯?yīng)充分了解各種外殼的儲(chǔ)存、封裝使用、檢測(cè)、試驗(yàn)的要求，向外殼生產(chǎn)單位索取外殼的使用說(shuō)明書。在外殼進(jìn)廠后，嚴(yán)格按照要求使用外殼，防止在外殼的儲(chǔ)存、封裝使用、檢測(cè)、試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)外殼造成破壞性失效。
文章來(lái)源：湯紀(jì)南.多層陶瓷外殼的失效分析和可靠性設(shè)計(jì)[J].電子與封裝, 2006,6(10):22-26.
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推薦活動(dòng)：【邀請(qǐng)函】第七屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇（11月30日·蘇州）
The?7th Ceramic Packages?Industry Forum
蘇州匯融廣場(chǎng)假日酒店
（虎丘區(qū)城際路21號(hào) 近高鐵蘇州新區(qū)站）?
| 時(shí)間安排 |
議題 |
演講單位 |
| 08:45-09:00 |
開場(chǎng)致辭 |
艾邦創(chuàng)始人 江耀貴 |
| 09:00-09:30 |
多層陶瓷高溫共燒關(guān)鍵技術(shù)介紹 |
佳利電子 副總 胡元云 |
| 09:30-10:00 |
氮化鋁HTCC封裝材料現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) |
中電科43所/合肥圣達(dá) 研究員 張浩 |
| 10:00-10:30 |
茶 ?歇 |
| 10:30-11:00 |
三維電鍍陶瓷基板（3DPC）及其封裝應(yīng)用 |
華中科技大學(xué)/武漢利之達(dá) 教授/創(chuàng)始人 陳明祥 |
| 11:00-11:30 |
HTCC氫氮?dú)夥諢Y(jié)窯爐 |
北京中礎(chǔ)窯爐 副總經(jīng)理 付威 |
| 11:30-12:00 |
多層共燒陶瓷的增材制造技術(shù) |
中南大學(xué) 教授 王小鋒 |
| 12:00-13:30 |
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| 13:30-14:00 |
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中電科55所 研究員 龐學(xué)滿 |
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佛大華康 總經(jīng)理 劉榮富 |
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| 16:00-16:30 |
茶 ?歇 |
| 16:30-17:00 |
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蘇州阿爾賽 總經(jīng)理 王笏平 |
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