在電子封裝過程中,陶瓷基板是關鍵器件,降低陶瓷基板的不良率對提高電子器件質量具有重大的意義,但是陶瓷基板性能檢測尚無國家或行業(yè)標準,這給企業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品推廣帶來一定困難。
目前,主要性能包括基板外觀、力學性能、熱學性能、電學性能、封裝性能(工作性能)和可靠性等。
外觀檢測
陶瓷基板外觀檢查一般采取目視或光學顯微鏡,檢測項目包括陶瓷基片是否有裂縫、孔洞,金屬層表面是否有刮傷、剝落、污點等質量缺陷。此外,陶瓷基片外形尺寸、金屬層厚度、基板表面平整度(翹曲)、基板表面圖形精度都是需要重點檢測的內容。特別是對于采用倒裝芯片、高密度封裝而言,一般要求表面平整度低于0.3%。
近年來,隨著計算機技術和圖像處理技術不斷發(fā)展,企業(yè)用工成本不斷攀升,企業(yè)在制造業(yè)轉型升級中越來越重視人工智能和機器視覺等技術的應用,基于機器視覺的檢測方法和設備逐漸成為提升產(chǎn)品質量、提高良品率的重要手段。因此,將機器視覺檢測設備應用于陶瓷基板的檢測,可提高檢測效率,降低人力成本,具有良好的應用價值。
力學性能檢測
(1)膠帶法:將膠帶緊貼金屬層表面,用橡皮滾筒在上面滾壓,以去除粘接面內氣泡。10 秒后用垂直于金屬層的拉力使膠帶剝離,檢測金屬層是否從基片上剝離。膠帶法屬于一種定性測試方法。
(2)焊線法:選用直徑為0.5mm或1.0mm的金屬線,通過焊料熔化直接焊接在基板金屬層上,隨后用拉力計沿垂直方向測量金屬線的拉脫力。
(3)剝離強度法:將陶瓷基板表面金屬層蝕刻(劃切)成5mm~10mm長條,然后在剝離強度測試機上沿垂直方向撕下,測試其剝離強度。要求剝離速度為50mm/min,測量頻率為10次/s。
熱學性能
陶瓷基板的熱學性能主要包括熱導率、耐熱性、熱膨脹系數(shù)和熱阻等。陶瓷基板在器件封裝中主要起散熱作用,因此其熱導率是重要的技術指標;耐熱性主要測試陶瓷基板在高溫下是否翹曲、變形,表面金屬線路層是否氧化變色、起泡或脫層,內部通孔是否失效等。
陶瓷基板的導熱特性,不僅與陶瓷基片的材料熱導率有關(體熱阻),還與材料界面結合情況密切相關(界面接觸熱阻)。因此,采用熱阻測試儀(可測量多層結構的體熱阻和界面熱阻)能有效評價陶瓷基板導熱性能。
電學性能
陶瓷基板電學性能主要指基板正反面金屬層是否導通(內部通孔質量是否良好)。由于DPC陶瓷基板通孔直徑較小,在電鍍填孔時會出現(xiàn)未填實、氣孔等缺陷,一般可采用X射線測試儀(定性,快速)和飛針測試機(定量,便宜)評價陶瓷基板通孔質量。
封裝性能
陶瓷基板封裝性能主要指可焊性與氣密性(限三維陶瓷基板)。為提高引線鍵合強度,一般在陶瓷基板金屬層(特別是焊盤)表面電鍍或化學鍍一層Au或Ag等焊接性能良好的金屬,防止氧化,提高引線鍵合質量??珊感砸话悴捎?/span>鋁線焊接機和拉力計進行測量。
將芯片貼裝于三維陶瓷基板腔體內,用蓋板(金屬或玻璃)將腔體密封便可實現(xiàn)器件氣密封裝。圍壩材料與焊接材料氣密性直接決定了器件封裝氣密性,不同方法制備的三維陶瓷基板氣密性存在一定差異。對三維陶瓷基板主要測試圍壩材料與結構的氣密性,主要有氟油氣泡法和氦質譜儀法。
可靠性測試與分析
可靠性主要測試陶瓷基板在特定環(huán)境下(高溫、低溫、高濕、輻射、腐蝕、高頻振動等)的性能變化,主要內容包括耐熱性、高溫存儲、高低溫循環(huán)、熱沖擊、耐腐蝕、抗腐蝕、高頻振動等。對于失效樣品,可采用掃描電鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)分別進行微觀和成分分析;采用掃描聲顯微鏡(SAM)和X射線檢測儀(X-Ray)進行焊接界面和缺陷分析。