No processo de embalagem eletrônica, os substratos cerâmicos são componentes críticos. Reduzir a taxa de defeitos de substratos cerâmicos é de grande importância para melhorar a qualidade dos dispositivos eletrônicos. No entanto, atualmente não existem padrões nacionais ou industriais para testes de desempenho de substratos cerâmicos, o que coloca certas dificuldades para a produção empresarial e promoção de produtos.
Atualmente, os principais indicadores de desempenho incluem aparência do substrato, propriedades mecânicas, propriedades térmicas, propriedades elétricas, desempenho da embalagem (desempenho de trabalho) e confiabilidade.
Inspeção de aparência
A inspeção da aparência do substrato cerâmico geralmente usa inspeção visual ou microscopia óptica. Os itens de inspeção incluem se o substrato cerâmico apresenta rachaduras ou vazios e se a superfície da camada metálica apresenta arranhões, descascamento ou manchas. Além disso, as dimensões do substrato cerâmico, a espessura da camada metálica, o nivelamento da superfície (empenamento) do substrato e a precisão do padrão da superfície do substrato são aspectos importantes que requerem inspeção cuidadosa. Especialmente para embalagens flip{3}}chip e de alta-densidade, geralmente é necessário que o nivelamento da superfície seja inferior a 0,3%.
Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia informática e da tecnologia de processamento de imagens, e o aumento dos custos laborais para as empresas, as empresas estão cada vez mais focadas na aplicação de inteligência artificial e tecnologias de visão mecânica na transformação e modernização da produção. Métodos e equipamentos de detecção-baseados em visão artificial estão gradualmente se tornando um meio importante para melhorar a qualidade do produto e aumentar o rendimento. Portanto, a aplicação de equipamento de detecção de visão artificial à inspeção de substratos cerâmicos pode melhorar a eficiência da detecção, reduzir os custos de mão de obra e ter um bom valor de aplicação.
Teste de desempenho mecânico
As propriedades mecânicas dos substratos cerâmicos referem-se principalmente à resistência de ligação da camada do circuito metálico, que representa a resistência de adesão entre a camada metálica e o substrato cerâmico, e determina diretamente a qualidade do empacotamento subsequente do dispositivo (resistência e confiabilidade de ligação da matriz, etc.). A resistência de ligação de substratos cerâmicos preparados por diferentes métodos varia consideravelmente. Substratos cerâmicos planos preparados usando processos de alta-temperatura (como TPC, DBC, etc.) têm uma resistência de ligação mais alta porque a camada metálica e o substrato cerâmico estão conectados por ligações químicas. No entanto, os substratos cerâmicos preparados usando processos de baixa-temperatura (como substratos DPC) dependem principalmente das forças de van der Waals e do intertravamento mecânico, resultando em menor resistência de ligação.
Os métodos de teste para a resistência à metalização de substratos cerâmicos incluem:
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Diagrama esquemático do teste de resistência ao cisalhamento/teste de resistência à tração
(1) Método de fita: Um pedaço de fita é firmemente preso à superfície da camada de metal e um rolo de borracha é usado para rolar sobre ele para remover bolhas de ar dentro da superfície de colagem. Após 10 segundos, uma força perpendicular à camada metálica é aplicada para descolar a fita e é verificado se a camada metálica se desprende do substrato. O teste de fita é um método de teste qualitativo.
(2) Método de ligação do fio: Um fio metálico com diâmetro de 0,5 mm ou 1,0 mm é selecionado e soldado diretamente à camada metálica do substrato por fusão de solda. Em seguida, um medidor de força é usado para medir a força de tração do fio metálico na direção vertical.
(3) Método de resistência ao descascamento: A camada de metal na superfície do substrato cerâmico é gravada (cortada) em tiras de 5 mm a 10 mm de comprimento e, em seguida, removida na direção vertical usando um testador de resistência ao descascamento para medir sua resistência ao descascamento. A velocidade de descascamento deve ser de 50 mm/min e a frequência de medição é de 10 vezes/s.
Desempenho térmico
O desempenho térmico dos substratos cerâmicos inclui principalmente condutividade térmica, resistência ao calor, coeficiente de expansão térmica e resistência térmica. Os substratos cerâmicos desempenham principalmente um papel de dissipação de calor nas embalagens dos dispositivos, portanto sua condutividade térmica é um importante indicador técnico; a resistência ao calor testa principalmente se o substrato cerâmico se deforma ou deforma em altas temperaturas, se a camada do circuito metálico da superfície oxida, descolora, forma bolhas ou delamina e se os furos-internos falham.
As características de condutividade térmica dos substratos cerâmicos não estão apenas relacionadas à condutividade térmica do material do substrato cerâmico (resistência térmica em massa), mas também intimamente relacionadas à ligação da interface do material (resistência térmica de contato da interface). Portanto, o uso de um testador de resistência térmica (que pode medir a resistência térmica em massa e a resistência térmica da interface de estruturas multi{1}}camadas) pode avaliar com eficácia o desempenho da condutividade térmica de substratos cerâmicos.
Desempenho Elétrico
O desempenho elétrico dos substratos cerâmicos refere-se principalmente ao fato de as camadas de metal nas partes frontal e traseira do substrato serem condutoras (se a qualidade-do furo passante interno é boa). Devido ao pequeno diâmetro dos-orifícios passantes nos substratos cerâmicos DPC, podem ocorrer defeitos como preenchimento incompleto e vazios de ar durante a galvanoplastia. Geralmente, um testador de raios X-(qualitativo, rápido) e um testador de sonda voadora (quantitativo, barato) podem ser usados para avaliar a qualidade dos-orifícios passantes em substratos cerâmicos.
Desempenho de embalagem
O desempenho da embalagem de substratos cerâmicos refere-se principalmente à soldabilidade e à estanqueidade (limitada a substratos cerâmicos tri-dimensionais). Para melhorar a resistência da ligação do fio, uma camada de Au ou Ag ou outros metais com boas propriedades de soldagem é geralmente galvanizada ou quimicamente revestida na superfície da camada metálica do substrato cerâmico (especialmente as almofadas) para evitar a oxidação e melhorar a qualidade da ligação do fio. A soldabilidade é geralmente medida usando uma máquina de colagem de fio de alumínio e um testador de tração.
O chip é montado na cavidade de um substrato cerâmico tri-dimensional, e a cavidade é selada com uma placa de cobertura (metal ou vidro) para obter o empacotamento hermético do dispositivo. A hermeticidade do material da barragem e do material de soldagem determina diretamente a hermeticidade da embalagem do dispositivo, e a hermeticidade dos substratos cerâmicos tri-dimensionais preparados por diferentes métodos varia até certo ponto. Os principais testes para substratos cerâmicos tri-dimensionais concentram-se na hermeticidade do material e da estrutura da barragem, usando principalmente o método da bolha de óleo de fluorocarbono e o método do espectrômetro de massa de hélio.