Nel processo di confezionamento elettronico, i substrati ceramici sono componenti critici. Ridurre il tasso di difetti dei substrati ceramici è di grande importanza per migliorare la qualità dei dispositivi elettronici. Tuttavia, attualmente non esistono standard nazionali o di settore per i test sulle prestazioni dei substrati ceramici, il che pone alcune difficoltà per la produzione aziendale e la promozione dei prodotti.
Attualmente, i principali indicatori di prestazione includono l'aspetto del substrato, le proprietà meccaniche, le proprietà termiche, le proprietà elettriche, le prestazioni dell'imballaggio (prestazioni di lavoro) e l'affidabilità.
Ispezione dell'aspetto
L'ispezione dell'aspetto del substrato ceramico utilizza generalmente l'ispezione visiva o la microscopia ottica. Gli elementi di ispezione includono se il substrato ceramico presenta crepe o vuoti e se la superficie dello strato metallico presenta graffi, desquamazione o macchie. Inoltre, le dimensioni del substrato ceramico, lo spessore dello strato metallico, la planarità superficiale (deformazione) del substrato e l'accuratezza del disegno della superficie del substrato sono tutti aspetti importanti che richiedono un'attenta ispezione. Soprattutto per gli imballaggi flip-chip e ad alta-densità, la planarità della superficie generalmente deve essere inferiore allo 0,3%.
Negli ultimi anni, con il continuo sviluppo della tecnologia informatica e della tecnologia di elaborazione delle immagini e l’aumento del costo del lavoro per le imprese, le aziende si stanno concentrando sempre più sull’applicazione dell’intelligenza artificiale e delle tecnologie di visione artificiale nella trasformazione e nel miglioramento della produzione. I metodi e le apparecchiature di rilevamento basati sulla visione artificiale- stanno gradualmente diventando un mezzo importante per migliorare la qualità dei prodotti e aumentare la resa. Pertanto, l'applicazione di apparecchiature di rilevamento della visione artificiale all'ispezione di substrati ceramici può migliorare l'efficienza di rilevamento, ridurre i costi di manodopera e ha un buon valore applicativo.
Test delle prestazioni meccaniche
Le proprietà meccaniche dei substrati ceramici si riferiscono principalmente alla forza di adesione dello strato del circuito metallico, che rappresenta la forza di adesione tra lo strato metallico e il substrato ceramico e determina direttamente la qualità del successivo confezionamento del dispositivo (forza di adesione e affidabilità dello stampo, ecc.). La forza di adesione dei substrati ceramici preparati con metodi diversi varia considerevolmente. I substrati ceramici planari preparati utilizzando processi ad alta-temperatura (come TPC, DBC, ecc.) hanno una forza di adesione maggiore perché lo strato metallico e il substrato ceramico sono collegati tramite legami chimici. Tuttavia, i substrati ceramici preparati utilizzando processi a bassa-temperatura (come i substrati DPC) si basano principalmente sulle forze di van der Waals e sull'incastro meccanico, con conseguente minore forza di adesione.
I metodi di prova per la resistenza alla metallizzazione dei substrati ceramici includono:
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Diagramma schematico della prova di resistenza al taglio/prova di resistenza alla trazione
(1) Metodo del nastro: un pezzo di nastro è fissato saldamente alla superficie dello strato di metallo e viene utilizzato un rullo di gomma per passarlo sopra per rimuovere le bolle d'aria all'interno della superficie di unione. Dopo 10 secondi, viene applicata una forza perpendicolare allo strato metallico per staccare il nastro e viene controllato se lo strato metallico si stacca dal substrato. Il tape test è un metodo di test qualitativo.
(2) Metodo di saldatura del filo: un filo metallico con un diametro di 0,5 mm o 1,0 mm viene selezionato e saldato direttamente allo strato metallico del substrato mediante fusione di saldatura. Quindi, viene utilizzato un dinamometro per misurare la forza di trazione-del filo metallico in direzione verticale.
(3) Metodo della resistenza alla pelatura: lo strato metallico sulla superficie del substrato ceramico viene inciso (tagliato) in strisce lunghe da 5 mm a 10 mm, quindi rimosso in direzione verticale utilizzando un tester per la resistenza alla pelatura per misurarne la resistenza alla pelatura. La velocità di pelatura deve essere di 50 mm/min e la frequenza di misurazione è di 10 volte/s.
Prestazioni termiche
Le prestazioni termiche dei substrati ceramici comprendono principalmente conduttività termica, resistenza al calore, coefficiente di dilatazione termica e resistenza termica. I substrati ceramici svolgono principalmente un ruolo di dissipazione del calore nell'imballaggio dei dispositivi, quindi la loro conduttività termica è un importante indicatore tecnico; la resistenza al calore verifica principalmente se il substrato ceramico si deforma o si deforma alle alte temperature, se lo strato superficiale del circuito metallico si ossida, scolorisce, si forma bolle o si delamina e se i fori passanti interni-si guastano.
Le caratteristiche di conduttività termica dei substrati ceramici non sono solo legate alla conduttività termica del materiale del substrato ceramico (resistenza termica in massa), ma sono anche strettamente correlate al collegamento dell'interfaccia del materiale (resistenza termica del contatto dell'interfaccia). Pertanto, l'utilizzo di un tester di resistenza termica (in grado di misurare la resistenza termica complessiva e la resistenza termica dell'interfaccia di strutture multi-strato) può valutare efficacemente le prestazioni di conduttività termica dei substrati ceramici.
Prestazioni elettriche
Le prestazioni elettriche dei substrati ceramici si riferiscono principalmente al fatto che gli strati metallici sui lati anteriore e posteriore del substrato siano conduttivi (se la qualità del foro passante interno- sia buona). A causa del diametro ridotto dei fori passanti-nei substrati ceramici DPC, durante la galvanizzazione potrebbero verificarsi difetti quali riempimento incompleto e vuoti d'aria. Generalmente, per valutare la qualità dei fori passanti-nei substrati ceramici è possibile utilizzare un tester a raggi X (qualitativo, veloce) e un tester a sonda mobile (quantitativo, economico).
Prestazioni dell'imballaggio
Le prestazioni dell'imballaggio dei substrati ceramici si riferiscono principalmente alla saldabilità e all'ermeticità (limitata ai substrati ceramici tridimensionali). Per migliorare la resistenza dell'unione del filo, uno strato di Au o Ag o altri metalli con buone proprietà di saldatura viene generalmente elettrolitico o placcato chimicamente sulla superficie dello strato metallico del substrato ceramico (in particolare sui cuscinetti) per prevenire l'ossidazione e migliorare la qualità dell'unione del filo. La saldabilità viene generalmente misurata utilizzando una macchina per l'incollaggio di fili di alluminio e un tester di trazione.
Il chip è montato nella cavità di un substrato ceramico tridimensionale e la cavità è sigillata con una piastra di copertura (metallo o vetro) per ottenere un imballaggio ermetico del dispositivo. L'ermeticità del materiale della diga e del materiale di saldatura determina direttamente l'ermeticità della confezione del dispositivo, mentre l'ermeticità dei substrati ceramici tridimensionali preparati con metodi diversi varia in una certa misura. I test principali per i substrati ceramici tridimensionali si concentrano sull'ermeticità del materiale e della struttura della diga, utilizzando principalmente il metodo delle bolle di olio di fluorocarburi e il metodo dello spettrometro di massa dell'elio.