陶瓷封装外壳主要生产工艺流程介绍

科技   2025-01-13 18:24   广东  

陶瓷封装虽然在整个封装行业里占比不大,却是性能比较完善的封装方式,属于气密性封装,具有更低热阻、高散热性能力,可以确保芯片和电路不受周围环境影响,因而它适用于高可靠、耐高温、气密性强的产品封装。

陶瓷封装外壳能提供芯片气密性的密封保护,使其具有优良的可靠性,具有较高的布线密度,在电、热、机械特性等方面极其稳定。陶瓷封装外壳制备以 HTCC为主流,通常是由多层陶瓷金属化底座(多层陶瓷馈通组件)和金属零件(外引线框架、封结环、散热片等)采用银铜焊料钎焊而成的。

图 陶瓷封装管壳生产工艺流程

多层陶瓷封装外壳制造工艺流程主要包括原材料制备、流延、冲孔冲腔、金属化印刷、层压、热切、烧结、镀镍、钎焊、镀金等。

1. 浆料制备

粉体研磨,搅拌脱泡,形成陶瓷浆料;
2. 流延成形
浆料脱泡后流延成形,加热固化成为生瓷带;
3. 裁片
裁片机将卷状生瓷带按照一定尺寸裁成片状,裁切的尺寸要比所需要的尺寸略大,以便满足后面的加工;
4. 冲孔冲腔
冲孔机/激光打孔机在生瓷片上加工通孔和空腔;
5. 印刷
印刷机在生瓷片上印刷金属浆料(W、Mo等),包括层图案和孔内金属化;
6. 叠层
将已印刷电路图形的生瓷片按预先设计的层数和次序,依次放入紧密叠片模具中,保证对位精度;
7. 等静压
为使叠层后的生瓷体在排胶烧结时不起泡分层,对生瓷体进行等静压;
8. 热切
使用切割机将bar块切割为符合预设尺寸的单体;
9. 排胶烧结
经过排胶和烧结形成高强度的金属化陶瓷;
10. 镀镍
烧结后的陶瓷镀镍,为钎焊焊料提供浸润结合层;
  • 陶瓷基座的制作采用高熔点的钨金属,而钨金属不具有可焊性和可键合性,所以需要对陶瓷表面金属化区域进行改性,使其具有可焊性、可键合性,便于钎焊金属零部件。对陶瓷表面金属化区域改性最常用的方法有电镀和化学镀。
11. 组装钎焊
使用夹具定位组装,经过真空钎焊炉将各金属件与陶瓷焊接在一起;
12. 镀镍-镀金
组装完成的产品镀镍-镀金;
  • 陶瓷管壳制备以 HTCC为主流,通过印刷W、Mo等高温导电浆料作为导体。这些导体在空气中容易氧化,使其润湿性和可焊性变差。一般通过镀Au 进行表面修饰,形成保护层,从而避免表面导体的氧化和腐蚀。
13. 检测
产品检测。
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封装测试设备:贴片机、引线键合机、封盖机、平行缝焊封帽、切筋机、钎焊设备、激光调阻机、网络分析仪、热循环测试设备、测厚仪、氦气检漏仪、老化设备、外观检测、超声波扫描显微镜、X-光检测、激光打标、分选设备、测包编带机等;


7、耗材:离型膜、载带(塑料和纸质)、耐火材料、承烧板/匣钵(氧化铝、刚玉莫来石、氮化硼等)、承烧网、发泡胶、研磨耗材(金刚石微粉、研磨液)、精密网版、清洗剂、电镀药水等。


二、热管理产业链:


1、热管理材料:氧化铝、氮化铝、氮化硼、石墨烯、石墨、碳纳米管、空心玻璃微珠、导热粉体、散热基板、热沉(钨铜、钼铜、氮化铝、金刚石等)、铝碳化硅AlSiC、相变材料、导热凝胶、导热界面材料、导热垫片、导热胶带、灌封胶、热管/均热板;


2、散热器件:半导体制冷片(TEC)、IGBT散热器(铜、铝)、大功率晶体管散热器、通信基站散热壳体、液态金属散热器、插针式散热器等;


3、设备:压延机、涂布机、分条机、模切机、复卷机、切片机,CNC设备、压铸/冲压设备、热分析仪器、激光导热仪、导热系数仪、强度试验机、检测设备、自动化等。


三、功率半导体器件封装产业链:


1、材料:碳化硅,陶瓷衬板(DBC、AMB)、封装管壳、键合丝、散热基板(铜、铝碳化硅AlSiC)、导热硅凝胶、环氧灌封胶、焊料(预制焊片)、银膜/银膏、散热器(铜、铝)、功率引出端子(铜端子)、外壳(工程塑料PPS、PBT、高温尼龙)、清洗剂等;

2、设备及配件:真空焊接炉、贴片机、固晶机、引线键合机、X-ray、推拉力测试机、等离子清洗设备、点胶机、丝网印刷机、超声波扫描设备、动静态测试机、点/灌胶机、银烧结设备、垂直固化炉、甲酸真空共晶炉、自动封盖设备、高速插针机、弯折设备、超声波焊接机、视觉检测设备、推拉力测试机、高低温冲击设备、功率循环测试设备、打标机、检验平台、治具等;



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