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展至科技教你如何去判断检测陶瓷基板缺陷?

 时间:2021-10-12     浏览:25     分享

如今很多电子封装过程中,都是有使用陶瓷基板来做关键的产品器件,这样降低陶瓷基板的不良率甚至可以提高电子器件质量,具有重大意义,但是陶瓷基板的一些性能检测尚无国家或行业上的标准检测,这样给企业生产产品推广带来一定的困难性。

 

目前,展至科技主要性能有包括基板外观、力学性能、热学性能、电学性能、封装性能(工作性能)和可靠性等检测陶瓷基板缺陷。

 

第一:外观检测

一般陶瓷基板外观检查都是采取目视或光学显微镜,检测项目中包括了陶瓷基板是否有裂缝、孔洞,金属层厚度、基板表面的平整度(翘曲)、基板表面图形精度都是需要重点检测内容。因为是对采用倒装芯片、高密度封装而言,一般要去表面平整度低于0.3%

 

如今这些年来,计算机技术和图像处理技术不断发展,而企业用工成本不断提高,在制造业转型升级中直接重视人工智能和机器视觉等技术的应用,在一些基于机器视觉的检测方法和设备中,逐渐成为提升产品质量、提高良品率的重要手段。所以,在机器视觉检测设备应用于陶瓷基板上检测,可以大大提高检测效率,从而降低人力成本,产生良好的应用价值。

 

第二:力学性能检测

陶瓷基板力学性能主要指金属线路层的结合强度,表示金属层与陶瓷基片间的粘接强度,直接决定了后续器件封装的质量(固晶强度与可靠性等)。不同方法制备的陶瓷基板结合强度差别较大,通常采用高温工艺制备的平面陶瓷基板(TPCDBC),其金属层与陶瓷基片间通过化学键连接,结合强度较高。而低温工艺制备的陶瓷基板(DPC基板),金属层与陶瓷基片间主要以范德华力及机械咬合力为主,结合强度偏低。

 

剪切强度测试示意图/拉伸强度测试示意图

陶瓷基板金属化强度的测试方法包括:

(1)胶带法:将胶带紧贴金属层表面,用橡皮滚筒在上面滚压,以去除粘接面内气泡。10 秒后用垂直于金属层的拉力使胶带剥离,检测金属层是否从基片上剥离。胶带法属于一种定性测试方法。

(2)焊线法:选用直径为0.5mm1.0mm的金属线,通过焊料熔化直接焊接在基板金属层上,随后用拉力计沿垂直方向测量金属线的拉脱力。

(3)剥离强度法:将陶瓷基板表面金属层蚀刻(划切)5mm~10mm长条,然后在剥离强度测试机上沿垂直方向撕下,测试其剥离强度。要求剥离速度为50mm/min,测量频率为10/s

 

第三:热学性能

          陶瓷基板的热学性能主要包括热导率、耐热性、热膨胀系数和热阻等。陶瓷基板在器件封装中主要起散热作用,因此其热导率是重要的技术指标;耐热性主要测试陶瓷基板在高温下是否翘曲、变形,表面金属线路层是否氧化变色、起泡或脱层,内部通孔是否失效等。

陶瓷基板的导热特性,不仅与陶瓷基片的材料热导率有关(体热阻),还与材料界面结合情况密切相关(界面接触热阻)。因此,采用热阻测试仪(可测量多层结构的体热阻和界面热阻)能有效评价陶瓷基板导热性能。

 

第四:电学性能

陶瓷基板电学性能主要指基板正反面金属层是否导通(内部通孔质量是否良好)。由于DPC陶瓷基板通孔直径较小,在电镀填孔时会出现未填实、气孔等缺陷,一般可采用X射线测试仪(定性,快速)和飞针测试机(定量,便宜)评价陶瓷基板通孔质量。

 

第五:封装性能

陶瓷基板封装性能主要指可焊性与气密性(限三维陶瓷基板)。为提高引线键合强度,一般在陶瓷基板金属层(特别是焊盘)表面电镀或化学镀一层AuAg等焊接性能良好的金属,防止氧化,提高引线键合质量。可焊性一般采用铝线焊接机和拉力计进行测量。

将芯片贴装于三维陶瓷基板腔体内,用盖板(金属或玻璃)将腔体密封便可实现器件气密封装。围坝材料与焊接材料气密性直接决定了器件封装气密性,不同方法制备的三维陶瓷基板气密性存在一定差异。对三维陶瓷基板主要测试围坝材料与结构的气密性,主要有氟油气泡法和氦质谱仪法。

 

第六:可靠性测试与分析

    可靠性主要测试陶瓷基板在特定环境下(高温、低温、高湿、辐射、腐蚀、高频振动等)的性能变化,主要内容包括耐热性、高温存储、高低温循环、热冲击、耐腐蚀、抗腐蚀、高频振动等。对于失效样品,可采用扫描电镜(SEM)X射线衍射仪(XRD)分别进行微观和成分分析;采用扫描声显微镜(SAM)X射线检测仪(X-Ray)进行焊接界面和缺陷分析。