【检测】力学性能检测 陶瓷基板的缺陷该如何检测

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    力学性能检测 陶瓷基板的缺陷该如何检测

在电子封装过程中，陶瓷基板是关键器件，降低陶瓷基板的不良率对提高电子器件质量具有重大的意义，但是陶瓷基板性能检测尚无国家或行业标准，这给企业生产和产品推广带来一定困难。

目前，主要性能包括基板外观、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。

外观检测

外观检查一般采取目视或工具显微镜，检测陶瓷基板表面是否有裂缝、孔洞，金属层表面是否有刮伤、剥落、污点等质量缺陷。此外，陶瓷基片大小与厚度、金属层厚度，基板表面平整度（翘曲）、基板表面图形精度都是需要重点检测的内容。特别是对于采用倒装芯片、高密度封装而言，一般要求表面平整度低于3%，图形精度优于30μm。

近年来，随着计算机技术和图像处理技术不断发展，企业用工成本不断攀升，企业在制造业转型升级中越来越重视人工智能和机器视觉等技术的应用，基于机器视觉的检测方法和设备逐渐成为提升产品质量、提高良品率的重要手段，因此，将机器视觉检测方法应用于陶瓷基板的检测，可提高检测精度，降低人力成本，具有良好的应用价值。

力学性能检测

平面陶瓷基板力学性能主要指金属线路层结合强度，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(如tpc、dbc等)，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(如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。常用结合强度测试方法包括：

剪切强度测试示意(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。10s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，属于一种定性测试方法。

(2)焊线法：选用直径为0.5mm或1.0mm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抗拉力。

(3)剥离强度法：将陶瓷基板表面金属层蚀刻(划切)成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次/s。

热学性能

陶瓷基板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。由于陶瓷基板一般为多层结构，其导热特性不仅与陶瓷基片材料热导率有关(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。

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。

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au或ag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。

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，可采用扫描电镜和x射线衍射仪分别进行微观和成分分析。采用扫描声显微镜和x射线检测仪进行焊接界面和缺陷分析。

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