در فرآیند بسته بندی الکترونیکی، بسترهای سرامیکی اجزای حیاتی هستند. کاهش میزان عیب بسترهای سرامیکی برای بهبود کیفیت دستگاه های الکترونیکی اهمیت زیادی دارد. با این حال، در حال حاضر هیچ استاندارد ملی یا صنعتی برای آزمایش عملکرد بستر سرامیکی وجود ندارد، که مشکلات خاصی را برای تولید سازمانی و ارتقای محصول ایجاد می کند.
در حال حاضر، شاخص های اصلی عملکرد شامل ظاهر بستر، خواص مکانیکی، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، عملکرد بسته بندی (عملکرد کاری) و قابلیت اطمینان است.
بازرسی ظاهری
بازرسی ظاهری بستر سرامیکی معمولاً از بازرسی بصری یا میکروسکوپ نوری استفاده می کند. موارد بازرسی شامل این است که آیا زیرلایه سرامیکی دارای ترک یا حفره است، و آیا سطح لایه فلزی دارای خراش، لایه برداری یا لکه است. علاوه بر این، ابعاد زیرلایه سرامیکی، ضخامت لایه فلزی، صافی سطح (تابخوردگی) زیرلایه، و دقت الگوی سطح زیرلایه، همه جنبههای مهمی هستند که نیاز به بررسی دقیق دارند. مخصوصاً برای بستهبندیهای برگردان-تراشه و-با چگالی بالا، معمولاً باید صافی سطح کمتر از 0.3% باشد.
در سالهای اخیر، با توسعه مداوم فناوری رایانه و فناوری پردازش تصویر، و افزایش هزینههای نیروی کار برای شرکتها، شرکتها به طور فزایندهای بر کاربرد فناوریهای هوش مصنوعی و بینایی ماشین در تحول و ارتقای تولید تمرکز کردهاند. روشها و تجهیزات تشخیص مبتنی بر بینایی ماشین به تدریج به ابزاری مهم برای بهبود کیفیت محصول و افزایش بازده تبدیل میشوند. بنابراین، استفاده از تجهیزات تشخیص بینایی ماشین برای بازرسی بسترهای سرامیکی می تواند کارایی تشخیص را بهبود بخشد، هزینه های نیروی کار را کاهش دهد و ارزش کاربردی خوبی دارد.
تست عملکرد مکانیکی
خواص مکانیکی زیرلایه های سرامیکی عمدتاً به استحکام اتصال لایه مدار فلزی اشاره دارد که نشان دهنده استحکام چسبندگی بین لایه فلزی و زیرلایه سرامیکی است و به طور مستقیم کیفیت بسته بندی بعدی دستگاه (استحکام باند قالب و قابلیت اطمینان و غیره) را تعیین می کند. استحکام اتصال زیرلایه های سرامیکی تهیه شده با روش های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. زیرلایه های سرامیکی مسطح تهیه شده با استفاده از فرآیندهای درجه حرارت بالا (مانند TPC، DBC و غیره) دارای استحکام پیوند بالاتری هستند زیرا لایه فلزی و بستر سرامیکی توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل می شوند. با این حال، بسترهای سرامیکی که با استفاده از فرآیندهای دمای پایین تهیه میشوند (مانند زیرلایههای DPC) عمدتاً به نیروهای واندروالس و درهمتنیدگی مکانیکی متکی هستند که در نتیجه استحکام پیوند کمتری دارد.
روشهای آزمایش مقاومت فلزی زیرلایههای سرامیکی عبارتند از:
[تصویر]
نمودار شماتیک آزمون مقاومت برشی/آزمایش مقاومت کششی
(1) روش نوار: یک تکه نوار به طور محکم به سطح لایه فلزی چسبانده می شود و از یک غلتک لاستیکی برای غلتش روی آن استفاده می شود تا حباب های هوا در سطح اتصال حذف شود. پس از 10 ثانیه نیرویی عمود بر لایه فلزی برای جدا شدن نوار اعمال می شود و بررسی می شود که آیا لایه فلزی از زیر لایه جدا می شود یا خیر. تست نوار یک روش تست کیفی است.
(2) روش اتصال سیم: یک سیم فلزی با قطر 0.5 میلی متر یا 1.0 میلی متر انتخاب شده و با ذوب لحیم کاری مستقیماً به لایه فلزی زیرلایه جوش داده می شود. سپس از یک نیروسنج برای اندازه گیری نیروی کشش سیم فلزی در جهت عمودی استفاده می شود.
(3) روش استحکام لایه برداری: لایه فلزی روی سطح زیرلایه سرامیکی به نوارهایی به طول 5 تا 10 میلی متر حک می شود (بریده می شود) و سپس در جهت عمودی با استفاده از تست کننده قدرت پوست کنده می شود تا قدرت پوسته شدن آن اندازه گیری شود. سرعت لایه برداری باید 50 میلی متر در دقیقه باشد و فرکانس اندازه گیری 10 بار در ثانیه است.
عملکرد حرارتی
عملکرد حرارتی بسترهای سرامیکی عمدتاً شامل هدایت حرارتی، مقاومت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی و مقاومت حرارتی است. بسترهای سرامیکی عمدتاً نقش اتلاف گرما را در بسته بندی دستگاه ایفا می کنند، بنابراین هدایت حرارتی آنها یک شاخص فنی مهم است. مقاومت حرارتی عمدتاً بررسی میکند که آیا بستر سرامیکی در دماهای بالا تاب میخورد یا تغییر شکل میدهد، آیا لایه مدار فلزی سطحی اکسید میشود، تغییر رنگ میدهد، تاول میزند یا لایه لایه میشود و آیا سوراخهای داخلی از کار میافتند.
ویژگی های هدایت حرارتی زیرلایه های سرامیکی نه تنها به رسانایی حرارتی مواد زیرلایه سرامیکی (مقاومت حرارتی حجیم) مرتبط است، بلکه ارتباط نزدیکی با پیوند رابط مواد (مقاومت حرارتی تماس رابط) دارد. بنابراین، با استفاده از یک تستر مقاومت حرارتی (که میتواند مقاومت حرارتی توده و مقاومت حرارتی رابط ساختارهای چند لایه را اندازهگیری کند) میتواند به طور موثر عملکرد هدایت حرارتی زیرلایههای سرامیکی را ارزیابی کند.
عملکرد الکتریکی
عملکرد الکتریکی زیرلایههای سرامیکی عمدتاً به این موضوع اشاره دارد که آیا لایههای فلزی در قسمتهای جلویی و پشتی زیرلایه رسانا هستند (اینکه آیا کیفیت سوراخ داخلی خوب-است). با توجه به قطر کوچک سوراخهای{2}}در زیرلایههای سرامیکی DPC، ممکن است در حین آبکاری، نقصهایی مانند پر شدن ناقص و حفرههای هوا رخ دهد. به طور کلی، یک تستر اشعه ایکس (کیفی، سریع) و یک تستر کاوشگر پرنده (کمی، ارزان) میتواند برای ارزیابی کیفیت سوراخهای{5}}در زیرلایههای سرامیکی استفاده شود.
عملکرد بسته بندی
عملکرد بسته بندی زیرلایه های سرامیکی عمدتاً به قابلیت لحیم کاری و هوابندی (محدود به زیرلایه های سرامیکی سه بعدی) اشاره دارد. برای بهبود استحکام اتصال سیم، یک لایه طلا یا نقره یا سایر فلزات با خواص جوشکاری خوب، عموماً روی سطح لایه فلزی بستر سرامیکی (مخصوصاً لنتها) آبکاری میشود یا به صورت شیمیایی آبکاری میشود تا از اکسید شدن و بهبود کیفیت اتصال سیم جلوگیری شود. قابلیت لحیم کاری به طور کلی با استفاده از دستگاه اتصال سیم آلومینیومی و تستر کشش اندازه گیری می شود.
تراشه در حفره یک بستر سرامیکی سه بعدی نصب می شود و حفره با یک صفحه پوششی (فلزی یا شیشه ای) مهر و موم می شود تا بسته بندی هرمتیکی دستگاه حاصل شود. هرمتیکی مواد سد و مواد جوش به طور مستقیم هرمتیکی بسته بندی دستگاه را تعیین می کند و هرمتیکی زیرلایه های سرامیکی سه بعدی تهیه شده با روش های مختلف تا حدی متفاوت است. آزمایشهای اصلی برای زیرلایههای سرامیکی سهبعدی بر روی هرمتیکی مواد و ساختار سد تمرکز دارند که عمدتاً از روش حباب نفت فلوئوروکربن و روش طیفسنج جرمی هلیوم استفاده میکنند.