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集成電路的高密度、小型化的需求,使得封裝并不能僅局限于對芯片的保護,還需要滿足芯片間的信號傳輸與信號處理的要求。多芯片封裝、微系統(tǒng)封裝技術(shù)因此而被提出。陶瓷封裝管殼具有封裝密度高、電熱性能好,氣密性好,可靠性高等特點,在封裝領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢。艾邦建有陶瓷封裝全產(chǎn)業(yè)鏈微信群,歡迎陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)鏈上下游加入,請您識別二維碼加入。

DPC 陶瓷管殼可以替代 HTCC/LTCC 嗎
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一、DPC陶瓷管殼的優(yōu)勢特點

多層共燒陶瓷(高溫共燒陶瓷HTCC/低溫共燒陶瓷LTCC)由于其優(yōu)異的縱向傳輸能力、機械強度,成為針對系統(tǒng)級多芯片封裝的主流封裝形式。然而,隨著電子封裝不斷發(fā)展,封裝的引線間距越來越小,封裝密度越來越高,對于陶瓷基板的布線精度提出了更高的挑戰(zhàn)。受到加工方式的限制,多層共燒陶瓷在高可靠系統(tǒng)級封裝領(lǐng)域中存在平面度較大(>30 μm)、 最小線寬較大(>50μm)等問題。這些問題會導(dǎo)致陶瓷基板與芯片無法高可靠連接、封裝密度難以進一步提升。

表 HTCC、LTCC、DPC工藝對比

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此外,為了提高器件可靠性,保護電子器件(芯片)免受外界的機械損傷和腐蝕性氣體損害,一般采用具有腔體結(jié)構(gòu)的氣密封裝技術(shù)。直接電鍍陶瓷(DPC)是能同時滿足高布線精度和實現(xiàn)三維封裝的工藝技術(shù),技術(shù)優(yōu)勢明顯:
(1)采用半導(dǎo)體微加工技術(shù),陶瓷基板上金屬線路更加精細(線寬/線距可低至 30um~50mm,與線路層厚度相關(guān)),因此 DPC基板非常適合對準精度要求較高的微電子器件封裝;
(2)采用激光打孔與電鍍填孔技術(shù),實現(xiàn)了陶瓷基板上/下表面垂直互聯(lián),可實現(xiàn)電子器件三維封裝與集成,降低器件體積;
(3)采用電鍍生長控制線路層厚度(一般為 10 μm~ 100 wm),并通過研磨降低線路層表面粗糙度,滿足高溫、大電流器件封裝需求;

(4)低溫制備工藝(300℃以下)避免了高溫對基片材料和金屬線路層的不利影響,同時也降低了生產(chǎn)成本。

基于DPC技術(shù)路線的陶瓷管殼具有熱導(dǎo)率高、圖形精度高,結(jié)構(gòu)和工藝簡單、成本較低,可實現(xiàn)氣密封裝(漏率<1×10-9?Pa·m3/s)等特點,是微系統(tǒng)封裝的優(yōu)選方案之一。

二、DPC陶瓷管殼的制備工藝

在DPC圍壩產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行技術(shù)創(chuàng)新,可形成陶瓷金屬管殼。利用DPC陶瓷基板的技術(shù)優(yōu)勢(高圖形精度、垂直互連等),通過電鍍增厚等技術(shù)制備圍壩,可得到含陶瓷或金屬圍壩結(jié)構(gòu)的三維陶瓷基板,可提高器件封裝可靠性,更好地將封裝芯片和外界環(huán)境進行隔離,避免芯片受到濕氣和灰塵等不利影響。

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圖 ?DPC三維封裝結(jié)構(gòu)示意圖
目前研究的三維陶瓷基板技術(shù)制備方法有兩種:

(1)制備陶瓷或金屬等材料圍壩結(jié)構(gòu),然后通過膠水膠粘、焊料焊接等工藝,將DPC陶瓷基板與圍壩基板對準后,涂覆膠水或填充焊料將圍壩與陶瓷基板連接成整體;

(2)直接成型圍壩,如采用3D直寫和多層鍍銅等技術(shù)制備得到三維 DPC陶瓷基板,圍壩與陶瓷基板間沒有鍵合層結(jié)構(gòu),直接成型得到。

采用DPC陶瓷基板作為散熱基板,可伐合金作為封裝蓋板,浸錫合金作為焊料的氣密性DPC陶瓷管殼制備工藝流程:
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圖 DPC陶瓷基板制備工藝流程

①對陶瓷基片進行激光打孔以形成小孔徑通孔(孔徑一般為60μm~120μm);

②通過超聲清洗陶瓷基片,并利用濺射鍍膜工藝在陶瓷基片表面沉積金屬種子層(Ti/Cu 靶材);

③利用光刻和顯影工藝形成掩膜圖形,再利用電鍍工藝實現(xiàn)通孔填充和表面銅層增厚;

④通過表面研磨對電鍍銅層進行整平,通過表面處理技術(shù)(化學(xué)鍍)形成 Ni/Au層;

⑤去除干膜并蝕刻種子層,完成DPC 陶瓷基板制備;

⑥封裝焊接前,對DPC陶瓷基板、可伐蓋帽和金錫焊環(huán)進行超聲波清洗;可伐合金管帽作為封裝蓋板,通過沖壓工藝形成腔體以封裝器件;

⑦將金錫焊環(huán)和貼裝芯片后的陶瓷基板金屬環(huán)對準并覆上蓋板,放入高溫真空爐內(nèi)焊接。

11月22日,第二屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇將于石家莊舉辦,屆時,業(yè)內(nèi)知名專家及學(xué)者將就 LTCC、HTCC、薄膜工藝、DPC、厚薄膜混合工藝、系統(tǒng)級(SiP)封裝等陶瓷封裝技術(shù)進行探討,歡迎大家與會交流。演講&贊助&會議報名請聯(lián)系李小姐:18124643204(同微信)

資料來源:
1.劉佳欣等:耐高溫微系統(tǒng)氣密封裝技術(shù)及高溫可靠性研究;?
2.陳方康:電鍍鍵合制備三維陶瓷基板技術(shù)研究;?
3.程浩等:電子封裝陶瓷基板;
4.張鶴等:高精度薄厚膜異構(gòu)HTCC基板制備工藝.

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推薦活動:【邀請函】第二屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇(11月22日·石家莊)
第二屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇
The 2nd Ceramic Packages Industry Forum

2024年11月22日

河北·石家莊
河北翠屏山迎賓館
HeBei Cuipingshan Guesthouse
地址:石家莊市鹿泉區(qū)迎賓館街8號
一、會議議題 

序號

暫定議題

演講嘉賓

1

高可靠封裝的機遇與挑戰(zhàn)

睿芯峰 副總經(jīng)理 陳陶

2

厚薄膜混合型HTCC工藝技術(shù)的開發(fā)

六方鈺成 董事長 劉志輝

3

陶瓷封裝技術(shù)在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的應(yīng)用

北京大學(xué)東莞研究院 鄭小平 研究員/項目總監(jiān)

4

傳感器技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝的應(yīng)用趨勢

鄭州中科集成電路與系統(tǒng)應(yīng)用研究院 先進封測中心主管 周繼瑞

5

封裝用封接玻璃粉的開發(fā)

天力創(chuàng) 項目經(jīng)理 于洪林

6

功率模塊封裝用高強度高熱導(dǎo)率Si3N4陶瓷的研究進展

中材高新氮化物陶瓷 高級專家 張偉儒

7

高品質(zhì)氮化硅粉體燃燒合成技術(shù)新進展

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所/中科新瓷 高級工程師/總經(jīng)理 楊增朝

8

鈣鈦礦型鐵電介質(zhì)陶瓷開發(fā)及應(yīng)用

電子科技大學(xué) 唐斌 教授

9

電子封裝陶瓷基板關(guān)鍵的制備技術(shù)

河北東方泰陽

10

低溫共燒陶瓷基板及其封裝應(yīng)用

中電科43所 董兆文 研究員

11

系統(tǒng)級封裝(SiP)用陶瓷基板技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化

華中科技大學(xué)/武漢利之達科技 教授/創(chuàng)始人 陳明祥

12

薄膜技術(shù)在電子封裝中的應(yīng)用

七星華創(chuàng)微電子 工程師 任凱

13

超快激光AOD技術(shù)顛覆HTCC/LTCC精密鉆孔

德中(天津)技術(shù) 戰(zhàn)略發(fā)展與市場總監(jiān) 張卓

14

集成電路陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計

擬邀請?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

15

陶瓷封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化及可靠性分析

擬邀請?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

16

陶瓷封裝平行縫焊工藝與技術(shù)

擬邀請?zhí)沾煞庋b/設(shè)備廠商/高校研究所

17

高密度陶瓷封裝外殼散熱問題探討

擬邀請?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所

18

光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢

擬邀請光通信企業(yè)/封裝廠商/高校研究所

以最終議題為準。更多議題征集中,歡迎自擬或者推薦議題。演講&贊助&會議報名請聯(lián)系李小姐:18124643204(同微信)

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