陶瓷封裝技術(shù)及三大主要封裝材料介紹

集成電路密度和功能的提高推動電子封裝的發(fā)展。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的創(chuàng)新，電子設(shè) 備向著微型化、集成化、高效率和高可靠性等方向發(fā)展，電子系統(tǒng)總體的集成度提高，功率密度也同步升高。電子元件長期在高溫環(huán)境下運轉(zhuǎn)會導致其性能惡化，甚至器件被破壞。因此，有效的電子封裝需要不斷提高封裝材料的性能，并將電子線路布線合理化，使得電子元件在不受環(huán)境影響的同時，實現(xiàn)良好的散熱，幫助電子系統(tǒng)保持良好的穩(wěn)定性。

電子封裝一般可按封裝結(jié)構(gòu)、封裝形式和材料組成分類。從封裝結(jié)構(gòu)來看，主要包括了 基板布線、層間介質(zhì)和密封材料基板，基板分為剛性板和柔性板，層間介質(zhì)分為有機聚合物） 和無機（氧化硅、氮化硅和玻璃）兩種起到保護電路、隔離絕緣和防止信號失真等作用。密封材料當前主要為環(huán)氧樹脂，占整個電子密封材料的 97%以上，環(huán)氧樹脂成本低、產(chǎn)量大、 工藝簡單。從封裝形式來看，可分為氣密封裝和實體封裝。氣密封裝是指腔體內(nèi)在管芯周圍 有一定氣體空間與外界隔離，實體封裝指管芯周圍與封裝腔體形成整個實體。從材料組成分來看，主要分為金屬基、陶瓷基和塑料基封裝材料。

電子封裝基本分類，數(shù)據(jù)來源：《電子封裝材料的研究現(xiàn)狀及趨勢》

陶瓷封裝在高致密封裝中具有較大發(fā)展?jié)摿?。陶瓷封裝屬于氣密性封裝，主要材料有 Al2O3、AIN、BeO 和莫來石，具有耐濕性好、機械強度高、熱膨脹系數(shù)小和熱導率高等優(yōu) 點。金屬封裝的主要材料包括 Cu、Al、Mo、W、W/Cu 和 Mo/Cu 合金等，具有較高的機械強度、散熱性能優(yōu)良等優(yōu)點。塑料封裝主要使用的材料為熱固性塑料，包括酚醛類、聚酯類、 環(huán)氧類和有機硅類，具有價格低、質(zhì)量輕、絕緣性能好等優(yōu)點。此外，電子封裝還常用四大 復合材料，分別為聚合基復合材料（PMC）、金屬基復合材料（MMC）、碳/碳復合材料（CCC） 和陶瓷基復合材料（CMC）。

三大主要封裝材料

對于集成電路等半導體器件來說，封裝基板需要滿足以下六點要求：

（1）高熱導率，器件產(chǎn)生的熱量需要通過封裝材料傳播出去，導熱良好的材料可使芯片免受熱破壞；

（2）與芯 片材料熱膨脹系數(shù)匹配，由于芯片一般直接貼裝于封裝基板上，兩者熱膨脹系數(shù)匹配會降低芯片熱應(yīng)力，提高器件可靠性；

（3）耐熱性好，滿足功率器件高溫使用需求，具有良好的熱穩(wěn)定性；

（4）絕緣性好；

（5）機械強度高，滿足器件加工、封裝與應(yīng)用過程的強度要求；

（6）價格適宜，適合大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。

六大優(yōu)勢促使陶瓷封裝成為主流電子封裝。陶瓷基封裝材料作為一種常見的封裝材料， 相對于塑料封裝和金屬封裝的優(yōu)勢在于：

（1）低介電常數(shù)，高頻性能好；

（2）絕緣性好、可靠性高；

（3）強度高，熱穩(wěn)定性好；

（4）熱膨脹系數(shù)低，熱導率高；

（5）氣密性好，化學性 能穩(wěn)定；

（6）耐濕性好，不易產(chǎn)生微裂現(xiàn)象。 典型電子封裝材料性能對比

封裝工藝形式多樣，適配各類應(yīng)用需求。我們以光模塊的封裝為例，TOSA 和 ROSA 的主要封裝工藝包括 TO 同軸封裝、蝶形封裝、COB 封裝和 BOX 封裝。TO 同軸封裝多為 圓柱形，具有體積小、成本低、工藝簡單的特點，適用于短距離傳輸，但也存在散熱困難等缺點。蝶形封裝主要為長方體，設(shè)計結(jié)構(gòu)復雜，殼體面積大，散熱良好，適用于長距離傳輸。COB 即板上芯片封裝，將芯片附在 PCB 板上，實現(xiàn)小型化、輕型化和低成本等，BOX封裝 屬于一種蝶形封裝，用于多通道并行。此外，其余常見的封裝方式包括雙列直插封裝（DIP）、 無引線芯片載體（LCC）等等。

TO 同軸封裝激光器示意圖

蝶形封裝激光器示意圖

COB 封裝收發(fā)器示意圖

BOX 封裝接收器示意圖

他常見封裝方式簡介

審核編輯：郭婷