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Forschung zu LTCC integraler Substratverpackungsprozess

Zusammenfassung: in this Papier, die LTCC Es wird ein integraler Verpackungsprozess eingeführt, der sich auf die Parameter konzentriert, die den Einfluss der hermetischen Verpackungsrate und der Schweißhohlraumrate beeinflussen Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die hermetische und die Hohlraumrate der integralen Verpackung hauptsächlich beeinflusst werden Durch die Gestaltung der Verpackungsstruktur, die Oberflächenverunreinigung und den Lötdruck auf der Grundlage der obigen Parametereinstellung wird schließlich die hohe hermetische und niedrige Hohlraumrate integraler Verpackungsprodukte erhalten

Schlüssel Wörter: LTCC, integrale Verpackung, hermetisch, Hohlraumrate


1.LTCC Substrateinführung

LTCC Das Substrat hat die Vorteile einer hohen Verdrahtungsschicht, eines geringen quadratischen Widerstands des Verdrahtungsleiters, einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, einer niedrigen Sintertemperatur, eines kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer ausgezeichneten Hochfrequenz Eigenschaften, geeignet für Hoch- und Niederfrequenzmischen und digital-analog Mischungsdesign und ist der effektivste technische Weg, um Miniaturisierung, Leichtgewicht, Multifunktion weiter zu realisieren und hohe Zuverlässigkeit der militärischen elektronischen Ausrüstung Die integrierte Verpackung ist eine neue Art von hoher Dichte Verpackung ohne Metallrohrschale, welche Schweißen Sie den Schneidrahmen direkt an die Oberfläche von LTC mehrschichtig Substrat und dann Parallelnaht die Abdeckplatte verschweißen, so dass die Mehrschicht Substrat wird nicht nur als Multilayer verwendet Schaltungsverbindungssubstrat, aber auch als Basis der Verpackungshülle, um die integrierte gasdichte Verpackung von LTCC zu realisieren Substrat und Schale. Mit die steigenden Anforderungen an Volumen und Gewicht für militärische elektronische Geräte, insbesondere für Luft- und Raumfahrtgeräte Bei elektronischen Geräten wird die Anwendung integrierter Verpackungen immer umfangreicher

in this Papier, ein integrierter Verpackungsprozess für LTCC Die Leiterplatte wird vorgestellt, und die strukturellen Konstruktionsfaktoren beeinflussen die Luftdichtheit von integrierten Verpackungen werden untersucht gleichzeitig die damit verbundenen Prozesse der hohen Luftdichtheit und Bodenhohlraumrate von LTCC Das Schweißen von Untergrund- und Metallbodenplatten sowie Rahmen wird nachdrücklich untersucht


integrierte Struktur und Technologie von 2LTCC

2.1 LTCC Substratgrundstruktur

wie in FIG. gezeigt 1, die Grundstruktur von LTCC Das integrierte Paket enthält LTCC Grundplatte, Metallgrundplatte, Gehäuse und Abdeckplatte In der integrierten Paketstruktur sind die Eingangs- und Ausgangsschnittstellen von Signalen an beiden Enden von LTCC ausgelegt Grundplatte. Die Die Einbaulage der Komponenten ist auf LTCC ausgelegt Grundplatte.

Abb 1 schematische Darstellung von LTCC integrierte Paketstruktur


in der Struktur die LTCC Grundplatte ist mit verbunden Die Metallgrundplatte und der Kotflügelrahmen werden durch Hartlöten gelötet, und die Abdeckplatte wird durch ein paralleles Nahtschweißverfahren abgedichtet

2.2 LTCC integrierter Verpackungsprozess

Die Hauptprozessschritte von LTCC integrierte Verpackung sind: (1) Reinigung der zu schweißenden Bauteile: das LTCC Substrat, Bodenplatte und Gehäuse werden durch Gasphase und das vorgeformte Au80Sn20 gereinigt Das Schweißblech wird mit Ultraschall in wasserfreiem Ethanol / Aceton gereinigt gemischtes Lösungsmittel für 15 Minuten; (2) Montage: Die zu schweißenden Bauteile werden nacheinander mit montiert eine menschliche Graphit-Positionierungsvorrichtung, und Aufmerksamkeit sollte bezahlt werden, um die zu schweißenden Bauteile sauber zu halten; (3) Integriert Hartlöten: Zum Löten wird ein Vakuumsinterofen verwendet, die Spitzentemperatur wird auf 340 eingestellt ℃ und die Schweißzeit beträgt 4 Minuten; (4) Chip Montage; (5) Parallelschweißen Das Schweißen erfolgt unter Stickstoffschutzatmosphäre

Abb 2 Prozessflussdiagramm von LTCC integriertes Paket


experimentelle Ergebnisse und Diskussion

3.1 LTCC Substrat integrierter Paketfehlermodus

(1) Grundvoraussetzungen für das integrierte Schweißen gasdicht Verpackung

Die Das luftdichte Paket kann die darin installierten elektronischen Komponenten von isolieren die äußere Umgebung, verhindern die schädliche Flüssigkeit und Feststoff, insbesondere das schädliche Gas aus korrodieren oder eindringen es und kann effektiv die langfristige Zuverlässigkeit des Produkts gewährleisten.

(2) Die Schweißhohlraumrate zwischen LTCC Substrat und Bodenplatte sind zu hoch

Die Durch Schweißen gebildetes Loch erhöht den Wärmewiderstand der Leistungskomponenten auf dem Substrat und führt leicht zum Versagen oder Verbrennen der Leistungskomponenten Die Ein großes Loch unter dem Substrat bedeutet, dass das Signal nicht durch die gemeinsame Masse der Metallbodenplatte gelangen kann, sondern durch Umgehen des Lochs erreicht werden kann Die Position und Größe des Schweißlochs auf dem Untergrund sind zufällig, und es gibt kein bestimmtes Gesetz Die Je größer der Schweißbereich zwischen dem Untergrund und der Metallbodenplatte ist, desto mehr Löcher und desto größer ist der Bereich des größten einzelnen Lochs Millimeterwelle und andere Hochfrequenz Schaltungen kann die Größe des Lochs die Größenordnung der Wellenlänge des Hochfrequenzsignals erreichen oder sogar größer als die Signalwellenlänge, welche beeinflusst die Akzeptanz- oder Emissionsleistung des Stromkreises LTCC integrierte Verpackungsprodukte, die allgemeine Kavitation Rate ist kleiner als 25 %, und unter dem Mikrostreifen befindet sich kein Schweißloch Übertragungsleitung deren Größe ist mehr als zweimal der Mikrostreifen Linie Breite.

3.2 Auswirkung der integrierten Tragwerksplanung auf die Luftdichtheit von Paketen

1) Einfluss von LTCC wärmeleitend Lochstruktur auf die Gasdichtheit des integrierten Pakets.

Wärmeleitungslöcher befinden sich normalerweise an der Vorderseite von LTCC Substrat zur Verbesserung der Wärmeableitungsleistung des Substrats Die Die Struktur der Wärmeleitung durch das Loch ist in Abbildung 3 dargestellt da die Wärmeleitung durch das Loch mit Goldpaste mit gesintert wird Bei hohem Metallgehalt und niedrigem Glasgehalt kann das Material des Durchgangslochs nicht vollständig mit kombiniert werden der Keramikkörper während Sintern und der effektive Schweißbereich zwischen LTCC Die Bodenplatte aus Substrat und Metall ist niedrig, insbesondere wenn In der Wärmeleitung befindet sich ein durchdringender Schweißhohlraum durch das Loch (Abbildung 4) Es ist leicht, einen Luftleckagekanal entlang der Richtung des Schweißlochs und des Wärmeleitungslochs zu bilden 5 Produkte mit durch-Typ Schweißlöcher in den Teilen von Wärmeleitungslöchern werden vor dem Versiegeln zur Lecksuche ausgewählt, 4 der 5 Produkte weisen eine uneingeschränkte Leckrate auf und die Leckerkennungsdaten sind in Tabelle 1 aufgeführt Um Luftleckagen zu vermeiden, tritt das Auftreten von durch Schweißlöcher sollten durch Optimierung des Lötprozesses beseitigt werden

Tabelle 1 Leckerkennungsdaten von eindringenden Hohlprodukten


Abb 3 schematische Darstellung der Wärmeleitungsporenstruktur


(2) Die Einfluss von LTCC Substrat-Innenleiter-Verdrahtungsstruktur auf die Gasdichtheit der integrierten Verpackung

LTCC Schaltungssubstrat hat oft eine große Fläche der Metallmasseebene (wie z. B. Goldleiter), wie in Abbildung 5A gezeigt Aufgrund des geringeren Glasgehalts in der Goldleiterpaste ist es schwierig, eine dichte Verbindung zwischen dem Goldleiter und dem LTCC herzustellen Keramikschnittstelle während Sintern, und es gibt einen kleinen Leckagekanal, der ist leicht zu verursachen, die LT c Schaltungssubstrat selbst zu lecken, so dass teilweise Erdungsschichtleiter während entfernt werden können das Verkabelungsdesign des LTCC Substrat ohne Beeinflussen der Schaltungsleistung (wie in Fig. 5B gezeigt) .In Beim Sinterprozess wird die dichte Verbindung zwischen der oberen und der unteren Schicht des Rohporzellans direkt hergestellt, wodurch die Erzeugung von Luftleckagen vermieden wird

Abb 5 schematische Darstellung des Barriereschichtdesigns


Nehmen Sie die beiden Verdrahtungsschemata (12 LTCC Substrate) Für den integrierten Löttest nach dem Test, der Lecksuche vor dem Versiegeln, sind die Ergebnisse der Lecksuche in Tabelle 2 gezeigt, nachdem die Sperrschicht eingestellt wurde, die qualifizierte Gasdichtigkeitsrate von LTCC integrierte Verpackungsprodukte wurden erheblich verbessert

Tabelle 2 Leckerkennungsdaten von Produkten mit oder ohne Barriereschicht

(3) Die Auswirkung der Gehäusehöhe auf die Luftdichtheit des integrierten Pakets

Die Abdeckplatte von LTCC Das integrierte Verpackungsprodukt wird durch Parallelschweißen gasdicht verschweißt Wann Parallelschweißen wird durchgeführt, die momentan hohe Temperatur 3 bis 1500 ℃ wird erzeugt und die enorme Wärme wird auf die Schweißschnittstelle zwischen dem Gehäuse und LTCC übertragen Substrat entlang des versenkbaren Gehäuses, welches verursacht einen Wärmeschock an der Schnittstelle und wenn Die Wärmeschockspannung übersteigt die Festigkeit von LTCC Substrat an der Grenzfläche, das LTCC Das Substrat reißt und führt zu einem Gasaustritt von LTCC Substrat selbst.In um dies zu vermeiden Phänomen, neben der Optimierung der Parameter des parallelen Nahtschweißens und der Verringerung der durch das parallele Nahtschweißen erzeugten Wärme, die Höhe des Gehäuses (≥ 1,5 mm) sollte zu Beginn des Entwurfs der integrierten Verpackungsstruktur erhöht werden, welche kann dazu führen, dass ein Teil der durch das Parallelnahtschweißen erzeugten Wärme vor Erreichen der Schweißgrenzfläche abgeführt wird, wodurch die thermischen Auswirkungen auf LTCC verringert werden Untergrund beim parallelen Nahtschweißen

3.3 Auswirkung des Lötprozesses auf das Schweißraumverhältnis

(1) Die Einfluss der Verschmutzung der Schweißfläche

Die Existenz von organischen / anorganischen Schadstoffe auf der Oberfläche der Schweißbaugruppe erschweren das Gold-Zinn Lötmittel, das in die Schweißfläche eindringt und zur Bildung von Schweißhohlräumen führt, insbesondere wenn An der Schweißschnittstelle zwischen dem Rahmen und LTCC befinden sich Schadstoffe Substrat, es wird Löcher in diesem geben Bereich nach dem Schweißen, was zu einer Gasleckage des Produkts führt Schweißen, alle Teile müssen streng gereinigt werden, verschiedene Teile sollten auf verschiedene Weise gereinigt werden, LTCC Grundplatte, Metallbodenplatte und Gehäuse sollten in der Dampfphase gereinigt werden, Goldlot sollte in wasserfreiem Ethanol / Aceton gereinigt werden gemischtes Lösungsmittel durch Ultraschallwelle für 15 Minuten


Abb 6 Röntgenaufnahmen des Schweißens vor und nach der Reinigung (a: vor Reinigung; B: nach Reinigung)


(2) Die Einfluss der Schweißschnittstelle Druck.

Wann Durchführung von LTCC integriertes Paketschweißen mit Eine Metallbodenplatte, die einen bestimmten Druck auf die Schweißfläche ausübt, kann das Restgas zwischen dem LTCC effektiv ablassen Substrat und die Schweißteile, wodurch Schweißhohlräume reduziert werden Die Druck auf die Schweißschnittstelle sollte mäßig groß sein Wenn der Druck ist zu gering, der Effekt der Gasentladung ist nicht offensichtlich; if Wenn der Druck zu groß ist, kann leicht eine große Menge geschmolzenen Lots extrudiert werden und zum nicht geschweißten überlaufen Teile des Produktes während der Schweißprozess, wodurch die Schweißausbeute beeinflusst wird Experiment zeigt, dass der Druck von 0,2 N / cm2 ist geeignet für LTCC Untergrundschweißen Abb 7 zeigt die Röntgenbilder von LTCC Substrat und Metallsubstrat bei einem Schweißdruck von 0,1 N / cm2 und 0,2 Ncm2 .

Abb 7 Röntgenaufnahmen des Schweißens unter verschiedenen Drücken

(a: 0,1 N / cm2; b: 0,2 N / cm2)


es sollte zu beachten ist, dass wenn das LTCC Untergrund ist mit verschweißt die Metallbodenplatte und das foving Gehäuserahmen, der Schweißbereich zwischen dem LTCC Substrat und das foving Gehäuserahmen ist viel kleiner als das zwischen dem LTCC Substrat und die Metallbodenplatte sowie die beiden Schweißflächen sollten separat gedrückt werden, sonst das Lot zwischen dem LTCC Das Substrat und der Gehäuserahmen werden in großen Mengen extrudiert, was zu unzureichendem Lot an der Schweißgrenzfläche führt und somit zum Versagen der gasdichten Verpackung führt

Abb 8 Röntgenaufnahmen von Schweißstücken unterschiedlicher Dicke

(a: 0,05 mm; b: 0,1 mm)


(3) Die Einfluss der Dicke des Schweißstücks

Die Dicke des Schweißblechs sollte Gegebenenfalls ist das Schweißblech zu dünn, das Lot reicht nicht aus, um den Schweißschnittstellenlücken zu füllen, was zu Schweißhohlräumen führt Die Schweißblech ist zu dick, erhöht nicht nur die Schweißkosten, sondern auch das leicht auftretende Phänomen des Lötmittelüberlaufs Die reines Gold LTCC Substrat allgemein Verzug Kontrollanforderung ist ≤ 3 ‰, mit die Zunahme der Größe des Substrats, seine Verformung Die Höhe nimmt ebenfalls zu

Um ein gutes Schweißen zu gewährleisten, ist die erforderliche Lötdicke umso größer, je größer der Untergrund ist Abb. 8A und b sind mit verschweißte Produkte 0,05 mm und 0,1 mm Au80Sn20 Lote unter den gleichen Bedingungen es ist zu sehen, dass wenn 0,05 mm Wenn Lote verwendet werden, kann das Lötmittel die Grenzflächenlücke zwischen der Grundplatte und LTCC nicht vollständig ausfüllen Substrat, was zu großen führt Schweißhohlräume, mit eine Schweißhohlraumrate von mehr als 25 %. Wann 0,1 mm Wenn Lote verwendet werden, ist die Grenzflächenlücke fast vollständig mit gefüllt löten, mit eine Schweißhohlraumrate von weniger als 10 %.


5. Schlussfolgerung

(1) Die Wärmeleitungslochstruktur von LTCC Das Substrat beeinflusst die Gasdichtheit integrierter Verpackungsprodukte, wie z. B. das Eindringloch in der Schweißgrenzfläche zwischen Metallbodenplatte und LTCC Substrat, welches verursacht ein Austreten von Gas aus integrierten Verpackungsprodukten

(2) Wann Verdrahtung des Innenleiters von LTCC Substrat kann das Austreten von Gas aus integrierten Verpackungsprodukten durch die Gestaltung einer Barriereschicht wirksam verhindert werden

(3) Wann Die Höhe des gefällten Gehäuses ist unzureichend, der Parallelschweißvorgang kann leicht zu LCC führen Substratrissbildung, welche kann durch Erhöhen der Höhe des Gehäuses vermieden werden

(4) Zu Reinigen Sie die Schweißkomponente Au80Sn20 Schweißblech mit Dicke von 0,1 mm wird ausgewählt und der Druck von 0,2 N / cm2 wird auf das integrierte Produkt aufgetragen, um einen guten Schweißeffekt zu erzielen Die Die Leckrate des Endprodukts vor dem Versiegeln beträgt ≤ 1 × 10-pa · cm3 / s (Er), und das nach dem Versiegeln ist ≤ 1 × 10-2pa · cm3 / s (He) und die Schweißhohlraumrate ist < 10 %.


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