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多层陶瓷外壳的失效分析和可靠性设计

2012年03月27日 16:46 次阅读

  1引言

  多次陶瓷外壳以其优良的性能被广泛应应用于航天、航空、军事电子装备及民用投资类电子产品的集成电路和电子元器件的封装,常用的陶瓷外壳有集成电路陶瓷外壳,如D型(DIP)、F型(FP)、G型(PGA)、Q型(QFP)、C型(LCC)、BGA型等;混合集成电路陶瓷外壳,光电器件陶瓷外壳,微波器件陶瓷外壳,声表面波器件陶瓷外壳,晶体振荡器陶瓷外壳,固体继电器陶瓷外壳及各种传感器(如霍尔传感器)用陶瓷外壳等等。

  多层陶瓷外壳采用多层陶瓷金属化共烧工艺进行生产。多层陶瓷外壳分为高温共烧陶瓷外壳(HTCC)和低温共烧陶瓷外壳(LTCC)两类。本文仅对高温共烧陶瓷外壳(HTCC)进行讨论。

  多层陶瓷外壳由于其体积小、导热性好、密封性好、机械强度高、引起封装可靠性高而得到广泛应用,但是,使用中仍然会出现失效。本文就多层陶瓷外壳的失效模式、失效机理和可靠性设计进行探讨。

  2多层陶瓷外壳的失效模式

  多层陶瓷外壳在生产和使用中出现的失效模式通常有以下几种:

  (1)在机械试验中出现陶瓷底座断裂失效;

  (2)在使用中出现绝缘电阻小于标准规定值,出现失效;

  (3)在使用中外壳出现断、短路失效;

  (4)在使用中出现外壳外引线脱落、或无引线外壳的引出端焊盘与外电路连接失效;

  (5)使用中出现电镀层锈蚀失效;

  (6)使用中出现密封失效;

  (7)键合和芯片剪切失效;

  (8)使用不当造成失效。

  3多层陶瓷外壳的失效机理分析

  3.1陶瓷底座的断裂失效

  其主要失效机理如下:

  (1)由于所采用的陶瓷材料的抗弯强度不足;

  (2)在生产过程中偏离了规定的工艺参数;例如:层压中未将各层生陶瓷片压成一个整体,降低了陶瓷底座的机械强度,在烧结过程中,由于烧结温度过高或过低而造成陶瓷底座过烧和生烧,从而降低了陶瓷底座的机械强度所致;

  (3)由于结构设计错误,在设计外壳底座的底板时,底板取值太小,使底板过薄。因此,产品在机械试验时,造成外壳芯腔部应力集中,从而出现外壳底座断裂失效。

  3.2绝缘电阻失效

  其主要失效机理如下:

  (1)所采用的陶瓷材料的体积电阻率和绝缘强度不够,使产品的绝缘电阻达不到标准规定的要求;

  (2)印刷生产过程中,偏离了规定的工艺参数,例如金属浆的黏度不符合规定或印刷机的工艺参数不对,使印刷线条之间发生短路或接近短路,导致绝缘电阻失效;

  (3)在印刷生产过程中,由于操作者不注意工艺卫生,造成印刷线条之间发生短路或接近短路,导致绝缘电阻失效;

  (4)在电镀后的清洗过程中,由于未充分清洗干净,残留的镀液电介质导致绝缘电阻值下降,导致绝缘电阻失效。

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