电子封装之陶瓷封装介绍

集成电路密度和功能的提高推动电子封装的发展。随着现代微电子技术的创新，电子设备向着微型化、集成化、高效率和高可靠性等方向发展，电子系统总体的集成度提高，功率密度也同步升高。电子元件长期在高温环境下运转会导致其性能恶化，甚至器件被破坏。因此，有效的电子封装需要不断提高封装材料的性能，并将电子线路布线合理化，使得电子元件在不受环境影响的同时，实现良好的散热，帮助电子系统保持良好的稳定性。  

  电子封装一般可按封装结构、封装形式和材料组成分类。从封装结构来看，主要包括了基板布线、层间介质和密封材料基板，基板分为刚性板和柔性板，层间介质分为有机聚合物）和无机（氧化硅、氮化硅和玻璃）两种起到保护电路、隔离绝缘和防止信号失真等作用。密封材料当前主要为环氧树脂，占整个电子密封材料的 97%以上，环氧树脂成本低、产量大、工艺简单。从封装形式来看，可分为气密封装和实体封装。气密封装是指腔体内在管芯周围有一定气体空间与外界隔离，实体封装指管芯周围与封装腔体形成整个实体。从材料组成分来看，主要分为金属基、陶瓷基和塑料基封装材料。  

电子封装基本分类，数据来源：《电子封装材料的研究现状及趋势》   陶瓷封装在高致密封装中具有较大发展潜力。陶瓷封装属于气密性封装，主要材料有Al2O3、AIN、BeO 和莫来石，具有耐湿性好、机械强度高、热膨胀系数小和热导率高等优点。金属封装的主要材料包括 Cu、Al、Mo、W、W/Cu 和 Mo/Cu 合金等，具有较高的机械强度、散热性能优良等优点。塑料封装主要使用的材料为热固性塑料，包括酚醛类、聚酯类、环氧类和有机硅类，具有价格低、质量轻、绝缘性能好等优点。此外，电子封装还常用四大复合材料，分别为聚合基复合材料（PMC）、金属基复合材料（MMC）、碳/碳复合材料（CCC）和陶瓷基复合材料（CMC）。  

三大主要封装材料  

对于集成电路等半导体器件来说，封装基板需要满足以下六点要求： （1）高热导率，器件产生的热量需要通过封装材料传播出去，导热良好的材料可使芯片免受热破坏； （2）与芯片材料热膨胀系数匹配，由于芯片一般直接贴装于封装基板上，两者热膨胀系数匹配会降低芯片热应力，提高器件可靠性； （3）耐热性好，满足功率器件高温使用需求，具有良好的热稳定性； （4）绝缘性好； （5）机械强度高，满足器件加工、封装与应用过程的强度要求； （6）价格适宜，适合大规模生产及应用。   六大优势促使陶瓷封装成为主流电子封装。陶瓷基封装材料作为一种常见的封装材料，相对于塑料封装和金属封装的优势在于： （1）低介电常数，高频性能好； （2）绝缘性好、可靠性高； （3）强度高，热稳定性好； （4）热膨胀系数低，热导率高； （5）气密性好，化学性能稳定； （6）耐湿性好，不易产生微裂现象。   典型电子封装材料性能对比

  封装工艺形式多样，适配各类应用需求。我们以光模块的封装为例，TOSA 和 ROSA的主要封装工艺包括 TO 同轴封装、蝶形封装、COB 封装和 BOX 封装。TO 同轴封装多为圆柱形，具有体积小、成本低、工艺简单的特点，适用于短距离传输，但也存在散热困难等缺点。蝶形封装主要为长方体，设计结构复杂，壳体面积大，散热良好，适用于长距离传输。COB 即板上芯片封装，将芯片附在 PCB 板上，实现小型化、轻型化和低成本等，BOX封装属于一种蝶形封装，用于多通道并行。此外，其余常见的封装方式包括双列直插封装（DIP）、无引线芯片载体（LCC）等等。  

TO 同轴封装激光器示意图 数据来源：光通信百科  

  蝶形封装激光器示意图 数据来源：光通信百科  

COB 封装收发器示意图 数据来源：光通信百科  

BOX 封装接收器示意图 数据来源：光通信百科   其他常见封装方式简介

编辑：黄飞