什么是电子封装(材料)
电子封装是指对电路芯片进行包装,进而保护电路芯片,以免其受到外界环境影响的包装。
电子封装材料是指用于承载电子元器件及其相互联线,起到机械支撑、密封环境保护、信号传递、散热和屏蔽等作用的基体材料。
电子封装材料包含基板、布线、框架、层间介质、密封材料。其中电子封装基片材料作为一种电子元件,主要为电子元器件及其相互联线提供机械承载支撑、气密性保护和促进电气设备的散热。
图1.某种抗攻击安全芯片的封装结构©X技术网
作为电子封装材料的一部分,电子封装基片材料应满足以下性能要求:
此外,电子封装基片还应具有力学性能高、电绝缘性能好、化学性质稳定(对电镀处理液、布线用金属材料的腐蚀而言)和易于加工等特点。当然,在实际应用和大规模工业生产中,价格因素也不容忽视。[1]
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常用电子封装材料的研究现状(优劣势对比表)
表1.三类电子封装材料优劣势对比表
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有关陶瓷封装材料的分类
图2.射频模块用LTCC(低温烧结陶瓷)封装壳via京瓷官网
陶瓷封装常为多层陶瓷基片(MLC)。目前已用于实际生产和开发应用的高导热陶瓷基片材料主要包括Al2O3、 AlN、BeO、SiC、BN等。下面逐一介绍:[2]
氧化铝陶瓷是目前应用最成熟的陶瓷基片材料,优点在于价格低廉,耐热冲击性和电绝缘性较好,制备加工技术成熟,因此广泛应用于电子工业,占陶瓷基片总量的90%,已成为电子工业不可缺少的材料。
氮化铝陶瓷基片是一种新型的基片材料,具有优异的电、热性能,与氧化铝相比具有更高的热导率(一般为氧化铝陶瓷的5倍以上),适用于高功率、高引线和大尺寸芯片,并且氮化铝可以材质坚硬,能够在严酷环境条件下照旧工作,因此可以制成很薄的衬底以满足不同封装基片的应用。缺点在于制备工艺复杂,成本高昂,由此限制了其大规模的生产和应用。
氧化铍陶瓷基片最显著的特点就是它具有极高的热导率,其导热性能与金属材料非常接近,在现今实用的陶瓷材料中,BeO室温下的热导率最高,同时又是一种良好的绝缘材料。BeO介电常数低、介质损耗小,而且封装工艺适应性强。BeO最大的缺点是具有很强的毒性,在制备时要采取特殊的防护措施,并需要提高的加工温度,这使得BeO基板的成本很高并且会对环境产生较大污染,限制了它的生产和推广应用。
氮化硼由于具有热传导率高,且导热性能几乎不随温度变化,介电常数小,绝缘性能好等特点,常应用于雷达窗口、大功率晶体管的管座、管壳、散热片以及微波输出窗等。但立方氮化硼价格昂贵,不宜用于生产通常使用的高热导率陶瓷;热膨胀系数与硅不匹配也限制了其应用。
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结语
科技的飞速发展带动了一系列电子产品的更新换代,电子系统及设备也向集成化、微型化、高效可靠等方向发展。电子系统集成度的提高也会导致产品密度升高,进而整个电子元件和系统正式运作时的热量也会增加,例如我们使用的手机/电脑时间过长主板就会发烫。尽管有效降低系统温度有冷冻法、水循环冷却和微型风扇散热等方法,但是都没有办法从产品根本上解决问题,只是作为辅助。若想可持续发展还需要考虑到资源能源消耗和环境影响等问题,并兼顾技术和经济因素,促使电子封装企业的经济效益和社会效益同步协调优化市场格局。因此,研究具有高热导率同时具备良好综合性能的新型绿色封装材料,已经成为今后电子封装材料走可持续发展的重要方向。
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