标签: 陶瓷封装基板

金锡合金 具有优异的导热性能和机械性能，较低的熔点和回流温度，熔化后黏度低、润湿性好，焊接无需助焊剂等优点 ，被广泛应用于大功率散热元器件的装配和封装，如 LED( 发光二极管 ) 、激光二极管、 RF( 射频 ) 功放、气密封装、半导体芯片三维堆叠等。 金锡合金的制备方法主要包括焊膏回流、焊料预制片、蒸发、磁控溅射、交替电镀、合金电镀等。综合考虑成本、工艺难度、与微小尺寸电路兼容性等因素，合金电镀是最优选择。本文主要探讨了影响金锡合金镀层的主要因素，引入数控双脉冲电源和超声装置，结合电镀夹具、电镀工艺参数，设计测量方法，根据测量结果调整镀液离子浓度、电流密度、电镀时间等参数，以实现镀层性能、厚度和组分比例的目标值。 一、 电镀设备 一般的电沉积主要是采用直流电源进行电镀，就是将直流电与一定组分的混合电解质溶液连通后，应用相关的电化学原理 ( 即通过电解的作用 ) ，来使目标金属或目标合金在特定或是需要的零件表面进行沉积，然后形成均匀、致密、表面结合好的纯金属或是合金镀层，从而使目标零件具有更好的装饰性，或是更强的防护性甚至是获得更加全面的功能性，该过程是一个包含了物理与化学的复杂过程。 如图 1 所示的电镀过程中电流回路示意图，从图中可见，电流从电源的正极流出，经过金属导线而流入镀金锡合金的阳极，再流入金锡合金电镀液，然后从溶液流到待镀件，最后经金属导线返回到电源的负极，完成一个回路的流通。 此处引入双脉冲数控电源，相比于直流电的电沉积模式，脉冲电沉积金属合金的过程中，因为发生了电流的导通与断开，极大地改善了电镀液在阴极区所产生的极化效应。 图 1 电沉积过程中电流的回路示意图 如图 2 是在搅拌和加热的双重作用条件下进行的脉冲电镀金锡合金的电沉积过程示意图。将脉冲数控的电源正负极分别连接到电镀槽中的阳极和阴极。通过恒温恒速磁力搅拌器对电镀液进行加热、搅拌。其中，加热温度设置为 40 ℃，搅拌速率为 250 rpm 。此过程中，随着电沉积时间的延长，阴极上会附着大量的气泡，导致电沉积过程中的阴极区析出的金属镀层存在空洞、裂纹等缺陷。 图 2 电沉积制备金锡合金搅拌与加热同时进行的示意图 如图 3 ，在超声波辅助的条件下进行的脉冲金锡合金的电沉积。将脉冲数控的电源正负极分别连接到电镀槽中的阳极和阴极。因为在室温、加热下的搅拌都存有或多或少的气泡附着，因此通过超声波的震动的作用来消除阴极气泡的产生。 图 3 电沉积制备金锡合金超声辅助的示意图 二、 电镀夹具 电镀合金与电镀单一金属最大的不同在于电流密度不仅影响镀层的厚度，还直接影响合金中各组分的比例。因此，为了保证电镀金锡合金版内和版间的一致性，电镀夹具的设计尤为关键。斯利通陶瓷基板整理 为了降低夹具自身电阻对电流密度的影响，采用钛包铜材料对主体框架进行加工。为使电流在版内均匀分布，一般采用多点加电的方式。以 2 in( 约 5.08 cm) 方片为例，至少需 4 点加电 ( 见图 4) 。 图 4 电镀夹具示意图 因待镀面积有限，故除电镀夹具触点外都要包胶，避免存在漏电点。夹具上设置镀液交换孔，保证待镀产品表面的离子浓度与镀液一致。 三、 电镀工艺参数 电镀金锡合金的典型工艺参数见表 1 。温度一般设定在推荐的最优值。 pH 可以采用厂家推荐的酸碱溶液进行调整，但要注意 pH 是工作温度下的实测值，非室温值。 表 1 电镀金锡的典型工艺参数 四、 电镀 液浓度调整 为了保证金锡合金比例，每班都需要对镀液中 Au + 和 Sn 2+ 含量进行分析，根据分析结果调整镀液。 Au + 和锡离子 ( 包括 Sn 2+ 和 Sn 4+ ) 可用 ICP( 电感耦合等离子体 ) 或 AAS( 原子吸收光谱法 ) 进行分析。一般采用滴定法分析 Sn 2+ 的浓度，先配制待分析液 (10 mL 槽液 + 50 mL 去离子水 + 30 mL 浓盐酸 ) ，再采用溴化钾溶液 (Br − 0.05 mol/L ，当量浓度 0.1 N) 进行滴定，利用 ORP 计 ( 氧化还原电位计 ) 观察氧化还原电位，当电位发生突变时就是滴定的终点，然后计算 Sn 2+ 的质量浓度 。分析出的锡离子质量浓度 减去ρ (Sn 2+ ) 即得四价锡离子质量浓度 ，从而判断槽液中二价锡的氧化速率，并预估槽液寿命。 五、 产品分批电镀 当镀件的待镀面积相差悬殊时，不可同一批混镀，否则不同待镀面积镀件表面分布的实际电流密度相差很大，导致金锡合金组分相差悬殊，极易造成镀层性能差和产品合格率偏低。将待镀面积为 392 mm 2 的图形电镀方片与待镀面积为 2 500 mm 2 的整版镀件进行同批次电镀，并如图 5 、 6 所示分析各自不同位点的金锡合金层厚度和组成。图形电镀产品合金中 Au 的质量分数为 (75 ± 1)% ，厚度为 (7.5 ± 1) μ m ，整版电镀产品合金中 Au 的质量分数为 (80.5 ± 2)% ，厚度为 (5.7 ± 1) μ m 。可见，虽然 2 种产品是同批次电镀，但它们的金锡合金镀层组分和厚度相差悬殊。因此，在电镀之前应根据电镀面积对产品进行分类，待镀面积相近的产品方可同批次电镀。 图 5 图形电镀产品的测试点分布 图 6 整版电镀产品的测试点分布 六、 电镀金锡合金性能检验 金锡合金镀层的 2 个主要性能指标就是合金组分比和厚度。这两个指标都可采用 XRF 进行检测，检测精度取决于建立程序所使用的标样。金锡合金的种子层一般为 Au ，厚度约 0.5 μ m ，种子层下方为焊接阻挡层，可选择 Ni 、 Pt 、 Pd 等。在建立测试分析程序时，需要考虑金种子层的厚度，因为其直接影响分析结果。装配的元器件或腔体、载板等表面镀层也是 Au ，因此焊接时电镀金锡合金的组分会发生变化 (Au 含量升高 ) 。为了保证金锡合金在 280 ~ 320 ° C 内可以熔化并可返修，基板表面电镀金锡层需要富锡，具体组分比例要根据金种子层的厚度和待装配元器件的金层厚度来确定。 利用 XRF 分析镀层后，还需要用热台做辅助考核，考核气氛为 N 2 ，温度一般设置为 310 ℃。金锡合金熔化后表面光亮，与种子层浸润的面积分数大于 95% 时为合格。 总结 陶瓷基板 金锡合金电镀工艺难度较大，设备、电镀夹具、电镀工艺参数都会影响合金比例。在引入数控双脉冲电源和超声装置的同时，要根据电镀产品的特点来合理设计电镀夹具，使电流密度均匀分布，保证版内和版间合金组分的一致性，并且，还要根据待镀面积的不同，对产品进行分类分批电镀，最后利用 XRF 进行镀层分析和热台辅助验证，通过调整电流密度、镀液离子浓度、电镀时间等使合金组分达到目标值。 参考文献： 电镀金锡合金的影响因素 《电镀与涂饰》 超声辅助制备金锡合金及其无氰电镀液的稳定性研究 龚乐 中南大学

在大功率电子器件使用中为实现芯片与电子元件之间的互联，陶瓷作为 封装基板 材料，需对其表面进行金属化处理。陶瓷金属化有如下要求：优良的密封性，金属导电层的方阻和电阻率小，同时与陶瓷基板具有较强的附着力，陶瓷经金属化后仍需具备高的热导率。因此延展性优良、导热性和导电性高的 Cu ，成为在功率电子器件中最常用的材料，图 1 为陶瓷基板覆铜示意图。 图 1 陶瓷基板覆铜示意图 虽然陶瓷具有相较于其他两种封装基板有着更为优异的综合性能，但是由于陶瓷材料作为强共价键型化合物，其电子配位十分稳定，不易与其他材料反应，并且与常见金属之间的润湿困难，而陶瓷基板表面金属化后的性能与功率电子器件在工作时的稳定性关系密切，故制约陶瓷封装基板广泛应用的原因便在于此，因此探究陶瓷表面金属化意义重大。目前常见的陶瓷金属化的方法主要包括化学镀金属化、直接覆铜金属化、厚膜金属化、薄膜金属化等 。以下是斯利通整理的几类陶瓷封装金属化工艺。表 1 为不同陶瓷金属化方法的优缺点。 表 1 陶瓷金属化方法及其优缺点 化学镀金属化 化学镀金属化是指通过化学反应的方法，金属离子借助还原剂还原成金属，并沉积到基底材料表面的方法 ，核心在于通过可控制的氧化还原反应产生金属层，图 1.1 为化学镀过程示意图。化学镀铜即将溶液中的 Cu 2+ 还原成 Cu 原子，并在催化活性的基板上沉积，反应原理可用下式表示： 第一步： Cu 2+ 在阴极被还原成 Cu 原子，如式 1-1 所示； 第二步：甲醛在阳极提供反应所需的电子，如式 1-2 所示； 第三步：化学镀铜的氧化还原方程式，如式 1-3 所示。 图 1.1 化学镀铜流程示意图 直接覆铜金属化 直接覆铜金属化是指在高温、弱氧氛围中利用 Cu 的含氧共晶液直接将 Cu 箔覆接在 陶瓷表面的方法，主要用于 Al 2 O 3 和 AlN 陶瓷表面。原理为 Cu 与 O 反应生成的 Cu 2 O 和 CuO ，在 1060-1083 ℃温度范围内可以与基板中 Al 反应生成 CuAlO 2 和 CuAl 2 O 4 的尖晶石物质，促使陶瓷与 Cu 可以形成较高的结合强度，在对 AlN 陶瓷基板进行直接覆铜金属化时，需先对 AlN 进行氧化处理，在其表面形成 Al 2 O 3 ，图 2.1 为 AlN 直接覆铜金属化的流程示意图。反应式如下： 图 2.1 AlN 直接覆铜金属化流程示意图 厚膜金属化 厚膜金属化是将金属浆料通过丝网印刷的方法涂敷在陶瓷表面，然后经高温干燥热处理后形成金属化陶瓷基板的技术。图 3.1 为丝网印刷工艺示意图，其中浆料主要由功能相、粘结剂、有机载体组成，功能相是厚膜浆料中主体，即在陶瓷表面经涂覆金属粉末后经热处理工艺形成的金属膜层；粘结剂是玻璃相或氧化物等经高温烧结后，提升金属膜层与陶瓷基板之间的附着力；有机载体是用于提升有机浆料表面活性，使得浆料混合更加均匀的有机溶剂或表面活性剂。 图 3.1 丝网印刷工艺示意图 薄膜金属化 薄膜金属化是在高真空条件下，用物理方法将固体材料表层电离为离子，随后经过低 压气体在陶瓷基板表面沉积所需薄膜的工艺，即物理气相沉积技术 ( Physical Vapour Deposition ， PVD ) ，主要包括有磁控溅射镀膜、离子镀膜、电弧镀等。图 4.1 为磁控溅射镀膜的原理图，核心在于 Ar 2+ 经电场加速后轰击由欲被溅射物质做成的靶电极，当离子能量合适的情况下， Ar 2+ 会将靶材表面的原子溅射出来进而会沿着一定的方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。 图 4.1 磁控溅射原理示意图 上述几种陶瓷基板金属化方法，各有优缺点，化学镀金属化，具备很高的生产效率，可以实现批量化生产，但是，金属层与陶瓷基板之间结合力有限，不能满足很多特定的应用场景。直接覆铜金属化，也就是高温烧结法，在满足生产效率的同时，金属层和陶瓷基板具备一定的结合强度，是当前比较常见的一种生产工艺，但是，由于其是采用高温烧结的方式进行的金属化覆膜，因此，限制了很多低熔点金属的应用。厚膜金属化，也就是丝网印刷，生产简单可操作，但是，其对于金属化厚度和线宽线距的精度不能实现很好的控制，无法生产高精度的精密线路。 薄膜金属化 ，也就是磁控溅射，利用了范德华力的原理，使得金属层和陶瓷基板具有很强的结合力，但是，生产效率低下，同时，也只能形成很薄的金属层，通常在纳米级别。 富力天晟科技公司有效利用几种金属化工艺相结合的方法，在生产工艺流程中，首先，通过磁控溅射工艺（ 薄膜金属化 ）在陶瓷基板表面形成 50-300nm 的金属种子层（钛层 50-100nm ，铜层 100-300nm ），金属种子层与陶瓷基板之间通过范德华力结合，然后，再通过电镀（化学镀）在金属种子层上增加金属厚度，通过这种方式，比单纯通过磁控溅射或者化学镀的方法生产出来的陶瓷基板线路性能要优良很多，一方面，可以有效加强金属层与陶瓷基板的结合强度，另一方面，也可以实现不同层厚（厚度 1000 μ m ）的金属化生产。 富力天晟科技 公司经过多年的发展，已经和国内外数千家半导体、芯片、传感器、通信、射频器件、大功率照明等企业建立长期稳定的合作关系，为各大公司生产符合客户要求的高性能 陶瓷基板精密线路 产品，提供专业的一站式解决方案，成为客户新产品研发、技术迭代创新、公司发展过程中的重要战略伙伴。

第 3代半导体一般指禁带宽度大于2.2eV的半导体材料，也称为宽禁带半导体材料。半导体产业发展大致分为3个阶段，以硅（Si）为代表的通常称为第1代半导体材料 ；以砷化镓为代表的称为第2代半导体材料，已得到广泛应用 ；而以 碳化硅 （SiC）和氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石等宽禁带为代表的第3代半导体材料，由于其较第1代、第2代材料具有明显的优势，近年来得到了快速发展。 SiC、GaN、ZnO等第3代半导体具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性，更适合制作大功率电子器件。而SiC以其独特的排列结构，在材料综合性能、产品技术成熟度及产业化发展等方面都凸显出相对较高优势，具有高临界击穿电场、高电子迁移率等特性，与GaN相比更适合制作功率器件，且已在新能源汽车、风电、光伏太阳能发电和LED照明等领域得到广泛应用。 第三代半导体应用广泛 然而，随着第 3代半导体SiC功率器件集成度和功率密度的明显提高，相应工作产生的热量急剧增加。因此，电子封装系统的散热问题已成为影响其性能和寿命的关键，要有效解决器件的散热问题，必须选择高导热的基板材料。 据统计，由热引起的大功率器件失效高达 55%。不仅如此，在新能源汽车、现代交通轨道等领域，大功率器件使用过程中还需要考虑 抗腐蚀和较高机械硬度 等复杂应用条件，这对基板等材料机械力学性能和可靠性提出了更高要求。 综合考虑，先进陶瓷材料以其具备高强度、高导热、耐高温、高耐磨性、抗氧化、热膨胀系数低和抗热震等热、力性能，同时具有较好的气密性，可隔离水汽、氧气和灰尘等特点，成为大功率半导体器件基板的最佳材料，被广泛应用到功率集成电路中。 三种陶瓷基板材料性能对比 富力天晟科技旗下斯利通品牌陶瓷基板，具有优越的性能，成为 3代半导体高功率器件封装中的首选基板。 斯利通DPC陶瓷基板工艺流程 斯利通陶瓷基板拥有 优异的热导率 ,高的热导率代表了优异的散热性能， 改善了 功率器件的运行状况和使用寿命 ； 斯利通陶瓷基板拥有较 高的力学性能，尤其材料抗弯强度对功率器件可靠性有直接影响 ； 斯利通陶瓷基板拥有 良好的绝缘性和抗电击穿能力； 斯利通陶瓷基板拥有 低的热膨胀系数，与 SiC衬底在热膨胀系数的匹配上具有其他陶瓷不可替代的优势 ； 斯利通陶瓷基板拥有 良好的高频特性，即低的介电常数和低的介质损耗 ； 同时，富力天晟科技拥有精密的激光打孔、刻蚀设备，高精度光刻、显影设备，先进的 表面 处理技术 ， 磁控溅射设备，脉冲电镀填孔设备等等，能够保证公司旗下斯利通品牌 陶瓷基板 具备超高精密线宽、线距（ L/S 20μm ），精密的表面粗糙度（ 0.03μm ），良好的 厚度一致 性（ ±3μm ） , 成为各大半导体、功率器件、传感器高科技企业长期的合作伙伴

射频 微波通信 可利用不同波段，服务于各类应用。例如，广播、航空通信和无线电通常采用VHF和UHF波段；雷达系统则倾向于L波段和S波段；卫星通信主要依赖C波段、X波段和Ku波段；高速数据传输和雷达应用则常常依赖于Ka波段和毫米波波段。选择特定的波段需要综合考量多种因素，包括通信范围、传输带宽、天线尺寸、频谱规定以及特定系统的要求。一般来说，高频波段能提供更高的数据传输速率，但在传播范围和穿透能力上可能存在局限。因此，波段的选择需权衡各种因素，以适应特定的应用需求。 射频微波技术在各种领域都发挥了关键作用。以下是一些主要的应用领域： 通信系统：射频微波技术在手机、卫星通信、广播、Wi-Fi、蜂窝通信和通信基站等领域扮演着重要角色，用于数据传输、语音通信和互联网接入。 雷达系统：雷达系统利用射频微波技术探测、跟踪和识别目标，应用于民用和军事领域，如气象雷达、空中交通管制雷达和导弹防御雷达。 医疗成像：核磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT扫描）等医疗设备利用射频微波技术生成高质量的内部身体图像。 卫星通信：卫星通信系统利用射频微波技术在地面站和卫星之间传输数据和通信信号，实现全球通信覆盖。 军事和国防：射频微波技术在军事通信、电子对抗、侦察以及导弹防御等领域得到广泛应用，以支持军事行动和国家安全。 航空航天：航空和航天领域利用射频微波技术执行导航、通信、雷达以及无人机控制等任务。 物联网（IoT）：物联网设备和传感器利用射频微波技术进行数据传输和远程监控，实现智能城市、智能家居以及工业自动化等应用。 射频识别（RFID）：RFID技术借助射频微波信号追踪物品、管理库存以及实现身份验证，用于零售、物流以及供应链管理。 能源传输：射频微波技术在无线充电和远程能量传输中应用广泛，例如电动汽车充电和传感器供电。 科学研究：射频微波技术在天文学、物理学以及地球科学等领域用于数据收集和实验研究。 以上仅是射频微波技术的一些主要应用领域，其应用远不止于此。在当今社会，射频微波技术在通信、科学、医疗、国防、工业等诸多方面发挥着举足轻重的作用。 在射频微波器件封装中，陶瓷基板的优势明显。特别是在高频射频应用中，斯利通陶瓷基板具有以下优点： 低损耗：陶瓷材料通常具有较低的介电损耗，这意味着它们能有效降低射频信号在器件内部的能量损失。这对于高频射频应用尤为重要，因为信号传输的损耗应尽可能小。 稳定性：陶瓷材料在不同温度和湿度条件下通常具有较好的稳定性。这使得陶瓷封装适用于需要在不同环境条件下工作的应用，如航空航天和军事系统。 高频支持：陶瓷基板能够支持高频射频信号的传输，因为它们在高频范围内表现良好，有助于减少信号的衰减和失真。 机械强度：陶瓷通常具有较高的机械强度和硬度，这使得它们能够保护内部器件免受物理损坏。这在要求耐用性的应用中尤其有价值。 尺寸稳定性：陶瓷基板在温度变化下通常具有较低的线膨胀系数，这意味着它们的尺寸相对稳定。这有助于确保器件的性能在不同温度条件下保持一致。 高绝缘性：陶瓷通常具有较高的绝缘性能，能够有效隔离器件内部的电路。这对于防止信号串扰和交叉耦合非常有帮助。 耐化学性：陶瓷通常对化学腐蚀和溶剂具有一定的抵抗力，有助于延长器件的寿命。 高频滤波：陶瓷基板可以用于制造射频滤波器，有选择性地传输或阻止特定频率. 低损耗和高频率特性：陶瓷材料通常具有较低的介电损耗，这意味着它们能够在高频率范围内传输信号而减少能量损失。这使陶瓷封装基板特别适合射频微波应用，因为它们支持高频率信号的传输。 随着技术的不断发展，器件封装正经历着集成化和微型化的趋势。利用斯利通DPC 陶瓷封装基板 的精密线路制造工艺现可以实现更复杂的线路设计和微型化制造。这一趋势为射频微波技术带来了许多优势，包括更高的性能、更紧凑的封装尺寸以及更广泛的应用领域.

红外线传感器是用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线。工程上把红外线占据在电磁波谱中的位置分为 :近红外、中红外、远红外、极远红外四个波段。任何物质，只要它本身具有一定的湿度，都能辐射红外线。 红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。可测量的物理量红外线传感器常用于无接触温度测量 ,气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。 红外线传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。在物理学中，我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，它们之间的差别只是波长 (或频率)的不同而已。 红外传感器是根据其工作原理可以分为以下几类： 热电偶传感器：热电偶传感器是利用热电效应原理进行测量的传感器，它能够将热能转化为电能，并通过测量电势差来计算温度值。热电偶传感器具有测量范围广、可靠性高、响应速度快等优点，但它需要与被测物体接触，有时会对测量结果产生误差。 红外热像仪传感器：红外热像仪传感器是一种利用红外热像技术进行测量的传感器，它通过接收物体发出的红外辐射来计算温度值。红外热像仪传感器具有测量范围广、灵敏度高、非接触测量等优点，但它需要使用制冷剂进行制冷，价格较高。 光电传感器：光电传感器是利用光电效应原理进行测量的传感器，它通过将光能转化为电能来测量被测参数。光电传感器具有响应速度快、精度高、非接触测量等优点，但它需要使用光源，被测物体必须能发出光线才能进行测量。 总体来说，不同的红外传感器有各自不同的优缺点，具体使用哪种需要根据实际的应用场景来进行选择。 随着科技的不断进步，红外传感技术已经成为多个领域的关键检测手段。 陶瓷基板是一种由陶瓷材料制成的电路板，它具有高导热、高耐热、高绝缘、高强度及抗辐射等特点。这些特点使得陶瓷基板在红外传感中具有广泛的应用前景。 陶瓷基板具有较高的耐高温性能，可以承受较高的温度，这使得陶瓷基板封装的芯片具有更高的工作温度和稳定性。 陶瓷基板的电导率很低，这可以降低芯片之间的电磁干扰和信号泄漏。 陶瓷基板具有很好的耐腐蚀性，可以提高芯片的使用寿命。 陶瓷封装基板具有高导热、高耐热、高绝缘、高强度以及抗辐射等特点，可以用于无接触温度测量、无损探伤、红外制导、高精度的红外遥感器等领域1。在封装上表面集成一个光学窗口，用于选择红外辐射的波长成分，这种光窗解决方案可以防止环境光辐射到达探测器感光区，从而降低总系统噪声，构成封装上表面和腔壁的聚合物可视为对可见光---红外辐射完全不透明。 总之，陶瓷基板在红外传感领域具有广泛的应用前景和优势。它不仅可以提高测量的准确性和效率，还可以为科学研究和工程实践提供更好的技术支持。 随着半导体技术不断发展，许多功率器件也逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展。然而传感器的要求也越来越高，是dpc陶瓷基板具有高导热、高耐热、高绝缘、高强度及抗辐射等特点。 在未来，随着科技的不断发展，陶瓷基板在红外传感领域的应用将更加广泛和深入。让我们一起期待陶瓷基板在红外传感领域的更多突破和应用！