V procesu elektronického balení jsou keramické substráty kritickými součástmi. Snížení míry defektů keramických substrátů má velký význam pro zlepšení kvality elektronických zařízení. V současnosti však neexistují žádné národní nebo průmyslové normy pro testování výkonu keramických substrátů, což představuje určité potíže pro podnikovou výrobu a propagaci produktů.
Mezi hlavní ukazatele výkonu v současnosti patří vzhled substrátu, mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti, elektrické vlastnosti, výkon obalu (pracovní výkon) a spolehlivost.
Kontrola vzhledu
Kontrola vzhledu keramického substrátu obecně používá vizuální kontrolu nebo optickou mikroskopii. Kontrolní položky zahrnují, zda má keramický substrát praskliny nebo dutiny a zda má povrch kovové vrstvy škrábance, odlupování nebo skvrny. Kromě toho, rozměry keramického substrátu, tloušťka kovové vrstvy, povrchová rovinnost (deformace) substrátu a přesnost vzoru povrchu substrátu jsou všechny důležité aspekty, které vyžadují pečlivou kontrolu. Zejména u flip-čipů a obalů s vysokou{4}}hustotou se obecně požaduje, aby rovinnost povrchu byla menší než 0,3 %.
V posledních letech, s neustálým rozvojem výpočetní techniky a technologie zpracování obrazu a rostoucími mzdovými náklady pro podniky, se společnosti stále více zaměřují na aplikaci technologií umělé inteligence a strojového vidění při transformaci a modernizaci výroby. Detekční metody a zařízení-založené na strojovém vidění se postupně stávají důležitými prostředky ke zlepšení kvality produktů a zvýšení výtěžnosti. Použití zařízení pro detekci strojového vidění při kontrole keramických substrátů proto může zlepšit účinnost detekce, snížit náklady na pracovní sílu a má dobrou aplikační hodnotu.
Testování mechanického výkonu
Mechanické vlastnosti keramických substrátů se týkají především pevnosti spoje vrstvy kovového obvodu, která představuje adhezní pevnost mezi kovovou vrstvou a keramickým substrátem a přímo určuje kvalitu následného balení zařízení (pevnost a spolehlivost spoje matrice atd.). Síla vazby keramických substrátů připravených různými metodami se značně liší. Plošné keramické substráty připravené pomocí vysokoteplotních procesů (jako je TPC, DBC atd.) mají vyšší pevnost spojení, protože kovová vrstva a keramický substrát jsou spojeny chemickými vazbami. Keramické substráty připravené pomocí nízkoteplotních procesů (jako jsou substráty DPC) však spoléhají hlavně na van der Waalsovy síly a mechanické vzájemné spojení, což má za následek nižší pevnost spoje.
Zkušební metody pro pevnost pokovování keramických substrátů zahrnují:
[Obraz]
Schematický diagram zkoušky pevnosti ve smyku/zkoušky pevnosti v tahu
(1) Metoda pásky: Kus pásky je pevně připevněn k povrchu kovové vrstvy a k jejímu převalování se používá pryžový váleček, aby se odstranily vzduchové bubliny v lepeném povrchu. Po 10 sekundách se aplikuje síla kolmá na kovovou vrstvu, aby se páska odlepila, a zkontroluje se, zda se kovová vrstva odlepuje od podkladu. Páskový test je kvalitativní testovací metoda.
(2) Způsob lepení drátu: Vybere se kovový drát o průměru 0,5 mm nebo 1,0 mm a přímo se přivaří ke kovové vrstvě substrátu roztavením pájky. Poté se pomocí siloměru změří tažná-síla kovového drátu ve vertikálním směru.
(3) Metoda pevnosti v odlupování: Kovová vrstva na povrchu keramického substrátu se vyleptá (nařeže) na proužky dlouhé 5 mm až 10 mm a poté se sloupne ve vertikálním směru pomocí testeru pevnosti v odlupování, aby se změřila její pevnost v odlupování. Požaduje se rychlost odlupování 50 mm/min a frekvence měření 10krát/s.
Tepelný výkon
Tepelné vlastnosti keramických substrátů zahrnují především tepelnou vodivost, tepelnou odolnost, koeficient tepelné roztažnosti a tepelný odpor. Keramické substráty hrají v balení zařízení především roli rozptylu tepla, takže jejich tepelná vodivost je důležitým technickým ukazatelem; tepelná odolnost testuje hlavně to, zda se keramický substrát při vysokých teplotách nekroutí nebo deformuje, zda povrchová vrstva kovového obvodu oxiduje, nezbarvuje se, tvoří puchýře nebo se odděluje od vrstev a zda selhávají vnitřní průchozí otvory.
Charakteristiky tepelné vodivosti keramických substrátů nesouvisí pouze s tepelnou vodivostí materiálu keramického substrátu (objemový tepelný odpor), ale také úzce souvisí s vazbou na rozhraní materiálu (kontaktní tepelný odpor rozhraní). Proto pomocí testeru tepelného odporu (který dokáže měřit objemový tepelný odpor a tepelný odpor rozhraní vícevrstvých struktur) lze účinně vyhodnotit tepelnou vodivost keramických substrátů.
Elektrický výkon
Elektrický výkon keramických substrátů se týká hlavně toho, zda jsou kovové vrstvy na přední a zadní straně substrátu vodivé (zda je kvalita vnitřních průchozích -děr dobrá). Vzhledem k malému průměru průchozích- otvorů v keramických substrátech DPC se mohou během galvanizace vyskytnout defekty, jako je neúplná výplň a vzduchové mezery. Obecně lze k hodnocení kvality průchozích otvorů v keramických substrátech použít rentgenový tester (kvalitativní, rychlý) a tester létající sondy (kvantitativní, levný).
Výkonnost balení
Obalový výkon keramických substrátů se týká především pájitelnosti a vzduchotěsnosti (omezeno na trojrozměrné keramické substráty). Aby se zlepšila pevnost spojení drátu, vrstva Au nebo Ag nebo jiných kovů s dobrými svařovacími vlastnostmi je obecně galvanicky pokovována nebo chemicky pokovována na povrchu kovové vrstvy keramického substrátu (zejména polštářků), aby se zabránilo oxidaci a zlepšila se kvalita spojení drátu. Pájitelnost se obecně měří pomocí stroje na spojování hliníkových drátů a tahového testeru.
Čip je namontován v dutině trojrozměrného keramického substrátu a dutina je utěsněna krycí deskou (kovovou nebo skleněnou), aby bylo dosaženo hermetického zabalení zařízení. Hermetičnost materiálu hráze a svařovacího materiálu přímo určuje hermetičnost obalu zařízení a hermetičnost trojrozměrných keramických substrátů připravených různými metodami se do určité míry liší. Hlavní testy trojrozměrných keramických substrátů se zaměřují na hermetičnost materiálu a struktury hráze, především pomocí bublinkové metody fluorokarbonového oleje a metody hmotnostního spektrometru s héliem.