上一篇：高温共烧多层陶瓷外壳的失效机理分析介绍了多层陶瓷外壳的失效模式，包括陶瓷底座断裂失效、绝缘电阻失效、断路和短路失效、外引线和无引线外壳引出端焊盘与外电路连接失效、电镀层锈蚀失效、密封失效、键合和芯片剪切失效和使用不当造成失效等，对这些失效的失效机理进行了分析，根据HTCC多层陶瓷外壳的失效模式及其失效机理分析，本文对多层陶瓷外壳的可靠性设计进行探讨。艾邦建有陶瓷封装全产业链微信群，欢迎陶瓷封装产业链上下游扫码加群与我们交流。
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为了确保陶瓷外壳通过相关规定的机械试验，如恒定加速度、机械冲击、扫频振动等试验项目，不发生陶瓷底座断裂失效。在外壳的陶瓷材料、生产工艺和结构设计上采取以下措施：
图 陶瓷无引线片式载体外壳，图源宜兴电子器件总厂
(1)为了避免由于采用的陶瓷材料的抗弯强度不够而产生陶瓷底座断裂失效，在研制和生产陶瓷外壳所采用的陶瓷材料配方时，应采用抗弯强度高的陶瓷材料配方来研制和生产陶瓷外壳。
(2)为了避免工艺过程中，由于偏离工艺参数而造成降低陶瓷底座的机械强度，应严格规定各工艺过程中的各项参数，特别是层压和烧结工序的各项 工艺参数。要求各工序在生产过程中严格遵守工艺纪律和操作规程，并对生产出来的制品和半成品进行检验和试验，不得出现分层或“吸红”现象，从而确保陶瓷底座的机械强度满足规定要求。
(3)为了确保外壳的机械强度，在结构设计上应适当加厚底层瓷片厚度，以加强陶瓷外壳底座的机械强度。
为了确保多层陶瓷外壳的绝缘，绝缘电阻要求≥2×1010Ω，避免外壳的绝缘电阻失效，在陶瓷外壳采用的陶瓷材料、生产工艺和工艺卫生上采取以下措施：
(2)在印刷生产过程中，严格金属浆的配制工艺，使金属浆的黏度在规定的范围内；严格印刷操作参数的设定，严格操作规程，确保印刷线条符合要求；
(3)严格工艺卫生，使印刷好的产品不出现线间短路的现象，加强工序检验，剔除不合格品；
(4)在产品电镀完成后，应充分清洗，使残留的镀液降低到最少，确保产品的绝缘电阻符合产品标准规定的要求；
为了确保外壳的电连接符合设计要求，在生产过程中应采取以下措施：
(1)严格控制小孔填料浆的黏度及小孔填料的工艺参数，使每个小孔均填充满金属浆，确保互连孔连接的有效性；
(2)严格层压序的各项工艺参数，要求在生产过程中严格遵守工艺纪律和操作规程，确保通过层压使各层生陶瓷片压成一个整体，使互连孔连接有效；
(3)严格工艺卫生，防止由于金属浆污染引起的短路；
(4)加强印刷后的工序检验，剔除小孔填料不足、线间短路和层压分层等不合格品。
(1)严格控制引出端通孔孔壁金属化浆料的黏度及引出端通孔孔壁金属化的工艺参数，使每个引出端通孔孔壁均匀地挂满金属浆，确保每个引出端通孔孔壁金属化的连续性；
(2)严格层压工序的各项工艺参数，要求在生产过程中严格遵守工艺纪律和操作规程，确保通过层压使各层生陶瓷片压成一个整体，使引出端通孔孔壁金属化连接有效；
(3)严格工艺卫生，防止由于金属浆污染引起的短路；
(4)加强印刷后的工序检验，剔除内引线印刷线路和焊盘印刷与引出端通孔连接断路、引出端通孔内壁挂浆不连续、线间短路和层压分层等不合格品。
4、有引线外壳外引线抗拉强度和无引线外壳的引出端焊盘可靠性设计
为了保证外壳外引线的抗拉强度及无引线外壳引出端焊盘的可焊性要求，在生产过程中应采取以下措施：
(1)选用金属化强度高的金属化浆料配方作为钎焊引线的金属化焊盘的金属化配方；严格控制印刷工艺，确保金属化层的厚度符合要求；严格控制陶瓷底座的烧结工艺，确保烧结温度等在规定的范围内，使金属化强度符合要求；
(2)严格控制陶瓷底座的化学镀镍工艺，确保化学镀镍层符合要求；
(3)严格检查外壳的钎焊装配模具，确保装配模具符合要求；装配时应保证 陶瓷底座焊盘与外引线一一对应，不产生严重偏位；严格控制钎焊工艺，确保钎焊温度等参数在规定的范围内；
(1)选用金属化强度高的金属化浆料配方作为金属化焊盘的金属化配方；严格控制印刷工艺，确保金属化层的厚度符合要求；严格控制陶瓷底座的烧结工艺，确保烧结温度等参数在规定的范围内；使金属化强度符合要求；
(2)严格控制陶瓷底座的电镀工艺，确保镀层厚度符合要求。
为了保证电镀层的可靠性，确保镀层通过相关规定的镀金质量考核，在外壳电镀过程中应采取以下措施：
(1)采用无应力镀镍配方和纯金电镀金配方。要求镀层的孔隙率低、镀层的硬度低、抗腐蚀能力好、可焊性好、可键合性好；
(2)采用合理的电镀工艺流程，确保外壳电镀后镀液的残余量尽可能小；
(3)优化镀层的厚度设计，用最经济的镀层厚度，确保通过各项检验和试验的考核，特别是盐雾试验的考核；
(4)电镀用纯水的电阻率应尽可能高，一般应大于8MΩ·cm，以确保纯水中 的杂质离子尽可能少；
(5)为了解决镀层起泡问题，在前处理过程中，应有效地去除待镀表面的杂质沾污，特别是待镀表面的碳微粒沾污，减少镀层的起泡。
为了确保外壳的漏率≤1x1x10-3Pa·cm³·s-1，在生产过程中应采取以下措 施：
(1)严格控制印刷丝网的厚度和浆料的黏度，确保印刷的浆料厚度在规定的范围内；
(2)严格控制工场的温、湿度，确保生陶瓷片在层压前的柔软性，使产品在层压时能压成一个密实的整体；
(3)严格控制层压的工艺参数，确保产品在层压时能压成一个密实的整体；
(4)严格控制金属浆料质量和印刷工艺，确保印刷平整度；焊有封接环的外壳，在封接环磨平加工时应确保封接环的平整度；
(5)严格控制电镀工艺，加强镀层厚度控制，确保镀层厚度及均匀性，以保证镀层质量；
(6)确保平行缝焊用盖板的选材正确，严格控制其制作工艺，保证封盖合格 率。
为了保证外壳的键合和芯片剪切通过考核，在生产中应采取以下措施：
(1)选择金属化强度高的金属浆配方，并严格控制印刷工艺，确保金属化强度和金属浆表面的平整度；
(2)严格控制电镀工艺和镀层厚度，确保镀层均匀性和厚度符合要求；
(3)向用户提供陶瓷外壳使用说明书，使用户了解外壳的使用要求，防止外壳使用不当问题的出现。
为了保证用户在外壳使用中不出现失效、用户在订购外壳前应充分了解各种外壳的储存、封装使用、检测、试验的要求，向外壳生产单位索取外壳的使用说明书。在外壳进厂后，严格按照要求使用外壳，防止在外壳的储存、封装使用、检测、试验过程中，对外壳造成破坏性失效。
文章来源：汤纪南.多层陶瓷外壳的失效分析和可靠性设计[J].电子与封装, 2006,6(10):22-26.
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The 7th Ceramic Packages Industry Forum
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| 时间安排 |
议题 |
演讲单位 |
| 08:45-09:00 |
开场致辞 |
艾邦创始人 江耀贵 |
| 09:00-09:30 |
多层陶瓷高温共烧关键技术介绍 |
佳利电子 副总 胡元云 |
| 09:30-10:00 |
氮化铝HTCC封装材料现状及技术发展趋势 |
中电科43所/合肥圣达 研究员 张浩 |
| 10:00-10:30 |
茶 歇 |
| 10:30-11:00 |
三维电镀陶瓷基板（3DPC）及其封装应用 |
华中科技大学/武汉利之达 教授/创始人 陈明祥 |
| 11:00-11:30 |
HTCC氢氮气氛烧结窑炉 |
北京中础窑炉 副总经理 付威 |
| 11:30-12:00 |
多层共烧陶瓷的增材制造技术 |
中南大学 教授 王小锋 |
| 12:00-13:30 |
午 餐 |
| 13:30-14:00 |
微波大功率封装外壳技术发展 |
中电科55所 研究员 庞学满 |
| 14:00-14:30 |
HTCC陶瓷封装用配套电子材料的匹配性问题研究 |
泓湃科技 CEO 陈立桥 |
| 14:30-15:00 |
芯片管壳等温空腔封装 |
佛大华康 总经理 刘荣富 |
| 15:00-15:30 |
高速高精度HTCC全工艺流程视觉检测应用介绍 |
深圳禾思 CEO 杨泽霖 |
| 15:30-16:00 |
精密激光在LTCC/HTCC加工中的关键技术及发展趋势 |
德中技术 战略发展与市场总监 张卓 |
| 16:00-16:30 |
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多层陶瓷封装外壳的生产工艺和可靠性设计 |
宏科电子 副厂长 康建宏 |
| 17:00-17:30 |
低温共烧LTCC和高温共烧HTCC烧结中的关键因素 |
苏州阿尔赛 总经理 王笏平 |
| 17:30-18:00 |
多层共烧陶瓷生产线装备与系统 |
中电科2所 高级专家 郎新星 |
| 18:00-18:30 |
PVD技术在封装用陶瓷基板上的应用 |
中国科技大学 教授 谢斌 |
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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：高温共烧多层陶瓷外壳的可靠性设计
