陶瓷封装外壳的主要生产材料及设备

陶瓷封装外壳具备高气密性，高导热，高强度，与芯片材料适配的热膨胀系数等优点，广泛应用在航空航天、军事装备、地面雷达、光通信、医疗器械和传感器等有高可靠性需求的诸多行业。根据 Semiconductor Insight 最新报告数据，2022年全球陶瓷封装市场价值为29.223亿美元，预计到2029年将达到41.582亿美元，复合年增长率为5.2%。

图  陶瓷四边无引线封装外壳（CQFN），摄于航科创星展台

陶瓷封装外壳主要包括具有窗口和支撑件结构的外壳围框、陶瓷馈通组件、盖板、散热底板，如图1所示。盖板设于外壳围框顶部，将外壳围框上部开口封闭；外壳围框侧墙上开设有多个窗口，在窗口内装载有陶瓷件，陶瓷件位于外壳围框外侧的一端设有焊接区，焊接区连接有引线，陶瓷件位于外壳围框内侧的一端设有可供内部封装芯片和外部电路键合的键合区，焊接区与键合区电连接；散热底板位于外壳围框底部；零部件通过预制成型焊片焊接组装在一起。部分陶瓷封装管壳产品例如红外探测器封装外壳、光通信封装外壳等设置光窗。

图1 非制冷型红外探测器封壳结构示意图，来源：中航天成

如图2所示，多层陶瓷封装外壳制造技术包括原材料制备、流延、冲孔冲腔、金属化印刷、层压、热切、烧结、镀镍、钎焊、镀金等技术；光通信用陶瓷封装外壳还会焊光窗。其封装过程涵盖外壳清洗、装片、清洗、引线键合、封盖、外引线处理、打标、检测等。

图2  陶瓷封装管壳工艺流程

所涉及的原材料及耗材主要包括：

• 陶瓷材料：氧化铝、氮化铝、莫来石等材料；
• 匹配的金属化浆料：钨浆、钼锰浆料等；
• 金属零部件（围框、盖板等）：可伐合金（铁镍钴合金）、铁镍合金等；
• 接合材料：预制成型焊片（AgCu、金锡）、B-stage 粘接剂；
• 封壳散热底板采用CPC、CMC、钨铜、钼铜等高散热材料，热导率最高260W/m.K。若采用铜金刚石（Cu-Dia）材料，其热导率可达580W/m.K；
• 光窗：硅、锗、硒化锌、蓝宝石等材料；
• 耗材：氰化亚金钾电镀液、添加剂、膜带、耐火材料等。

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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：陶瓷封装外壳的主要生产材料及设备