多層陶瓷外殼的失效分析和可靠性設(shè)計(jì)

　　1引言

　　多次陶瓷外殼以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)應(yīng)用于航天、航空、軍事電子裝備及民用投資類電子產(chǎn)品的集成電路和電子元器件的封裝，常用的陶瓷外殼有集成電路陶瓷外殼，如D型（DIP）、F型（FP）、G型（PGA）、Q型（QFP）、C型（LCC）、BGA型等；混合集成電路陶瓷外殼，光電器件陶瓷外殼，微波器件陶瓷外殼，聲表面波器件陶瓷外殼，晶體振蕩器陶瓷外殼，固體繼電器陶瓷外殼及各種傳感器（如霍爾傳感器）用陶瓷外殼等等。

　　多層陶瓷外殼采用多層陶瓷金屬化共燒工藝進(jìn)行生產(chǎn)。多層陶瓷外殼分為高溫共燒陶瓷外殼（HTCC）和低溫共燒陶瓷外殼（LTCC）兩類。本文僅對(duì)高溫共燒陶瓷外殼（HTCC）進(jìn)行討論。

　　多層陶瓷外殼由于其體積小、導(dǎo)熱性好、密封性好、機(jī)械強(qiáng)度高、引起封裝可靠性高而得到廣泛應(yīng)用，但是，使用中仍然會(huì)出現(xiàn)失效。本文就多層陶瓷外殼的失效模式、失效機(jī)理和可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

　　2多層陶瓷外殼的失效模式

　　多層陶瓷外殼在生產(chǎn)和使用中出現(xiàn)的失效模式通常有以下幾種：

　?。?）在機(jī)械試驗(yàn)中出現(xiàn)陶瓷底座斷裂失效；

　?。?）在使用中出現(xiàn)絕緣電阻小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，出現(xiàn)失效；

　?。?）在使用中外殼出現(xiàn)斷、短路失效；

　?。?）在使用中出現(xiàn)外殼外引線脫落、或無(wú)引線外殼的引出端焊盤與外電路連接失效；

　?。?）使用中出現(xiàn)電鍍層銹蝕失效；

　?。?）使用中出現(xiàn)密封失效；

　　（7）鍵合和芯片剪切失效；

　?。?）使用不當(dāng)造成失效。

　　3多層陶瓷外殼的失效機(jī)理分析

　　3.1陶瓷底座的斷裂失效

　　其主要失效機(jī)理如下：

　　（1）由于所采用的陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度不足；

　　（2）在生產(chǎn)過(guò)程中偏離了規(guī)定的工藝參數(shù)；例如：層壓中未將各層生陶瓷片壓成一個(gè)整體，降低了陶瓷底座的機(jī)械強(qiáng)度，在燒結(jié)過(guò)程中，由于燒結(jié)溫度過(guò)高或過(guò)低而造成陶瓷底座過(guò)燒和生燒，從而降低了陶瓷底座的機(jī)械強(qiáng)度所致；

　?。?）由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，在設(shè)計(jì)外殼底座的底板時(shí)，底板取值太小，使底板過(guò)薄。因此，產(chǎn)品在機(jī)械試驗(yàn)時(shí)，造成外殼芯腔部應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)外殼底座斷裂失效。

　　3.2絕緣電阻失效

　　其主要失效機(jī)理如下：

　?。?）所采用的陶瓷材料的體積電阻率和絕緣強(qiáng)度不夠，使產(chǎn)品的絕緣電阻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求；

　?。?）印刷生產(chǎn)過(guò)程中，偏離了規(guī)定的工藝參數(shù)，例如金屬漿的黏度不符合規(guī)定或印刷機(jī)的工藝參數(shù)不對(duì)，使印刷線條之間發(fā)生短路或接近短路，導(dǎo)致絕緣電阻失效；

　?。?）在印刷生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作者不注意工藝衛(wèi)生，造成印刷線條之間發(fā)生短路或接近短路，導(dǎo)致絕緣電阻失效；

　?。?）在電鍍后的清洗過(guò)程中，由于未充分清洗干凈，殘留的鍍液電介質(zhì)導(dǎo)致絕緣電阻值下降，導(dǎo)致絕緣電阻失效。