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investigación sobre LTCC proceso integral de envasado de sustrato

Resumen: en esto papel, el LTCC Se introduce el proceso integral de envasado, centrándose en los parámetros de influencia del envasado hermético y se estudia la tasa de vacío de soldadura. El Los resultados de la investigación muestran que el envasado integral hermético y la tasa de vacío están principalmente influenciados mediante el diseño de la estructura del empaque, la contaminación de la superficie y la presión de soldadura en base al ajuste de los parámetros anteriores, finalmente se obtiene la alta hermética y la baja tasa de vacío de los productos de empaque integral

clave Palabras: LTCC, empaque integral, hermético, tasa de vacío


1.LTCC introducción del sustrato

LTCC el sustrato tiene las ventajas de una alta capa de cableado, baja resistencia cuadrada del conductor de cableado, baja constante dieléctrica, baja temperatura de sinterización, pequeño coeficiente de expansión térmica, excelente alta frecuencia características, aptas para mezcla de alta y baja frecuencia y digital-analógico diseño de mezcla, y es la forma técnica más eficaz para realizar aún más la miniaturización, ligero, multifunción y alta confiabilidad de equipos electrónicos militares.LTCC El embalaje integrado es un nuevo tipo de alta densidad embalaje sin carcasa de tubo de metal, que suelde directamente el marco de corte en la superficie de LTC multicapa sustrato, y luego suelde con costura paralela la placa de cubierta, de modo que la multicapa el sustrato no solo se utiliza como multicapa sustrato de interconexión de circuitos, sino también como base de la carcasa del embalaje, para realizar el embalaje estanco al gas integrado de LTCC sustrato y concha. Con los crecientes requisitos de volumen y peso de los equipos electrónicos militares, especialmente para aviones y aviones espaciales equipos electrónicos, la aplicación del embalaje integrado es cada vez más extensa.

en esto papel, un proceso de envasado integrado para LTCC se introduce la placa de circuito y los factores de diseño estructural que afectan la hermeticidad se estudian los embalajes integrados. al mismo tiempo, los procesos relacionados de alta estanqueidad y tasa de cavidad inferior de LTCC Se estudian enfáticamente la soldadura de sustratos y placas inferiores metálicas y marcos.


estructura y tecnología integradas de 2LTCC

2.1 LTCC estructura básica del sustrato

como se muestra en FIG. 1, la estructura básica de LTCC el paquete integrado incluye LTCC placa base, placa base metálica, cerramiento y tapa placa. en la estructura del paquete integrado, las interfaces de entrada y salida de señales están diseñadas en ambos extremos de LTCC base placa. El La posición de instalación de los componentes está diseñada en LTCC base placa.

Fig. 1 diagrama esquemático de LTCC estructura de paquete integrada


en la estructura, el LTCC placa base está conectada con la placa base de metal y el marco del guardabarros mediante soldadura fuerte, y la placa de cubierta se sella mediante un proceso de soldadura de costura paralela.

2.2 LTCC proceso de envasado integrado

El principales pasos del proceso de LTCC embalaje integrado son: (1) limpieza de los componentes a soldar: el LTCC el sustrato, la placa inferior y el cerramiento se limpian por fase gaseosa, y el preformado Au80Sn20 la hoja de soldadura se limpia por ultrasonidos en anhidro etanol / acetona disolvente mixto durante 15 minutos; (2) montaje: los componentes a soldar se montan sucesivamente con un dispositivo de posicionamiento de grafito humano, y atención debería ser pagado para mantener limpios los componentes a soldar; (3) Integrado soldadura fuerte: El horno de sinterización al vacío se utiliza para la soldadura fuerte, la temperatura máxima se fija en 340 ℃, y el tiempo de soldadura es de 4 minutos; (4) chip montaje; (5) costura paralela soldadura: la soldadura se realiza bajo atmósfera protectora de nitrógeno.

Fig. 2 diagrama de flujo de proceso de LTCC paquete integrado


resultados experimentales y discusión

3,1 LTCC modo de falla del paquete integrado del sustrato

(1) requisitos básicos para la soldadura integrada embalaje

El paquete hermético puede aislar los componentes electrónicos instalados en él el ambiente externo, evite el líquido y el sólido dañinos, especialmente el gas nocivo corroer o penetrar y puede garantizar eficazmente la fiabilidad a largo plazo del producto.

(2) El tasa de cavidad de soldadura entre LTCC el sustrato y la placa inferior están demasiado altos.

El El agujero formado por soldadura aumentará la resistencia térmica de los componentes de potencia en el sustrato y conducirá fácilmente a la falla o quema de los componentes de potencia. El Un agujero grande debajo del sustrato significa que la señal no puede pasar a través del suelo común de la placa inferior de metal, pero puede alcanzarlo sin pasar por el agujero. El la posición y el tamaño del orificio de soldadura en el sustrato son aleatorios y no existe una ley certera . El mayor es el área de soldadura entre el sustrato y la placa inferior de metal, más agujeros y mayor es el área del agujero más grande. ondas milimétricas y otras de alta frecuencia circuitos, el tamaño del orificio puede alcanzar el orden de la longitud de onda de la señal de alta frecuencia, o incluso mayor que la longitud de onda de la señal, que afectará al rendimiento de aceptación o emisión del circuito. LTCC productos de envasado integrado, la cavitación general tasa es menor que 25 %, y no hay ningún orificio de soldadura debajo de la microcinta línea de transmisión cuyo el tamaño es más que el doble de microcinta línea ancho.

3,2 efecto del diseño estructural integrado en Estanqueidad al aire de paquetes

1) influencia de LTCC conductores de calor estructura del agujero en la estanqueidad al gas del paquete integrado.

Los orificios de conducción de calor generalmente se colocan en la parte frontal de LTCC sustrato para mejorar el rendimiento de disipación de calor del sustrato. El La estructura del orificio pasante de conducción de calor se muestra en la figura 3. ya que la conducción de calor a través del orificio se sinteriza con pasta de oro con alto contenido de metal y bajo contenido de vidrio, el material del orificio pasante no se puede combinar completamente con el cuerpo cerámico durante sinterización y el área de soldadura efectiva entre LTCC el sustrato y la placa inferior de metal son bajos, especialmente cuando hay una cavidad de soldadura penetrante en el orificio pasante de conducción de calor (Figura 4). es fácil formar un paso de fuga de aire a lo largo de la dirección del orificio de soldadura y el orificio de conducción de calor. 5 productos con tipo de paso Los orificios de soldadura en las partes de los orificios de conducción de calor se seleccionan para la detección de fugas antes de sellar, 4 de los 5 productos tienen una tasa de fuga no calificada y los datos de detección de fugas se muestran en la tabla 1. para evitar fugas de aire, la aparición de tipo pasante agujeros de soldadura debería eliminarse optimizando el proceso de soldadura fuerte.

tabla 1 datos de detección de fugas de productos huecos penetrantes


Fig. 3 diagrama esquemático de la estructura de poros de conducción de calor


(2) El influencia de LTCC estructura de cableado del conductor interno del sustrato en la estanqueidad al gas del embalaje integrado

LTCC El sustrato del circuito a menudo tiene una gran área de plano de tierra metálico (como conductor de oro), como se muestra en la figura 5A.Due al menor contenido de vidrio en la pasta conductora de oro, es difícil formar una conexión densa entre el conductor de oro y el LTCC interfaz de cerámica durante sinterizado, y hay un pequeño canal de fuga, que es fácil causar el LT sustrato del circuito c sí mismo a fugas, de modo que los conductores de la capa de puesta a tierra parcial se puedan quitar durante el diseño de cableado del LTCC sustrato sin que afectan el rendimiento del circuito (como se muestra en FIG. 5B). Durante el proceso de sinterización, se forma directamente la densa conexión entre las capas superior e inferior de porcelana cruda, evitando así la generación de canales de fuga de aire.

Fig. 5 diagrama esquemático del diseño de la capa de barrera


tome los dos esquemas de cableado (12 LTCC sustratos) para la prueba de soldadura fuerte integrada, después de la prueba, detección de fugas antes del sellado, los resultados de detección de fugas se muestran en la tabla 2, después de establecer la capa de barrera, la tasa calificada de estanqueidad al gas de LTCC Los productos de embalaje integrados se han mejorado significativamente.

tabla 2 datos de detección de fugas de productos con o sin capa de barrera

(3) El efecto de la altura del cerramiento en la estanqueidad del paquete integrado

El placa de cubierta de LTCC el producto de embalaje integrado se suelda herméticamente mediante un proceso de soldadura de costura paralela. Cuando Se lleva a cabo la soldadura de costura paralela, la alta temperatura instantánea 3 hasta 1500 ℃ se producirá, y el calor enorme se transferirá a la interfaz de soldadura entre el gabinete y LTCC sustrato a lo largo del recinto retráctil, que provocará un choque térmico en la interfaz, y cuando la tensión de choque térmico supera la resistencia de LTCC sustrato en la interfaz, el LTCC el sustrato se agrietará, lo que provocará una fuga de gas de LTCC sustrato sí mismo. En para evitar esto fenómeno, además de optimizar los parámetros de soldadura de costura paralela y reducir el calor generado por la soldadura de costura paralela, la altura del cerramiento (≥ 1,5 mm) debería aumentarse al comienzo del diseño de la estructura de embalaje integrada, que puede hacer que parte del calor generado por la soldadura de costura paralela se disipe antes de llegar a la interfaz de soldadura, reduciendo así el impacto térmico en LTCC sustrato en proceso de soldadura de costura paralela.

3.3 efecto del proceso de soldadura fuerte en la relación de la cavidad de soldadura

(1) El influencia de la contaminación de la superficie de soldadura

El existencia de orgánico / inorgánico los contaminantes en la superficie del ensamblaje soldado dificultarán la operación de gold-tin soldadura para infiltrarse en la superficie de soldadura, dando como resultado la formación de huecos de soldadura, especialmente cuando hay contaminantes en la interfaz de soldadura entre el marco y LTCC sustrato, habrá agujeros en este área después de la soldadura, lo que resulta en una fuga de gas del producto. soldadura, todas las partes deben limpiarse estrictamente, diferentes partes deben limpiarse de diferentes formas, LTCC placa base, placa inferior metálica y envolvente debería limpiarse en fase de vapor, soldadura de oro debe limpiarse en anhidro etanol / acetona disolvente mezclado por onda ultrasónica durante 15 minutos.


Fig. 6 radiografías de soldadura antes y después de la limpieza (a: antes limpieza; B: después limpieza)


(2) El influencia de la presión de la interfaz de soldadura.

Cuando realización LTCC soldadura de paquete integrado con placa inferior de metal, presionando una cierta presión sobre la superficie de soldadura puede descargar efectivamente el gas residual entre el LTCC sustrato y las piezas de soldadura, reduciendo así los huecos de soldadura. El presión aplicada en la interfaz de soldadura debería ser moderado en tamaño. Si la presión es demasiado pequeña, el efecto de la descarga de gas no es obvio; si la presión es demasiado grande, es fácil hacer que una gran cantidad de soldadura fundida se extruya y se desborde hacia el no soldado partes del producto durante el proceso de soldadura, lo que afecta el rendimiento de la soldadura. El experimento muestra que la presión de 0.2 N / cm2 es apropiado para LTCC sustrato soldadura. Fig. 7 muestra las imágenes de rayos X de LTCC sustrato y sustrato metálico a la presión de soldadura de 0,1 N / cm2 y 0,2 Ncm2 respectivamente.

Fig. 7 fotografías de rayos X de soldadura a diferentes presiones

(a: 0,1 N / cm2; b: 0,2N / cm2)


debería tenga en cuenta que cuando el LTCC el sustrato está soldado con la placa inferior de metal y el foving marco de la caja, el área de soldadura entre el LTCC sustrato y el foving marco del recinto es mucho más pequeño que que entre el LTCC sustrato y la placa inferior de metal, y las dos superficies de soldadura deben presionar por separado, de lo contrario, la soldadura entre el LTCC El sustrato y el marco del cerramiento se extruirán en grandes cantidades, lo que dará como resultado una soldadura insuficiente en la interfaz de soldadura, lo que provocará la falla del empaque hermético.

Fig. 8 fotografías de rayos X de piezas de soldadura de diferentes espesores

(a: 0,05 mm; b: 0,1 mm)


(3) El influencia del espesor de la pieza de soldadura

El espesor de la hoja de soldadura debería sea ​​apropiado, la hoja de soldadura es demasiado delgada, la soldadura no es suficiente para llenar el espacio de la interfaz de soldadura, lo que resulta en soldaduras vacíos. El La hoja de soldadura es demasiado gruesa, no solo aumenta el costo de soldadura, sino que también es fácil que aparezca el fenómeno de desbordamiento de soldadura. El oro puro LTCC sustrato general alabeo el requisito de control es ≤ 3 ‰, con el aumento del tamaño del sustrato, su alabeo la altura también está aumentando.

para asegurar una buena soldadura, cuanto mayor sea el tamaño del sustrato, mayor será el espesor de soldadura requerido Higos. 8A yb son productos soldados con 0,05 mm y 0,1 mm Au80Sn20 soldaduras en las mismas condiciones, respectivamente. se puede ver que cuando 0,05 mm se utilizan soldaduras, la soldadura no puede llenar completamente el espacio de interfaz entre la placa base y LTCC sustrato, lo que resulta en de gran tamaño huecos de soldadura con una tasa de vacíos de soldadura superior a 25 %. Cuando 0,1 mm se utilizan soldaduras, el espacio de la interfaz se llena casi por completo con soldadura, con una tasa de vacíos de soldadura inferior a 10 %.


5. Conclusión

(1) El estructura de orificios de conducción de calor de LTCC el sustrato afectará la estanqueidad al gas de los productos de embalaje integrados, como el orificio de penetración en la interfaz de soldadura entre la placa inferior metálica y LTCC sustrato, que provocará fugas de gas de los productos de embalaje integrados.

(2) Cuando cableado del conductor interior de LTCC sustrato, la fuga de gas de los productos de embalaje integrados se puede prevenir eficazmente mediante el diseño de una capa de barrera.

(3) Cuando la altura del recinto derribado es insuficiente, el proceso de soldadura de costura paralela es fácil de causar LCC agrietamiento del sustrato, que puede evitarse aumentando la altura del cerramiento.

(4) Para limpiar el componente de soldadura, el Au80Sn20 hoja de soldadura con espesor de 0,1 mm se selecciona y la presión de 0,2 N / cm2 se aplica al producto integrado para lograr un buen efecto de soldadura. El La tasa de fuga del producto final antes del sellado es ≤ 1 × 10 pa · cm3 / s (He), y que después del sellado es ≤ 1 × 10-2pa · cm3 / s (He), y la tasa de la cavidad de soldadura es < 10 %.


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