V procesu elektronskega pakiranja so keramične podlage kritične komponente. Zmanjšanje stopnje napak na keramičnih substratih je zelo pomembno za izboljšanje kakovosti elektronskih naprav. Vendar pa trenutno ni nacionalnih ali industrijskih standardov za preskušanje učinkovitosti keramične podlage, kar predstavlja določene težave pri proizvodnji podjetij in promociji izdelkov.
Trenutno glavni kazalniki učinkovitosti vključujejo videz substrata, mehanske lastnosti, toplotne lastnosti, električne lastnosti, zmogljivost embalaže (delovna zmogljivost) in zanesljivost.
Pregled videza
Pregled videza keramične podlage običajno uporablja vizualni pregled ali optično mikroskopijo. Elementi pregleda vključujejo, ali ima keramična podlaga razpoke ali praznine in ali ima površina kovinske plasti praske, luščenje ali madeže. Poleg tega so dimenzije keramične podlage, debelina kovinske plasti, površinska ravnost (zvitost) podlage in natančnost površinskega vzorca podlage vsi pomembni vidiki, ki zahtevajo skrben pregled. Ravnost površine je običajno manjša od 0,3 %, zlasti za embalažo flip{3}}chip in visoko-gostote.
V zadnjih letih se podjetja z nenehnim razvojem računalniške tehnologije in tehnologije obdelave slik ter naraščajočimi stroški dela za podjetja vse bolj osredotočajo na uporabo tehnologij umetne inteligence in strojnega vida pri transformaciji in nadgradnji proizvodnje. Metode in oprema-odkrivanja, ki temeljijo na strojnem vidu, postopoma postajajo pomembno sredstvo za izboljšanje kakovosti izdelkov in povečanje donosa. Zato lahko uporaba opreme za zaznavanje strojnega vida pri pregledu keramičnih substratov izboljša učinkovitost zaznavanja, zmanjša stroške dela in ima dobro uporabniško vrednost.
Testiranje mehanske zmogljivosti
Mehanske lastnosti keramičnih substratov se v glavnem nanašajo na trdnost lepljenja plasti kovinskega vezja, ki predstavlja adhezijsko trdnost med kovinsko plastjo in keramičnim substratom ter neposredno določa kakovost nadaljnje embalaže naprave (trdnost in zanesljivost vezave matrice itd.). Trdnost lepljenja keramičnih podlag, pripravljenih z različnimi metodami, se precej razlikuje. Ravni keramični substrati, pripravljeni z visoko{3}}temperaturnimi postopki (kot so TPC, DBC itd.), imajo večjo trdnost lepljenja, ker sta kovinska plast in keramični substrat povezani s kemičnimi vezmi. Keramične podlage, pripravljene z uporabo nizko{6}}temperaturnih postopkov (kot so DPC podlage), so v glavnem odvisne od van der Waalsovih sil in mehanskega zaklepanja, kar ima za posledico manjšo trdnost lepljenja.
Preskusne metode za trdnost metalizacije keramičnih podlag vključujejo:
[Slika]
Shematski diagram preskusa strižne/natezne trdnosti
(1) Metoda s trakom: kos traku je trdno pritrjen na površino kovinske plasti in z gumijastim valjčkom se po njem povalja, da se odstranijo zračni mehurčki na vezni površini. Po 10 sekundah se s silo, pravokotno na kovinsko plast, odlepi trak in preveri, ali se kovinska plast odlepi od podlage. Test s trakom je kvalitativna metoda testiranja.
(2) Metoda vezave žice: Izbere se kovinska žica s premerom 0,5 mm ali 1,0 mm in se neposredno privari na kovinsko plast podlage s taljenjem spajke. Nato se z merilnikom sile izmeri poteg-sila kovinske žice v navpični smeri.
(3) Metoda trdnosti lupljenja: Kovinska plast na površini keramične podlage je jedkana (razrezana) na 5 mm do 10 mm dolge trakove in nato odluščena v navpični smeri s testerjem trdnosti lupljenja, da se izmeri njena trdnost lupljenja. Hitrost luščenja mora biti 50 mm/min, frekvenca merjenja pa 10-krat/s.
Toplotna zmogljivost
Toplotna učinkovitost keramičnih substratov vključuje predvsem toplotno prevodnost, toplotno odpornost, koeficient toplotnega raztezanja in toplotno odpornost. Keramični substrati igrajo predvsem vlogo odvajanja toplote v embalaži naprav, zato je njihova toplotna prevodnost pomemben tehnični indikator; toplotna odpornost v glavnem preverja, ali se keramični substrat pri visokih temperaturah zvija ali deformira, ali površinska kovinska plast vezja oksidira, razbarva, mehurja ali delaminira in ali notranje skoznje-luknje odpovejo.
Značilnosti toplotne prevodnosti keramičnih podlag niso povezane samo s toplotno prevodnostjo materiala keramične podlage (skupna toplotna upornost), temveč so tesno povezane tudi z lepljenjem vmesnika materiala (toplotni upor stika med vmesnikom). Zato je mogoče z uporabo testerja toplotne upornosti (ki lahko meri skupno toplotno upornost in toplotno upornost vmesnika več-plastnih struktur) učinkovito oceniti učinkovitost toplotne prevodnosti keramičnih substratov.
Električna zmogljivost
Električna zmogljivost keramičnih podlag se v glavnem nanaša na to, ali so kovinske plasti na sprednji in zadnji strani podlage prevodne (ali je kakovost notranjih-luknjic dobra). Zaradi majhnega premera skoznjih-lukenj v keramičnih substratih DPC lahko med galvanizacijo pride do napak, kot so nepopolna zapolnitev in zračne praznine. Na splošno lahko za oceno kakovosti skoznjih-lukenj v keramičnih substratih uporabimo tester rentgenskih žarkov (kvalitativno, hitro) in tester leteče sonde (kvantitativno, poceni).
Učinkovitost embalaže
Učinkovitost embalaže keramičnih substratov se v glavnem nanaša na spajkanje in zrakotesnost (omejeno na tri{0}}dimenzionalne keramične substrate). Za izboljšanje trdnosti vezi z žico je plast Au ali Ag ali drugih kovin z dobrimi varilnimi lastnostmi na splošno galvanizirana ali kemično prevlečena na površini kovinske plasti keramične podlage (zlasti na blazinicah), da se prepreči oksidacija in izboljša kakovost lepljenja žice. Spajkanje se na splošno meri s strojem za lepljenje aluminijaste žice in nateznim testerjem.
Čip je nameščen v votlino tri-dimenzionalne keramične podlage, votlina pa je zatesnjena s pokrivno ploščo (kovinsko ali stekleno), da se doseže hermetično pakiranje naprave. Hermetičnost pregradnega materiala in varilnega materiala neposredno določa hermetičnost embalaže naprave, hermetičnost tri-dimenzionalnih keramičnih podlag, pripravljenih z različnimi metodami, pa se do neke mere razlikuje. Glavni preskusi za tri-dimenzionalne keramične podlage se osredotočajo na hermetičnost materiala in strukture jezu, predvsem z uporabo metode mehurčkov fluoroogljikovega olja in metode helijevega masnega spektrometra.