揭示金屬陶瓷膠黏劑封裝工藝：剪切強(qiáng)度與可靠性分析

最近，小編接到客戶咨詢，詢問(wèn)關(guān)于金屬陶瓷膠黏劑封裝工藝及可靠性分析的相關(guān)內(nèi)容，應(yīng)使用什么設(shè)備進(jìn)行測(cè)試？在現(xiàn)代電子封裝領(lǐng)域，金屬陶瓷功率管因其zhuo越的電氣性能和熱穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于各種高功率、高頻率的電子設(shè)備中。然而，為了確保這些功率管能夠在及端的工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行，必須采用合適的封裝工藝來(lái)保護(hù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)保證其電氣連接的可靠性。

膠黏劑封裝作為一種有效的封裝手段，其工藝參數(shù)的精確控制對(duì)于確保功率管的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。本文旨在深入探討金屬陶瓷功率管膠黏劑封裝工藝中的關(guān)鍵工藝參數(shù)，通過(guò)溫度循環(huán)和濕熱實(shí)驗(yàn)等可靠性測(cè)試，對(duì)封裝后的功率管進(jìn)行驗(yàn)證，以密封性能和剪切強(qiáng)度作為量化指標(biāo)來(lái)評(píng)估封裝的可靠性。同時(shí)，本文還將詳細(xì)討論膠黏劑封裝過(guò)程中可剪切強(qiáng)度測(cè)試具體方法和流程。

一、膠黏劑封裝

在電子元器件的封裝技術(shù)領(lǐng)域，存在多種封裝方法，主要包括以下兩大類：

（1）非填充型封裝，例如中空金屬外殼封裝和陶瓷封裝，這類封裝適用于需要高導(dǎo)熱性和高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)合。

（2）填充型封裝，例如塑料封裝，常見(jiàn)的DIP、QFP、QFN、BGA等器件都采用這種填充型塑料封裝技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于質(zhì)量可靠、成本低廉、生產(chǎn)效率高，適合大規(guī)模制造。目前，功率管的一種封裝方式是非填充型的金屬陶瓷封裝。

（3）這種封裝技術(shù)使用金屬外殼和陶瓷蓋板，并通過(guò)膠黏劑將兩種或多種同質(zhì)或異質(zhì)材料粘合在一起[2]以實(shí)現(xiàn)封裝，封裝體內(nèi)不包含填充物[3-4]。其基本構(gòu)造包括陶瓷蓋板和金屬外殼，通常在陶瓷蓋板的裝配邊緣預(yù)先涂抹膠黏劑，然后與外殼裝配并經(jīng)過(guò)固化過(guò)程完成封裝，如圖1所示。陶瓷蓋板通常選用氧化鋁白色陶瓷，而金屬外殼由引線框架和導(dǎo)熱基座組成。

二、試驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)用封裝器件為表面鍍金的銅金屬基板（模擬管殼）、氧化鋁陶瓷蓋板，如圖2所示，其中銅金屬基板的結(jié)構(gòu)尺寸為20 mm×10 mm×1 mm，氧化鋁陶瓷蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸為19.5 mm×9.6 mm×2.5 mm。

1、密封測(cè)試

使用國(guó)家jun用標(biāo)準(zhǔn)GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》中方法112條件D進(jìn)行密封檢測(cè)，對(duì)于電子器件，密封條件可以為產(chǎn)品內(nèi)部的芯片提供良好的工作環(huán)境，避免受到外界環(huán)境或污染物影響；

2、剪切強(qiáng)度測(cè)試

剪切強(qiáng)度是保證器件結(jié)構(gòu)完整性的最基本指標(biāo)；

a 檢測(cè)設(shè)備

1) Alpha-W260推拉力測(cè)試機(jī)

a、多功能焊接強(qiáng)測(cè)試儀是用于為微電子引線鍵合后引線焊接強(qiáng)度測(cè)試、焊點(diǎn)與基板表面粘接力測(cè)試及其失效分析領(lǐng)域的專用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器，常見(jiàn)的測(cè)試有晶片推力、金球推力、金線拉力等，采用高速力值采集系統(tǒng)。

b、根據(jù)測(cè)試需要更換相對(duì)應(yīng)的測(cè)試模組,系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別模組量程?？梢造`活得應(yīng)用到不同產(chǎn)品的測(cè)試，每個(gè)工位獨(dú)立設(shè)置安全高度位及安全限速，防止誤操作對(duì)測(cè)試針頭造成損壞。且具有測(cè)試動(dòng)作迅速、準(zhǔn)確、適用面廣的特點(diǎn)。

c、適用于半導(dǎo)體IC封裝測(cè)試、LED 封裝測(cè)試、光電子器件封裝測(cè)試、PCBA電子組裝測(cè)試、汽車電子、航空航天、軍工等等。亦可用于各種電子分析及研究單位失效分析領(lǐng)域以及各類院校教學(xué)和研究。

2）設(shè)備特點(diǎn)

三、試驗(yàn)流程

步驟一、設(shè)備準(zhǔn)備

確保多功能推拉力測(cè)試機(jī)處于良好工作狀態(tài)，以滿足金屬陶瓷膠黏劑封裝的測(cè)試要求。

調(diào)整測(cè)試機(jī)的剪切高度至適合金屬陶瓷封裝樣品的尺寸，通常設(shè)置為10微米。

設(shè)置推球速度為100微米/秒，以確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

步驟二、樣品制備

準(zhǔn)備金屬陶瓷膠黏劑封裝樣品，并確保其表面清潔無(wú)污染，以避免影響測(cè)試結(jié)果。

步驟三、測(cè)試裝置

將金屬陶瓷膠黏劑封裝樣品固定在測(cè)試機(jī)的夾具上，確保樣品穩(wěn)定且位置正確對(duì)準(zhǔn)測(cè)試機(jī)的推球。

檢查樣品與測(cè)試機(jī)的接觸情況，確保在測(cè)試過(guò)程中不會(huì)有任何位移。

步驟四、剪切力測(cè)試執(zhí)行

啟動(dòng)測(cè)試機(jī)，讓推球接觸金屬陶瓷膠黏劑封裝樣品，并按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行剪切力測(cè)試。

重復(fù)測(cè)試以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

步驟五、數(shù)據(jù)記錄與初步分析

記錄剪切力測(cè)試結(jié)果，包括剪切力的大小和任何異常情況。

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，檢查是否有異常值或需要重復(fù)測(cè)試的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

步驟六、測(cè)試后處理

測(cè)試完成后，將金屬陶瓷膠黏劑封裝樣品從測(cè)試機(jī)上取下，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧嵑捅ｐB(yǎng)。

對(duì)測(cè)試機(jī)進(jìn)行必要的維護(hù)，確保設(shè)備處于最佳狀態(tài)，以備下次使用。

步驟七、數(shù)據(jù)分析

對(duì)收集到的剪切力數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

根據(jù)剪切力測(cè)試結(jié)果評(píng)估膠黏劑封裝的粘接質(zhì)量。

步驟八、結(jié)果評(píng)估與優(yōu)化

根據(jù)剪切力測(cè)試結(jié)果，評(píng)估金屬陶瓷膠黏劑封裝的粘接強(qiáng)度。

確定是否需要對(duì)封裝工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化封裝質(zhì)量。

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