Dalam proses pengemasan elektronik, substrat keramik merupakan komponen penting. Mengurangi tingkat kerusakan pada substrat keramik sangat penting untuk meningkatkan kualitas perangkat elektronik. Namun, saat ini tidak ada standar nasional atau industri untuk pengujian kinerja substrat keramik, sehingga menimbulkan kesulitan tertentu dalam produksi perusahaan dan promosi produk.
Saat ini, indikator kinerja utama meliputi tampilan substrat, sifat mekanik, sifat termal, sifat listrik, kinerja pengemasan (kinerja kerja), dan keandalan.
Inspeksi Penampilan
Pemeriksaan kenampakan substrat keramik umumnya menggunakan inspeksi visual atau mikroskop optik. Hal-hal yang diperiksa meliputi apakah substrat keramik retak atau berlubang, dan apakah permukaan lapisan logam tergores, terkelupas, atau ternoda. Selain itu, dimensi substrat keramik, ketebalan lapisan logam, kerataan permukaan (warpage) substrat, dan keakuratan pola permukaan substrat merupakan aspek penting yang memerlukan pemeriksaan cermat. Khusus untuk kemasan flip-chip dan-kepadatan tinggi, kerataan permukaan umumnya harus kurang dari 0,3%.
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan terus berkembangnya teknologi komputer dan teknologi pemrosesan gambar, serta meningkatnya biaya tenaga kerja di perusahaan, perusahaan semakin fokus pada penerapan teknologi kecerdasan buatan dan visi mesin dalam transformasi dan peningkatan manufaktur. Metode dan peralatan deteksi-berbasis visi mesin secara bertahap menjadi sarana penting untuk meningkatkan kualitas produk dan meningkatkan hasil. Oleh karena itu, penerapan peralatan deteksi penglihatan mesin pada pemeriksaan substrat keramik dapat meningkatkan efisiensi deteksi, mengurangi biaya tenaga kerja, dan memiliki nilai penerapan yang baik.
Pengujian Kinerja Mekanik
Sifat mekanik substrat keramik terutama mengacu pada kekuatan ikatan lapisan sirkuit logam, yang mewakili kekuatan adhesi antara lapisan logam dan substrat keramik, dan secara langsung menentukan kualitas pengemasan perangkat berikutnya (kekuatan dan keandalan ikatan mati, dll.). Kekuatan ikatan substrat keramik yang dibuat dengan metode berbeda sangat bervariasi. Substrat keramik planar yang dibuat menggunakan proses suhu-tinggi (seperti TPC, DBC, dll.) memiliki kekuatan ikatan yang lebih tinggi karena lapisan logam dan substrat keramik dihubungkan melalui ikatan kimia. Namun, substrat keramik yang dibuat menggunakan proses suhu-rendah (seperti substrat DPC) terutama mengandalkan gaya van der Waals dan interlocking mekanis, sehingga menghasilkan kekuatan ikatan yang lebih rendah.
Metode pengujian kekuatan metalisasi substrat keramik meliputi:
[Gambar]
Diagram skema uji kuat geser/uji kuat tarik
(1) Metode pita: Sepotong pita dilekatkan dengan kuat pada permukaan lapisan logam, dan rol karet digunakan untuk menggulungnya guna menghilangkan gelembung udara di dalam permukaan ikatan. Setelah 10 detik, gaya tegak lurus terhadap lapisan logam diterapkan untuk mengelupas pita perekat, dan diperiksa apakah lapisan logam terkelupas dari substrat. Tape test adalah metode pengujian kualitatif.
(2) Metode pengikatan kawat: Kawat logam dengan diameter 0,5 mm atau 1,0 mm dipilih dan langsung dilas ke lapisan logam substrat dengan melelehkan solder. Kemudian, pengukur gaya digunakan untuk mengukur gaya tarik-kawat logam pada arah vertikal.
(3) Metode kekuatan kupas: Lapisan logam pada permukaan substrat keramik digores (dipotong) menjadi strip sepanjang 5 mm hingga 10 mm, kemudian dikupas secara vertikal menggunakan penguji kekuatan kupas untuk mengukur kekuatan kupasnya. Kecepatan pengelupasan harus 50 mm/menit, dan frekuensi pengukuran 10 kali/s.
Kinerja Termal
Kinerja termal substrat keramik terutama mencakup konduktivitas termal, ketahanan panas, koefisien ekspansi termal, dan ketahanan termal. Substrat keramik terutama berperan sebagai pembuangan panas dalam kemasan perangkat, sehingga konduktivitas termalnya merupakan indikator teknis yang penting; ketahanan panas terutama menguji apakah substrat keramik melengkung atau berubah bentuk pada suhu tinggi, apakah lapisan sirkuit logam permukaan teroksidasi, berubah warna, melepuh, atau mengelupas, dan apakah lubang-internal gagal.
Karakteristik konduktivitas termal substrat keramik tidak hanya berkaitan dengan konduktivitas termal bahan substrat keramik (resistansi termal massal), tetapi juga berkaitan erat dengan ikatan antarmuka material (resistensi termal kontak antarmuka). Oleh karena itu, penggunaan penguji ketahanan termal (yang dapat mengukur ketahanan termal massal dan ketahanan termal antarmuka struktur multi-lapisan) dapat secara efektif mengevaluasi kinerja konduktivitas termal substrat keramik.
Kinerja Listrik
Performa kelistrikan substrat keramik terutama mengacu pada apakah lapisan logam di sisi depan dan belakang substrat bersifat konduktif (apakah kualitas-lubang internal baik). Karena diameter lubang tembus-yang kecil pada substrat keramik DPC, cacat seperti pengisian yang tidak lengkap dan rongga udara dapat terjadi selama pelapisan listrik. Umumnya, alat uji sinar X-(kualitatif, cepat) dan alat uji probe terbang (kuantitatif, murah) dapat digunakan untuk mengevaluasi kualitas lubang-dalam substrat keramik.
Kinerja Pengemasan
Kinerja pengemasan substrat keramik terutama mengacu pada kemampuan menyolder dan kedap udara (terbatas pada substrat keramik tiga-dimensi). Untuk meningkatkan kekuatan ikatan kawat, lapisan Au atau Ag atau logam lain dengan sifat pengelasan yang baik umumnya disepuh atau dilapisi secara kimia pada permukaan lapisan logam substrat keramik (terutama bantalan) untuk mencegah oksidasi dan meningkatkan kualitas ikatan kawat. Kemampuan solder umumnya diukur menggunakan mesin pengikat kawat aluminium dan alat uji tarik.
Chip dipasang di rongga substrat keramik tiga dimensi-dan rongga tersebut ditutup dengan pelat penutup (logam atau kaca) untuk menghasilkan kemasan perangkat yang kedap udara. Hermetisitas material bendungan dan material las secara langsung menentukan hermetisitas kemasan perangkat, dan hermetisitas substrat keramik tiga dimensi-yang dibuat dengan metode berbeda bervariasi hingga batas tertentu. Pengujian utama untuk substrat keramik tiga dimensi berfokus pada kedap udara material dan struktur bendungan, terutama menggunakan metode gelembung minyak fluorokarbon dan metode spektrometer massa helium.