Elektroonilises pakkimisprotsessis on keraamilised substraadid kriitilised komponendid. Keraamiliste aluspindade defektide arvu vähendamine on elektroonikaseadmete kvaliteedi parandamisel väga oluline. Praegu puuduvad aga riiklikud ega tööstusstandardid keraamilise substraadi jõudluse testimiseks, mis tekitab ettevõtte tootmisel ja toote edendamisel teatud raskusi.
Praegu hõlmavad peamised jõudlusnäitajad aluspinna välimust, mehaanilisi omadusi, soojuslikke omadusi, elektrilisi omadusi, pakendi jõudlust (töövõime) ja töökindlust.
Välimuse kontroll
Keraamilise substraadi välimuse kontrollimisel kasutatakse tavaliselt visuaalset kontrolli või optilist mikroskoopiat. Kontrollitakse, kas keraamilisel aluspinnal on pragusid või tühimikke ning kas metallkihi pinnal on kriimustusi, koorumist või plekke. Lisaks on keraamilise aluspinna mõõtmed, metallikihi paksus, aluspinna pinnatasasus (kõverdus) ja aluspinna pinnamustri täpsus kõik olulised aspektid, mis nõuavad hoolikat kontrollimist. Eelkõige ümberpööratava-kiibiga ja suure-tihedusega pakendite puhul peab pinna tasasus olema üldiselt väiksem kui 0,3%.
Viimastel aastatel on arvutitehnoloogia ja pilditöötlustehnoloogia pideva arengu ning ettevõtete kasvavate tööjõukulude tõttu ettevõtted üha enam keskendunud tehisintellekti ja masinnägemise tehnoloogiate rakendamisele tootmise ümberkujundamisel ja ajakohastamisel. Masinnägemis{1}}põhinevad tuvastusmeetodid ja -seadmed on järk-järgult muutumas oluliseks vahendiks toote kvaliteedi parandamisel ja saagikuse suurendamisel. Seetõttu võib masinnägemise tuvastamise seadmete kasutamine keraamiliste substraatide kontrollimisel parandada tuvastamise tõhusust, vähendada tööjõukulusid ja sellel on hea kasutusväärtus.
Mehaaniline jõudluse testimine
Keraamiliste aluspindade mehaanilised omadused viitavad peamiselt metallahela kihi nakketugevusele, mis tähistab metallikihi ja keraamilise aluspinna vahelist nakketugevust ning määrab otseselt seadme järgneva pakendi kvaliteedi (stantsi sidumise tugevus ja töökindlus jne). Erinevatel meetoditel valmistatud keraamiliste aluspindade nakketugevus varieerub oluliselt. Tasapinnalistel keraamilistel aluspindadel, mis on valmistatud kõrge -temperatuuri protsesside (nt TPC, DBC jne) abil, on suurem sidumistugevus, kuna metallkiht ja keraamiline aluspind on omavahel ühendatud keemiliste sidemetega. Kuid keraamilised substraadid, mis on valmistatud madala temperatuuriga protsessidega (nagu DPC-substraadid), sõltuvad peamiselt van der Waalsi jõududest ja mehaanilisest blokeeringust, mille tulemuseks on väiksem sidumistugevus.
Keraamiliste aluspindade metalliseerimistugevuse katsemeetodid hõlmavad järgmist:
[Pilt]
Nihketugevuskatse/tõmbetugevuskatse skemaatiline diagramm
(1) Teibimeetod: linditükk kinnitatakse kindlalt metallikihi pinnale ja selle peale keeratakse kummirulliga, et eemaldada liimimispinnal olevad õhumullid. 10 sekundi pärast rakendatakse teibi mahakoorumiseks metallikihiga risti olevat jõudu ja kontrollitakse, kas metallikiht koorub aluspinnalt maha. Linditest on kvalitatiivne testimismeetod.
(2) Traadi sidumismeetod: Valitakse 0,5 mm või 1,0 mm läbimõõduga metalltraat, mis keevitatakse jootesulatamise teel otse põhimiku metallkihi külge. Seejärel kasutatakse jõumõõturit, et mõõta metalltraadi tõmbejõudu-vertikaalses suunas.
(3) Koorimistugevuse meetod: keraamilise aluspinna pinnal olev metallikiht söövitatakse (lõigatakse) 5–10 mm pikkusteks ribadeks ja seejärel kooritakse vertikaalsuunas maha, kasutades koorimistugevuse testerit, et mõõta selle koorumistugevust. Koorimiskiirus peab olema 50 mm/min ja mõõtmissagedus 10 korda/s.
Soojusjõudlus
Keraamiliste aluspindade soojusnäitajad hõlmavad peamiselt soojusjuhtivust, kuumakindlust, soojuspaisumistegurit ja soojustakistust. Keraamilised aluspinnad mängivad seadmete pakendis peamiselt soojuse hajutamise rolli, seega on nende soojusjuhtivus oluline tehniline näitaja; kuumakindlus kontrollib peamiselt seda, kas keraamiline aluspind kõverdub või deformeerub kõrgel temperatuuril, kas pindmine metallahela kiht oksüdeerub, värvub, villib või kihistub ja kas sisemised läbivad{1}}augud ei toimi.
Keraamiliste aluspindade soojusjuhtivusnäitajad ei ole seotud ainult keraamilise substraadi materjali soojusjuhtivusega (mahukas soojustakistus), vaid ka tihedalt seotud materjali liidese sidumisega (liidese kontakti soojustakistus). Seetõttu saab soojustakistuse testeri (mis suudab mõõta mitmekihiliste struktuuride soojustakistust ja liidese soojustakistust) abil tõhusalt hinnata keraamiliste substraatide soojusjuhtivust.
Elektriline jõudlus
Keraamiliste aluspindade elektriline jõudlus viitab peamiselt sellele, kas aluspinna esi- ja tagakülje metallikihid on juhtivad (kas sisemise läbiva{0}}ava kvaliteet on hea). DPC keraamiliste aluspindade läbivate -avade väikese läbimõõdu tõttu võivad galvaniseerimisel tekkida defektid, nagu mittetäielik täitmine ja õhutühjad. Üldjuhul saab keraamiliste substraatide läbivate -aukude kvaliteedi hindamiseks kasutada röntgentestrit (kvalitatiivne, kiire) ja lendavat sondi (kvantitatiivne, odav).
Pakendi jõudlus
Keraamiliste aluspindade pakendamisomadused viitavad peamiselt joottavusele ja õhutihedusele (piiratud kolmemõõtmeliste keraamiliste substraatidega). Traadi sidumise tugevuse parandamiseks kaetakse keraamilise substraadi metallkihi (eriti padjandite) pinnale tavaliselt galvaniseeritud või keemiliselt kaetud Au või Ag või muude heade keevitusomadustega metallide kiht, et vältida oksüdeerumist ja parandada traadi sidumise kvaliteeti. Jootetavust mõõdetakse üldiselt alumiiniumtraadi sidumismasina ja tõmbemõõturiga.
Kiip on paigaldatud kolmemõõtmelise keraamilise substraadi õõnsusse ja õõnsus suletakse katteplaadiga (metallist või klaasist), et seade oleks hermeetiline. Tammimaterjali ja keevitusmaterjali hermeetilisus määrab otseselt seadme pakendi hermeetilisuse ning erinevatel meetoditel valmistatud kolmemõõtmeliste keraamiliste substraatide hermeetilisus varieerub teatud määral. Kolmemõõtmeliste keraamiliste substraatide peamised katsed keskenduvad paisu materjali ja struktuuri hermeetilisusele, kasutades peamiselt fluorosüsivesinikõli mullimeetodit ja heeliumi massispektromeetri meetodit.