2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、釬焊與電子組裝技術(shù)Soldering & Electronic Packaging Technology,趙興科13601020623xkzhao@ustb.edu.cn,目錄,1 電子組裝分級2 電子組裝材料與元器件3 芯片級互聯(lián)與鍵合技術(shù)4 板卡級互聯(lián)與釬焊技術(shù)5 電子組裝中的非焊接技術(shù)6 電子組裝的可靠性,2 電子組裝材料與電子元器件,2.1電子組裝材料的基本要求,2.2 典型電子組裝材料,2.3 表面安裝

2、電子元器件,2.2典型電子組裝材料,2.2.2陶瓷組裝材料,(1)陶瓷材料的—般特性,陶瓷材料的優(yōu)點:,電性能好,介電常數(shù)小;熱性能好,線脹系數(shù)與硅相近、導熱系數(shù)大;機械性能好;尺寸穩(wěn)定性好,其收縮率在±0.1%;組裝密度和可靠性高;陶瓷表面可以金屬化。,陶瓷材料的不足:,制造工藝復雜;二次加工性差;品種有限;成本高等。,由于陶瓷材料的優(yōu)點是其它材料不具備的,陶瓷材料在表面安裝技術(shù)發(fā)展中引起重視并得到發(fā)展。,常

3、見的陶瓷組裝材料主要有A12O3、A1N、BeO、SiC等。,幾種電子組裝用陶瓷的特性,(2)典型陶瓷材料,A12O3陶瓷,A12O3陶瓷是傳統(tǒng)的基板材料,也是目前應用最成熟的陶瓷組裝材料。,A12O3的質(zhì)量分數(shù)一般為85%-99.9%,熱導率隨著A12O3含量的增加而增加。,為滿足力學性能和電性能要求,可摻雜其他物質(zhì)。,優(yōu)勢,絕緣性高化學穩(wěn)定性高力學性能高價格低,劣勢,熱導率不高與硅片的線脹系數(shù)匹配不好燒結(jié)溫度高。,A12O

4、3陶瓷的燒結(jié)溫度在1400℃以上,金屬粉的熔點應高于陶瓷燒結(jié)溫度,否則印制的金屬布線圖經(jīng)燒結(jié)后,布線圖將被破壞。,要在A12O3陶瓷基板印制布線圖案,要選用鎢、鉬等高熔點金屬,但這類金屬的電阻大,傳輸損耗大。,Au、Ag、Cu的電阻為鎢、鉬的1/6-1/7,用這些低電阻的元素作為金屬導體漿料的原料,燒結(jié)溫度需降到1000℃以下。,A12O3陶瓷難以作為高密度組裝基板材料。,A1N陶瓷,導熱系數(shù)是A12O3陶瓷的5-7倍;線脹系數(shù)比A1

5、2O3陶瓷約低一半,與硅的線脹系數(shù)非常接近;A1N絕緣性好,介電常數(shù)和介電損耗?。涣己玫臏囟确€(wěn)定性。,A1N陶瓷其綜合性能遠優(yōu)于A12O3,是基板和組裝的理想材料,可用于大功率晶體管、開關(guān)電源基板以及電力器件。,A1N陶瓷的性能對制備工藝條件、原料純度敏感,大規(guī)模生產(chǎn)的重復性差;A1N粉易水解,粉末儲存困難;A1N粉末目前的售價較高。,BeO陶瓷,BeO陶瓷具有較高的導熱率,是A12O3陶瓷的7倍。但BeO具有毒性,且生產(chǎn)成

6、本較高,限制了它的應用。,SiC陶瓷,SiC陶瓷的線脹系數(shù)與硅最相近;熱導率也很高,是A12O3陶瓷的13倍。SiC陶瓷的絕緣性較低,僅適用于密度較低的組裝。,低溫共燒陶瓷,低溫共燒陶瓷LTCC(LTCC,Low Temperature Co-fire Ceramic)是一類復合型組裝材料。主要由一些玻璃陶瓷GC(GC,Glass-Ceramic)組成,燒結(jié)溫度低(900℃左右),可與堿金屬共燒。絕緣性好、介電損耗因子小,

7、其高頻性能優(yōu)良。適用于無源集成、尤其是高頻器件。,低溫共燒技術(shù)誕生于上世紀80年代中期,經(jīng)過二十多年的開發(fā)和應用已經(jīng)逐漸成熟和完善,并在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應用,特別是在軍事、航天航空、電子、計算機、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域,低溫共燒技術(shù)均獲得了極大的成功。低溫共燒組裝代表著未來陶瓷組裝的發(fā)展方向。為了減少傳輸損耗,低溫陶瓷的研制和開發(fā)得到重視。,幾種低溫共燒陶瓷及其特性,結(jié)晶玻璃系陶瓷,其保持玻璃原有的線膨脹系數(shù)小、介電常數(shù)低和機械強

8、度低等特性。玻璃復合系陶瓷,在玻璃系中加入添加材料,如A12O3等,以克服玻璃系的缺點,增加其機械強度,降低陶瓷的燒結(jié)溫度。PbO-SiO2-B2O-CaO系燒結(jié)陶瓷的抗彎強度可以與氧化鋁相當。非玻璃系陶瓷,燒結(jié)時尺寸變化小,可用來制造微細引線的生陶瓷基板。,2.2.3金屬材料,電子組裝用金屬材料主要有鍵合線(包括鍵合金絲、鍵合鋁合金絲和鍵合銅絲)、框架材料、熱沉、釬料等。,框架,,,熱沉,金屬材料中,鋁的熱導率很高、重量輕、價

9、格低、加工容易,是最常用的組裝材料。純鋁的線脹系數(shù)與硅的相差較大,器件工作時的熱循環(huán)常會產(chǎn)生較大的應力,導致器件性能失效。,鋁,W、Mo具有與Si相近的線脹系數(shù),且導熱性比鎳鐵合金好得多,故常用于半導體芯片的支撐材料。W、Mo與硅的浸潤性不好,可焊性差,常需要在表面鍍或涂以特殊的Ag基合金或Ni,這使得工藝變得復雜且可靠性降低,提高了成本,增加了污染。,W、Mo,W、Mo、Cu密度較大,不適合作航空、航天材料。W、Mo的價格昂貴

10、,生產(chǎn)成本高,影響了推廣使用。,鎳鐵合金(Invar)和鐵鎳鈷合金(Kovar)具有非常低的線脹系數(shù)和良好的焊接性,但是電阻卻很大,只能作為小功率整流器的散熱和連接材料。,電子組裝用釬料合金基本上都是錫基合金,添加的合金元素常見的有Pb、Ag、Bi等。二元合金常見的有錫鉛、錫銀、錫銻、錫銦等,三元合金常見有錫銀銅、錫鉛銀、錫鉛鉍、錫鉛銦等。隨著無鉛釬料的不斷推進,新的三元、四元和五元及以上合金也在不斷地開發(fā)。合金釬料的供貨方式包括

11、棒、錠、絲、箔片、粉末、焊球、焊柱、焊膏等。,電子組裝用釬料的合金元素及其熔點,2.2.4 復合材料,金屬材料能滿足導熱性要求,但導電性限制了其使用范圍;陶瓷材料同時具有優(yōu)良的導熱性和絕緣性,是理想的導熱性電子材料,但制備困難、成本高;高分子材料成型方便,易于生產(chǎn),介電性好,但導熱性差。,復合材料是由兩種或兩種以上的物理或化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而得到的一種熱固性材料。因為復合效應,復合材料的性能會比它的組成物質(zhì)更好,或者具有原組成物質(zhì)所

12、沒有的性能。,金屬基復合材料恰恰可以將基體金屬優(yōu)良的導熱性能和增強體材料低線脹系數(shù)的特性結(jié)合起來,既具有良好的導熱性,又可在相當廣的范圍內(nèi)與多種不同材料的線脹系數(shù)相匹配。,組裝材料采用金屬基復合材料是未來發(fā)展的重要方向。,金屬基復合材料由基體金屬和增強體兩部分組成。目前電子組裝用的金屬基復合材料的基體仍以鋁、銅、鎂為主,這主要是由它們良好的導熱、導電性能及優(yōu)良的綜合力學性能所決定的。,用做復合材料增強體的種類很多,其形貌有長纖維、短

13、纖維、晶須和顆粒四大類。,作為電子工藝材料使用時,增強體的選擇應從以下幾個方面衡量:,低的線脹系數(shù)高的熱導率與基體材料具有良好的相容性密度小成本低。,電子組裝用鋁基復合材料,在電子組裝中目前應用最廣泛的就是A1/SiC復合材料,主要用于微波管的載體、密封式微波組裝材料、多芯片組件的熱沉、PCB的熱沉等。特別地,鋁基復合材料密度比較小,所以它可以用于對密度有一定要求的場合,如航天航空電子儀表組裝用材料、地面通信或者手機、便攜式電腦

14、等。,A1/SiC的特性取決于SiC含量、粒度分布及鋁合金基材。實際使用過程中,組裝用A1/SiC將與半導體芯片或陶瓷基板直接接觸,這就要求兩者的線脹系數(shù)盡可能匹配。為滿足這一性能要求,SiC的體積分數(shù)范圍為55~75%。,銅基復合材料,銅的熱導率很高,達到400W/(m﹒K),但其線脹系數(shù)也很高。為了降低其線脹系數(shù),可以將銅與線脹系數(shù)較小的材料,如鉑、鎢、Invar合金等復合,得到高電導率、高熱導率,低線脹系數(shù),高硬度特性的復合材料。

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