先進封裝​ - 陶瓷封裝中的三個封裝材料

集成電路密度和功能的提升推動電子封裝的發展。隨著現代微電子技術的創新，電子設備向著微型化、集成化、高效率和高可靠性等方向發展，電子系統總體的集成度提高，功率密度也同步升高。

電子元件長期在高温環境下運轉會導致其性能惡化，甚至器件被破壞。因此，有效的電子封裝需要不斷提高封裝材料的性能，並將電子線路布線合理化，使得電子元件在不受環境影響的同時，實現良好的散熱，幫助電子系統保持良好的穩定性。

電子封裝一般可按封裝結構、封裝形式和封裝材料組成分類。

從封裝結構來看，主要包括了PCB電路板布線、層間介質和密封材料基板，PCB電路板分為剛性板和柔性板，層間介質分為有機聚合物和無機（氧化矽、氮化矽和玻璃）兩種，起到保護電路、隔離絕緣和防止信號失真等作用。密封材料當前主要為環氧樹脂，占整個電子密封材料的97%以上，環氧樹脂成本低、產量大、工藝簡單。從封裝形式來看，可分為氣密封裝和實體封裝。氣密封裝是指腔體內在管芯周圍有一定氣體空間與外界隔離，實體封裝指管芯周圍與封裝腔體形成整個實體。從材料組成分來看，主要分為金屬基、陶瓷基和塑料基封裝材料。

陶瓷封裝在高致密封裝中具有較大發展潛力。陶瓷封裝屬於氣密性封裝，主要材料有Al2O3、AIN、BeO和莫來石，具有耐濕性好、機械強度高、熱膨脹係數小和熱導率高等優點。金屬封裝的主要材料包括Cu、Al、Mo、W、W/Cu和Mo/Cu合金等，具有較高的機械強度、散熱性能優良等優點。塑料封裝主要使用的材料為熱固性塑料，包括酚醛類、聚酯類、環氧類和有機硅類，具有價格低、質量輕、絕緣性能好等優點。此外，電子封裝還常用四大複合材料，分別為聚合基複合材料（PMC）、金屬基複合材料（MMC）、碳/碳複合材料（CCC）和陶瓷基複合材料（CMC）。

陶瓷封裝中的三個封裝材料

對於集成電路等半導體器件來說，封裝基板需要滿足以下六點要求：

1、高熱導率，器件產生的熱量需要透過封裝材料傳播出去，導熱良好的材料可使晶片免受熱破壞；

2、與晶片材料熱膨脹係數匹配，由於晶片一般直接貼裝於封裝基板上，兩者熱膨脹係數匹配會降低晶片熱應力，提高器件可靠性；

3、耐熱性好，滿足功率器件高溫使用需求，具有良好的熱穩定性；

4、絕緣性好；

5、機械強度高，滿足器件加工、封裝與應用過程的強度要求；

6、價格適宜，适合大規模生產及應用。

六大優勢促使陶瓷封裝成為主流電子封裝。陶瓷基封裝材料作為一種常見的封裝材料，相對於塑膠封裝和金屬封裝的優勢在於：

1、低介電常數，高頻性能好；

2、絕緣性好、可靠性高；

3、強度高，熱穩定性好；

4、熱膨脹係數低，熱導率高；

5、氣密性好，化學性能穩定；

6、耐濕性好，不易產生微裂現象。典型電子封裝材料性能對比

陶瓷封裝

封裝工藝形式多樣，適配各類應用需求。如光模組的封裝就有TOSA和ROSA，主要封裝工藝包括TO同軸封裝、蝶形封裝、COB封裝和BOX封裝。TO同軸封裝多為圓柱形，具有體積小、成本低、工藝簡單的特點，適用於短距離傳輸，但也存在散熱困難等缺點。

蝶形封裝主要為長方體，設計結構複雜，壳體面積大，散熱良好，適用於長距離傳輸。COB即板上芯片封裝，將芯片附在PCB板上，實現小型化、輕型化和低成本等，BOX封裝屬於一種蝶形封裝，用於多通道並行。此外，其餘常見的封裝方式包括雙列直插封裝（DIP）、無引線芯片載體（LCC）等等。

由於陶瓷封裝在高溫、高壓、高頻等極端環境下具有出色的耐受性能和可靠性，因此陶瓷封裝基板在軍工領域應用非常廣泛，可以用於製造雷達系統、無線通訊設備、衛星通訊設備、導彈、航天器、軍用電子設備等軍用產品，以滿足武器裝備對於高性能、高可靠性、抗振動、抗衝擊等特殊要求。