《封裝和材料》課件

封裝和材料封裝技術(shù)是電子產(chǎn)品制造的關(guān)鍵工藝之一，能有效保護(hù)芯片免受環(huán)境侵害，確保其穩(wěn)定可靠運(yùn)行。本節(jié)將探討封裝材料的種類及特性，了解它們在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。本課程目標(biāo)掌握封裝基礎(chǔ)知識(shí)通過本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生將了解封裝的定義、作用以及主要部件,為后續(xù)深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)封裝材料選擇課程將重點(diǎn)介紹各類封裝材料的特性及其應(yīng)用場景,幫助學(xué)生掌握材料選擇的關(guān)鍵因素。熟悉封裝工藝要求課程涵蓋了焊接、引線框架、密封等關(guān)鍵工藝,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子器件封裝流程的深入理解。封裝的定義和作用封裝的定義封裝是將電子元器件和集成電路等小型電子器件適當(dāng)?shù)匕?、保護(hù)和固定在一個(gè)堅(jiān)固的外殼內(nèi)的技術(shù)。封裝的作用封裝可以保護(hù)電子器件免受外部環(huán)境因素的影響,提高其可靠性和使用壽命。同時(shí)還可以方便安裝和散熱。封裝的重要性良好的封裝設(shè)計(jì)對(duì)于電子產(chǎn)品的性能、可靠性和生產(chǎn)成本都有重要影響,是電子工程的核心技術(shù)之一。封裝的主要部件芯片封裝的核心是集成電路芯片。芯片通過引線框架和連接處連接到外部。引線框架引線框架是連接芯片和外部引線的關(guān)鍵部件。它要求具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。外殼外殼保護(hù)芯片免受外部環(huán)境的損害,同時(shí)也起到散熱、機(jī)械支撐等作用。密封材料密封材料用于將引線框架和外殼緊密結(jié)合,確保芯片免受濕氣、灰塵等的侵害。封裝材料的要求可靠性封裝材料必須能夠在長期使用中保持穩(wěn)定的性能,抗腐蝕和抗老化。電子元件的壽命和可靠性很大程度依賴于封裝材料的質(zhì)量。環(huán)境適應(yīng)性封裝材料需要能夠承受溫度、濕度、壓力、震動(dòng)等各種惡劣環(huán)境條件,保護(hù)內(nèi)部元件不受損壞。工藝適應(yīng)性封裝材料應(yīng)能夠在制造過程中承受高溫、高壓等加工條件,同時(shí)還要便于加工和裝配。成本效益封裝材料的選擇需要在滿足性能需求的前提下,最大程度地降低產(chǎn)品成本,提高性價(jià)比。塑料封裝材料塑料是一種廣泛應(yīng)用于電子封裝的材料。它具有重量輕、成本低、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可用于制造外殼、襯墊和密封件等。常用的塑料封裝材料包括環(huán)氧樹脂、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯等。這些塑料材料具有出色的絕緣性、耐腐蝕性和加工性能,可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇和改性。塑料封裝材料廣泛應(yīng)用于集成電路、功率電子器件和傳感器等電子元器件的封裝。玻璃封裝材料玻璃是一種重要的半導(dǎo)體封裝材料,具有良好的絕緣性、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。玻璃封裝可以提供優(yōu)秀的密封性,并能有效保護(hù)芯片免受環(huán)境影響。此外,玻璃還擁有熱膨脹系數(shù)與硅片相近的優(yōu)勢,有助于減小熱應(yīng)力。玻璃封裝的主要工藝包括真空鍍膜、合金化、退火等。它適用于功率器件、光電子器件等場合,在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。金屬封裝材料金屬封裝材料是電子元器件封裝中常用的重要材料之一。它們具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、熱導(dǎo)性以及屏蔽性能,可有效保護(hù)內(nèi)部電子元件免受外界環(huán)境的侵害。金屬封裝廣泛應(yīng)用于高功率、高溫環(huán)境的電子設(shè)備,如變頻器、電源模塊等。常用的金屬材料包括銅、鋁、鐵、鈦合金等,每種材料都有其獨(dú)特的特性和適用場合。陶瓷封裝材料陶瓷是一種廣泛應(yīng)用于電子封裝的材料。與其他材料相比,陶瓷具有優(yōu)異的耐高溫、絕緣和耐腐蝕性能。它可用于制作晶體管、集成電路、電力電子器件等電子產(chǎn)品的封裝。陶瓷材料的選擇需考慮成本、熱膨脹系數(shù)和機(jī)械強(qiáng)度等性能要求。塑料封裝材料特性分析特性優(yōu)勢劣勢價(jià)格低廉成本較低,適合大規(guī)模生產(chǎn)機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性相對(duì)較差加工性好可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜外形設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的耐久性較差,存在老化問題絕緣性強(qiáng)可用于電子電氣產(chǎn)品部分塑料在高溫下有毒氣體釋放總的來說,塑料封裝材料價(jià)格低廉,加工性好,絕緣性強(qiáng),但在機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和環(huán)境耐久性方面存在一定局限性,需要根據(jù)具體應(yīng)用場景進(jìn)行選擇。玻璃封裝材料特性分析玻璃具有優(yōu)良的絕緣性、耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性,是重要的電子封裝材料。它可以提供良好的密封性、機(jī)械強(qiáng)度和耐輻射特性,在集成電路、光電子器件等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。金屬封裝材料特性分析85%導(dǎo)熱性良好$10-$100價(jià)格范圍廣泛8耐蝕性強(qiáng)20K高溫下性能穩(wěn)定金屬是封裝材料中最常用的選擇之一。與其他材料相比,金屬具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性。根據(jù)不同的應(yīng)用場景,金屬封裝材料的價(jià)格范圍也有較大差異。同時(shí)金屬也能承受高溫環(huán)境,確保封裝可靠性。陶瓷封裝材料特性分析陶瓷是一種具有優(yōu)異高溫特性和絕緣性的封裝材料。其主要特點(diǎn)包括：耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好、熱膨脹系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高等。因此,陶瓷材料廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、高頻場合的電子產(chǎn)品封裝。焊接與焊料焊接技術(shù)焊接是將材料通過加熱的方式永久地連接在一起的工藝。熟練的焊接技術(shù)可以確保封裝的可靠性。焊料選擇焊料的成分、熔點(diǎn)和流動(dòng)性會(huì)影響焊接的質(zhì)量。根據(jù)不同的封裝材料,選擇合適的焊料很重要。助焊劑使用助焊劑可以清潔接合表面并提高焊料的潤濕性,從而確?？煽康暮更c(diǎn)。引線框架的材料選擇銅質(zhì)引線框架具有良好的導(dǎo)電性和焊接性能,是最常見的引線框架材料。鍍鎳銅引線框架在銅基礎(chǔ)上鍍上鎳層,提高耐腐蝕性和焊接性。廣泛應(yīng)用于IC封裝。金引線框架具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性和焊接性,但成本較高。常用于高可靠性芯片封裝。鐵-鎳合金引線框架熱膨脹系數(shù)與硅片相匹配,有利于降低熱應(yīng)力。常用于分立器件封裝。引線框架的工藝要求精準(zhǔn)焊接引線與框架的焊接要求精度高,采用先進(jìn)的焊接工藝,確保穩(wěn)定可靠的焊接質(zhì)量。表面處理引線及框架表面需進(jìn)行鍍層或其他處理,提高導(dǎo)電性和耐腐蝕性。裝配工藝引線與框架的裝配需采用高精度的自動(dòng)化設(shè)備,確保定位精度,提高生產(chǎn)效率。密封材料的選擇密封性能要求密封材料必須能夠有效阻隔外部環(huán)境對(duì)器件的影響,保證器件內(nèi)部的密封性。密封材料應(yīng)具備良好的密封性、耐壓性和耐溫性。常用密封材料常見的密封材料包括金屬墊圈、橡膠制品和聚合物密封件。每種材料都有自身的特點(diǎn)和適用范圍。材料選擇考慮因素選擇密封材料時(shí)需考慮溫度、壓力、化學(xué)性質(zhì)等工作環(huán)境因素,以及密封件的尺寸、形狀、制造工藝等因素。密封工藝要求密封工藝需確保密封材料與器件接觸面的牢固粘合,避免泄露。合理的設(shè)計(jì)和加工工藝對(duì)密封性能至關(guān)重要。密封材料的工藝要求高精度要求密封材料的制造需要精密的工藝控制,確保封裝結(jié)構(gòu)可靠性。耐用性密封材料必須能夠經(jīng)受復(fù)雜的使用環(huán)境,確保長期可靠運(yùn)行。穩(wěn)定性密封材料的性能指標(biāo)需要在使用壽命內(nèi)保持穩(wěn)定,不能發(fā)生性能劣化。良好結(jié)合性密封材料必須能夠與其他封裝部件形成穩(wěn)固的物理和化學(xué)結(jié)合。外殼材料的選擇1機(jī)械強(qiáng)度外殼材料需要具有足夠的強(qiáng)度和剛性,以承受設(shè)備運(yùn)輸和使用過程中的外部沖擊和壓力。2耐環(huán)境性外殼材料應(yīng)能很好地抵抗?jié)穸?、溫度變化、化學(xué)腐蝕等惡劣環(huán)境條件。3美觀性外殼材料的顏色、紋理等外觀特征也是重要考慮因素,影響產(chǎn)品的整體美感。4成本效益在滿足功能需求的前提下,選擇性價(jià)比較高的外殼材料也是很重要的。外殼材料的工藝要求1可加工性外殼材料需要具有良好的加工性,以便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精細(xì)的外觀效果。2耐腐蝕性外殼材料要能夠抵抗各種化學(xué)腐蝕介質(zhì),保證設(shè)備的長期使用壽命。3熱穩(wěn)定性外殼材料需要在寬溫范圍內(nèi)保持良好的寸度穩(wěn)定性,以確保密封性和使用可靠性。4成本控制在滿足技術(shù)要求的前提下,應(yīng)當(dāng)選擇性能良好、成本合理的外殼材料。封裝材料的機(jī)械特性1000MPa抗拉強(qiáng)度高強(qiáng)度材料提供堅(jiān)固可靠的封裝保護(hù)。30%延展性良好的延展性確保材料不易斷裂。6硬度合適的硬度可以防止磨損和損壞。封裝材料的熱學(xué)特性熱膨脹系數(shù)決定材料在溫度變化下的熱膨脹程度。合適的熱膨脹系數(shù)對(duì)于確保封裝件能承受溫度波動(dòng)至關(guān)重要。導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)熱性有助于封裝件有效散熱,提高工作穩(wěn)定性和可靠性。但過高的導(dǎo)熱性也可能帶來熱應(yīng)力問題。熱傳導(dǎo)系數(shù)描述熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的傳遞速率。選擇合適的材料可優(yōu)化封裝件的熱傳導(dǎo)特性。比熱容反映材料在吸收或放出相同熱量時(shí)溫度的變化程度。合適的比熱容有利于控制材料溫升。封裝材料的電學(xué)特性$500電阻率低電阻有利于電子信號(hào)傳輸5K擊穿電壓高擊穿電壓可承受大電壓沖擊0.1μA漏電流低漏電流確保電路穩(wěn)定可靠封裝材料的電學(xué)性能直接影響電子器件的導(dǎo)電性、絕緣性和穩(wěn)定性。良好的電學(xué)特性可確保器件在惡劣環(huán)境下仍能正常工作。封裝材料的可靠性可靠性指標(biāo)說明測試方法耐熱性材料在高溫環(huán)境下的抗熱性能烘烤測試、熱循環(huán)測試耐濕性材料在潮濕環(huán)境下的抗腐蝕性能恒溫恒濕試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)機(jī)械性能材料抗拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等破壞的能力材料性能測試儀吸濕性材料對(duì)水分的吸收程度測重法、熱重分析法新型封裝材料發(fā)展趨勢高性能復(fù)合材料結(jié)合碳納米管、石墨烯等新興材料,開發(fā)高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱高絕緣的復(fù)合封裝材料?？山到馍锊牧喜捎铆h(huán)保、可降解的生物基高聚物,實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的可回收利用和環(huán)境友好。智能功能材料賦予封裝材料自修復(fù)、溫度敏感等智能特性,提高電子器件的可靠性和安全性。3D打印技術(shù)利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制的封裝結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)品性能和生產(chǎn)效率。小結(jié)與課后思考封裝材料綜述