如今很多電子元件為了免受腐蝕性、潮濕環(huán)境的影響需要保護(hù)，以確保可接受的使用壽命和可靠性。大多數(shù)情況下，保形涂層是不夠的。大多數(shù)商用電源模塊采用聚合物封裝。而一些高可靠性電源模塊則被密封在由惰性氣體保護(hù)的金屬封裝中。

在大多數(shù)航空航天和軍用電子產(chǎn)品都需要滿(mǎn)足苛刻的環(huán)境壓力并在長(zhǎng)期使用時(shí)保持電氣穩(wěn)定性要求。在航空電子領(lǐng)域，尤其是衛(wèi)星電力電子應(yīng)用中的溫度波動(dòng)下，材料CTE失配是決定空間電子設(shè)備可靠性的主要因素。而在較大的溫度波動(dòng)下，采用多芯片、多層厚膜陶瓷基板技術(shù)的密封微電路與封裝電子器件相比具有很大優(yōu)勢(shì)。

主要原因是由于封裝聚合物的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配和玻璃化轉(zhuǎn)變，密封微電路沒(méi)有封裝劑對(duì)元件、焊點(diǎn)和導(dǎo)線(xiàn)施加很大的力。這些熱機(jī)械力是周期性的，會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)和組件疲勞。因此，多芯片、多層厚膜陶瓷基板技術(shù)在航空電子領(lǐng)域，特別是在空間應(yīng)用中仍然存在并發(fā)揮著重要作用。密封的多芯片、多層厚膜陶瓷基板技術(shù)有時(shí)被稱(chēng)為混合技術(shù)。

即使沒(méi)有引起應(yīng)力的聚合物密封劑，混合技術(shù)設(shè)計(jì)也存在CTE失配挑戰(zhàn)。由于大的線(xiàn)性尺寸和兩種不同材料的CTE不匹配，大型陶瓷基板到金屬散熱器的連接應(yīng)用是獨(dú)一無(wú)二的。陶瓷基板通常連接到金屬散熱器上，用于結(jié)構(gòu)支撐和散熱。

一、大型陶瓷基板失效機(jī)理
在上述條件下，穩(wěn)定化烘烤會(huì)導(dǎo)致金屬間化合物的生長(zhǎng)和相粗化，這會(huì)削弱焊料。由于陶瓷基板和金屬散熱器的CTE不匹配，熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂。通常，熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致基板中的潛在缺陷到散熱器焊點(diǎn)。

盡管最近對(duì)鉛含量的限制，一些行業(yè)繼續(xù)在焊料應(yīng)用中使用鉛基合金。用于空間應(yīng)用的微電路電子器件中的多層厚膜陶瓷基板技術(shù)使用錫鉛銀合金Sn62（Sn62%、Pb36%、Ag2%）和無(wú)鉛焊料合金 Sn96（Sn96.5%、Ag3.5%），特別是錫鉛基合金已被證明對(duì)錫、鎳、銅、金和銀金屬化表面具有出色的可焊性。與大多數(shù)無(wú)鉛焊料相比，錫鉛焊料在正常工作溫度下的抗高循環(huán)疲勞性能也更好。因此，它們?nèi)匀粡V泛用于航空航天和軍用電子行業(yè)，高周疲勞最有可能是最高應(yīng)力。

然而，在一種特定的應(yīng)用中，無(wú)鉛焊料合金Sn96（Sn96.5%，Ag3.5%）的性能優(yōu)于錫鉛焊料。那時(shí)陶瓷基板到金屬散熱器附件的應(yīng)用，在該應(yīng)用中，低周熱疲勞是主要的應(yīng)力因素。

雖然沒(méi)有靜態(tài)拉力要求，但靜態(tài)拉力測(cè)試比恒定加速具有更好的受控環(huán)境。焊料通常不會(huì)在壓縮負(fù)載下失效，它們?cè)诶旌图羟休d荷下失效。根據(jù)之前的多項(xiàng)測(cè)試和FEA分析，該應(yīng)用中的決定性負(fù)載是焊料的拉伸負(fù)載，它會(huì)導(dǎo)致陶瓷基板和鍍金金屬散熱器之間的焊料結(jié)合最終失效。

隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，為了容納更多的電子元件，基板變得越來(lái)越大。金屬散熱器和陶瓷基板之間的CTE不匹配會(huì)對(duì)附著材料產(chǎn)生顯著的熱機(jī)械應(yīng)力，最流行的陶瓷到金屬連接材料是焊料。

審核編輯：湯梓紅