Теплове розширення-Відповідні сплави для упаковки мікросхем: Kovar (4J29) і Alloy 42 (4J42)
Sep 22, 2026
Залишити повідомлення
У мікроелектроніці, оптоелектроніці та корпусах інтегральних схем (IC) мікросхеми (такі як силікон або GaAs) виділяють тепло під час роботи. Пакувальні конструкції зазвичай складаються з різноманітних матеріалів-включаючи сам чіп, кераміку, скло та метали-і відмінності в тепловому розширенні між цими матеріалами можуть спричинити термічне навантаження як під час процесу пакування, так і під час фактичного використання. Якщо невідповідність між коефіцієнтом теплового розширення пакувального матеріалу (КТР) і мікросхеми є надмірною, це може призвести до сильного розтріскування під дією тепла, руйнування паяного з’єднання або втрати герметичності.
Ми пропонуємо прецизійні сплави-високої чистоти-зокрема Kovar (4J29) і Alloy 42 (4J42)-оптимізовані для упаковки мікросхем і тестування та широко використовуються в упаковці сучасних напівпровідників:
Класичний потрійний сплав залізо-нікель-кобальт (Fe-Ni-Co). Він має криву розширення, яка надзвичайно добре поєднується з твердим склом (наприклад, Pyrex) і глиноземною керамікою (Al2O3) в діапазоні від 20 градусів до 450 градусів, що робить його кращим вибором для герметичного пакування у високо-надійних військових, аерокосмічних і оптичних комунікаційних програмах.
Залізо-нікелевий (Fe-Ni) бінарний сплав із-контрольованим розширенням. Його коефіцієнт теплового розширення майже відповідає коефіцієнту моно-кристалічного кремнію при температурах нижче 300 градусів. Поєднуючи високу теплопровідність із чудовими властивостями штампування та згинання, він є економічно-матеріалом сердечника для традиційних каркасів мікросхем і пластикової упаковки (PDIP, SOIC, QFP).
Чому пакети мікросхем потребують сплавів із-низьким розширенням?
У процесі пакування чіпів металеві компоненти повинні бути з’єднані зі склом, керамікою чи іншими пакувальними матеріалами. Процес зазвичай включає коливання температури-такі як нагрівання та охолодження-але коефіцієнти теплового розширення (КТР) цих різних матеріалів відрізняються.
Якщо різниця в тепловому розширенні між матеріалами є надмірною, зміни температури можуть спричинити значне міжфазне напруження; крім того, тривалий-термічний цикл може поставити під загрозу надійність структури упаковки.
Основною функцією Kovar і Alloy 42 є використання їхніх низьких коефіцієнтів теплового розширення для досягнення кращої відповідності розширення між металевими пакувальними матеріалами та такими матеріалами, як скло чи кераміка, у певному діапазоні температур.
Таким чином, у контексті високо-надійної електронної упаковки використання сплавів із низьким-розширенням призначене не лише для підвищення міцності матеріалу, а радше для контролю термічної напруги та змін розмірів у структурі упаковки.
Порівняння ключових параметрів ефективності
| Вимір порівняння | Сплав Ковар (4J29) | Сплав 42 (4J42) |
| Система сплаву | Fe-Ni-Co (потрійний) | Fe-Ni (подвійний) |
| Коефіцієнт теплового розширення | 4.6~5.2x10-6/K(20-400 градусів) | 4.0~4.7x10-6/K (нижче 300 градусів) |
| Температура Кюрі | 435 градусів | 380 градусів |
| Теплопровідність | 17.3 W/m·K | 12.1 W/m·K |
| Сумісні матеріали | Боросилікатне тверде скло, глиноземна кераміка | М'яке скло, силікон |
| Рівень герметичності | До 1×10⁻⁹ Па·м³/с | Залежить від процесу ущільнення |
| Рівень собівартості | Вищий (містить кобальт) | Низький (без{0}}кобальту) |
| Рекомендований тип упаковки | Керамічні основи підкладки, кришки, TO-банки та герметичні корпуси для оптоелектронних модулів. | Рамки IC Chip Lead і упаковка-на основі стрічки |
Хімічний склад і логіка проектування сплаву
Сплав Kovar: точна суміш нікелю та кобальту
Сплав Ковар зазвичай містить 28,5-29,5% нікелю, 16,8-17,8% кобальту і залишок заліза. Цей склад не є довільним: вміст нікелю визначає температуру Кюрі сплаву та точку перегину його кривої розширення, тоді як кобальт регулює коефіцієнт теплового розширення (КТР) відповідно до твердих боросилікатних стекол. Кобальт також підвищує температуру Кюрі, дозволяючи сплаву зберігати низькі-характеристики розширення за вищих температур.
Контроль домішок також важливий. Вміст вуглецю має бути нижче 0,03%, щоб запобігти утворенню карбіду, що може погіршити ефективність ущільнення; рівні таких елементів, як марганець і кремній, також суворо регулюються. Цей точний контроль композиції є основою, яка дозволяє Kovar досягти властивостей «індивідуального розширення».
Сплав 42: проста, але виняткова двійкова система
Сплав 42 складається з 42% нікелю та залишку заліза без вмісту кобальту. 42% вміст нікелю стабілізує коефіцієнт теплового розширення на рівні 4,0–5,0 × 10⁻⁶/градус у діапазоні 20–300 градусів, забезпечуючи хорошу відповідність м’якому склу та кремнію. Він має температуру Кюрі приблизно 330-360 градусів і міцність на розрив приблизно 450-550 МПа в відпаленому стані; його хороша пластичність робить його придатним для процесів холодного штампування та травлення.
Хоча сплав 42 має простий склад, точний контроль вмісту нікелю залишається життєво важливим. Відхилення лише на 1% у вмісті нікелю може змінити коефіцієнт теплового розширення на 0,3–0,5 × 10⁻⁶/градус -зрушення, досить значне, щоб вплинути на надійність ущільнення.
Аналіз сценаріїв застосування
Kovar: «Золотий стандарт» герметичної упаковки
Kovar переважно використовується для високо-надійного герметичного пакування. Такі компоненти, як пристрої оптичного зв’язку (роз’єми для лазерів і детекторів), корпуси датчиків MEMS, корпуси мікрохвильових пристроїв і електродні проводи для вакуумних електронних пристроїв, усі покладаються на відповідне ущільнення між Kovar і твердим боросилікатним склом, щоб забезпечити довгострокову-герметичність.
Під час процесу герметизації поверхня Kovar попередньо -окислюється з утворенням щільного оксидного шару, який хімічно змочує розплавлене скло та зв’язується з ним; це гарантує, що ущільнювальна поверхня не зазнає надмірного навантаження через диференціальне теплове розширення під час різких температурних коливань. Завдяки відпрацьованому процесу герметизації та надійності, перевіреній десятиліттями інженерного застосування, Kovar є незамінним матеріалом «золотого стандарту» в галузі герметичної упаковки.
Сплав 42: свинцеві рамки та м’яке скляне ущільнення
Сплав 42 знаходить застосування в різноманітних областях. У сфері свинцевих каркасів його коефіцієнт теплового розширення майже відповідає коефіцієнту теплового розширення кремнію, ефективно зменшуючи залишкову напругу після монтажу мікросхеми-, що робить його особливо придатним для великого-упакування матриць. У герметизації м’якого-скла Alloy 42 сумісний із м’яким склом, таким як натрієве-вапняне скло, служачи-вартісним пакуванням, яке не вимагає відповідності з твердим склом. Крім того, сплав 42 використовується в додатках, що вимагають точного контролю теплового розширення, наприклад, біметалічні стрічки для термостатів.
Керівництво з рішень щодо вибору матеріалів
Сценарії на користь сплаву Ковар:
- Застосування, що потребують високої-герметичності ущільнень боросилікатним твердим склом або глиноземною керамікою
- Пристрої оптичного зв'язку, датчики MEMS, мікрохвильові компоненти та вакуумні електронні пристрої
- Застосування, що вимагають надзвичайно високої надійності ущільнення та зрілості процесу, де чутливість до вартості є відносно низькою
Сценарії на користь сплаву 42:
- Пакувальні програми, що включають ущільнення з м’яким склом
- Використовуйте як підкладку для провідної рамки, особливо для мікросхем великого-формату або додатків, які потребують низьких-обмежень розширення
- Ви-змінна вартість упаковки, яка не потребує підбору твердого скла
- Застосування, що вимагають точного контролю теплового розширення, наприклад біметалічні стрічки для термостатів
Підсумкова рекомендація: Kovar є зрілим і надійним вибором для застосувань, що вимагають високої герметичності та сумісності з твердим склом; Alloy 42 забезпечує виняткову економічну-ефективність для свинцевих рам або ущільнювачів із м’якого-скла, де вартість є головною проблемою. Обидва матеріали займають незамінні ніші в екосистемі упаковки напівпровідників.
Група Лорк
Відділ маркетингових операцій
Електронна пошта:claire@lorkgroup.com
WhatsApp:+86 19937075488
Послати повідомлення