בתהליך האריזה האלקטרונית, מצעים קרמיים הם מרכיבים קריטיים. הפחתת שיעור הפגמים של מצעים קרמיים היא בעלת משמעות רבה לשיפור איכות המכשירים האלקטרוניים. עם זאת, אין כיום תקנים לאומיים או תעשייתיים לבדיקת ביצועי מצע קרמי, מה שמציב קשיים מסוימים לייצור ארגוני וקידום מוצרים.
נכון לעכשיו, מדדי הביצועים העיקריים כוללים מראה מצע, תכונות מכניות, תכונות תרמיות, תכונות חשמליות, ביצועי אריזה (ביצועי עבודה) ואמינות.
בדיקת מראה
בדיקת מראה מצע קרמי משתמשת בדרך כלל בבדיקה ויזואלית או במיקרוסקופיה אופטית. פריטי הבדיקה כוללים האם יש במצע הקרמי סדקים או חללים, והאם על פני שכבת המתכת יש שריטות, קילופים או כתמים. בנוסף, מידות המצע הקרמי, עובי שכבת המתכת, שטוחות פני השטח (עיוות) של המצע ודיוק תבנית פני המצע הם כולם היבטים חשובים הדורשים בדיקה קפדנית. במיוחד עבור אריזות-היפוך ובצפיפות- גבוהה, השטיחות של פני השטח נדרשת בדרך כלל להיות פחות מ-0.3%.
בשנים האחרונות, עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית המחשב וטכנולוגיית עיבוד התמונה, ועלויות העבודה העולות עבור ארגונים, חברות מתמקדות יותר ויותר ביישום של טכנולוגיות בינה מלאכותית וראיית מכונה בשינוי ושדרוג הייצור. שיטות וציוד המבוססות על ראיית מכונה- הופכים בהדרגה לאמצעי חשוב לשיפור איכות המוצר ולהגדלת התפוקה. לכן, יישום ציוד זיהוי ראיית מכונה לבדיקת מצעים קרמיים יכול לשפר את יעילות הזיהוי, להפחית את עלויות העבודה, ויש לו ערך יישום טוב.
בדיקת ביצועים מכניים
המאפיינים המכניים של מצעים קרמיים מתייחסים בעיקר לחוזק ההדבקה של שכבת מעגל המתכת, המייצגת את חוזק ההידבקות בין שכבת המתכת למצע הקרמי, וקובעת ישירות את איכות אריזת המכשירים הבאים (חוזק ואמינות הדבקת מתכת וכו'). חוזק ההדבקה של מצעים קרמיים שהוכנו בשיטות שונות משתנה במידה ניכרת. מצעים קרמיים מישוריים שהוכנו באמצעות תהליכי- טמפרטורה גבוהה (כגון TPC, DBC וכו') הם בעלי חוזק מליטה גבוה יותר מכיוון ששכבת המתכת והמצע הקרמי מחוברים בקשרים כימיים. עם זאת, מצעים קרמיים שהוכנו באמצעות תהליכים בטמפרטורה-נמוכה (כגון מצעי DPC) מסתמכים בעיקר על כוחות ואן דר ואלס והשתלבות מכנית, וכתוצאה מכך חוזק מליטה נמוך יותר.
שיטות בדיקה לחוזק המתכת של מצעים קרמיים כוללות:
[תְמוּנָה]
תרשים סכמטי של בדיקת חוזק גזירה/בדיקת חוזק מתיחה
(1) שיטת קלטת: חתיכת קלטת מחוברת בחוזקה למשטח שכבת המתכת, וגלגלת גומי משמשת לגלגול מעליה כדי להסיר בועות אוויר בתוך משטח ההדבקה. לאחר 10 שניות מופעל כוח בניצב לשכבת המתכת לקילוף הסרט, ובודקים האם שכבת המתכת מתקלפת מהמצע. מבחן הקלטת הוא שיטת בדיקה איכותית.
(2) שיטת הדבקת חוט: חוט מתכת בקוטר של 0.5 מ"מ או 1.0 מ"מ נבחר ומרותך ישירות לשכבת המתכת של המצע על ידי הלחמה מתכת. לאחר מכן, נעשה שימוש במד כוח למדידת כוח המשיכה-של חוט המתכת בכיוון האנכי.
(3) שיטת חוזק קילוף: שכבת המתכת על פני המצע הקרמי נחרטת (חתוכה) לרצועות באורך 5 מ"מ עד 10 מ"מ, ולאחר מכן מקלפת אותה בכיוון האנכי באמצעות בודק חוזק קילוף למדידת חוזק הקליפה שלה. מהירות הקילוף נדרשת להיות 50 מ"מ לדקה, ותדירות המדידה היא 10 פעמים לשנייה.
ביצועים תרמיים
הביצועים התרמיים של מצעים קרמיים כוללים בעיקר מוליכות תרמית, עמידות בחום, מקדם התפשטות תרמית והתנגדות תרמית. מצעים קרמיים ממלאים בעיקר תפקיד של פיזור חום באריזת מכשירים, ולכן המוליכות התרמית שלהם היא אינדיקטור טכני חשוב; עמידות בחום בודקת בעיקר אם המצע הקרמי מתעוות או מתעוות בטמפרטורות גבוהות, האם שכבת מעגל המתכת על פני השטח מתחמצנת, משתהה, שורפת או מתפוררת, והאם החורים הפנימיים-נכשלים.
מאפייני המוליכות התרמית של מצעים קרמיים אינם קשורים רק למוליכות התרמית של חומר המצע הקרמי (התנגדות תרמית בתפזורת), אלא גם קשורים קשר הדוק לחיבור ממשק החומר (התנגדות תרמית למגע). לכן, שימוש בבודק התנגדות תרמית (היכול למדוד את ההתנגדות התרמית בתפזורת ואת ההתנגדות התרמית של הממשק של מבנים מרובי-שכבות) יכול להעריך ביעילות את ביצועי המוליכות התרמית של מצעים קרמיים.
ביצועים חשמליים
הביצועים החשמליים של מצעים קרמיים מתייחסים בעיקר לשאלה האם שכבות המתכת בצדדים הקדמיים והאחוריים של המצע מוליכות (האם האיכות הפנימית דרך-חור טובה). בשל הקוטר הקטן של החורים האמצעיים- במצעים קרמיים DPC, עלולים להתרחש פגמים כגון מילוי לא שלם וחלל אוויר במהלך הציפוי האלקטרוני. בדרך כלל, ניתן להשתמש בודק קרני רנטגן (איכותי, מהיר) ובוחן בדיקה מעופף (כמותי, זול) כדי להעריך את איכות החורים- האמצעיים במצעים קרמיים.
ביצועי אריזה
ביצועי האריזה של מצעים קרמיים מתייחסים בעיקר ליכולת הלחמה ואטימות (מוגבל למצעים קרמיים תלת מימדיים). כדי לשפר את חוזק החיבור החוט, שכבה של Au או Ag או מתכות אחרות בעלות תכונות ריתוך טובות מצופה בדרך כלל באלקטרוניקה או בציפוי כימי על פני שכבת המתכת של המצע הקרמי (במיוחד הרפידות) כדי למנוע חמצון ולשפר את איכות החיבור החוט. יכולת ההלחמה נמדדת בדרך כלל באמצעות מכונת הדבקת חוטי אלומיניום ובוחן מתיחה.
השבב מותקן בחלל של מצע קרמי תלת-מימדי, והחלל אטום בצלחת כיסוי (מתכת או זכוכית) כדי להשיג אריזה הרמטית של המכשיר. הרמטיות של חומר הסכר וחומר הריתוך קובעת ישירות את הרמטיות של אריזת המכשיר, וההרמטיות של מצעים קרמיים תלת מימדיים שהוכנו בשיטות שונות משתנה במידה מסוימת. הבדיקות העיקריות למצעים קרמיים תלת מימדיים-מתמקדים בהרמטית של החומר והמבנה של הסכר, בעיקר באמצעות שיטת בועות שמן פלואורופחמן ושיטת ספקטרומטר מסה הליום.