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          公司動態

          陶瓷封裝

          文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/9/3     瀏覽次數:    

            陶瓷封裝屬氣密性封裝,這種封裝的優點是:①耐濕性好,不易產生微裂現象。②熱沖擊實驗和溫度循環實驗后不產生損傷,機械強度高。③熱膨脹系數小,熱導率高。④氣密性好,芯片和電路不受周圍環境影響。因而它適用于航空航天、軍事工程所用的高優良、高頻、耐高溫、氣密性強的產品封裝。目前,陶瓷封裝雖然在整個封裝行業里所占比例不大,卻是性能比較完善的封裝方式。在要求高密封的場合,能選用陶瓷封裝。據報道,在功耗30W以內,陶瓷封裝是較佳選擇。因此,陶瓷封裝材料令人矚目。



            1、陶瓷封裝概況

            國外陶瓷封裝日本居位,日本占據了美國陶瓷封裝市場的90%~95%,占美國國防陶瓷封裝市場的95%~98%。日本的NTK陶瓷公司、SMI公司和KyoceraInternational公司等三家陶瓷封裝公司幾乎壟斷了美國電子武器裝備用陶瓷封裝IC和分立器件市場。90年代中期,美國政府命令防御電子系統只允許外購25%的陶瓷封裝產品,其余都要由國內公司解決。國外用于高密度、高集成度陶瓷封裝材料典型的產品有日本Kyocera公司生產的黑陶瓷粉料A440,白陶瓷粉料A473。

            我國IC用陶瓷外殼生產廠目前主要有三家:江蘇宜興電子器件總廠、福建南平閩航電子器件公司和中國電子科技集團公司第13研究所,這三家均有從國外引進的生產線,采用流延技術可生產方形扁平陶瓷封裝(CQFP)、無引線陶瓷芯片封裝(CLCC)、插腳陣列式陶瓷封裝(CPGA)等產品。CPGA可生產44針~257針系列,CQFP可生產44線~160線系列。宜興廠和南平廠的年生產能力均為130萬套。

            2、陶瓷封裝材料

            高密度、氣密性陶瓷封裝對陶瓷封裝材料的主要要求是:熱膨脹系數小,熱導率高,耐濕性好。陶瓷封裝材料主要有Al2O3、BeO、SiC、Si3N4等,它們經成形、裝配、燒結后制作管殼。幾種封裝用陶瓷的特性如表7如示。

            (1)Al2O3陶瓷

            傳統的陶瓷封裝材料是Al2O3陶瓷,成分從85%到99.9%。隨著Al2O3含量增加,熱導率增加。摻雜某些物質可滿足特殊封裝的需要。Al2O3陶瓷的優點是有好的絕緣性,好的化學穩定性和力學性能,價格低,因而是目前主要的陶瓷封裝材料。國內Al2O3瓷料的主要生產廠家有鄭州鋁廠、國營南京772廠、國營成都715廠、宜興電子器材總廠。

            (2)SiC陶瓷

            由表7可見,在幾種陶瓷封裝材料中,SiC的熱導率很高,是Al2O3的13倍,熱膨脹系數也低于Al2O3和AlN。但是,SiC的介電常數太高,是AlN的4倍,所以僅適用于密度較低的封裝而不適用于高密度封裝。

            (3)AlN陶瓷

            AlN陶瓷是被國內外專家較為看好的封裝材料。AlN是一種具有纖鋅礦結構的Ⅲ-V族化合物,它具有與SiC相接近的高熱導率,熱膨脹系數低于Al2O3,斷裂強度大于Al2O3,其維氏硬度是Al2O3的一半。與同等的Al2O3相比,AlN的低密度使重量降低20%。封裝用AlN的制造方法有兩種(6):①Al2O3碳熱還原法,其反應式為:Al2O3+3C+N2=2AlN+3CO②直接氮化金屬鋁。與碳熱反應相比較,直接氮化反應制得AlN粉體的顆粒尺寸分布范圍較寬,平均顆粒尺寸較大。通常在氮氣氛中約1800℃下燒結AlN。燒結助劑Y2O3或CaO從AlN表面或晶格上獲得氧,在晶界三相點處形成液體晶界相(Y-Al-O或Ca-Al-O)或者遷移到AlN燒結體表面。這促進了AlN致密化和晶粒生長,同時能防止氧原子擴散到AlN晶粒中,使之能夠實現高達200W/m?K以上熱導率的一種有效方法。在有添加成分和無添加成分下熱壓燒結AlN,熱導率均隨原料粉體的氧含量增加而下降(7),所以原料粉體的氧含量不能超過1%。

            由于AlN封裝材料具有諸多優良性能,引起國內外封裝界的重視。日本開展該材料研制較早,技術也較成熟,1983年就研制出熱導率為260W/m?K的AlN封裝與基片材料。當前日本制作AlN粉體的主要公司有KYOCERA、NTK、德山曹達、東洋鋁業、電氣化學工業、三井東壓化學。日本正在開發AlN封裝陶瓷的公司有京陶、日本特殊陶業、住友金屬工業、富士通、東芝、日本電氣等。國內AlN陶瓷封裝材料的生產廠家主要有:國營成都715廠、中國電子科技集團公司第43研究所、建材院特種陶瓷研究所、江蘇宜興電子器材總廠、南京化工學院、無錫微電子科研中心等。2001年,國內生產AlN、Al2O3陶瓷粉料約1200噸,在封裝市場上供不應求。

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