Thermische uitzetting-Bijpassende legeringen voor chipverpakking: Kovar (4J29) en legering 42 (4J42)
Sep 22, 2026
Laat een bericht achter
In de micro-elektronica, opto-elektronica en IC-verpakkingen (geïntegreerde schakelingen) genereren chips (zoals silicium of GaAs) tijdens bedrijf warmte. Verpakkingsstructuren bevatten doorgaans een verscheidenheid aan materialen-waaronder de chip zelf, keramiek, glas en metalen-en verschillen in thermische uitzetting tussen deze materialen kunnen thermische spanning veroorzaken tijdens zowel het verpakkingsproces als het daadwerkelijke gebruik. Als de discrepantie tussen de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) van het verpakkingsmateriaal en die van de chip excessief is, kan dit leiden tot ernstige thermische spanningsscheuren, falen van de soldeerverbinding of een verlies aan hermeticiteit.
We bieden zeer-precisielegeringen-met name Kovar (4J29) en Alloy 42 (4J42)-geoptimaliseerd voor het verpakken en testen van chips en die veel worden gebruikt in moderne halfgeleiderverpakkingen:
Een klassieke ijzer-nikkel-kobalt (Fe-Ni-Co) ternaire legering. Het beschikt over een uitzettingscurve die uitzonderlijk goed past bij hard glas (zoals Pyrex) en aluminiumoxide-keramiek (Al2O3) binnen het bereik van 20 graden tot 450 graden, waardoor het de voorkeurskeuze is voor hermetische verpakkingen in zeer-betrouwbare militaire, ruimtevaart- en optische communicatietoepassingen.
Een ijzer-nikkel (Fe-Ni) binair geregelde-expansielegering. De thermische uitzettingscoëfficiënt komt nauw overeen met die van siliciumchips met één kristal bij temperaturen onder de 300 graden. Door de hoge thermische geleidbaarheid te combineren met uitstekende stempel- en buigeigenschappen, dient het als een kosteneffectief kernmateriaal voor traditionele IC-chip-leadframes en plastic verpakkingen (PDIP, SOIC, QFP).
Waarom hebben chippakketten legeringen met lage- expansie nodig?
Tijdens het chipverpakkingsproces moeten metalen componenten worden samengevoegd met glas, keramiek of andere verpakkingsmaterialen. Bij dit proces zijn doorgaans temperatuurschommelingen betrokken-zoals verwarming en koeling-maar de thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) van deze verschillende materialen variëren.
Als het verschil in thermische uitzetting tussen materialen excessief is, kunnen temperatuurveranderingen aanzienlijke grensvlakspanningen veroorzaken; bovendien kunnen thermische cycli op lange termijn- de betrouwbaarheid van de verpakkingsstructuur in gevaar brengen.
De primaire functie van Kovar en Alloy 42 is om hun lage thermische uitzettingscoëfficiënten te gebruiken om een betere aanpassing van de uitzetting te bereiken tussen de metalen verpakkingsmaterialen en materialen zoals glas of keramiek binnen een specifiek temperatuurbereik.
Daarom is het gebruik van legeringen met lage- expansie in de context van elektronische verpakkingen met hoge-betrouwbaarheid niet alleen bedoeld om de materiaalsterkte te verbeteren, maar eerder om thermische spanning en maatveranderingen binnen de verpakkingsstructuur te beheersen.
Vergelijking van belangrijkste prestatieparameters
| Vergelijkingsdimensie | Kovar-legering (4J29) | Legering 42 (4J42) |
| Legering systeem | Fe-Ni-Co (ternair) | Fe-Ni (binair) |
| Coëfficiënt van thermische uitzetting | 4.6~5.2x10-6/K(20-400 graden) | 4.0~4.7x10-6/K (lager dan 300 graden) |
| Curie-temperatuur | 435 graden | 380 graden |
| Thermische geleidbaarheid | 17.3 W/m·K | 12.1 W/m·K |
| Compatibele materialen | Hard borosilicaatglas, keramiek van aluminiumoxide | Zacht glas, silicium |
| Hermeticiteitsniveau | Tot 1×10⁻⁹ Pa·m³/s | Afhankelijk van het sealproces |
| Kostenniveau | Hoger (bevat kobalt) | Lager (kobalt-vrij) |
| Aanbevolen pakkettype | Keramische substraatbasissen, doppen, TO-blikken en hermetische behuizingen voor opto-elektronische modules. | IC-chipleadframes en op tape-gebaseerde verpakkingen |
Chemische samenstelling en logica van legeringsontwerp
Kovar-legering: een precisiemengsel van nikkel en kobalt
Kovar-legering bevat doorgaans 28,5–29,5% nikkel, 16,8–17,8% kobalt en de rest ijzer. Deze samenstelling is niet willekeurig: het nikkelgehalte bepaalt de Curietemperatuur van de legering en het buigpunt van de uitzettingscurve, terwijl kobalt de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) aanpast aan harde borosilicaatglazen. Kobalt verhoogt ook de Curietemperatuur, waardoor de legering zijn lage- uitzettingseigenschappen bij hogere temperaturen behoudt.
Het beheersen van onzuiverheden is net zo belangrijk. Het koolstofgehalte moet onder de 0,03% worden gehouden om carbidevorming te voorkomen die de afdichtingsprestaties in gevaar zou kunnen brengen; niveaus van elementen zoals mangaan en silicium zijn ook strikt gereguleerd. Deze nauwkeurige samenstellingscontrole is de basis die Kovar in staat stelt om "op maat gemaakte expansie"-eigenschappen te bereiken.
Legering 42: een eenvoudig maar uitzonderlijk binair systeem
Legering 42 bestaat voor 42% uit nikkel en voor de rest uit ijzer, zonder kobaltgehalte. Het nikkelgehalte van 42% stabiliseert de thermische uitzettingscoëfficiënt op 4,0–5,0 × 10⁻⁶/ graad binnen het bereik van 20–300 graden, waardoor een goede match met zacht glas en silicium wordt gegarandeerd. Het heeft een Curietemperatuur van ongeveer 330–360 graden en een treksterkte van ongeveer 450–550 MPa in uitgegloeide toestand; de goede ductiliteit maakt het geschikt voor koudstans- en etsprocessen.
Hoewel Alloy 42 een eenvoudige samenstelling heeft, blijft een nauwkeurige controle van het nikkelgehalte van cruciaal belang. Een afwijking van slechts 1% in het nikkelgehalte kan de thermische uitzettingscoëfficiënt veranderen met 0,3–0,5 × 10⁻⁶/graad -een verschuiving die significant genoeg is om de betrouwbaarheid van de afdichting te beïnvloeden.
Analyse van toepassingsscenario's
Kovar: de "gouden standaard" voor hermetische verpakkingen
Kovar wordt voornamelijk gebruikt in hermetische verpakkingstoepassingen met hoge-betrouwbaarheid. Componenten zoals optische communicatieapparaten (laser- en detectorheaders), MEMS-sensorbehuizingen, pakketten met microgolfapparaten en elektrodekabels voor elektronische vacuümapparaten zijn allemaal afhankelijk van een passende afdichting tussen Kovar en hard borosilicaatglas om de hermeticiteit op lange termijn te garanderen.
Tijdens het afdichtingsproces ondergaat het Kovar-oppervlak een voor-oxidatie om een dichte oxidelaag te vormen die het gesmolten glas chemisch bevochtigt en verbindt; dit zorgt ervoor dat het afdichtingsvlak geen overmatige spanning ondervindt als gevolg van differentiële thermische uitzetting tijdens snelle temperatuurschommelingen. Met een volwassen afdichtingsproces en betrouwbaarheid bewezen door decennia van technische toepassing, staat Kovar als het onvervangbare "gouden standaard" materiaal op het gebied van hermetische verpakkingen.
Legering 42: Loodframes en zachte glasafdichting
Legering 42 vindt toepassing op een breed scala aan gebieden. Op het gebied van leadframes komt de thermische uitzettingscoëfficiënt nauw overeen met die van silicium, waardoor de restspanning na chipmontage effectief wordt verminderd-waardoor het bijzonder geschikt is voor het verpakken van grote- matrijzen. Bij het afdichten van zacht-glas is Alloy 42 compatibel met zacht glas, zoals natron-kalkglas, en dient kostengevoelig-verpakkingstoepassingen waarvoor geen afstemming met hard glas nodig is. Bovendien wordt Alloy 42 gebruikt in toepassingen die een nauwkeurige controle van de thermische uitzetting vereisen, zoals bimetaalstrips voor thermostaten.
Gids voor materiaalkeuzebeslissingen
Scenario's die de voorkeur geven aan Kovar-legering:
- Toepassingen die hoge-hermetische afdichtingen vereisen met hard borosilicaatglas of aluminiumoxide-keramiek
- Optische communicatieapparaten, MEMS-sensoren, microgolfcomponenten en elektronische vacuümapparaten
- Toepassingen die een extreem hoge afdichtingsbetrouwbaarheid en procesrijpheid vereisen, waarbij de kostengevoeligheid relatief laag is
Scenario's die de voorkeur geven aan Legering 42:
- Verpakkingstoepassingen met afdichtingen met zacht glas
- Gebruik als leadframe-substraat, vooral voor groot-chips of toepassingen die lage- uitbreidingsbeperkingen vereisen
- Kosten-gevoelige verpakkingstoepassingen waarvoor geen matching met hardglas nodig is
- Toepassingen die nauwkeurige controle van thermische uitzetting vereisen, zoals bimetaalstrips voor thermostaten
Samenvattende aanbeveling: Kovar is een volwassen en betrouwbare keuze voor toepassingen die een hoge hermeticiteit en compatibiliteit met hard glas vereisen; Alloy 42 biedt een superieure kosteneffectiviteit voor leadframes of afdichtingstoepassingen van zacht glas, waarbij de kosten voorop staan. Beide materialen bezetten onmisbare niches binnen het ecosysteem van halfgeleiderverpakkingen.
Lork-groep
Afdeling Marketingoperaties
E-mail:claire@lorkgroup.com
Whatsappen:+86 19937075488
Aanvraag sturen