惯性导航芯片封装工艺特点解析及 IC芯片清洗剂介绍

惯性导航系统（INS）所使用的集成电路（IC）芯片，由于其应用场景的特殊性和高性能要求，其封装工艺与消费类电子芯片有显著不同，具有一系列鲜明的特点。

总的来说，这些特点都围绕着 “高可靠性”、“高性能”、“高稳定性” 和 特殊环境适应性 这几个核心目标。

以下是其主要特点的详细阐述：

1. 极高的气密性和内部气氛控制

这是军工、航天级芯片封装最核心的特点之一。

• 目的：防止外部潮湿空气、盐雾、污染物等进入封装内部，腐蚀精细的芯片电路（特别是MEMS陀螺仪和加速度计的机械结构）；同时防止封装内部材料在真空中释放气体（outgassing），影响内部环境。

• 实现方式：

• 封装材质：通常采用陶瓷封装（Ceramic Packages），如氧化铝（Al₂O₃）或氮化铝（AlN）。陶瓷具有优异的气密性、高机械强度和良好的热性能。金属封装（Metal Can Packages）也常用于对气密性要求极高的场景。

• 密封工艺：采用平行缝焊（Parallel Seam Welding）或激光焊（Laser Welding）来代替消费级芯片常用的环氧树脂塑封。这两种焊接方式可以在低温下形成完美的金属熔封，确保空腔的绝对气密。

• 内部气氛：封装前，内部空腔会充入惰性气体（如氮气N₂）并严格控制水分和氧气含量，甚至进行抽真空处理。

2. 优异的抗机械应力能力

惯性导航系统广泛应用于导弹、战斗机、无人机等高过载、高振动、高冲击的恶劣环境。

• 目的：确保芯片内部连接（如键合线）和硅结构在剧烈震动和冲击下不会断裂、失效。

• 实现方式：

• 结构设计：封装结构本身设计得更加坚固，具有更强的机械完整性。

• 内部固定：芯片粘接使用高强度、高导热率的环氧树脂或金锡（AuSn）共晶焊。共晶焊能形成金属间化合物，将芯片与基座几乎“熔”为一体，机械强度和导热性远高于普通胶粘。

• 键合技术：使用更粗的金线或铝线进行键合，并优化键合点形状和弧度，以承受高G值的冲击和振动。

3. 强大的热管理能力

惯性导航芯片（如IMU中的处理器、ASIC）工作时可能产生大量热量，而温度变化会直接影响MEMS传感器的精度（产生温漂）。

• 目的：快速将芯片产生的热量导出，保持芯片结温稳定，减小温度梯度，确保性能参数的一致性。

• 实现方式：

• 高导热材料：陶瓷封装本身导热性好于塑料。底座常使用可伐合金（Kovar） 或铜钨（CuW） 等与硅片热膨胀系数（CTE）相匹配的高导热金属材料。

• 热通路设计：封装底部设计有暴露的金属热垫（Thermal Pad），可以通过焊接直接固定在系统的散热冷板上，建立高效的热传导路径。

4. 低应力封装设计

封装材料在温度变化时会发生热胀冷缩，如果其热膨胀系数（CTE）与硅芯片不匹配，会产生机械应力，并传递给芯片。这种应力会改变MEMS结构的特性（例如改变谐振频率），导致传感器输出漂移，这对精度是致命的。

• 目的：最小化封装过程引入的、以及温度循环中产生的机械应力。

• 实现方式：

• CTE匹配：精心选择封装底座材料（如上述的可伐合金、铜钨材料），使其CTE与硅（~2.6 ppm/°C）尽可能接近。

• 柔性连接：在某些设计中，会采用特殊的应力隔离结构或柔性键合材料来缓冲应力。

5. 电磁屏蔽（EMI Shielding）

惯性导航系统常工作在复杂的电磁环境中，内部也可能存在多种高频信号干扰。

• 目的：防止外部电磁干扰（EMI）影响芯片的敏感模拟信号，同时防止芯片信号向外辐射干扰其他设备。

• 实现方式：

• 金属外壳或盖板：陶瓷封装上通常会有一个金属盖板（Lid），通过焊接形成连续的金属屏蔽层，将芯片完全包裹在法拉第笼中。

6. 小型化与系统集成（SiP）

现代惯性导航系统追求更小、更轻、更高度集成。

• 目的：在有限的体积内集成多颗芯片（如MEMS陀螺、MEMS加速度计、ASIC信号处理芯片、甚至MCU），构成一个完整的IMU（惯性测量单元）子系统。

• 实现方式：

• 系统级封装（SiP - System in Package）：将多个不同功能的裸芯片（Die）通过高密度互连技术集成在一个单一陶瓷封装内。这减少了外部PCB走线的数量、缩短了互连距离、降低了寄生效应，提升了整体系统的性能和可靠性，并显著减小了体积。

总结对比

因此，惯性导航系统的芯片封装工艺是一门高度专业化的技术，是材料科学、机械工程、热力学和微电子技术深度融合的体现，其最终目标是在任何严苛环境下都能保障导航系统核心“心脏”的精准、稳定和可靠跳动。

惯性导航系统的芯片封装工艺之 芯片封装前锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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