Termisk expansion-Matchande legeringar för spånförpackningar: Kovar (4J29) & Alloy 42 (4J42)
Sep 22, 2026
Lämna ett meddelande
I mikroelektronik, optoelektronik och integrerade kretsar (IC) förpackningar, genererar chips (som Silicon eller GaAs) värme under drift. Förpackningsstrukturer innehåller vanligtvis en mängd olika material-inklusive själva chipet, keramik, glas och metaller-och skillnader i termisk expansion mellan dessa material kan inducera termisk stress under både förpackningsprocessen och faktisk användning. Om oöverensstämmelsen mellan förpackningsmaterialets värmeutvidgningskoefficient (CTE) och den för chipet är för stor, kan det leda till allvarliga termiska spänningssprickor, lödfogsfel eller förlust av hermeticitet.
Vi erbjuder hög-precisionslegeringar-specifikt Kovar (4J29) och Alloy 42 (4J42)-optimerade för spånförpackning och testning och ofta används i moderna halvledarförpackningar:
En klassisk järn-nickel-kobolt (Fe-Ni-Co) ternär legering. Den har en expansionskurva som passar exceptionellt bra med hårt glas (som Pyrex) och aluminiumoxidkeramik (Al2O3) inom intervallet 20 till 450 grader, vilket gör det till det föredragna valet för hermetiska förpackningar i hög-tillförlitliga militära, rymd- och optiska kommunikationsapplikationer.
En järn-nickel (Fe-Ni) binärt kontrollerad-expansionslegering. Dess termiska expansionskoefficient överensstämmer väl med den för enkristallkiselchips vid temperaturer under 300 grader. Genom att kombinera hög värmeledningsförmåga med utmärkta stämplings- och böjningsegenskaper, fungerar det som ett kostnads-effektivt kärnmaterial för traditionella IC-chipleadramar och plastförpackningar (PDIP, SOIC, QFP).
Varför kräver chippaket låg-expansionslegeringar?
Under spånförpackningsprocessen måste metallkomponenter sammanfogas med glas, keramik eller annat förpackningsmaterial. Processen involverar vanligtvis temperaturfluktuationer-som uppvärmning och kylning-men värmeutvidgningskoefficienterna (CTE) för dessa olika material varierar.
Om skillnaden i termisk expansion mellan materialen är för stor, kan temperaturförändringar generera betydande gränsytspänningar; dessutom kan långvarig- termisk cykling äventyra tillförlitligheten hos förpackningsstrukturen.
Den primära funktionen hos Kovar och Alloy 42 är att utnyttja deras låga värmeutvidgningskoefficienter för att uppnå bättre expansionsmatchning mellan metallförpackningsmaterialen och material som glas eller keramik inom ett specifikt temperaturområde.
Därför, i samband med elektronisk förpackning med hög-tillförlitlighet, är användningen av legeringar med låg-expansion inte endast avsedd att förbättra materialets styrka, utan snarare att kontrollera termisk spänning och dimensionsförändringar i förpackningsstrukturen.
Jämförelse av nyckelprestandaparametrar
| Jämförelsedimension | Kovar legering(4J29) | Alloy 42 (4J42) |
| Legeringssystem | Fe-Ni-Co (ternär) | Fe-Ni (binär) |
| Termisk expansionskoefficient | 4.6~5.2x10-6/K(20-400 grader) | 4.0~4.7x10-6/K(Under 300 grader) |
| Curie temperatur | 435 grader | 380 grader |
| Värmeledningsförmåga | 17.3 W/m·K | 12.1 W/m·K |
| Kompatibla material | Borosilikat hårt glas, aluminiumoxid keramik | Mjukt glas, silikon |
| Hermeticitetsnivå | Upp till 1×10⁻⁹ Pa·m³/s | Beror på förseglingsprocessen |
| Kostnadsnivå | Högre (innehåller kobolt) | Nedre (kobolt-fri) |
| Rekommenderad pakettyp | Keramiska substratbaser, lock, TO-burkar och hermetiska höljen för optoelektroniska moduler. | IC-chipleadramar och tejp-baserad förpackning |
Kemisk sammansättning och legeringsdesignlogik
Kovar Alloy: En precisionsblandning av nickel och kobolt
Kovar-legering innehåller vanligtvis 28,5–29,5 % nickel, 16,8–17,8 % kobolt och resten järn. Denna sammansättning är inte godtycklig: nickelhalten bestämmer legeringens Curie-temperatur och böjningspunkten för dess expansionskurva, medan kobolt justerar värmeutvidgningskoefficienten (CTE) för att matcha hårda borosilikatglas. Kobolt höjer också Curie-temperaturen, vilket gör att legeringen kan behålla sina låga-expansionsegenskaper vid högre temperaturer.
Föroreningskontroll är lika viktigt. Kolhalten måste hållas under 0,03 % för att förhindra karbidbildning som kan äventyra tätningsprestanda; nivåer av element som mangan och kisel är också strikt reglerade. Denna exakta kompositionskontroll är grunden som gör det möjligt för Kovar att uppnå "skräddarsydda expansionsegenskaper".
Alloy 42: Ett enkelt men exceptionellt binärt system
Legering 42 består av 42% nickel och en balans av järn, utan kobolthalt. Nickelhalten på 42 % stabiliserar värmeutvidgningskoefficienten vid 4,0–5,0 × 10⁻⁶/grad inom intervallet 20–300 grader, vilket säkerställer en bra matchning med mjukt glas och kisel. Den har en Curie-temperatur på cirka 330–360 grader och en draghållfasthet på cirka 450–550 MPa i glödgat tillstånd; dess goda formbarhet gör den lämplig för kallstansning och etsningsprocesser.
Även om Alloy 42 har en enkel sammansättning förblir exakt kontroll av nickelhalten avgörande. En avvikelse på bara 1 % i nickelinnehåll kan förändra den termiska expansionskoefficienten med 0,3–0,5 × 10⁻⁶/grad -en förändring som är tillräckligt stor för att påverka tätningens tillförlitlighet.
Analys av tillämpningsscenarier
Kovar: "Guldstandarden" för hermetiska förpackningar
Kovar används främst i hög-tillförlitliga hermetiska förpackningsapplikationer. Komponenter som optiska kommunikationsenheter (laser- och detektorhuvuden), MEMS-sensorhöljen, mikrovågsenhetspaket och elektrodledningar för elektroniska vakuumenheter förlitar sig alla på matchad tätning mellan Kovar och hårt borosilikatglas för att säkerställa långtids-hermeticitet.
Under förseglingsprocessen genomgår Kovar-ytan för-oxidation för att bilda ett tätt oxidskikt som kemiskt väter och binder till det smälta glaset; detta säkerställer att tätningsgränssnittet inte utsätts för överdriven spänning på grund av differentiell termisk expansion under snabba temperaturfluktuationer. Med en mogen förseglingsprocess och tillförlitlighet bevisad av årtionden av ingenjörsapplikationer, står Kovar som det oersättliga "guldstandard"-materialet inom området hermetiska förpackningar.
Legering 42: Blyramar och mjuk glastätning
Alloy 42 kan användas inom en mängd olika områden. När det gäller blyramar överensstämmer dess termiska expansionskoefficient nära kiselns, vilket effektivt minskar kvarvarande spänningar efter spånmontering- vilket gör den särskilt lämplig för stora-formförpackningar. I mjuk-glasförsegling är Alloy 42 kompatibel med mjuka glas som soda-limeglas, och tjänar kostnadskänsliga-förpackningar som inte kräver matchning med hårt glas. Dessutom används Alloy 42 i applikationer som kräver exakt kontroll av termisk expansion, såsom bimetallremsor för termostater.
Guide till beslut om materialval
Scenarier som gynnar Kovar-legering:
- Tillämpningar som kräver hög-hermeticitetstätningar med borosilikat, hårt glas eller aluminiumoxidkeramik
- Optiska kommunikationsenheter, MEMS-sensorer, mikrovågskomponenter och elektroniska vakuumenheter
- Tillämpningar som kräver extremt hög tätningssäkerhet och processmognad, där kostnadskänsligheten är relativt låg
Scenarier som gynnar Alloy 42:
- Förpackningsapplikationer som involverar tätningar med mjukt glas
- Använd som ett lead frame-substrat, särskilt för stora-chips eller applikationer som kräver låga-expansionsbegränsningar
- Kostnads-känsliga förpackningsapplikationer som inte kräver matchning med hårt glas
- Tillämpningar som kräver exakt kontroll av termisk expansion, såsom bimetalllister för termostater
Sammanfattningsrekommendation: Kovar är ett moget och pålitligt val för applikationer som kräver hög hermeticitet och kompatibilitet med hårt glas; Alloy 42 erbjuder överlägsen kostnads-effektivitet för blyramar eller mjuka-glastätningar där kostnaden är en primär fråga. Båda materialen upptar oumbärliga nischer inom halvledarförpackningens ekosystem.
Lork Group
Affärsavdelningen
E-post:claire@lorkgroup.com
WhatsApp:+86 19937075488
Skicka förfrågan