一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，涉及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括陶瓷外殼，陶瓷外殼四周的外側(cè)壁上設(shè)有金屬導(dǎo)通槽，陶瓷外殼為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼包括正面向上開(kāi)口的上腔體和反面向下開(kāi)口的下腔體，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設(shè)有用于粘接芯片或無(wú)源器件的粘接區(qū)，粘接區(qū)的外周設(shè)有引線鍵合區(qū)，引線鍵合區(qū)能與粘接在粘接區(qū)上的芯片通過(guò)鍵合絲連接，引線鍵合區(qū)與金屬導(dǎo)通槽連接；引線鍵合區(qū)外周設(shè)有密封區(qū)，在陶瓷外殼的下表面的密封區(qū)的外周設(shè)有引出端焊盤(pán)，引出端焊盤(pán)與金屬導(dǎo)通槽連通。本實(shí)用新型可有效提高器件的散熱效率、降低結(jié)溫、提高器件的可靠性和壽命。
【專利說(shuō)明】
一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子整機(jī)和電子元器件朝著微型、輕量、高速、高效、高集成度、高可靠性和大功率輸出等方向快速發(fā)展，器件單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的熱量急劇增加，這對(duì)基片和封裝材料的散熱提出了更高要求。如果熱量不能由基板及時(shí)散發(fā)出去，器件將難以正常工作，嚴(yán)重情況下，甚至?xí)龤А?br>[0003]國(guó)內(nèi)的高密度、高功率封裝主要采用氧化鋁陶瓷材料、金屬材料、氧化鋁陶瓷和高導(dǎo)熱材料(鎢銅、鉬銅及CPC等)、LTCC基板材料和氧化鋁陶瓷以及LTCC基板材料和金屬材料，目前還沒(méi)有基于氮化鋁技術(shù)的多層陶瓷外殼。Al2O3的熱導(dǎo)率較低，熱膨脹系數(shù)和硅不太匹配;雖然金屬材料有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但與芯片襯底較高的熱膨脹系數(shù)失配難以滿足大功率器件的封裝要求，且采用金屬材料的外殼集成度較低;氧化鋁陶瓷和高導(dǎo)熱材料(鎢銅、鉬銅及CPC等)雖然具有較高的導(dǎo)熱性能，但由于要使其具有較高的機(jī)械性能，就必須保證管殼與高導(dǎo)熱材料具有一定的焊接搭接尺寸，才能實(shí)現(xiàn)管殼與高導(dǎo)熱材料的焊接可靠性，這就限制了其尺寸的小型化，且采用高導(dǎo)熱材料的外殼集成度較低，故該種模式管殼很難實(shí)現(xiàn)小型化和集成化;LTCC基板與氧化鋁陶瓷或者金屬材料組合后，雖然能解決熱膨脹系數(shù)失配的問(wèn)題，但導(dǎo)熱率僅為30W/m.K，導(dǎo)熱能力較弱，需要導(dǎo)熱孔或開(kāi)腔焊鎢銅散熱塊，組合后的強(qiáng)度低，可靠性差，為增加強(qiáng)度需焊金屬底板，只能采用低溫焊料組裝，組裝能力差;與其它材料比較而言，AlN綜合性能優(yōu)異，是新一代高集成度和功率器件理想的基板和封裝材料。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，可有效提高器件的散熱效率、降低結(jié)溫、提高器件的可靠性和壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0006]—種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，包括陶瓷外殼，陶瓷外殼四周的外側(cè)壁上設(shè)有金屬導(dǎo)通槽，陶瓷外殼為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼包括正面向上開(kāi)口的上腔體和反面向下開(kāi)口的下腔體，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設(shè)有用于粘接芯片或無(wú)源器件的粘接區(qū)，粘接區(qū)的外周設(shè)有引線鍵合區(qū)，引線鍵合區(qū)能與粘接在粘接區(qū)上的芯片通過(guò)鍵合絲連接，引線鍵合區(qū)與金屬導(dǎo)通槽連接；引線鍵合區(qū)外周設(shè)有密封區(qū)，在陶瓷外殼的下表面的密封區(qū)的外周設(shè)有引出端焊盤(pán)，引出端焊盤(pán)與金屬導(dǎo)通槽連通。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，金屬導(dǎo)通槽的橫斷面為半圓形，在相對(duì)的兩外側(cè)壁上設(shè)置的兩組金屬導(dǎo)通槽的結(jié)構(gòu)為:金屬導(dǎo)通槽內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽的下部，金屬導(dǎo)通槽的上端部未鍍金屬層;同時(shí)，在相對(duì)的另兩組金屬導(dǎo)通槽，金屬導(dǎo)通槽內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽的上部，金屬導(dǎo)通槽的下端部未鍍金屬層。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，金屬導(dǎo)通槽的孔徑為0.15?0.60_。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，引出端焊盤(pán)的節(jié)距為1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、
0.635mm中的一種。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，陶瓷外殼內(nèi)設(shè)有I?10個(gè)用于容納芯片或無(wú)源器件的多邊形腔體。
[0011 ]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0012](I)本實(shí)用新型主要基于高導(dǎo)熱氮化鋁多層技術(shù)，具備多層布線、高可靠性、高氣密性等特點(diǎn)，具有布線密度高、散熱能力強(qiáng)、自身強(qiáng)度高、可靠性高的特點(diǎn)；
[0013](2)可有效減小集成后器件體積和重量，實(shí)現(xiàn)小型化、高密度、高集成度封裝，滿足功率器件散熱要求，能有效解決集成微電路高密度高功率封裝的難題；
[0014](3)封裝氣密性高:氣密性滿足彡I X 10-3 Pa.cm3/s，A4;
[0015](4)側(cè)面金屬導(dǎo)通槽，滿足板級(jí)安裝要求，便于板級(jí)焊接效果檢查；
[0016](5)引線鍵合區(qū)與引出端焊盤(pán)之間的導(dǎo)電路徑較短，封裝體內(nèi)布線電阻以及電感等封裝寄生參數(shù)很低，具有優(yōu)異的電性能；
[0017](6)環(huán)境適應(yīng)性好，抗腐蝕能力強(qiáng)，可滿足鹽霧48h，溫度循環(huán)-65°C_150°C下循環(huán)100次，耐濕1次；
[0018](7)機(jī)械可靠性高，可滿足恒定加速度30000g，Yl方向，Imin;
[0019](8)耐貯存性能好；
[0020](9)應(yīng)用范圍廣，因其具有高可靠性和高氣密性，可應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的主視圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是圖1的仰視圖；
[0024]圖中:1、金屬導(dǎo)通槽;2、引線鍵合區(qū)；3、粘接區(qū);4、密封區(qū)；5、陶瓷外殼;6、下腔體；
7、上腔體;8、引出端焊盤(pán)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0026]本實(shí)用新型包括陶瓷外殼5，陶瓷外殼5為氮化鋁材料制成，所述陶瓷外殼5的正反兩面分別設(shè)有上腔體7和下腔體6，參見(jiàn)圖2、圖3，引出端焊盤(pán)8設(shè)置在陶瓷外殼5的下表面，上腔體7和下腔體6的底部設(shè)有用于粘接芯片或無(wú)源器件的粘接區(qū)3，粘接區(qū)3的四周設(shè)有引線鍵合區(qū)2，引線鍵合區(qū)2與粘接于粘接區(qū)3上的芯片用鍵合絲連接，引出端焊盤(pán)8與引線鍵合區(qū)2相連。
[0027]參見(jiàn)圖1所示，在相對(duì)的兩外側(cè)壁上設(shè)置的兩組金屬導(dǎo)通槽I，金屬導(dǎo)通槽I內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽I的下部，金屬導(dǎo)通槽I的上端部未鍍金屬層；同時(shí)，在相對(duì)的另兩組金屬導(dǎo)通槽I，金屬導(dǎo)通槽I內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽I的上部，金屬導(dǎo)通槽I的下端部未鍍金屬層。金屬導(dǎo)通槽的設(shè)置實(shí)現(xiàn)內(nèi)部鍵合，其優(yōu)點(diǎn)是:引線鍵合區(qū)與引出端焊盤(pán)通過(guò)管殼側(cè)面的金屬導(dǎo)通槽來(lái)實(shí)現(xiàn)電連接，采用這種方式，可有效降低引線鍵合區(qū)與引出端焊盤(pán)之間的導(dǎo)電路徑，且由于金的方阻較低(約7πιΩ)，極大地降低了裝體內(nèi)布線電阻以及電感等的封裝寄生參數(shù)，從而使管殼具有優(yōu)異的電性能;采用側(cè)面金屬導(dǎo)通槽，同時(shí)可有效降低板級(jí)安裝時(shí)對(duì)位難度，有效提高板級(jí)安裝焊接的位置精度，滿足板級(jí)安裝要求便于板級(jí)焊接效果檢查。
[0028]本實(shí)用新型陶瓷外殼采用氮化鋁材料，氮化鋁陶瓷具有較高的熱導(dǎo)率，最高熱導(dǎo)率達(dá)到180W/m.K?？捎行П苊馄骷囟冗^(guò)高而不能正常工作甚至報(bào)廢的問(wèn)題，能滿足功率器件散熱要求;同時(shí)其具有較低的熱膨脹系數(shù)(4.7ppm)，與硅相當(dāng)，能解決芯片安裝時(shí)陶瓷管殼與芯片熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，有效釋放應(yīng)力，提高芯片安裝可靠性。
[0029]本實(shí)用新型氮化鋁陶瓷外殼具備可多層布線、高可靠性、高氣密性等特點(diǎn)，具有布線密度高、散熱能力強(qiáng)和可靠性高的特點(diǎn)，可有效減小集成后器件體積和重量，實(shí)現(xiàn)小型化，滿足功率器件散熱要求;陶瓷外殼可具有I?10個(gè)用于容納芯片或無(wú)源器件的多邊形腔體；陶瓷外殼可具有2層到30層的布線結(jié)構(gòu)；該類外殼常用的引出端節(jié)距有1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm。該類陶瓷外殼的引出端焊盤(pán)8呈兩邊對(duì)稱或者四邊均勻排布。常見(jiàn)引出端形式有2種，一種是引出端焊盤(pán)8與鍵合與陶瓷外殼的四邊側(cè)面的金屬導(dǎo)通槽進(jìn)行連接，另一種是鍵合指與引出端采用埋層形式互連。引出端形式采用的金屬導(dǎo)通槽孔徑0.15?0.60mm，空心孔的長(zhǎng)度0.15?4.00mm。
[0030]氮化鋁多層陶瓷外殼主要用于激光二極管、高亮度LED、RF和微波封裝、雷達(dá)模塊封裝、功率模塊封裝、電源模塊、IR探測(cè)器、CCD，CMOS成像系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)電源、大功率集成電路等器件的封裝。該類外殼常用的引線節(jié)距有I.27mm、I.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm，具有寄生參數(shù)小、體積小、重量輕、散熱好等特點(diǎn)，適于表面安裝，有腔體向下和腔體向上及雙面腔體等多種結(jié)構(gòu)，在腔體內(nèi)部可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)分區(qū)用以安裝多個(gè)芯片和多種無(wú)源器件，滿足用戶高集成度封裝的要求，可廣泛應(yīng)用于電力電子、航空航天、國(guó)防軍事、汽車和機(jī)車、通訊以及其它工業(yè)領(lǐng)域。
[0031]LCC系列的氮化鋁陶瓷封裝外殼由氮化鋁陶瓷體、金屬封口環(huán)(可根據(jù)客戶需求決定有無(wú))及熱沉(可根據(jù)客戶需求決定有無(wú))組成，根據(jù)用戶信息，確定腔體尺寸，依據(jù)板極安裝要求，確定引線排布以及內(nèi)部布線的互連關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)和電性能仿真，保證其結(jié)構(gòu)可靠性和散熱及電性能要求。
[0032]金屬封口環(huán)材質(zhì)為鐵鎳或鐵鎳鈷合金，熱沉材質(zhì)為無(wú)氧銅、鉬銅、鎢銅及CPC等高導(dǎo)熱合金材料。金屬封口環(huán)用于金錫封口、平行縫焊或激光縫焊封口，熱沉用于芯片接地或散熱。
[0033]LCC類氮化鋁多層陶瓷外殼采用AlN多層陶瓷共燒技術(shù)，具體流程為:外殼經(jīng)流延、熱切后，沖腔和沖孔、孔金屬化后，經(jīng)印刷、定位、層壓、熱切成單個(gè)生瓷件，再通過(guò)燒結(jié)、鍍鎳、鍍金后形成單個(gè)的功率器件或其它器件用的LCC類氮化鋁多層陶瓷封裝外殼。
[0034]本實(shí)用新型采用氮化鋁(AlN)陶瓷作為封裝外殼，氮化鋁(AlN)具有高的熱導(dǎo)率(理論熱導(dǎo)率為320W/m.K，為氧化鋁陶瓷的10倍左右)。采用氮化鋁陶瓷后可有效提高器件的散熱效率、降低結(jié)溫、提高器件的可靠性和壽命。
[0035]本實(shí)用新型的封裝形式為陶瓷無(wú)引線片式(LCC- Ceramic Leadless ChipCarrier)的氮化鋁多層陶瓷外殼。氮化鋁陶瓷是一種新型的高導(dǎo)熱基板和封裝材料，具有高的熱導(dǎo)率、低的熱膨脹系數(shù)、低的介電常數(shù)和介電損耗、高的機(jī)械強(qiáng)度等特點(diǎn)，其熱膨脹系數(shù)與硅和砷化鎵等芯片材料相匹配、絕緣性能和介電特性良好，高溫下材料強(qiáng)度大，環(huán)保無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性良好，廣泛用于高功率電子領(lǐng)域。氮化鋁多層陶瓷技術(shù)使得氮化鋁陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加靈活，提供了一種能夠更好實(shí)現(xiàn)器件、模塊和組件性能的快捷方式，能夠?qū)崿F(xiàn)電性能、熱性能、機(jī)械性能的設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)多腔體、多層布線、多過(guò)孔互連和氣密性的封裝結(jié)構(gòu)，能夠滿足器件、模塊和組件的不同需要，實(shí)現(xiàn)器件、模塊和組件的高功率、高密度、小型化和高可靠要求。
[0036]采用本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0037](I)本實(shí)用新型主要基于高導(dǎo)熱氮化鋁多層技術(shù)，具備多層布線、高可靠性、高氣密性等特點(diǎn)，具有布線密度高、散熱能力強(qiáng)、自身強(qiáng)度高、可靠性高的特點(diǎn)；
[0038](2)可有效減小集成后器件體積和重量，實(shí)現(xiàn)小型化、高密度、高集成度封裝，滿足功率器件散熱要求，能有效解決集成微電路高密度高功率封裝的難題；
[0039](3)封裝氣密性高:氣密性滿足SlX 10-3 Pa.cm3/s，A4，其中A4為GJB548B中對(duì)未封口管殼的一種檢漏方法，目的是確定具有內(nèi)腔的微電子器件和半導(dǎo)體器件封裝的氣密性；
[0040](4)側(cè)面金屬導(dǎo)通槽，滿足板級(jí)安裝要求，便于板級(jí)焊接效果檢查；
[0041](5)引線鍵合區(qū)與引出端焊盤(pán)之間的導(dǎo)電路徑較短，封裝體內(nèi)布線電阻以及電感等封裝寄生參數(shù)很低，具有優(yōu)異的電性能；
[0042](6)環(huán)境適應(yīng)性好，抗腐蝕能力強(qiáng)，可滿足鹽霧48h，溫度循環(huán)-65°C_150°C下循環(huán)100次，耐濕1次；
[0043](7)機(jī)械可靠性高，可滿足恒定加速度30000g，Yl方向，lmin;其中，采用恒定加速度試驗(yàn)設(shè)備確定恒定加速度對(duì)微電子器件的影響，除另有規(guī)定外，應(yīng)在X1、X2、Yl、Y2、Z1、Z2各個(gè)方向上對(duì)器件施加Imin規(guī)定豎直的恒定加速度；
[0044](8)耐貯存性能好；
[0045](9)應(yīng)用范圍廣，因其具有高可靠性和高氣密性，可應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，包括陶瓷外殼(5)，陶瓷外殼(5)四周的外側(cè)壁上設(shè)有金屬導(dǎo)通槽(1)，其特征在于，陶瓷外殼(5)為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼(5)包括正面向上開(kāi)口的上腔體(7)和反面向下開(kāi)口的下腔體(6)，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設(shè)有用于粘接芯片或無(wú)源器件的粘接區(qū)(3)，粘接區(qū)(3)的外周設(shè)有引線鍵合區(qū)(2)，引線鍵合區(qū)(2)能與粘接在粘接區(qū)(3)上的芯片通過(guò)鍵合絲連接，引線鍵合區(qū)(2)與金屬導(dǎo)通槽(I)連接；引線鍵合區(qū)(2)外周設(shè)有密封區(qū)(4)，在陶瓷外殼(5)的下表面的密封區(qū)(4)的外周設(shè)有引出端焊盤(pán)(8)，引出端焊盤(pán)(8)與金屬導(dǎo)通槽(I)連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，其特征在于，金屬導(dǎo)通槽(I)的橫斷面為半圓形，在相對(duì)的兩外側(cè)壁上設(shè)置的兩組金屬導(dǎo)通槽(I)的結(jié)構(gòu)為:金屬導(dǎo)通槽(I)內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽(I)的下部，金屬導(dǎo)通槽(I)的上端部未鍍金屬層；同時(shí)，在相對(duì)的另兩組金屬導(dǎo)通槽(1)，金屬導(dǎo)通槽(I)內(nèi)壁的金屬層設(shè)置在金屬導(dǎo)通槽(I)的上部，金屬導(dǎo)通槽(I)的下端部未鍍金屬層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，其特征在于，金屬導(dǎo)通槽(I)的孔徑為0.15?0.60mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，其特征在于，引出端焊盤(pán)(8)的節(jié)距為1.27mm、I.01 6mm、0.80mm、0.65mm.0.635mm中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無(wú)引線片式載體封裝外殼，其特征在于，陶瓷外殼內(nèi)設(shè)有I?10個(gè)用于容納芯片或無(wú)源器件的多邊形腔體。
【文檔編號(hào)】H01L23/31GK205692822SQ201620653464
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日 公開(kāi)號(hào)201620653464.7, CN 201620653464, CN 205692822 U, CN 205692822U, CN-U-205692822, CN201620653464, CN201620653464.7, CN205692822 U, CN205692822U
【發(fā)明人】楊振濤, 彭博
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所