一种大功率SIP金锡焊接封装结构及封装方法与流程

本发明涉及电子封装技术领域，特别是一种大功率sip金锡焊接封装结构及封装方法。

背景技术：

sip封装（systeminapackage系统级封装），是在同一封装产品内实现多种功能的高度功能整合体。目前sip封装技术主要有塑封和陶封，塑封工序简单，成本低，便于自动化，但是气密性较差，机械性能差，对电磁波无屏蔽作用，塑料中含有的有害杂质影响管芯洁净度，但是开模成本相对低，工艺简单，目前广泛应用于民品通信领域；陶封可以满足气密性，但是工艺比较复杂，开模成本高、周期长，目前主要应用到军品领域。在某些特殊应用场合，对产品的高气密性，高耐温性和高导热性提出非常高的要求，急需一种工艺解决高气密性，高耐温性和高导热性问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高气密性、高导热性和高可靠性的大功率sip金锡焊接封装结构及封装方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种大功率sip金锡焊接封装结构，包括金属管壳、陶瓷电路片、功率芯片、玻珠、微带传输线和管帽，所述金属管壳为顶部具有开口的壳体结构，在所述金属管壳的内底面上焊接固定有陶瓷电路片，在所述陶瓷电路片一侧的金属管壳的内底面上还焊接固定有功率芯片，所述玻珠从金属管壳一侧的侧壁插入，所述微带传输线从金属管壳另一侧的侧壁插入，所述功率芯片分别与陶瓷电路片、玻珠和微带传输线电连接，所述管帽固定在金属管壳的开口处。

进一步地，所述功率芯片通过一根金丝与陶瓷电路片键合电连接，所述功率芯片通过另一根金丝与玻珠的内导体键合电连接。

进一步地，所述功率芯片为gan功率芯片。

进一步地，所述管帽的表面上设有台阶，该台阶与金属管壳顶部开口形状相同，管帽固定在金属管壳的开口处时，所述台阶嵌入金属管壳的顶部开口内。

所述的一种大功率sip金锡焊接封装结构的封装方法，包括以下步骤：

s1、镀金：在金属管壳的外表面和管帽的外表面分别均匀地镀上厚度为4～8um的金层；

s2、固定陶瓷电路片：在金属管壳的内底面上均匀的涂覆一层厚度为0.05～0.12mm的ausn20焊料；在ausn20焊料上放置陶瓷电路片，并将固定在一起的陶瓷电路片和金属管壳置于温度设置在287.5～292.5℃高温的热台上烘烤45～90s，取出自然冷却；

s3、固定玻珠：在玻珠的外表面均匀涂覆一层厚度为0.2～0.8mm的ausn20焊料，将玻珠插入金属管壳的安装孔内固定，并将固定在一起的玻珠和金属管壳置于温度设置在287.5～292.5℃高温的热台上烘烤45～90s，取出自然冷却；

s4、玻珠的内导体与陶瓷电路片通过ausn20焊料焊接；

s5、固定功率芯片：在金属管壳的芯片预留位处均匀地涂覆一层厚度为0.05～0.12mm的ausn20焊料，安放上gan功率芯片，并将整个腔体放入烘箱中，在285～295℃高温下烘烤50～60min取出；

s6、键合电连接：在gan功率芯片与陶瓷电路片和玻珠的内导体通过键合25um的金丝电连接；

s7、固定管帽：沿着管帽上台阶的边缘涂上融化后的ausn20焊料，将管帽与金属管壳紧密贴合后置于温度为295～305℃的热台上，对管帽施加一定的压力，待焊料熔化15～30s后，取出封装在一起的产品置于常温自然冷却。

进一步地，在步骤s2前，还包括清洗金属管壳、管帽和陶瓷电路片的步骤：将金属管壳、管帽和陶瓷电路片分别放在异丙醇溶液中，用超声波清洗10～20min。

进一步地，在步骤s7前，还包括清洗管帽的步骤：将管帽置于酒精溶液中，用超声波清洗10～20min，取出后放入烘箱，在80～100℃温度下烘烤20～30min，再用酒精棉清洗管帽的边缘和台阶。

本发明具有以下优点：

1、在进行sip封装过程中，部件之间通过ausn20作为焊料进行密封，利用焊料的毛细管作用充分渗透部件的界面，形成致密的焊接，获得良好的密封效果，从而保证了sip封装结构的气密性。

2、大功率sip产品作为微波射频系统的重要组成部分，高气密性、高导热性和高可靠性的需求一直非常迫切，因此本发明的研制对民用和军用的高功率电子产品的发展都至关重要。它可以大大推动大功率sip产品的技术革命，引领高可靠性大功率sip的发展方向，带动产业向质量提高、成本降低的方向良性升级和发展。

3、本发明适用于各种雷达，电子对抗，通信等微波射频系统，特别适用于对功率、气密性和可靠性要求高的大型微波系统，例如机载高功率微波干扰系统，在技术上处于国内领先水平，并能够为高功率高可靠性sip产业化生产提供技术储备。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图（除去管帽）；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的管帽结构示意图；

图中：1-金属管壳，2-陶瓷电路片，3-功率芯片，4-玻珠，5-微带传输线，6-金丝，7-管帽，8-台阶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

【实施例1】：

如图1和图2所示，一种大功率sip金锡焊接封装结构，包括金属管壳1、陶瓷电路片2、功率芯片3、玻珠4、微带传输线5和管帽7，所述金属管壳1为顶部具有开口的壳体结构，在所述金属管壳1的内底面上焊接固定有陶瓷电路片2，在所述陶瓷电路片2一侧的金属管壳1的内底面上还焊接固定有功率芯片3，所述玻珠4从金属管壳1一侧的侧壁插入，所述微带传输线5从金属管壳1另一侧的侧壁插入，所述功率芯片3分别与陶瓷电路片2、玻珠4和微带传输线5电连接，所述管帽7固定在金属管壳1的开口处。

进一步地，如图1所示所述功率芯片3通过一根金丝6与陶瓷电路片2键合电连接，所述功率芯片3通过另一根金丝6与玻珠4的内导体键合电连接。

作为优选地，所述功率芯片3为gan功率芯片。

进一步地，如图3所示，所述管帽7的表面上设有台阶8，该台阶8与金属管壳1顶部开口形状相同，管帽7固定在金属管壳1的开口处时，所述台阶8嵌入金属管壳1的顶部开口内。

所述的一种大功率sip金锡焊接封装结构的封装方法，包括以下步骤：

s1、镀金：在金属管壳1的外表面和管帽7的外表面分别均匀地镀上厚度为4um的金层；

s2、固定陶瓷电路片2：在金属管壳1的内底面上均匀的涂覆一层厚度为0.12mm的ausn20焊料；在ausn20焊料上放置陶瓷电路片2，并将固定在一起的陶瓷电路片2和金属管壳1置于温度设置在292.5℃高温的热台上烘烤90s，取出自然冷却；

s3、固定玻珠4：在玻珠4的外表面均匀涂覆一层厚度为0.2mm的ausn20焊料，将玻珠4插入金属管壳1的安装孔内固定，并将固定在一起的玻珠4和金属管壳1置于温度设置在287.5℃高温的热台上烘烤45s，取出自然冷却；

s4、玻珠4的内导体与陶瓷电路片2通过ausn20焊料焊接；

s5、固定功率芯片3：在金属管壳1的芯片预留位处均匀地涂覆一层厚度为0.12mm的ausn20焊料，安放上gan功率芯片，并将整个腔体放入烘箱中，在295℃高温下烘烤60min取出；

s6、键合电连接：在gan功率芯片与陶瓷电路片2和玻珠4的内导体通过键合25um的金丝6电连接；

s7、固定管帽7：沿着管帽7上台阶8的边缘涂上融化后的ausn20焊料，将管帽7与金属管壳1紧密贴合后置于温度为305℃的热台上，对管帽7施加一定的压力，待焊料熔化30s后，取出封装在一起的产品置于常温自然冷却。

进一步地，在步骤s2前，还包括清洗金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2的步骤：将金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2分别放在异丙醇溶液中，用超声波清洗20min。

进一步地，在步骤s7前，还包括清洗管帽7的步骤：将管帽7置于酒精溶液中，用超声波清洗10min，取出后放入烘箱，在100℃温度下烘烤20min，再用酒精棉清洗管帽7的边缘和台阶8。

【实施例2】：

本实施例的结构同实施例1。

所述的一种大功率sip金锡焊接封装结构的封装方法，包括以下步骤：

s1、镀金：在金属管壳1的外表面和管帽7的外表面分别均匀地镀上厚度为6um的金层；

s2、固定陶瓷电路片2：在金属管壳1的内底面上均匀的涂覆一层厚度为0.09mm的ausn20焊料；在ausn20焊料上放置陶瓷电路片2，并将固定在一起的陶瓷电路片2和金属管壳1置于温度设置在290℃高温的热台上烘烤65s，取出自然冷却；

s3、固定玻珠4：在玻珠4的外表面均匀涂覆一层厚度为0.5mm的ausn20焊料，将玻珠4插入金属管壳1的安装孔内固定，并将固定在一起的玻珠4和金属管壳1置于温度设置在290℃高温的热台上烘烤70s，取出自然冷却；

s4、玻珠4的内导体与陶瓷电路片2通过ausn20焊料焊接；

s5、固定功率芯片3：在金属管壳1的芯片预留位处均匀地涂覆一层厚度为0.8mm的ausn20焊料，安放上gan功率芯片，并将整个腔体放入烘箱中，在290℃高温下烘烤55min取出；

s6、键合电连接：在gan功率芯片与陶瓷电路片2和玻珠4的内导体通过键合25um的金丝6电连接；

s7、固定管帽7：沿着管帽7上台阶8的边缘涂上融化后的ausn20焊料，将管帽7与金属管壳1紧密贴合后置于温度为300℃的热台上，对管帽7施加一定的压力，待焊料熔化23s后，取出封装在一起的产品置于常温自然冷却。

进一步地，在步骤s2前，还包括清洗金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2的步骤：将金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2分别放在异丙醇溶液中，用超声波清洗15min。

进一步地，在步骤s7前，还包括清洗管帽7的步骤：将管帽7置于酒精溶液中，用超声波清洗15min，取出后放入烘箱，在90℃温度下烘烤25min，再用酒精棉清洗管帽7的边缘和台阶8。

【实施例3】：

本实施例的结构同实施例1。

所述的一种大功率sip金锡焊接封装结构的封装方法，包括以下步骤：

s1、镀金：在金属管壳1的外表面和管帽7的外表面分别均匀地镀上厚度为8um的金层；

s2、固定陶瓷电路片2：在金属管壳1的内底面上均匀的涂覆一层厚度为0.05mm的ausn20焊料；在ausn20焊料上放置陶瓷电路片2，并将固定在一起的陶瓷电路片2和金属管壳1置于温度设置在287.5℃高温的热台上烘烤45s，取出自然冷却；

s3、固定玻珠4：在玻珠4的外表面均匀涂覆一层厚度为0.8mm的ausn20焊料，将玻珠4插入金属管壳1的安装孔内固定，并将固定在一起的玻珠4和金属管壳1置于温度设置在292.5℃高温的热台上烘烤90s，取出自然冷却；

s4、玻珠4的内导体与陶瓷电路片2通过ausn20焊料焊接；

s5、固定功率芯片3：在金属管壳1的芯片预留位处均匀地涂覆一层厚度为0.05mm的ausn20焊料，安放上gan功率芯片，并将整个腔体放入烘箱中，在285℃高温下烘烤50min取出；

s6、键合电连接：在gan功率芯片与陶瓷电路片2和玻珠4的内导体通过键合25um的金丝6电连接；

s7、固定管帽7：沿着管帽7上台阶8的边缘涂上融化后的ausn20焊料，将管帽7与金属管壳1紧密贴合后置于温度为295℃的热台上，对管帽7施加一定的压力，待焊料熔化15s后，取出封装在一起的产品置于常温自然冷却。

进一步地，在步骤s2前，还包括清洗金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2的步骤：将金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2分别放在异丙醇溶液中，用超声波清洗10min。

进一步地，在步骤s7前，还包括清洗管帽7的步骤：将管帽7置于酒精溶液中，用超声波清洗20min，取出后放入烘箱，在80℃温度下烘烤30min，再用酒精棉清洗管帽7的边缘和台阶8。

【实施例4】：

本实施例的结构同实施例1。

所述的一种大功率sip金锡焊接封装结构的封装方法，包括以下步骤：

s1、镀金：在金属管壳1的外表面和管帽7的外表面分别均匀地镀上厚度为5um的金层；

s2、固定陶瓷电路片2：在金属管壳1的内底面上均匀的涂覆一层厚度为0.9mm的ausn20焊料；在ausn20焊料上放置陶瓷电路片2，并将固定在一起的陶瓷电路片2和金属管壳1置于温度设置在292.5℃高温的热台上烘烤80s，取出自然冷却；

s3、固定玻珠4：在玻珠4的外表面均匀涂覆一层厚度为0.4mm的ausn20焊料，将玻珠4插入金属管壳1的安装孔内固定，并将固定在一起的玻珠4和金属管壳1置于温度设置在289℃高温的热台上烘烤60s，取出自然冷却；

s4、玻珠4的内导体与陶瓷电路片2通过ausn20焊料焊接；

s5、固定功率芯片3：在金属管壳1的芯片预留位处均匀地涂覆一层厚度为0.10mm的ausn20焊料，安放上gan功率芯片，并将整个腔体放入烘箱中，在285℃高温下烘烤54min取出；

s6、键合电连接：在gan功率芯片与陶瓷电路片2和玻珠4的内导体通过键合25um的金丝6电连接；

s7、固定管帽7：沿着管帽7上台阶8的边缘涂上融化后的ausn20焊料，将管帽7与金属管壳1紧密贴合后置于温度为302℃的热台上，对管帽7施加一定的压力，待焊料熔化22s后，取出封装在一起的产品置于常温自然冷却。

进一步地，在步骤s2前，还包括清洗金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2的步骤：将金属管壳1、管帽7和陶瓷电路片2分别放在异丙醇溶液中，用超声波清洗17min。

进一步地，在步骤s7前，还包括清洗管帽7的步骤：将管帽7置于酒精溶液中，用超声波清洗13min，取出后放入烘箱，在90℃温度下烘烤22min，再用酒精棉清洗管帽7的边缘和台阶8。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。