专利名称：陶瓷封装密封结构、具有所述密封结构的陶瓷封装及所述陶瓷封装的制造方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷封装，特别涉及陶瓷封装中的密封结构，在陶瓷封装中具有涂覆在金属层周围的玻璃层，玻璃层固定在腔体周围的陶瓷壁层上，以增强金属层和下面陶瓷壁层之间的粘结力，由此可以防止在金属层和下面陶瓷壁层之间产生裂纹。此外，本发明涉及具有这种密封结构的陶瓷封装及其制造方法。
背景技术：
与射频(RF)器件的设计技术结合的陶瓷封装的制造方法已发展成开发通信元件可使用的基础技术，并且能够有效地用于减小移动通信元件的尺寸、成本和重量，并能有效地将移动通信元件集成。
采用陶瓷封装制造技术的所有这些元件都具有叠置结构，叠置结构由叠置在另一陶瓷片上预定厚度的陶瓷片以及电极和金属图形构成，根据RF器件设计将含有Ag和/或Cu的金属膏施加在陶瓷片上，至少在部分陶瓷片上形成电极和金属图形，以便实现通信元件的电、介质以及磁性质。此外，在具有陶瓷封装的这种通信元件中，如声表面波(SAW)滤波器、功率放大器组件(PAM)以及集成电路(IC)芯片的电子元件安装在陶瓷封装的腔体或内部空间内，赋予了通信元件多种功能。在这种情况下，需要将陶瓷封装的腔体保持在预定的真空级别，以保护安装在腔体中的电子元件不受外部环境影响，由此电子元件可以正常地工作。
图1示出了现有技术的陶瓷封装的剖面图，图2为图1中A部分的放大图，图3为图1的平面图。
参考图1到3，陶瓷封装100包括由多个叠置的陶瓷片制成的基底层102、多个叠置的陶瓷片制成的壁层104和腔体106、安装在腔体106内如IC芯片的电子元件108、将电子元件108固定到基底层102的多个金属凸点110、涂覆在壁层104顶部的金属电极或金属层112、安装在金属层112上的盖116以及将盖116粘附在金属层112上的粘结层114。
盖116起保护安装在腔体106内的电子元件108不受外部环境影响以及将腔体106保持在预定的真空级别的作用。盖116由科瓦铁镍钴合金制成，并通过Au/Sn制成的粘结层114粘附到金属层112。
然而，由于壁层104由陶瓷制成，特别是由低温共烧陶瓷(下文称做‘LTCC’)制成，金属层112由如Ag的高导电金属制成，壁层104和金属层112由于它们的物理性质不同因此不能牢固地相互粘结。特别是，由于金属层112与壁层104形成弱界面，因此金属层112易于在界面处从壁层104隆起，形成图4中所示的裂缝。
如果金属层112从壁层104隆起(至少部分)形成裂缝C，外部空气会穿过裂缝C引入腔体106内，产生所谓的泄露。那么，腔体106的真空级别降低，不希望地使安装在腔体106内的电子元件108退化。
此外，当Au/Sn粘结层114介于盖116和壁层104之上的金属层112之间以将盖116粘结到金属层112时，很难将盖116与金属层112对准。
发明内容
制成本发明以解决以上问题，因此本发明的一个目的是提供一种陶瓷封装中的密封结构，具有涂覆在金属层周围的玻璃层，玻璃层粘附在腔体周围的陶瓷壁层上，以增强金属层和下面陶瓷壁层之间的粘结力，由此可以防止在金属层和下面的陶瓷壁层之间产生裂缝。
本发明的另一个目的是在金属层周围形成陶瓷层，由此当盖粘附到金属层时盖与金属层容易对准。
根据为了实现以上目的本发明的一个方案，提供一种具有中央腔体的陶瓷封装中的无泄露密封结构。无泄露密封结构包括金属层，涂覆在腔体周围的陶瓷封装的壁层上，以露出壁层的外周边部分；玻璃层，涂覆在没有涂覆金属层的壁层的外周边部分上，以接触金属层；以及盖，附着在金属层上以密封腔体。
根据为了实现以上目的本发明的另一方案，提供一种无泄露陶瓷封装，包括由多个叠置的陶瓷片制成的基底层；壁层，叠置在基底层顶部上，并由叠置的多个陶瓷片形成，并且其中间部分中形成有腔体；金属层，涂覆在腔体周围的壁层上，以露出壁层的外周边部分；玻璃层，涂覆在没有涂覆金属层的壁层的外周边部分上，以接触金属层；以及盖，附着在金属层上以密封腔体。
密封结构和陶瓷封装进一步包括形成在金属层上的粘结层以将盖与金属层粘结。
在密封结构和陶瓷封装中，粘结层由Au/Sn制成。
优选，金属层由Ag制成。
金属层优选用Pd处理并镀有Ni和Au。
优选，盖由科瓦铁镍钴合金制成。
在密封结构和陶瓷封装中，玻璃层含有SiO2作为主要成分。
优选，玻璃层为丝网印刷，在约700到900℃的温度范围进行共烧。
玻璃层优选以预定的宽度覆盖与壁层的上外围部分相邻的金属层的一部分，其中玻璃层更优选以约50到200μm的宽度覆盖金属层。
为了实现以上目的根据本发明的另一方案，提供一种具有腔体的陶瓷封装的制造方法。制造方法包括以下步骤将金属膏施加在陶瓷封装的壁层上，在腔体的周围形成金属层；在壁层和金属层之间的界面上涂覆玻璃层；热处理陶瓷封装；镀覆金属层；将电子元件安装在腔体内；以及将盖附着到金属层上以密封腔体。
在陶瓷封装的制造方法中，附着盖的步骤包括在金属层上形成粘结层，借助粘结层将盖与金属层粘结。
优选，粘结层由Au/Sn制成。
粘附盖的步骤优选在氮气氛中约330℃的温度下进行。
优选，金属层由Ag制成。
盖优选由科瓦铁镍钴合金制成。
优选，玻璃层含有SiO2作为主要成分。
优选，热处理的步骤在约330℃的温度烘焙陶瓷封装约21小时并在约830℃的温度烧烘焙的陶瓷封装约30分钟。
玻璃层优选以预定的宽度覆盖与壁层的上外围部分相邻的金属层的一部分。
陶瓷封装的制造方法进一步包括用Pd处理金属层并用Ni和Au镀覆金属层。
优选，镀覆步骤用2％的HF蚀刻金属板约3分钟，用Pd处理蚀刻的金属板，用Ni镀覆Pd处理的金属板约30分钟并用Au处理约20分钟。
为了实现以上目的根据本发明的又一方案，提供一种根据以上制造方法得到的陶瓷封装。
附图简介从下面结合附图的详细说明中可以更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特点及其它优点，其中图1为常规技术的陶瓷封装的剖面图；图2为图1中A部分的放大图；图3为图1的平面图；图4为示出了在现有技术的陶瓷封装中金属层从下面的陶瓷壁层隆起的照片；图5为本发明的陶瓷封装的剖面图；图6为图5中B部分的放大图；图7为图5的平面图；以及图8为示出了本发明的陶瓷封装中金属层从下面的陶瓷壁层连接的照片。
具体实施例方式
下面参考附图详细地介绍本发明的优选实施例。
图5为本发明的陶瓷封装的剖面图，图6为图5中B部分的放大图，图7为图5的平面图。
参考图5到7，本发明的陶瓷封装10包括由多个叠置的陶瓷片制成的基底层12；位于基底层12上并由多个叠置的陶瓷片制成的壁层14和在壁层14的中央部分中形成的腔体；金属电极或金属层22，以露出壁层14的周边的方式涂覆在腔体16周围的壁层14的顶部；玻璃层24，涂覆在没有被金属层22覆盖的壁层14的上外围部分以及与壁层14的上外围部分相邻的金属层22的一部分，以及盖28，安装在金属层22上以密封腔体16。
下面更详细地介绍陶瓷封装10，通过将叠置在一起的陶瓷片进行按压来形成基底层12，通过将叠置的陶瓷片按压在一起然后叠置在基底层12的顶部形成壁层14，形成腔体16。基底和壁层14的叠置的陶瓷片由LTCC制成。
安装在腔体16内如IC芯片的电子元件18通过金属凸点20固定到基底层12，并与基底层12的内部电极电连接。
同时，借助丝网印刷沿腔体16的周边在壁层14的顶部上形成金属层22。通过将如Ag等具有优良导电性的金属膏丝网印刷在壁层14上，然后用Pd处理并用Ni和Au镀覆形成金属层22。
涂覆在金属层22外周边的玻璃层24由与金属层14粘结很好的材料制成，起加固层的作用。玻璃层24丝网印刷在壁层14上并优选用例如约50到200μm的厚度覆盖部分金属层22。同时，玻璃层24优选形成得稍厚于金属层22，以至少部分覆盖金属层22，厚度具体为约10到20μm。
玻璃层24由含有SiO2作为主要成分的玻璃制成，以具有高绝缘电阻值。这种类型的玻璃可以选自可以丝网印刷并可以在约700到900℃的温度范围烧结的那些材料。这种玻璃的例子包括可以从Dupont得到的5704J和9615玻璃密封剂。
此外，盖28借助粘结层26安装在金属层22的顶部上。盖28起保护安装在腔体16内的电子元件18不受外部环境影响的作用，以及将腔体16保持在预定的真空级别的作用。盖28通常由科瓦铁镍钴合金制成。科瓦铁镍钴合金为含有Fe 54wt％、Ni 28wt％以及Co 18wt％的合金，并具有基本上与硬玻璃相同的膨胀系数，以与硬玻璃牢固地粘结。同时，将盖28与金属层22粘结的粘结层26由Au/Sn或类似物制成。
下面介绍本发明的陶瓷封装10的制造工艺。
首先在步骤1中制备多个生片(green sheet)，生片具有适合于需要的陶瓷封装的物理性质和厚度。
在步骤2中，生片被分成三个生片组，其中第一组生片形成陶瓷封装10中基底层12的下部，如图5所示，第二组生片形成陶瓷封装10的基底层12的上部，第三组生片形成陶瓷封装10的壁层14。
在步骤3中，连接图形、端子和接地图形形成在生片组中。具体地，导电膏印刷在对应的生片上，形成基底层如带状线的内部连接图形、壁层中的内部端子、基底层中的外部端子(未示出)以及基底层下面上的接地图形。
然后，在步骤4中在各生片组中穿孔形成多个过孔(未示出)。
在步骤5中，用导电膏填充过孔在基底层和壁层中形成多个导电过孔图形。
在步骤6中将生片组的中央部分冲孔形成预定尺寸的开口。在第三生片组中形成的中间开口的尺寸和位置等于陶瓷封装10的腔体16(参考图5)，成为成品。
在步骤7中，多个生片以组为单位相互一个在另一个上叠置，然后按压形成多个结构层。更具体地，第一组生片按压在一起形成基底层12的下部，第二组生片按压在一起形成基底层12的上部，第三组生片按压在一起形成壁层14。下面术语‘结构层’将用于共同表示基底层12的下部、基底层12的上部以及壁层14。虽然可以相同的压力按压生片组，但是优选以相互不同的压力按压各生片组，这是由各生片组形成的各结构层所要求的。
作为以上步骤3到7顺序的另一选择，可以在形成电极和金属图形的步骤3之前进行叠置生片的步骤7。
在步骤8中，以基底层的下部、基底层的上部以及壁层14的顺序在下面的夹具(未示出)上叠置整个结构层，形成封装结构，其形状类似于图5所示的陶瓷封装10的形状，由此壁层14中的开口形成腔体16，相关的导电过孔图形连接在一起。然后，上夹具放置在壁层14上。
然后，在步骤9中，预定的压力从上面施加到上夹具，将上和下夹具之间的结构层按压在一起。
此外，上和下夹具可以压向结构层以同时向上和向下压缩结构层。
如胶粘剂的粘接剂可以涂覆在结构层之间，以适当地减小来自夹具施加的压力，由此防止了封装结构不希望地变形。
在步骤10中，如Ag的金属膏涂覆在封装结构的壁层14的顶部，在腔体16周围形成金属层22。
然后在步骤11中，借助丝网印刷陶瓷玻璃24涂覆在壁层14和金属层22之间的界面上，以预定的宽度覆盖金属层22。
玻璃层24优选以约50到200μm覆盖金属层22。同时，玻璃层24优选形成得稍厚于金属层22，以至少部分覆盖金属层22，厚度具体为约10到20μm。
该玻璃层24的玻璃含有SiO2作为它的主要成分以具有高绝缘电阻值。这种类型的玻璃可以选自丝网印刷并可以在约700到900℃的温度范围烧结的那些材料。这种玻璃的例子包括可以从Dupont得到的5704J和9615玻璃密封剂。
然后，在步骤12中，在约330℃的温度下烘焙封装结构约21小时并在约830℃的温度下烧结约30分钟。
在步骤13中，封装结构冷却，通过用2％的HF蚀刻金属层22约3分钟、用Pd处理金属层22约5分钟、在金属层22上镀Ni约30分钟以及在金属层22上镀Au约20分钟镀覆金属层22。
然后，在步骤14中，借助金属凸点20将如IC芯片的电阻元件18安装在腔体16内。
之后，在步骤15中，盖28借助粘结层26附着到金属层22以密封腔体16，由此完成了陶瓷封装10。在该步骤中，优选在氮气环境中约330℃的温度下焊接盖28。
优选，粘结层26由Au/Sn或类似物制成，盖116由科瓦铁镍钴合金制成。
此外，陶瓷层24形成在金属层22周围，由此当盖28附着到金属层22上时，盖28容易与金属层22对准。
图8示出了根据本发明制造的陶瓷封装10中与下面的陶瓷壁层14结合的金属层22。
如图8所示，金属层22牢固地与陶瓷壁层14结合，是由于它至少部分由玻璃层24覆盖。由此，应该理解本发明的陶瓷封装没有在象现有技术的陶瓷封装100中陶瓷壁层114和金属层112之间那样(参考图4)形成裂缝C。
根据以上介绍的本发明，在金属层周围涂覆玻璃层，玻璃层附着在腔体周围的陶瓷壁层上，以便增强金属层和下面陶瓷壁层之间的粘结力，由此防止了在金属层和下面的陶瓷壁层之间产生裂缝。否则，如现有技术中观察到的，通过裂缝渗漏或引入的外部空气进入腔体内会不希望地降低陶瓷封装中的真空级别，由此使安装在腔体内的电子元件的性能退化。
此外，由于陶瓷层形成在金属层周围，因此盖容易对准并且由此容易与金属层结合。
虽然参考以上优选的实施例示出和介绍了本发明，然而本领域中的技术人员应该理解可以不脱离附带的权利要求书限定的本发明的精神和范围进行多种修改和变化。
权利要求
1.一种具有中央腔体的陶瓷封装中的密封结构，包括金属层，涂覆在腔体周围的陶瓷封装的壁层上，以露出壁层的外周边部分；玻璃层，涂覆在没有涂覆有金属层的壁层的外周边部分上，以接触金属层；以及盖，附着在金属层上以密封腔体。
2.根据权利要求1的陶瓷封装中的密封结构，还包括形成在金属层上的粘结层以将盖与金属层粘结。
3.根据权利要求1的陶瓷封装中的密封结构，其中金属层用Pd处理，并镀有Ni和Au。
4.根据权利要求1的陶瓷封装中的密封结构，其中玻璃层为丝网印刷，在约700到900℃的温度范围进行共烧。
5.根据权利要求1的陶瓷封装中的密封结构，其中玻璃层以50到200μm的宽度覆盖金属层。
6.一种陶瓷封装，包括由多个叠置的陶瓷片制成的基底层；壁层，叠置在基底层顶部上，并由叠置的多个陶瓷片制成，并且其中间部分中形成的腔体；金属层，涂覆在腔体周围的壁层上，以露出壁层的外周边部分；玻璃层，涂覆在没有涂覆金属层的壁层的外周边部分上，以接触金属层；以及盖，附着在金属层上以密封腔体。
7.根据权利要求6的陶瓷封装，还包括形成在金属层上的粘结层以将盖与金属层粘结。
8.根据权利要求6的陶瓷封装，其中金属层用Pd处理，并镀有Ni和Au。
9.根据权利要求6的陶瓷封装，其中玻璃层为丝网印刷，在约700到900℃的温度范围进行共烧。
10.根据权利要求6的陶瓷封装，其中玻璃层以50到200μm的宽度覆盖金属层。
11.一种具有腔体的陶瓷封装的制造方法，包括以下步骤将金属膏施加在陶瓷封装的壁层上，在腔体的周围形成金属层；在壁层和金属层之间的界面上涂覆玻璃层；热处理陶瓷封装；镀覆金属层；将电子元件安装在腔体内；以及将盖附着到金属层上以密封腔体。
12.根据权利要求11的陶瓷封装的制造方法，其中附着盖的步骤包括在金属层上形成粘结层，借助粘结层将盖与金属层粘结。
13.根据权利要求11的陶瓷封装的制造方法，其中粘附盖的步骤在氮气氛中约330℃的温度下进行。
14.根据权利要求11的陶瓷封装的制造方法，其中热处理的步骤在约330℃的温度烘焙陶瓷封装约21小时并在约830℃的温度烧烘焙的陶瓷封装约30分钟。
15.根据权利要求11的陶瓷封装的制造方法，还包括用Pd处理金属层并用Ni和Au镀覆金属层。
16.根据权利要求15的陶瓷封装的制造方法，其中镀覆步骤包括用2％的HF蚀刻金属板约3分钟，用Pd处理蚀刻的金属板，用Ni镀覆Pd处理的金属板约30分钟并用Au处理约20分钟。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷封装、具有这种密封结构的陶瓷封装及其制造方法。在陶瓷封装中，由多个叠置的陶瓷片制成并且在中央部分中具有腔体的壁层叠置在由多个叠置的陶瓷片制成的基底层的顶部上。金属层涂覆在腔体周围的壁层上，以露出壁层外周边部分。玻璃层涂覆在没有被金属层覆盖的壁层的外周边部分，以与金属层接触。盖附着到金属层上以密封腔体。玻璃层涂覆在附着在腔体周围的陶瓷壁上的金属层周围，以提高金属层和下面陶瓷壁层之间的粘结力，由此可以防止在金属层和下面的陶瓷壁层之间产生裂缝。
文档编号H01L23/13GK1614769SQ20041003994
公开日2005年5月11日 申请日期2004年3月15日 优先权日2003年11月3日
发明者金容郁 申请人:三星电机株式会社