一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是在低温共烧陶瓷外壳底部成型焊接金属化焊盘区，通过与陶瓷基体在低温共烧过程中形成，包括陶瓷腔区、陶瓷布线区和可焊接金属化焊盘。本实用新型的有益效果：本结构可以通过低温共烧陶瓷工艺实现，不需要改变陶瓷基体和烧结工艺。通过用户反馈，实现了所需的电气性能，有效减小了封装空间，增大了封装密度。通过不同的腔体结构和金属化布线设计，可适应不同性能要求的产品，可广泛应用于多I/O引脚的低温共烧陶瓷外壳应用。
【专利说明】一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构及其实现方法。
【背景技术】
[0002]低温共烧陶瓷(LTCC)技术是一种将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900°C以下温度范围内烧结成型出所需形状的器件的工艺技术。具有优良的高频高Q特性，具有较好的温度特性、较小的热膨胀系数和较小的介电常数等优良特性。倒装焊接技术是一种先进封装技术，是将原有的引线缩到封装体上形成焊盘，并通过SMT等工艺完成与PCB等基板的焊接，有效地改善了电性能，缩短了芯片与基板之间的距离，具有一定的密封性能，I/O引脚多，有效增大了系统集成度，推动了现在电子封装行业高密度集成化和微型化趋势。为满足确保芯片性能，并实现低温共烧陶瓷高密度封装，开发出一种可满足倒装焊接技术的陶瓷外壳结构势在必行。
实用新型内容
[0003]本实用新型提出的是一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构及其实现方法，以提高低温共烧陶瓷外壳I/o输出密度，并实现直流接通或微波导通的功能。
[0004]本实用新型的技术解决方案:一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是包括陶瓷腔区、陶瓷布线区和可焊接金属化焊盘区，其中陶瓷布线区通过金属化孔柱分别与陶瓷腔区、可焊接金属化焊盘区上下电互连接，并通过陶瓷腔区或可焊接金属化焊盘区固定在外部的电路平台上。
[0005]本实用新型的有益效果:本结构可以通过低温共烧陶瓷工艺实现，不需要改变陶瓷基体和烧结工艺。通过用户反馈，实现了所需的电气性能，有效减小了封装空间，增大了封装密度。通过不同的腔体结构和金属化布线设计，可适应不同性能要求的产品，可广泛应用于多I/o引脚的低温共烧陶瓷外壳应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0007]图1是一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构的剖视图。
[0008]图2是一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构底面焊盘图。
[0009]图3是一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构实施案例。
[0010]图中的I是陶瓷墙，2是金属化孔柱，3是金属化布线，4是腔内台阶，5是表面金属化焊盘，6是芯片粘接面，7是引线键合面，8是封接面。
[0011]A区为陶瓷腔区，芯片粘接和引线键合均可在此区内实现，并被陶瓷墙隔离出区为陶瓷布线区，是芯片与外部的电气连接通道，通过常用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺实现；C区为可焊接金属化焊盘区，可焊接金属化焊盘构成焊接面，实现与外部基板的连接。
【具体实施方式】
[0012]对照附图，一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是在低温共烧陶瓷外壳底部成型可焊接金属化焊盘区C，通过与陶瓷基体在低温共烧过程中形成，其外壳结构包括陶瓷腔区、陶瓷布线区和可焊接金属化焊盘区，其中陶瓷布线区通过金属化孔柱分别与陶瓷腔区、可焊接金属化焊盘区形成电互连接，通过陶瓷腔区或可焊接金属化焊盘区固定在外部的电路平台上。
[0013]所述的陶瓷腔区A由陶瓷墙1、芯片粘结区6、引线键合面7、腔内台阶4和封接面8构成，其中陶瓷墙I的四周围住芯片粘结区6，引线键合面7和腔内台阶4分布在芯片粘结区6的四周；封接面8接陶瓷墙1，封接面8是外壳上表面的焊接环，该焊接环与盖板焊接。
[0014]所述的芯片粘结区6是粘结固定芯片的区域，引线键合面7是芯片上表面电极连接到陶瓷外壳上的金丝键合面，腔内台阶4起腔内隔离和特殊信号传输作用，陶瓷墙I对腔内芯片、器件起保护作用，将其与外部空间进行物理隔离，可穿金属化孔柱；封接面8是外壳上表面的焊接环，通过与盖板进行焊接封住腔内；引线键合面在芯片粘结区的四周分布，腔内台阶上可存在引线键合面或芯片捻接区或单独存在，陶瓷墙四周围住芯片粘结区、弓丨线键合面和腔内台阶，保护其上的芯片器件，封接面从外壳上表面封住芯片粘结区、引线键合面和腔内台阶。
[0015]芯片粘接和引线键合均可在此区内实现，并被陶瓷墙隔离；其中陶瓷腔区为芯片提供20mmX20mmX3mm的安装空间，陶瓷腔区设计成长方形或圆形，陶瓷腔区内台阶高度
2.5mm,芯片粘结区6是芯片线路连接区，提供芯片线路连接，同时起固定的作用，台阶可孤立。
[0016]陶瓷腔区主要为芯片、器件提供安装区域，引线键合和芯片粘结均可在此区域内实现，通过常用激光开腔打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺实现，可制作成带隔墙或台阶，并通过封接面与基板或盖板焊接，与陶瓷墙形成密封保护状态，陶瓷腔区是整个LTCC表贴型外壳的主体部分，外壳的主体性能在此区域内实现，内嵌芯片、器件等，外连盖板、基板，通过金属化孔柱与陶瓷布线区形成电互连。
[0017]所述的陶瓷布线区B，其结构包括金属化布线3、金属化孔柱2和陶瓷基体；其中金属化布线3、金属化孔柱2在陶瓷基体内，陶瓷布线区在低温共烧陶瓷基体内形成的线宽为
0.1mm0
[0018]陶瓷基体是承载金属化布线3和金属化孔柱2，起物理支撑、信号隔离作用，金属化布线3是陶瓷基体内各个平面上内嵌于陶瓷基体的内部信号走线，金属化孔柱2是陶瓷基体内不同平面上金属化布线之间相互连接的通道。
[0019]陶瓷布线区在低温共烧陶瓷基体内形成最小线宽为0.1mm的电气互连线路和金属化孔柱，实现内部与外部的电气连接。
[0020]陶瓷布线区主要是承接陶瓷腔区，外连可焊接金属化焊盘区，起过渡作用，通过金属化布线和金属化孔柱互连形成陶瓷腔区和可焊接金属化焊盘区的电气连接通道，通过常用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺实现，陶瓷布线区通过金属化孔柱分别与陶瓷腔区和可焊接金属化焊盘区上下形成电互连。
[0021]所述的可焊接金属化焊盘区C，由可焊接金属化焊盘5组成，可焊接金属化焊盘区在低温共烧陶瓷底部表面印刷用户需求形状的可焊接金属化浆料，在陶瓷烧结过程中浆料在低温共烧陶瓷底部表面形成圆形、长条形的可焊接金属化焊盘，外接基板、器件等。
[0022]可焊接金属化焊盘区C主要通过钎焊的方式与外部基板、器件形成固定、电气连接，通过精密导体浆料印刷等工艺实现。可焊接金属化焊盘区通过金属化孔柱与陶瓷布线区形成电互连，外接基板、器件等。
[0023]整个LTCC表贴型外壳可通过陶瓷腔区或可焊接金属化焊盘区固定在外部的电路平台上。
[0024]本结构能承载一定形状的芯片，并可实现芯片与外部隔离；具有可实现芯片与外部连接的通道；具有可焊接金属化焊盘。
[0025]一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构的实现方法，其特征在于:包括，
[0026]I)具有长方体、圆柱体形状的内腔和外壳形状；以满足外壳直流接通或微波导通的实现；
[0027]2)低温共烧陶瓷表面金属化焊盘具有可焊接性能；
[0028]3)内腔内的金属 化图形与可焊接金属化图形通过最小线宽为0.1mm的电气互连线路和金属化孔柱的内部布线实现互连；
[0029]4)采用常规的低温共烧陶瓷工艺。
[0030]本实用新型使用陶瓷生瓷带由FERRO公司提供，可焊接金属化浆料也同样是FERRO公司提供，可焊接金属化浆料需与陶瓷基体在低温烧结收缩时匹配。
[0031]本实用新型采用常用的低温共烧陶瓷生产工艺技术。通过在尺寸精确且致密的生瓷带上，利用激光打孔、微孔注浆、打平、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形和可焊接金属化层，利用激光开腔、叠片等工艺制出所需要的一定形状的生瓷片，通过高精度温控炉低温烧结成型出一定形状的低温共烧陶瓷表贴型外壳。
[0032]本结构中，焊接区宽度在200μπ2πιπι范围内；可焊接金属化层厚度在8μπι~15μπι范围。
实施例
[0033]本实用新型应用于LTCC表贴外壳，该款LTCC表贴外壳具体的使用结构如图3所示。通过常规的低温共烧陶瓷工艺将具有封接面、金属化导线和金属化焊接盘的LTCC表贴外壳制作出来，然后将功能芯片通过导电胶粘连在该款LTCC表贴外壳的空腔内的芯片粘接区，通过金丝键合的方式将芯片上的电路与LTCC表贴外壳腔体内的引线键合面连通在一起；通过钎焊的方式将盖板与LTCC表贴外壳的封接面封接在一起，形成密封保护；再将封好盖板的LTCC表贴外壳通过钎焊的方式通过表贴外壳上的焊盘与基板上的焊盘连通在一起。这样就形成了具有微波功能的组件。
【权利要求】
1.一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是包括陶瓷腔区、陶瓷布线区和可焊接金属化焊盘区，其中陶瓷布线区通过金属化孔柱分别与陶瓷腔区、可焊接金属化焊盘区上下电互连接，并通过陶瓷腔区或可焊接金属化焊盘区固定在外部的电路平台上。
2.如权利要求1所述一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是所述的陶瓷腔区由陶瓷墙(I)、芯片粘结区(6)、引线键合面(7)、腔内台阶(4)和封接面(8)构成，其中陶瓷墙(I)的四周围住芯片粘结区(6)，引线键合面(7)和腔内台阶(4)分布在芯片粘结区(6)的四周；封接面(8)接陶瓷墙(I)，封接面(8)是外壳上表面的焊接环，该焊接环与盖板相接。
3.如权利要求1所述一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是所述的陶瓷腔区的安装空间20mmX 20mmX 3mm，陶瓷腔区呈长方形或圆形，陶瓷腔区内台阶高度2.5mm。
4.如权利要求1所述一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是所述的陶瓷布线区，其结构包括金属化布线(3)、金属化孔柱(2)和陶瓷基体；其中金属化布线(3)、金属化孔柱(2)在陶瓷基体内，陶瓷布线区在低温共烧陶瓷基体内形成的线宽为0.1mnin
5.如权利要求1所述一种基于低温共烧陶瓷的倒装焊接的表贴型外壳结构，其特征是所述的可焊接金属化焊盘区由可焊接金属化焊盘(5)组成，该可焊接金属化焊盘区呈圆形或长条形。
【文档编号】H01L23/055GK203503637SQ201320418425
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】严蓉, 戴雷, 王子良 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所