多层陶瓷封装及其制造工艺的制作方法

本发明涉及陶瓷封装技术领域，特别涉及一种多层陶瓷封装，同时本发明还涉及该多层陶瓷封装的制造工艺。

背景技术：

电子封装是安装芯片外用的管壳，起着安放、固定、密封、保护芯片的作用，主要包括塑料封装、金属封装和陶瓷封装，其中陶瓷封装因其热膨胀系数小，使用寿命长等优点应用越来越广泛。

陶瓷封装的成型方法主要包括干压法、热压铸法和流延法，其中：流延法是把粉碎好的粉料与有机塑化剂溶液按适当配比混合制成具有一定黏度的料浆，料浆从容器流下，被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用基带上，经干燥、固化后从上剥下成为生瓷片，然后根据成品的尺寸和形状需要对生瓷带作冲切、层压等加工处理，制成待烧结的毛坯成品，也即生瓷件，烧结后即为初步成型的熟瓷件。较干压法和热压铸法而言，流延法因可由多层生瓷片组成、每层生瓷片上可布设金属化电路或设置填充金属浆料的小孔，使生瓷片与金属浆料和金属化电路共烧为一体，适用于高密度集成电路封装，因而得以迅速发展。

但是流延法成型过程中也有不足，比如，生产紫外线LED封装时，芯片安装腔的侧周壁需要制作成锥形，以可将锥形的侧周壁制作成反射镜面，而可将芯片发射出来的光束发散扩张，但是受坯料性能和冲孔工艺的影响，生瓷片上只能加工柱形通孔，因此紫外线LED封装只可采用干压法或热压铸法成型工艺制作锥形孔，而后在锥形孔侧壁胶粘锥形金属体制作成反射镜面，但干压法或热压铸法成型工艺不能在内部布置金属化电路，且金属体与陶瓷连接强度较差，陶瓷封装使用寿命短。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种多层陶瓷封装，以克服流延法不能制作出具有锥形的芯片安装腔的陶瓷封装的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多层陶瓷封装，包括由多层陶瓷片叠置而成的陶瓷外壳本体，于所述陶瓷外壳本体上形成有贯穿多层陶瓷片、且一端开口的容纳腔，所述容纳腔由形成于各所述陶瓷片上的通孔拼合而成，且沿至所述容纳腔开口的方向，所述容纳腔的内壁部分或全部呈阶梯状；

还包括覆盖于所述容纳腔呈阶梯状的内壁上，并与构成所述容纳腔的各所述陶瓷片共烧为一体的金属体，且因所述金属体的覆盖，而使得所述容纳腔的内壁成锥形。

进一步地，所述陶瓷片的厚度为0.05-0.35mm。

进一步地，所述多层陶瓷封装包括由上至下依次叠置的第一层陶瓷片至第十一层陶瓷片，所述容纳腔由形成于第一层陶瓷片至第九层陶瓷片上的所述通孔拼合而成。

进一步地，第一层陶瓷片至第四层陶瓷片上的所述通孔呈方形，第五层陶瓷片至第九层陶瓷片上的所述通孔呈圆形，所述台阶状的容纳腔内壁由形成于第五层陶瓷片至第八层陶瓷片上的所述通孔内壁拼合形成。

进一步地，于第一层陶瓷片的上表面布设有环所述开口的第一金属化区；于第十一层陶瓷片的下表面布设有间距设置的第二金属化区、第三金属化区和第四金属化区；于第十层陶瓷片的上表面形成有覆盖所述容纳腔底部的第五金属化区；于第五层陶瓷片的上表面形成有间隔布置的第六金属化区和第七金属化区。

进一步地，所述第二金属化区和所述第六金属化区电连通，所述第三金属化区和所述金属体电连通，所述第四金属化区、所述第五金属化区和所述第七金属化区电连通。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的多层陶瓷封装，通过使容纳腔具有呈阶梯形的侧周壁，从而可在容纳腔的侧周壁台阶上布置金属浆料，使侧周壁呈锥形，以将金属浆料与生陶瓷片共烧为一体制作成多层陶瓷封装，金属浆料烧结后为金属体，其与陶瓷片连接强度高，使用寿命长；且如此制作的陶瓷封装，可在每层陶瓷片上布设金属化电路，适用于制作既需要锥形镜面、内部又需要布置金属化电路的多层陶瓷封装。

一种如上所述的多层陶瓷封装的制造工艺，包括以下步骤：

a、备料，准备各所述陶瓷片的生瓷片；

b、冲孔，在用以形成所述容纳腔的各所述生瓷片上冲孔，以形成所述通孔；

c、叠片，将各生瓷片叠置，使各所述通孔内壁拼合形成所述容纳腔；

d、空心金属化，使金属浆料流过呈台阶状的容纳腔内壁，且部分金属浆料留置于容纳腔内壁上的台阶上，以使容纳腔内壁成锥形；

e、层压，对叠置的各生瓷片施加压力使各层陶瓷片结合；

f、烧结，将结合的生瓷片在烧结炉内烧结形成熟瓷件。

进一步地，在e步骤之前有步骤e0：将于外界压力下、可与锥形的侧周壁贴合的锥形模具放入所述容纳腔内；

在e步骤之后有步骤e1：取出所述锥形模具。

进一步地，在d步骤之前有步骤d0：在形成所述容纳腔开口的生瓷片的上表面贴覆薄膜，所述薄膜覆盖除所述容纳腔开口外的其他区域；

在d步骤之后有步骤d1：去除所述薄膜。

进一步地，在c步骤之前有步骤c0：在各所述生瓷片上填充金属浆料和印刷金属化区。

本发明的多层陶瓷封装制造工艺，通过在各生瓷片上冲制不同直径的通孔，且越靠近开口的陶瓷片上、通孔直径越大，叠置的生瓷片可形成阶梯形的侧周壁，从而可利用空心金属化的步骤使金属化膏留置于台阶上形成锥形的金属浆料面，金属浆料可与生瓷片共烧形成前述的多层陶瓷封装，金属浆料烧结后为金属体，克服了现有多层陶瓷封装制造工艺无法制作出、具有锥形的金属体的容纳腔的难题，如此制造的多层陶瓷封装金属体与陶瓷片为共烧为一体的结构，连接强度高，使用寿命长，而且可在各陶瓷片上布置金属化电路，可制作既需要锥形镜面、内部又需要布置金属化电路的多层陶瓷封装。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的多层陶瓷封装的半剖视图；

图2为图1的A部放大图；

图3为本发明实施例所述的多层陶瓷封装的俯视图；

图4为本发明实施例所述的多层陶瓷封装的仰视图；

图5为本发明实施例所述的第一层陶瓷片的俯视图；

图6为本发明实施例所述的第二层陶瓷片和第三层陶瓷片的俯视图；

图7为本发明实施例所述的第四层陶瓷片的俯视图；

图8为本发明实施例所述的第五层陶瓷片的俯视图；

图9为本发明实施例所述的第六层陶瓷片和第七层陶瓷片的俯视图；

图10为本发明实施例所述的第八层陶瓷片的俯视图；

图11为本发明实施例所述的第九层陶瓷片的俯视图；

图12为本发明实施例所述的第十层陶瓷片的俯视图；

图13为本发明实施例所述的第十一层陶瓷片俯视的透视图；

附图标记说明：

1-第一层陶瓷片，2-第二层陶瓷片，3-第三层陶瓷片，4-第四层陶瓷片，5-第五层陶瓷片，6-第六层陶瓷片，7-第七层陶瓷片，8-第八层陶瓷片，9-第九层陶瓷片，10-第十层陶瓷片，11-第十一层陶瓷片，12-金属体，13-镍层，14-金层，15-第二金属化区，16-第三金属化区，17-第四金属化区，18-侧面金属化区，19-第六金属化区，20-第七金属化区，21-第一金属化区，22-第五金属化区，23-容纳腔，2301-开口，2302-通孔，24-小孔，25-侧面孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施例中所提到的第一层陶瓷片、第二层陶瓷片、第三层陶瓷片、第四层陶瓷片、第五层陶瓷片、第六层陶瓷片、第七层陶瓷片、第八层陶瓷片、第九层陶瓷片、第十层陶瓷片、第一层陶瓷片、第一金属化区、第二金属化区、第三金属化区、第四金属化区、第五金属化区、第六金属化区和第七金属化区中的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十和第十一是为了便于对本发明进行描述，并不构成对本发明的限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种多层陶瓷封装，包括由多层陶瓷片叠置而成的陶瓷外壳本体，于所述陶瓷外壳本体上形成有贯穿多层陶瓷片、且一端开口的容纳腔，所述容纳腔由形成于各所述陶瓷片上的通孔拼合而成，且沿至所述容纳腔开口的方向，所述容纳腔的内壁部分或全部呈阶梯状；还包括覆盖于所述容纳腔呈阶梯状的内壁上，并与构成所述容纳腔的各所述陶瓷片共烧为一体的金属体，且因所述金属体的覆盖，而使得所述容纳腔的内壁成锥形。

本实施例的多层陶瓷封装，在生瓷阶段，通过使容纳腔具有呈阶梯形的侧周壁，从而可在容纳腔的侧周壁台阶上布置金属浆料，使侧周壁呈锥形，以将金属浆料与生陶瓷片共烧为一体制作成多层陶瓷封装，金属浆料烧结后为金属体，其与陶瓷片连接强度高，使用寿命长；且如此制作的陶瓷封装，可在每层陶瓷片上布设金属化电路，适用于制作既需要锥形镜面、内部又需要布置金属化电路的多层陶瓷封装。

基于以上设计思想，本实施例的一种示例性结构如图1至图4所示，由十一层陶瓷片组成，由上之下依次称为第一层陶瓷片1、第二层陶瓷片2、第三层陶瓷片3、第四层陶瓷片4、第五层陶瓷片5、第六层陶瓷片6、第七层陶瓷片7、第八层陶瓷片8、第九层陶瓷片9、第十层陶瓷片10和第十一层陶瓷片11。第一层陶瓷片1至第十一层陶瓷片11的外形呈方形，其除了可呈方形，还可呈其他形状，如其可为圆形。

具体地，各陶瓷片的厚度优选为0.05-0.35mm，易于加工且冲孔成型效果好。各陶瓷片的厚度当然还可小于0.05mm，如此陶瓷片厚度较小加工不方便；其或可大于0.35mm，如此陶瓷片厚度较大冲孔成型效果差。

具体结构上，第一层陶瓷片1的结构如图5所示，在第一陶瓷片中心部位形成有方形的通孔2302，该通孔2302即构成容纳腔23的开口2301，并在上表面环该通孔2302的区域设置有第一金属化区21，在第一金属化的覆盖区域内设置有两个小孔24，小孔24内填充有金属体。在此，设置第一金属化区21便于在后工序焊接金属环，当然还可不设置第一金属化区21。而第一金属化区21覆盖区域内的两孔除了可设置为两个，还可设置为其他数量，如其可为一个、三个等。

第二层陶瓷片2的结构如图6所示，于第二陶瓷片上形成有通孔2302和两个小孔24，第二层陶瓷片2上的通孔2302和小孔24对应于第一层陶瓷片1上的通孔2302和小孔24而设置，位置和尺寸均相同，并且在小孔24内也填充有金属体。第三层陶瓷片3的结构与第二层陶瓷片2的结构相同，在此不再重述。

图7所示为第四层陶瓷片4的结构，对应于第三层陶瓷片3上的通孔2302和小孔24，在第四层陶瓷片4的相同位置形成有同样尺寸的通孔2302和小孔24，小孔24内填充有金属体，并且，在第四层陶瓷片4的相对侧边上形成有对称布置的半圆形的侧面孔25，此处，还可不设置侧面孔25。

参见图8，在第五层陶瓷片5上，对应于第四层陶瓷片4上的小孔24和侧面孔25，在相同的设置形成有同样尺寸的小孔24和侧面孔25，小孔24内填充有金属体，在此，可不设置侧面孔25；第五层陶瓷片5的中心部位形成有圆形的通孔2302，在环该通孔2302的上表面上，形成有左右间距布置的第六金属化区19和第七金属化区20，并且在第六金属化区19和第七金属化区20覆盖区域分别布置有三个填充金属浆料的小孔24，此处，第六金属化区19和第七金属化区20为键合区，键合区除了可布置为图8所示的形状和数量，还可根据需要布置为其他的形状和数量，或可设置于其他的陶瓷片上。另外，第六金属化区19和第七金属化区20覆盖区域除了可分别设置三个小孔24，还可设置为其他数量，如其可为一个、两个或四个。

第六层陶瓷片6的结构见图9，对应于第五层陶瓷片5上的小孔24和侧面孔25，在相同的位置形成有相同尺寸的小孔24和侧面孔25，小孔24内填充有金属体，此处还可不设置侧面孔25；除此以外，在第六层陶瓷片6中心部位形成有通孔2302，其尺寸小于第五层陶瓷片5上的通孔2302尺寸。第七层陶瓷片7的结构与第六层陶瓷片6的结构大致相同，区别在于第七层陶瓷片7上的通孔2302尺寸小于第六层陶瓷片6上的通孔2302尺寸，其他结构相同在此不再重述。

如图10，在第八层陶瓷片8上，对应于第七层陶瓷片7上的侧面孔25，相同的位置形成有相同尺寸的侧面孔25，此处的侧面孔25可不设置。而对应于第七层陶瓷片7上的连通第一金属化区21的小孔24，分别形成对应的金属化过渡区，并且过渡区覆盖有小孔24，该处的小孔24与第七层陶瓷片7上的连通第一金属化区21的小孔24错位设置，并填充有金属体，在此，可不设置金属化过渡区，而可设置小孔24，需使其位置和尺寸与第七层陶瓷片7上的连通第一金属化区21的小孔24相同；对应于第七层陶瓷片7上连通第六金属化区19和第七金属化区20的小孔24，第八层陶瓷片8的相同位置形成有相同尺寸的小孔24，小孔24内填充有金属体。另外，在第八层陶瓷片8上还布置有通孔2302，其尺寸小于第七层陶瓷片7上通孔2302尺寸。

图11示出了第九层陶瓷片9的结构，其中心部位的通孔2302与第八层陶瓷片8上的通孔2302尺寸相同。对应于第八层陶瓷片8上连通金属化过渡区的小孔24，在第九层陶瓷片9的相同位置形成有相同尺寸的小孔24。在第九层陶瓷片9的侧边上，形成有与第八层陶瓷片8的侧面孔25尺寸和位置相同的侧面孔25，侧面孔25的侧壁上布置有金属体，并且，在第九层陶瓷片9的上表面上布置有三块金属化区，左右两侧的金属化区分别与第六金属化区19和第七金属化区20相连并连通到相应侧的侧面孔25位置，而中间的金属化区则连通至上下两侧的侧面孔25位置，在此，三块金属化区的布置形状和位置是根据电路连通以及工艺需要而设置，其形状和位置可根据需要改变或可根据需要设置于其他层的陶瓷片上。

参见图12所示的第十层陶瓷片10，对应于第九层陶瓷片9上的侧面孔25，相同的位置形成有相同尺寸的侧面孔25，并且，侧面孔25的侧壁上布置有金属体。此外，在第十层陶瓷片10的上表面上设置有两块金属化区，具体地，左侧的条状金属化区与第九层陶瓷片9上的小孔24连通并延伸至侧边；而右侧的金属化区可覆盖容纳腔23的底部，且分别连通至上下侧边及右侧边的侧面孔25，其可便于芯片焊接，第十层陶瓷片10上的金属化形状和位置也为根据电路连通关系需要及工艺需要而设置，其形状和位置可根据需要改变或可根据需要设置于其他层的陶瓷片上。

图13为俯视第十一层陶瓷片11的透视图，透视图即为假设第十一层陶瓷片11为透明所看的第十一层陶瓷片11背面的图样。对应于第十层陶瓷片10上的侧面孔25，在第十一层陶瓷片11相同的位置形成有相同尺寸的侧面孔25，并且，侧面孔25的侧壁上布置有金属体。在第十一层陶瓷片11的下表面形成有间隔布置的第二金属化区15、第三金属化区16和第四金属化区17，其中，第二金属化区15与左侧的侧面孔25连通，第三金属化区16与上下两侧的侧面孔25连通，第四金属化区17与右侧的侧面孔25连通。此处，第二金属化区15、第三金属化区16和第四金属化区17可便于本多层陶瓷封装焊接于电路板上，其形状和位置可根据电路连通关系需要及工艺需要改变，或可设置于其他层的陶瓷片上。

以上结构的设置，使得容纳腔23由形成于第一层陶瓷片1至第九层陶瓷片9上的所述通孔2302层叠形成，而阶梯形的侧周壁由形成于第五层陶瓷片5至第八层陶瓷片8上的通孔2302层叠形成，从而可在阶梯形的侧周壁台阶上设置金属浆料从而使阶梯形的侧周壁呈锥形。该结构中，阶梯形的侧周壁除了可由第五层陶瓷片5至第八层陶瓷片8上的通孔2302层叠形成，还可由其他层数或其他层陶瓷片上的通孔层叠形成，容纳腔的内壁可部分呈阶梯状，还可全部呈阶梯状。

并且，上述结构使第二金属化区15和第六金属化区19电连通，第三金属化区16和金属体12电连通，第四金属化区17、第五金属化区22和第七金属化区20电连通，满足工艺需要，且满足本多层陶瓷封装使用需求。

为了有效防止氧化，于金属体12、第一金属化区21、第二金属化区15、第三金属化区16、第四金属化区17、第五金属化区22、第六金属化区19、第七金属化区20外露于陶瓷外壳本体的表面上覆盖有保护层，且保护层包括依次覆盖设置的镍层13和金层14。

以上结构中，各层陶瓷片上的通孔2302、小孔24、侧面孔25、第一金属化区21至第七金属化区20、未标号的金属化区以及陶瓷片的层数均是为了多层陶瓷封装使用或电路连通关系或工艺需要而设置，并不构成对本发明的限制。

本发明同时提供了一种制备前述的多层陶瓷封装的制造工艺，包括以下步骤：

a、备料，准备各所述陶瓷片的生瓷片；

b、冲孔，在用以形成所述容纳腔的各所述生瓷片上冲孔，以形成所述通孔；

c、叠片，将各生瓷片叠置，使各所述通孔内壁拼合形成所述容纳腔；

d、空心金属化，使金属浆料流过呈台阶状的容纳腔内壁，且部分金属浆料留置于容纳腔内壁上的台阶上，以使容纳腔内壁成锥形；

e、层压，对叠置的各生瓷片施加压力使各层陶瓷片结合；

f、烧结，将结合的生瓷片在烧结炉内烧结形成熟瓷件。

本发明的多层陶瓷封装制造工艺，通过在各生瓷片上冲制不同直径的通孔，且越靠近开口的陶瓷片上、通孔直径越大，叠置的生瓷片可形成阶梯形的侧周壁，从而可利用空心金属化的步骤使金属化膏留置于台阶上形成锥形的金属浆料面，金属浆料可与生瓷片共烧形成前述的多层陶瓷封装，金属浆料烧结后为金属体，克服了现有多层陶瓷封装制造工艺无法制作出、具有锥形的金属体的容纳腔的难题，如此制造的多层陶瓷封装金属体与陶瓷片为共烧为一体的结构，连接强度高，使用寿命长，而且可在各陶瓷片上布置金属化电路，可制作既需要锥形镜面、内部又需要布置金属化电路的多层陶瓷封装。

具体地，在b步骤中，采用冲孔机对各生瓷片冲孔，如果该层除具有通孔2302外，还具有小孔24及侧面孔25，应冲制小孔24、侧面孔25以及通孔2302。

在c步骤之前有步骤c0，对各生瓷片上的小孔24利用填孔机填充金属浆料，并利用印刷机印刷金属化区，从而可制得图5至图13所示的第一层陶瓷片1至第十一层陶瓷片11的结构。当然，在没有小孔24或金属化区的陶瓷片上，该步骤可以省略。

在c步骤中，采用叠片机叠片，工艺参数优选为：压力80±5KN，时间10±1min，温度70±2℃，工艺参数不限于上述数值，可根据需要具体调整。经过此步骤，可分别对第五层陶瓷片5至第八层陶瓷片8、第九层陶瓷片9至第十一层陶瓷片11叠片，以备d步骤使用。

在d步骤之前有步骤d0，将需要空心金属化的叠置的生瓷片底面贴覆薄膜，所述薄膜覆盖除空心金属化孔外的其他区域，薄膜优选为PET薄膜，以制作前述的多层陶瓷封装为例，采用贴膜机在第八层陶瓷片8和第十一层陶瓷片11的底面贴覆薄膜，以备在进行d步骤时防止小孔24内的金属浆料流出，还可对其底面形成保护并防止生瓷片变形，如此制得的多层陶瓷封装平整度及外观质量较高，可极大提高产品的成品率。

在d步骤中，将需要空心金属化的叠置的生瓷片放置于真空吸附台上，采用印刷机印刷金属浆料的同时抽真空，可分别使金属浆料顺通孔2302或侧面孔25的侧壁流动，以可留置于阶梯形侧周壁的台阶和侧面孔25的侧壁上，如此制得第五层陶瓷片5至第八层陶瓷片8的阶梯形的侧周壁上留置有金属浆料，侧周壁呈锥形，而第九层陶瓷片9至第十一层陶瓷片11的侧面孔25侧壁留置有金属浆料，在d步骤之后有步骤d1，可去除d0步骤中贴覆的薄膜。

在e步骤之前有步骤e0，将于外界压力下、可与阶梯形的侧周壁贴合的锥形模具放入所述容纳腔23内，具体地，锥形模具悬置于所述容纳腔23内，也即锥形模具放置时应不与锥形的侧周壁贴合，以备e步骤使用。锥形模具的设置，可使制作的锥形的侧周壁表面光滑，外观质量高，使用效果好，烧结后可免修整，可避免后续工艺修整的麻烦，当然，锥形侧周壁表面质量要求低的多层陶瓷封装，该步骤e0可省略。

在放入锥形模具之前，还可重复叠片步骤，如制造前述的多层陶瓷封装，此次需要对第一层陶瓷片1、第二层陶瓷片2、第三层陶瓷片3、第四层陶瓷片4、第五层陶瓷片5至第八层陶瓷片8的叠置后的生瓷片、第九层陶瓷片9至第十一层陶瓷片11叠片的叠置后的生瓷片进行叠片。

在e步骤中，将所有叠置后的生瓷片采用真空机包装，然后用层压机进行层压，工艺参数优选为：压力300±10Psi，预热时间5min，保压时间10±1min，温度70±1℃，工艺参数不限于上述数值，可根据需要具体调整。此步骤进行时，随着压力增大，生片组件变形，锥形模具逐渐与锥形的侧周壁完全贴合，对侧周壁起整形作用，层压完成后拆除包装完成e步骤，在e步骤之后可有步骤e1，取出锥形模具。

为了提高生产效率，每一层陶瓷片上可阵列布置有多组通孔2302、小孔24、侧面孔25或金属化图形，如此制作时可在e步骤之后增加热切的步骤，即采用热切机按单个多层陶瓷封装的边线完全切断，即形成单个的多层陶瓷封装的生瓷件。此步骤中还可不完全切断，也即热切时只切部分层的陶瓷片，如此操作需在f步骤之后增加步骤f1，按热切线掰断以分离各多层陶瓷封装。

进行f步骤，将层压后的生瓷件在烧结炉内烧结即形成前述的多层陶瓷封装。

本多层陶瓷封装的制造工艺不限于上述步骤，还可根据工艺需要增加其他步骤，如检验、镀镍、镀金的步骤，或可工艺步骤顺序进行调整，凡是基于以上步骤的、制作具有锥形的侧周壁的多层陶瓷封装制造工艺均在本发明的保护范围之内。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。