一种氮化铝陶瓷管壳的制作方法

本实用新型涉及电子器件领域，具体涉及一种氮化铝陶瓷管壳。

背景技术：

航天器在重返大气层时，会以音速的十几倍到几百倍的超高速进入大气层，使航天器的前端形成很强的激波。由于航天器前端激波的压缩和大气的粘度作用，使得航天器的大量的动能转换为热能，这股热能会在航天器的前端的气体发生电离，形成等离子体区域。为了提高航天器穿透等离子体时高频信号的通信和制导的能力，就要求它的收发组件具有很高的频率，有的已经达到毫米波的频率。

GaN芯片的击穿电压高，功率密度是GaAs芯片的5-10倍。毫米波器件对功率要求非常高，GaN芯片因其具有小体积、大功率的特性，会广泛应用在毫米波器件中。随着器件功率的增大，产生的热量也会越来越多，从而造成电子器件的工作温度逐步升高。

同时随着毫米波收发组件的集成度越来越高，这就必然要求在较小的器件中放置更多的功能芯片，从而造成电子器件的功率密度越来越高，继而使器件内的热密度也会随之增加，工作温度逐步升高。为了降低电子器件的工作温度，就必须将器件耗散功率所产生的热量及时通过封装传递到外部环境中。

目前混合集成电路使用的陶瓷材料主要有氮化铝HTCC、氧化铝HTCC和LTCC陶瓷基板，这三种陶瓷都是共烧陶瓷，均可以实现多层布线，满足高集成度的要求。

LTCC基板烧结温度较低，内部布线和通孔填充的导体材料采用的是低熔点的Au、Ag、Cu等金属作为导体材料，具有低介电常数和在高频条件下低损耗的特性，比较适合射频、微波和毫米波器件中。HTCC基板由于烧结温度较高，内部布线和通孔填充的导体材料采用的是高熔点的钨、钼、猛等金属材料，这些材料的方阻较大，在高频下会造成信号传输损耗大、信号延迟等缺陷，所以一般不适合做高频组件。三种共烧陶瓷中，氮化铝HTCC基板的热导率最高，可以满足毫米波收发组件的高散热和高集成度的要求，但氮化铝多层陶瓷所使用的钨导体浆料方阻为10-15mΩ/□，对于毫米波频段信号在传输的过程中，损耗较大。

技术实现要素：

针对上述问题的不足，本实用新型提供了一种氮化铝陶瓷管壳，采用氮化铝陶瓷基板，可以将器件产生的热量及时地通过管壳传递到外部环境，同时在氮化铝陶瓷基板的表面覆盖金属薄膜层，实现高频信号的传输，由于薄膜金属化布线精度高，既可以实现垂直互联又可以实现高频高密度信号传输的要求，同时氮化铝多层陶瓷结合薄膜工艺解决了金属材料方阻较大，在高频下会造成信号传输损耗大、信号延迟的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种氮化铝陶瓷管壳，包括底板，所述底板由表面覆盖有金属薄膜层的氮化铝陶瓷基板和焊接于所述氮化铝陶瓷基板下表面的底部焊盘组成，所述氮化铝陶瓷基板的上表面沿其四周还焊接有一金属环框，所述金属环框与所述底板形成一容置空间，所述容置空间内和所述氮化铝陶瓷基板下表面均设有高频信号端焊盘、低频信号端焊盘和用于组装芯片和无源器件的GND区域，所述金属环框上还焊接有盖板。

进一步的，所述金属薄膜层由内至外分别是Ti、Pt、Au三层膜，其中，Ti层膜厚为0.1~0.6μm，Pt层膜厚为0.2~0.6μm，Au层膜厚为2.0~6.0μm。

优选的，所述金属环框由可伐或钛合金材料制成，所述盖板、所述金属环框与所述底板形成一体化全密封结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）氮化铝陶瓷管壳采用氮化铝陶瓷做基板，将微波传输线（如微带线、带状线和共面波导）、逻辑控制线和电源线的混合信号设计在同一个氮化铝陶瓷中，可实现电路垂直互联关系，提高集成度和可靠性；同时氮化铝材料的热导率大于170W/m·K，可以将毫米波器件产生的热量及时地通过陶瓷管壳传递到外部环境中。该陶瓷管壳的底板采用LCC技术将氮化铝陶瓷基板和底部焊盘封装，通过表面贴装的形式将毫米波器件的信号引出，使得该氮化铝陶瓷管壳具有布线密度高、散热好、高可靠、高气密性等优点；

（2）氮化铝多层陶瓷材料密度小，可有效减小微波毫米波器件的体积和重量，实现小型化、高密度、高集成度封装结构，满足毫米波器件散热的需求，能有效解决微电子电路密度集成封装的问题；

（3）考虑工艺成本和可制造性的需求，氮化铝基板的表面选择了Ti/Pt/Au体系薄膜工艺，该膜系可满足金属化与基板的结合力要求，同时由于薄膜金属化布线精度很高，所以这种工艺既可以实现垂直互联又可以实现高频高密度信号传输的要求，解决了氮化铝多层陶瓷印制钨导体浆料对高频信号的损耗的影响，同时可以实现金丝键合或粘接等芯片组装工艺。

（4）该氮化铝陶瓷管壳还具有封装气密性好、环境可靠性高、抗腐蚀能力强、机械可靠性高等优点；

（5）因其具有高可靠性和高气密性，可广泛用于毫米波器件中，可覆盖卫星通信、导航、相控阵雷达等领域，应用范围广。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的氮化铝陶瓷管壳的侧视图；

图2为图1中A部的局部放大示意图；

图3为本实用新型一较佳实施例未封盖板的氮化铝陶瓷管壳的俯视图；

图4为本实用新型一较佳实施例氮化铝陶瓷基板10的仰视图。

图中：10.底板，20.金属环框，30.盖板，101.氮化铝陶瓷基板，102.底部焊盘，103.金属薄膜层，1031.Ti层，1032.Pt层，1033.Au层，40.高频信号端焊盘，50.低频信号端焊盘，60.GND区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚完整的说明。

如图1所示，一种氮化铝陶瓷管壳，由底板10、金属环框20和盖板30组成，底板10由氮化铝陶瓷基板101和位于氮化铝陶瓷基板101下部的底部焊盘102组成，其中，氮化铝陶瓷基板101的表面覆盖有金属薄膜层103，金属环框20的材质可以是可伐或钛合金，在本申请的实施例中，金属环框20为可伐环框。

进一步的，由图1所示，氮化铝陶瓷基板101的上下表面均覆盖有金属薄膜层103，请一并参阅图2，金属薄膜层103由内至外依次为Ti层1031、Pt层1032、Au层1033，具体的，Ti层1031的膜厚0.1~0.6μm，Pt层1032的膜厚0.2~0.6μm，Au层1033的膜厚为2.0~6.0μm。氮化铝陶瓷基板进行薄膜金属化，最内层和第二层金属薄膜层采用的是低应力的材料膜系组合，由于最内层薄膜需要跟基板具有良好的结合力，因此，本实用新型中选用Ti层，其膜层厚度设计为0.1~0.6μm；第二层金属薄膜层主要是为了在焊接时，起到阻挡和耐焊的作用，因此第二层金属薄膜层太薄容易被焊透，进而焊接失效，如果过厚容易在焊料内部形成较大的内应力，在多次温度循环和热冲击后，容易出现微裂纹或者断裂现象，因此本实用新型选用膜层厚度为0.2~0.6μm的Pt层；最外层金属薄膜层需要满足环框焊接以及芯片、无源器件等组装的要求，因此，本实用新型选用膜层厚度为2.0~6.0μm的Au层。

氮化铝陶瓷基板101的上表面沿其四周焊接有金属环框20，也就是说，金属环框20位于氮化铝陶瓷基板101的上表面，且金属环框20与氮化铝陶瓷基板101上表面的四周对齐，在金属环框20与底板10之间形成一容置空间，具体的，如图3所示容置空间内和氮化铝陶瓷基板101的下表面还设有高频信号端焊盘40、低频信号端焊盘50和GND区域60，所述高频信号端焊盘40和所述低频信号端焊盘50用于将高频信号端、低频信号端与芯片连接，所述GND区域60为芯片和无源器件的粘接区域，具体的，所述芯片和无源器件可以通过粘接、铅锡焊或键合等微组装工艺进行组装在所述GND区域60。在本实施例中，以氮化铝陶瓷基板101的上表面为例，所述GND区域60位于所述容置空间的中部，高频信号端焊盘40与低频信号端焊盘50分别焊接在所述GND区域60的四周，高频信号端焊盘40相对设置，低频信号端焊盘50有若干，且并列平行排布，分别对称设置在氮化铝陶瓷基板101的相对边。高频信号端焊盘40、低频信号端焊盘50和GND区域60在氮化铝陶瓷基板101下表面的排布与其在氮化铝陶瓷基板101上表面的排布相同，这里不再做详细赘述。

在金属环框20上还封焊有所述盖板30，底板10、金属环框20和盖板30形成一体化全密封结构，如图1所示。

本实用新型的氮化铝陶瓷管壳，高频信号可实现DC-60GHz条件下，电压驻波比：≤1.5，传输端子插入损耗：≤1.5dB/cm，高频信号的测试环境实验条件是按照GJB360A-1996，温度15-35℃，相对湿度20%-80%，气压86-106kPa，采用矢量网络分析仪进行测试；封装气密性高：满足：≤1×10^－3(Pa•cm³)/s（He），测试条件按照GJB548B-2005方法1014.2，条件A；环境可靠性高，温度循环满足：-65℃～+150℃，100次，测试条件按照GJB548B-2005方法1010.1条件C。抗腐蚀能力强，可满足盐雾24h，测试条件按照GJB548B-2005方法1009.2，条件A；耐湿240h，测试条件按照GJB548B-2005方法1004.1；机械可靠性高，可满足恒定加速度5000g，Y1方向，1min，测试条件按照GJB548B-2005方法2001.1，条件A。

由上述分析可知，本实用新型的氮化铝陶瓷管壳在提高集成度和可靠性的条件下，同时具有布线密度高、散热好、高可靠、高气密性等优点，可实现垂直互联同时实现高频高密度信号传输的要求，避免了高频信号的损耗。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的替换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。