一种一体化盒体封装结构及其制作方法与流程

本发明属于微电子气密封装技术领域，具体涉及一种一体化盒体封装结构及其制作方法。

背景技术：

在微电子封装领域，对于内部使用了裸芯片的产品都需要采用气密的封装外壳对产品内部进行保护以确保产品的可靠稳定工作，其中最为常用且低成本的气密封装外壳为金属外壳。金属气密封装通常是将金属材料按照产品功能需求加工成特征形状并进行表面处理，然后在盒体上焊接射频/低频绝缘子，并在金属腔内贴装功能芯片，最后再采用金属盖板对盒体进行激光封焊或平行封焊，这样就形成了一个完整的气密封装产品。

如上所述无论是数字产品还是微波射频产品，在进行气密封装时均需要通过一定方式将产品供电及控制信号通过一定的i/o接口引出实现对外的电连接。对于i/o口数量较少的简单产品可以在封装盒体的侧壁气密焊接玻璃绝缘子来实现对外电连接。

而当产品i/o口数量较多时为了方便使用和提高可靠性，需要使用微矩形多芯连接器(如d型连接器)作为对外信号的交互接口。该种情况目前也有两种方式能够实现，第一种为传统混合集成封装，即在产品尺寸空间宽裕的情况下封装盒体采用分层结构设计，将盒体的正反面独立开分为气密腔和非气密腔，其中气密腔内装配裸芯片并通过金属盖板进行气密封装，气密腔的电信号通过玻璃绝缘子穿层引入到非气密腔，然后通过固定在侧壁的微距型连接器作为对外信号的交互接口。传统混合集成封装形式如下图1。

但是随着系统整体空间资源趋近饱和以及产品内部功能芯片和电路的集成度越来越高，使得各产品的金属气密封装趋于小型化，与此同时产品输入输出接口却越来越多。传统混合集成封装的非气密腔体占用了整体体积的1/3到1/2，这严重制约了整个系统体积的缩小。

对于多i/o口产品金属气密封装的第二种形式则是在封装的侧壁直接焊接自气密的微矩形多芯连接器来达到减小体积节约空间的目的。如下图2所示。

这种焊接气密连接器的封装方式能够有效减小产品体积提高集成度，而对于微矩形多芯连接器焊接，一般都是采用金锡焊料焊接，焊接温度不超过320℃。这就导致封装盒体后续在进行内部器件等装配时相关的工艺温度必须控制在连接器焊接温度(320℃)以下，这有碍于产品内部器件的装配工艺方法选择，而且连接器与盒体的焊封会存在焊接质量不佳漏气等情况。同时盒体焊接了连接器以后还要保证最终封焊盖板与连接器之间预留安全距离，这样盒体的设计厚度一般至少要保证单边比连接器厚2mm以上，在一定程度上限制了封装盒体尺寸的进一步减小。

现有技术通过在盒体内部划分镀金区域和导电氧化区域，并将微波部件、隔离部件和控制部件采用分层排布或分腔排布的方式设置于一体化盒体内，达到盒体重要尺寸可靠保证，降低结构加工成本，实现容易装配和维护方便。然而并没有提及盒体上有微矩形连接器时如何排布该微矩形连接器以提高集成度。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种一体化盒体封装结构及其制作方法解决了微电子气密封装金属外壳尺寸太大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种一体化盒体封装结构，包括盒体和多芯连接器，所述多芯连接器包括连接器外壳和金属插针，所述盒体的侧壁上设有连接器外壳，所述连接器外壳内设有安装孔，所述金属插针烧结到安装孔中，所述金属插针与安装孔之间设有绝缘玻璃珠，所述金属插针与盒体内部的芯片连接，所述盒体上表面设有盖板。

进一步地：所述盒体、连接器外壳、金属插针和盖板的材质均为柯伐合金。

进一步地：所述绝缘玻璃珠的材质为铁封玻璃。

进一步地：所述金属插针为实心插针或带盲孔的插针。

一种一体化盒体封装结构的制作方法，包括以下步骤：

s1、在盒体进行机械加工时在盒体的侧壁上制作出连接器外壳和安装孔；

s2、将金属插针和绝缘玻璃珠装配到安装孔内并通过石墨夹具定位；

s3、将盒体放置在900℃以上的烧结炉中进行高温烧结；

s4、对烧结成整体的一体化盒体进行镀涂表面处理后进行盒体内部功能芯片的贴装；

s5、采用金属盖板对盒体进行激光封焊或平行封焊，形成一体化盒体封装结构。

进一步地：所述金属插针与安装孔的烧结方法为玻璃烧结法。

进一步地：所述连接器外壳可以设置在盒体的侧壁内。

本发明的有益效果为：本发明通过在盒体上直接加工出多芯连接器外壳并烧结相应插针形成自带气密连接器的封装盒体，与传统混合集成封装盒体分层设计或焊接气密连接器相比，可以进一步缩小封装盒体尺寸并大大拓宽了封装内部器件装配工艺温度的可选范围，在微电子封装领域具有重要的意义。

附图说明

图1为传统混合集成分层的封装方式示意图；

图2为焊接自气密连接器的封装方式示意图；

图3为本发明中多芯连接器盲孔插针的结构图；

图4为本发明中多芯连接器实心插针的结构图；

图5为本发明中多芯连接器内埋进盒体的结构图。

其中：1、盒体；2、连接器外壳；3、金属插针；4、安装孔；5、绝缘玻璃珠；6、盖板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图3所示，一种一体化盒体封装结构，包括盒体1和多芯连接器，所述多芯连接器包括连接器外壳2和金属插针3，所述盒体1的侧壁上设有连接器外壳2，所述连接器外壳2内设有安装孔4，所述金属插针3烧结到安装孔4中，所述金属插针3与安装孔4之间设有绝缘玻璃珠5，所述金属插针3与盒体1内部的芯片连接，所述盒体1上表面设有盖板6。

在本发明的一个实施例中，所述盒体1、连接器外壳2、金属插针3和盖板6的材质包括但不限于柯伐合金、不锈钢等。

在本发明的一个实施例中，所述绝缘玻璃珠5的材质为铁封玻璃。

如图3所示，所述金属插针3为实心插针，如图4所示，所述金属插针3为带盲孔的插针。

一种一体化盒体封装结构的制作方法，包括以下步骤：

s1、在盒体进行机械加工时在盒体的侧壁上制作出连接器外壳和安装孔；多芯连接器插座的加工位置不局限于盒体侧壁，可以根据使用需求排布在盒体的任何一个面。

s2、将金属插针和绝缘玻璃珠装配到安装孔内并通过石墨夹具定位；

s3、将盒体放置在900℃以上的烧结炉中进行高温烧结；所述金属插针与安装孔的烧结方法为玻璃烧结法。

s4、对烧结成整体的一体化盒体进行镀涂表面处理后进行盒体内部功能芯片的贴装；

s5、采用金属盖板对盒体进行激光封焊或平行封焊，形成一体化盒体封装结构。

如图5所示，所述连接器外壳可以设置在盒体的侧壁内。多芯连接器插座可以凸出盒体侧壁也可以内埋进盒体侧壁。

多芯连接器形式可以使标准形式的连接器(如d型连接器)，也可以是非标形式的连接器。

本发明通过在盒体上直接加工出多芯连接器外壳并烧结相应插针形成自带气密连接器的封装盒体，与传统混合集成封装盒体分层设计或焊接气密连接器相比，可以进一步缩小封装盒体尺寸并大大拓宽了封装内部器件装配工艺温度的可选范围，在微电子封装领域具有重要的意义。且本发明不局限于在气密封装盒体领域的应用，还可以应用到非气密封装盒体领域。