CN102157499A - 基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块及其制作方法 - Google Patents

基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块及其制作方法，首先设计电路的电路版图，利用LTCC技术工艺制作电路基板；对LTCC基板进行通断测试、清洗、烘干，将其粘接到金属壳体中；对分立器件进行筛选，利用贴片机将分立器件粘接到LTCC基板的对应位置上，并进行高温固化；对LTCC基板及金属壳体进行等离子清洗，选用金丝先进行裸芯片与LTCC基板之间的金丝键合，然后实现管脚引线和LTCC基板间的互连；进行电性能测试，合格的模块进行气密性封焊，将金属壳体及配套金属盖板封焊，再对模块进行电测试，合格后针对模块进行气密性检测、环境试验，最终测试合格的模块入库。本发明的优点是：体积小，重量轻，完全与外界环境隔离，具有较高的可靠性、稳定性。

Description

基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块及其制作方法
【技术领域】
本发明属于混合集成电路领域，特别是一种基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块及其制作方法。
【背景技术】
目前国内的混合集成电路多使用传统的PCB板及分立器件制作而成，电路的集成度较低且电路的面积、体积较大，稳定性相对较差。随着LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)技术的发展和应用，电路越发小型化和稳定化；全金属外壳封装技术使整个模块免受外部环境的干扰，性能更加稳定、可靠。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块，将原使用分立器件的电路制作成模块，实现体积小、重量轻且性能更加稳定、可靠的目的。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种上述基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块，由利用低温共烧陶瓷工艺制作而成的低温共烧陶瓷电路基板、金属壳体、壳体配套盖板以及混合集成电路需要的分立器件组成，其中低温共烧陶瓷电路基板固定在金属壳体中，分立器件固定在低温共烧陶瓷电路基板上，壳体配套盖板盖在装有低温共烧陶瓷电路基板的金属壳体上。
所述分立器件包括裸芯片、电容、电阻。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之二的：一种所述基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法，包括下述步骤：
步骤1：首先利用PCB版图设计软件设计电路的电路基板的版图，利用低温共烧陶瓷工艺制作低温共烧陶瓷电路基板；
步骤2：对制作完成的低温共烧陶瓷电路基板进行通断测试，对测试合格的低温共烧陶瓷电路基板进行清洗，然后在干燥箱中烘干，温度90～110℃，时间10～25分钟，优选100℃，15分钟；选择绝缘环氧胶，利用真空烘箱设备将低温共烧陶瓷电路基板粘接到金属壳体中，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时，优选130℃，1小时；
步骤3：对分立器件进行筛选，利用贴片机，采用导电环氧胶将各分立器件粘接到低温共烧陶瓷电路基板的对应位置上，并利用真空烘箱进行高温固化，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时，优选120℃，2小时；
步骤4：待分立器件固化后，对粘有分立器件的低温共烧陶瓷电路基板及金属壳体进行等离子清洗，等离子清洗功率为500W，时间1～3分钟，选用规格为25μm的金丝先进行裸芯片与低温共烧陶瓷电路基板之间的金丝键合，然后实现金属壳体的管脚引线和低温共烧陶瓷电路基板之间的互连，完成整个电路模块的互连；
步骤5：对互连后的模块进行电性能测试，电测试合格的模块利用平行缝焊设备进行气密性封焊，将装有低温共烧陶瓷电路基板的金属壳体以及配套金属盖板封焊，再对模块进行电测试，电测试合格后，针对模块进行气密性检测、环境试验，最终测试合格的模块入库。
步骤2中，在干燥箱中烘干，优选温度100℃，时间15分钟；优选固化温度130℃，固化时间1小时。
步骤3中，优选固化温度120℃，固化时间2小时。
本发明的优点是：
1、该模块与传统的电路相比，体积小，重量轻，为整个系统减小体积、重量提供了空间；
2、该模块采用全金属管壳封装，完全与外界环境隔离，具有较高的可靠性、稳定性。
【附图说明】
图1为本发明基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的外形结构示意图。
图2为本发明一实施例的电路原理框图示意图。
图3为本发明一实施例的电路原理示意图。
图4为本发明一实施例的引脚示意图。
图5为本发明一实施例的LTCC电路板布局示意图。
【具体实施方式】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
请参阅图1，该本发明基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块由利用LTCC工艺制作而成的LTCC电路基板1、金属壳体2、壳体配套盖板3以及混合集成电路需要的分立器件组成，分立器件包括裸芯片、电容、电阻等。
LTCC电路基板1固定在金属壳体2中，分立器件固定在LTCC电路基板1上，壳体配套盖板3盖在装有LTCC电路基板1的金属壳体2上。
该基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的具体制作方法如下：
步骤1：首先利用PCB版图设计软件设计电路的电路基板的版图，版图包括电路的信号布线层、电源布线层、网格地层、印刷电阻层、环氧保护层等，利用LTCC工艺制作LTCC电路基板1；
步骤2：对制作完成的LTCC电路基板1进行通断测试，对测试合格的LTCC电路基板1进行清洗，然后在干燥箱中烘干，温度90～110℃，时间10～25分钟，优选100℃，15分钟；选择绝缘环氧胶，利用真空烘箱设备将LTCC电路基板1粘接到金属壳体2中，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时，优选130℃，1小时；
步骤3：对电容、电阻、裸芯片等分立器件进行筛选，选择高可靠性电容、电阻、裸芯片。利用贴片机，采用导电环氧胶将各电容、电阻、裸芯片粘接到LTCC电路基板1的对应位置上，并利用真空烘箱进行高温固化，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时，优选120C，2小时；
步骤4：待裸芯片、电容、电阻固化后，对粘有电容、电阻、裸芯片的LTCC电路基板1及金属壳体2进行等离子清洗，等离子清洗功率为500W，时间1～3分钟，从而改善裸芯片、LTCC电路基板1、金属壳体2管脚引线上焊盘的表面性能，使其更易进行金丝键合；选用规格为25μm的金丝先进行裸芯片与LTCC电路基板1之间的金丝键合，然后实现金属壳体2的管脚引线和LTCC电路基板1之间的互连，完成整个电路模块的互连；
步骤5：对互连后的模块进行电性能测试，电测试合格的模块利用平行缝焊设备进行气密性封焊，将装有LTCC电路基板1的金属壳体2以及配套金属盖板3封焊，再对模块进行电测试，电测试合格后，针对模块进行气密性检测、环境试验，最终测试合格的模块入库。
至此，合格的模块完全制作成功。
请参阅图2，为采用LTCC技术制作的同步器信号处理电路模块中同步器信号处理电路的原理框图。同步器信号处理电路的原理示意图如图3所示，制作出的同步器信号处理电路模块的引脚示意图如图4所示。图5为采用LTCC工艺制作的同步器信号处理电路基板布局示意图。
请参阅图2，该同步器信号处理电路由运算放大器电路、比较器电路、模拟开关电路组成。交流同步器角位移信号和激磁信号分别进入运算放大器电路以及比较器电路，运算放大器电路以及比较器电路将信号进行处理后送入模拟开关电路，模拟开关电路产生的信号再进入运算放大器电路进入，经运算放大电路处理后作为输出信号输出。利用比较器电路、运算放大器电路、模拟开关电路及设计相应的电阻、电容值，将输入的交流同步器角位移信号和激磁信号转换成直流角位移信号输出。
请同时参阅图3，所述的运算放大电路由运算放大器芯片N1以及电阻R1～R5、R7～R10、R12～R17，电容C1、C2组成。输入的交流同步器角位移信号由该运算放大电路进入，经运算放大电路处理后送入模拟开关电路；同时，模拟开关电路产生的信号再由此运算放大电路进入，经运算放大电路处理后作为输出信号输出。
所述的比较器电路由比较器芯片N3，电阻R18～R22以及电容C9、C10组成。输入的激磁信号由此电路进入，经比较器电路处理后送入模拟开关电路。
所述的模拟开关电路由模拟开关芯片N2，电阻R6、R11以及电容C3、C4、C5、C6、C7、C8组成。输入的交流同步器角位移信号经运算放大电路处理后由此电路进入，作为该电路的输入信号；输入的激磁信号经比较器电路处理后送入模拟开关电路，作为模拟开关电路的控制信号。
同步器信号处理模块的主要功能如下：
1)将交流同步器角位移信号转换为直流角位移信号；
2)具有通用化功能，通过外接电路可以实现多种同步器线电压和激磁电压的输入要求。
采用LTCC技术制作制作的同步器信号处理模块的输出信号计算所得同步器的角度精度如下：
0°～15°优于±0.5°
15°～60°优于±1.2°
60°～360°优于±2％
请同时参阅图4，为模块各引脚示意图，模块中各功能引脚的定义如下：
  引脚   名称   描述
  Pin1   S1   交流同步器角位移信号输入端
  Pin2   S2   交流同步器角位移信号输入端
  Pin3   S3   交流同步器角位移信号输入端
  Pin4   REFLH   激磁信号输入端
  Pin5   REFLO   激磁信号输入端
  Pin6   GNDS   管壳引脚接外壳
  Pin7   AGND   管壳引脚接模拟地
  Pin8   RCOS   信号输出端
  Pin9   RSIN   信号输出端
  Pin10   +15V   +15V电压输入端
  Pin11   AGND   接模拟地
  Pin12   -15V   -15V电压输入端
  Pin13   NC   不连接(NO CONNECTION)
  Pin14   +5V   +5V电压输入端
具体模块电路实施方案如下：
交流同步器角位移信号由Pin1、Pin2、Pin3输入，考虑到目前使用的同步器有多种，此时需要根据同步器种类设计一电阻网络，使同步器信号处理模块与输入信号匹配。
激磁信号由Pin4、Pin5输入，同样考虑到目前使用的激磁电源有多种，需要根据激磁电源的输出电压种类设计一电阻使其电压压降到合适大小，进而同步器信号处理模块与激磁输入信号匹配。
剩余的引脚按照引脚定义端接。
按照LTCC技术制作的同步器信号处理电路模块，该同步器信号处理模块的尺寸约为20mm×15mm×4.7mm，重量约为5克；与传统的电路相比，体积小，重量轻，为整个系统减小体积、重量提供了空间；该同步器信号处理模块的关键电阻均采用印刷电阻，并采用激光调阻，其阻值精度优于0.8％，相比于贴片电阻，精度要高得很多，最终其输出的精度较高；该同步器信号处理模块采用全金属管壳封装，完全与外界环境隔离，具有较高的可靠性、稳定性；该同步器信号处理模块具有很高的通用性，通过外接电路可以实现多种同步器线电压和激磁电压的输入要求；该同步器信号处理模块具有将交流同步器角位移信号转换为直流角位移信号的功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块，其特征在于：由利用低温共烧陶瓷工艺制作而成的低温共烧陶瓷电路基板、金属壳体、壳体配套盖板以及混合集成电路需要的分立器件组成，其中低温共烧陶瓷电路基板固定在金属壳体中，分立器件固定在低温共烧陶瓷电路基板上，壳体配套盖板盖在装有低温共烧陶瓷电路基板的金属壳体上。
2.如权利要求1所述的基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块，其特征在于：所述分立器件包括裸芯片、电容、电阻。
3.一种如权利要求1或2所述的基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1：首先利用PCB版图设计软件设计电路的电路基板的版图，利用低温共烧陶瓷工艺制作低温共烧陶瓷电路基板；
步骤2：对制作完成的低温共烧陶瓷电路基板进行通断测试，对测试合格的低温共烧陶瓷电路基板进行清洗，然后在干燥箱中烘干，温度90～110℃，时间10～25分钟；选择绝缘环氧胶，利用真空烘箱设备将低温共烧陶瓷电路基板粘接到金属壳体中，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时；
步骤3：对分立器件进行筛选，利用贴片机，采用导电环氧胶将各分立器件粘接到低温共烧陶瓷电路基板的对应位置上，并利用真空烘箱进行高温固化，固化温度100～150℃，固化时间1～2小时；
步骤4：待分立器件固化后，对粘有分立器件的低温共烧陶瓷电路基板及金属壳体进行等离子清洗，等离子清洗功率为500W，时间1～3分钟，选用规格为25μm的金丝先进行裸芯片与低温共烧陶瓷电路基板之间的金丝键合，然后实现金属壳体的管脚引线和低温共烧陶瓷电路基板之间的互连，完成整个电路模块的互连；
步骤5：对互连后的模块进行电性能测试，电测试合格的模块利用平行缝焊设备进行气密性封焊，将装有低温共烧陶瓷电路基板的金属壳体以及配套金属盖板封焊，再对模块进行电测试，电测试合格后，针对模块进行气密性检测、环境试验，最终测试合格的模块入库。
4.如权利要求3所述的基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法，其特征在于：步骤2中，在干燥箱中烘干，温度100℃，时间15分钟；固化温度130℃，固化时间1小时。
5.如权利要求3所述的基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法，其特征在于：步骤3中，固化温度120℃，固化时间2小时。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wu Huaxia

Inventor after: Liu Jinsong

Inventor after: Wang Hua

Inventor after: Hong Huofeng

Inventor after: Wang Xiaoyan

Inventor after: Zhou Qinghong

Inventor after: Xia Ping

Inventor before: Wu Huaxia

Inventor before: Liu Jinsong

Inventor before: Wang Hua

Inventor before: Hong Feng

Inventor before: Wang Xiaoyan

Inventor before: Zhou Qinghong

Inventor before: Xia Ping

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WU HUAXIA LIU JINSONG WANG HUA HONG FENG WANG XIAOYAN ZHOU QINGHONG XIA PING TO: WU HUAXIA LIU JINSONG WANG HUA HONG HUOFENG WANG XIAOYAN ZHOU QINGHONG XIA PING

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: 241000 Emshan Road, Yijiang District, Wuhu City, Anhui Province

Patentee after: ANHUI HUADONG PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY INSTITUTE Co.,Ltd.

Address before: 241000 China Yijiang science and Technology Park, Yijiang high tech Development Zone, Wuhu, Anhui

Patentee before: Anhui Huadong Polytechnic Institute

CP03 Change of name, title or address