CN102956661B - 一种芯片封装方法及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芯片封装方法,包括以下步骤：步骤一：将缓冲基板、芯片与封装壳体连接为一体；步骤二：将一个光学窗口与步骤一制成的结构密封连接成一个封闭腔体。本发明还涉及一种芯片的封装结构，包括一个芯片、一个光学窗口、封装壳体和缓冲基板，封装壳体和所述光学窗口组成一个封闭腔体；缓冲基板位于封闭腔体内，缓冲基板上表面安装有芯片，缓冲基板下表面设有薄膜吸气剂；缓冲基板与所述封装壳体内壁之间有间隙。本发明所述的芯片封装方法及其结构，使芯片封装结构具有了抗机械冲击能力，实现芯片所需的真空环境，减小封装体积，降低封装成本。

Description

一种芯片封装方法及其封装结构

技术领域

本发明涉及一种半导体封装技术，尤其涉及一种芯片真空封装技术。

背景技术

红外成像技术越来越广泛地应用于工业传感、图象监测、汽车工业、消防搜救、甚至军事上的导航与夜视等领域。红外焦平面探测器制作技术是热成像实现技术的核心，而红外焦平面阵列探测器芯片密封封装技术是实现红外探测器成像的关键环节，红外焦平面阵列探测器芯片需要在真空下的密封环境中工作，否则无法发挥其测辐射热计的成像功能。

一般而言，红外焦平面阵列探测器高真空封装技术采用金属壳体作为密封腔，其典型结构如图1和图2所示，壳体2为一个开口的长方体腔体，其侧壁上制作了陶瓷结构件3，陶瓷结构件3与壳体2之间经过金属陶瓷共烧工艺进行了密封焊接，陶瓷结构件3上制作了金属焊盘31，金属焊盘31与壳体2侧壁外附着在陶瓷结构件3上的金属引线32是电连通的，这样，红外焦平面探测器芯片1经过金丝4与外部形成电连通，实现信号通信与控制，红外焦平面探测器芯片1贴装在热电制冷器（TEC）5上，热电制冷器（TEC）5贴装在壳体2底板上，与外部形成热通路，光学窗口6与壳体2之间密封焊接，这样，红外焦平面探测器芯片1就被密封在一个密闭环境中，外部光学信号通过光学窗口6入射到红外焦平面探测器芯片1，光学窗口6与壳体2形成的密封腔体需要保持高真空状态，在产品使用过程中，为了保证高真空长期寿命，在腔体内安装吸气剂7来吸附腔体内壁以及内部元件释放出来的气体，红外焦平面探测器芯片1的中央区域一般是敏感象元阵列，每个敏感象元一般是各种形式的微桥结构，非常脆弱，红外焦平面探测器芯片1安装在热电制冷器5上并最终固定在壳体2底板上，这种结构是一种刚性结构，现有红外焦平面探测器封装都是刚性结构，这就导致附着在红外焦平面探测器芯片上的微桥式敏感象元阵列难以承受强烈的机械冲击，尤其是在一些军事武器应用上，更是如此，一旦受到强烈机械冲击，会导致红外焦平面探测器芯片上的微桥式敏感象元阵列永久性损坏，使探测器失效，另外，现有封装结构中，采用的吸气剂7是需要通电激活的吸气剂，体积大，不方便安装，占用了宝贵的封装腔体空间，使封装整体结构较大，成本高昂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗强烈机械冲击能力强、体积小的红外焦平面阵列探测器等类似器件芯片的真空封装方法和芯片封装结构。

另外，本发明的另一个目的是提供一种抗强烈机械冲击能力强、维持高真空、体积小的红外焦平面阵列探测器等类似器件芯片封装结构。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种芯片封装方法，包括以下步骤：

步骤一：将缓冲基板、芯片与封装壳体连接为一体；

步骤二：将一个光学窗口与步骤一制成的结构密封连接成一个封闭腔体。

进一步，所述步骤一具体为：

a,在芯片的两侧制备金属焊盘；

b,制备一个缓冲基板，所述缓冲基板的两侧分别连接一缓冲结构，每个缓冲结构都与一脚边相连，缓冲基板下表面设有薄膜吸气剂;

c,制备一个封装壳体，使封装壳体为顶部开口的长方形腔体，在封装壳体开口处内侧四周制作台阶型焊接区域，在台阶型焊接区域的两侧内壁处分别制作一个台阶，台阶型焊接区域的另外两侧内壁处分别安装焊盘，并且使焊盘的高度高于所述台阶的高度，将位于封装壳体外部的金属针脚与金属焊盘电连通；

d,将芯片安装固定在缓冲基板上表面；

e,将分别位于缓冲基板两侧的两个脚边分别连接在所述两侧内壁处的两个台阶上,缓冲基板与封装壳体内壁之间有间隙；

f,将芯片上的金属焊盘与封装壳体上的焊盘电连通。

进一步，所述步骤b中缓冲结构为截面为Ω形的结构，或者缓冲结构为具有变形缓冲能力的平板。

进一步，所述步骤d中通过低放气率的粘胶剂或者合金焊料将芯片安装固定在缓冲基板上表面的中央位置。

进一步，所述步骤e中脚边通过低放气率的胶粘接在所述台阶上，或者通过合金焊料焊接在所述台阶上。

进一步，所述步骤f中通过金丝将芯片上的金属焊盘与所述封装壳体上的焊盘连接起来。

进一步，所述步骤c中还包括，在所述封装壳体内部底板上安装两个金属台，金属台与金属针脚电连通，通电激活吸气剂的两端分别与金属台连接。

进一步，所述步骤二具体为：

g,制备一个光学窗口；

h,将光学窗口与封装壳体的台阶型焊接区域密封连接。

进一步，所述步骤h中光学窗口通过密封粘接材料与所述台阶型焊接区域密封连接，或通过合金焊料与所述台阶型焊接区域密封焊接。

根据板发明的另一个目的，提供一种芯片封装结构，包括一个芯片、一个光学窗口、封装壳体，具有缓冲能力的缓冲基板。所述封装壳体和所述光学窗口组成一个封闭腔体；所述芯片和所述缓冲基板位于所述封闭腔体内；所述芯片安装于所述缓冲基板上表面，所述缓冲基板与所述封装壳体内壁之间有间隙，所述缓冲基板下表面设有薄膜吸气剂。

进一步，所述芯片的两侧设有金属焊盘；所述封装壳体为顶部开口的长方形腔体，所述封装壳体开口处内侧四周设有台阶型焊接区域，所述台阶型焊接区域的两侧内壁处分别设有一个台阶，所述台阶型焊接区域的另外两侧内壁处分别设有焊盘，所述焊盘的高度高于所述台阶的高度，位于封装壳体外部的金属针脚与所述焊盘电连通；所述缓冲基板的两侧分别连接一缓冲结构，所述每个缓冲结构都与一脚边相连，所述脚边与所述封装壳体上的台阶连接；所述芯片上的金属焊盘与所述封装壳体上的焊盘电连通。

进一步，所述缓冲结构为截面为Ω形的结构，或者所述缓冲结构为具有变形缓冲能力的平板。

进一步，所述芯片上的金属焊盘通过金丝与所述封装壳体上的焊盘电连通。

进一步，所述光学窗口通过密封粘接材料或合金焊接材料与所述台阶型焊接区域密封连接。

进一步，所述缓冲基板的两个脚边通过低放气率的胶或者合金焊料连接在所述两侧内壁处的两个台阶上。

进一步，所述芯片通过低放气率的胶或者合金焊料安装在缓冲基板的上表面的中央位置。

进一步，所述封装壳体内部底板上设有两个金属台，所述金属台与所述金属针脚电连通，所述通电激活吸气剂的两端分别与所述金属台连接。

本发明的有益效果是：本发明改变了传统的刚性红外焦平面阵列探测器等类似器件芯片的封装结构，使芯片封装结构具有了抗机械冲击能力，并且在遭受机械冲击过程中，依然具备可靠的工作状态，同时将薄膜吸气剂附着在缓冲基板下表面，既极大地节省了空间，也实现了红外焦平面探测器芯片工作需要的真空环境操持，本发明还显著简化了红外焦平面阵列探测器等类似器件芯片的封装结构，减小了封装体积，降低了封装成本。

附图说明

图1为现有芯片封装典型结构示意图；

图2为现有芯片封装典型结构分解示意图；

图3为本发明所述的芯片封装结构示意图；

图4为本发明所述的芯片封装结构分解示意图；

图5为本发明所述的封装壳体结构示意图；

图6为本发明所述的缓冲基板结构示意图；

图7为本发明所述的缓冲基板下表面结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

A、封装壳体，A1、台阶，A2、金属台，A3、焊盘，A4、台阶型焊接区域，A5、金属针脚，B、芯片，B1、金属焊盘，C、光学窗口，D、通电激活吸气剂，F、缓冲基板，F1、薄膜吸气剂，F2、脚边，F3、缓冲结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明所述的一种芯片封装方法，步骤如下：如图5所示，制备一个封装壳体A，使所述封装壳体为顶部开口的长方形腔体，在所述封装壳体开口处内侧制作一个台阶型焊接区域A4，在台阶型焊接区域A4的两侧内壁分别制作一个台阶A1，台阶型焊接区域A4的另外两侧内壁分别安装焊盘A3，并且使焊盘A3的高度大于所述台阶的高度，将位于封装壳体外部的金属针脚A5与焊盘A3电连通；封装壳体内部底板上安装两个金属台A2，金属台A2与金属针脚A5电连通，封装壳体A的主体材料为陶瓷。如图3所示，通电激活吸气剂D的两端分别与金属台A5连接。这两个金属台A2与封装壳体A外部的金属针脚A5也是电连通的，这样，通过外部的金属针脚A5，就可以通电激活吸气剂D，电激活式吸气剂D可以根据需要选择安装或不安装。

如图6和7所示，制备一个缓冲基板F，缓冲基板F的两侧分别连接一缓冲结构F3，每个缓冲机构F3都与一脚边F2相连；在缓冲基板F下表面安装薄膜吸气剂F1。缓冲结构F3的截面为Ω形。缓冲结构F3不限于上述形式，也可以是具有缓冲功能的其他结构，甚至是具有形变缓冲能力的平板。缓冲基板F材料可以采用良导热或者绝热材料。

如图3和4所示的芯片封装结构，封装壳体A和光学窗口C组成一个封闭腔体。光学窗口C通过密封粘接材料与所述台阶型焊接区域A4密封连接，或通过合金焊料与所述台阶型焊接区域A4密封焊接。芯片B和缓冲基板F位于封闭腔体内；芯片B通过低放气率的胶或者合金焊料安装于缓冲基板上表面的中央位置。芯片B为红外焦平面阵列探测器等类似器件芯片，红外焦平面阵列探测器芯片的中间部分为像元阵列，可以通过红外光学窗口C，接收外部场景的辐射，以获得外部热图象。缓冲基板F与封装壳体A内壁之间有间隙，这样保证了密封结构内芯片B上部空间与缓冲基板F下部空间连通，使薄膜吸气剂F3的真空保持能力在整个密封腔体内有效。缓冲基板F上的脚边F2通过低放气率的胶粘接在封装壳体A的台阶A1上，或者脚边F2通过合金焊料焊接到封装壳体A的台阶A1上；芯片B上的金属焊盘B1通过金丝E与封装壳体A上的焊盘A3电连通。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。

Claims (15)

1.一种芯片封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将缓冲基板、芯片与封装壳体连接为一体结构，将所述芯片安装固定在所述缓冲基板上表面，且所述缓冲基板可采用良导热或者绝热材料；

步骤二：将一个光学窗口与步骤一制成的结构密封连接成一个封闭腔体；

所述步骤一具体为：

a,在芯片的两侧制备金属焊盘；

b,制备一个缓冲基板，所述缓冲基板的两侧分别连接一缓冲结构，所述每个缓冲结构都与一脚边相连，缓冲基板下表面设有薄膜吸气剂；

c,制备一个封装壳体，使所述封装壳体为顶部开口的长方形腔体，在所述封装壳体开口处内侧四周制作台阶型焊接区域，在台阶型焊接区域的两侧内壁处分别制作一个台阶，台阶型焊接区域的另外两侧内壁处分别安装焊盘，并且使焊盘的高度高于所述台阶的高度，将位于封装壳体外部的金属针脚与金属焊盘电连通；

d,将分别位于缓冲基板两侧的两个脚边分别连接在所述两侧内壁处的两个台阶上,缓冲基板与封装壳体内壁之间有间隙；

e,将芯片上的金属焊盘与封装壳体上的焊盘电连通。

2.根据权利要求1所述的一种芯片封装方法，其特征在于：所述步骤b中缓冲结构为截面为Ω形的结构，或者缓冲结构为具有变形缓冲能力的平板。

3.根据权利要求1所述的一种芯片封装方法，其特征在于：所述步骤d中脚边通过低放气率的胶粘接在所述台阶上，或者通过合金焊料焊接在所述台阶上。

4.根据权利要求1所述的一种芯片封装方法，其特征在于：所述步骤e中通过金丝将芯片上的金属焊盘与所述封装壳体上的焊盘连接起来。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种芯片封装方法，其特征在于：所述步骤c中还包括，在所述封装壳体内部底板上安装两个金属台，金属台与金属针脚电连通，通电激活吸气剂的两端分别与金属台连接。

6.根据权利要求1至4任一所述的一种芯片封装方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

f,制备一个光学窗口；

g,将光学窗口与封装壳体的台阶型焊接区域密封连接。

7.根据权利要求6所述的一种芯片封装方法，其特征在于：所述步骤g中光学窗口通过密封粘接材料与所述台阶型焊接区域密封连接，或通过合金焊料与所述台阶型焊接区域密封焊接。

8.根据权利要求1所述的一种芯片封装方法，其特征在于：通过低放气率的粘胶剂或者合金焊料将芯片安装固定在缓冲基板上表面的中央位置。

9.一种芯片封装结构，包括一个芯片、一个光学窗口、封装壳体，其特征在于：还包括具有缓冲能力的缓冲基板，所述封装壳体和所述光学窗口组成一个封闭腔体；所述芯片和所述缓冲基板位于所述封闭腔体内；所述芯片安装于所述缓冲基板上表面，且所述缓冲基板采用良导热或者绝热材料，所述缓冲基板与所述封装壳体内壁之间有间隙，所述缓冲基板下表面设有薄膜吸气剂；

所述芯片的两侧设有金属焊盘；所述封装壳体为顶部开口的长方形腔体，所述封装壳体开口处内侧四周设有台阶型焊接区域，所述台阶型焊接区域的两侧内壁处分别设有一个台阶，所述台阶型焊接区域的另外两侧内壁处分别设有焊盘，所述焊盘的高度高于所述台阶的高度，位于封装壳体外部的金属针脚与所述焊盘电连通；所述缓冲基板的两侧分别连接一缓冲结构，所述每个缓冲结构都与一脚边相连，所述脚边与所述封装壳体上的台阶连接；所述芯片上的金属焊盘与所述封装壳体上的焊盘电连通。

10.根据权利要求9所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述缓冲结构为截面为Ω形的结构，或所述缓冲结构为具有变形缓冲能力的平板。

11.根据权利要求9所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述芯片上的金属焊盘通过金丝与所述封装壳体上的焊盘电连通。

12.根据权利要求9所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述光学窗口通过密封粘接材料或合金焊接材料与所述台阶型焊接区域密封连接。

13.根据权利要求9所述的一种芯片封装结构，其特征在于：分别位于所述缓冲基板两侧的两个脚边通过低放气率的胶或者合金焊料分别连接在所述两侧内壁处的两个台阶上。

14.根据权利要求9所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述芯片通过低放气率的胶或者合金焊料安装在缓冲基板的上表面的中央位置。

15.根据权利要求9至14任一所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述封装壳体内部底板上设有两个金属台，所述金属台与所述金属针脚电连通，通电激活吸气剂的两端分别与所述金属台连接。