CN103456699A - 集成电路封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成电路封装结构，包括金属管壳和双面均设置有表贴器件和裸芯片的基板，基板引出通过锡焊连接的引脚，引脚上套设有由下方支撑基板的支撑环；金属管壳内的上、下内表面上与表贴器件或裸芯片中的发热器件相对应的位置设置有散热结构，散热结构包括凸出设置于金属管壳内的内表面上并与发热器件相对应的导热凸台、一面与导热凸台相接触而另一面与发热器件的顶部相接触的散热垫；金属管壳包括通过平行缝焊或激光焊实现气密性封装的管壳底座和管壳盖板。本发明的集成电路封装结构能够实现双面布局的基板的封装，提高集成电路的集成度，使基板双面的发热器件均能够实现较好的散热，保证了电路的可靠性并起到抗冲击的作用，加工工艺简单。

Description

集成电路封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路的封装结构及封装方法，尤其是一种散热性能优异的封装结构及封装方法。

背景技术

公知的厚膜组装金属管壳结构封装技术，一般是在基板的正面进行表贴器件或裸芯片的组装；基板的背面仅布线或分布膜状器件，使整个背面是平整的；然后基板背面通过粘接的方式实现与管壳连接，最后管壳与盖片缝焊，实现金属管壳全气密性封装结构。这种封装结构的缺点在于：这是一种常规的气密性封装设计，集成度相对较低，发热器件无法与管壳间建立散热通道，热量没办法直接传导到管壳。

申请号为200810086940.1，名为《具有散热片隔离结构的集成电路封装系统》的发明专利，公开了一种集成电路封装方法，包括：提供封装基板；将集成电路芯片贴附在封装基板上方，其中，集成电路芯片具有安装高度；贴附附着结构，该附着结构的高度大体与上述安装高度相同，并且预先确定该附着结构的平面尺寸，以适应相邻的集成电路芯片并位于封装基板上方；将散热装置贴附在集成电路芯片和附着结构上方。该方法的缺点是：散热装置贴附在集成电路芯片和附着结构上方将热量散发出去，但不是在气密性的金属性管壳内将集成电路芯片的热量传到出去。

申请号为201210535005.5，名为《一种集成电路气密性封装散热结构》的发明专利涉及一种集成电路气密性封装散热结构，包括外壳或基板和倒扣焊芯片，所述倒扣焊芯片用软焊料与热沉焊接在一起，热沉的一周与焊框通过钎焊料钎焊在一起，再将焊框与外壳或基板上的密封环焊接在一起，形成气密性封装。该气密性封装散热结构的缺点为：此专利主要强调气密性散热结构设计，没有涉及内部元器件的热量传递的途径和散热方式。

由此可见，现有的封装技术中，并不能同时兼顾器件散热和气密性封装两方面的封装结构以及封装方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种既建立有器件散热的散热通道、又能够实现气密性封装的集成电路封装结构及其采用的封装方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种集成电路封装结构，包括金属管壳和安装于所述的金属管壳中且双面均设置有表贴器件和裸芯片的基板，所述的基板引出有与金属管壳相固定并连接至所述的金属管壳外的引脚，所述的引脚与所述的基板通过锡焊连接，且所述的引脚上套设有位于所述的基板和所述的金属管壳之间并由下方支撑所述的基板的支撑环；所述的金属管壳内的上、下内表面上与所述的表贴器件或所述的裸芯片中的发热器件相对应的位置设置有散热结构，所述的散热结构包括凸出设置于所述的金属管壳内的内表面上并与所述的发热器件相对应的导热凸台、一面与所述的导热凸台相接触而另一面与所述的发热器件的顶部相接触的散热垫；所述的金属管壳包括管壳底座和管壳盖板，所述的管壳底座和所述的管壳盖板通过平行缝焊或激光焊实现气密性封装。

优选的，所述的管壳底座和所述的管壳盖板上均设置有一体成型的所述的导热凸台。

优选的，所述的引脚与所述的基板间采用通孔式结构，所述的基板上开设有与所述的引脚相对应的通孔，所述的引脚穿设在所述的通孔中并与所述的基板通过锡焊相连接。

优选的，所述的支撑环为瓷环。

一种上述集成电路封装结构的封装方法，其包括：

（1）在基板的双面组装表贴器件和裸芯片；定制具有与所述的表贴器件或所述的裸芯片中的发热器件相对应的导热凸台的管壳底座和管壳盖板，所述的管壳底座上连接有若干引脚；

（2）将支撑环套设在所述的引脚上并固定，使所述的支撑环与所述的管壳底座相平整接触；

（3）在所述的管壳底座上的所述的导热凸台上设置散热垫；

（4）将组装有所述的表贴器件和所述的裸芯片的基板套在所述的引脚上，再轻按平整，使所述的基板下方的所述的发热器件、所述的散热垫、所述的管壳底座上的所述的导热凸台紧密接触形成散热结构；然后将所述的引脚和所述的基板锡焊固定；

（5）在所述的管壳盖板上的所述的导热凸台上设置散热垫；

（6）将所述的管壳盖板覆盖在所述的管壳底座上，使所述的基板上方的所述的发热器件、所述的散热垫、所述的管壳盖板上的所述的导热凸台紧密接触形成散热结构，并将所述的管壳盖板和所述的管壳底座进行平行缝焊或激光焊实现气密性封装。

所述的步骤（2）中，所述的支撑环采用绝缘胶固定在所述的引脚上。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）本发明的集成电路封装结构能够实现双面布局的基板的封装，在提高集成电路的集成度的同时，在发热器件与管壳间建立散热通道，能够使基板双面的发热器件均能够实现较好的散热，保证了电路的可靠性并起到抗冲击的作用；

（2）引脚套设支撑环来起到支撑和固定作用，保证了电路的抗冲击性要求，满足电路的高可靠性要求；

（3）采用平行缝焊或激光焊进行封装，实现了金属管壳的全气密性、高可靠性、抗冲击性等要求，并满足发热器件的散热结构的设计要求，使得加工工艺简单易操作；

（4）引脚与基板间采用锡焊工艺实现连接，能够保证基板与管壳件的可靠性链接。

附图说明

附图1为本发明的集成电路封装结构的主视剖视图。

附图2为本发明的管壳底座的主视剖视图。

附图3为本发明的管壳底座的俯视图。

附图4为本发明的管壳盖板的主视图。

附图5为本发明的管壳盖板的仰视图。

附图6为本发明的集成电路封装结构的封装方法的流程图。

以上附图中：1、金属管壳；2、基板；3、发热器件；4、管壳底座；5、管壳盖板；6、内腔；7、引脚；8、锡焊材料；9、支撑环；10、散热结构；11、导热凸台；12、散热垫；13、待焊接缝；14、表贴器件；15、裸芯片。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。一种集成电路封装结构，包括金属管壳1和安装于金属管壳1中且双面均设置有表贴器件14和裸芯片15的基板2。基板2采用氧化铍、Al₂O₃或PCB等其他可以作为电路基板的材料制成，具有一定的抗机械冲击能力，具有选材通用的特点。表贴器件14和裸芯片15中具有发热器件3（即功率器件）需要在封装结构中设计散热通路。

金属管壳1包括管壳底座4和管壳盖板5，其中，管壳底座4为具有一向上开口的盒状结构，而管壳盖板5则覆盖在该开口上，使得管壳底座4和管壳盖板5构成一完整的金属管壳1并形成一内腔6，设置有表贴器件14和裸芯片15的基板2就固设在该内腔6中。基板2具有上、下两个面，且这两个面分别与金属管壳1的上内表面（位于管壳盖板5上）和下内表面（位于管壳底座4上）相对。管壳底座4上固设有若干引脚7，该引脚7的上端由基板2引出，其下端与金属管壳1相固定并连接至金属管壳1外。金属管壳1选用镀金或镀镍的可伐钢或相当性能的材料产品。

该集成电路封装结构所采用的主要技术方案如下：

（1）引脚7与基板2采用通孔式结构并通过锡焊连接，基板2上开设有与引脚7相对应的通孔，引脚7穿设在通孔中并与基板2通过锡焊相连接。基板2上通孔周围的材料要求能够满足锡焊的需求，而通孔的尺寸大小和间距则依据引脚7的尺寸和间距而确定。焊接所选用的锡焊材料8为焊膏RHG55或相当性能的焊接材料。

（2）引脚7上套设有位于基板2和金属管壳1之间并由下方支撑基板2的支撑环9。该支撑环9采用瓷环或性能相当的材料制成的环状构件。支撑环9除了能够起到支撑作用以外，还能够保证基板2和金属管壳1件的可靠距离，加强电路的可靠性。本实施例中采用的支撑环，为Al₂O₃材料的瓷环或相当性能材料的产品。

（3）金属管壳1内的上、下内表面上与发热器件3相对应的位置设置有散热结构10。散热结构10包括凸出设置于金属管壳1内的内表面上并与发热器件3相对应的导热凸台11、一面与导热凸台11相接触而另一面与发热器件3的顶部（发热器件3的顶部指器件安装于基板2上后远离基板2的那一面，对于安装于基板2上表面上的器件来说，其顶面是指其朝向上方的表面，而对于安装于基板2下表面上的器件来说，其顶面则是指其朝向下方的表面）相接触的散热垫12。参见附图2至附图5所示，管壳底座4和管壳盖板5上均设置有一体成型的导热凸台11，该导热凸台11是凸出的台阶状结构，其所在位置与基板2上的发热器件3相对应。而散热垫12选用具有一定粘接力和散热率的导热材料。

瓷环套装在金属管壳1的引脚7上，可以用绝缘胶进行加固。瓷环的高度方向尺寸由以下条件决定：基板2下表面组装的发热器件3与金属管壳1的导热凸台11（具体为管壳底座上的导热凸台11）间增加散热材料（散热垫12）后能紧密配合，同时对基板2起到支撑作用。基板2上通孔所连接的引脚7通过锡焊的方式实现与金属管壳1的引线间的电学连接，同时起到对基板2的固定作用。

为了保证表贴发热器件3的散热通道，一般根据所有器件的最大高度和发热器件3的位置定制具有导热凸台11的管壳底座4和管壳盖板5，解决了一般金属管壳1无法预留散热通道的问题。导热凸台11的位置依据发热器件3而定，导热凸台11的高度尺寸要保证发热器件3与导热凸台11间通过散热垫12而紧配合，同时防止其它器件安装后接触管壳底座4或管壳盖板5而造成短路。导热凸台11能起到机械支撑、物理保护作用，对发热器件3提供有效的散热通道的作用；金属管壳1内部的引脚7的长度满足上述要求的同时，能与基板2可靠锡焊。

上述散热结构10可以使得基板2两面的发热器件3的顶部均能够与管壳之间建立散热通道，发热器件3所发的热量通过该散热结构10传导到金属管壳1而散发出去。散热垫12作为热传导的介质，采用具有一定粘接性的导热材料制程，通过其粘接性可以实现其固定，以满足相关要求。

现有的常规管壳底部平整，有利于基板2粘接，但无法实现散热通道的建立。而上述具有导热凸台11的金属管壳1，能够为基板2正背面发热器件3均提供散热通道，并满足气密性和可靠性的要求。

（4）管壳底座4和管壳盖板5通过平行缝焊或激光焊实现气密性封装。该管壳底座4的开口处具有阶梯结构，使得管壳盖板5能够通过该阶梯结构而卡合于管壳底座4的开口位置而形成待焊接缝13，在该待焊接缝13处采用平行缝焊或激光焊。平行缝焊或激光焊具有气密性好，可靠性高，易操作等特点。

常规的集成电路的封装结构是在基板2的正面（上表面）布局表贴器件14，无表贴器件14的背面（下表面）粘接在金属管壳1的底部，热量只能通过基板2传导到管壳，无法实现正面器件顶部的散热通道。而上述封装结构则在双面均具有散热通道以满足双面发热器件3的散热需要，能满足一定的可靠性和气密性要求，且其加工难度降低、易操作。

上述集成电路封装结构采用的封装方法，如附图6所示，具有如下步骤：

（1）在基板2的双面组装表贴器件14和裸芯片15；定制具有与表贴器件14或裸芯片15中的发热器件3相对应的导热凸台11的管壳底座4和管壳盖板5，其中，管壳底座4上连接有若干引脚7。

（2）将支撑环9套设在引脚7上并用绝缘胶加以固定，使每个支撑环9均与管壳底座4相平整接触。其中，绝缘胶采用绝缘环氧H77或相当性能的材料。

（3）在管壳底座4上的导热凸台11上设置散热垫12，散热垫12的尺寸大小合适并选用具有一定粘接力的散热垫材料，散热垫材料的粘接力主要用于固定，能满足相应试验要求。

（4）将组装有表贴器件14和裸芯片15的基板2套在引脚7上，再轻按平整，使基板2下方的发热器件3、散热垫12、管壳底座4上的导热凸台11紧密接触形成散热结构10。然后将引脚7和基板2锡焊固定。

（5）在管壳盖板5上的导热凸台11上设置散热垫12，同样的，散热垫12的尺寸大小合适并选用具有一定粘接力的散热垫材料，散热垫材料粘接力主要用于固定，能满足相应试验要求。

（6）将管壳盖板5覆盖在管壳底座4，使基板2上方的发热器件3、散热垫12、管壳盖板5上的导热凸台11紧密接触形成散热结构10，并将管壳盖板5和管壳底座4进行平行缝焊或激光焊实现气密性封装。

上述封装结构和封装方法设计灵活，具有修改、返工方便，工艺加工难度较低，成品率较高等优点。具体地说，其具有以下几方面的有益效果：

（1）基板2双面布局，都有发热器件3，大大地提高了集成度。  

（2）基板2通孔式引脚7与金属管壳1引线柱间采用锡焊工艺实现连接，能保证基板2与管壳间可靠性连接，提高可靠性。

（3）根据基板2上发热器件3的布局，定制具有对应导热凸台11的金属管壳底座4和管壳盖板5，保证了发热器件3向金属管壳1散热的通道，同时这种紧配合设计也能保证电路的可靠性和抗冲击的作用。

（4）发热器件3顶部和导热凸台11间的散热垫12能充分将发热器件3的热传导到金属管壳1，建立了散热通道，解决了普通管壳无导热凸台11的设计而无法双面散热和建立散热通道的问题。

（5）管壳引脚7套装绝缘瓷环，可以起到支撑和固定作用，保证电路抗冲击性要求，满足金属电路的高可靠性。

（6）采用平行缝焊工艺进行封装，实现了一般金属管壳的全气密性、高可靠、抗冲击等要求，同时能满足发热器件3的散热通道设计，使工艺加工简单，符合常规化要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成电路封装结构，包括金属管壳和安装于所述的金属管壳中且双面均设置有表贴器件和裸芯片的基板，所述的基板引出有与金属管壳相固定并连接至所述的金属管壳外的引脚，其特征在于：所述的引脚与所述的基板通过锡焊连接，且所述的引脚上套设有位于所述的基板和所述的金属管壳之间并由下方支撑所述的基板的支撑环；所述的金属管壳内的上、下内表面上与所述的表贴器件或所述的裸芯片中的发热器件相对应的位置设置有散热结构，所述的散热结构包括凸出设置于所述的金属管壳内的内表面上并与所述的发热器件相对应的导热凸台、一面与所述的导热凸台相接触而另一面与所述的发热器件的顶部相接触的散热垫；所述的金属管壳包括管壳底座和管壳盖板，所述的管壳底座和所述的管壳盖板通过平行缝焊或激光焊实现气密性封装。

2.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于：所述的管壳底座和所述的管壳盖板上均设置有一体成型的所述的导热凸台。

3.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于：所述的引脚与所述的基板间采用通孔式结构，所述的基板上开设有与所述的引脚相对应的通孔，所述的引脚穿设在所述的通孔中并与所述的基板通过锡焊相连接。

4.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于：所述的支撑环为瓷环。

5.一种如权利要求1所述的集成电路封装结构的封装方法，其特征在于：其包括：

（1）在基板的双面组装表贴器件和裸芯片；定制具有与所述的表贴器件或所述的裸芯片中的发热器件相对应的导热凸台的管壳底座和管壳盖板，所述的管壳底座上连接有若干引脚；

（2）将支撑环套设在所述的引脚上并固定，使所述的支撑环与所述的管壳底座相平整接触；

（3）在所述的管壳底座上的所述的导热凸台上设置散热垫；

（4）将组装有所述的表贴器件和所述的裸芯片的基板套在所述的引脚上，再轻按平整，使所述的基板下方的所述的发热器件、所述的散热垫、所述的管壳底座上的所述的导热凸台紧密接触形成散热结构；然后将所述的引脚和所述的基板锡焊固定；

（5）在所述的管壳盖板上的所述的导热凸台上设置散热垫；

（6）将所述的管壳盖板覆盖在所述的管壳底座上，使所述的基板上方的所述的发热器件、所述的散热垫、所述的管壳盖板上的所述的导热凸台紧密接触形成散热结构，并将所述的管壳盖板和所述的管壳底座进行平行缝焊或激光焊实现气密性封装。

6.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，所述的支撑环采用绝缘胶固定在所述的引脚上。

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