CN103681593A - 一种无引线陶瓷片式载体封装结构及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无引线陶瓷片式载体封装结构及其制备工艺，该封装结构包括外壳和盖板，盖板盖合于外壳上；外壳为多层陶瓷板，多层陶瓷板的上表面中央设有芯片粘接区，芯片粘接区四周设有引线键合区；多层陶瓷板的下表面中央设有焊盘，焊盘的四周设有引出端焊盘，引出端焊盘连接引线键合区；多层陶瓷板上表面和下表面之间竖直设有若干金属导通孔，金属导通孔的上端连接芯片粘接区，下端连接所述焊盘；引出端焊盘和焊盘均为钨金属化层结构。引出端焊盘采用钨金属化层代替传统在陶瓷上钎焊金属块作焊盘，省去了金属零件加工、钎焊等工艺，提高外壳制备成品率，同时使外壳成本大幅度降低。

Description

一种无引线陶瓷片式载体封装结构及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种无引线陶瓷片式载体封装结构及其制备工艺，属于电子封装技术领域。
背景技术
目前，电子封装中无引线陶瓷片式载体封装通常采用金属化半通孔作互连通道，互连通道的芯腔安装芯片；通常采用钎焊钨铜或钼铜作热沉，以及采用平板盖板平行缝焊或合金焊料熔封式结构。安装时，传统技术中通过金属化半圆孔与PCB板连接时，由于电容、电感大，引出端间隙小而做成半圆孔容易缺瓷、且焊接时容易短路；金属化半圆孔也是焊料的溢流区，但随封装密度提升，密封尺寸缩小，焊盘节距减小，这样结构已不能满足电路对封装的需求，主要问题有：
1.在陶瓷上钎焊金属块作焊盘时，成品率非常低；
2.用钨铜或钼铜作热沉，以及腔式安装芯片结构，均不能保证封装结构的尺寸；
3.封装产品组装后，焊盘周围清洗干净困难，短路、多余焊料颗粒检查和去除非常困难。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是，提供一种无引线陶瓷片式载体封装结构，提高四侧无引线扁平封装结构的外壳引出端焊盘制备成品率，降低外壳制造成本。
本发明的另一个目的在于提供一种无引线陶瓷片式载体封装结构制备工艺。
技术方案：一种无引线陶瓷片式载体封装结构，包括外壳和盖板，所述盖板盖合于外壳上；所述外壳为多层陶瓷板，所述多层陶瓷板的上表面中央设有芯片粘接区，所述芯片粘接区四周设有引线键合区；所述多层陶瓷板的下表面中央设有焊盘，所述焊盘的四周设有引出端焊盘，所述引出端焊盘连接所述引线键合区；所述多层陶瓷板上表面和下表面之间竖直设有若干由钨金属制成的金属导通孔，所述金属导通孔的上端连接所述芯片粘接区，所述金属导通孔的下端连接所述焊盘；其中，所述引出端焊盘以及焊盘均为30-200微米厚的钨金属化层结构。
作为本发明的改进，所述接地、散热用的焊盘或引出端焊盘的钨金属化层结构表面设有焊接镀层和阻挡镀层。
作为本发明的优选方案，所述焊接镀层和阻挡镀层为电镀镍-金层。
作为本发明的进一步改进，所述外壳下表面四周设有倒角。
作为本发明的优选方案，所述倒角为30°-60°。所述盖板为帽形结构，所述帽形结构四周下沿设有预制焊料片。
一种无引线陶瓷片式载体封装结构制备工艺：首先将钨金属浆料通过小孔印刷填充方式将所述引出端焊盘、焊盘以及金属导通孔制作在生瓷外壳上，然后所述生瓷外壳采用多层高温共烧陶瓷工艺制备，最后在焊盘以及引出端焊盘的钨金属化层结构表面电镀镍-金层即可。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)外壳上的引出端焊盘采用30-200微米厚的钨金属化层代替传统在陶瓷上钎焊金属块作焊盘，省去了金属零件加工、钎焊等工艺，提高外壳制备成品率，同时使外壳成本大幅度降低；(2)传统外壳采用钨铜等热沉加工、钎焊技术形成散热器件时，散热焊盘的厚度难以控制，并且传统金属化半圆孔与PCB板连接时，接触面积大而使得电容、电感较大，引出端间隙变小做半圆孔容易缺瓷，容易造成引出端焊盘和散热焊盘厚度不一致，而导致封装芯片与母PCB板焊接时出现虚焊、焊接短路等现象；本发明的30-200微米厚的钨金属化层使得引出端焊盘和散热焊盘厚度基本一致，通过引出端焊盘与PCB板连接，替代传统技术中通过金属化半圆孔与PCB板连接，为封装芯片和母PCB板焊接时焊料溢流提供了空间，消除了焊接短路问题，形成的焊料弯月面也保证了焊接强度；(3)封装芯片与母PCB板焊接后有一定高度的缝隙而使助焊剂清洗方便和彻底；(4)采用钨铜等热沉加工技术制备散热焊盘与芯片粘结区直接连接，制备工艺复杂；本发明采用密排钨金属导通孔作外壳接地、散热通道，使外壳成本大幅度降低；(5)本发明在外壳底部倒角，一方面在不影响组装密度的情况下，增加了密封区的宽度，提高了密封强度和可靠性；另一方面也使外壳组装后焊接检查方便可行；(6)本发明采用密封区、引线键合区、芯片粘接区共面，使封装寄生参数能够最小化；(7)本发明采用带有预制焊料片帽形盖板，简化了外壳结构。
附图说明
图1是无引线陶瓷片式载体封装结构示意图；
图2是外壳俯视图；
图3是外壳仰视图；
图4是上盖俯视图；
图5是上盖沿A-A剖视图；
图6是上盖仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示为本发明无引线陶瓷片式载体封装结构示意图，它包括外壳1和盖板2，盖板2盖合于外壳1上。外壳1为多层陶瓷板，该多层陶瓷板的上表面中央设有芯片粘接区11，芯片粘接区11四周设有引线键合区10，引线键合区10四周设有密封区9。其中，密封区9、引线键合区10、芯片粘接区11共面设置。多层陶瓷板的下表面中央设有焊盘4，焊盘4的四周设有引出端焊盘3，该引出端焊盘3连接引线键合区10。多层陶瓷板上表面和下表面之间竖直设有若干金属导通孔6，该金属导通孔6采用钨金属制成，金属导通孔6的上端连接芯片粘接区11，该金属导通孔6的下端连接该焊盘4。其中，焊盘4以及引出端焊盘3均为30-200微米厚钨金属化层结构，30-200微米厚的引出端焊盘为焊接时焊料溢流提供了空间，并且焊盘4以及引出端焊盘3的钨金属化层结构表面均电镀0.03-20微米厚的焊接镀层和阻挡镀层；其中，焊接镀层即焊料易浸润的电镀金层，阻挡镀层即焊料接着电镀镍层，这里均采用电镀镍-金层。盖板2直接接地，或者通过内部或键合指间布线与焊盘4连接，以形成等电位。
与上述外壳1匹配的盖板2为帽形结构，该帽形结构四周为L型边沿，L型边沿水平平面上设有预制焊料片8，如Au80Sn20、SAC305、SAC405等焊料。盖板2由可伐等金属经过冲制成型、电镀工艺制成，预制焊料片8点焊于盖板2上。封装时，将芯片5等用焊料12烧结于芯片粘接区11上，然后通过键合丝13将芯片5与引线键合区10连接起来，预制焊料片8经高温熔化而使得盖板2的L型边沿与外壳1的密封区9形成气密性封装。外壳1下表面四周设有几百微米宽的倒角7，该倒角角度为30°-60°。
上述无引线陶瓷片式载体封装结构制备工艺：首先将钨金属浆料通过小孔印刷填充方式将上述引出端焊盘3、焊盘4以及金属导通孔6制作在氧化铝生瓷外壳1上，外壳1为生瓷时亦可制作倒角处理，然后生瓷外壳1采用多层高温共烧陶瓷工艺制备即可。具体步骤为：(1)采用生瓷流延片经打孔、填料、印刷、整平、叠片层压后形成电气互连线路、引出端焊盘3、焊盘4、金属导通孔6、密封区9、引线键合区10以及芯片粘接区11，(2)生瓷外壳1再经倒角工艺在外壳1下表面四周形成倒角7，(3)采用多层高温共烧陶瓷工艺制得外壳1，(4)在焊盘4以及引出端焊盘3的钨金属化层结构表面电镀一定厚度的电镀镍-金层即可。
此外，本发明的无引线陶瓷片式载体封装结构的陶瓷外壳与塑料QFN(Quad FlatNo-lead Package，方形扁平无引脚封装)、DFN(Dual Flat Package，双侧有扁平引脚封装)可以互换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无引线陶瓷片式载体封装结构，包括外壳(1)和盖板(2)，所述盖板(2)盖合于外壳(1)上；所述外壳(1)为多层陶瓷板，所述多层陶瓷板的上表面中央设有芯片粘接区(11)，所述芯片粘接区(11)四周设有引线键合区(10)；所述多层陶瓷板的下表面中央设有接地、散热用的焊盘(4)，所述焊盘(4)的四周设有引出端焊盘(3)，所述引出端焊盘(3)连接所述引线键合区(10)；其特征在于：所述多层陶瓷板上表面和下表面之间竖直设有若干由钨金属制成的金属导通孔(6)，所述金属导通孔(6)的上端连接所述芯片粘接区(11)，所述金属导通孔(6)的下端连接所述焊盘(4)；其中，所述引出端焊盘(3)以及焊盘(4)均为30-200微米厚的钨金属化层结构。
2.根据权利要求1所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构，其特征在于：所述接地、散热用的焊盘(4)或引出端焊盘(3)的钨金属化层结构表面设有焊接镀层和阻挡镀层。
3.根据权利要求2所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构，其特征在于：所述焊接镀层和阻挡镀层为电镀镍-金层。
4.根据权利要求2或3所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构，其特征在于：所述外壳(1)下表面四周设有倒角(7)。
5.根据权利要求4所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构，其特征在于：所述倒角为30°-60°。
6.根据权利要求1或2所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构，其特征在于：所述盖板(2)为帽形结构，所述帽形结构四周下沿设有预制焊料片(8)。
7.如权利要求1所述的一种无引线陶瓷片式载体封装结构制备工艺：其特征在于：首先将钨金属浆料通过小孔印刷填充方式将所述引出端焊盘(3)、焊盘(4)以及金属导通孔(6)制作在生瓷外壳(1)上，然后所述生瓷外壳(1)采用多层高温共烧陶瓷工艺制备，最后在焊盘(4)以及引出端焊盘(3)的钨金属化层结构表面电镀镍-金层即可。
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