CN103824781A - 一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法 - Google Patents

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宋志明
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    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device

Abstract

本发明提供一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法，采用增加缓冲片的方法，在MMIC芯片与铝合金屏蔽腔体之间增加过渡层，缓冲片的热膨胀系数介于MMIC芯片与铝合金之间，但更接近于MMIC芯片的热膨胀系数。采用上述方案，解决了MMIC芯片与屏蔽腔体之间铜丝与镀金薄膜电路基片锡焊互联时因“金脆”现象的存在而引起的可靠性下降问题。

Description

一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法
技术领域
本发明属于毫米波模块技术领域，尤其涉及的是一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法。
背景技术
当前，随着通信技术的迅猛发展，微波、毫米波模块在有些应用场合中，对模块的体积和重量具有较高的要求。
为了减小模块的重量，模块的屏蔽腔体通常采用密度较小的材料，例如铝合金材料。在目前的模块集成方法中，所有有源、无源器件全部集成在铝合金屏蔽腔体中，其中器件采用胶粘或焊接工艺二次集成在屏蔽腔体内，这种集成结构示意图如图1所示,图1中,将MMIC芯片11集成于屏蔽腔体10形成的屏蔽腔12中。
在现有方案中，由于铝合金与MMIC芯片之间的热膨胀系数存在较大的差异，MMIC芯片在粘接或焊接过程中，以及模块在后续的使用过程中，焊接界面处会存在较大的应力存在，容易造成MMIC芯片的开裂，从而造成模块失效，具有较大的质量隐患。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法。
本发明的技术方案如下：
一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法，其中，包括以下步骤：
步骤1、经过下料、线切割、铣削工艺过程制作屏蔽腔体坯体；
步骤2、采用铣削工艺加工缓冲片集成槽；
步骤3、经过下料、线切割、铣削工艺过程制作缓冲片；
步骤4、采用保护漆将屏蔽腔体坯体中缓冲片集成槽以外的区域进行喷涂，并预留缓冲片集成槽及其槽边1-2毫米作为局部电镀的工艺窗口；
步骤5、将缓冲片集成槽及其槽边1-2毫米采用电镀技术实现局部镀金处理，并将屏蔽腔体去除保护漆；
步骤6、将缓冲片的整体进行电镀金；
步骤7、将缓冲片焊接到缓冲片集成槽中；
步骤8、将焊接后的屏蔽腔体底部采用铣削工艺进行整平，并设置屏蔽腔体底部加工尺寸满足最终设计要求；
步骤9、将屏蔽腔体的整体镀金；
步骤10、将MMIC芯片集成到屏蔽腔体的缓冲片上。
所述的制作方法，其中，所述步骤1中，设置坯体在需要焊接缓冲片能高出屏蔽腔体底部平面0.5-1.5毫米，以便形成良好焊接和后道铣削整平屏蔽腔底部平面。
所述的制作方法，其中，所述步骤2中，所述集成槽位于腔体坯体正中间，且为正方形。
所述的制作方法，其中，所述步骤3中，所述缓冲片的整体高度比预设计高度高出0.5-1.5毫米。
所述的制作方法，其中，所述步骤7中，所述焊接的焊料熔点设置高于后道所有步骤的最高温度。设置所述缓冲片及缓冲片集成槽的外形尺寸不小于MMIC芯片外形尺寸的120%；所述缓冲片最终厚度及缓冲片集成槽的深度设置不小于屏蔽腔体的腔底厚度的50%。所述MMIC芯片集成位置应在缓冲片的中间位置。
采用上述方案，解决了MMIC芯片与屏蔽腔体之间铜丝与镀金薄膜电路基片锡焊互联时因“金脆”现象的存在而引起的可靠性下降问题，同时减小了铜丝与镀金薄膜电路基片锡焊互联带来的“接触电势差”对电气性能指标的影响。
附图说明
图1为现有技术中微波、毫米波模块集成结构示意图。
图2为本发明实现步骤1工艺示意图。
图3为本发明实现步骤2工艺示意图。
图4为本发明实现步骤4工艺示意图。
图5为本发明实现步骤5工艺示意图。
图6为本发明实现步骤7工艺示意图。图7为本发明实现步骤10工艺示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本专利的设计方案中，采用增加缓冲片的方法，在MMIC芯片与铝合金屏蔽腔体之间增加过渡层，缓冲片的热膨胀系数介于MMIC芯片与铝合金之间，但更接近于MMIC芯片的热膨胀系数，这样的结构中，因热膨胀系数失配带来的应力主要集中在铝合金屏蔽腔体与缓冲片之间的界面处，缓冲片与MMIC芯片之间因良好的热膨胀系数匹配，几乎没有应力存在，可大大提高整个集成结构的可靠性。
该集成结构的制作流程为：屏蔽腔体的制作、缓冲片集成槽的加工、缓冲片的加工、缓冲片集成槽的局部镀金、缓冲片的整体镀金、缓冲片焊接到缓冲片集成槽中、屏蔽腔体底部的整平、屏蔽腔体的整体镀金和MMIC芯片的二次集成等。
步骤1、经过下料、线切割、铣削等工艺过程制作屏蔽腔体坯体，坯体如图2所示，坯体的需要焊接缓冲片的底部预留1毫米左右的后道加工余量；
步骤2、采用铣削工艺加工缓冲片集成槽，加工示意图如图3所示；
步骤3、经过下料、线切割、铣削等工艺过程制作缓冲片，其中缓冲片的整体高度也需要预留1毫米左右的后道加工余量；
步骤4、采用保护漆将屏蔽腔体坯体中缓冲片集成槽以外的区域进行保护，只留缓冲片集成槽及其槽边较小的区域作为局部电镀的工艺窗口，如图4所示；
步骤5、缓冲片集成槽采用电镀技术实现局部镀金处理，如图5所示，去除保护漆后的屏蔽腔体；
步骤6、缓冲片的整体电镀金；
步骤7、缓冲片焊接到缓冲片集成槽中，其中焊料的熔点需要高于后道所有操作的最高温度，以免缓冲片在后续操作中被解焊，如图6所示；
步骤8、将焊接后的屏蔽腔体底部采用铣削工艺进行整平，加工尺寸在考虑电镀余量的情况下满足最终设计要求；
步骤9、屏蔽腔体的整体镀金；
步骤10、MMIC芯片二次集成到屏蔽腔体的缓冲片上，如图7所示。
所述步骤1中，设置坯体在需要焊接缓冲片能高出屏蔽腔体底部平面0.5-1.5毫米，以便形成良好焊接和后道铣削整平屏蔽腔底部平面。
所述步骤2中，所述集成槽位于腔体坯体正中间，且为正方形。
所述步骤3中，所述缓冲片的整体高度比预设计高度高出0.5-1.5毫米。
所述步骤7中，所述焊接的焊料熔点设置高于后道所有步骤的最高温度。设置所述缓冲片及缓冲片集成槽的外形尺寸不小于MMIC芯片外形尺寸的120%；所述缓冲片最终厚度及缓冲片集成槽的深度设置不小于屏蔽腔体的腔底厚度的50%。所述MMIC芯片集成位置应在缓冲片的中间位置。
互联结构中不存在焊锡，因此不会形成金、锡金属间化合物，可有效避免“金脆”现象的产生；采用热压键合互联技术将粗金丝互联到薄膜电路金焊盘上，互联结构中不存在不同种类的金属，因此无“接触电势差”问题存在。
上述步骤中:
1、在屏蔽腔体与MMIC芯片之间增加缓冲片作为过渡层的方法；
2、缓冲片及缓冲片集成槽的外形尺寸以不小于相应集成MMIC芯片外形尺寸的120%为准，缓冲片最终厚度及缓冲片集成槽的深度可根据实际需要确定，一般不小于及屏蔽腔体的腔底厚度的50%；
3、缓冲片采用焊料焊接到屏蔽腔体中的缓冲片集成槽中，焊料的熔点要高于该集成结构后道所有的操作温度，以防缓冲片解焊；
4、屏蔽腔底部和缓冲片厚度均预留后道工序的加工余量，以方便焊接完成后对焊接整体进行铣削加工，以便平整度和尺寸满足设计要求；
5、焊接并加工后的屏蔽腔体需要进行整体镀金处理，以方便后道的装配操作；
6、MMIC芯片二次集成位置应在缓冲片的中间位置，一般不能超出缓冲片的边缘范围。
本发明解决了MMIC芯片与屏蔽腔体之间铜丝与镀金薄膜电路基片锡焊互联时因“金脆”现象的存在而引起的可靠性下降问题，同时减小了铜丝与镀金薄膜电路基片锡焊互联带来的“接触电势差”对电气性能指标的影响。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种热膨胀系数适配微波毫米波模块集成结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、经过下料、线切割、铣削工艺过程制作屏蔽腔体坯体；
步骤2、采用铣削工艺加工缓冲片集成槽；
步骤3、经过下料、线切割、铣削工艺过程制作缓冲片；
步骤4、采用保护漆将屏蔽腔体坯体中缓冲片集成槽以外的区域进行喷涂，并预留缓冲片集成槽及其槽边1-2毫米作为局部电镀的工艺窗口；
步骤5、将缓冲片集成槽及其槽边1-2毫米采用电镀技术实现局部镀金处理，并将屏蔽腔体去除保护漆；
步骤6、将缓冲片的整体进行电镀金；
步骤7、将缓冲片焊接到缓冲片集成槽中；
步骤8、将焊接后的屏蔽腔体底部采用铣削工艺进行整平，并设置屏蔽腔体底部加工尺寸满足最终设计要求；
步骤9、将屏蔽腔体的整体镀金；
步骤10、将MMIC芯片集成到屏蔽腔体的缓冲片上。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，设置坯体在需要焊接缓冲片能高出屏蔽腔体底部平面0.5-1.5毫米，以便形成良好焊接和后道铣削整平屏蔽腔底部平面。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，所述集成槽位于腔体坯体正中间，且为正方形。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，所述缓冲片的整体高度比预设计高度高出0.5-1.5毫米。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤7中，所述焊接的焊料熔点设置高于后道所有步骤的最高温度。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，设置所述缓冲片及缓冲片集成槽的外形尺寸不小于MMIC芯片外形尺寸的120%；所述缓冲片最终厚度及缓冲片集成槽的深度设置不小于屏蔽腔体的腔底厚度的50%。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述MMIC芯片集成位置应在缓冲片的中间位置。
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