CN104124215B - 一种焊接、键合和密封同步完成的封装结构和封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焊接、键合和密封同步完成的封装结构和封装工艺。该封装结构，包括通腔陶瓷、2个引出端盖板、封接环和1颗芯片，通腔陶瓷通过焊料钎焊与第一引出端盖板钎焊在一起，通腔陶瓷上表面钎焊有封接环，芯片一端通过焊料焊接到通腔陶瓷内腔的第一引出端盖板上，芯片另一端则通过焊料焊接在第二引出端盖板上，同时第二引出端盖板与封接环通过焊料焊接。由第一引出端盖板、通腔陶瓷、封接环、焊料和第二引出端盖板共同形成气密性封装结构。该封装工艺，包括芯片与第一引出端盖板和第二引出端盖板的焊接和键合，以及第二引出端盖板与封接环的密封通过焊料一次性熔融焊接在一起，焊接、键合和密封工序同步完成。

Description

一种焊接、键合和密封同步完成的封装结构和封装工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接、键合和密封同步完成的封装结构和封装工艺，属于微电子封装技术领域。

背景技术

对于二引出端的气密性陶瓷封装，通常在通腔陶瓷的下表面钎焊一个引脚，上表面钎焊一个二层结构的金属环以用于引线键合和用作封接，金属环上也同时有一个引脚；封装时，二引出端芯片先焊接到通腔陶瓷内腔的下引脚上，然后再用铝丝超声楔焊或金丝热超声球焊将芯片的另一端与金属环上，然后再将盖板用平行缝焊或合金焊料熔封等方式完成封装。芯片和盖板有间隙，不利于器件的散热；封装结构复杂，部件多；封装工艺步骤多，芯片焊接、引线键合和密封，封装效率低。

发明内容

发明目的：针对上述现有封装结构和封装工艺技术，提供一种焊接、键合和密封同步完成的封装结构和封装工艺。

技术方案：一种二引出端芯片封装结构，包括第一引出端盖板、第二引出端盖板、二引出端芯片、通腔陶瓷以及封接环；其中，所述二引出端芯片设置在通腔陶瓷中并且二引出端芯片的厚度与通腔陶瓷的高度与一致；所述第一引出端盖板与通腔陶瓷的底端密封连接；所述封接环设置在通腔陶瓷的顶端与第二引出端盖板之间，所述封接环的两个端面分别与通腔陶瓷的顶端以及第二引出端盖板密封连接；所述二引出端芯片的一个引出端连接所述第一引出端盖板，二引出端芯片的另一个引出端连接所述第二引出端盖板。

进一步的，所述通腔陶瓷的端面为正方形，第一引出端盖板和第二引出端盖板均包括与所述通腔陶瓷的端面适配的面板以及设置在面板一侧的长条形引出端；该二引出端芯片封装结构中，第一引出端盖板和第二引出端盖板的长条形引出端相对设置。

一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，冲制或刻蚀出第一引出端盖板以及第二引出端盖板，并对第二引出端盖板电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷，再对制备得到的通腔陶瓷化学镀镍；

步骤(3)，分别通过银铜焊料将第一引出端盖板和封接环钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层；

步骤(4)，将二引出端芯片的一引出端通过第一焊料焊接到第一引出端盖板上；

步骤(5)，首先将第二焊料放置在芯片的另一个引出端以及封接环的端面上；然后将第二引出端盖板放在二引出端芯片和封接环上，使得芯片的另一个引出端与第二焊料接触，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(6)，将所述封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片与第二引出端盖板的焊接以及第二引出端盖板与封接环的密封。

进一步的，还封装工艺包括对封装器件进行气密性检测步骤。

作为本发明的改进，所述第一焊料和第二焊料均为SAC305焊料。

一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，冲制或刻蚀出第一引出端盖板以及第二引出端盖板，并对第二引出端盖板电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷，再对制备得到的通腔陶瓷化学镀镍；

步骤(3)，分别通过银铜焊料将第一引出端盖板和封接环钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层；

步骤(4)，首先将第一焊料放置在第一引出端盖板上并位于通腔陶瓷腔底中央位置；然后将二引出端芯片放置在第一焊料上，并使得芯片的一个引出端与第一焊料接触；再将第二焊料放置在芯片的另一个引出端以及封接环的端面上；最后将第二引出端盖板放在二引出端芯片和封接环上，使得芯片的另一个引出端与第二焊料接触，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(5)，将所述封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片与第一引出端盖板、第二引出端盖板的焊接以及第二引出端盖板与封接环的密封。

有益效果：本发明提供一种焊接、键合和密封同步的封装结构，该密封结构为：二引出端芯片直接与第二引出端盖板和第一引出端盖板焊接，位于通腔陶瓷上下端面的引出端盖板即能够将芯片密封在墙体内，同时又作为芯片的外引脚；相对于现有封装结构来说，通过传统封装结构中将引出端和盖板合为一体，省去了在通腔陶瓷内制作键合指，同时还省去了一个独立的盖板零件，从而简化了封装结构，降低了加工难度，也降低了生产成本。该封装结构使得芯片直接与盖板接触从而降低了封装热阻；而现有技术中封装芯片和盖板间存在空隙，相对本发明的结构封装热阻较高。

封装时具有两种工艺：工艺1：二引出端芯片先与通腔陶瓷内腔的带引出端的第一盖板焊接，然后再按封装层结构设置好并通过回流焊，将二引出端芯片与第二引出端盖板的键合以及带引出端的第二盖板与封接环的密封一起同步完成。将正常的芯片焊接、引线键合和密封3个工序步骤合并成2个工序步骤，相对于现有技术省去了1道工序步骤。

工艺2：将芯片封装层结构依次设置好后，芯片两引出和第一引出端盖板、第二引出端盖板的焊接和键合，以及第二引出端盖板与封接环的密封均通过焊料一次性熔融焊接在一起，焊接、键合和密封工序同步完成。将正常的芯片焊接、引线键合和密封3个工序步骤合并成1个工序步骤，相对于现有技术省去了2道工序步骤，少了芯片焊接设备和芯片引线键合设备及工装的投资，操作更方便，提高了封装生产效率和封装成品率，降低了封装成本，适于批量生产。

附图说明

图1是第一引出端盖板和第二引出端盖板图及沿A-A剖面图；

图2是本发明封装前的封装结构正视图；

图3是本发明封装前的封装结构正视图沿A-A剖面图；

图4是本发明封装前的封装结构正视图后面图；

图5是本发明通孔插装型封装结构剖面图；

图6是本发明表面贴装型封装结构剖面图。

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至图5所示，一种二引出端芯片通孔插装型封装结构，包括第一引出端盖板1、第二引出端盖板2、二引出端芯片3、通腔陶瓷5以及封接环7。如图2所示，通腔陶瓷5的端面为正方形，第一引出端盖板1和第二引出端盖板2均包括与通腔陶瓷5的端面适配的面板以及设置在面板一侧的长条形引出端。第一引出端盖板1和第二引出端盖板2在本封装结构中同时起到保护二端子芯片以及作为芯片的引出端的作用。

其中，二引出端芯片3设置在通腔陶瓷5中并且二引出端芯片3的厚度与通腔陶瓷5的高度与一致。第一引出端盖板1与通腔陶瓷5的底端密封连接；封接环7的形状尺寸与通腔陶瓷5端面适配，并设置在通腔陶瓷5的顶端与第二引出端盖板2之间，封接环7的一端面与通腔陶瓷5的顶端的四条边沿密封连接，封接环7的另一端面与第二引出端盖板2密封连接。二引出端芯片3的一个引出端连接第一引出端盖板1，二引出端芯片3的另一个引出端连接第二引出端盖板2。第一引出端盖板1和第二引出端盖板2的长条形引出端相对设置。由第一引出端盖板、通腔陶瓷、封接环、焊料和第二引出端盖板共同形成气密性封装结构。

如图6所示，第一引出端盖板1和第二引出端盖板2的引出端还可以设置成用于表面贴装型封装结构的L形，第一引出端盖板1和第二引出端盖板2的引出端相对设置。

实施例1：一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，根据封装芯片的尺寸及规格要求，冲制或刻蚀出第一引出端盖板1以及第二引出端盖板2，并对第二引出端盖板2电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷5，再对制备得到的通腔陶瓷5的上下两个端面化学镀镍；钎焊的表面化镀Ni为钎焊提供更好的侵润性；

步骤(3)，第一引出端盖板1和封接环7分别通过银铜焊料钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层。

步骤(4)，将二引出端芯片3的一引出端通过SAC305焊料焊接到第一引出端盖板1上；

步骤(5)，首先将SAC305焊料6放置在芯片的另一个引出端以及封接环7的端面上；然后将第二引出端盖板2放在二引出端芯片3和封接环7上，使得芯片的另一个引出端与SAC305焊料6接触，并且第一引出端盖板1和第二引出端盖板2的长条形引出端相对设置，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(6)，将该封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片3与第二引出端盖板2的焊接以及第二引出端盖板2与封接环7的密封；

步骤(7)，对封装器件进行气密性等检测，然后对气密性检测等合格的器件进行打标，再进行外观检验，按要求包装，最后入库。

实施例2：一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，包括如下步骤：

步骤(1)，根据封装芯片的尺寸及规格要求，冲制或刻蚀出第一引出端盖板1以及第二引出端盖板2，并对第二引出端盖板2电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷5，再对制备得到的通腔陶瓷5的上下两个端面化学镀镍；钎焊的表面化镀Ni为钎焊提供更好的侵润性；

步骤(3)，分别通过银铜焊料将第一引出端盖板1和封接环7钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层；

步骤(4)，首先将SAC305焊料4放置在第一引出端盖板1上并位于通腔陶瓷5腔底中央位置；然后将二引出端芯片3放置在SAC305焊料4上，并使得芯片的一个引出端与SAC305焊料4接触；再将SAC305焊料6放置在芯片的另一个引出端以及封接环7的端面上；最后将第二引出端盖板2放在二引出端芯片3和封接环7上，使得芯片的另一个引出端与SAC305焊料6接触，并且第一引出端盖板1和第二引出端盖板2的长条形引出端相对设置，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(5)，将该封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片3与第一引出端盖板1、第二引出端盖板2的焊接以及第二引出端盖板2与封接环7的密封；

步骤(6)，对封装器件进行气密性等检测，然后对气密性检测等合格的器件进行打标，再进行外观检验，按要求包装，最后入库。

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，这些改进和润饰也烧结应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，冲制或刻蚀出第一引出端盖板(1)以及第二引出端盖板(2)，并对第二引出端盖板(2)电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷(5)，再对制备得到的通腔陶瓷(5)化学镀镍；

步骤(3)，分别通过银铜焊料将第一引出端盖板(1)和封接环(7)钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层；

步骤(4)，将二引出端芯片(3)的一引出端通过第一焊料焊接到第一引出端盖板(1)上；

步骤(5)，首先将第二焊料(6)放置在芯片的另一个引出端以及封接环(7)的端面上；然后将第二引出端盖板(2)放在二引出端芯片(3)和封接环(7)上，使得芯片的另一个引出端与第二焊料(6)接触，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(6)，将所述封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片(3)与第二引出端盖板(2)的焊接以及第二引出端盖板(2)与封接环(7)的密封。

2.根据权利要求1所述的一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，其特征在于，还包括对封装器件进行气密性检测步骤。

3.根据权利要求1所述的一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，其特征在于，所述第一焊料(4)和第二焊料(6)均为SAC305焊料。

4.一种焊接、键合和密封同步完成的封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，冲制或刻蚀出第一引出端盖板(1)以及第二引出端盖板(2)，并对第二引出端盖板(2)电镀Ni-Au层；

步骤(2)，采用金属化共烧或制作瓷件后经金属化处理来制备通腔陶瓷(5)，再对制备得到的通腔陶瓷(5)化学镀镍；

步骤(3)，分别通过银铜焊料将第一引出端盖板(1)和封接环(7)钎焊于通腔陶瓷的下端面和上端面，并电镀Ni-Au或Ni-Ag保护镀层；

步骤(4)，首先将第一焊料(4)放置在第一引出端盖板(1)上并位于通腔陶瓷(5)腔底中央位置；然后将二引出端芯片(3)放置在第一焊料(4)上，并使得芯片的一个引出端与第一焊料(4)接触；再将第二焊料(6)放置在芯片的另一个引出端以及封接环(7)的端面上；最后将第二引出端盖板(2)放在二引出端芯片(3)和封接环(7)上，使得芯片的另一个引出端与第二焊料(6)接触，形成芯片封装结构并用夹具夹紧；

步骤(5)，将所述封装结构连同夹具放入回流焊炉内，经回流焊，完成二引出端芯片(3)与第一引出端盖板(1)、第二引出端盖板(2)的焊接以及第二引出端盖板(2)与封接环(7)的密封。