CN104269382A - 基于高温共烧陶瓷技术的x波段高可靠表贴型陶瓷外壳 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于高温共烧陶瓷技术的新型X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其结构包括陶瓷腔内芯片粘接区、微带线键合区、陶瓷框、焊环、腔外金属化导体连接区五部分；通过焊接、键合、胶黏等连接形式实现陶瓷外壳表面贴装。本发明的有益效果：本封装外壳是一种微波特性优良的X波段陶瓷外壳，工作频段为8GHz~12GHz，结构设计简单，主要采用高温共烧陶瓷工艺，并在陶瓷框上表面钎焊封接可伐焊环，进而实现高可靠表贴式封装，满足用户气密性要求，腔体结构为芯片提供稳定高可靠的工作环境，极大的满足了用户对小型化、高可靠X波段陶瓷外壳需求。

Description

基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳

技术领域

本发明是一种基于高温共烧陶瓷技术的新型X波段高可靠表贴型陶瓷外壳。

背景技术

满足市场对微波单片集成电路（MMIC）小型化、集成度、高性能、高可靠、低成的发展趋势，而方形扁平无引线封装（QFN）外壳很好的糅合了这些因素，将是微波单片集成电路封装的发展趋势之一。陶瓷QFN封装因其小尺寸、高密度、高可靠性以及优异的电、热性能的优点在MMIC封装行业中获得了越来越多的应用，采用常规的高温陶瓷共烧技术和传统的钎焊工艺，提高系统产品的生产性，降低生产成本，加速产品上市和上量的时间，适应工程技术的变化，提高了产品的可靠性。

发明内容

本发明提出的是一种基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，在8GHz~12GHz频段内微波特性优异。

本发明的技术解决方案：基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其结构包括陶瓷腔内芯片粘接区、微带线键合区、陶瓷框、可伐焊环、腔外金属化导体连接区五部分，后续和芯片或器件组件之间通过直接焊接、键合或胶黏等连接形式实现陶瓷外壳表面贴装；微波应用范围在X波频段内，其工作频段在8GHz~12GHz范围内，电压驻波比小于1.5，隔离度大于25dB，插入损耗优于-0.5dB。

本发明的有益效果：本发明的封装外壳实现了8GHz~12GHz范围内X波频段信号传输，结构设计合理，采用高温共烧陶瓷技术和钎焊工艺，可实现高可靠表贴式封装，可实现用户气密封装，为芯片提供稳定高可靠的工作环境，极大的满足了用户对小型化、高可靠X波段陶瓷外壳需求。

附图说明

图1是一种基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳的正反面结构示意图。

图2是一种基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳的电压驻波比示意图。

图3是一种基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳的插入损耗示意图。

图4是一种基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳的隔离度示意图。

图中1是陶瓷腔内芯片粘接区，芯片粘接和引线键合均可在此区实现，通过陶瓷基体内的密排孔与陶瓷框底部金属化热沉区连接，实现腔内芯片粘接区接地及散热性能；2是陶瓷框，为为安装芯片提供环境隔离、机械保护、及封装承载作用，同时作为腔外金属化导体连接区的承载介质；3是微带线键合区，芯片与外部微波信号传输互连在此区实现；4是腔外金属化导体连接区，实现各个微带线键合区互联作用；5可伐焊环，可满足用户封帽要求，实现高可靠气密封装。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

对照附图，基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其特征是包括陶瓷腔内芯片粘接区1、微带线键合区3、陶瓷框2、可伐焊环5、腔外金属化导体连接区4五部分，后续和芯片或器件组件之间通过直接焊接、键合或胶黏等连接形式实现陶瓷外壳表面贴装；微波应用范围在X波频段内，其工作频段在8GHz~12GHz范围内，电压驻波比小于1.5，隔离度大于25dB，插入损耗优于-0.5dB。

所述的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳主体由高温共烧陶瓷构成，具有稳定的介电常数、优异的机械强度、较小的热膨胀系数及耐高温性能，陶瓷框2上表面钎焊可伐焊环5，能实现高可靠气密封装。

所述的陶瓷腔内芯片粘接区1由腔内表面金属化区、接地金属化导体层和陶瓷空腔构成，其中接地金属化导体层通过陶瓷基体内的密排孔与陶瓷框底部金属化热沉区连接，实现腔内芯片粘接区接地性能，为芯片提供安装固定空间，其安装空间的体积范围最大为2.30mm×2.30mm×0.50mm。

所述的陶瓷框2，其结构为对称封装外壳侧墙，侧墙为安装芯片提供环境隔离、机械保护、及封装承载作用，同时侧墙边缘半开微孔构成后续金属化导体的传输带，作为腔外金属化导体连接区的承载介质。

所述微带线键合区3，为封装外壳提供输入输出端口提供信号传输和承载作用，同时提供表贴互连的作用。

所述的腔外金属化导体连接区4为微带线键合区提供互联作用；可伐焊环，可满足用户封帽要求，能实现高可靠气密封装。

所述的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳可通过后续焊接、键合、胶黏等形式实现外壳表面贴装，能满足自动焊、手工钎焊等工艺需求。

所述的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳可满足用户封帽气密性要求，实现外壳高可靠封装。

本X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，能承载最大2.30mm×2.30mm×0.50mm的芯片，并可实现芯片与外部环境隔离；具有可焊接金属化底面，可实现外壳表贴式封装；可实现8GHz~12GHz频段内X波段信号传输。

其实现方法，包括如下步骤：

1）腔外金属化导体连接区4通过外露通孔、侧壁挂孔金属化及一体化烧结工艺方式实现，具有实现键合区之间的互联作用及承担键合区焊接质量指示的作用；

2）X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，通过微带线键合区3中的微带线穿墙实现芯片与外界X波频段信号传输；

3）陶瓷腔内芯片粘接区1通过陶瓷基体内的密排孔与陶瓷框2底部金属化热沉区连接，实现腔内芯片粘接区接地及散热性能；

4）X波段高可靠表贴型陶瓷外壳采用常规的高温共烧陶瓷工艺及传统的钎焊工艺技术。

使用的陶瓷生瓷带可焊接金属化浆料为引进再优化，实现可焊接金属化浆料与陶瓷基体在高温烧结收缩时相匹配。

所述陶瓷生瓷带制备设备包括以下四个部分，球磨机用于配置所需均匀生瓷带浆料，后续通过流延机、层压机及生瓷切割机制备尺寸精确的生瓷带。

实施例

采用常用的高温共烧陶瓷生产工艺和钎焊工艺技术，通过在尺寸4mm×4mm×1.2mm精确且致密的生瓷带上；利用激光打孔、微孔注浆、打平、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形和可焊接金属化层，精密印刷布线线条宽度最小达150μm，线宽200μm；利用激光开腔、叠片等工艺制出所需要特定腔体及形状的生瓷片；通过高精度温控炉在一定烧结工艺条件下高温烧结成型出规定形状的高温共烧陶瓷框架；通过钎焊工艺焊接可伐焊环，实现高可靠表贴型陶瓷外壳。

本陶瓷外壳结构中，金属化层厚度在8μm ~15μm范围；金属化线条印刷精度为±30μm。

本发明的高温共烧陶瓷（HTCC）技术是一种将高温烧结陶瓷浆料制成厚度精确且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、金属导体浆料精密印刷及微孔注浆等工艺制出所需要的电路图形及互联结构，然后将多层生瓷带按互联关系层压一体化及后续高温共烧在1600℃高温以下范围内烧结成型出所需电气互联关系及形状结构器件的工艺技术。具有优良的高频下相对较低的介电常数和介质损耗，和较高的热导率，同时与硅等半导体材料具有相近的热膨胀系数，因此非常适合作为X波段高可靠表贴型陶瓷外壳。

Claims (5)

1.基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其特征是结构包括陶瓷腔内芯片粘接区、微带线键合区、陶瓷框、可伐焊环、腔外金属化导体连接区五部分，后续和芯片或器件组件之间通过直接焊接、键合或胶黏连接形式实现陶瓷外壳表面贴装；微波应用范围在X波频段内，其工作频段在8GHz~12GHz范围内，电压驻波比小于1.5，隔离度大于25dB，插入损耗优于-0.5dB。

2.根据权利要求1所述的基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其特征是所述陶瓷框上表面钎焊可伐焊环，实现高可靠气密封装。

3.根据权利要求1所述的基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其特征是所述陶瓷腔内芯片粘接区1由腔内表面金属化区、接地金属化导体层和陶瓷空腔构成，其中接地金属化导体层通过陶瓷基体内的密排孔与陶瓷框底部金属化热沉区连接，实现腔内芯片粘接区接地性能，为芯片提供安装固定空间，其安装空间的体积范围为2.30mm×2.30mm×0.50mm，实现芯片与外部环境隔离；具有可焊接金属化底面，实现外壳表贴式封装；实现8GHz~12GHz频段内X波段信号传输。

4.根据权利要求1所述的基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，其特征是所述的陶瓷框，其结构为对称封装外壳侧墙，该侧墙为安装芯片提供环境隔离、机械保护、及封装承载作用，同时侧墙边缘半开微孔构成后续金属化导体的传输带，作为腔外金属化导体连接区的承载介质。

5.如权利要求1的基于高温共烧陶瓷技术的X波段高可靠表贴型陶瓷外壳的实现方法，其特征是该方法包括如下步骤：

1）腔外金属化导体连接区通过外露通孔、侧壁挂孔金属化及一体化烧结工艺方式实现，具有实现键合区之间的互联作用及承担键合区焊接质量指示的作用；

2）X波段高可靠表贴型陶瓷外壳，通过微带线键合区中的微带线穿墙实现芯片与外界X波频段信号传输；

3）陶瓷腔内芯片粘接区通过陶瓷基体内的密排孔与陶瓷框底部金属化热沉区连接，实现腔内芯片粘接区接地及散热性能；

4）X波段高可靠表贴型陶瓷外壳采用常规的高温共烧陶瓷工艺及传统的钎焊工艺技术。