CN105428321B - 一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大规模集成电路陶瓷外壳技术领域，尤其涉及芯片倒装用陶瓷焊盘阵列外壳，具体公开了一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，内部多层布线的陶瓷基板钎焊金属封口环，倒装安装芯片后，再将散热盖板采用平行缝焊的方式与金属封口环焊接，完成封装，对芯片形成气密性保护，并为芯片提供散热通道，基板两侧分别设有互联的焊盘，用于芯片I/O和外部引出连接。本发明能够同时满足气密性和芯片散热需要，具有机械可靠性高、散热性能优良、高气密性的优点，能够用于高引出端数大规模集成电路封装。

Description

一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构

技术领域

本发明涉及大规模集成电路陶瓷外壳技术领域，尤其涉及芯片倒装用陶瓷焊盘阵列外壳。

背景技术

电子元器件外壳是指元器件的封装体，其主要功能是提供电（光）信号互连、机械保护、环境保护以及散热等。在高可靠、高性能应用领域，以氧化铝陶瓷材料为基础的陶瓷外壳保证高气密性、高可靠性的首选封装形式。随着集成电路规模、引出端数、集成度的不断增大，陶瓷封装引出端节距不断缩小，安装组装方式逐渐向表面安装发展，陶瓷焊盘阵列外壳（CLGA）作为陶瓷球栅阵列（CBGA）、陶瓷柱栅阵列（CCGA）封装的陶瓷底座，已成为当前先进陶瓷封装的典型代表。

倒装安装是指在整个芯片表面按栅格阵列形式分布I/O端子，芯片直接以倒扣焊接在陶瓷外壳表面，通过上述栅格阵列形式分布I/O端子与外壳上对应的点及焊盘实现电气连接的芯片安装方式。具有I/O数目多、寄生参数小、可靠性高等特点，已成为高I/O数（数千个）、高速高频集成电路封装的主流。

当前将芯片倒装安装方式与陶瓷焊盘阵列外壳结合的封装形式，已成为千万门级FPGA、高性能CPU等高端集成电路封装的首选，由于这些高端集成电路功耗均较大，为满足散热需要，需要在芯片背面直接安装散热器，但现有封装方式无法实现气密性，在航天等高可靠领域应用收到了较大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其用于气密性芯片倒装方式的封装，能够解决现有封装方式无法实现气密性的问题，能够同时具有高机械可靠性、优良的散热性能和高气密性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，包括陶瓷基板和散热盖板，所述基板在与芯片安装区域对应排布栅格形式的芯片倒装安装焊盘，用于与芯片输入/输出端口连接，所述基板的另一侧排布植球或植柱焊盘作为外部引出端，所述基板内部为多层布线结构，能够实现芯片输入/输出端口与外部引出端互联，所述盖板的中部设有热沉，用于与芯片背面粘接，还包括金属封口环，其位于基板和盖板之间，对基板和盖板气密性封闭连接，芯片安装于所述封口环内部；金属封口环与陶瓷基板钎焊连接，金属封口环的上端通过平行缝焊方式与散热盖板焊接。

优选的，所述植球或植柱焊盘按照1.0mm或1.27mm节距排布。

优选的，所述金属封口环与陶瓷基板钎焊连接用钎料为AgCu28合金。

所述芯片倒装安装焊盘节距最小可达150μm。

优选的，所述金属封口环材料为铁镍合金或铁镍钴合金。

优选的，所述散热盖板的材料为铁镍合金，热沉材料为钨铜、钼铜或铝基碳化硅合金。

优选的，所述陶瓷基板为多层氧化铝陶瓷钨金属化高温共烧制得。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明外壳结构以陶瓷基板钎焊封口环，芯片倒装固定连接于基板后，再将散热盖板与封口环采用平行缝焊的方法完成封装。本发明能够用于高引出端数大规模集成电路封装，可满足高精度、大容量信号处理等高端高可靠应用工程的需求；具有陶瓷件体积小、机械可靠性高、可实现大功率器件散热、漏气率小等优点，气密性达到≤1*10^-3（Pa﹒cm³/s），引出端数可达1000以上，恒定加速度试验中，测试条件：恒定加速度30000g、Y1方向、1min，测试合格。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例的仰视图；

图3 是图1所示实施例的俯视图。

其中，1、基板；2、封口环；3、盖板。

具体实施方式

为了能够更加清楚地描述本发明，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。

一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，包括陶瓷基板1和散热盖板3，基板1在与芯片安装区域对应排布栅格形式的芯片倒装安装焊盘，用于与芯片输入/输出端口连接，基板1的另一侧排布植球或植柱焊盘作为外部引出端，陶瓷基板1为多层氧化铝陶瓷钨金属化高温共烧制得，其内部为多层布线结构，能够实现芯片输入/输出端口与外部引出端互联，盖板3的中部设有热沉，用于与芯片背面粘接，还包括金属封口环2，其位于基板1和盖板3之间，对基板1和盖板3气密性封闭连接，芯片安装于封口环2内部；金属封口环2与陶瓷基板1钎焊连接，金属封口环2的上端通过平行缝焊方式与散热盖板3焊接。

其中，盖板3的四边侧面底部设有矩形缺口，金属封口环2包括环体，环体的底部与基板1钎焊连接，环体的上部向环内伸出形成伸出部，环体沿其纵向截面呈倒L形，伸出部的前段位于盖板3的矩形缺口处，且其顶面与盖板3矩形缺口底面构成平面接触，经平行缝焊后，伸出部的前段与盖板3焊接，使得金属封口环2对基板11和盖板3形成气密性封闭连接，伸出部的前段在矩形缺口内与该缺口侧面留有空隙。伸出部的前段厚度大于伸出部的后段。

本发明结构的封装方法，首先采用多层陶瓷共烧工艺制作陶瓷基板1，其芯片倒装安装焊盘数量、位置与芯片I/O一一对应，节距最小可达150μm，陶瓷基板1引出端采用CLGA陶瓷焊盘阵列的封装形式，引出端节距为1.00mm或1.27mm，芯片I/O与外部引出端的互联由陶瓷基板1内部的多层布线实现；在陶瓷基板1上焊接金属封口环2，实现气密性腔体，芯片安装采用倒装安装方式，安装于封口环2内部；芯片安装完成后，在芯片背面涂覆导热胶，将散热盖板3中间部位的热沉材料与芯片背面粘接在一起；最后，采用平行缝焊工艺将盖板3四周与金属封口环2四周焊接在一起。

金属封口环2材料为铁镍合金或铁镍钴合金，金属封口环2采用AgCu28合金焊料在800℃温度下焊接到陶瓷基板1上，气密封接散热盖板3采用平行缝焊的方式与金属封口环2焊接，对芯片形成气密性保护，并为芯片提供散热通道。散热盖板3的材料为铁镍合金，热沉材料为钨铜、钼铜或铝基碳化硅合金。

本发明结构能够同时满足气密性和芯片散热需要，具有机械可靠性高、散热性能优良、高气密性的优点，能够满足航天等高可靠领域应用。

Claims (7)

1.一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，包括陶瓷基板(1)和散热盖板(3)，所述基板(1)在与芯片安装区域对应排布栅格形式的芯片倒装安装焊盘，用于与芯片输入/输出端口连接，所述基板(1)的另一侧排布植球或植柱焊盘作为外部引出端，所述基板(1)内部为多层布线结构，能够实现芯片输入/输出端口与外部引出端互联，所述盖板(3)的中部设有热沉，用于与芯片背面粘接，其特征在于：还包括金属封口环(2)，其位于基板(1)和盖板(3)之间，对基板(1)和盖板(3)气密性封闭连接，芯片安装于所述封口环(2)内部；金属封口环(2)与陶瓷基板(1)钎焊连接，金属封口环(2)的上端通过平行缝焊方式与散热盖板(3)焊接；盖板的四边侧面底部设有矩形缺口，金属封口环包括环体，环体的底部与基板纤焊连接，环体的上部向环内伸出形成伸出部，伸出部的前段位于盖板的矩形缺口处，且其顶面与盖板矩形缺口底面构成平面接触，伸出部的前段与盖板焊接，伸出部的前段在矩形缺口内与该缺口侧面留有间隙；伸出部的前段厚度大于伸出部的后段厚度。

2.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述植球或植柱焊盘按照1.0mm或1.27mm节距排布。

3.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述金属封口环(2)与陶瓷基板(1)钎焊连接用钎料为AgCu28合金。

4.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述芯片倒装安装焊盘节距为150μm。

5.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述金属封口环(2)材料为铁镍合金或铁镍钴合金。

6.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述散热盖板(3)的材料为铁镍合金，热沉材料为钨铜、钼铜或铝基碳化硅合金。

7.根据权利要求1所述的一种气密性芯片倒装安装用陶瓷焊盘阵列外壳结构，其特征在于，所述陶瓷基板(1)为多层氧化铝陶瓷钨金属化高温共烧制得。