CN106486427A - 一种基于lcp基板的封装外壳及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LCP基板的封装外壳及制备方法。封装外壳包括金属围框、设置于金属围框下的以任意层互连的多层LCP基板层压形成的LCP基板复合层以及盖在金属围框上的金属盖板；金属围框和LCP基板复合层气密连接；金属盖板和金属围框气密连接；LCP基板复合层包括依次连接的芯片粘接层、金丝键合层以及元器件和金属围框焊接层，金属围框焊接层设置有通孔，实现良好的接地和空间隔离；LCP基板复合层的各层设置有电镀实心孔，实现任意层电气连接。本发明的外壳具有气密性高、体积小、重量轻的特点，可应用于微波、毫米波等高频集成电路中。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，涉及一种在高密度封装中的封装空腔型外壳，用于微波、毫米波等高频应用的高可靠封装，具体地说是一种具有空腔结构、密封区的采用LCP基板作为衬底的封装制备方法。
背景技术
目前，集成电路主要有两种封装方式：一种是采用PCB基板作为衬底的塑封封装，另一种是采用高温共烧陶瓷的多层陶瓷封装。二者采用完全不同的封装材料和工艺，陶瓷封装可以实现气密封装，但是成本高，制造工艺复杂，加工周期长，而且由于陶瓷基板的导体材料采用的是Mo或W，内埋高频信号传输线时损耗很大，导致陶瓷封装在毫米波等高频电路特别是需要内埋射频传输线时的使用受到限制。塑封的优点是成本低，但是由于无法实现气密封装，限制了塑封封装在高可靠集成电路中的应用，此外由于PCB基板实现任意层互连的加工难度高和塑封对电磁波无屏蔽作用，限制了塑封封装在超高集成度基板和高频的应用。
因此，提供一种气密封装方式，弥补陶瓷封装和塑封封装的不足显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于LCP基板的封装外壳的制备方法，满足微波、毫米波等高频集成电路的气密封装和小型化要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于LCP基板的封装外壳，包括金属围框、设置于金属围框下的以任意层互连的多层LCP基板层压形成的LCP基板复合层以及盖在金属围框上的金属盖板；所述金属围框和LCP基板复合层气密连接；所述金属盖板和金属围框气密连接；
所述LCP基板复合层包括依次连接的芯片粘接层、金丝键合层以及元器件和金属围框焊接层，所述金属围框焊接层设置有通孔，实现良好的接地和空间隔离；
所述LCP基板复合层的各层设置有电镀实心孔，实现任意层电气连接。
本发明的有益效果是：
与陶瓷封装和塑封封装相比，采用金属围框和金属盖板可实现良好的通道隔离，该封装更适用于高频工作，该封装不仅适用于单芯片封装，也可以应用于多芯片和多器件的模块和组件封装；
与基于PCB的塑封相比，由于作为高分子材料的LCP基板为气密材料，可以实现气密封装，应用于高可靠的集成电路中；此外，LCP基板可以实现任意层互连，更适用于高集成化封装；
与高温共烧陶瓷基板相比，LCP基板的介电常数(2.9)和介电损耗较低，工作频率可应用到60GHz，此外，LCP基板可以内埋射频信号传输线，适用于高密度封装；
通过金属围框焊接、芯片粘接、金丝键合、激光封焊，制得一种基于LCP基板的封装，具有气密性高、体积小、集成度高、重量轻的特点，可应用于微波、毫米波等高频集成电路中。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述LCP基板复合层内埋射频信号传输线和电源线。
采用上述进一步方案的有益效果是：设计更灵活，可以实现高密度集成化封装，更适合应用于小型化封装。
进一步，所述LCP基板复合层正面与所述金属围框底面均镀有金镀层。
采用上述进一步方案的有益效果是：使LCP基板复合层和金属围框实现良好的气密连接。
进一步，所述金属围框和金属盖板的封焊面镀有镍镀层。
采用上述进一步方案的有益效果是：使金属围框和金属盖板实现良好的气密封装。
同时，本发明还提供了一种基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备金属围框、金属盖板和LCP基板复合层；
(2)将金属围框焊接在LCP基板复合层的金属围框焊接层上，以实现金属围框与LCP基板复合层的气密连接；
(3)将芯片粘接在焊接好金属围框的LCP基板复合层的芯片粘接层上；
(6)采用键合工艺将芯片和LCP基板复合层上的金丝键合层的焊盘级联；
(7)采用激光封焊工艺将金属围框用金属盖板在真空条件下进行封盖。
进一步，所述步骤(1)的具体方法为：
在LCP基板复合层的正面镀金2um；金属围框底面镀金0.5um，且分别将金属围框和金属盖板的封焊面化学镀镍5um。
采用上述进一步方案的有益效果是更易于LCP基板复合层和金属围框、金属围框和金属盖板的焊接。
进一步，所述步骤(2)的具体过程为：
(21)将LCP基板复合层及金属围框用异丙醇溶液超声清洗10-20分钟；
(22)将锡银铜焊膏均匀地涂抹在LCP基板复合层的金属围框焊接层上需要焊接金属围框的位置；
(23)将金属围框放置在LCP基板复合层(上需要焊接金属围框(1)的位置，用夹具固定LCP基板复合层和金属围框；
(24)将带夹具固定的LCP基板复合层和金属围框放置在热台上，待锡银铜熔化，热台温度为230℃；
(25)待锡银铜熔化10～20s后，将LCP基板复合层和金属围框整体移至防静电工作台上，在室温下进行冷却。
采用上述进一步方案的有益效果是实现基板和金属围框的气密连接。
进一步，所述步骤(3)的具体过程为：
(31)在LCP基板复合层上芯片粘接层处均匀涂覆一层导电胶，导电胶厚度在0.05～0.12mm之间；
(32)将芯片放置在芯片粘接层处，再进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间50～60分钟。
采用上述进一步方案的有益效果是保证芯片的可靠粘接。
进一步，所述步骤(4)的具体过程为：
采用热声焊机，用25um金丝将芯片的焊盘与LCP基板复合层的金丝键合层的焊盘级联，金丝具有一定的弧度，弧高值为150um～200um。
采用上述进一步方案的有益效果是实现芯片和基板的可靠互连。
进一步，所述步骤(5)的具体过程为：
将产品放置在手套箱中，抽真空后进行激光封焊，封盖完成后放入氦质谱检漏仪的真空容器内进行检漏。
采用上述进一步方案的有益效果是实现金属围框和金属盖板的气密封装。
附图说明
图1为本发明封装外壳各结构示意图；
图2为本发明封装外壳整体示意图；
图3为本发明封装外壳制备方法流程图。
附图中，1-金属围框、2-金属盖板、3-LCP基板复合层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2所示，一种基于LCP基板的封装外壳，金属围框1、设置于金属围框1下的以任意层互连的多层LCP基板层压形成的LCP基板复合层3以及盖在金属围框1上的金属盖板2，LCP基板复合层3包括芯片粘接层、金丝键合层以及元器件和金属围框焊接层，金属围框焊接层设置有通孔，实现良好的接地和空间隔离；LCP基板复合层3的各层设置有电镀实心孔，实现任意层电气连接；LCP基板复合层3和金属围框焊接层通过焊接，实现气密连接，金属盖板2和金属围框1通过激光封焊，封焊面镀有镍镀层，实现金属盖板2和金属围框1的气密连接；LCP基板复合层3内埋射频信号传输线和电源线。
如图3所示，本发明还提出了一种基于LCP基板的封装外壳的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备金属围框1、金属盖板2和LCP基板复合层3。根据LCP基板可以实现任意层互连的特点进行设计，通过内埋射频信号传输线和电源线等进行三维互连，实现高密度封装。为了保证金属围框1焊接，LCP基板复合层3正面镀金2um，金属围框1底面镀金0.5um。此外，为了实现金属围框1和金属盖板2的激光封焊，金属围框1和金属盖板2的封焊面化学镀镍5um。
(2)将金属围框1焊接在LCP基板复合层3的金属围框1焊接层上，此步骤为关键工艺。先清洁基板和金属围框1，用异丙醇溶液超声清洗基板、金属围框1，10-20分钟，再用锡银铜焊膏均匀地涂抹在LCP基板上需要焊接金属围框1的位置，然后将金属围框1放置在LCP基板上，用夹具固定LCP基板和金属围框1。打开热台，温度设置230℃，待温度稳定后，将带夹具固定的LCP基板和金属围框1放置在热台上，待锡银铜熔化10～20s后，整体移至防静电工作台上，在室温下冷却后完成金属围框1焊接工艺。金属围框1焊接的合格判据是焊点光亮饱满。
(3)将裸芯片粘接在LCP基板复合层3的芯片粘接层上。根据设计图纸，在LCP基板复合层3上芯片预留位置处均匀涂覆一层导电胶，导电胶厚度在0.05～0.12mm之间，按图纸放置芯片。整体放入高温烘箱，120℃烘烤50～60分钟。检查芯片粘接情况，要求芯片粘接位置满足图纸要求，芯片四周可以看见溢出的导电胶且不超出规定的粘接区域。粘接合格的导电胶厚度为0.03～0.07mm。
(4)采用25um的金丝键合工艺将裸芯片和LCP基板复合层3上的金丝键合层的焊盘级联。采用热声焊机，25um金丝焊接芯片与基板，要确保金丝具有一定的幅度(弧高典型值为150um～200um)，焊点的焊接位置应位于焊盘中心，不允许超出焊盘。
(5)采用激光封焊工艺进行封盖。将产品放置在手套箱中，抽真空后进行激光封焊，封盖完成后放入氦质谱检漏仪的真空容器内进行检漏，要求氦质谱检漏仪检测的氦气流量低于1×10-3pa·cm3/s为满足气密要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于LCP基板的封装外壳，其特征在于，包括金属围框(1)、设置于金属围框(1)下的以任意层互连的多层LCP基板层压形成的LCP基板复合层(3)以及盖在金属围框(1)上的金属盖板(2)；所述金属围框(1)和LCP基板复合层(3)气密连接；所述金属盖板(2)和金属围框(1)气密连接；
所述LCP基板复合层(3)包括依次连接的芯片粘接层、金丝键合层以及元器件和金属围框焊接层，所述金属围框焊接层设置有通孔，实现良好的接地和空间隔离；
所述LCP基板复合层(3)的各层设置有电镀实心孔，实现任意层电气连接。
2.根据权利要求1所述的基于LCP基板的封装外壳，其特征在于，所述LCP基板复合层(3)内埋射频信号传输线和电源线。
3.根据权利要求1所述的基于LCP基板的封装外壳，其特征在于，所述LCP基板复合层(3)正面与所述金属围框(1)底面均镀有金镀层。
4.根据权利要求1所述的基于LCP基板的封装外壳，其特征在于，所述金属围框(1)和金属盖板(2)的封焊面镀有镍镀层。
5.一种基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备金属围框(1)、金属盖板(2)和LCP基板复合层(3)；
(2)将金属围框(1)焊接在LCP基板复合层(3)的金属围框焊接层上，以实现金属围框(1)与LCP基板复合层(3)的气密连接；
(3)将芯片粘接在焊接好金属围框(1)的LCP基板复合层(3)的芯片粘接层上；
(4)采用键合工艺将芯片和LCP基板复合层(3)上的金丝键合层的焊盘级联；
(5)采用激光封焊工艺将金属围框(1)用金属盖板(2)在真空条件下进行封盖。
6.根据权利要求5所述的基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体方法为：
在LCP基板复合层(3)的正面镀金2um；金属围框(1)底面镀金0.5um，且分别将金属围框(1)和金属盖板(2)的封焊面化学镀镍5um。
7.根据权利要求6所述的基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程为：
(21)将LCP基板复合层(3)及金属围框(1)用异丙醇溶液超声清洗10-20分钟；
(22)将锡银铜焊膏均匀地涂抹在LCP基板复合层(3)的金属围框焊接层上需要焊接金属围框(1)的位置；
(23)将金属围框(1)放置在LCP基板复合层(3)上需要焊接金属围框(1)的位置，用夹具固定LCP基板复合层(3)和金属围框(1)；
(24)将带夹具固定的LCP基板复合层(3)和金属围框(1)放置在热台上，待锡银铜熔化，热台温度为230℃；
(25)待锡银铜熔化10～20s后，将LCP基板复合层(3)和金属围框(1)整体移至防静电工作台上，在室温下进行冷却。
8.根据权利要求7所述的基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体过程为：
(31)在LCP基板复合层(3)上芯片粘接层处均匀涂覆一层导电胶，导电胶厚度在0.05～0.12mm之间；
(32)将芯片放置在芯片粘接层处，再进行烘烤，烘烤温度为120℃，烘烤时间50～60分钟。
9.根据权利要求8所述的基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体过程为：
采用热声焊机，用25um金丝将芯片的焊盘与LCP基板复合层(3)的金丝键合层的焊盘级联，金丝具有一定的弧度，弧高值为150um～200um。
10.根据权利要求9所述的基于LCP基板的封装外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体过程为：
将产品放置在手套箱中，抽真空后进行激光封焊，封盖完成后放入氦质谱检漏仪的真空容器内进行检漏。
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