CN109256373A - I/f转换系统三维立体封装结构及封装方法 - Google Patents

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Abstract

一种I/F转换系统三维立体封装结构及封装方法，可解决现有技术体积较大重量较重，无法适用于高精度领域的技术问题。包括LTCC双面板和HTCC封装主体，所述HTCC封装主体包括敞口设置的陶瓷腔体、金属环框、外引线和盖板，所述金属环框设置在陶瓷腔体的顶部，所述盖板设置在金属环框上面；所述LTCC双面板水平设置在陶瓷腔体的内部，所述LTCC双面板为多层金属化陶瓷基板，在LTCC双面板的两面及陶瓷腔体的内部底面上分别设置金属化焊盘，所述外引线水平设置在陶瓷腔体底板的外侧面上。本发明通过双面板和AlN一体化封装主体的堆叠结构及垂直互连技术实现系统的三维集成，本发明通用性强，可广泛应用于高精度、高可靠、小型化惯导系统的集成。

Description

I/F转换系统三维立体封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及三维集成电路应用技术领域，具体涉及一种I/F转换系统三维立体封装结构及封装方法。
背景技术
随着惯导系统对小型化、轻量化、高精度、高可靠性的需求不断提升，高精度小型化I/F转换系统集成成为近年来惯性导航领域研究的重点。当前，国内高精度高可靠I/F转换系统主要采用传统金属封装技术在二维平面上实现系统集成，体积较大且重量较重，无法满足未来发展要求；而单片集成的I/F转换系统其制备工艺难度大，精度低，目前尚无法满足高精度、高可靠惯性导航领域应用需求。
发明内容
本发明提出的一种I/F转换系统三维立体封装结构及封装方法，可解决现有技术体积较大重量较重，通用性较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种I/F转换系统三维立体封装结构，包括LTCC双面板和HTCC封装主体，所述HTCC封装主体包括敞口设置的陶瓷腔体、金属环框、外引线和盖板，所述金属环框设置在陶瓷腔体的顶部，所述盖板设置在金属环框上面；所述LTCC双面板水平设置在陶瓷腔体的内部，所述LTCC双面板为多层金属化陶瓷基板，在LTCC双面板的两面及陶瓷腔体的内部底面上分别设置金属化焊盘，所述外引线水平设置在陶瓷腔体底板的外侧面上。
优选的，所述陶瓷腔体的内侧面上设置相邻的上台阶和下台阶，所述LTCC双面板水平固定在下台阶上；
所述上台阶上设置金属化焊盘；
所述上台阶和下台阶对应设置金属化通孔。
优选的，所述外引线为可伐材料的Z型金属外引线。
优选的，所述金属环框为三明治结构，具体从下到下三层结构分别为可伐合金、Cu及可伐合金。
优选的，所述陶瓷腔体采用AlN材料。
优选的，所述LTCC双面板设置通气孔。
优选的，所述LTCC双面板采用多层金属化Al2O3陶瓷基板。
一种I/F转换系统三维立体封装结构的封装方法，包括以下步骤，
S101、对LTCC双面板的两个面及陶瓷腔体内部底面分别进行元器件组装及电路测试；
S102、将LTCC双面板固定在陶瓷腔体的下台阶上，并通过金丝键合把LTCC双面板与陶瓷腔体上台阶的金属化焊盘相连，然后连接相关元器件；
S103、把盖板固定在陶瓷腔体的金属环框上，并密封。
进一步的，所述步骤S102中采用有机胶将LTCC双面板粘接在陶瓷腔体的下台阶上。
进一步的，所述步骤S103中采用平行缝焊将盖板焊接在金属环框上。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种高精度高可靠的I/F系统结构及双材质三维立体封装方法，通过LTCC双面板和AlN一体化封装主体的堆叠结构及垂直互连技术实现系统的三维集成，该方法具有通用性，可广泛应用于高精度、高可靠、小型化惯导系统的集成。
本发明的有益效果在于：
（1）三维立体封装结构包含双面板和一体化封装主体，可以同时在双面板的顶面、底面和封装主体底部贴装元器件并实现电气互连，从而形成三个安装面，扩大了组装面积并有效增加了布线面积，提升了集成度，实现了系统集成的小型化设计。
（2）电路基板和封装外壳融为一体，并采用陶瓷材料，相较于传统的金属封装，该结构减小了封装体积并减轻了重量。
（3）双面板和一体化封装主体上布局的元器件和电路可分块进行测试，提高了成品率和可制造性。
附图说明
图1是本发明封装结构的剖面示意图；
图2是本发明封装结构的立体示意图；
图3是本发明环框结构示意图；
图4是本发明外引线结构示意图；
图5是本发明封装结构组装示意图；
图6是本发明元器件组装示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1、图2所示，本实施例所述的I/F转换系统三维立体封装结构，包括LTCC双面板1和HTCC一体化封装主体，其中，所述LTCC双面板1为多层金属化Al2O3陶瓷基板，在陶瓷基板的顶面6和底面7分别光刻或网版印刷多层金属化图形，便于实现电气连接；HTCC一体化封装主体包括AlN多层陶瓷腔体2、金属环框4、外引线5及盖板3，其中在AlN陶瓷腔体2上焊接组装金属环框4和外引线5，形成HTCC一体化封装主体；I/F转换系统封装采用平行缝焊实现三维立体封装结构的气密封装，即在AlN陶瓷腔体2的金属环框4上焊接盖板3。
如图3所示，所述三维立体封装结构的金属环框4采用三明治结构，优选可伐-Cu-可伐材料构成并通过焊接形成完整的金属环框，可有效降低金属环框4与陶瓷腔体2焊接界面的应力，提高可靠性。
如图4所示，所述三维立体封装结构的金属外引线5，为可伐材料的Z型金属外引线5，通过焊接水平组装在AlN陶瓷腔体2底板9上，然后通过过孔与陶瓷腔体2的内部底面8上金属焊盘连接，Z型金属引腿用以系统集成的电性能引出，可用于焊接在PCB板上，其结构的两个倒角设计可以减小陶瓷腔体底板9、金属外引线5、PCB三者之间的组装应力。
结合图1到图4可知，所述三维立体封装结构中，LTCC双面板1的顶面6和底面7可分别组装元器件，通过光刻、网版印刷多种合金形成多层金属化图形，多层金属化图形即包括导线和焊盘10，以实现电气连接，具有方阻小、寄生电容小等特点，满足电路高精度需求；HTCC一体化封装主体的AlN陶瓷腔体2的底部8可组装元器件，通过网版印刷形成多层金属化图形以实现电气互连，同时，陶瓷腔体2优选导热率高的AlN材料，可用以布局功率电路和温度传感器，具有良好的散热能力；所述金属化导线和焊盘均适应于再流焊和金丝球焊两种组装方式。
请参照图5，LTCC双面板1粘接在AlN陶瓷腔体2的下台阶13上，并通过金丝键合与陶瓷腔体2的上台阶12上的互连焊盘相连，通过网版印刷等方式在上台阶12上印制多层金属化图形即为互连焊盘；同时，互连焊盘通过多层金属化图形和金属化过孔14实现垂直互连，可将双面板1上的电气信号垂直传输到陶瓷腔体2的底面8上或金属外引线5上。
参照图5、图6可知，本发明实施例的封装方法如下：
步骤一是分别进行双面板1的双面元器件组装、电路测试（如图5（a））以及陶瓷腔体2内侧底面8的元器件组装、电路测试（如图5（b）），LTCC双面板1的顶面6、底面7和陶瓷腔体2的内侧底面8均可粘接、焊接元器件15，可形成三个不同的安装面（如图6）；
步骤二是完成双面板1和HTCC一体化封装主体的组装和电路测试，采用有机胶将双面板1粘接在HTCC一体化封装主体的AlN陶瓷腔体2的下台阶13上，并通过金丝键合与陶瓷腔体2的上台阶12上的互连焊盘相连，同时互连焊盘通过多层金属化图形和金属化过孔14、金属外引线5实现垂直互连及电性能引出（如图5（c））。LTCC双面板1将陶瓷腔体2分隔成上下两部分，可以实现电路的分隔布局，减小干扰，双面板上设计一个或多个通气孔11，用以为陶瓷腔体2的下部提供水汽释放通道；
步骤三是三维立体封装的气密封口，采用平行缝焊将盖板3焊接在陶瓷腔体2的金属环框4上，以实现三维立体封装结构的气密封装，最终实现功能完整的I/F转换系统双材质三维立体封装结构。
本发明实施例可保证良好的电性能精度和封装的可靠性，形成适应于高精度高可靠惯性导航领域的新型独立三维立体封装结构，便于后续高精度高集成度电路的组装。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种I/F转换系统三维立体封装结构，包括LTCC双面板（1）和HTCC封装主体，其特征在于：所述HTCC封装主体包括敞口设置的陶瓷腔体（2）、金属环框（4）、外引线（5）和盖板（3），所述金属环框（4）设置在陶瓷腔体（2）的顶部，所述盖板（3）设置在金属环框（4）上面；所述LTCC双面板（1）水平设置在陶瓷腔体（2）的内部，所述LTCC双面板（1）为多层金属化陶瓷基板，在LTCC双面板（1）的两面及陶瓷腔体（2）的内部底面（8）上分别设置金属化焊盘，所述外引线（5）水平设置在陶瓷腔体（2）底板（9）的外侧面上。
2.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述陶瓷腔体（2）的内侧面上设置相邻的上台阶（12）和下台阶（13），所述LTCC双面板（1）水平固定在下台阶（13）上；
所述上台阶（12）上设置金属化焊盘；
所述上台阶（12）和下台阶（13）对应设置金属化通孔（14）。
3.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述外引线（5）为可伐材料的Z型金属外引线。
4.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述金属环框（4）为三明治结构，具体从下到下三层结构分别为可伐合金、Cu及可伐合金。
5.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述陶瓷腔体（2）采用AlN材料。
6.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述LTCC双面板（1）设置通气孔（11）。
7.根据权利要求1所述的I/F转换系统三维立体封装结构，其特征在于：所述LTCC双面板（1）采用多层金属化Al2O3陶瓷基板。
8.如权利要求1-7任意一项所述的I/F转换系统三维立体封装结构的封装方法，其特征在于：包括以下步骤，
S101、对LTCC双面板（1）的两个面及陶瓷腔体（2）内部底面分别进行元器件组装及电路测试；
S102、将LTCC双面板（1）固定在陶瓷腔体（2）的下台阶（13）上，并通过金丝键合把LTCC双面板（1）与陶瓷腔体（2）上台阶（12）的金属化焊盘相连，然后连接相关元器件；
S103、把盖板（3）固定在陶瓷腔体（2）的金属环框（4）上，并密封。
9.如权利要求8所述的I/F转换系统三维立体封装结构的封装方法，其特征在于：所述步骤S102中采用有机胶将LTCC双面板（1）粘接在陶瓷腔体（2）的下台阶（13）上。
10.如权利要求8所述的I/F转换系统三维立体封装结构的封装方法，其特征在于：所述步骤S103中采用平行缝焊将盖板（3）焊接在金属环框（4）上。
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