CN109727924B - 一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，包括陶瓷外壳基座，陶瓷外壳基座包括陶瓷芯腔以及键合指，陶瓷外壳基座的顶部焊接封接环，陶瓷芯腔内，从下往上依次焊接氮化铝过渡片、硅过渡片以及硅芯片，硅芯片通过键合丝连接到陶瓷外壳基座上相应的键合指上，封接环上焊接有金锡合金盖板。本发明通过使用两层过渡片，氮化铝过渡片的热膨胀系数在氧化铝陶瓷和硅片之间，上层过渡片为与焊接芯片材质相同的硅，并且两层过渡片都采用局部焊接的方式，来减小芯片与陶瓷外壳焊接处之间的应力，大大增加芯片焊接时的可靠性，提高产品的稳定性。

Description

一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构
技术领域
本发明涉及一种陶瓷外壳封装结构。
背景技术
陶瓷外壳与芯片的连接有多种方式，包括胶粘、焊料焊接等，以焊料焊接来说，陶瓷外壳和芯片的焊接，是将芯片焊接到陶瓷外壳的芯腔内，使芯片在陶瓷外壳的芯腔环境中能正常的工作，对芯片进行保护的同时实现电气连接，实现芯片的电性能。
传统的焊接方式为将芯片直接焊接到陶瓷外壳的芯腔内，由于陶瓷外壳和芯片的热膨胀系数不同，受热膨胀时形变量就不同，会产生较大应力，而某些芯片在焊接的过程中要求较高，在一定形变量下会使芯片发生形变，甚至断裂，直接影响产品的正常生产和使用。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，减小了芯片与陶瓷外壳焊接处的应力。
技术方案：一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，包括陶瓷外壳基座，所述陶瓷外壳基座包括陶瓷芯腔以及键合指，所述陶瓷外壳基座的顶部焊接封接环，所述陶瓷芯腔内，从下往上依次焊接氮化铝过渡片、硅过渡片以及硅芯片，所述硅芯片通过键合丝连接到陶瓷外壳基座上相应的键合指上，所述封接环上焊接有金锡合金盖板。
进一步的，所述氮化铝过渡片与陶瓷外壳基座之间，以及所述硅过渡片与氮化铝过渡片之间采用局部焊接连接。
进一步的，所述氮化铝过渡片与陶瓷外壳基座之间的焊接面积大于所述硅过渡片与氮化铝过渡片之间的焊接面积。
进一步的，所述硅过渡片与氮化铝过渡片之间的焊接面为圆形。
进一步的，所述氮化铝过渡片与陶瓷外壳基座之间，以及所述硅过渡片与氮化铝过渡片之间的焊料为Ag72Cu28或金基焊料。
进一步的，所述陶瓷外壳基座为氧化铝陶瓷材料制备。
进一步的，所述封接环为瓷封合金。
有益效果：1、本发明采用氮化铝(AlN)过渡片和硅(Si)过渡片依次焊接在陶瓷外壳基座芯腔内，来降低芯片与陶瓷外壳焊接处的应力；2、本发明中两层过渡片采用局部焊接的方式，氮化铝(AlN)过渡片与陶瓷基座的焊接面积比硅(Si)过渡片与氮化铝(AlN)过渡片的焊接面积大，通过局部焊接与逐层减小焊接面积两种方式，降低焊接应力的传递；3、本发明中两层过渡片的焊接面的形状为圆形，在相同焊接面积的情况下，圆形焊接的抗拉能力较大，以此达到提高产品整体质量的目的。
附图说明
图1为陶瓷外壳剖面图；
图2为陶瓷外壳与过渡片相对位置结构图；
图3为过渡片与焊料相对位置示意图；
图4为CLCC20陶瓷外壳焊接过渡片示意图。
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所示，一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，包括氧化铝陶瓷材料制备的陶瓷外壳基座1，陶瓷外壳基座1包括陶瓷芯腔1-1以及键合指1-4，陶瓷外壳基座1的顶部焊接瓷封合金的封接环1-2，牌号为4J42。陶瓷芯腔1-1内，从下往上依次焊接氮化铝过渡片1-7、硅过渡片1-6以及硅芯片1-5。硅芯片1-5通过键合丝连接到陶瓷外壳基座1上相应的键合指1-4上，封接环1-2上焊接有金锡合金盖板1-3。
如图2和图3所示，氮化铝过渡片1-7与陶瓷外壳基座1之间，以及硅过渡片1-6与氮化铝过渡片1-7之间均采用局部焊接连接，焊料为Ag72Cu28或金基焊料。氮化铝过渡片1-7与陶瓷外壳基座1之间的焊接面积大于硅过渡片1-6与氮化铝过渡片1-7之间的焊接面积，两层焊料的形状均为圆形，形成应力的稳定逐级消减。
上述结构在制备时，若焊接氮化铝过渡片的焊料采用Ag72Cu28，先将封接环1-2和氮化铝过渡片1-7分别焊接在陶瓷外壳基座1的封口区和芯腔1-1内，然后再将焊接后陶瓷外壳基座1电解镀镍镀金，最后用金基焊料将硅过渡片1-6焊接到氮化铝过渡片1-7上。若焊接氮化铝过渡片的焊料为金基焊料，则封接环1-2与陶瓷外壳基座1先焊接，再对焊接后的陶瓷外壳基座1进行电解镀镍镀金，最后用金基焊接将氮化铝过渡片1-7与硅过渡片1-6一起焊接在陶瓷外壳基座芯腔1-1内，焊接的相对位置如图2所示。其中，过渡片的局部焊接是通过过渡片表面局部金属化的方式实现的，即氮化铝过渡片1-7与硅过渡片1-6的表面进行局部金属化，金属化的面积与焊料的面积形状相同，尺寸相似。
如图4所示，以CLCC20产品，焊料2以金基焊料为例，正方形陶瓷外壳基座1的边长为11.43mm，陶瓷外壳基座1使用正常生产工艺的陶瓷外壳，在封接环1-2焊接完成后进行电镀镍金，氮化铝过渡片1-7与硅过渡片1-6局部镀金后，用金基焊料将氮化铝过渡片1-7与硅过渡片1-6焊接在陶瓷外壳基座的芯腔内，该过渡片的焊接采用局部焊接的方式，即焊接面小于过渡片的表面。
传统的陶瓷外壳在芯片焊接时，由于芯片与氧化铝陶瓷基座之间的热膨胀系统失配，氧化铝陶瓷基以芯片的受热膨胀(缩小)量不同，会使芯片发生形变，甚至断裂，影响整个产品的使用。本发明通过使用两层过渡片，氮化铝过渡片的热膨胀系数在氧化铝陶瓷和硅片之间，上层过渡片为与焊接芯片材质相同的硅，并且两层过渡片都采用局部焊接的方式，来减小芯片与陶瓷外壳焊接处之间的应力，大大增加芯片焊接时的可靠性，提高产品的稳定性。
需要说明的是，若芯片的材质发生变化，上层过渡片的材质也相应的变化。
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 (7)

1.一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，包括陶瓷外壳基座(1)，所述陶瓷外壳基座(1)包括陶瓷芯腔(1-1)以及键合指(1-4)，所述陶瓷外壳基座(1)的顶部焊接封接环(1-2)，其特征在于：所述陶瓷芯腔(1-1)内，从下往上依次焊接氮化铝过渡片(1-7)、硅过渡片(1-6)以及硅芯片(1-5)，所述硅芯片(1-5)通过键合丝连接到陶瓷外壳基座(1)上相应的键合指(1-4)上，所述封接环(1-2)上焊接有金锡合金盖板(1-3)。
2.根据权利要求1所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述氮化铝过渡片(1-7)与陶瓷外壳基座(1)之间，以及所述硅过渡片(1-6)与氮化铝过渡片(1-7)之间采用局部焊接连接。
3.根据权利要求2所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述氮化铝过渡片(1-7)与陶瓷外壳基座(1)之间的焊接面积大于所述硅过渡片(1-6)与氮化铝过渡片(1-7)之间的焊接面积。
4.根据权利要求3所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述硅过渡片(1-6)与氮化铝过渡片(1-7)之间的焊接面为圆形。
5.根据权利要求2-4任一所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述氮化铝过渡片(1-7)与陶瓷外壳基座(1)之间，以及所述硅过渡片(1-6)与氮化铝过渡片(1-7)之间的焊料(2)为Ag72Cu28或金基焊料。
6.根据权利要求2-4任一所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述陶瓷外壳基座(1)为氧化铝陶瓷材料制备。
7.根据权利要求2-4任一所述的带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构，其特征在于：所述封接环(1-2)为瓷封合金。
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