CN110797308A - 带引线的陶瓷无引线片式封装外壳及功率器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带引线的陶瓷无引线片式封装外壳及功率器件，属于陶瓷封装外壳领域，包括设有腔体的陶瓷体；多个焊盘沿陶瓷体的端面四周布设，陶瓷体的侧面设有与焊盘一一对应连接的金属化通孔；引线数量与焊盘的数量相同，且与焊盘一一对应设置，引线的材质为可伐合金，引线采用AgCu28焊料与陶瓷体的焊盘焊接相连。本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，在PCB板焊接时，在陶瓷体和PCB板之间增加可伐合金引线，利用AgCu28焊料和可伐合金引线在温度循环过程中会发生塑性变形，释放热应力，可以缓解这种不匹配的热应力带来的不良效果，避免陶瓷件产生裂缝或PCB板发生弹性变形，有效提高了板级组装的可靠性。

Description

带引线的陶瓷无引线片式封装外壳及功率器件
技术领域
本发明属于陶瓷封装外壳技术领域，更具体地说，是涉及一种带引线的陶瓷无引线片式封装外壳及功率器件。
背景技术
陶瓷无引线片式载体(CLCC-Ceramic Leadless Chip Carrier)是一种小型化的贴装外壳，其内部键合指与外导电焊盘之间的导电路径较短，封装体内布线电阻以及电感等封装寄生参数低，所以此结构具有优异的电性能。由于外壳底部有大面积散热焊盘(或热沉)，散热焊盘(或热沉)直接与PCB板(又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，英文全称printed circuit board)相应散热焊盘及过孔相连有助于散热，因此CLCC封装还具有出色的热性能。此外，采用表面贴装方式，有效减小了器件体积，提升了组装密度，因此该类外壳具有寄生参数小、体积小、重量轻及散热好等特点。
在CLCC陶瓷外壳进行板级组装时，外壳的焊盘与PCB板直接焊接，具有如下缺陷：(1)由于陶瓷外壳的热膨胀系数(约7×10-6/℃)与PCB板的热膨胀系数(约15×10-6/℃)差异较大，在回流焊过程中会产生较大的残余应力，而且当环境温度变化时，在焊点内产生热应力，应力的周期性变化会造成焊点的疲劳损伤，同时相对于周围环境的温度，锡铅(SnPb)钎料的熔点较低，随着时间的延续，产生明显的粘性行为，导致焊点的蠕变损伤。因此在温度载荷加载过程中，温循应力和回流焊残余应力叠加，会造成产品失效加速，显著的降低焊点的寿命。
(2)由于热应力的数值和陶瓷外壳与PCB板两种材料的热膨胀系数差值及陶瓷管壳外形尺寸成正比，在两种材料一定的情况下，外壳的外形尺寸越大，这种影响越显著，因此在管壳外形尺寸固定的情况下，只能通过缩小两种材料不匹配的差异来减小带来的热应力，但常用的陶瓷外壳材料和PCB材料均已经固化。因此对于外形尺寸大于10.16mm×10.16mm的CLCC外壳，外壳的焊盘与PCB板直接焊接，由于热应力较大，很容易导致陶瓷外壳裂缝、PCB板弹性变形，造成板级组装可靠性差，组装的产品存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，旨在解决CLCC陶瓷外壳与PCB板焊接热应力大，容易造成裂缝、变形，导致板级组装可靠性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，包括设有腔体的陶瓷体，所述腔体内用于安装芯片或无源元件；多个焊盘沿所述陶瓷体的端面四周布设，所述陶瓷体的侧面设有与所述焊盘一一对应连通的金属化通孔；引线数量与所述焊盘的数量相同，且与所述焊盘一一对应设置，所述引线的材质为可伐合金，所述引线采用AgCu28焊料与所述陶瓷体的焊盘焊接相连。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷体的外形尺寸大于10.16mm×10.16mm。
作为本申请另一实施例，所述引线的宽度为0.1-0.8mm，所述引线的一边延伸超出所述陶瓷体的外形，所述引线的另外三边在所述焊盘的边界内。
作为本申请另一实施例，所述引线超出所述陶瓷体外形的长度为0-0.25mm。
作为本申请另一实施例，所述引线与所述陶瓷体焊接重叠的最小长度为0.2mm。
作为本申请另一实施例，所述引线的厚度为0.1-0.3mm。
作为本申请另一实施例，所述引线垂直于所述陶瓷体的端面且向背离所述陶瓷体的方向延伸。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷件为腔体向上型、或腔体向下型或双面腔体型。
作为本申请另一实施例，所述金属化通孔的孔径为0.1-0.4mm，所述金属化通孔的高度为0.1-4mm。
本发明的目的在于提供一种功率器件，包括所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳和PCB板，所述带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的所述引线与所述PCB板焊接相连。
本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的有益效果在于：与现有技术相比，本发明带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，基于CLCC陶瓷外壳的基础上设置引线，引线的材质为可伐合金，且引线采用AgCu28焊料与陶瓷体的焊盘焊接相连，在PCB板焊接时，通过在陶瓷外壳和PCB板两种脆性材料之间增加一层弹塑性可伐合金引线材料进行过渡，由于焊接引线用的AgCu28焊料和可伐合金引线在温度循环过程中会发生塑性变形，释放热应力，可以缓解这种不匹配的热应力带来的不良效果，避免陶瓷件产生裂缝或PCB板发生弹性变形，有效提高了板级组装的可靠性。
本发明提供的功率器件，由于采用基于设有引线的CLCC的陶瓷外壳与PCB板连接，因而由于焊接引线用的AgCu28焊料和可伐合金引线在温度循环过程中会发生塑性变形，释放热应力，可以缓解这种不匹配的热应力带来的不良效果，避免陶瓷件产生裂缝或PCB板发生弹性变形，有效提高了板级组装的可靠性；同时具有CLCC陶瓷外壳寄生参数小、体积小、重量轻及散热好等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的腔体向上型的结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为图1的仰视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的设有热沉的结构示意图；
图5为图4的俯视结构示意图；
图6为图4的仰视结构示意图；
图7为本发明实施例提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的腔体向上型且两对边设置引线的结构示意图；
图8为图7的俯视结构示意图；
图9为图7的仰视结构示意图；
图10为本发明实施例提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的腔体向下型的结构示意图；
图11为图10的俯视结构示意图；
图12为图10的仰视结构示意图；
图13为本发明实施例提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳与PCB板焊接后的结构示意图。
图中：1、引线；2、焊盘；3、陶瓷体；4、金属封口环；5、金属化通孔；6、腔体；7、对位标识；8、索引标识；9、热沉；10、PCB板；11、键合指。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图12，现对本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳进行说明。所述带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，包括设有腔体6的陶瓷体3，所述腔体6内用于安装芯片或无源元件；多个焊盘2沿所述陶瓷体3的端面四周布设，所述陶瓷体3的侧面设有与所述焊盘2一一对应连通的金属化通孔5；引线1数量与所述焊盘2的数量相同，且与所述焊盘2一一对应设置，所述引线1的材质为可伐合金，所述引线1采用AgCu28焊料与所述陶瓷体3的焊盘2焊接相连。
本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，与现有技术相比，是基于CLCC陶瓷外壳的基础上设置引线1，引线1的材质为可伐合金，且引线1采用AgCu28焊料与陶瓷体3的焊盘2焊接相连，在与PCB板10焊接时(参见图13)，通过在陶瓷外壳和PCB板10两种脆性材料之间增加一层弹塑性可伐合金引线材料进行过渡，避免陶瓷与PCB板10直接焊接，引线1起到中间缓冲的作用，由于焊接引线1用的AgCu28焊料和可伐合金引线在温度循环过程中会发生塑性变形，释放热应力，因此可以缓解这种不匹配的热应力带来的不良效果，避免陶瓷件产生裂缝或PCB板10发生弹性变形，有效提高了板级组装的可靠性。
其中，银基钎料是一种硬钎料，它们熔点适中，导电性能良好，塑性较高，具有高焊接强度、高导热性及高的软化温度，在各种介质中耐蚀性也较好。在器件钎焊时大量采用，尤其在600-1100℃温度范围内，银钎料为优选钎料。银基钎料中最常用的当属共晶型Ag72Cu28合金钎料。该银铜合金熔点为780℃，不仅具有优良的工艺性能，如适宜的熔点、良好的润湿性、填缝能力强等，且焊接质量高，能够形成高强度、高导电性及耐腐蚀的钎焊接头，作为一种填充材料广泛应用于电真空器件的焊接，用于钎焊低碳钢、不锈钢、高温合金、铜及铜合金、可伐合金及难熔合金。
可伐合金也称铁镍钴合金，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可伐合金因为含钴成分，产品比较耐磨。
作为本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述陶瓷体3的外形尺寸大于10.16mm×10.16mm。在高可靠应用领域，对于外形尺寸大于10.16mm×10.16mm，且部分高度及外形尺寸有明确要求的CLCC器件外壳，可以采用本发明的带引线的CLCC封装外壳进行替代；而采用陶瓷四边J型引线扁平外壳，由于CQFJ外壳需要焊接J形引线，因此其整体高度要比CLCC外壳增加很多，对于部分高度及外形尺寸有明确要求的器件，则无法实现替换。
本实施例中，常用的引线节距有1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述引线1的宽度为0.1-0.8mm，所述引线1的一边延伸超出所述陶瓷体3的外形，所述引线1的另外三边在所述焊盘2的边界内。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1至图12，所述引线1超出所述陶瓷体3外形的长度为0-0.25mm。引线1超出陶瓷体3外形，相当于增大了引线1的端面面积，增大了与PCB板10焊接的面积，有利于热应力的分散，避免应力集中，能够缓解应力集中带来的不良效果。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述引线1与所述陶瓷体3焊接重叠的最小长度为0.2mm。通过保证引线1与陶瓷体3焊接重叠的表面积，保证引线1与焊盘2和PCB板10的接触面积，避免接触面积过小，也利于热应力的释放。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图4、图7、图10，所述引线1的厚度为0.1-0.3mm。通过一定厚度的引线1，提高焊接的可靠性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述引线1垂直于所述陶瓷体3的端面且向背离所述陶瓷体3的方向延伸。本实施例引线1为片式，也即，引线1的长宽远远大于引线1的厚度，通过片式的引线1，单位体积的引线1，表面积增大，缓解释放的热应力，避免陶瓷件的开裂及PCB板10的变形。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图12，所述陶瓷件为腔体向上型、或腔体向下型或双面腔体型。本发明提供的封装外壳可具有1-10个用于容纳芯片或无源器件的多边形腔体，满足用户高集成度封装要求；封装外壳可具有2层到30层的布线结构，具备可多层布线、高可靠性、高气密性、散热能力强等特点；该类外壳常用的引出端节距有2.54mm、1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm、0.50mm。该类陶瓷封装外壳的焊盘2呈两边对称(如图7至图9)或者四边均匀排布(如图1至图6、图10至图12)。常见结构有腔体向上型(腔体与焊盘2位于不同侧，如图1至图9)、腔体向下型(腔体与焊盘2位于同一侧，如图10至图12)及双面腔体型(正反两面均有腔体，未给出图示)三种结构。
本实施例中，参见图2、图5、图8及图12，键合指11宽度最小可实现0.06mm，键合指11间距最小可实现0.06mm。
本实施例中，参见图2及图8，腔体内的芯片安装区设有对位标记或对位标识7，对位标记为圆形或三角形结构图形，对位腔体为十字形或L形结构，定位腔体，便于芯片精确安装。在陶瓷体3的端面侧边还设有索引标识8，便于尽快索引到陶瓷外壳所在的位置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1、图4、图7及图10，所述金属化通孔5的孔径为0.1-0.4mm，所述金属化通孔5的高度为0.1-4mm。引出端形式是引出端焊盘2与键合指11通过外壳的四边金属化通孔5或者侧面焊盘2进行连接。本实施例提供的封装外壳的引线1与陶瓷体3焊接部位为平引线1方式焊接，采用金属化通孔5的方式形成焊料包角来保证焊接强度，金属化通孔5的孔径0.10～0.40mm，金属化通孔5的高度0.10～4.00mm。引线1数最少为4，引线1数最多为100，外形尺寸最小可达3mm×3mm。
具体地，带引线的陶瓷无引线片式封装外壳主要由陶瓷体3、引线1、金属封口环4(可根据客户需求决定有无)及热沉9(可根据客户需求决定有无)组成，根据用户信息，确定腔体尺寸，依据板级安装要求，确定引线1排布以及内部布线的互连关系，在此基础上进行结构设计，并进行结构和电性能仿真，保证其结构可靠性和散热及电性能要求。
其中，金属封口环4材质为铁镍或铁镍钴合金，热沉9材质为无氧铜、钼铜、钨铜及CPC等高导热合金材料。
本发明提供的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的制作过程如下：采用Al2O3、AlN、玻璃瓷等多层共烧技术，具体流程为：外壳经流延、热切后，冲腔和冲孔、孔金属化后，经印刷、定位、层压、热切成单个生瓷件，再通过烧结、钎焊、镀镍、镀金，最后经过引线框架裁切形成单个的陶瓷封装外壳。加工过程中引线采用框架式结构，即所有的引线连接成一个框架，出厂前再进行裁切，裁切成单个引线。
本发明还提供一种功率器件，参见图13，包括所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳和PCB板10，所述带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的所述引线与所述PCB板10焊接相连。
本发明提供的功率器件，采用基于设有引线的CLCC的陶瓷外壳与PCB板10连接，由于焊接引线1用的AgCu28焊料和可伐合金引线1在温度循环过程中会发生塑性变形，释放热应力，因此可以缓解这种不匹配的热应力带来的不良效果，避免陶瓷件产生裂缝或PCB板10发生弹性变形，有效提高了板级组装的可靠性；同时具有CLCC陶瓷外壳寄生参数小、体积小、重量轻及散热好等特点。
具体地，陶瓷件腔体内部封装数字逻辑芯片、模拟收发电路、存储器、无源元件等，主要用于陀螺仪、加速度计、传感器、光电隔离器件、继电器等电路封装，功率器件主要包括陀螺仪、加速度计、传感器、光电隔离器件、继电器等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，包括：
陶瓷体，设有腔体，所述腔体内用于安装芯片或无源元件；
多个焊盘，沿所述陶瓷体的端面四周布设，所述陶瓷体的侧面设有与所述焊盘一一对应连通的金属化通孔；以及
引线，数量与所述焊盘的数量相同，且与所述焊盘一一对应设置，
所述引线的材质为可伐合金，所述引线采用AgCu28焊料与所述陶瓷体的焊盘焊接相连。
2.如权利要求1所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述陶瓷体的外形尺寸大于10.16mm×10.16mm。
3.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述引线的宽度为0.1-0.8mm，所述引线的一边延伸超出所述陶瓷体的外形，所述引线的另外三边在所述焊盘的边界内。
4.如权利要求3所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述引线超出所述陶瓷体外形的长度为0-0.25mm。
5.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述引线与所述陶瓷体焊接重叠的最小长度为0.2mm。
6.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述引线的厚度为0.1-0.3mm。
7.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述引线垂直于所述陶瓷体的端面且向背离所述陶瓷体的方向延伸。
8.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述陶瓷件为腔体向上型、或腔体向下型或双面腔体型。
9.如权利要求1或2所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述金属化通孔的孔径为0.1-0.4mm，所述金属化通孔的高度为0.1-4mm。
10.功率器件，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的带引线的陶瓷无引线片式封装外壳和PCB板，所述带引线的陶瓷无引线片式封装外壳的所述引线与所述PCB板焊接相连。
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