CN111599790B - 陶瓷无引线片式封装外壳 - Google Patents

陶瓷无引线片式封装外壳 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种陶瓷无引线片式封装外壳，属于芯片封装领域，包括陶瓷件、第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第四焊盘；第一焊盘设于陶瓷件外周的连接侧壁上，连接侧壁用于朝向电路板设置，且与陶瓷件的前侧面相邻；第二焊盘设于连接侧壁上，且在前后方向上与第一焊盘间隔，第二焊盘与陶瓷件的后侧面相邻；第三焊盘设于陶瓷件的前侧面，且与第一焊盘导电连接；第四焊盘设于陶瓷件的后侧面，且与第二焊盘导电连接。本发明提供的陶瓷无引线片式封装外壳，能够实现相对于电路板板面垂直的安装方式，进一步缩小了陶瓷无引线片式封装外壳在电路板上占用的面积，提高电路板的集成度。

Description

陶瓷无引线片式封装外壳
技术领域
本发明属于芯片封装技术领域，更具体地说，是涉及一种陶瓷无引线片式封装外壳。
背景技术
陶瓷无引线片式(LCC-Ceramic Leadless Chip Carrier)外壳一般采用水平安装方式，相比于其他具有引线的封装外壳而言，其具有更高的装配密度。但是在对电路集成度提出越来越高要求的时刻，现有的水平安装式的陶瓷无引线片式外壳也逐渐难以满足设计需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷无引线片式封装外壳，旨在解决现有水平安装式的陶瓷无引线片式外壳难以满足电路高集成度设计需求的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种陶瓷无引线片式封装外壳，包括：
陶瓷件；
第一焊盘，设于所述陶瓷件外周的连接侧壁上，所述连接侧壁用于朝向电路板设置，且与所述陶瓷件的前侧面相邻；
第二焊盘，设于所述连接侧壁上，且在前后方向上与所述第一焊盘间隔，所述第二焊盘与所述陶瓷件的后侧面相邻；
第三焊盘，设于所述陶瓷件的前侧面，且与所述第一焊盘导电连接；以及
第四焊盘，设于所述陶瓷件的后侧面，且与所述第二焊盘导电连接。
作为本申请另一实施例，所述第一焊盘沿预设路径间隔的设有多个，所述预设路径垂直于前后方向，所述第三焊盘沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第三焊盘与所述第一焊盘一一对应。
作为本申请另一实施例，所述第二焊盘沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第四焊盘结构沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第四焊盘与所述第二焊盘一一对应。
作为本申请另一实施例，所述连接侧壁上设有侧面金属化孔，所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于所述侧面金属化孔的侧壁上。
作为本申请另一实施例，所述侧面金属化孔沿前后方向间隔的设有两个，前后对应的所述第一焊盘和所述第二焊盘分别设于两个所述侧面金属化孔内。
作为本申请另一实施例，所述侧面金属化孔为沿前后方向贯通的通孔，前后对应的所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于同一个所述侧面金属化孔的侧壁上。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷件内部设有一个腔体，所述腔体向所述陶瓷件的前侧面或后侧面开口。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷件内部间隔的设有两个腔体，其中一个所述腔体向所述陶瓷件的前侧面开口，另一个所述腔体向所述陶瓷件的后侧面开口。
作为本申请另一实施例，所述腔体开口处的外周设有金属封口环。
作为本申请另一实施例，所述陶瓷件上还设有热沉。
本发明提供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，本发明陶瓷无引线片式封装外壳，在陶瓷件的同一侧壁设置第一焊盘和第二焊盘，并在陶瓷件的前后两侧分别对应设置第三焊盘和第四焊盘，通过陶瓷件的一侧与电路板焊接，使得本发明陶瓷无引线片式封装外壳能够实现相对于电路板板面垂直的安装方式，进一步缩小了陶瓷无引线片式封装外壳在电路板上占用的面积，提高电路板的集成度；同时，采用垂直式的安装方式还能拓展电路板的功能，例如，多个陶瓷无引线片式封装外壳外电路板上组合形成一个惯性测量单元，同时集成三轴陀螺仪或者三轴加速度计，实现X、Y、Z共三个方向的角速度测试或加速度测试。
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为本发明实施例一提供的陶瓷无引线片式封装外壳的主视结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为图2的仰视图；
图4为本发明实施例一提供的陶瓷无引线片式封装外壳的内部结构剖视图；
图5为本发明实施例一提供的陶瓷无引线片式封装外壳的装配结构主视图；
图6为图5的左视局部剖视图；
图7为图6的A部放大图；
图8为本发明实施例二提供的陶瓷无引线片式封装外壳的主视结构示意图；
图9为图8的仰视图；
图10为图9的仰视图；
图11为本发明实施例二提供的陶瓷无引线片式封装外壳的装配结构主视图；
图12为图11的左视局部剖视图；
图13为图12的B部放大图；
图14为本发明实施例三提供的陶瓷无引线片式封装外壳的内部结构剖视图。
图中：1、陶瓷件；101、连接侧壁；2、第一焊盘；3、第二焊盘；4、第三焊盘；5、第四焊盘；6、电路板；7、侧面金属化孔；8、腔体；9、焊接包角。
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14，现对本发明提供的陶瓷无引线片式封装外壳进行说明。所述陶瓷无引线片式封装外壳，包括陶瓷件1、第一焊盘2、第二焊盘3、第三焊盘4和第四焊盘5；第一焊盘2设于陶瓷件1外周的连接侧壁101上，连接侧壁101用于朝向电路板6设置，且与陶瓷件1的前侧面相邻；第二焊盘3设于连接侧壁101上，且在前后方向上与第一焊盘2间隔，第二焊盘3与陶瓷件1的后侧面相邻；第三焊盘4设于陶瓷件1的前侧面，且与第一焊盘2导电连接；第四焊盘5设于陶瓷件1的后侧面，且与第二焊盘3导电连接。
与现有技术相比，本发明陶瓷无引线片式封装外壳，在陶瓷件1的同一侧壁设置第一焊盘2和第二焊盘3，并在陶瓷件1的前后两侧分别对应设置第三焊盘4和第四焊盘5，通过陶瓷件1的一侧与电路板6焊接，使得本发明陶瓷无引线片式封装外壳能够实现相对于电路板6板面垂直的安装方式，进一步缩小了陶瓷无引线片式封装外壳在电路板上占用的面积，提高电路板的集成度；同时，采用垂直式的安装方式还能拓展电路板的功能，例如，多个陶瓷无引线片式封装外壳外电路板上组合形成一个惯性测量单元，同时集成三轴陀螺仪或者三轴加速度计，实现X、Y、Z共三个方向的角速度测试或加速度测试。
具体地，本发明陶瓷无引线片式封装外壳可实现Z轴方向上的参数测量，例如封装Z轴陀螺仪或者Z轴加速度计，实现Z轴方向的角速度测试或加速度测试。本发明陶瓷无引线片式封装外壳与其他水平安装的陶瓷无引线片式封装外壳配合，同时集成三轴陀螺仪或者三轴加速度计，实现X、Y、Z共三个方向的角速度测试或加速度测试。
本发明陶瓷无引线片式封装外壳适用于封装各种传感器、陀螺仪、加速度计及MEMS电路等，适合表面安装，主要用于：汽车导航，精密GPS车载和个人导航辅助，车辆偏航，俯仰和滚转速率检测，手势感应，运动跟踪，精准农业，天线稳定，工业和机器人领域，具有寄生参数小、体积小、重量轻、抗高冲击和振动、可以兼容模拟和数字接口输出、适应恶劣环境等特点。
具体地，陶瓷件1为90％的氧化铝，采用多层氧化铝陶瓷钨金属化高温共烧工艺制作，可具有2层到30层的布线结构。
具体地，本发明陶瓷无引线片式封装外壳的引出端节距有1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm、0.50mm，可根据实际使用需求设置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图14，第一焊盘2沿预设路径间隔的设有多个，预设路径垂直于前后方向，第三焊盘4沿预设路径间隔的设有多个，第三焊盘4与第一焊盘2一一对应。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1至图14，第二焊盘3沿预设路径间隔的设有多个，第四焊盘5结构沿预设路径间隔的设有多个，第四焊盘5与第二焊盘3一一对应。
上述焊盘分别设有多个，对应于多个焊接导通点位，组装后能满足信号导通的工作要求，相互之间避免发生干扰，提高使用的可靠性。
具体地，连接侧壁101上的第一焊盘2和第二焊盘3作为引出端(侧边焊盘结构作为引出端)，第一焊盘2和第二焊盘3宽度0.10～1.50mm，第一焊盘2和第二焊盘3的长度0.10～6.00mm。需要说明的是，第三焊盘4和第一焊盘2的边缘平齐，第四焊盘5和第二焊盘3的边缘平齐。更进一步地，第一焊盘2和第二焊盘3的尺寸一致，第三焊盘4和第四焊盘5的尺寸一致。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图8至图14，连接侧壁101上设有侧面金属化孔7，第一焊盘2和第二焊盘3均设于侧面金属化孔7的侧壁上。侧面金属化孔7作为陶瓷件1的引出端，引线键合区与引出端焊盘通过侧面金属化孔7来实现电连接，采用这种方式，可有效降低引线键合区与引出端焊盘之间的导电路径，如果侧面金属化孔7的内壁覆盖有金层，由于金的方阻较低(约7mΩ)，极大地降低了装体内布线电阻以及电感等的封装寄生参数，从而使管壳具有优异的电性能；同时，可有效降低板级安装时对位难度，有效提高板级安装焊接的位置精度，满足板级安装要求便于板级焊接效果检查。
具体地，侧面金属化孔7的孔径0.10-0.60mm，侧面金属化孔7的长度0.10-4.00mm。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，侧面金属化孔7沿前后方向间隔的设有两个，前后对应的第一焊盘2和第二焊盘3分别设于两个侧面金属化孔7内。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图8至图14，侧面金属化孔7为沿前后方向贯通的通孔，前后对应的第一焊盘2和第二焊盘3均设于同一个侧面金属化孔7的侧壁上。
上述两种不同的方式对应于陶瓷件1内不同的导电结构的设计，可满足不同的使用需求，其中，将侧面金属化孔7设置为沿前后方向贯通的通孔的制造更加简单。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图13，根据实际使用需求，陶瓷件1内部设有一个腔体8，腔体8向陶瓷件1的前侧面或后侧面开口。腔体8用于容纳芯片及芯片的附属结构，可以形成不同的功能区域。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图14，根据实际使用需求，陶瓷件1内部间隔的设有两个腔体8，其中一个腔体8向陶瓷件1的前侧面开口，另一个腔体8向陶瓷件1的后侧面开口。这一结构充分利用的陶瓷件1垂直设置的优势，通过在陶瓷件1的前后两面分别设置腔体8，使得一个陶瓷件1至少能容纳两组芯片，陶瓷封装的集成度更高，功能更加强大。
具体地，陶瓷件1可设置1-10个用于容纳芯片或无源器件的多边形腔体。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，腔体8开口处的外周设有金属封口环。金属封口环用于金锡封口、平行缝焊或激光缝焊封口，根据实际使用需求选择性的设置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，陶瓷件1上还设有热沉。热沉用于芯片接地或散热，根据实际使用需求选择性的设置。
具体地，金属封口环为铁镍钴合金或铁镍合金，热沉材料为钨铜、钼铜及CPC等，陶瓷件1与金属封口环及热沉采用银铜焊料焊接。
具体地，设计过程为：根据用户信息，确定腔体8尺寸，依据板极安装要求，确定引出端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。
侧面金属化孔7的陶瓷件1的工艺为：外壳经流延、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，烧结、镀镍、镀金后形成单个的垂直封装用的多层陶瓷封装外壳。
侧面焊盘结构垂直安装的陶瓷件1的工艺为：外壳经流延、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，再通过侧面印刷、烧结、镀镍、镀金后形成单个的垂直封装用的多层陶瓷封装外壳。
首先在陶瓷件1上冲制空心孔，然后再在空心孔侧壁进行金属化。侧边焊盘结构需要将一整套生瓷片加工完之后，热切成单个生瓷件，然后再在侧面进行焊盘的印制。侧面金属化孔7与侧边焊盘结构相比加工工艺简单，生产效率高。侧面金属化孔7相当于去除了一部分陶瓷，会造成管壳整体结构强度的下降，尤其是当陶瓷管壳侧壁宽度在0.80mm以下且采用平行缝焊封口时，这种对比尤为明显。当进行平行缝焊封口后，侧边焊盘结构的陶瓷件1对温度循环、氦气加压检漏、恒定加速度及机械冲击实验的耐受力要强于侧面金属化孔7的陶瓷件1。但是侧面金属化孔7加工成成品后，空心孔所在面形貌及平面度要低于侧边焊盘结构的，不利于陶瓷件与PCB板的焊接安装。
本发明陶瓷无引线片式封装外壳外形尺寸最小可达3mm×3mm；封装气密性高，气密性满足≤1×10-3Pa·cm3/s，A4；可靠性高，可满足温度循环：-65℃～175℃，200次，恒定加速度：30000g，Y1方向，1min，具备可多层布线、高可靠性、高气密性等特点，具有布线密度高、散热能力强和可靠性高的特点，可有效减小集成后器件体积和重量，实现小型化，满足功率器件散热要求。
传统的陶瓷外壳工艺加工路线为热切为单个产品再烧结、电镀的方式，具体为采用单刀沿热切线，根据产品层厚及电镀线层位置，人工调整切痕深度，逐一热切，热切效率低且热切精度差。此外，由于陶瓷件需要正反面热切，保证Z向热切对正度0.02mm以内，而设备热切精度仅能保证0.05mm，裂片后毛刺较大，一般大于0.1mm，使得正反面热切无法对齐。
本发明中的陶瓷件1采用切痕裂片阵列加工工艺，设计开发阵列切痕模具，将现有的正反面顺次热切改为正反两面同时热切，减少设备累计精度偏差和工艺参数偏差，裂片后侧壁基本不存在多瓷或缺瓷等问题，提高成品率，裂片成品率达到90％以上；其次，将现有的单刀热切改为阵列多刀同时热切，生产效率成几倍、几十倍的提高。解决了传统加工工艺存在的空心金属外观不良、裂片成品率低等技术问题。
另外，传统的陶瓷外壳工艺加工路线为热切为单个产品再烧结、电镀的方式，存在烧结后瓷件翘曲、尺寸一致性差等问题，同时由于产品尺寸小不焊接引线，电镀时需要将若干单元使用铜丝绑起来，电镀工艺加工困难，且镀出的产品膜厚均匀性差，容易磕碰造成瓷体缺陷等问题，成品率低，加工效率低。因此，在上述方法的基础上，采用整套烧结、电镀后再裂片的工艺解决上述问题。
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 (9)

1.陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，包括：
陶瓷件；
第一焊盘，设于所述陶瓷件外周的连接侧壁上，所述连接侧壁用于朝向电路板设置，且与所述陶瓷件的前侧面相邻；
第二焊盘，设于所述连接侧壁上，且在前后方向上与所述第一焊盘间隔，所述第二焊盘与所述陶瓷件的后侧面相邻；
第三焊盘，设于所述陶瓷件的前侧面，且与所述第一焊盘导电连接；以及
第四焊盘，设于所述陶瓷件的后侧面，且与所述第二焊盘导电连接；
所述连接侧壁上设有侧面金属化孔，所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于所述侧面金属化孔的侧壁上。
2.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述第一焊盘沿预设路径间隔的设有多个，所述预设路径垂直于前后方向，所述第三焊盘沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第三焊盘与所述第一焊盘一一对应。
3.如权利要求2所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述第二焊盘沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第四焊盘结构沿所述预设路径间隔的设有多个，所述第四焊盘与所述第二焊盘一一对应。
4.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述侧面金属化孔沿前后方向间隔的设有两个，前后对应的所述第一焊盘和所述第二焊盘分别设于两个所述侧面金属化孔内。
5.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述侧面金属化孔为沿前后方向贯通的通孔，前后对应的所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于同一个所述侧面金属化孔的侧壁上。
6.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述陶瓷件内部设有一个腔体，所述腔体向所述陶瓷件的前侧面或后侧面开口。
7.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述陶瓷件内部间隔的设有两个腔体，其中一个所述腔体向所述陶瓷件的前侧面开口，另一个所述腔体向所述陶瓷件的后侧面开口。
8.如权利要求6或7所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述腔体开口处的外周设有金属封口环。
9.如权利要求1所述的陶瓷无引线片式封装外壳，其特征在于，所述陶瓷件上还设有热沉。
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