CN112563230A - 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构 - Google Patents

一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构 Download PDF

Info

Publication number
CN112563230A
CN112563230A CN202011312632.3A CN202011312632A CN112563230A CN 112563230 A CN112563230 A CN 112563230A CN 202011312632 A CN202011312632 A CN 202011312632A CN 112563230 A CN112563230 A CN 112563230A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
bga
main body
interconnection function
ceramic main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011312632.3A
Other languages
English (en)
Inventor
韦炜
王勇
张兴稳
孙彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou Institute Of Marine Electronic Instruments No723 Institute Of China Shipbuilding Industry Corp
Original Assignee
Yangzhou Institute Of Marine Electronic Instruments No723 Institute Of China Shipbuilding Industry Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou Institute Of Marine Electronic Instruments No723 Institute Of China Shipbuilding Industry Corp filed Critical Yangzhou Institute Of Marine Electronic Instruments No723 Institute Of China Shipbuilding Industry Corp
Priority to CN202011312632.3A priority Critical patent/CN112563230A/zh
Publication of CN112563230A publication Critical patent/CN112563230A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/552—Protection against radiation, e.g. light or electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/66—High-frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/17—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6605—High-frequency electrical connections
    • H01L2223/6627—Waveguides, e.g. microstrip line, strip line, coplanar line
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/17—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
    • H01L2224/171—Disposition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

本发明提出了一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，包括盖板、芯片组合、陶瓷主体、BGA植球、母板、测试接头，其中陶瓷主体上设置腔体，所述腔体互相隔离，其内设置芯片组合；所述陶瓷主体顶部设置盖板实现芯片封装；所述陶瓷主体底部设置母板，所述母板与陶瓷主体底部通过BGA植球连接，母板侧面设置测试接头。本发明可补偿陶瓷封装和母板之间的平整度不一致性带来的距离差，提高焊接可靠性，并且增加了散热接触面，改善了散热效果。

Description

一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构
技术领域
本发明涉及集成电路陶瓷封装技术领域，特别是一种具有高频互联功能的BGA(ball grid array)陶瓷封装结构。
背景技术
随着高频电路的高度集成化，高密度器件需要集成到一个封装之内。陶瓷作为封装的理想主体材料，其设计实现方法将影响封装性能的优劣。传统陶瓷封装，采用底部整体焊接比如LGA（land grid array）封装，存在问题有：
1．当焊接面积较大时，特别是超过20mm×20mm的大面积焊接，因为陶瓷材料烧结过程中的应力释放问题，底面会出现翘曲的问题，导致底面焊接出现空股，焊接可靠性下降。
2．平面焊接时一般只能通过封装边沿的半孔结构与外界母板焊接互联传输信号，内部高频信号需要通过冗长的布线走到器件边沿，这样产生的影响就是，对于到微波频段信号的来说，信号损耗大、失配严重、而且多信号间隔离度不高，如专利号（CN 105047632A）《一种小型化高隔离度陶瓷封装结构》。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，包括盖板、芯片组合、陶瓷主体、BGA植球、母板、测试接头，其中陶瓷主体上设置腔体，所述腔体互相隔离，其内设置芯片组合；所述陶瓷主体顶部设置盖板实现芯片封装；所述陶瓷主体底部设置母板，所述母板与陶瓷主体底部通过BGA植球连接，母板侧面设置测试接头。
进一步的，所述BGA植球采用0.3~0.76mm直径的焊球。
进一步的，所述BGA植球采用0.5mm直径的焊球。
进一步的，所述BGA植球采用锡铅或者无铅的锡银铜混合材料。
进一步的，所述陶瓷主体采用HTCC材料。
进一步的，所述陶瓷主体采用类同轴结构，以陶瓷为介质，以圆形阵列排布的通孔作为屏蔽层，以圆心位置的通孔作为信号导体，从陶瓷腔体内部直接垂直传到陶瓷底部。
进一步的，所述母板采用共面波导结构或者带线结构，其中共面波导结构是中间导线传输信号，两侧接地平面图形作为屏蔽层的平面三明治结构，所述带线结构是中间导线传输信号，上下两侧地的立体三明治结构。
进一步的，在微波毫米波频段这些应用场合，所述BGA陶瓷封装结构加设围框，所述围框内部结构与陶瓷主体的腔体一致，设置在陶瓷主体与盖板之间，用于为芯片组合提供空间余量。
更进一步的，所述围框的高度为陶瓷主体腔体深度的2倍，所述腔体深度为2~3mm。
一种封装方法，基于上述具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构进行封装。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用BGA焊接工艺结合陶瓷封装结构，可补偿陶瓷封装和母板之间的平整度不一致性带来的距离差，提高焊接可靠性，同时，相对于LGA封装底面与接地点焊接，可以充分利用底面的面积，增加散热接触面，改善散热效果。2）陶瓷内部采用类同轴结构+BGA焊球+母板传输线的形式可以有效降低信号传输带来的损耗，并且在多信号传输的时候，采用这种形式可以在立体空间上形成很好的屏蔽效果。
附图说明
图1 是本发明具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构的爆炸图。
图2 是本发明具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构的组合图。
图3是相邻引脚间隔离度的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，包括盖板1、围框2、芯片组合3、陶瓷主体4、BGA植球5、母板6、测试接头7，其中陶瓷主体4有互相隔离的各个腔体，所述围框（2）内部结构与陶瓷主体（4）的腔体结构一致。
组合如图2所示，陶瓷主体4各个腔体内设置芯片组合3，顶部以盖板1密封，底部通过BGA植球5阵列与母板6焊接互联，由BGA植球5提供射频通道、供电通道、散热通道。
本发中，陶瓷主体4底部通过BGA植球5阵列与母板6焊接互联时，焊球经过峰值的焊接温区后变成半融状态，分别与上下两个平面之间结合，可自动补偿陶瓷封装和母板之间的平整度不一致性带来的距离差。此外，底面采用BGA焊接，相对于LGA封装底面与接地点焊接可以充分利用底面的面积，增加散热接触面，改善散热效果。
作为一种优选实施方式，BGA植球5可采用0.3~0.76mm直径的焊球，其中采用0.5mm直径的焊球为最佳。材料方面可选择为锡铅或者无铅的锡银铜混合，锡铅焊料Sn63Pb37效果最佳。上述设计，可根据工作频率、封装大小、焊接工艺能力综合考虑选择。
作为一种优选实施方式，陶瓷主体4采用类同轴结构设计，类同轴结构是以陶瓷为介质，以圆形阵列排布的通孔作为屏蔽层，以圆心位置的通孔作为信号导体，从陶瓷腔体内部直接垂直传到陶瓷底部，具有传输距离短，信号插损小的优点。
作为一种优选实施方式，母板6可采用共面波导结构，共面波导结构是中间导线传输信号，两侧接地平面图形作为屏蔽层的平面三明治。也可带线结构，带线结构是中间导线传输信号，上下两侧地的立体三明治结构。具体可根据情况灵活配置。
作为一种优选实施方式，陶瓷主体4的材料可选择为HTCC（高温共烧陶瓷），其导热系数为20 W/m·k，具有良好的导热能力，该种设计适用于10W以下中功率应用场合。
作为一种优选实施方式，除微波毫米波频段，射频芯片、滤波器的安装空间需要留一定的空间余量，以保证信号传输不产生反射，需要装设围框2外，其余情况可以省去。进一步优选的，所述围框2可选用金属框，高度为内部陶瓷腔体深度的两倍，整个腔体高度为2~3mm，可以满足高频应用要求。
基于上述封装结构的封装方法，具体流程为：
以陶瓷基座作为封装主体，按照电路设计，安排芯片布局，基于芯片布局，设计腔体结构，各层电路图形等。基于设计图形印刷电路图形，采用表面处理的薄膜进行陶瓷浆料流延，对流延好的生瓷片按照标准尺寸分切、冲孔、印刷、叠片、层压、热切、高温烧结，陶瓷主体就基本完成。围框和陶瓷主体顶层采用金锡焊料烧结，陶瓷表面腔体和金属围框共同构成可安装芯片的腔体。组装芯片，贴片，键合，封帽。在母板上印刷助焊剂或焊料，在陶瓷封装焊盘底部利用工装夹具植球到相应位置。光学对齐陶瓷封装和连接母板，进回流焊，进行电气检查。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，包括盖板（1）、芯片组合（3）、陶瓷主体（4）、BGA植球（5）、母板（6）、测试接头（7），其中陶瓷主体（4）上设置腔体，所述腔体互相隔离，其内设置芯片组合（3）；所述陶瓷主体（4）顶部设置盖板（1）实现芯片封装；所述陶瓷主体（4）底部设置母板（6），所述母板（6）与陶瓷主体（4）底部通过BGA植球（5连接，母板（6）侧面设置测试接头（7）。
2.根据权利要求1所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述BGA植球（5）采用0.3~0.76mm直径的焊球。
3.根据权利要求1所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述BGA植球（5）采用0.5mm直径的焊球。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述BGA植球（5）采用锡铅或者无铅的锡银铜混合材料。
5.根据权利要求1所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述陶瓷主体（4）采用HTCC材料。
6.根据权利要求1或5所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述陶瓷主体（4）采用类同轴结构，以陶瓷为介质，以圆形阵列排布的通孔作为屏蔽层，以圆心位置的通孔作为信号导体，从陶瓷腔体内部直接垂直传到陶瓷底部。
7.根据权利要求1或5所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述母板（6）采用共面波导结构或者带线结构，其中共面波导结构是中间导线传输信号，两侧接地平面图形作为屏蔽层的平面三明治结构，所述带线结构是中间导线传输信号，上下两侧地的立体三明治结构。
8.根据权利要求1所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，在微波毫米波频段这些应用场合，所述BGA陶瓷封装结构加设围框（2），所述围框（2）内部结构与陶瓷主体（4）的腔体一致，设置在陶瓷主体（4）与盖板（1）之间，用于为芯片组合（3）提供空间余量。
9.根据权利要求8所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构，其特征在于，所述围框（2）的高度为陶瓷主体（4）腔体深度的2倍，所述腔体深度为2~3mm。
10.一种封装方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的具有高频互联功能的BGA陶瓷封装结构进行封装。
CN202011312632.3A 2020-11-20 2020-11-20 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构 Pending CN112563230A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011312632.3A CN112563230A (zh) 2020-11-20 2020-11-20 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011312632.3A CN112563230A (zh) 2020-11-20 2020-11-20 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112563230A true CN112563230A (zh) 2021-03-26

Family

ID=75044417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011312632.3A Pending CN112563230A (zh) 2020-11-20 2020-11-20 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112563230A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5768109A (en) * 1991-06-26 1998-06-16 Hughes Electronics Multi-layer circuit board and semiconductor flip chip connection
CN1328709A (zh) * 1998-05-26 2001-12-26 微衬底股份有限公司 运用共面波导和bga1/0的宽带rf端口结构
JP2013157526A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Mitsubishi Electric Corp セラミックパッケージおよびセラミックモジュール
CN106028641A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 中国电子科技集团公司第二十九研究所 基于高频传输的ltcc与pcb间垂直互联结构与方法
CN111599802A (zh) * 2020-05-13 2020-08-28 中国电子科技集团公司第十三研究所 陶瓷封装外壳及封装外壳安装结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5768109A (en) * 1991-06-26 1998-06-16 Hughes Electronics Multi-layer circuit board and semiconductor flip chip connection
CN1328709A (zh) * 1998-05-26 2001-12-26 微衬底股份有限公司 运用共面波导和bga1/0的宽带rf端口结构
JP2013157526A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Mitsubishi Electric Corp セラミックパッケージおよびセラミックモジュール
CN106028641A (zh) * 2016-06-15 2016-10-12 中国电子科技集团公司第二十九研究所 基于高频传输的ltcc与pcb间垂直互联结构与方法
CN111599802A (zh) * 2020-05-13 2020-08-28 中国电子科技集团公司第十三研究所 陶瓷封装外壳及封装外壳安装结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8729680B2 (en) Semiconductor device
KR100367936B1 (ko) 적층체를구비한고주파집적회로장치
JP5231382B2 (ja) 半導体装置
EP3598484B1 (en) High-frequency circuit package and sensor module
JP5518086B2 (ja) 素子収納用パッケージおよび実装構造体
US20130118008A1 (en) Thermal interface material application for integrated circuit cooling
TWI557854B (zh) 整合式毫米波晶片封裝結構
CN111599802A (zh) 陶瓷封装外壳及封装外壳安装结构
CN215496704U (zh) 一种基于HTCC的Ku波段集成封装微波组件
CN104051352A (zh) 基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳及其制造方法
JPWO2011118544A1 (ja) 無線モジュール及びその製造方法
WO2021082510A1 (zh) 一种带有微隔腔的半导体封装结构
CN103367349A (zh) 堆叠模块
CN217214695U (zh) 芯片封装结构
CN111698824A (zh) 一种自气密封装功能模块的一体化互联结构及实现方法
JP2004128288A (ja) 半導体装置および電子装置
CN103426844B (zh) 宽带全密封微波器件封装
CN113540777A (zh) 基于有源aip单元的平板相控阵天线架构
CN112563230A (zh) 一种具有高频互联功能的bga陶瓷封装结构
JP2003179181A (ja) 樹脂製配線基板
CN213583746U (zh) 基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片倒装bga封装结构
CN210489608U (zh) 一种满足Ka波段TR组件封装的陶瓷外壳
WO2022014066A1 (ja) 無線通信モジュール
JPWO2007091329A1 (ja) 電子部品パッケージ
JP2004071772A (ja) 高周波パッケージ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination