CN112687637B - 一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立式金属陶瓷封装外壳、封装器件及制备方法，立式金属陶瓷封装外壳包括：结构对称的下封装外壳和上封装外壳，以及盖板；其中，下封装外壳包括：下陶瓷基板和贯穿下陶瓷基板的上下表面的下金属互联柱；在下陶瓷基板的上表面的第一区域内围设成第一金属侧墙，第二金属侧墙在安装芯片的第一金属侧墙一侧向外延伸设置；第一金属侧墙和第二金属侧墙的端面作为对称面用于下封装外壳与上封装外壳的焊接，盖板用于密封芯片密封腔。立式金属陶瓷封装器件包括：将封装的芯片焊接在立式金属陶瓷封装外壳内的芯片容纳腔内，然后将盖板焊接形成气密的封装器件。本发明在封装外壳内电镀微流道作为散热通道，满足了高频TR模块的封装需要。

Description

一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法。

背景技术

随着第三代半导体技术的发展，氮化镓基功率芯片的功率密度急速提升，散热问题变得越来越棘手。在芯片的一级封装中，芯片通常表贴或者BGA(Ball Grid ArrayPackage，球栅阵列封装)倒扣到管壳的底面，通过管壳底面传导散热。管壳安装到母版上再通过母板背面的液冷管道导热。

随着集成度的提升，单个芯片的功耗倍增、二级封装内的芯片密度也在提升，管壳到母板的散热通道难以满足芯片的散热需求。特别是在高频TR(Transmitter Receiver，发射接收器)多通道收发模块设计中，功率模块密集排列，依靠传统的安装面传导散热难以满足高频TR模块的封装需求。

发明内容

基于此，本发明要解决的技术问题是提供一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法，其采用芯片侧装，并在芯片的一级封装外壳上集成散热通道，旨在提高大功率芯片模块封装的稳定性和散热性能。

为了实现上述目的，本申请实施例一方面提供了一种立式金属陶瓷封装外壳，包括结构对称的下封装外壳和上封装外壳，以及盖板；

其中，所述下封装外壳包括：

下陶瓷基板，所述下陶瓷基板上设有贯穿所述下陶瓷基板的上表面和下表面的下金属互联柱；

第一金属侧墙，在所述下陶瓷基板上表面的第一区域内围设成用于流通冷却介质的下冷却腔室，其中任一第一金属侧墙的外立面用于安装芯片；

第二金属侧墙，设置在拟安装芯片的第一金属侧墙一侧，自所述第一金属侧墙向远离所述下冷却腔室的一侧延伸设置，在所述下陶瓷基板的上表面形成三面包围的下容置腔；

所述第一金属侧墙的端面和第二金属侧墙的端面作为结构对称面用于所述下封装外壳与所述上封装外壳的焊接，当所述下封装外壳与所述上封装外壳焊接后，上、下冷却腔室形成密闭冷却腔，上、下容置腔形成芯片密封腔；

所述盖板用于密封所述芯片密封腔，形成气密封装外壳。

本发明实施例提供的立式金属陶瓷封装外壳，通过下封装外壳与上封装外壳焊接后，形成第一金属侧墙围成的密闭冷却腔。在第一金属侧墙的外立面安装芯片，第一金属侧墙围成的密闭冷却腔内流动冷却介质，通过冷却介质的循环带走芯片产生的热量，实现芯片的冷却，从而提升芯片的工作效率，满足高频TR模块的封装需求。

在一种可能的实现方式中，所述第一金属侧墙与第二金属侧墙等高为2-5mm，且所述第一金属侧墙或第二金属侧墙的深宽比为10:1-30:1。

在一种可能的实现方式中，所述下冷却腔室内设置有与所述第一金属侧墙等高的隔板，所述隔板将所述下冷却腔室分隔成按照设定方向流通的流道，在所述下陶瓷基板上或所述上封装外壳的上陶瓷基板上设有与所述流道连通的进口和出口。

在一种可能的实现方式中，所述下冷却腔室的横截面为矩形，位于矩形其中一对对边上的两个第一金属侧墙的外侧壁分别用于设置第一芯片和第二芯片，所述第二金属侧墙在拟安装芯片的第一金属侧墙一侧分别延伸设置，在所述下陶瓷基板上形成一第一金属侧墙与两个第二金属侧墙围成的第一下容置腔和第二下容置腔；所述下封装外壳与所述上封装外壳焊接后形成第一芯片密封腔和第二芯片密封腔。

另一方面，本发明实施例提供了一种立式金属陶瓷封装器件，采用上述的立式金属陶瓷封装外壳，还包括设置在所述芯片密封腔的芯片，所述芯片的焊盘通过键合线连接所述下金属互联柱和/或所述上封装外壳的上陶瓷基板的上金属互联柱；还包括设置在所述冷却腔内的冷却介质。

本发明实施例提供的立式金属陶瓷封装器件，通过在上述立式金属陶瓷封装外壳中的芯片安装面上安装芯片，且将芯片通过键合线与下金属互联柱和/或上封装外壳的上陶瓷基板的上金属互联柱连接，然后焊接盖板，形成一个或多个气密的封装器件。当在密闭冷却腔内通入冷却介质后，冷却介质在冷却腔内流动从而吸收芯片产生的热量。实现芯片的冷却，提升芯片的工作效率，从而满足高频TR模块对封装散热的需求。

在一种可能的实现方式中，所述冷却腔室的横截面为矩形，位于矩形其中一对对边上的两个第一金属侧墙的外侧壁分别设置有第一芯片和第二芯片，第二金属侧墙与相应的第一金属侧墙分别形成第一芯片密封腔和第二芯片密封腔；所述第一芯片密封腔和第二芯片密封腔分别盖合有盖板。

第三方面，本发明实施例还提供了一种立式金属陶瓷封装器件的制备方法，包括：

在陶瓷基板上钻通孔，溅射金属种子层，电镀填充所述通孔，形成金属柱，其中一陶瓷基板作为下陶瓷基板，另一陶瓷基板作为上陶瓷基板；

在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱；其中第一金属侧墙用于围设成适于流通冷却介质的下冷却腔室，所述第一金属侧墙的外立面用于安装芯片，第二金属侧墙与拟安装芯片的第一金属侧墙外立面形成用于密封芯片的下容置腔，第一矮墙用于焊接相应的盖板，刻蚀剥离多余的金属种子层，制成下封装外壳；

采用相同的步骤，在所述上陶瓷基板上制成与所述下封装外壳结构对称的上封装外壳；

将所述下封装外壳和所述上封装外壳以所述第一金属侧墙和第二金属侧墙的端面为对接面进行扣合焊接，对接的第一金属侧墙形成密闭冷却腔、对接的第二侧墙与对应的拟安装芯片的第一金属侧墙形成一侧面开口的芯片密封腔；

在所述芯片密封腔的第一金属侧墙内立面上安装芯片、并与所述第一金属互联柱和/或第二金属互联柱键合，焊盖板密封。

本发明实施例提供的立式金属陶瓷封装器件的制备方法，通过在下封装外壳和上封装外壳上分别制备结构对称的流通冷却介质的冷却腔室和密封芯片的芯片密封腔，当下封装外壳与上封装外壳焊接后，形成密闭冷却腔和芯片密封腔。然后将芯片安装在芯片密封腔的芯片安装面，将芯片通过键合线与下金属互联柱和/或上封装外壳的上陶瓷基板的上金属互联柱连接，通入冷却介质，然后焊接盖板，形成几个气密的封装器件。通过制备流通冷却介质的冷却腔室和密封芯片的芯片密封腔，从而实现了将散热模块集成到芯片的一级封装中，最终封装的尺寸可在5mm*5mm至25mm*25mm范围内进行一体化设计，从而满足高频TR模块对封装散热的需求。

在一种可能的实现方式中，所述在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱，还包括逐层电镀与所述第一金属侧墙等高的隔板，所述隔板将所述冷却腔分隔成折流的流道，所述下陶瓷基板上或所述上封装外壳的上陶瓷基板上设有与所述流道的进口端连通的进口和与所述流道的出口端连通的出口。

在一种可能的实现方式中，所述在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱，具体包括以下步骤：

在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀第一预设高度的第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙、第一矮墙和下金属互联柱；所述第一预设高度为150-300μm；

继续逐层电镀所述第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙和下金属互联柱至第二预设高度，所述第二预设高度为500-1300μm；

继续逐层电镀所述第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙至第三预设高度，所述第三预设高度为2000-5000μm。

在一种可能的实现方式中，在所述下陶瓷基板的外安装面和/或所述上封装外壳的上陶瓷基板的外安装面上制作焊接焊盘。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的下封装外壳的俯视结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种立式金属陶瓷封装外壳的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种立式金属陶瓷封装器件的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例提供的在单个陶瓷基板上制备通孔的剖面示意图；

图5是本发明实施例提供的在下陶瓷基板上制备第一导体层的剖面示意图；

图6是本发明实施例提供的在下陶瓷基板上制备第一预设高度图形的剖面结构示意图；

图7是本发明实施例提供的在下陶瓷基板上制备第二预设高度图形的剖面结构示意图；

图8是本发明实施例提供的在下陶瓷基板上制备第三预设高度图形的剖面结构示意图；

图中：1-下陶瓷基板，2-第一金属侧墙，3-第二金属侧墙，4-下金属互联柱，5-上陶瓷基板，6-第三金属侧墙，7-第四金属侧墙，8-上金属互联柱，9-盖板，10-芯片，11-锡球，12-第一矮墙，13-第二矮墙，14-第一通孔，15-第一导体层，16-隔板。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明实施例通过采用半导体芯片加工的方式，创造性地提出芯片侧装的方式，在芯片贴装面上集成设计一体化微流道，从而实现了将散热通道集成到芯片的一级封装外壳中，满足了高频TR模块对封装散热的需求。

作为本发明的一种实施例，如图2所示，所述立式金属陶瓷封装外壳包括结构对称的下封装外壳和上封装外壳，以及盖板9。以下封装外壳的结构为例，说明封装外壳的结构。如图1所示，所述下封装外壳包括：下陶瓷基板1、第一金属侧墙2和第二金属侧墙3。所述下陶瓷基板1上设有贯穿下陶瓷基板1的上表面和下表面的下金属互联柱4。其中，所述第一金属侧墙2在所述下陶瓷基板1的上表面的第一区域内围设成用于流通冷却介质的下冷却腔室，任一第一金属侧墙2的外立面都可用于安装芯片。第二金属侧墙3在拟安装芯片的第一金属侧墙2的一侧向外延伸设置，形成用于密封芯片的下容置腔。其中第一金属侧墙2的端面和第二金属侧墙3的端面作为结构对称面用于下封装外壳与上封装外壳的焊接。所述上封装外壳与所述下封装外壳结构对称，相应的设有上冷却腔室和上容置腔，当上、下封装外壳扣合焊接后，敞口的上、下冷却腔室扣合形成密闭冷却腔，上、下容置腔连通形成芯片密封腔，所述芯片密封腔留有一敞口作为密封口，所述盖板9用于密封芯片密封腔的密封口，形成气密封装外壳。

上述实施例中，在第一金属侧墙2的内侧面流通冷却介质，在第一金属侧墙2的外侧面安装芯片，利于芯片散热，提高芯片的工作效率。冷却通道单独布设，提升设计灵活性，提升集成度。通过加高第一金属侧墙2和第二金属侧墙3的高度，用于实现芯片侧装，芯片通过上、下陶瓷基板上的高密度的金属互联柱输出，上、下陶瓷基板都可互联外部电路，传输距离短，损耗低、隔离效果好。

在本实施例中，下陶瓷基板1和上陶瓷基板5可以选用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、石英或蓝宝石等。

在本实施例中，在下陶瓷基板1的上表面与第二金属侧墙3连接的还有第一矮墙12，第一矮墙12用作缝焊沿，第一矮墙12设在安装芯片的第一金属侧墙2的对面，第一矮墙12、安装芯片的第一金属侧墙2和第二金属侧墙3共同形成用于密封芯片的下容置腔。任一第一金属侧墙2的外侧壁都可用于安装芯片。

作为一种实施例，第一金属侧墙2与第二金属侧墙3等高，且第一金属侧墙2或第二金属侧墙3的深宽比为10:1-30:1，所述深宽比是指侧墙的高度与侧墙的厚度之比，第一金属侧墙2或第二金属侧墙3的最小厚度可以为0.15mm，高度可达2-5mm，第一金属侧墙2与第二金属侧墙3的厚度相同。采用逐层电镀的工艺制备的第一金属侧墙2和第三金属侧墙6，可使第一金属侧墙2和第三金属侧墙6的表面光滑，易于安装芯片和散热。

在本实施例中，第一金属侧墙2、第二金属侧墙3、第三金属侧墙6、第四金属侧墙7、第一矮墙12和第二矮墙13均可以采用铜电镀制作，也可采用其它散热好、易导电的金属制作。下金属互联柱4和上金属互联柱8分别设有多个呈阵列排布，尺寸在0.12mm*0.12mm-0.25mm*0.4mm之间，高度在0.4-4mm。下金属互联柱4和上金属互联柱8一端用于后续与芯片的焊盘键合，陶瓷基板外侧的一端用于外部连接控制电路端或功能端。

作为另一种实施例，下冷却腔室内还设置与第一金属侧墙2等高的隔板16，隔板16将下冷却腔室分隔成按照设定方向流通的流道。同样的，上冷却腔内也设置与第三金属侧墙6等高的隔板16。在下陶瓷基板1上或上陶瓷基板5上设有与流道连通的进口和出口。

在本实施例中，下陶瓷基板1上或上陶瓷基板5上设有与流道连通的进口和出口处分别有环状焊盘，采用熔焊或钎焊间可伐或者10#钢制作的液冷进出连接端一端焊接到进口和出口处分别对应的环状焊盘处；另一端连接外部冷却模块。

作为另一种实施例，两个相互远离的第一金属侧墙2的外侧壁上分别用于设置有第一芯片和第二芯片，第二金属侧墙3分别在设有芯片的一侧延伸，所述下封装外壳与上封装外壳焊接后形成第一芯片密封腔和第二芯片密封腔，第一芯片密封腔和第二芯片密封腔分别盖合有盖板9。

在本实施例中，在第一金属侧墙2的外侧壁上的两个对称面分别安装一个芯片10，形成两个芯片密封腔。根据需求，也可以在第一金属侧墙2的外侧壁上的四个面上分别设置一个芯片密封腔，形成四个芯片密封腔。四个芯片10工作时，冷却介质在冷却腔内流动时，可同时吸收四个芯片10产生的热量，实现芯片10的冷却。

作为本发明的另一种实施例，本发明还提供了一种立式金属陶瓷封装器件，除采用上述的立式金属陶瓷封装外壳外，立式金属陶瓷封装器件还包括安装在芯片容纳腔的芯片10，芯片10的焊盘通过键合线连接下金属互联柱4和/或上金属互联柱8，还包括设置在冷却腔内的冷却介质。

本发明实施例提供的立式金属陶瓷封装器件，通过在上述立式金属陶瓷封装外壳中的芯片安装面上安装芯片10，且将芯片通过键合线与下金属互联柱4和/或上封装外壳的上陶瓷基板的上金属互联柱8连接，然后焊接盖板，形成几个气密的封装器件。当在密闭冷却腔内通入冷却介质后，冷却介质在冷却腔内流动从而吸收芯片产生的热量。实现芯片的冷却，提升芯片的工作效率，从而满足高频TR模块对封装散热的需求。

作为另一种实施例，如图3所示，下陶瓷基板1上两个相互远离的第一金属侧墙2的外侧壁上分别用于设置第一芯片和第二芯片，第二金属侧墙3分别在设有芯片10的一侧延伸，形成第一芯片下容置腔和第二芯片下容置腔。相同的，上陶瓷基板5上也设有第一芯片上容置腔和第二芯片上容置腔。将上封装外壳和下封装外壳对称焊接后，第一金属侧墙2和第三金属侧墙6形成封闭的冷却腔，第一芯片上容置腔与第一芯片下容置腔形成第一芯片密封腔，第二芯片上容置腔与第二芯片下容置腔形成第二芯片密封腔。将第一芯片和第二芯片分别安装在第一芯片密封腔和第二芯片密封腔的芯片安装面上，然后将第一芯片和第二芯片的焊盘通过键合线连接下金属互联柱4和/或上金属互联柱8。然后将冷却介质从流道连通的进口处注入，连接外部冷却模块。最后将盖板分别焊接在第一芯片上容置腔和第二芯片上容置腔上，形成气密的封装器件。

在本实施例中，盖板焊接完成后，还需要将下陶瓷基板1的下表面的下金属互联柱4和上陶瓷基板5的上表面的上金属互联柱8与外部的BGA焊盘直连，匹配100-250μm小锡球11实现输出，传输距离短，损耗低、隔离效果好；上封装外壳与下封装外壳的上下对称结构，下陶瓷基板1的下表面的下金属互联柱4和上陶瓷基板5的上表面的上金属互联柱8可一面连接控制电路，另一面连接功能端，双面输出提升设计灵活性，提升集成度。

作为本发明的另一种实施例，本发明还提供了一种立式金属陶瓷封装器件的制备方法，包括：

S101：在陶瓷基板上钻通孔，溅射金属种子层，电镀填充所述通孔，形成金属柱，其中一陶瓷基板作为下陶瓷基板，另一陶瓷基板作为上陶瓷基板。

S102：在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱；其中第一金属侧墙用于围设成适于流通冷却介质的下冷却腔室，所述第一金属侧墙的外立面用于安装芯片，第二金属侧墙与拟安装芯片的第一金属侧墙外立面形成用于密封芯片的下容置腔，第一矮墙用于焊接相应的盖板，刻蚀剥离多余的金属种子层，制成下封装外壳。

采用相同的步骤，在所述上陶瓷基板上制成与所述下封装外壳结构对称的上封装外壳。

S103：将所述下封装外壳和所述上封装外壳以所述第一金属侧墙和第二金属侧墙的端面为对接面进行扣合焊接，对接的第一金属侧墙形成密闭冷却腔、对接的第二侧墙与对应的拟安装芯片的第一金属侧墙形成一侧面开口的芯片密封腔。

S104：在所述芯片密封腔的第一金属侧墙内立面上安装芯片、并与所述第一金属互联柱和/或第二金属互联柱键合，焊盖板密封。

本发明实施例提供的立式金属陶瓷封装器件的制备方法，通过在下封装外壳和上封装外壳上分别制备结构对称的流通冷却介质的冷却腔室和密封芯片的芯片密封腔，当下封装外壳与上封装外壳焊接后，形成密闭冷却腔和芯片密封腔。然后将芯片安装在芯片密封腔的芯片安装面，将芯片通过键合线与下金属互联柱和/或上金属互联柱连接，通入冷却介质，然后焊接盖板，形成几个气密的封装器件。通过制备流通冷却介质的冷却腔室和密封芯片的芯片密封腔，从而实现了将散热模块集成到芯片的一级封装中，最终封装的尺寸可在5mm*5mm至25mm*25mm范围内进行一体化设计，从而满足高频TR模块对封装散热的需求。本发明实施例采用制作半导体芯片的加工方式，制备的立式金属陶瓷封装器件具有开发周期短，加工精度高，成品率高的优势。

图4至图8是本申请实施例提供的制备立式金属陶瓷封装器件的工艺流程中对应的剖面图。上封装结构和下封装结构是对称的，此处仅介绍下封装结构的制备过程。

第一、在下陶瓷基板1上制备贯穿下陶瓷基板1的上表面和下表面的第一通孔14，如图4所示。

在本实施例中，下封装结构为预先制备好的，下封装结构中的下陶瓷基板1为预先烧结好的，可以使用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、石英或蓝宝石等。设计第一通孔14时，为降低射频损耗、提升隔离度，需要射频信号过孔分布和尺寸有特殊考量。在下陶瓷基板1上制备第一通孔14时，可以采用皮秒冷激光加工钻孔，且加工出的第一通孔14贯穿所述下陶瓷基板1的上表面和下表面。孔的直径在70-125μm，数值参考基板厚度，保证下陶瓷基板1的厚度和第一通孔14的直径比在4:1到3:1范围内，第一通孔14的孔径典型值是125μm。采用皮秒冷激光加工钻孔这种方式制备的第一通孔14的孔壁光滑、垂直度高、所述下陶瓷基板1的正面和背面的孔径差值小于5％，可减少传输损耗。

第二、在第一通孔14内、下陶瓷基板1的上表面和下表面上溅射金属种子层。

在本实施例中，在溅射金属种子层之前要将下陶瓷基板1和第一通孔14内进行清洗处理。在第一通孔14内、下陶瓷基板1的上表面和下表面溅射金属种子层，也可以采用其它物理气相沉积法或化学气相沉积法等方式。当然，也可以根据需要进行设置金属种子层的厚度。

第三、在第一通孔14内的金属种子层上填充金属，形成贯穿下陶瓷基板1的上表面和下表面的金属柱。

在本申请实施例中，在下陶瓷基板1上旋涂光刻胶或热压光敏干膜，进行光刻显影后进行电镀，使第一通孔14内填满电镀金属。电镀完成后，需要将下陶瓷基板1的上表面和下表面分别进行研磨和抛光，去除下陶瓷基板1的上表面和下表面多余的金属，便于后续制备。

第四、在填充金属的第一通孔14的上表面和下表面上分别制备第一导体层15，如图5所示。

在本申请实施例中，在下陶瓷基板1上再次旋涂光刻胶或热压光敏干膜，进行光刻显影后进行电镀，使第一通孔14的上表面和下表面的第一导体层15的厚度大于10μm。第一导体层15为铜材质。由于下陶瓷基板1由于钻孔形成若干第一通孔14，破坏了下陶瓷基板1的结构，且第一通孔14内填充的金属与下陶瓷基板1存在热失配，无法实现致密连接，因此制备第一导体层15，通过第一导体层15表面覆盖第一通孔14，从而保证管壳的气密性。

第一通孔14的上表面的第一导体层15上的第一预留区域用于制备第一金属侧墙2；第一通孔14的上表面的第一导体层15上的第二预留区域用于制备第二金属侧墙3；第一通孔14的上表面的第一导体层15上的第三预留区域用于制备第一矮墙12；第一通孔14的上表面的第一导体层15上的第四预留区域用于加厚下金属互联柱4；第一通孔14的上表面的第一导体层15上的第五预留区域用于制备隔板16。

第五、在下陶瓷基板1的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙2、第二金属侧墙3、隔板16、第一矮墙12和与金属柱电导通的下金属互联柱4，如图6-8所示。

在下陶瓷基板1的上表面的第一预留区域、第二预留区域、第三预留区域、第四预留区域和第五预留区域内逐层电镀第一预设高度的第一金属侧墙2、第二金属侧墙3、隔板16、第一矮墙12和下金属互联柱4，第一预设高度为150-300μm，第一预设高度为第一矮墙12的最终高度。在第一导体层15上再次旋涂或热压第一光阻层，进行光刻显影后再次进行电镀，匹配设计版图金属层高度150-300μm，整版高度偏差±2μm。当达到第一预设高度后，停止电镀，第一矮墙4制备完成。然后进行研磨、抛光，便于后续制备。

在下陶瓷基板1的上表面的第一预留区域、第二预留区域、第四预留区域和第五预留区域内逐层电镀第二预设高度的第一金属侧墙2、第二金属侧墙3、隔板16和下金属互联柱4，第二预设高度为500-1300μm，第二预设高度为下金属互联柱4的最终高度。再次在制备第一矮墙12后的表面再次旋涂或热压第二光阻层，进行光刻显影后再次进行电镀，匹配设计版图金属层高度500-1300μm，整版偏差±3μm，对位偏差＜2μm。其中下金属互联柱4的尺寸为200μm*200μm-250μm*400μm，精度±1μm。当下金属互联柱4的高度达到第二预设高度后，停止电镀，然后进行研磨、抛光，便于后续制备。

在下陶瓷基板1的上表面的第一预留区域、第二预留区域和第五预留区域内逐层电镀第三预设高度的第一金属侧墙2、第二金属侧墙3和隔板16，第三预设高度为2000-5000μm，第三预设高度为第一金属侧墙2的最终高度。其中，第一金属侧墙2、第二金属侧墙3和隔板16的高度相同。再次旋涂或热压第三光阻层，进行光刻显影后再次进行电镀，匹配设计版图金属层高度2000-5000μm，整版偏差±5μm，对位偏差＜2μm。当第一金属侧墙2的高度达到第三预设高度时，停止电镀。然后进行研磨、抛光，便于后续制备。

在本申请实施例中，第一光阻层、第二光阻层和第三光阻层的材料可以选择高粘度光刻胶，也可以选择高解析度的光敏干膜，第一光阻层满足约束条件：厚度大于15微米，线条解析度小于10微米。

在本申请实施例中，第一预设高度、第二预设高度和第三预设高度可以根据封装器件组装或使用要求进行设置。

第六、对下陶瓷基板1的上表面和下表面未被第一导体层15覆盖的金属种子层进行刻蚀。

在本申请实施例中，在下金属互联柱4、第一金属侧墙2、第二金属侧墙3和隔板16制作完成后，底面第一导体层15最小宽度约100μm，第一金属侧墙2、第二金属侧墙3和隔板16的高度可达2-5mm，在20:1到50:1的深槽内刻蚀金属种子层难度极大。本申请采用带3D空间可调制皮秒激光剥离电镀后的下陶瓷基板1的上表面和下表面未电镀区域的金属种子层，漏出下陶瓷基板1的基体材料。采用带3D空间可调制皮秒激光进行刻蚀，实现在20:1到50:1的深槽内刻蚀，可以准确定位刻蚀位置，从而提高刻蚀精度，防止侧壁的其他金属被刻蚀掉。

第七、在刻蚀后的下陶瓷基板1的上表面和下表面制备保护层。

在本申请实施例中，在刻蚀后的下陶瓷基板1的上表面和下表面采用化学方式进行镀金，以提升下陶瓷基板1的环境耐受性。

第八、将制备保护层的下陶瓷基板1和上陶瓷基板5采用金金键合的方式，焊接形成芯片容纳腔。

在本申请实施例之后，还可以包括：采用砂轮或激光划片，分割成独立的单元。

第九、在下陶瓷基板1上或上陶瓷基板5上设有与冷却腔的流道连通的进口和出口处焊接液冷端口。

在本申请实施例中，在下陶瓷基板1上或上陶瓷基板5上设有与冷却腔流道连通的进口和出口处分别有环状焊盘，采用熔焊或钎焊间可伐或者10#钢制作的液冷进出连接端一端焊接到进口和出口处分别对应的环状焊盘处；另一端连接外部冷却模块。

第十、将芯片10装配到由第一金属侧墙2和第三金属侧墙6焊接形成的外侧壁上，且将芯片10的焊盘通过键合线连接下金属互联柱4和上金属互联柱8。

第十一、采用激光缝焊，将盖板9焊接在芯片容纳腔上。

第十二、在下陶瓷基板1的下表面的下金属互联柱4和上陶瓷基板5的上表面的第二金属互联柱7上分别制作焊接焊盘。

在本申请实施例中，下陶瓷基板1的下表面和上陶瓷基板5的上表面的高密度的BGA输出，传输距离短，上下两面都可作为芯片10的输出端。下陶瓷基板1的下表面的下金属互联柱4和上陶瓷基板5的上表面的上金属互联柱8与外部的BGA焊盘直连，匹配100-250μm小锡球11实现输出，传输距离短，损耗低、隔离效果好；上封装外壳与下封装外壳的上下对称结构，下陶瓷基板1的下表面的下金属互联柱4和上陶瓷基板5的上表面的上金属互联柱8可一面连接控制电路，另一面连接功能端，双面输出提升设计灵活性，提升集成度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立式金属陶瓷封装外壳，其特征在于，包括结构对称的下封装外壳和上封装外壳，以及盖板；

其中，所述下封装外壳包括：

下陶瓷基板，所述下陶瓷基板上设有贯穿所述下陶瓷基板的上表面和下表面的下金属互联柱；

第一金属侧墙，在所述下陶瓷基板上表面的第一区域内围设成用于流通冷却介质的下冷却腔室，其中任一第一金属侧墙的外立面用于安装芯片；

第二金属侧墙，设置在拟安装芯片的第一金属侧墙一侧，自所述第一金属侧墙向远离所述下冷却腔室的一侧延伸设置，在所述下陶瓷基板的上表面形成三面包围的下容置腔；

所述第一金属侧墙的端面和第二金属侧墙的端面作为结构对称面用于所述下封装外壳与所述上封装外壳的焊接，当所述下封装外壳与所述上封装外壳焊接后，上、下冷却腔室形成密闭冷却腔，上、下容置腔形成芯片密封腔；

所述盖板用于密封所述芯片密封腔，形成气密封装外壳。

2.如权利要求1所述的立式金属陶瓷封装外壳，其特征在于，所述第一金属侧墙与第二金属侧墙等高为2-5mm，且所述第一金属侧墙或第二金属侧墙的深宽比为10:1-30:1。

3.如权利要求2所述的立式金属陶瓷封装外壳，其特征在于，所述下冷却腔室内设置有与所述第一金属侧墙等高的隔板，所述隔板将所述下冷却腔室分隔成按照设定方向流通的流道，在所述下陶瓷基板上或所述上封装外壳的上陶瓷基板上设有与所述流道连通的进口和出口。

4.如权利要求1所述的立式金属陶瓷封装外壳，其特征在于，所述下冷却腔室的横截面为矩形，位于矩形其中一对对边上的两个第一金属侧墙的外侧壁分别用于设置第一芯片和第二芯片，所述第二金属侧墙在拟安装芯片的第一金属侧墙一侧分别延伸设置，在所述下陶瓷基板上形成第一金属侧墙与两个第二金属侧墙围成的第一下容置腔和第二下容置腔；所述下封装外壳与所述上封装外壳焊接后形成第一芯片密封腔和第二芯片密封腔。

5.一种立式金属陶瓷封装器件，其特征在于，采用权利要求1所述的立式金属陶瓷封装外壳，所述立式金属陶瓷封装器件还包括设置在所述芯片密封腔的芯片，所述芯片的焊盘通过键合线连接所述下金属互联柱和/或所述上封装外壳的上陶瓷基板的上金属互联柱；所述冷却腔内流通有冷却介质。

6.如权利要求5所述的立式金属陶瓷封装器件，其特征在于，所述冷却腔室的横截面为矩形，位于矩形其中一对对边上的两个第一金属侧墙的外侧壁分别设置有第一芯片和第二芯片，第二金属侧墙与相应的第一金属侧墙分别形成第一芯片密封腔和第二芯片密封腔；所述第一芯片密封腔和第二芯片密封腔分别盖合有盖板。

7.一种立式金属陶瓷封装器件的制备方法，其特征在于，包括：

在陶瓷基板上钻通孔，溅射金属种子层，电镀填充所述通孔，形成金属柱，其中一陶瓷基板作为下陶瓷基板，另一陶瓷基板作为上陶瓷基板；

在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱；其中第一金属侧墙用于围设成适于流通冷却介质的下冷却腔室，所述第一金属侧墙的外立面用于安装芯片，第二金属侧墙与拟安装芯片的第一金属侧墙外立面形成用于密封芯片的下容置腔，第一矮墙用于焊接相应的盖板，刻蚀剥离多余的金属种子层，制成下封装外壳；

采用相同的步骤，在所述上陶瓷基板上制成与所述下封装外壳结构对称的上封装外壳；

将所述下封装外壳和所述上封装外壳以所述第一金属侧墙和第二金属侧墙的端面为对接面进行扣合焊接，对接的第一金属侧墙形成密闭冷却腔、对接的第二侧墙与对应的拟安装芯片的第一金属侧墙形成一侧面开口的芯片密封腔；

在所述芯片密封腔的第一金属侧墙内立面上安装芯片、并与第一金属互联柱和/或第二金属互联柱键合，焊盖板密封。

8.如权利要求7所述的立式金属陶瓷封装器件的制备方法，其特征在于，所述在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱步骤中，还包括：

逐层电镀与所述第一金属侧墙等高的隔板，所述隔板将所述冷却腔分隔成折流的流道，所述下陶瓷基板上或所述上封装外壳的上陶瓷基板上设有与所述流道的进口端连通的进口和与所述流道的出口端连通的出口。

9.如权利要求8所述的立式金属陶瓷封装器件的制备方法，其特征在于，所述在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀预设高度的第一金属侧墙、第二金属侧墙、第一矮墙和与所述金属柱电导通的下金属互联柱，具体包括以下步骤：

在所述下陶瓷基板的上表面逐层电镀第一预设高度的第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙、第一矮墙和下金属互联柱；所述第一预设高度为150-300μm；

继续逐层电镀所述第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙和下金属互联柱至第二预设高度，所述第二预设高度为500-1300μm；

继续逐层电镀所述第一金属侧墙、隔板、第二金属侧墙至第三预设高度，所述第三预设高度为2000-5000μm。

10.如权利要求7所述的立式金属陶瓷封装器件的制备方法，其特征在于，还包括：

在所述下陶瓷基板的外安装面和/或所述上封装外壳的上陶瓷基板的外安装面上制作焊接焊盘。

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