CN112802809B - 一种硅铝合金封装基板及其制备方法 - Google Patents

一种硅铝合金封装基板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅铝合金封装基板及其制备方法，该硅铝合金封装基板的基体材料为硅铝合金，所述封装基板上设有曲面天线共型贴装平台、微波信号屏蔽腔体以及平面转接板，所述曲面天线共型贴装平台用于天线共型贴装，所述微波信号屏蔽腔体用于微波信号电路集成，所述封装基板为垂直互连封装基板。本发明提供的硅铝合金封装基板将转接板、微波屏蔽腔体、曲面天线共型贴装平台集中在封装基板上，实现了结构一体成型、一致性，简化了硅铝合金封装基板制备工序，结构强度高，同时实现了结构与功能一体化。本发明还提供了该封装基板的制造方法，该方法相对于传统封装基板制备工艺具有可操作性强，耗时短，成本低，可靠性高等优点。

Description

一种硅铝合金封装基板及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子封装技术领域，尤其涉及一种硅铝合金封装基板及其制备方法。
背景技术
基板是实现元器件功能化、组件化的一个平台，是微电子封装的重要环节。目前随着集成电路芯片技术和组装技术的持续发展，对基板性能的要求也越来越高。为了能保持芯片和器件的固有性能，不引起信号传输的恶化，基板选择与设计时需要考虑基板的材料参数、电参数和结构参数等，具体体现在以下方面：
(1)材料参数方面：介电常数、热膨胀系数和热导率；
(2)结构参数方面：布线图形精细化、层间互联小孔径化以及电气参数最优化；
(3)热性能方面：耐热性、与Si、GaAs等芯片材料的热匹配性、以及系统的导热性。
基板根据材料不同可以分为有机基板、无机基板以及复合基板。常见的有机基板材料有FR-4环氧玻璃、BT环氧树脂、聚酰亚胺和氰酸盐脂等。有机基体与芯片之间往往存在热膨胀系数不匹配，翘曲变形大等问题，难以实现高可靠、高密度互联。无机基板的材料主要为Al2O3、AlN、SiN等陶瓷，陶瓷基板存在通孔加工速率低、成本高等问题。而复合基板指有机基板与无机基板的复合体，其主要缺点是生产制备工艺复杂，成本高昂。
因此需要寻求合适的基板尤为重要。常规的基板通常为平面结构，需要在基板上粘贴转接板进行微组装，若需要实现其他的微波屏蔽功能或贴装天线等功能，还需要在基板上焊接或粘贴一些金属隔墙等，不仅工序繁杂，而且结构强度低、结构不能达到一致性。
发明内容
本发明提供了一种硅铝合金封装基板及其制备方法，提供的硅铝合金封装基板将转接板、微波屏蔽腔体、曲面天线共型贴装平台集中在封装基板上，实现了结构一体成型、一致性，简化了工序，结构强度高，同时实现了结构与功能一体化。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种硅铝合金封装基板，所述封装基板的基体材料为硅铝合金，所述封装基板上设有曲面天线共型贴装平台、微波信号屏蔽腔体以及平面转接板，所述曲面天线共型贴装平台用于天线共型贴装，所述微波信号屏蔽腔体用于微波信号电路集成，所述封装基板为垂直互连封装基板。
优选地，所述垂直互连封装基板包括基板、通柱以及填充在所述通柱与所述基板的缝隙中的绝缘介质层，所述通柱与所述绝缘介质层同轴，所述通柱的材质为硅铝合金。
优选地，所述绝缘介质层的材质为玻璃介质。
本发明还提供了一种硅铝合金封装基板的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备垂直互连封装基板；
S2：在所述垂直互连封装基板上加工曲面天线共型贴装平台、微波信号屏蔽腔体。
优选地，该包括：S3：采用化学机械腐蚀抛光所述步骤S2的基板，得到所述的封装基板。
优选地，所述步骤S1具体包括：
S101：利用激光垂直通孔技术在硅铝合金基板上制备同轴连接柱盲孔阵列；
S102：依次利用丙酮、酒精、去离子水对经步骤S101处理后的基板进行超声清洗，清洗完后及时烘干，然后在所述同轴连接柱盲孔阵列的盲孔缝隙中填充低温玻璃浆料；
S103：采用排胶工艺将所述S102的盲孔缝隙中的低温玻璃浆料的有机成分排除；
S104：采用分段式玻璃烧结回流技术使硅铝合金基板与玻璃浆料之间键合；
S105：磨抛减薄所述步骤S104处理后的硅铝合金基板的上下表面，去除连接柱与基板连接部分，并使基板上下表面光洁平整。
优选地，所述步骤S103具体为采用超声震荡柔顺法向盲孔缝隙中填充熔融温度小于500℃的玻璃浆料，可选用PbO-ZnO-B2O3系玻璃浆料或PbO-Bi2O3-B2O3系玻璃浆料。
优选地，所述步骤S105中采用化学机械腐蚀磨抛减薄所述步骤S104处理后的硅铝合金基板的上下表面。
优选地，磨抛硅铝合金基板和加工平面转接板过程中，为了避免基板变形、破裂等问题，采用石蜡或树脂将平面转接板固封。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1、本发明采用的基板基体材料为硅铝合金，硅铝合金具有低密度、低热膨胀系数、高热导率、高比强度和刚度、良好的机械加工性及镀覆性、以及可重布线等优点。不仅满足电子器件轻量化需求及功率芯片散热需求，还与Si和GaAs等芯片以及Al合金壳体间具有良好的匹配性，是一种具有广阔应用前景的电子封装材料。
2、本发明以硅铝合金为基体制备封装基板，且基板为垂直互连封装基板，基板的平面区域可减薄为转接板，其表面可直接进行芯片倒装和重布线等微组装；且该基板上还设有微波信号屏蔽腔体，由于硅铝合金的导电特性，为腔体内的电路提供了良好的屏蔽环境，使其自身具备屏蔽特性，可替代壳体封装，腔体内部可集成电路，腔体之间无需额外的屏蔽结构；在基板上还加工有用于天线贴装的曲面天线共型贴装平台，这是常规封装基板所不具备的。因此本发明的封装基板将转接板、微波信号屏蔽腔体、曲面天线共型贴装平台集中在基板上，实现了结构与功能一体化，使结构一体成型、一致性，并且简化了工序，增加了结构强度。
3、硅铝合金基板上下表面通过通柱形成互连，无需额外的通孔金属化，基板表面可重布线，制备工艺简单，成产成本低。
附图说明
图1为本发明实施例中硅铝合金封装基板的结构示意图；
图2为本发明实施例中制备硅铝合金封装基板的方法流程图；
图3为经激光加工完成连接柱阵列和盲孔阵列制备的基板截面示意图；
图4为完成玻璃浆料填充后的基板截面示意图；
图5为完成磨抛减薄后的基板截面示意图；
图6为基于本发明实施例的基板的重布线及焊球截面示意图；
图7为基于本发明实施例的一种微系统封装结构示意图。
附图标记说明：100-基板；101-连接柱；102-盲孔缝隙；103-绝缘介质层；D01-基板原始厚度；D02-连接柱距基板底部的距离；D03-减薄磨抛后的基板厚度；D04-平面转接板的厚度；104-重布线绝缘介质层；105-重布线导电金属层；106-BGA焊球；107-倒装芯片或倒装模块；108-芯片；109-引线键合丝；110-曲面天线；111-上盖板；112-下盖板；113-通柱；2-曲面天线共型贴装平台；3-微波信号屏蔽腔体；4-平面转接板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种硅铝合金封装基板及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1，一种硅铝合金封装基板，硅铝合金基板的基体材料为硅铝合金，封装基板上设有曲面天线共型贴装平台2、微波信号屏蔽腔体3以及平面转接板4，曲面天线共型贴装平台2用于天线共型贴装，微波信号屏蔽腔体3用于微波信号电路集成，封装基板为垂直互连封装基板。
垂直互连封装基板包括基板100、通柱113以及填充在通柱113与基板100的缝隙中的绝缘介质层103，通柱113与绝缘介质层103同轴，通柱113的材质为硅铝合金。
优选地，绝缘介质层103的材质为玻璃介质，优选为PbO-ZnO-B2O3系玻璃或PbO-Bi2O3-B2O3系玻璃。
参看图2，上述硅铝合金封装基板的制备方法，包括以下步骤：
S1：基板连接柱加工：参看图3，根据电路设计及功能需求确定连接柱101及绝缘介质层103的尺寸及布局，然后利用激光垂直通孔技术在硅铝合金基板上制备同轴连接柱101阵列，加工后的连接柱101仍与基板100底板相连，DD01为基板原始厚度，D02为连接柱距基板底部的距离，以连接柱101为中心，将绝缘介质填充区域去除掉，形成局部贯穿基板的同轴连接柱101盲孔阵列的盲孔缝隙102；
S2：清洗、干燥：依次利用丙酮、酒精、去离子水对经步骤S1处理后的基板进行超声清洗，清洗完后及时对基板进行烘干处理；
S3：填充玻璃浆料，采用超声震荡柔顺法或灌封等方式向盲孔缝隙102中填充熔融温度小于500℃的玻璃浆料，填充完成后如图4所示，可选用PbO-ZnO-B2O3系玻璃浆料或PbO-Bi2O3-B2O3系玻璃浆料，要求玻璃浆料粘度适中；
S4：排胶制备玻璃胚体：根据浆料配比采用合适的排胶工艺将S3的盲孔缝隙102中的低温玻璃浆料的有机成分排除干净，使盲孔缝隙102中的玻璃浆料凝结为玻璃胚体；
S5：玻璃熔封键合：采用分段式玻璃烧结回流技术熔融上述玻璃胚体，完成硅铝合金基板与玻璃浆料之间的键合，充分排出玻璃浆料中的气泡，使烧结过程中产生的应力得到有效释放，增强结合界面的结合强度和气密性；
以熔融温度420℃～450℃的PbO-ZnO-B2O3系玻璃粉配置的玻璃浆料为例，分段式烧结工艺可分为三个阶段：低温排胶过程(温度范围根据玻璃浆料有机载体的成分而定)、高温烧结过程、冷却过程。其中低温排胶过程将玻璃浆料有机载体的主要成分挥发干净，使玻璃浆料初步凝结为玻璃胚体；高温烧结过程又可分为玻璃软化阶段和玻璃熔融阶段，其中玻璃软化阶段使玻璃胚体中的玻璃粉缓慢软化，玻璃粉颗粒之间的间隙被填满，玻璃熔融阶段玻璃胚体完全熔化为玻璃液；冷却过程控制冷却速度，使玻璃液缓慢冷却，以避免冷却速度过大产生应力使玻璃体开裂；
S6：机械/化学减薄：根据厚度要求对步骤S5处理后的硅铝合金基板的上下表面进行磨抛减薄处理，去除连接柱101与基板连接部分，并根据转接板厚度要求对硅铝合金基板的上下表面进行磨抛减薄处理，并使基板上下表面光洁平整，完成减薄后如图5所示，D04为平面转接板的厚度；
S7：腔体、曲面结构加工：根据设计需求在完成减薄处理的铝硅合金基板上加工加工曲面天线共型贴装平台2、微波信号屏蔽腔体3；
S8：抛光：采用化学机械腐蚀对硅铝合金基板抛光，直至表面及腔体平滑光亮符合设计要求，从而得到如图1所示的功能与结构一体化的硅铝合金封装基板。
优选地，磨抛硅铝合金基板和加工平面转接板4过程中，为了避免基板变形、破裂等问题，采用石蜡或树脂将平面转接板4固封。
图6为在上述的硅铝合金封装基板进行重布线和BGA焊球的截面示意图，图中104为重布线绝缘介质层103，105为重布线导电金属层；106为BGA焊球。
图7为基于上述的硅铝合金封装基板的一种微系统封装结构示意图，在微波信号屏蔽腔体3内倒装芯片或倒装模块107或贴装芯片108，在平面转接板4上同样可以重布线和倒装芯片或倒装模块107或贴装芯片108，在曲面天线共型贴装平台2贴装曲面天线110，然后采用引线键合形成互连，图中109为引线键合丝，然后在基板的下表面采用具有凸台的下盖板112密封微波信号屏蔽腔体3，基板的上表面采用上盖板111进行密封。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种硅铝合金封装基板，其特征在于，所述封装基板的基体材料为硅铝合金，所述封装基板上设有曲面天线共型贴装平台、微波信号屏蔽腔体以及平面转接板，所述曲面天线共型贴装平台用于天线共型贴装，所述微波信号屏蔽腔体用于微波信号电路集成，所述封装基板为垂直互连封装基板。
2.根据权利要求1所述的硅铝合金封装基板，其特征在于，所述垂直互连封装基板包括基板、通柱以及填充在所述通柱与所述基板的缝隙中的绝缘介质层，所述通柱与所述绝缘介质层同轴，所述通柱的材质为硅铝合金。
3.根据权利要求2所述的硅铝合金封装基板，其特征在于，所述绝缘介质层的材质为玻璃介质。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的硅铝合金封装基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备垂直互连封装基板；
S2：在所述垂直互连封装基板上加工曲面天线共型贴装平台、微波信号屏蔽腔体；
S3：采用化学机械腐蚀抛光所述步骤S2的基板，得到所述的封装基板；
所述步骤S1具体包括：
S101：利用激光垂直通孔技术在硅铝合金基板上制备同轴连接柱盲孔阵列；
S102：在所述同轴连接柱盲孔阵列的盲孔缝隙中填充低温玻璃浆料；
S103：采用排胶工艺将所述S102的盲孔缝隙中的低温玻璃浆料的有机成分排除；
S104：采用分段式玻璃烧结回流技术使硅铝合金基板与玻璃浆料之间键合；
S105：磨抛减薄所述步骤S104处理后的硅铝合金基板的上下表面。
5.根据权利要求4所述的硅铝合金封装基板的制备方法，其特征在于，所述步骤S103具体为采用超声震荡柔顺法向盲孔缝隙中填充熔融温度小于500℃的玻璃浆料。
6.根据权利要求4所述的硅铝合金封装基板的制备方法，其特征在于，所述步骤S105中采用化学机械腐蚀磨抛减薄所述步骤S104处理后的硅铝合金基板的上下表面。
7.根据权利要求4所述的硅铝合金封装基板的制备方法，其特征在于，磨抛硅铝合金基板和加工平面转接板过程中，采用石蜡或树脂将平面转接板固封。
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