CN113707616A - 盖板及陶瓷封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种盖板及陶瓷封装结构，盖板包括边框和盖板本体；边框中部形成有安装留空，边框的外周形成有能与陶瓷外壳密封连接的边缘对接结构；盖板本体设于安装留空中，盖板本体的边缘与安装留空的边缘密封连接；盖板本体的热导率大于边框的热导率。本发明提供的盖板及陶瓷封装结构，保证了盖板的基本密封性能，同时提升了盖板整体的热导率，有利于降低热阻，改善陶瓷封装外壳的散热条件。

Description

盖板及陶瓷封装结构
技术领域
本发明属于器件封装技术领域，具体涉及一种盖板及陶瓷封装结构。
背景技术
随着微系统封装结构中芯片的种类、数量和功耗的不断增加，有气密性要求的微系统如何将热源热量更有效地散出越来越成为突出的问题。目前，陶瓷外壳气密封装通常采用金属一体盖板与外壳密封，盖板材质选用与陶瓷热膨胀系数匹配的铁镍合金或铁镍钴合金，但是这种盖板热导率仅为15-20W/(m·k)左右，散热效果很差，大功率芯片热源热量无法有效地向上散出，影响微系统的可靠性。
发明内容
本发明实施例提供一种盖板及陶瓷封装结构，旨在提升盖板的导热、散热能力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
第一方面，提供一种盖板，包括：
边框，所述边框中部形成有安装留空，所述边框的外周形成有能与陶瓷外壳密封连接的边缘对接结构；以及
盖板本体，设于所述安装留空中，所述盖板本体的边缘与所述安装留空的边缘密封连接；
所述盖板本体的热导率大于所述边框的热导率。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述盖板本体的外周向外延伸形成第一台阶，所述第一台阶搭接于所述边框远离陶瓷外壳内腔的一侧，或者，所述第一台阶搭接于所述边框朝向陶瓷外壳内腔的一侧。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述安装留空的侧壁向内延伸形成与所述第一台阶搭接的第二台阶。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述边框的外周向外延伸，以形成能搭接于陶瓷外壳开口处的第三台阶，所述第三台阶为所述边缘对接结构。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述边框的材质为铁镍合金和可伐合金中的一种，所述盖板本体的材质为钨铜合金、钼铜合金、铝碳化硅合金和铝硅合金中的一种。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述边框和所述盖板本体的外表面均覆盖有可焊层。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述可焊层的材质为镍金材质。
本申请的盖板为分体式结构，边框可采用热膨胀系数与陶瓷外壳相似的材料，盖板本体也可选用热膨胀系数与陶瓷外壳相似的材料，在盖板本体与边框连接后，由于盖板本体与边框的热膨胀系数相似，避免局部结构受损影响气密性，进而保证了盖板的基本密封性能；同时，由于盖板本体具有较大的热导率，进而提升了盖板整体的热导率，有利于降低热阻，改善散热条件。
第二方面，本发明实施例还提供了一种陶瓷封装结构，包括：
陶瓷外壳；
封装器件，设于所述陶瓷外壳上；以及
上述的盖板，所述盖板中的边框与所述陶瓷外壳的开口处对接；
所述盖板中的盖板本体与所述封装器件之间设有导热界面层。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述陶瓷外壳包括：
外壳主体，所述封装器件设于所述外壳主体；以及
封口环，设于所述外壳主体，且环布于所述封装器件的外周。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述边框的外周向外延伸形成第三台阶，所述封口环远离所述外壳主体的一侧开设有台阶槽，所述第三台阶对接于所述台阶槽。
本申请的陶瓷封装结构，通过采用上述的盖板，封装器件所产生的热量通过导热界面层传递至盖板本体，散热效率大大提升，改善了封装结构整体的散热环境，提升了运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的盖板的主视结构剖视图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例一提供的陶瓷封装结构的主视结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的盖板的主视结构剖视图；
图5为图4的俯视图；
图6为本发明实施例二提供的陶瓷封装结构的主视结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的陶瓷封装结构的制造流程图；
图8为本发明实施例三提供的盖板的主视结构剖视图；
图9为图8的俯视图；
图10为本发明实施例三提供的陶瓷封装结构的主视结构示意图；。
附图标记说明：
1、边框；101、第二台阶；102、第三台阶；2、盖板本体；201、第一台阶；3、陶瓷外壳；301、外壳主体；302、封口环；303、台阶槽；4、封装器件；5、导热界面层；6、第一焊球；7、第二焊球；8、底部填充层。
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6、图8至图10，现对本发明提供的盖板进行说明。所述盖板，包括边框1和盖板本体2；边框1中部形成有安装留空，边框1的外周形成有能与陶瓷外壳3密封连接的边缘对接结构；盖板本体2设于安装留空中，盖板本体2的边缘与安装留空的边缘密封连接；盖板本体2的热导率大于边框1的热导率。
本实施例提供的盖板，与现有技术相比，采用分体式结构，边框1可采用热膨胀系数与陶瓷外壳3相似的材料，盖板本体2也可选用热膨胀系数与陶瓷外壳3相似的材料，在盖板本体2与边框1连接后，由于盖板本体2与边框1的热膨胀系数相似，避免局部结构受损影响气密性，进而保证了盖板的基本密封性能；同时，由于盖板本体2具有较大的热导率，进而提升了盖板整体的热导率，有利于降低热阻，改善散热条件。
在一些实施例中，参阅图1至图6，盖板本体2的外周向外延伸形成第一台阶201，第一台阶201搭接于边框1远离陶瓷外壳3内腔的一侧。为了避免盖板本体2在焊接过程中变形，盖板本体2需要有一定的厚度，通过在盖板本体2的边缘设置第一台阶201，盖板本体2在与边框1组装后，能限制盖板本体2凸出于边框1的程度，进而有利于控制陶瓷封装结构整体的厚度。
在一些实施例中，参阅图8至图10，盖板本体2的外周向外延伸形成第一台阶201，第一台阶201搭接于边框1朝向陶瓷外壳3内腔的一侧。其原理与前述实施例类似，在此不再赘述。
需要理解的是，陶瓷外壳3的内腔用于容置封装器件，边框1处于陶瓷外壳3内腔的开口处，因此边框1具有朝向该内腔的一侧，以及远离该该内腔的一侧。
在上述实施例的基础上，参阅图4至图6，安装留空的侧壁向内延伸形成与第一台阶201搭接的第二台阶101。通过设置第二台阶101，能够有效增加边框1与盖板本体2的接触面积，进而有利于增加盖板本体2与边框1连接的稳定性和可靠性。
具体的，参阅图4至图6，第一台阶201外缘处于第二台阶101的内缘和安装留空的侧壁之间，使得盖板本体2的整体(包括第一台阶201)的面积小于安装留空的面积。使用本实施例的结构，能使盖板本体2和边框1的厚度趋同，进而可使盖板本体2的外表面与边框1的外端面基本平齐，有效避免了盖板本体2外凸占用过多空间的问题，同时也使陶瓷封装结构整体外观更加整齐美观。
当然，安装留空的边缘不设置台阶结构的情况下，第一台阶201也能与边框1实现搭接，其搭接方式参考图1至图3，在此不再赘述。
在一些实施例中，参阅图1至图3，边框1的外周向外延伸，以形成能搭接于陶瓷外壳3开口处的第三台阶102，第三台阶102为边缘对接结构。本实施例中，第三台阶102位于边框1上远离陶瓷外壳3的一端部，通过设置第三台阶102，使边框1和陶瓷外壳3形成搭接，便于后续通过焊接等方式实现边框2与陶瓷外壳3的进一步固定，同时也能限制盖板凸出于陶瓷外壳3的程度，进而有利于控制陶瓷封装结构整体的厚度。
需要理解的是，上述的安装留空通过机械加工挖孔(或者刻蚀)成型，上述的第一台阶201、第二台阶101和第三台阶102均通过机械加工(或者刻蚀)成型。
边框1与盖板本体2之间的连接可以是平行缝焊，也可以是激光封接，保证连接后具有可靠的气密性和导电性。
在一些实施例中，边框1的材质为铁镍合金和可伐合金中的一种，盖板本体2的材质为钨铜合金、钼铜合金、铝碳化硅合金和铝硅合金中的一种。
边框1的材质满足与陶瓷外壳3直接连接的需求，具有与陶瓷外壳3相似的热膨胀系数，同时具有适当的结构强度；盖板本体2的材质具有与陶瓷外壳3相似的热膨胀系数，同时热导率较大，保证盖板2整体的散热能力。
其中，铝碳化硅合金和铝硅合金材质的热导率达到了150-200W/(m·k)，具有非常优秀的导热，散热性能，有利于有效地将热源的热量导出，降低热阻，改善散热条件；同时，铝碳化硅合金和铝硅合金的密度较小，有利于封装结构的轻量化设计。
其中，可伐合金可选为铁镍钴合金。
在一些实施例中，为了满足边框1和盖板本体2之间的焊接需求，边框1和盖板本体2的外表面均覆盖有可焊层。
具体的，可焊层的材质为镍金材质。
本申请的盖板制造过程大致为：边框1和盖板本体2分别成型→边框1和盖板本体2分别通过电镀形成镍金材质的可焊层→边框1与盖板本体2的第一台阶201之间焊接配合。
具体的，焊接所采用的焊料为金锡焊料，焊接温度为300℃左右。
在上述实施例的基础上，若边框1上未设置第二台阶101，第一台阶201搭接于边框1的端面，两者通过位于第一台阶201和边框1的搭接面处的焊料(例如金锡焊料)实现焊接，如图1至图3所示；若边框1上设有第二台阶101，第一台阶201搭接于第二台阶101上，第二台阶101和第一台阶201通过位于满布于台阶面上的焊料(例如金锡焊料)实现焊接，如图4至图6所示。
需要说明的是，边框1与盖板本体2之间的焊接一般在与陶瓷外壳3组装之前进行。
基于同一发明构思，参阅图3、图6及图7，本申请实施例还提供一种陶瓷封装结构，包括：陶瓷外壳3、封装器件4和上述的盖板；封装器件4设于陶瓷外壳3上；盖板中的边框1与陶瓷外壳3的开口处对接；盖板中的盖板本体2与封装器件3之间设有导热界面层5。
本申请的陶瓷封装结构，通过采用上述的盖板，盖板的导热率大大增加，封装器件4所产生的热量通过导热界面层5传递至盖板本体2，形成散热通道，散热效率大大提升，改善了封装结构整体的散热环境，提升了运行的可靠性。
另外，盖板的尺寸可设计成与常规盖板尺寸类似，进而能实现与常规盖板的安装替代。
具体的，形成导热界面层5的导热界面材料为导热脂、导热胶、导热垫、导热双面胶中的一种。当然，导热界面材料不限于上述材料，在此不再一一列举。
在一些实施例中，参阅图3、图6及图7，陶瓷外壳3包括外壳主体301和封口环302，封装器件4设于外壳主体301，封口环302设于外壳主体301，且环布于封装器件4的外周。
需要说明的是，边框1的尺寸根据封口环302的尺寸确定，厚度由封口方式确定。若采用平行缝焊封口，则在边框1的边缘设置第三台阶102，第三台阶102的厚度为0.08mm-0.12mm，如图1至图3所示；若采用激光封接，边框1的边缘可不设置台阶结构，边框1边缘部位的厚度为0.5mm-1.5mm左右，如图4至图7所示。
具体的，外壳主体301远离封口环302的一侧设有多个第一焊球6，第一焊球6以预设方式(例如矩形阵列)分布于外壳主体301，通过第一焊球6实现与PCB板的连接，有效缩短了信号传输路径，避免信号的损耗。
可选的，外壳主体301的材质为高温瓷或中温瓷。若采用中温瓷，其介电常数较小，介电损耗正切数值较小，内部导电结构的材料优选为钨铜，导体导电率较高；若选用高温瓷，内部导电结构的材料优选为钨，虽然上述几项电学指标略逊于中温瓷，但其制造成本较低，生产周期较短。因此，可根据不同的器件性能需求选取适当的外壳主体301的材料。
在一些实施例中，参阅图3、图6及图7，封装器件4为芯片，芯片倒装于外壳主体301，导热界面层5填充于盖板本体2和芯片之间。
在一些实施例中，参阅图6及图7，边框1的外周向外延伸形成第三台阶102，封口环302远离外壳主体301的一侧开设有台阶槽303，第三台阶102对接于台阶槽303。
需要理解的是，根据附图视角，由于封口环302的一侧(连接侧)与外壳主体301连接，因此，封口环302远离外壳主体301的一侧指的是与连接侧相对的一侧。
基于上述结构，参阅图7，本发明的陶瓷封装结构的制造流程大致为：
1)如图7(a)所示，将封口环302和外壳主体301组装形成陶瓷外壳3，并将盖板本体2和边框1组装形成盖板；
2)如图7(b)所示，在芯片的指定位置上植入第二焊球7，再将第二焊球7通过回流焊等方式焊接于外壳主体301的焊盘上，焊接完成后利用填料填充至芯片和外壳主体301之间，形成底部填充层8，增强封装的可靠性；
3)如图7(c)所示，在芯片的背面涂覆导热界面材料，并最终形成导热界面层5，将边框1与封口环302封接；
4)如图7(d)所示，在外壳主体301的背面通过回流焊植入第一焊球6。
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)

1.一种盖板，其特征在于，包括：
边框，所述边框中部形成有安装留空，所述边框的外周形成有能与陶瓷外壳密封连接的边缘对接结构；以及
盖板本体，设于所述安装留空中，所述盖板本体的边缘与所述安装留空的边缘密封连接；
所述盖板本体的热导率大于所述边框的热导率。
2.如权利要求1所述的盖板，其特征在于，所述盖板本体的外周向外延伸形成第一台阶，所述第一台阶搭接于所述边框远离陶瓷外壳内腔的一侧，或者，所述第一台阶搭接于所述边框朝向陶瓷外壳内腔的一侧。
3.如权利要求2所述的盖板，其特征在于，所述安装留空的侧壁向内延伸形成与所述第一台阶搭接的第二台阶。
4.如权利要求1所述的盖板，其特征在于，所述边框的外周向外延伸，以形成能搭接于陶瓷外壳开口处的第三台阶，所述第三台阶为所述边缘对接结构。
5.如权利要求1所述的盖板，其特征在于，所述边框的材质为铁镍合金和可伐合金中的一种，所述盖板本体的材质为钨铜合金、钼铜合金、铝碳化硅合金和铝硅合金中的一种。
6.如权利要求5所述的盖板，其特征在于，所述边框和所述盖板本体的外表面均覆盖有可焊层。
7.如权利要求6所述的盖板，其特征在于，所述可焊层的材质为镍金材质。
8.一种陶瓷封装结构，其特征在于，包括：
陶瓷外壳；
封装器件，设于所述陶瓷外壳上；以及
如权利要求1-7中任意一项所述的盖板，所述盖板中的边框与所述陶瓷外壳的开口处对接；
所述盖板中的盖板本体与所述封装器件之间设有导热界面层。
9.如权利要求8所述的陶瓷封装结构，其特征在于，所述陶瓷外壳包括：
外壳主体，所述封装器件设于所述外壳主体；以及
封口环，设于所述外壳主体，且环布于所述封装器件的外周。
10.如权利要求9所述的陶瓷封装结构，其特征在于，所述边框的外周向外延伸形成第三台阶，所述封口环远离所述外壳主体的一侧开设有台阶槽，所述第三台阶对接于所述台阶槽。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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