CN113848615A - 陶瓷封装外壳 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种陶瓷封装外壳，包括陶瓷基体、第一导电连接层和盖板，陶瓷基体形成有封装腔，所述封装腔的底面开设有多个间隔设置的安装腔，所述安装腔的侧壁形成台阶状结构，所述安装腔的底面用于安装管壳芯片，所述台阶状结构的顶面用于支撑基板；第一导电连接层设于所述台阶状结构的表面，用于实现与基板的导电连接；盖板密封盖设于所述陶瓷基体的顶部。本发明提供的陶瓷封装外壳，旨在实现在同一底座上同时封装多个器件，提高光电耦合器的集成度。

Description

陶瓷封装外壳

技术领域

本发明属于芯片封装技术领域，更具体地说，是涉及一种陶瓷封装外壳。

背景技术

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种光电转换器件。现有的光电耦合类封装外壳只能够单独封装耦合器或继电器等器件，无法实现将多种器件集成封装，造成光电耦合器的封装集成度低，体积大，限制其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷封装外壳，旨在实现在同一底座上同时封装多个器件，提高光电耦合器的集成度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种陶瓷封装外壳，包括：

陶瓷基体，形成有封装腔，所述封装腔的底面开设有多个间隔设置的安装腔，所述安装腔的侧壁形成台阶状结构，所述安装腔的底面用于安装管壳芯片，所述台阶状结构的顶面用于支撑基板；

第一导电连接层，设于所述台阶状结构的表面，用于实现与基板的导电连接；以及

盖板，密封盖设于所述陶瓷基体的顶部。

在一种可能的实现方式中，所述陶瓷封装外壳还包括封口环，所述封口环位于所述陶瓷基体和所述盖板之间。

在一种可能的实现方式中，所述封口环和所述陶瓷基体之间还设有缓冲环。

在一种可能的实现方式中，多个所述安装腔的深度不同。

在一种可能的实现方式中，多个所述安装腔内的台阶状结构的高度不同。

在一种可能的实现方式中，所述第一导电连接层的表面具有凹凸结构。

在一种可能的实现方式中，所述第一导电连接层包括Au层和Ni层，所述Au层的厚度为0.03-0.5μm，所述Ni层的厚度为1.3-8.9μm；或所述Au层的厚度为1.3-5.7μm，所述Ni层的厚度为1.3-8.9μm，以形成所述凹凸结构。

在一种可能的实现方式中，所述封装腔的内表面设置有第二导电连接层。

在一种可能的实现方式中，所述陶瓷基体的底部设置有金属引线。

在一种可能的实现方式中，所述盖板的底部设有伸入所述封口环的的密封凸块。

本发明提供的陶瓷封装外壳的有益效果在于：与现有技术相比，本发明陶瓷封装外壳在陶瓷基体上设置封装腔和安装腔，安装腔的侧壁设置有台阶状结构，基板搭设于台阶状结构的上表面，使基板和安装腔的底面之间形成容纳基板芯片的让位空间，基板的芯片与位于安装腔底面的管壳芯片相对设置，同时让位空间方便散热和安装其他器件。安装腔的内表面设置有第一导电连接层，第一导电连接层与不同的器件粘结或焊接，以将器件固定在安装腔内。可以将不同的器件封装于不同的安装腔内，实现了在同一基体上封装多个器件，提高封装的集成度，减少光电耦合器的体积，扩大光电耦合器适用范围。封装腔可以为光电耦合器的其他器件提供安装空间，也增加了与盖板之间的空间，有利于散热。本发明的陶瓷基体为一体构件，密封性能好，为内部器件提供了干净稳定的环境。

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封装外壳的内部俯视图；

图2为图1中M-M线的剖视结构图；

图3为本发明实施例一提供的陶瓷封装外壳的仰视图；

图4为本发明实施例一提供的陶瓷封装外壳的内部结构剖视图；

图5为本发明实施例二提供的陶瓷封装外壳的剖视图；

图6为本发明实施例三提供的陶瓷封装外壳的剖视图。

图中：1、陶瓷基体；101、封装腔；102、安装腔；103、陶瓷层；2、金属引线；3、台阶状结构；4、封口环；5、缓冲环；6、盖板；7、基板；8、导热层；9、散热部。

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5，现对本发明提供的陶瓷封装外壳进行说明。陶瓷封装外壳，包括陶瓷基体1、第一导电连接层和盖板6，陶瓷基体1形成有封装腔101，封装腔101的底面开设有多个间隔设置的安装腔102，安装腔102的侧壁形成台阶状结构3，安装腔102的底面用于安装管壳芯片，台阶状结构3的顶面用于支撑基板7；第一导电连接层设于台阶状结构3的表面，用于实现与基板的导电连接；盖板6密封盖设于陶瓷基体1的顶部。

本发明提供的陶瓷封装外壳，与现有技术相比，本发明陶瓷封装外壳在陶瓷基体1上设置封装腔101和安装腔102，安装腔102的侧壁设置有台阶状结构3，基板7搭设于台阶状结构3的上表面，使基板7和安装腔102的底面之间形成容纳基板芯片的让位空间，基板7的芯片与位于安装腔102底面的管壳芯片相对设置，同时让位空间方便散热和安装其他器件。安装腔102的内表面设置有第一导电连接层，第一导电连接层与不同的器件粘结或焊接，以将器件固定在安装腔102内。可以将不同的器件封装于不同的安装腔102内，实现了在同一基体上封装多个器件，提高封装的集成度，减少光电耦合器的体积，扩大光电耦合器适用范围。封装腔101可以为光电耦合器的其他器件提供安装空间，也增加了与盖板6之间的空间，有利于散热。本发明的陶瓷基体1为一体构件，密封性能好，为内部器件提供了干净稳定的环境。

需要说明的是，光电耦合器由发光源和受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。

具体地，陶瓷基体1为氧化铝陶瓷基体，采用氧化铝多层陶瓷共烧工艺制作。

氧化铝具有传导性好、机械强度高、耐高温、高熔点和高硬度等特点，因此各类芯片就可以直接封装在氧化铝外壳，简化了工艺并能有效避免由于热失配引起的失效，从而提高了器件的可靠性，本实施方式中，采用氧化铝多层共烧工艺加工，可以进行高密度的多层布线，可满足高气密、高可靠的使用要求。

氧化铝多层陶瓷共烧技术的具体流程为：外壳经流延→热切→冲腔和冲孔→孔金属化→印刷→定位→层→热切成当个生瓷件，再通过烧结→镀镍→钎焊→镀金后形成单个的陶瓷外壳。

具体地，台阶状结构3可以与陶瓷基体1为一体结构；也可以是单独构件，固定设置于安装腔102内。

在一些实施例中，参见附图6，陶瓷基体1由多个陶瓷层103叠压形成，陶瓷基体1内设有导热层8，导热层8置于其中两个相邻的陶瓷层103之间，并与设置在陶瓷基体1内的器件接触。

器件工作时产生的热量传递至导热层8，通过导热层8向外散热，提高了散热效果。

可选的，陶瓷基体1的外周面环设有散热部9，散热部9与导热层8接触。

导热层8将热量传递给散热部9，散热部9与外界接触面积较大，能够快速将热量向外散发。

在一些实施例中，请参阅,4，陶瓷封装外壳还包括封口环4，封口环4位于陶瓷基体1和盖板6之间。

本实施例中封口环4设于盖板6和陶瓷基体1之间，盖板6通常为金属构件，盖板6与陶瓷基体1之间的材质不同，因为盖板6覆盖整个陶瓷基体1上部，陶瓷封装外壳在长期使用后盖板6容易产生变形，造成盖板6与陶瓷基体1之间连接不稳定，通过设置封口环4将盖板6与陶瓷基体1连接，封口环4具有第一通槽，不易产生变形，且与盖板6同样为金属构件，增加连接的稳定性。

具体地，封口环4为金属构件。

在一些实施例中，请参阅图5，封口环4和陶瓷基体1之间还设有缓冲环5，缓冲环5用于减缓陶瓷基体1和封口环4之间的封接应力。

对于氧化铝陶瓷基体1来说，氧化铝陶瓷的热膨胀系数较低，常用金属材料的热膨胀系数较高，氧化铝和金属封口环4的高温焊接属于不匹配封接，封口环4内部的残余应力过大，极易造成在氧化铝陶瓷一侧开裂，尤其是对于较大腔体尺寸的氧化铝高密度封装壳体，问题将更加严重。为了减缓氧化铝陶瓷外壳中的残余应力，对氧化铝陶瓷外壳进行热膨胀匹配设计。为了减缓氧化铝和金属的封接应力，在封口环4和陶瓷基体1之间设置缓冲环5，缓冲环5选取常用的金属材料如无氧铜、钨铜、钼铜、CMC/金属(金属氧化物)复合材料、CPC，在实现钎焊后残余应力最小的同时兼容平行缝焊封口，不会导致外壳发生开裂失效。

在一些实施例中，图中未示出，多个安装腔102的深度不同。

光电耦合器内不同的基板作用不同，功能也不相同，需要电连接线路也不相同，设置不同深度的安装腔102可以适配于不同的基板，满足基板的电连接所需空间要求，避免了同一深度设置的安装腔102将深度过大时造成空间浪费，增加了陶瓷基体1的尺寸，现在陶瓷封装外壳的适用范围；也避免了安装空间深度过小无法安装体积较大的器件，造成陶瓷基体1无法使用。另外，不同器件上的基板芯片与管壳芯片之间的间距要求不同，不同深度的安装腔102底面与台阶之间的距离不同，可以适配于多种基板芯片与管壳芯片之间的间距要求。

在一些实施例中，图中未示出，多个安装腔102内的台阶状结构3的高度不同。

不同器件上的基板芯片与管壳芯片的距离要求不同，将台阶状结构3设置为不同的高度，可以适配于不同间距要求的基板芯片和管壳芯片，提高了安装腔102的适用范围。

在一些实施例中，图中未示出，第一导电连接层的表面具有凹凸结构。

第一导电连接层用于与不同的基板粘接或焊接，从而实现与基板的导电连接，因不同基板的功能、体积、尺寸均不相同，对封装要求也不相同，因此将第一导电连接层的表面设置凹凸结构可以满足将不同的基板的导电连接需求，避免了连接不稳定影响光电耦合器的使用，提高使用的灵活性。

具体地，基板7通过导电胶或焊锡膏导电连接于第一导电连接层。

在一些实施例中，第一导电连接层包括Au层和Ni层，Au层的厚度为0.03-0.5μm，Ni层的厚度为1.3-8.9μm；或Au层的厚度为1.3-5.7μm，Ni层的厚度为1.3-8.9μm，以形成凹凸结构。

根据封装要求和器件的特性，需要与不同厚度的第一导电连接层连接，在第一导电连接层的表面设置凹凸结构，以满足导电连接的稳定性。Au层的厚度为0.03-0.5μm，Ni层的厚度为1.3-8.9μm，整体厚度较薄，形成凹陷状结构；Au层的厚度为1.3-5.7μm，Ni层的厚度为1.3-8.9μm，整体厚度较厚，形成凸起状结构。

在一些实施例中，封装腔101的内表面设置有第二导电连接层，第二导电连接层用于实现与其他电子器件的导电连接。

第二导电连接层用于将不同的器件粘接或焊接在封装腔101上，实现第二导电层与不同器件的导电连接。

可选的，第二导电层的表面具有凹凸状结构，以满足与不同器件的导电连接，例如芯片、电容、电阻等，因不同器件的功能、体积、尺寸均不相同，对封装要求也不相同，因此将第二导电连接层的表面设置凹凸结构能够满足将不同的器件与第二导电层的导电连接，避免了连接不稳定影响光电耦合器的使用。

可选的，安装腔102的底部设置有导电结构，导电结构可以是第三导电层，也可以是导电盘，用于与管壳芯片导电连接。

在一些实施例中，请参阅图1至图3，陶瓷基体1的底部设置有金属引线2。

在陶瓷基体1的底部设置金属引线2与陶瓷基体1内的器件电连接，金属引线2节距包括2.54mm、1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.635mm、0.5mm等，可以实现多层布线，有效减小集成后器件体积和重量，实现小型化。

在一些实施例中，请参阅图5，盖板6的底部设有伸入封口环4的密封凸块。

密封凸块能够增加与封口环4和/或缓冲环5之间的接触面积，提高连接的稳定性，也避免了封口环4和/或缓冲环5发生变形，同时提高了与陶瓷基体1的密封性，避免外界尘土或水分进入封装腔101和安装腔102内影响器件的使用寿命。

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.陶瓷封装外壳，其特征在于，包括：

陶瓷基体，形成有封装腔，所述封装腔的底面开设有多个间隔设置的安装腔，所述安装腔的侧壁形成台阶状结构，所述安装腔的底面用于安装管壳芯片，所述台阶状结构的顶面用于支撑基板；

第一导电连接层，设于所述台阶状结构的表面，用于实现与基板的导电连接；以及

盖板，密封盖设于所述陶瓷基体的顶部。

2.如权利要求1所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述陶瓷封装外壳还包括封口环，所述封口环位于所述陶瓷基体和所述盖板之间。

3.如权利要求2所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述封口环和所述陶瓷基体之间还设有缓冲环。

4.如权利要求1所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，多个所述安装腔的深度不同。

5.如权利要求1所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，多个所述安装腔内的台阶状结构的高度不同。

6.如权利要求1所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述第一导电连接层的表面具有凹凸结构。

7.如权利要求6所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述第一导电连接层包括Au层和Ni层，所述Au层的厚度为0.03-0.5μm，所述Ni层的厚度为1.3-8.9μm；或所述Au层的厚度为1.3-5.7μm，所述Ni层的厚度为1.3-8.9μm，以形成所述凹凸结构。

8.如权利要求7所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述封装腔的内表面设置有第二导电连接层。

9.如权利要求1所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述陶瓷基体的底部设置有金属引线。

10.如权利要求2或3所述的陶瓷封装外壳，其特征在于，所述盖板的底部设有伸入所述封口环的的密封凸块。

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