CN114364125A - 一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面布置器件的厚膜混合集成电路及其生产方法，包括位于金属壳体内部的陶瓷板、外部元器件和内部元器件；外部元器件和内部元器件分别位于陶瓷板反面和陶瓷板正面。本发明公开的双面布置器件的厚膜混合集成电路利用在陶瓷基板双面设计印刷线路并在陶瓷板双面焊接元器件，实现厚膜混合集成电路的小型化。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种双面布置器件的厚膜混合集成电路。
背景技术
目前常用的厚膜混合集成电路使用氧化铝或氧化铍陶瓷板作为印刷电路图形的基板，元器件只布置在陶瓷基板的上表面，陶瓷基板的下表面无元器件，下表面焊接在整个电路封装壳体内，该形式的厚膜混合集成电路结构为平面式，只在单层进行元器件布局和电路设计。封装壳体的材料多为可伐或冷轧钢，壳体重量占整个厚膜集成电路重量的很大比重。若厚膜集成电路的性能和功能进一步提升则需要增加印刷电路和壳体的面积，将导致整个混合集成电路的体积大、重量重，已不适应电子系统小型化、集成化的发展需求。
专利公开号为CN 102157499A的专利申请给出了基于低温共烧陶瓷技术的混合集成电路模块的制作方法，也是单层平面式的设计方案。专利公开号为CN 203398107U的专利申请给出了一种高密度的混合集成电路装置，其内部为立体式结构，通过两层带有单面电路图形的绝缘基板进行叠加设计，但两层的连接通过上下引线进行，不便于电路的测试和检查。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种双面布置器件的厚膜混合集成电路，包括陶瓷板1、外部元器件4和内部元器件5；外部元器件4和内部元器件5分别位于陶瓷板反面1-2和陶瓷板正面1-1。
进一步地，陶瓷板1上设置贯穿陶瓷板1并连通陶瓷板正面1-1和陶瓷板反面1-2的过孔3。
进一步地，所述陶瓷板反面1-2和陶瓷板正面1-1上均设置有印刷图形线2；所述过孔3将陶瓷板反面1-2和陶瓷板正面1-1的印刷图形线2连通，实现电气连接。
进一步地，还包括金属壳体6，陶瓷板反面1-2与金属壳体6底板的内表面焊接，陶瓷板正面1-1安装内部元器件5，陶瓷板反面1-2安装外部元器件4。
进一步地，金属壳体6的底板设置有与外部元器件4所在区域相适应的镂空区；外部元器件(4)的高度小于金属壳体(6)的底板的厚度。
进一步地，金属壳体6底板的镂空区的面积为金属壳体6底部总面积的0.1～0.2。
进一步地，金属壳体6的材料为铝硅合金。
本发明还提供了一种双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，包括以下步骤：
采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术生产陶瓷板1；
根据陶瓷板正面1-1和陶瓷板反面1-2的印刷图形线2制作正面和反面图形丝网；
在陶瓷板反面1-2采用高温焊料焊接外部元器件4；
在陶瓷板正面1-1采用低温焊料焊接内部元器件5；所述内部元器件5包含封装尺寸大、高度高的器件和需要键合的裸芯片；
在陶瓷板反面1-2焊接外部元器件4的对应位置区域，将金属壳体6的底板与焊接在陶瓷板反面的外部元器件4相对应的部分镂空，将陶瓷板反面1-2与金属壳体6底板的内表面焊接；
再次对贴装好元器件的陶瓷板1及金属壳体6进行清洗；
清洗后对裸芯片进行键合，对金属壳体6的顶板进行封焊。
进一步地，对生产完成的陶瓷板1进行检验，检验合格的陶瓷板1用于后续元器件的贴装。
进一步地，所述在陶瓷板反面1-2采用高温焊料焊接外部元器件4具体包括以下步骤：利用反面图形丝网将高温焊料印刷到陶瓷板反面1-2上，利用贴片机将外部元器件4包含的电阻和电容粘接到对应位置上，采用回流焊工艺将外部元器件4固化到陶瓷板反面1-2。
进一步地，所述在陶瓷板正面1-1采用低温焊料焊接内部元器件5具体包括以下步骤：利用正面图形丝网将低温焊料印刷到陶瓷板正面1-1上，利用贴片机将内部元器件5粘接到对应位置上，低温焊料涂覆到陶瓷板反面1-2将与金属壳体6焊接的第二印刷图形线7上，将陶瓷板1粘接到金属壳体6中，采用回流焊工艺将内部元器件5固化到陶瓷板正面1-1。
进一步地，所述裸芯片进行键合的具体方式为：控制类裸芯片采用直径规格为25μm的金丝进行键合，功率类器件采用直径规格为125μm的铝丝进行键合。
本发明与现有技术相比，具备以下优点：
(1)实现了厚膜电源模块的小型化；
(2)采用双面布线和双面布置元器件的方法可减小陶瓷板的面积，缩小集成电路的体积；
(3)采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术设计电路，便于电气图形的双面布线和双面布置元器件；
(4)采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术生产陶瓷板，工艺相对成熟稳定，生产成本低；
(5)采用高温焊料和低温焊料相结合的方式焊接元器件，保证元器件在陶瓷板的双面可靠焊接；
(6)采用铝硅合金作为金属壳体的材料，实现厚膜混合集成电路的轻量化；
(7)在金属壳体底面局部镂空，便于外部器件的放置、测试和检查。
附图说明
图1为本发明的双面布线电路板布局示意图。
图2为本发明的厚膜混合集成电路模块外形结构。
图3为本发明的金属壳体的底部示意图。
图4为陶瓷板反面的布线示意图。
图中标号所代表的含义为：
陶瓷板1、陶瓷板正面1-1、陶瓷板反面1-2、印刷图形线2、过孔3、外部元器件4、内部元器件5、金属壳体6、第二印刷图形线7。
具体实施方式
本发明的目的是提出一种双面布置器件的厚膜混合集成电路，适用于微组装的厚膜混合集成电源模块，该模块具备完整的电气功能，能实现电源电压的变换。该厚膜混合集成电路的设计方法改进了现有的厚膜混合集成电路的布局方式，采用双面布线将元器件焊接在陶瓷基板的两面，形成双面布局结构，实现了集成电路的小型化；采用铝硅壳体作为电路的封装外壳，实现了厚膜混合集成电路的轻量化。
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面、附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解、上面介绍的多种构思和实施例、以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施、这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外、本发明公开的一些方面可以单独使用、或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
实施例一
本实施例是对某厚膜混合集成电源模块进行设计，采用双面布线和双面焊接元器件的设计方法，实现了电源模块的电压和功率变换。
如附图1和图2所示，厚膜混合集成电路模块包括陶瓷板1、印刷图形线2、过孔3、外部元器件4、内部元器件5和金属壳体6。
陶瓷板1包括陶瓷板正面1-1和陶瓷板反面1-2，陶瓷板1为用于印刷线路和元器件的基板，可根据需要在陶瓷板正面1-1和反面1-2设计生产印刷图形线2。依据电源模块的电压等级、功率等级、功能性能和结构尺寸要求，确定陶瓷板1的外形尺寸，明确放置于陶瓷板反面1-2的元器件规格和数量，为了方便金属壳体6的设计，将外部元器件4集中布置在一个小的方形区域内。放置于外部元器件4包括贴片电阻和贴片电容，封装尺寸均为标准贴片0603规格，具体尺寸为1.6mm×0.8mm×1mm(长×宽×高)。在陶瓷板1上有过孔3，可将陶瓷板正面1-1和陶瓷板反面1-2的电路图形线连通，实现电气连接。陶瓷板反面1-2焊接于金属壳体6内的底部，陶瓷板1的正面1-1可安装内部元器件5，内部元器件5主要包含封装尺寸大、高度高的器件以及需要键合的裸芯片等。陶瓷板1的反面1-2可安装外部元器件4，外部元器件4主要包含尺寸小、高度低的器件或需要调整、测试的器件。在对应外部元器件4的安装区域，在金属壳体6的底部有铣掉镂空的部分，如图3所示。当陶瓷板1焊接到金属壳体6后，外部元器件4就在壳体外部可观测到。利用PCB版图设计软件设计电源电路的印制线版图，版图包含正面和反面的印刷图形线2以及连接每层电气信号的过孔3。
同步根据陶瓷板1的外形尺寸以及陶瓷板反面1-2上元器件的占用区域设计金属壳体6，金属壳体6的材料选择铝硅合金，铝硅合金具有良好的强度和导热性，方便生产。金属壳体6的底板和侧板的厚度为2mm，顶板厚度为1mm。金属壳体6底板的镂空区相对整个集成电路面积较小，不会影响整个金属壳体的结构强度。金属壳体6底板的镂空区的面积为金属壳体6底部总面积的0.1～0.2。如图4所示，图中小方框内为金属壳体6的底板的镂空区。
实施例二
本实施例提供了实施例一的厚膜混合集成电路的生产方法，包括以下步骤：
采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术生产陶瓷板1；
根据陶瓷板正面1-1和反面1-2的印刷图形线2制作丝网；
在陶瓷板反面1-2采用高温焊料焊接外部元器件4：利用反面图形丝网将高温焊料印刷到陶瓷板反面1-2上，利用贴片机将反面的电阻和电容粘接到对应位置上，采用回流焊工艺将外部元器件4固化到陶瓷板反面1-2；
在陶瓷板正面1-1采用低温焊料焊接内部元器件5：利用正面图形丝网将低温焊料印刷到陶瓷板正面1-1上，利用贴片机将内部元器件5粘接到对应位置上，低温焊料涂覆到陶瓷板反面1-2将与金属壳体6焊接的第二印刷图形线7上，将陶瓷板1粘接到金属壳体6中，采用回流焊工艺将内部元器件5固化到陶瓷板正面1-1；
将陶瓷板反面1-2焊接于金属壳体6内部底板；如图4，可将陶瓷板反面1-2与金属壳体6密封焊接，保证整个厚膜混合集成电路的气密性。采用铝硅合金作为壳体的材料，可以减少壳体的重量；在陶瓷板反面1-2焊接外部元器件4的对应位置区域，将金属壳体6的底板铣槽镂空，使外部元器件4能直接观测到；
对贴装好元器件的陶瓷板1及金属壳体6进行清洗；
清洗后对裸芯片进行键合，控制类裸芯片采用直径规格为25μm的金丝进行键合，功率类器件采用直径规格为125μm的铝丝进行键合，完成整个电源模块的装配；
对装配好的电源模块进行电性能测试，电性能测试合格的模块利用平行封焊设备对盖板与壳体进行气密性封焊。由于金属壳体6的底板的厚度为2mm，外部元器件4的高度为1mm，因此外部元器件4不会突出壳体的底部，为保护外部元器件4不受碰撞，采用硅橡胶涂覆于外部元器件4的布置区域。待硅橡胶固化后，对电源模块进行电性能测试、气密性检查、多余物检查以及相关环境试验。最终测试和试验同时合格的电源模块可交付使用。
在陶瓷板反面1-2元器件布线图形的周围，对应金属壳体的镂空区外的边界位置，设计具有一定宽度的“回形”的第二印刷图形线7，为控制整个厚膜混合集成电路模块的高度，将封装尺寸小，高度低于金属壳体底部厚度的元器件布置在陶瓷板反面1-2，实现了厚膜集成电路的双面布线和双面布置元器件，使厚膜集成电路模块进一步小型化。
本发明相比现有技术的优点有：
1、利用在陶瓷基板双面设计印刷线路并在陶瓷板双面焊接元器件，实现厚膜混合集成电路的小型化；
2、在陶瓷基板的双面布线和双面布置元器件，减小了陶瓷板的面积，缩小了集成电路的体积；
3、采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术可实现电路双面布线和双面贴装元器件；
4、采用高温焊料和低温焊料相结合的方式焊接元器件，实现了双面元器件的可靠焊接；
5、采用密度低的铝硅合金作为金属壳体的材料，实现厚膜混合集成电路的轻量化；
6、在金属壳体底面局部镂空，便于外部器件的放置、测试和检查；
7、金属壳体镂空区域和元器件布置区域相对整个集成电路面积较小，不影响整个集成电路的结构强度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例、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、改进等、均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，包括陶瓷板(1)、外部元器件(4)和内部元器件(5)；外部元器件(4)和内部元器件(5)分别位于陶瓷板反面(1-2)和陶瓷板正面(1-1)。
2.根据权利要求1所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，陶瓷板(1)上设置贯穿陶瓷板(1)并连通陶瓷板正面(1-1)和陶瓷板反面(1-2)的过孔(3)。
3.根据权利要求2所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，所述陶瓷板反面(1-2)和陶瓷板正面(1-1)上均设置有印刷图形线(2)；所述过孔(3)将陶瓷板反面(1-2)和陶瓷板正面(1-1)的印刷图形线(2)连通，实现电气连接。
4.根据权利要求3所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，还包括金属壳体(6)，陶瓷板反面(1-2)与金属壳体(6)底板的内表面焊接，陶瓷板正面(1-1)安装内部元器件(5)，陶瓷板反面(1-2)安装外部元器件(4)。
5.根据权利要求4所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，金属壳体(6)的底板设置有与外部元器件(4)所在区域相适应的镂空区；外部元器件(4)的高度小于金属壳体(6)的底板的厚度。
6.根据权利要求5所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，金属壳体(6)底板的镂空区的面积为金属壳体(6)底部总面积的0.1～0.2。
7.根据权利要求6所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路，其特征在于，金属壳体(6)的材料为铝硅合金。
8.一种双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用低温共烧陶瓷技术或高温共烧陶瓷技术生产陶瓷板(1)；
根据陶瓷板正面(1-1)和陶瓷板反面(1-2)的印刷图形线(2)制作正面和反面图形丝网；
在陶瓷板反面(1-2)采用高温焊料焊接外部元器件(4)；
在陶瓷板正面(1-1)采用低温焊料焊接内部元器件(5)；所述内部元器件(5)包含封装尺寸大、高度高的器件和需要键合的裸芯片；
在陶瓷板反面(1-2)焊接外部元器件(4)的对应位置区域，将金属壳体(6)的底板与焊接在陶瓷板反面的外部元器件(4)相对应的部分镂空，将陶瓷板反面(1-2)与金属壳体(6)底板的内表面焊接；
再次对贴装好元器件的陶瓷板(1)及金属壳体(6)进行清洗；
清洗后对裸芯片进行键合，对金属壳体(6)的顶板进行封焊。
9.根据权利要求8所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，其特征在于，对生产完成的陶瓷板(1)进行检验，检验合格的陶瓷板(1)用于后续元器件的贴装。
10.根据权利要求9所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，其特征在于，所述在陶瓷板反面(1-2)采用高温焊料焊接外部元器件(4)具体包括以下步骤：利用反面图形丝网将高温焊料印刷到陶瓷板反面(1-2)上，利用贴片机将外部元器件(4)包含的电阻和电容粘接到对应位置上，采用回流焊工艺将外部元器件(4)固化到陶瓷板反面(1-2)。
11.根据权利要求10所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，其特征在于，所述在陶瓷板正面(1-1)采用低温焊料焊接内部元器件(5)具体包括以下步骤：利用正面图形丝网将低温焊料印刷到陶瓷板正面(1-1)上，利用贴片机将内部元器件(5)粘接到对应位置上，低温焊料涂覆到陶瓷板反面(1-2)将与金属壳体(6)焊接的第二印刷图形线(7)上，将陶瓷板(1)粘接到金属壳体(6)中，采用回流焊工艺将内部元器件(5)固化到陶瓷板正面(1-1)。
12.根据权利要求11所述的双面布置器件的厚膜混合集成电路生产方法，其特征在于，所述裸芯片进行键合的具体方式为：控制类裸芯片采用直径规格为25μm的金丝进行键合，功率类器件采用直径规格为125μm的铝丝进行键合。
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