CN117690900A - 一种陶瓷封装基板结构 - Google Patents

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余瑞麟
陈春帆
白洋
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Shenzhen Sunlord Electronics Co Ltd
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    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
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Abstract

本发明提出一种陶瓷封装基板结构,包括陶瓷基板、焊料和金属框体,陶瓷基板上设置有沟槽,焊料位于沟槽内,金属框体的底部通过焊料与沟槽焊接在一起,使得高温熔融状态下焊料的流动被限制在沟槽范围内,避免溢出,提高焊接质量和产品可靠性。在形成气密性封装管壳结构的场景中,还能够提高陶瓷封装基板结构的气密性。

Description

一种陶瓷封装基板结构
技术领域
本发明涉及陶瓷基板技术领域,特别是涉及一种陶瓷封装基板结构。
背景技术
陶瓷封基板为实现气密性封装,常使用基板+可伐框+盖板的结构,其中,陶瓷体与可伐框之间常使用钎焊进行连接,即使用焊料放置在基板与金属围框之间,高温下焊料熔融在界面上形成合金,将两部分紧密结合在一起。由于焊接过程中焊料融化,焊料会向四周扩散,一方面可能会溢出到产品的功能区域影响产品性能,另一方面界面处若焊料流失过多,会形成焊接空洞,影响产品可靠性与气密性。
目前的一般做法为:在陶瓷基板上,通过治具固定焊料位置,将基板、治具、焊料以及金属围框框一同放入钎焊炉内,在高温下焊料熔融,并将可伐框与基板紧密结合起来,实现气密性封装管壳结构,但是在高温熔融时,焊料会一定程度上向四周扩散、流淌,造成原本需要焊料填充的地方焊料缺失,造成焊接孔洞,影响焊接质量与产品气密性;同时流失的焊料流淌至产品功能区域,对其中的电路功能造成影响。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷封装基板结构,以解决陶瓷基板焊接过程中焊料外溢及其所带来的上述问题。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
提供一种陶瓷封装基板结构,包括陶瓷基板、焊料和金属框体,所述陶瓷基板上设置有沟槽,所述焊料位于所述沟槽内,所述金属框体的底部通过所述焊料与所述沟槽焊接在一起。
在本发明的一些实施例中,所述沟槽为环状沟槽,所述金属框体为与所述环状沟槽相适配的金属围框,以通过焊接形成气密性封装管壳结构。
在本发明的一些实施例中,所述陶瓷基板为矩形,所述沟槽为靠近所述陶瓷基板的四周边缘处的矩形的环状沟槽。
在本发明的一些实施例中,所述沟槽的底部经金属化处理以增加所述陶瓷基板与所述焊料的结合强度。
在本发明的一些实施例中,所述金属化处理的金属为钨、钼、锰及其合金材料中的任一种,金属化的厚度为5-25μm。
在本发明的一些实施例中,所述沟槽的深度为70μm以上,宽度为0.5-1.2mm,所述沟槽的外围壁厚为0.2mm以上。
在本发明的一些实施例中,所述焊料的厚度小于所述沟槽的深度。
在本发明的一些实施例中,所述焊料的厚度为所述沟槽的深度1/3-2/3。
在本发明的一些实施例中,所述焊料的宽度及所述金属框体的边宽小于所述沟槽的宽度。
在本发明的一些实施例中,所述金属框体为可伐合金框。
本发明具有如下有益效果:
本发明通过一种陶瓷封装基板结构,包括陶瓷基板、焊料和金属框体,陶瓷基板上设置有沟槽,焊料位于沟槽内,金属框体的底部通过焊料与沟槽焊接在一起,由此,使得高温熔融状态下焊料的流动被限制在沟槽范围内,避免或有效减少钎焊过程中溢出现象,进而避免焊料溢出造成的焊接不牢、产生焊接孔洞而降低可靠性、以及焊料溢出引起功能区域短路等问题,特别是在使用金属围框焊接陶瓷基板形成气密性封装管壳结构的场景中,本发明还能够由此提高陶瓷封装基板结构的气密性。
附图说明
图1是本发明实施例中陶瓷封装基板结构示意图;
图2是本发明实施例中沟槽结构图;
图3是本发明实施例中沟槽剖面图;
图4是本发明实施例中焊料放入沟槽后示意图;
图5是本发明实施例中焊料放入沟槽后剖面图;
图6是本发明实施例中金属框体放入沟槽后示意图。
附图标记如下:
陶瓷基板1,焊料2,金属框体3,沟槽4,金属电极5。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外,连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
实施例1
本发明实施例在常规钎焊工艺的基础上,提出一种陶瓷封装基板结构,包括陶瓷基板1、焊料2和金属框体3,陶瓷基板1上设置有沟槽4,焊料2位于沟槽4内,金属框体3的底部通过焊料2与沟槽4焊接在一起。使得高温熔融状态下焊料2的流动被限制在沟槽4范围内,避免溢出。本发明尤其能够避免高温共烧陶瓷(HTCC,High-temperature co-firedceramics)产品在钎焊过程中焊料外溢对焊接质量造成的影响。
陶瓷封装基板结构如图1所示,陶瓷基板1上设置有沟槽4,金属电极5。陶瓷基板1为矩形,为陶瓷体与金属浆料共烧而成的多层共烧陶瓷基板;陶瓷体主体材料为氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化铍及其复合材料;金属浆料为银、铜、金、铂、钯、镍、钨、钼、锰及其合金。
沟槽4为环状沟槽,具体地为靠近陶瓷基板1的四周边缘处的矩形的环状沟槽,沟槽4深度为70μm以上,宽度为0.5-1.2mm,沟槽4的外围壁厚为0.2mm以上。沟槽4的底部进行了金属化处理,用于增加陶瓷基板1与焊料2的结合强度。沟槽4的底部金属化为陶瓷共烧而成,金属化处理的金属为钨、钼、锰及其合金材料中的任一种,金属化的厚度为5-25μm。
焊料2为金、银、铜及其复合材料以及金-锡复合材料,在焊接时焊料2位于沟槽4内,其长宽以及环宽尺寸与沟槽4对应,焊料2的厚度小于沟槽4的深度,为沟槽4的深度1/3-2/3,即1/3沟槽4的深度<焊料2的厚度<2/3沟槽4的深度,焊料2的宽度小于沟槽4的宽度。在本发明实施例中,焊料2的厚度为35-65μm,限制焊料2的厚度的目的是提高陶瓷基板1与金属框体3的结合强度,保证其焊接效果。为便于将焊料更好更容易填充进沟槽内,焊料宽度比沟槽宽度小0.1-0.4mm。
金属框体3为与沟槽4相适配的金属围框,金属框体3的底部通过焊料2与沟槽4焊接在一起,通过焊接形成气密性封装管壳结构,金属框体3的边宽小于沟槽4的宽度。在本发明实施例中,金属框体3所用材料为可伐合金,金属框体3为可伐合金框,金属框体3的边宽与沟槽4的宽度的差值,即沟槽3的宽度减去金属框体3的边宽,大于0.02mm。
实施例2
在本发明实施例中,提供一种陶瓷封装基板结构,包括陶瓷基板1、焊料2和金属框体3。陶瓷基板1为多层共烧陶瓷基板,陶瓷基板1上设置有沟槽4,焊料2位于沟槽4内,金属框体3的底部通过Ag-Cu材质的焊料2与沟槽4在810℃下钎焊。
在本发明实施例中,金属框体3材料为可伐合金,所用焊料2为厚度为50μm,长15.60mm、宽9.60mm的矩形环,环宽度为0.65mm。
陶瓷基板1为92黑色氧化铝与钨浆共烧而成,在陶瓷基板1四周设置沟槽4,沟槽4为环形,环形整体长15.60mm、宽9.60mm,沟槽的外围壁厚a为0.2mm,深度b为100μm,宽度c为1mm,沟槽4的底部采用钨做金属化,金属化厚度d为10μm,沟槽4结构如图2所示,剖面图如图3所示。
在焊接时,将陶瓷基板1放置在匣坡中,用镊子依次将焊料2、金属框体3放置进沟槽4内,然后一起放进钎焊炉升温至800℃进行钎焊,焊料2放入后,金属框体3放入前的示意图如图4所示,剖面如图5所示,焊料2放入后,金属框体3放入后如图6所示。
由本发明实施例制作的陶瓷封装基板结构钎焊后边缘无焊料2溢出,金属框体3与陶瓷基板1结合紧密,气密性检测漏率小于10-9Pa·m3·/s。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离专利申请的保护范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种陶瓷封装基板结构,其特征在于,包括陶瓷基板、焊料和金属框体,所述陶瓷基板上设置有沟槽,所述焊料位于所述沟槽内,所述金属框体的底部通过所述焊料与所述沟槽焊接在一起。
2.如权利要求1所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述沟槽为环状沟槽,所述金属框体为与所述环状沟槽相适配的金属围框,以通过焊接形成气密性封装管壳结构。
3.如权利要求2所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述陶瓷基板为矩形,所述沟槽为靠近所述陶瓷基板的四周边缘处的矩形的环状沟槽。
4.如权利要求1至3任一项所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述沟槽的底部经金属化处理以增加所述陶瓷基板与所述焊料的结合强度。
5.如权利要求4所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述金属化处理的金属为钨、钼、锰及其合金材料中的任一种,金属化的厚度为5-25μm。
6.如权利要求1至5任一项所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述沟槽的深度为70μm以上,宽度为0.5-1.2mm,所述沟槽的外围壁厚为0.2mm以上。
7.如权利要求1至6任一项所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述焊料的厚度小于所述沟槽的深度。
8.如权利要求7所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述焊料的厚度为所述沟槽的深度1/3-2/3。
9.如权利要求1至8任一项所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述焊料的宽度及所述金属框体的边宽小于所述沟槽的宽度。
10.如权利要求1至9任一项所述的陶瓷封装基板结构,其特征在于,所述金属框体为可伐合金框。
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