CN208722865U - 金属围墙 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属围墙，包括：表层，其为固定连接于网格层上端的可以导电的实心片材，高度不高于2mm；网格层，其附着于过渡层的上表面并由与表层相同材料制备的中空网格组成，高度为1‑4mm；基板，其为支撑表层和网格层的平整陶瓷板，厚度在4mm以下；过渡层，通过电镀固定连接于基板和网格层之间的金属片材，以提高网格层和基板的结合力。该金属围墙解决了金属与非金属之间的润湿性问题，首次实现在非金属基板上打印金属零部件，且结合强度大，完全满足使用需求。

Description

金属围墙

技术领域

本实用新型涉及一种固定半导体器件的围墙，特别涉及一种适用于芯片的3D打印制得的金属围墙。

背景技术

近年来，半导体器件和集成电路发展迅速，其应用也日益广泛。芯片是集成电路的载体，芯片的制备和组装是半导体器件的重要组成部分。

芯片的制备和封装工艺中，芯片的封装基板需要具有导电作用才能实现芯片电路连接的作用。目前，芯片的封装基板往往采用电镀处理，使基板具有电导性，并符合芯片的气密性要求。

然而，电镀处理工艺中，需要一层一层将电镀金属结合到封装基板上，处理工艺时间长，步骤复杂；由于多层分次处理，使得层结构之间、封装基板和电镀金属之间的结合力比较弱，非常容易剥落，导致芯片的导电性或气密性等性能变差。另外，在电镀处理中往往需要使用镍、金等重金属离子，增加了电镀废液的处理难度；也很容易造成严重的环境污染。

基于上述问题，本发明人对现有技术进行改进，研究出一种适用于固定和封装芯片的金属围墙。

实用新型内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种适用于固定和封装芯片的3D打印制得的金属围墙，结果发现：通过设置过渡层，可以很好地解决不同性质的材料相互结合时难度大的问题；并且，采用网格的方式控制围墙和陶瓷基板的接触面积，可以减少基板承受的热应力，保持其平整度，从而完成了本实用新型。

本实用新型的目的在于提供一种金属围墙，该用于固定半导体器件的金属围墙包括：

表层1，其为固定连接于网格层2上端的可以导电的实心片材，高度不高于2mm；

网格层2，其附着于过渡层3的上表面并由与表层1相同材料制备的中空网格组成，高度为1-4mm；

基板4，其为用于支撑表层1和网格层2的平整陶瓷板，厚度在4mm以下；

过渡层3，其为通过电镀固定连接于基板4和网格层2之间的金属片材，以提高网格层2和基板4的结合力。

所述网格层2中网格线相互交错呈菱形；并且，表层1和网格层2环绕形成用于安装半导体器件的设定的封闭形状。

根据本实用新型提供的金属围墙，具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的金属围墙解决了金属与非金属之间的润湿性问题，首次实现在非金属基板上打印金属零部件，且结合强度大，完全满足使用需求；

(2)本实用新型提供的金属围墙可以实现定制化、个性化；相较传统的电镀加工工艺，本实用新型提供的金属围墙加工效率高，制备周期短，且完全解决了电镀的污染问题；

(3)本实用新型提供的金属围墙中，通过精确设置网格层2和表层1，精确控制了金属围墙生长过程的能量输入问题，避免了非金属的基板变形和开裂。

附图说明

图1示出一种优选实施方式中金属围墙中网格层的结构示意图；

图2示出一种优选实施方式中金属围墙中多个围墙的结构示意图；

图3示出一种优选实施方式中金属围墙的表层和网格层的连接示意图；

图4示出一种优选实施方式中金属围墙的层结构示意图。

附图标号说明：

1-表层

2-网格层

3-过渡层

4-基板

具体实施方式

下面通过对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

以下详述本实用新型。

本实用新型提供了一种适用于半导体器件，尤其适用于固定和封装芯片的金属围墙，所述金属围墙包括由上向下依次连接的表层1、网格层2和基板4，如图4所示。

在本实用新型中，所述基板4为平整硬质片材，以支撑表层1和网格层2。

其中，所述基板4为非金属板，优选由陶瓷板或热固性树脂-玻璃纤维复合板制成。

优选地，所述基板4由氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板、氧化铍陶瓷板、滑石瓷板和聚苯醚-玻璃纤维复合板、中的任意制成。较好地，所述基板4由氧化铝陶瓷板或氮化铝陶瓷板制成。

所述基板4具有优良电绝缘性能，导热系数高，强度高，应用范围广、制造价格低，适于工业长期生产。

所述基板4的厚度在4mm以下，优选地，所述基板4的厚度为3mm以下，更优选所述基板4的厚度为1-2mm。此时，基板4具有足够的强度，可以为多个网格层2和网格层2上表面的表层1提供支撑；同时，基板4还可以承受3D打印网格层2时产生的热应力。

由于基板4的厚度越大，热阻越大，制得的半导体电气元件越不容易散热。而基板4的厚度过小时，网格层2在基板4上附着和生长时，打印产生的热应力很容易使基板4弯曲变形甚至断裂。

所述厚度的基板4可以耐受3D打印的热应力，保持基板4的平整性；同时，所述厚度的基板4还可以降低热阻，有利于元件使用时进行散热。

在现有技术中，在基板4上生长的封装芯片的围墙由于需要有导电性，往往采用电镀的技术实现围墙的生长。然而，封装芯片的围墙高度一般不低于3mm，采用电镀技术一层一层将金属电镀于基板4的表面，循环周期非常长，显然不利于提高生产效率。

因此，本实用新型创造性地使用3D打印，特别是使用金属粉体进行3D打印，使封装芯片的围墙在基板4上快速生长。

由于封装芯片的围墙使用金属粉体生长，而基板4的材料为非金属，二者材料的性质存在很大差异，将封装芯片的围墙直接生长在基板4上时很难使二者牢固结合，非常容易剥落，造成质量不稳定，使得金属围墙具有使用时间短、抗冲击力弱等缺陷。

为了克服基板4和围墙性质差异大的困难，特别地，在基板4的上表面设置有过渡层3，使封装芯片的围墙和基板4的材料性质间实现梯度过渡，有利于提高二者的结合力。

在本实用新型中，网格层2和其上端面的表层1环绕形成设定的封闭形状，在其形成的封闭空间内放置芯片或其他半导体器件，网格层2和表层1即为封装芯片的围墙。

所述表层1和网格层2根据需要可以设置为任何封闭形状，例如方形、圆形、椭圆形，在此，对表层1和网格层2环绕形成的形状并不做具体限定。表层1和网格层2设置为设定形状即可。

为了便于描述，同时也是一种优选的实施方式，表层1和网格层2环绕形成方形围墙。该方形围墙设置有多排和多列，如图1和图2所示，多个围墙设置于同一基板4上，便于批量打印处理；多个围墙的设置还可以满足使用多个金属围墙的需求。

其中，所述过渡层3优选为金属层，其厚度为0.1-2μm，更优选其厚度为0.3-1.5μm。在本实用新型中，所述过渡层3使用电镀的方法结合在基板4的表面，所述厚度的过渡层3制备时间短，与基板4的结合力牢固可靠；还避免了基板4与网格层2直接接触，从而避免了二者材料性质差异导致的结合力弱的问题。

所述过渡层3可以使用现有技术中任一种可以通过电镀方法镀于基板4表面的金属材料制备，例如可以由铜制成。

在一种优选的实施方式中，所述过渡层3的制备材料与网格层2的制备材料相同。

研究发现，设置于基板4和网格层2之间的过渡层3，可以显著提高网格层2与基板4的结合力，改善金属与非金属之间的润湿性。

使用3D打印技术实现封装芯片的围墙快速生长可以缩短生产周期，然而，在打印中激光会产生大量的热量，该热量作用于基板4上时，很容易引起基板4的变形或开裂。

因此，控制网格层2和基板4的接触面积，有助于保持基板4的平整，避免其变形或开裂。然而，网格层2和基板4的接触面积过小时，会降低二者的结合力，不能满足力学强度要求。

优选地，所述网格层2由中空网格组成，其附着于过渡层3的上表面，并位于表层1的下端。所述网格层2为表层1提供支撑，是芯片围墙中的主要组成部分。

在所述网格层2中，网格线的线宽为网格的厚度。网格厚度较好为0.1-0.3mm，进一步优选为0.15-0.25mm，最好为0.15-0.2mm。当网格厚度较小时，制得的网格很容易破碎，不仅产品外观较差，还容易导致网格层2和基板4结合差，使得气密性不合格。

通过设置网格厚度，精确控制了网格层2生长过程中的能量输入和网格层2与基板4接触面积的问题，实现了金属打印零件和非金属基板的结合，有效解决了二者结合力以及超薄基板变形的问题。

所述网格层2的高度为1-4mm，优选为2-4mm，最优选为2-3mm，可以满足封装半导体元件的需求。

所述网格层2中，网格的形状可以设置为菱形，也可以设置为正方形，还可以设置为等边三角形，只要网格单元中为边等长即可。

进一步的，如图1所示，所述网格单元的形状为菱形，更便于打印处理；同时还具有较好的力学作用。

在网格层2的上表面设置有表层1，其固定连接于网格层2的上端。优选所述表层1为表面平整的实心片材，更优选所述表层1由3D打印方法制得。

表层1设置于网格层2的表面，当使用3D打印方法制备表层1时，打印机的刮刀在网格层2的表面首先需要进行铺粉操作。由于网格层2中具有网格结构，铺覆的粉体可能会掉落在网格层2的网格中，造成粉体铺覆不均匀，严重影响打印效果。

研究发现，通过调整网格层2中网格线的间距，以及打印表层1时铺覆粉体的粒径，可以避免这种现象，使表层1的3D打印过程顺利完成。

在一种优选的实施方式中，所述网格层2中相邻两平行网格线的间距不大于1.2mm，优选不超过1.0mm，最好为0.8mm以下。另外，打印表层1时铺覆粉体的粒径为20-80μm，优选为20-60μm。可以在网格层2的表面平整地铺覆打印表层1的粉体。

由于表层1为实体，使用3D打印时需要沿着某一边顺序排列依次打印直至完成，使粉体全部结合为一个牢固的整体，并牢固地连接在网格层2的上端，如图3所示。

在打印表层1时，由于激光打印密度大，短时间内会产生大量的热量，会影响基板4的平整度，非常容易使其变形或开裂。另外，当表层1的厚度过大时，打印时需要的激光能量也越高，基板4承受的热应力也越大，也越容易产生基板4变形或开裂的现象。

因此，所述表层1的高度不高于2mm，优选在1.5mm以下，最优选表层1的高度不高于1mm。此时，表层1可以平整牢固地连接于网格层2的上端，还不会影响基板4的平整度。

所述表层1优选使用金属粉体进行打印，该金属粉体包括钢粉、铝粉、钛粉、金粉和银粉中的一种或多种。

为了提高表层1和网格层2的结合力，优选所述表层1和网格层2使用相同的材料制备，材料融合性好，可以避免材料性质不同引起的结合力弱。

本实用新型提供的金属围墙中，首次实现在非金属基板上打印金属零部件；并且非金属的基板4与金属的围墙可以牢固地结合，其力学性能远远超过电镀方法制备围墙的力学性能，完全满足使用需求。

同时，本实用新型提供的金属围墙实现了金属围墙的定制化、个性化，相较传统的电镀方法，显著提高了加工效率，并且完全解决了电镀方法的污染问题。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本实用新型的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属围墙，其特征在于，该用于固定半导体器件的金属围墙包括：

表层(1)，其为固定连接于网格层(2)上端的可以导电的实心片材，高度不高于2mm；

网格层(2)，其附着于过渡层(3)的上表面，并由与表层(1)相同材料制备的中空网格组成，高度为1-4mm；

基板(4)，其为用于支撑表层(1)和网格层(2)的平整陶瓷板，厚度在4mm以下；和，

过渡层(3)，其为通过电镀固定连接于基板(4)和网格层(2)之间的金属片材，以提高网格层(2)和基板(4)的结合力。

2.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述表层(1)的高度在1.5mm以下。

3.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述表层(1)的高度在1mm以下。

4.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述表层(1)和网格层(2)环绕形成用于安装半导体器件的设定的封闭形状；

网格层(2)的高度为2-4mm。

5.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述网格层(2)中网格厚度为0.1-0.3mm。

6.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述网格层(2)中网格厚度为0.15-0.25mm。

7.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述网格层(2)中网格线相互交错呈菱形，相邻两平行网格线的间距不超过1.0mm。

8.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述网格层(2)中相邻两平行网格线的间距在0.8mm以下。

9.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述过渡层(3)的厚度为0.1-2μm。

10.根据权利要求1所述的金属围墙，其特征在于，所述过渡层(3)的厚度为0.3-1.5μm。