一種陶瓷芯片的封裝工藝及其封裝結構的制作方法

本發明涉及陶瓷芯片封裝技術領域，是一種陶瓷芯片的封裝工藝及其封裝結構。

背景技術：

陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒制成的異類無機非金屬材料，在熱和機械性能方面，有耐高溫、隔熱、高硬度、耐磨耗等優點；在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導體性、磁性等優點；在化學方面有催化、耐腐蝕、吸附等功能。

陶瓷封裝是繼金屬封裝后發展起來的一種新型封裝方法，如同金屬一樣，也是氣密性的，其中陶瓷外殼（載體）是通過多層陶瓷微波工藝，經瓷粉、流延、落料、沖孔、印刷、層壓、熱切、燒結、鍍鎳、釬焊、鍍金等流程制得。陶瓷封裝具有氣密性好、化學性能穩定、可多層布線、高導熱率、高絕緣阻抗、熱膨脹系數與芯片接近等優點，已用于陶瓷球珊陣列封裝(CBGA)、陶瓷網格陣列封裝（CPGA）、雙列直插式封裝（CDIP)、陶瓷四側引腳扁平封裝（CQFP）、陶瓷小外形封裝（CSOP）、陶瓷有引線芯片載體（CLCC）、陶瓷無引線芯片載體（LCCC）、多芯片模塊（MCM）等各類封裝工藝。

隨著大功率陶瓷封裝光源逐步向汽車前燈、手機閃光燈、紫外 LED燈等新興應用領域滲透，如何降低制造成本決定了其市場滲透的步伐。而制造工藝復雜、生產效率低及價格昂貴是陶瓷封裝的劣勢。傳統的陶瓷芯片氣密性封帽工藝需要在芯片組裝后，在封接的陶瓷載體邊緣表面均勻涂抹結構膠黏劑，然后與蓋板密封并固化從而達到密封效果。此方法的弊端主要在于，通常陶瓷芯片封裝工藝是先將芯片組裝于陶瓷載體，在之后的點膠封裝工藝過程中，易出現將絕緣物質涂覆于陶瓷芯片與引線之間的連接區域，導致不良率上升。另外，由于陶瓷載體本身的脆性，陶瓷芯片在多次輸運過程中受外部負載、振動及摩擦的影響會造成陶瓷材料的碎裂。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：⑴如何避免傳統液體膠在蓋板密封制程中污染陶瓷芯片與引線之間的連接區域；⑵如何減少液體膠在點膠及固化過程中出現的微氣孔影響陶瓷芯片的氣密性；⑶如何使陶瓷芯片封裝工藝操作便捷，大大縮減了人工及運輸成本。

本發明解決以上技術問題的技術方案是：

一種陶瓷芯片的封裝工藝，包括以下步驟：

㈠點膠成膜：在芯片組裝之前，通過點膠機將液體狀的雙固化密封膠涂施于陶瓷載體需要與蓋板封裝的那一面的外緣，通過UV光照射使雙固化密封膠固化定型形成結構膠膜于陶瓷載體上；

㈡芯片組裝：在陶瓷載體上進行芯片組裝；

㈢固化密封：芯片組裝完成后，通過加熱所述結構膠膜將與所述陶瓷載體尺寸相匹配的蓋板與所述陶瓷載體進行粘接，然后固化密封。

本發明中涉及到的雙固化密封膠為專利號為201610924542.7，專利名稱為“一種用于顯示屏背光模組的雙固化導光膠及其制備方法”中所公開的雙固化導光膠。

這樣，本發明采用的先點膠成膜，然后進行芯片組裝，再蓋板固化密封，使陶瓷芯片氣密性封帽工藝操作便捷，大大縮減了人工及運輸成本；同時又克服了因液體膠在點膠及固化一起操作時出現的微氣孔影響陶瓷芯片氣密性的技術問題。由此可見，本發明突破了現有技術中芯片組裝后再點膠封裝的傳統思維，科學的先點膠成膜，然后芯片組裝，再固化密封，固化密封時只需加熱已經固化定型的結構膠膜即可使結構膠膜與蓋板和陶瓷載體均有良好的粘接力，既避免了傳統液膠黏劑在蓋板密封制程中污染陶瓷芯片與引線之間的連接，減少了因液體膠在點膠及固化過程中出現的微氣孔影響陶瓷芯片的氣密性，又可以使陶瓷芯片封裝工藝操作便捷，大大縮減了人工及運輸成本，一舉兩得。

本發明還涉及一種陶瓷芯片封裝結構，包括蓋板和陶瓷載體，陶瓷載體裝載在載帶上，載帶在其長度方向上等距分布用于承放陶瓷載體的孔穴和用于進行索引定位的定位孔，定位孔位于載帶的邊緣，孔穴位于定位孔的下方或上方，且與陶瓷載體尺寸匹配；陶瓷載體與蓋板封裝的那一面的外緣涂有雙固化密封膠并通過UV光照射固化定型形成結構膠膜，陶瓷載體與蓋板通過加熱結構膠膜固化密封。

本發明還涉及一種用于陶瓷芯片的封裝工藝的點膠機，包括由第一控制器控制位移和方向的水平移動平臺、由第二控制器控制出膠量的點膠頭，通過點膠頭施膠于陶瓷載體外緣上形成水平方向膠線，在膠線移動路徑后方安置UVLED點光源，用于照射膠線的頂面，UVLED點光源的強度由第三控制器控制。

本發明進一步限定的技術方案是：

前述的陶瓷芯片的封裝工藝，步驟㈢中，加熱溫度為110-150℃，固化時間20-50分鐘。

本發明所要解決的另一個技術問題是，如何實現陶瓷芯片的封裝自動化連續生產以及以克服陶瓷芯片在輸運過程中容易碎裂的問題；為了解決這個技術問題，在上述步驟㈠中，將陶瓷載體裝載在載帶上，載帶在其長度方向上等距分布用于承放陶瓷載體的孔穴(口袋)和用于進行索引定位的定位孔，定位孔位于載帶的邊緣，孔穴位于定位孔的下方或上方，且與陶瓷載體尺寸匹配。這樣，本發明通過將陶瓷載體裝載在載帶上，并在載帶上設有孔穴和定位孔，采用帶有定位孔的載帶用來裝載陶瓷載體，通過定位孔的精確定位，可實現卷對卷自動化點膠制程，這樣整個點膠、UV固化工藝可全部通過自動化工藝完成；同時，載帶通過孔穴裝載陶瓷載體，可以克服由于陶瓷載體本身的脆性，以及陶瓷芯片在多次輸運過程中所受外部負載、振動及摩擦的影響而造成陶瓷材料碎裂的可能性。

前述的陶瓷芯片的封裝工藝，其中雙固化密封膠中添加有單分散二氧化硅中空微球，加入量為雙固化密封膠重量的0.1-2%，所述單分散二氧化硅中空微球粒徑為20-150 um。這樣，雙固化密封膠中添加單分散二氧化硅中空微球，可以確保雙固化密封膠固化定型形成結構膠膜不會塌陷以及保持厚度的一致性。

前述的陶瓷芯片的封裝工藝，其中結構膠膜通過25℃粘度10000-100000cps的液體狀的UV加熱雙固化密封膠經UV光固化后形成，厚度為100-500um。

前述的陶瓷芯片封裝結構，其中蓋板為陶瓷，金屬，或者玻璃材質，其壁厚為0.5-5mm。

前述的陶瓷芯片封裝結構，其中陶瓷載體為三氧化二鋁材質，形狀為正方體、長方體或圓柱體，其厚度為0.5-5mm。

本發明的有益效果是：

本發明的陶瓷芯片的封裝工藝將UV固膠與加熱固化環氧結構膠黏劑有機結合形成雙固化密封膠，利用點膠工藝，將液態結構膠均勻涂覆于精細陶瓷載體邊緣，這樣保證了對陶瓷粗糙表面的浸潤性，又避免了傳統液體環氧結構膠黏劑在蓋板密封制程中污染陶瓷芯片與引線之間的連接區域的可能性。同時，平整的膠層表面利于保證密封氣密性，產品良率提升。

本發明采用的先點膠成膜，芯片組裝，再蓋板密封，使陶瓷芯片氣密性封帽工藝操作便捷，大大縮減了人工及運輸成本，同時又減少了因液體膠在點膠及固化過程中出現的微氣孔影響陶瓷芯片的氣密性。

本發明采用的以環氧結構膠膜取代傳統的液體環氧結構膠黏劑，同時導入單分散二氧化硅中空微球，可以確保固化膠膜不會塌陷以及厚度的一致性。這樣可以避免因膠量不均勻出現溢膠的現象。使得陶瓷載體外觀干凈無污染，不需要后續的清潔工藝，保證了整體結構的可靠性和耐久性。

本發明采用帶有定位孔的載帶用來裝載陶瓷載體，實現卷對卷自動化點膠工藝，整個點膠UV固化工藝可全部通過自動化工藝完成，極大提高工作效率，進一步降低人工成本等。同時，載帶包裝可以克服由于陶瓷載體本身的脆性，陶瓷芯片在多次輸運過程中所受外部負載、振動及摩擦的影響而造成陶瓷材料碎裂的可能性。

附圖說明

圖1是本發明陶瓷芯片封裝流程工藝示意圖。

圖2是本發明載帶的結構俯視圖。

圖3是本發明的陶瓷芯片封裝微觀結構示意圖。

圖4為陶瓷芯片封裝傳統結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例是一種陶瓷芯片的封裝工藝，如圖1所示，包括以下步驟：

㈠點膠成膜：在芯片組裝之前，通過點膠機將液體狀的雙固化密封膠涂施于陶瓷載體需要與蓋板封裝的那一面的外緣，通過UV光照射使雙固化密封膠固化定型形成結構膠膜于陶瓷載體上；點膠機包括由第一控制器8控制位移和方向的水平移動平臺4、由第二控制器2控制出膠量的點膠頭3，水平移動平臺4由第一控制器8控制位移和方向；點膠頭3的出膠量由第二控制器2控制；通過點膠頭3施膠于陶瓷載體外緣7上形成水平方向膠線6，在膠線移動路徑后方安置UVLED點光源1，用于照射膠線6的頂面，UVLED點光源1的強度由第三控制器9控制；

㈡芯片組裝：在陶瓷載體上進行芯片組裝；

㈢固化密封：芯片組裝完成后，通過加熱所述結構膠膜將與所述陶瓷載體尺寸相匹配的蓋板與所述陶瓷載體進行粘接，然后固化密封。

本發明中涉及到的雙固化密封膠為專利號為201610924542.7，專利名稱為“一種用于顯示屏背光模組的雙固化導光膠及其制備方法”中所公開的雙固化導光膠。

本實施例將陶瓷載體裝載在載帶5上，載帶5結構俯視圖如圖2所示，其長度方向上等距分布著用于承放陶瓷載體的孔穴(口袋)11和用于進行索引定位的定位孔10，定位孔10設計于載帶5的邊緣，可以位于載帶5的上邊緣或下邊緣，以不影響其整體機械強度，同時便于定位為原則。與長方體陶瓷載體7嚴格匹配尺寸的長方孔穴11均勻排布在載帶5上。載帶選擇以壓紋載帶為主，可以是聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂（ABS）材質的，選擇連續式的成型方法，因為該方法尺寸穩定性更好，產品尺寸精度更高，有利于自動點膠路徑的精確控制。本發明采用帶有定位孔10（索引孔）的載帶5用來裝載陶瓷載體7，陶瓷載體7的厚度約為0.5到2mm，通過定位孔10（索引孔）的精確定位，實現卷對卷自動化點膠制程，這樣整個點膠、UV固化工藝可全部通過自動化工藝完成，同時，載帶5包裝可以克服由于陶瓷載體7本身的脆性，以及陶瓷芯片在多次輸運過程中所受外部負載、振動及摩擦的影響而造成陶瓷材料碎裂的可能性。帶有索引孔的載帶用來裝載陶瓷載體，與自動控制點膠設備結合，實現卷對卷自動化點膠工藝。

陶瓷芯片封裝結構如圖3所示，包括陶瓷載體7，不同于傳統工藝中的陶瓷芯片封裝工藝，本發明中在IC芯片15組裝之前，先將結構膠膜6通過本發明點膠工藝施于陶瓷載體7外緣，使其形成一層均勻厚度的結構膠膜，之后再進行IC芯片15組裝，隨后進行蓋板13密封制程。

其中用于陶瓷芯片組件封裝結構的密封膠為UV+加熱雙固化體系雙固化密封膠，雙固化密封膠在未固化前的粘度范圍在25℃下是10000-100000cps。雙固化密封膠加入單分散二氧化硅中空微球，重量比為0.6%，單分散二氧化硅中空微球粒徑為20-150 um。雙固化密封膠在UV光下初固定型形成結構膠膜6于陶瓷載體7上，厚度為100-500um。待芯片15組裝完成后，與蓋板13密封并固化，采用溫度為110-150℃，固化時間20-50分鐘。蓋板材料可以是陶瓷，金屬，或者玻璃材質，其壁厚為0.5-5mm。陶瓷載體為正方體，長方體，圓柱體等規則形狀，陶瓷載體材料可以是三氧化二鋁，氮化鋁，碳化硅，氧化鈹，鉆石，或者陶瓷玻璃等。優選的，所述陶瓷載體為三氧化二鋁材質，厚度為0.5-2mm。

對比例：傳統工藝中陶瓷芯片封裝結構如圖4所示，其中蓋板13密封是在完成IC芯片15與焊接引腳12引線焊接、芯片粘結組裝后，通過施用液體環氧膠14將裝有芯片的陶瓷載體7與蓋板13密封。由于液體膠在固化過程中受到蓋板13應力及外壓力，其厚度的不可控性使得溢膠導致較嚴重的外觀不良率。

本實施例的陶瓷芯片封裝結構工藝將UV固膠與加熱固化環氧結構膠黏劑有機結合形成雙固化密封膠，利用點膠工藝，將液態結構膠均勻涂覆于精細陶瓷載體邊緣，這樣保證了對陶瓷粗糙表面的浸潤性，又避免了傳統液體環氧結構膠黏劑在蓋板密封制程中污染陶瓷芯片與引線之間的連接區域的可能性。同時，平整的膠層表面利于保證密封氣密性，產品良率提升。

本實施例采用的先點膠成膜，芯片組裝，再蓋板密封，使陶瓷芯片氣密性封帽工藝操作便捷，大大縮減了人工及運輸成本，同時又減少了因液體膠在點膠及固化過程中出現的微氣孔影響陶瓷芯片的氣密性。

本實施例采用的以結構膠膜取代傳統的液體環氧結構膠黏劑，同時導入單分散二氧化硅中空微球，可以確保固化膠膜不會塌陷以及厚度的一致性。這樣可以避免因膠量不均勻出現溢膠的現象。使得陶瓷載體外觀干凈無污染，不需要后續的清潔工藝，保證了整體結構的可靠性和耐久性。

除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。