氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，涉及陶瓷封裝技術領域。本實用新型包括陶瓷外殼，陶瓷外殼向上開口，在陶瓷外殼基板的下表面中央設有中央焊盤，在中央焊盤的四周設有引出端焊盤，中央焊盤與引出端焊盤間設有間隙，陶瓷外殼采用氮化鋁材料制成，在陶瓷外殼基板的上表面中央設有芯片粘接區，在芯片粘接區的四周設有引線鍵合區，引線鍵合區呈放射狀，在陶瓷外殼四周的外側壁上設有若干金屬導通槽，芯片粘接區通過鍵合絲與引線鍵合區連接，引線鍵合區通過金屬導通槽與引出端焊盤連接。具有散熱能力強和可靠性高的特點，可有效減小集成后器件體積和重量，實現小型化，滿足功率器件散熱要求。
【專利說明】
氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼
技術領域
[0001]本實用新型涉及陶瓷封裝技術領域，尤其涉及一種氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼。
【背景技術】
[0002]CQFNCCeramic Quad Flat No-lead)類外殼主要用于封裝各種高速ADC、DAC和DDS芯片，產品包括ADC、DAC、DDS、GaAs麗IC開關、跟蹤保持放大器、混頻放大器、功率放大器、混頻器和轉換器等。該類外殼最大優勢在于能夠滿足數字、數模、模擬和MEMS封裝，跨領域應用面廣。該類外殼常用的引線節距有0.50mm，具有寄生參數小、尺寸小、散熱好、應用頻率高、高頻性能好、適于量產等特點。目前RF性能可覆蓋Ka波段，適于表面安裝。發展方向:高頻、高速、低成本。適用于航空航天與防務、汽車應用、能源、醫療保健、儀器儀表測量、電機控制、過程控制及工藝自動化等領域。
[0003]隨著電子整機和電子元器件朝著微型、輕量、高速、高效、高集成度、高可靠性和大功率輸出等方向快速發展，器件單位體積內所產生的熱量急劇增加，這對基片和封裝材料的散熱提出了更高要求。如果熱量不能由基板及時散發出去，器件將難以正常工作，嚴重情況下，甚至會燒毀。氮化鋁(AlN)陶瓷具有高的熱導率(理論熱導率為320W/m.K，為氧化鋁陶瓷的10倍左右)。采用氮化鋁陶瓷后可有效提高器件的散熱效率、降低結溫、提高器件的可靠性和壽命。
[0004]國內的高密度、高功率封裝主要采用氧化鋁陶瓷材料、金屬材料、氧化鋁陶瓷+高導熱材料(媽銅、鉬銅及CPC等)、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)基板材料+氧化鋁陶瓷以及LTCC基板材料+金屬材料，目前還沒有基于氮化鋁技術的多層陶瓷外殼。Al2O3的熱導率較低，熱膨脹系數和硅不太匹配;雖然金屬材料有較高的導熱系數，但與芯片襯底較高的熱膨脹系數失配難以滿足大功率器件的封裝要求，且采用金屬材料的外殼集成度較低;氧化鋁陶瓷+高導熱材料(鎢銅、鉬銅及CPC等)雖然具有較高的導熱性能，但由于要使其具有較高的機械性能，就必須保證管殼與高導熱材料具有一定的焊接搭接尺寸，才能實現管殼與高導熱材料的焊接可靠性，這就限制了其尺寸的小型化，且采用高導熱材料的外殼集成度較低，故該種模式管殼很難實現小型化和集成化;LTCC基板與氧化鋁陶瓷或者金屬材料組合后，雖然能解決熱膨脹系數失配的問題，但導熱率僅為30W/m.K，導熱能力較弱;與其它材料比較而言，AlN綜合性能優異，是新一代高集成度和功率器件理想的基板和封裝材料。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，具有散熱能力強和可靠性高的特點，可有效減小集成后器件體積和重量，實現小型化，滿足功率器件散熱要求。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:一種氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，包括陶瓷外殼，陶瓷外殼向上開口，在陶瓷外殼基板的下表面中央設有中央焊盤，在中央焊盤的四周設有引出端焊盤，中央焊盤與引出端焊盤間設有間隙，陶瓷外殼采用氮化鋁材料制成，在陶瓷外殼基板的上表面中央設有芯片粘接區，在芯片粘接區的四周設有引線鍵合區，引線鍵合區呈放射狀，在陶瓷外殼四周的外側壁上設有若干金屬導通槽，芯片粘接區通過鍵合絲與引線鍵合區連接，引線鍵合區通過金屬導通槽與引出端焊盤連接。
[0007]進一步的技術方案，在陶瓷外殼基板中央設有熱沉結構。
[0008]進一步的技術方案，熱沉材質為無氧銅、鉬銅、鎢銅及CPC中的一種。
[0009]進一步的技術方案，金屬導通槽的斷面為半圓形，金屬導通槽上端設有封底，該封底與引線鍵合區的上表面共面設置，金屬導通槽的孔徑為0.15?0.60mm，槽長為0.15?4.0Omm0
[0010]進一步的技術方案，引出端焊盤在陶瓷外殼基板的下表面兩兩對邊呈對稱分布或在四邊均勻分布，其數量與對應的外側壁上設置的金屬導通槽的數量相等。
[0011]進一步的技術方案，陶瓷外殼的四角設有弧形凹槽，弧形凹槽在陶瓷外殼的上下表面之間貫通。
[0012]進一步的技術方案，引出端焊盤的節距為0.5mm。
[0013]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本實用新型為氮化鋁多層陶瓷外殼，利用氮化鋁的優異性能，使采用氮化鋁的陶瓷產品的設計更加靈活，能夠實現電性能、熱性能、機械性能的設計優化，能夠實現多腔體、多層布線、多過孔互連和氣密性的封裝結構，能夠滿足器件、模塊和組件的不同需要，實現器件、模塊和組件的高功率、高密度、小型化、高散熱性和高可靠要求。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型不帶熱沉的主視圖；
[0015]圖2是圖1的俯視圖；
[0016]圖3是圖1的仰視圖；
[0017]圖4是本實用新型帶有熱沉的主視圖；
[0018]圖5是圖4的俯視圖；
[0019]圖6是圖4的仰視圖；
[0020]圖中:1、陶瓷外殼;2、芯片粘接區；3、引線鍵合區；4、密封區；5、金屬導通槽;6、弓丨出端焊盤;7、熱丨幾;8、中央焊盤;9、弧形凹槽;10、封底。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0022]本實用新型結構如圖1、圖2所示，包括陶瓷外殼I，陶瓷外殼I向上開口，在陶瓷外殼I基板的下表面中央設有中央焊盤8如圖3所示，在中央焊盤8的四周設有引出端焊盤6，陶瓷外殼I采用氮化鋁材料制成，基板的上表面中央設有芯片粘接區2，在芯片粘接區2的四周設有引線鍵合區3，引線鍵合區3呈放射狀，引線鍵合區3四周為密封區4，在陶瓷外殼I四周的外側壁上設有若干金屬導通槽5，芯片粘接區2通過鍵合絲與引線鍵合區3連接，引線鍵合區3通過金屬導通槽5與引出端焊盤6連接。中央焊盤8用于接地和散熱。
[0023]另外，還可以是在腔體的底部中央設有熱沉7結構，如圖4、圖5、圖6所示，其中，熱沉7材質為無氧銅、鉬銅、鎢銅及CPC中的一種。
[0024]其中，金屬導通槽5的結構為，金屬導通槽5的上端設有封底10，該封底10的底面與引線鍵合區3的上表面共面設置，金屬導通槽5的孔徑為0.15?0.60mm，槽長為0.15?4.00mm。其中引線鍵合區3側向與金屬導通槽5連接。
[0025]引出端焊盤6在陶瓷外殼I的下表面兩兩對邊呈對稱分布或在四周均勻分布，SP，其中一對相對邊的引出端焊盤6數量與另一對相對邊引出端焊盤6數量不相等，另外引出端焊盤6總數量與對應的外側壁上設置的金屬導通槽5的數量相等。
[0026]陶瓷外殼I的四角設有弧形凹槽9，弧形凹槽9在陶瓷外殼I的上下表面之間貫通。
[0027]CQFN系列的氮化鋁陶瓷外殼具備可多層布線、高可靠性、高氣密性等特點，具有布線密度高、散熱能力強和可靠性高的特點，可有效減小集成后器件體積和重量，實現小型化，滿足功率器件散熱要求;陶瓷外殼可具有I?10個用于容納芯片或無源器件的多邊形腔體；陶瓷外殼可具有2層到30層的布線結構；該類外殼常用的引出端節距有0.50mm。該類陶瓷外殼的引出端焊盤呈四邊均勻排布。常見引出端形式有2種，一種是引出端焊盤與鍵合指從外殼的四邊側面金屬導通槽進行連接，另一種是鍵合指與引出端采用埋層形式互連。
[0028]CQFN系列的化鋁陶瓷外殼由氮化鋁陶瓷體、金屬封口環(可根據客戶需求決定有無)及熱沉(可根據客戶需求決定有無)組成，根據用戶信息，確定腔體尺寸，依據板極安裝要求，確定引線排布以及內部布線的互連關系，在此基礎上進行結構設計，并進行結構和電性能仿真，保證其結構可靠性和散熱及電性能要求。金屬封口環材質為鐵鎳或鐵鎳鈷合金，熱沉材質為無氧銅、鉬銅、鎢銅及CPC等高導熱合金材料。金屬封口環用于金錫封口、平行縫焊或激光縫焊封口，熱沉用于芯片接地或散熱。
[0029]CQFN類氮化鋁多層陶瓷外殼采用AlN多層陶瓷共燒技術，具體流程為:外殼經流延、熱切后，沖腔和沖孔、孔金屬化后，經印刷、定位、層壓、熱切成單個生瓷件，再通過燒結、鍍鎳、鍍金后形成單個的功率器件或其它器件用的CQFN類氮化鋁多層陶瓷封裝外殼。
[0030]本實用新型主要封裝形式為四邊無引線(CQFN- Ceramic Quad Flat No-lead)的扁平氮化鋁多層陶瓷外殼。氮化鋁陶瓷是一種新型的高導熱基板和封裝材料，具有高的熱導率、低的熱膨脹系數、低的介電常數和介電損耗、高的機械強度等特點，其熱膨脹系數與硅和砷化鎵等芯片材料相匹配、絕緣性能和介電特性良好，高溫下材料強度大，環保無毒、化學穩定性良好，廣泛用于高功率電子領域。氮化鋁多層陶瓷技術使得氮化鋁陶瓷產品的設計更加靈活，能夠實現電性能、熱性能、機械性能的設計優化，能夠實現多腔體、多層布線、多過孔互連和氣密性的封裝結構，能夠滿足器件、模塊和組件的不同需要，實現器件、模塊和組件的高功率、高密度、小型化和高可靠要求。
[0031]氮化鋁多層陶瓷外殼主要用于激光二極管、高亮度LED、RF和微波封裝、雷達模塊封裝、功率模塊封裝、電源模塊、IR探測器、CCD，CMOS成像系統、開關電源、大功率集成電路等器件的封裝，廣泛應用于電力電子、航空航天、國防軍事、汽車和機車、通訊以及其它工業領域。
[0032]氮化鋁多層陶瓷外殼與常規LTCC一體化外殼或氧化鋁陶瓷外殼相比，氮化鋁陶瓷具有較高的熱導率，最高熱導率達到180W/m.K。可有效避免器件溫度過高而不能正常工作甚至報廢的問題，能滿足功率器件散熱要求;同時其具有較低的熱膨脹系數(4.7ppm)，與硅相當，解決芯片安裝時陶瓷管殼與芯片熱膨脹系數不匹配的問題，有效釋放應力，提高芯片安裝可靠性。
【主權項】
1.一種氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，包括陶瓷外殼(I)，陶瓷外殼(I)向上開口，在陶瓷外殼(I)基板的下表面中央設有中央焊盤(8)，在中央焊盤(8)的四周設有引出端焊盤(6)，中央焊盤(8)與引出端焊盤(6)間設有間隙，其特征在于，陶瓷外殼(I)采用氮化鋁材料制成，在陶瓷外殼(I)基板的上表面中央設有芯片粘接區(2)，在芯片粘接區(2)的四周設有引線鍵合區(3)，引線鍵合區(3)呈放射狀，在陶瓷外殼(I)四周的外側壁上設有若干金屬導通槽(5)，芯片粘接區(2)通過鍵合絲與引線鍵合區(3)連接，引線鍵合區(3)通過金屬導通槽(5)與引出端焊盤(6)連接。2.根據權利要求1所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，在陶瓷外殼(I)基板中央設有熱沉(7)結構。3.根據權利要求2所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，熱沉(7)材質為無氧銅、鉬銅、鎢銅及CPC中的一種。4.根據權利要求1或2所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，金屬導通槽(5)的斷面為半圓形，金屬導通槽(5)上端設有封底(10)，該封底(10)與引線鍵合區(3)的上表面共面設置，金屬導通槽(5)的孔徑為0.15?0.60_，槽長為0.15?4.00_。5.根據權利要求1或2所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，引出端焊盤(6)在陶瓷外殼(I)基板的下表面兩兩對邊呈對稱分布或在四邊均勻分布，其數量與對應的外側壁上設置的金屬導通槽(5)的數量相等。6.根據權利要求1或2所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，陶瓷外殼(I)的四角設有弧形凹槽(9)，弧形凹槽(9)在陶瓷外殼(I)的上下表面之間貫通。7.根據權利要求1或2所述的氮化鋁多層陶瓷四邊無引線扁平封裝外殼，其特征在于，引出端焊盤(6)的節距為0.5mm。
【文檔編號】H01L23/08GK205692818SQ201620653463
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月28日 公開號201620653463.2, CN 201620653463, CN 205692818 U, CN 205692818U, CN-U-205692818, CN201620653463, CN201620653463.2, CN205692818 U, CN205692818U
【發明人】楊振濤, 彭博
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所