一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體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無引線片式載體封裝外殼，涉及電子封裝技術領域。本實用新型包括陶瓷外殼，陶瓷外殼四周的外側壁上設有金屬導通槽，陶瓷外殼為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼包括正面向上開口的上腔體和反面向下開口的下腔體，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設有用于粘接芯片或無源器件的粘接區，粘接區的外周設有引線鍵合區，引線鍵合區能與粘接在粘接區上的芯片通過鍵合絲連接，引線鍵合區與金屬導通槽連接；引線鍵合區外周設有密封區，在陶瓷外殼的下表面的密封區的外周設有引出端焊盤，引出端焊盤與金屬導通槽連通。本實用新型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。
【專利說明】
一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼
技術領域
[0001]本實用新型涉及電子封裝技術領域，尤其涉及一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]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、氧化鋁陶瓷和高導熱材料(鎢銅、鉬銅及CPC等)、LTCC基板材料和氧化鋁陶瓷以及LTCC基板材料和金屬材料，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;氧化鋁陶瓷和高導熱材料(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，需要導熱孔或開腔焊鎢銅散熱塊，組合后的強度低，可靠性差，為增加強度需焊金屬底板，只能采用低溫焊料組裝，組裝能力差;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】
[0004]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無引線片式載體封裝外殼，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。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:
[0006]—種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，包括陶瓷外殼，陶瓷外殼四周的外側壁上設有金屬導通槽，陶瓷外殼為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼包括正面向上開口的上腔體和反面向下開口的下腔體，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設有用于粘接芯片或無源器件的粘接區，粘接區的外周設有引線鍵合區，引線鍵合區能與粘接在粘接區上的芯片通過鍵合絲連接，引線鍵合區與金屬導通槽連接；引線鍵合區外周設有密封區，在陶瓷外殼的下表面的密封區的外周設有引出端焊盤，引出端焊盤與金屬導通槽連通。
[0007]進一步優選的技術方案，金屬導通槽的橫斷面為半圓形，在相對的兩外側壁上設置的兩組金屬導通槽的結構為:金屬導通槽內壁的金屬層設置在金屬導通槽的下部，金屬導通槽的上端部未鍍金屬層;同時，在相對的另兩組金屬導通槽，金屬導通槽內壁的金屬層設置在金屬導通槽的上部，金屬導通槽的下端部未鍍金屬層。
[0008]進一步優選的技術方案，金屬導通槽的孔徑為0.15?0.60_。
[0009]進一步優選的技術方案，引出端焊盤的節距為1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、
0.635mm中的一種。
[0010]進一步優選的技術方案，陶瓷外殼內設有I?10個用于容納芯片或無源器件的多邊形腔體。
[0011 ]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
[0012](I)本實用新型主要基于高導熱氮化鋁多層技術，具備多層布線、高可靠性、高氣密性等特點，具有布線密度高、散熱能力強、自身強度高、可靠性高的特點；
[0013](2)可有效減小集成后器件體積和重量，實現小型化、高密度、高集成度封裝，滿足功率器件散熱要求，能有效解決集成微電路高密度高功率封裝的難題；
[0014](3)封裝氣密性高:氣密性滿足彡I X 10-3 Pa.cm3/s，A4;
[0015](4)側面金屬導通槽，滿足板級安裝要求，便于板級焊接效果檢查；
[0016](5)引線鍵合區與引出端焊盤之間的導電路徑較短，封裝體內布線電阻以及電感等封裝寄生參數很低，具有優異的電性能；
[0017](6)環境適應性好，抗腐蝕能力強，可滿足鹽霧48h，溫度循環-65°C_150°C下循環100次，耐濕1次；
[0018](7)機械可靠性高，可滿足恒定加速度30000g，Yl方向，Imin;
[0019](8)耐貯存性能好；
[0020](9)應用范圍廣，因其具有高可靠性和高氣密性，可應用于航空、航天等領域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的主視圖；
[0022]圖2是圖1的俯視圖；
[0023]圖3是圖1的仰視圖；
[0024]圖中:1、金屬導通槽;2、引線鍵合區；3、粘接區;4、密封區；5、陶瓷外殼;6、下腔體；
7、上腔體;8、引出端焊盤。
【具體實施方式】
[0025]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。
[0026]本實用新型包括陶瓷外殼5，陶瓷外殼5為氮化鋁材料制成，所述陶瓷外殼5的正反兩面分別設有上腔體7和下腔體6，參見圖2、圖3，引出端焊盤8設置在陶瓷外殼5的下表面，上腔體7和下腔體6的底部設有用于粘接芯片或無源器件的粘接區3，粘接區3的四周設有引線鍵合區2，引線鍵合區2與粘接于粘接區3上的芯片用鍵合絲連接，引出端焊盤8與引線鍵合區2相連。
[0027]參見圖1所示，在相對的兩外側壁上設置的兩組金屬導通槽I，金屬導通槽I內壁的金屬層設置在金屬導通槽I的下部，金屬導通槽I的上端部未鍍金屬層；同時，在相對的另兩組金屬導通槽I，金屬導通槽I內壁的金屬層設置在金屬導通槽I的上部，金屬導通槽I的下端部未鍍金屬層。金屬導通槽的設置實現內部鍵合，其優點是:引線鍵合區與引出端焊盤通過管殼側面的金屬導通槽來實現電連接，采用這種方式，可有效降低引線鍵合區與引出端焊盤之間的導電路徑，且由于金的方阻較低(約7πιΩ)，極大地降低了裝體內布線電阻以及電感等的封裝寄生參數，從而使管殼具有優異的電性能;采用側面金屬導通槽，同時可有效降低板級安裝時對位難度，有效提高板級安裝焊接的位置精度，滿足板級安裝要求便于板級焊接效果檢查。
[0028]本實用新型陶瓷外殼采用氮化鋁材料，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，能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。
[0029]本實用新型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1.27mm、1.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm。該類陶瓷外殼的引出端焊盤8呈兩邊對稱或者四邊均勻排布。常見引出端形式有2種，一種是引出端焊盤8與鍵合與陶瓷外殼的四邊側面的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。引出端形式采用的金屬導通槽孔徑0.15?0.60mm，空心孔的長度0.15?4.00mm。
[0030]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。該類外殼常用的引線節距有I.27mm、I.016mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm，具有寄生參數小、體積小、重量輕、散熱好等特點，適于表面安裝，有腔體向下和腔體向上及雙面腔體等多種結構，在腔體內部可以設置一個或多個分區用以安裝多個芯片和多種無源器件，滿足用戶高集成度封裝的要求，可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。
[0031]LCC系列的氮化鋁陶瓷封裝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。
[0032]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。
[0033]LCC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LCC類氮化鋁多層陶瓷封裝外殼。
[0034]本實用新型采用氮化鋁(AlN)陶瓷作為封裝外殼，氮化鋁(AlN)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。
[0035]本實用新型的封裝形式為陶瓷無引線片式(LCC- Ceramic Leadless ChipCarrier)的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，提供了一種能夠更好實現器件、模塊和組件性能的快捷方式，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。
[0036]采用本實用新型所產生的有益效果在于:
[0037](I)本實用新型主要基于高導熱氮化鋁多層技術，具備多層布線、高可靠性、高氣密性等特點，具有布線密度高、散熱能力強、自身強度高、可靠性高的特點；
[0038](2)可有效減小集成后器件體積和重量，實現小型化、高密度、高集成度封裝，滿足功率器件散熱要求，能有效解決集成微電路高密度高功率封裝的難題；
[0039](3)封裝氣密性高:氣密性滿足SlX 10-3 Pa.cm3/s，A4，其中A4為GJB548B中對未封口管殼的一種檢漏方法，目的是確定具有內腔的微電子器件和半導體器件封裝的氣密性；
[0040](4)側面金屬導通槽，滿足板級安裝要求，便于板級焊接效果檢查；
[0041](5)引線鍵合區與引出端焊盤之間的導電路徑較短，封裝體內布線電阻以及電感等封裝寄生參數很低，具有優異的電性能；
[0042](6)環境適應性好，抗腐蝕能力強，可滿足鹽霧48h，溫度循環-65°C_150°C下循環100次，耐濕1次；
[0043](7)機械可靠性高，可滿足恒定加速度30000g，Yl方向，lmin;其中，采用恒定加速度試驗設備確定恒定加速度對微電子器件的影響，除另有規定外，應在X1、X2、Yl、Y2、Z1、Z2各個方向上對器件施加Imin規定豎直的恒定加速度；
[0044](8)耐貯存性能好；
[0045](9)應用范圍廣，因其具有高可靠性和高氣密性，可應用于航空、航天等領域。
【主權項】
1.一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，包括陶瓷外殼(5)，陶瓷外殼(5)四周的外側壁上設有金屬導通槽(1)，其特征在于，陶瓷外殼(5)為氮化鋁材料制成，陶瓷外殼(5)包括正面向上開口的上腔體(7)和反面向下開口的下腔體(6)，中間為基板，在基板的下表面和上表面均設有用于粘接芯片或無源器件的粘接區(3)，粘接區(3)的外周設有引線鍵合區(2)，引線鍵合區(2)能與粘接在粘接區(3)上的芯片通過鍵合絲連接，引線鍵合區(2)與金屬導通槽(I)連接；引線鍵合區(2)外周設有密封區(4)，在陶瓷外殼(5)的下表面的密封區(4)的外周設有引出端焊盤(8)，引出端焊盤(8)與金屬導通槽(I)連通。2.根據權利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，其特征在于，金屬導通槽(I)的橫斷面為半圓形，在相對的兩外側壁上設置的兩組金屬導通槽(I)的結構為:金屬導通槽(I)內壁的金屬層設置在金屬導通槽(I)的下部，金屬導通槽(I)的上端部未鍍金屬層；同時，在相對的另兩組金屬導通槽(1)，金屬導通槽(I)內壁的金屬層設置在金屬導通槽(I)的上部，金屬導通槽(I)的下端部未鍍金屬層。3.根據權利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，其特征在于，金屬導通槽(I)的孔徑為0.15?0.60mm。4.根據權利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，其特征在于，引出端焊盤(8)的節距為1.27mm、I.01 6mm、0.80mm、0.65mm.0.635mm中的一種。5.根據權利要求1所述的一種氮化鋁多層陶瓷無引線片式載體封裝外殼，其特征在于，陶瓷外殼內設有I?10個用于容納芯片或無源器件的多邊形腔體。
【文檔編號】H01L23/31GK205692822SQ201620653464
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月28日 公開號201620653464.7, CN 201620653464, CN 205692822 U, CN 205692822U, CN-U-205692822, CN201620653464, CN201620653464.7, CN205692822 U, CN205692822U
【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