一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法，采用与BGA/PGA安装主板相兼容的设计结构；定位模组中部镂空且与焊盘阵列配套，在外壳与主板安装过程可为融化的焊料球提供定位；传输线由表面连接线、内埋连接线和层间通孔构成，为内部封装芯片和电路提供电力和信号输入/输出；陶瓷围框和金属封接框构成后续芯片和电路安装空间，金属封接框上表面可在后续与金属盖板进行气密性封接的结构。外壳采用高温共烧陶瓷技术和电镀的方法进行加工，具有加工方法简单并且减少了板级封装过程铅的使用量、安装高度低、重量轻、机械强度高、化学性能稳定、电性能优良和可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法
本专利技术涉及一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法，属于微电子封装领域。
技术介绍
PBGA(塑料球栅阵列封装)、CBGA(陶瓷球栅阵列封装)、CPGA(陶瓷针栅阵列封装)和TBGA(载带状球栅阵列封装)采用位于其封装体底部的焊球或焊柱经过再流焊时熔化，与基板上的焊盘形成连接，消除了精细间距元件中由于引线问题而引起的共平面度和翘曲问题，保证了引脚的共平面度，同时焊球在溶化后具有自我对中功能和自我补偿功能，具有封装面积小、引脚数目多的特点，在移动、通讯、计算等智能电子装备所需的微处理/控制器、ASIC、CPU、SMPS、存储器等领域广泛应用。随着电子元器件日益趋于大容量化和高速化，迫切要求给其电子电路提供信号、电力供应的电路进一步小型化、多功能和高可靠性。陶瓷焊盘阵列封装外壳(CLGA)用底部Pad替换PBGA(塑料球栅阵列封装)、CBGA(陶瓷球栅阵列封装)、CPGA(陶瓷针栅阵列封装)和TBGA(载带状球栅阵列封装)外壳底部的焊球和焊针，不仅减少了板级封装过程铅的使用量，而且安装高度降低，重量减轻；避免了球栅/针栅焊点可靠性问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法，通过采用位于其封装体底部的一体化定位模组避免焊料起球影响主板焊接效果。技术方案：本专利技术公开一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，包括底部带有焊盘的陶瓷底座，所述陶瓷底座的底部设有定位模组，该定位模组与安装主板相适配。所述陶瓷底座为一面开口的空心体，其底部外表面设置有焊盘和定位模组，而其底部内表面则设有用于固定各类被封装元件的金属化焊接区和为其提供电源和信号的传输线。所述传输线包括位于金属化焊接区2表面的内表面连接线，以及其延伸至金属化焊接区下方的内埋连接线，还包括连接到焊盘的层间通孔。所述传输线将各个金属化焊接区按照一定的电路图案连接起来。所述金属化焊接区由多层金属材料构成，表层材料是金，第二层材料是金属镍、镍钴或者镍磷，第三层材料是金属钨或钼锰。所述表层材料厚度在1.3～5.7um，第二层材料厚度在1.3～8.9um，第二层材料厚度在在5～30um。一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳加工方法，包括以下步骤：采用激光打孔或者机械冲孔的方法在多片氧化铝或氮化铝生瓷片上加工阵列状的多个通孔；通过掩膜版将金属化浆料注入所述通孔内形成层间通孔，再采用带有金属化焊接区图形和内表面连接线和内埋连接线图形的丝网，将金属化浆料涂覆在每一片通孔填充后的生瓷片表面；采用机械冲制或者激光切割的方法在构成陶瓷底座封闭空间的多片生瓷片上加工腔体；经过上述加工的多个生瓷片叠在一起，所有生瓷片的通孔都相互对应并压实，形成含互联功能层的生瓷组件；用划片机将上述叠加后的生瓷组件从其上表面切成单个陶瓷生体；按照陶瓷底座开口处的尺寸制作金属封接框；用合金焊料实现金属封接框与沉积镍之后的金属化浆料气密焊接；陶瓷底座的金属化焊接区、腔内焊接区、传输线和金属封接框上沉积金属镍层和金层。所述步骤1)中生瓷片厚度为0.2mm，具有稳定介电常数、优良机械强度和高温稳定性，并具有与GaAs和Si相匹配热膨胀系数。所述步骤8)中金属镍层厚度为0.4～5.9um，位于镍层上方的金层厚度为1.3～5.7um。有益效果：本专利技术减少了板级封装过程铅的使用量，安装高度降低，重量减轻；避免了球栅/针栅焊点可靠性问题。所述外壳采用高温共烧陶瓷技术，电镀的方法进行加工，加工方法简单，产品具有机械强度高、化学性能稳定，电性能优良并且易满足后续芯片金锡焊接和金丝键合等封装工艺要求。附图说明图1为本专利技术陶瓷外壳内部结构示意图；图2为本专利技术陶瓷外壳结构图；图3为本专利技术一片生瓷片上通孔的分布示意图；图4为本专利技术定位模组的结构示意图；图5为本专利技术具有多个腔体结构单元的生瓷片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1和图2所示，本实施例公开了一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，外形尺寸为15.0mm×12.0mm×3.5mm，内部封闭空间为9.0mm×6.0mm×2.5mm，其包括陶瓷底座5、金属封接框6和金属盖板7。陶瓷底座5为一面开口的空心体，其底部外表面设置有焊盘1和定位模组8，而其底部内表面则设有用于固定各类被封装元件的金属化焊接区2和为其提供电源和信号的传输线3。围框4由机械强度高、耐化学性能好，绝缘性能优良的陶瓷加工而成。合金焊料将金属封接框6与金属盖板7焊接在一起，由围框4、金属盖板7和金属封接框6形成容纳各类被封装芯片组件和无源器件的封闭空间。由于本实施例公开的是一种二级封装，所以被封装的元件除了芯片组件以外还有其他无源元件。陶瓷底座5底部内表面铺设有多个金属化焊接区2，所述金属化焊接区2由多层金属材料构成，表层材料是金，第二层材料是金属镍、镍钴或者镍磷，第三层材料是金属钨或钼锰，表层材料厚度在1.3～5.7um，第二层材料厚度在1.3～8.9um，第二层材料厚度在在5～30um。金属化焊接区2用于焊接安装芯片、电容等元件，为内部被封装芯片组件和无源元件提供机械支撑。各个金属化焊接区2之间还内埋了相应的传输线3将各个金属化焊接区2按照一定的电路图案连接起来。传输线3包括位于金属化焊接区2表面的内表面连接线，以及延伸至金属化焊接区2下方的内埋连接线，还包括连接到焊盘1的层间通孔。焊盘1的数量、大小以及相邻焊盘间距都与将要安装的主板焊盘完全兼容。焊盘外部设有定位模组8，采用玻璃或者陶瓷等非金属材料，通过机械冲制、激光切割或丝网印刷并经后续多层陶瓷技术和镀覆工艺加工与陶瓷底座5形成整体。定位模组8高度在0.01～0.25mm，其为后续封装外壳焊接到主板时提供定位的作用，因为焊盘1直接焊接到主板上，其焊料易起球在主板上发生滚动、粘连甚至部分焊盘上的焊料缺失。而定位模组8避免了焊料流动导致外壳焊盘与主板之间焊料缺失或者相邻焊盘间桥接、焊料粘连滚动的问题，便于安装使用，提高了可靠性。一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳及加工方法，包括以下步骤：1)采用激光打孔或者机械冲孔的方法在多片厚度为0.2mm，具有稳定介电常数、优良机械强度和高温稳定性，并具有与GaAs和Si相匹配热膨胀系数的氧化铝或氮化铝生瓷片上加工孔径为0.2mm，成阵列状的多个通孔，相邻通孔间距0.2-1.0mm，通孔的排列如图3所示，每层通孔排布根据各自内埋连接线的设计而异。所述生瓷片的热膨胀系数为6.7x10-6/℃，而GaAs的热膨胀系数为6.5x10-6/℃，Si的热膨胀系数为4.4x10-6/℃，可见三者的热膨胀系数在同一数量级上。所有生瓷片尺寸相同。2)通过掩膜版将金属化浆料注入所述通孔内形成层间通孔，再采用带有金属化焊接区图形和内表面连接线和内埋连接线图形的丝网，将5～30um厚的金属化浆料涂覆在每一片通孔填充后的氧化铝生瓷片表面。由于传输线既包括内表面连接线，还包括内埋连接线以及层间通孔，所以每一片生瓷片表面涂覆的金属化浆料图案并不一样，有的生瓷片表面涂覆的是表面连接线，有的是内埋连接线，有的兼而有之。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，包括底部带有焊盘的陶瓷底座(5)，所述陶瓷底座(5)的底部设有定位模组(8)，该定位模组(8)与安装主板相适配。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，包括底部带有焊盘的陶瓷底座(5)，所述陶瓷底座(5)的底部设有定位模组(8)，该定位模组(8)与安装主板相适配。2.根据权利要求1所述的陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，所述陶瓷底座(5)为一面开口的空心体，其底部外表面设置有焊盘(1)和定位模组(8)，而其底部内表面则设有用于固定各类被封装元件的金属化焊接区(2)和为其提供电源和信号的传输线(3)。3.根据权利要求2所述的陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，所述传输线(3)包括位于金属化焊接区2表面的内表面连接线，以及其延伸至金属化焊接区(2)下方的内埋连接线，还包括连接到焊盘(1)的层间通孔。4.根据权利要求2所述的陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，所述传输线(3)将各个金属化焊接区(2)按照一定的电路图案连接起来。5.根据权利要求2所述的陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，所述金属化焊接区(2)由多层金属材料构成，表层材料是金，第二层材料是金属镍、镍钴或者镍磷，第三层材料是金属钨或钼锰。6.根据权利要求5所述的陶瓷平面焊盘阵列封装外壳，其特征在于，所述表层材料厚度在1.3～5.7um，第二层材料厚度在1.3～8.9um，第二层材料厚度在在5～30um。7.一种陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐利锋，程凯，陈寰贝，周昊，张鹏飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32