本发明专利技术是基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳及其制造方法。在高温共烧陶瓷形成的瓷件基础上，利用商品化的钼铜作为钎焊底座与垫片。形成一种表贴类外壳。本发明专利技术的有益效果：利用共面波导与类同轴的信号传输结构，能够实现毫米波下良好的微波性能。按照本发明专利技术所述工艺路线和方法制作的外壳，其散热能力、气密性和长期可靠性也能够满足Ka波段器件的封装需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种毫米波芯片外壳及其制造方法，尤其涉及一种基于高温共烧陶瓷 的毫米波芯片外壳及其制造方法。
技术介绍
目前，低温共烧陶瓷（LTCC，Low-temperature c〇-fired ceramic)是近年来兴起 的一种面向电子组装和封装的材料技术，以其优异的电子、机械、热机械特性已成为未来 电子元件集成化、模组化的首选方式之一，广泛用于低频至毫米波频段的微电子电路或者 模块的封装基板制造。LTCC由休斯公司于1982年开发，相应的封装基板加工方法是：将 LTCC (陶瓷粉与玻璃相材料制成的混合材料）通过流延工艺制成厚度精确而且致密的生瓷 带，在各层生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的水平 和垂直电互连图形，并将多个无源组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器 等）埋入各层陶瓷基板中，然后层压在一起，内外电互连引线可分别使用银、铜、金等高电 导率金属，在80(T90(TC下烧结，制成内置无源元件的、具备高密度三维电互连网络的封装 基板。LTCC基板表面可以贴装1C或分立有源器件，制成无源/有源元器件高密度集成的功 能模块，特别适合用于小型化的电子设备的制造。 而高温共烧陶瓷（HTCC，High-temperature c〇-fired ceramic)技术是一种采用将 钨等高熔点金属化浆料印刷于92-96%的氧化铝流延生瓷带上，然后经过叠片，层压后，在 1500-1600°C的高温下共烧为一体的工艺技术。高温共烧陶瓷与低温共烧陶瓷相比具有机 械强度高，化学性质稳定，散热系数高和材料成本低等优点。 高频和大功率正在成为封装外壳的重点发展方向，而以往的毫米波段芯片外壳多 采用基于低温共烧陶瓷工艺，其缺点在于成本过高，高温可靠性以及气密性都难以满足恶 劣条件的要求。因此在航空航天等高可靠领域，需要可靠性等级更高的HTCC技术制作毫米 波芯片外壳。但是由于HTCC领域的材料特性比LTCC材料特性稍差，氧化铝陶瓷材料与LTCC 陶瓷相比，介电常数与介质损耗都相对较高，而且目前国内的HTCC加工精度也不如LTCC的 加工精度高。这些都限制了 HTCC在毫米波芯片外壳中的应用。 本专利技术正是针对这些方面，以HTCC为基础，设计了特殊的传输结构，并采用特制 低损耗氧化铝陶瓷为原料，严格控制加工精度，最终获得满足高可靠要求的毫米波芯片外 壳。
技术实现思路
有鉴于此，针对现有技术中上述或其他不足，本专利技术提出了一种毫米波芯片外壳 及其制造方法，其能够实现毫米波芯片封装在Ka波段内较低的插入损耗与电压驻波比。 本专利技术提供一种基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳，其包括：陶瓷腔，由多层陶 瓷形成一体，用于放置所述毫米波芯片；陶瓷布线区，其为印在上层陶瓷上的金属导线形 成，该金属导线延伸至空腔的边缘，通过键合线与空腔内部的所述芯片电连接；可伐引线， 其在所述外壳每条边位于中间的引线为射频信号连接端；金属热沉，由垫片和底座形成； 其中，所述金属热沉和所述可伐引线都通过金属焊料焊接到陶瓷腔的底面；所述陶瓷布线 区通过金属化通孔分别与陶瓷腔区、背面引线上下形成电气连接。 优选地，通过垂直方向上打孔与平面方向上印刷金属化线条相结合实现电信号的 导通，在射频信号两旁采用密集的金属化通孔工艺，实现射频信号与其它信号的隔离，射频 通路采用共面波导与类同轴相连接的方式，控制线宽，线间距以及通孔直径使得其特征阻 抗为50欧姆。 优选地，所述底座和垫片的材料采用钥铜合金。 优选地，陶瓷内腔的尺寸为6. 25mm*4. 30mm*0. 50mm，垫片的尺寸为 6. 05mm*4. 10mm*0. 35mm,底座的尺寸为 7. 18mm*0. 15mm。 优选地，正面射频信号的线宽与线间距分别为〇. 4mm和0. 12mm，其背面射频信号 的线宽与线间距分别为〇. 25mm和0. 38mm，信号通路的金属化通孔孔径为0. 2mm，而接地金 属化通孔孔径为0. 15mm。 优选地，采用低损耗氧化铝陶瓷为原料制作流延生瓷带制备的陶瓷框，其介电常 数为9. 2。 优选地，还包括盖板，采用陶瓷盖板封接形式，避免了因采用金属盖板而引入的特 征阻抗的变化，从而保证高频下微波性能的稳定，另外，在陶瓷腔上层瓷带上印刷有阻焊 层，以防止封帽过程中焊料向内流淌。 优选地，连接金属引脚和封装内部导线的过孔是位于陶瓷内部实心过孔，各个金 属引脚之间的陶瓷腔体上制作金属化半切挂孔，获得良好的隔离。 本专利技术还提供了一种基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳的制造方法，其特征是 该方法包括如下工艺步骤： (1)采用低损耗陶瓷为原料制作流延生瓷带，按照HTCC多层陶瓷工艺制做内部有 毫米波射频通路的氧化铝陶瓷框； (2)将可伐引线、钥铜底座与垫片和陶瓷框通过Ag-Cu焊料在810°C?830°C的条 件下钎焊组装为毫米波外壳的半成品。钎焊顺序为先焊接底座与背面引线，然后再焊接垫 片； (3)将上述毫米波外壳的半成品，进行常规的镀镍镀金。形成封装Ka波段芯片的 晕米波外壳。 本专利技术的有益效果：本专利技术利用共面波导与类同轴相结合的传输模型，通过控制 线宽与线间距，以及通孔直径达到最小的插入损耗与驻波比，并实现50欧姆阻抗匹配。在 射频通道周围采用密集的金属化通孔进行接地，以实现射频信号与其他信号的良好隔离。 另外，通过控制腔体的尺寸，使其主模的谐振频率高于芯片的工作频率，从而避免腔体谐 振。本专利技术采用低损耗陶瓷材料以及HTCC工艺为基础，利用SMT技术的多引线封装外壳， 可广泛应用于多I/O引脚的芯片的封装。 【附图说明】 图1为本专利技术毫米波芯片外壳的正面示意图； 图2为本专利技术毫米波芯片外壳的背面示意图； 图3是本专利技术毫米波芯片外壳的射频通路的垂直剖面图； 图4为本专利技术毫米波芯片外壳的三维立体图； 图5是高温共烧陶瓷工艺的生产流程图； 图6本专利技术毫米波芯片外壳陶瓷框两层瓷带之间的印刷图。 图7为本专利技术毫米波芯片外壳的S参数仿真结果图。 【具体实施方式】 首先参照图1与图2的产品的结构与外形图，采用机加工法制备外形尺寸为 6. 05mm*4. 10mm*0. 35mm的钥铜垫片，7. 13mm*5. 18mm*0. 15mm的钥铜底座以及如1图所不的 可伐引线。对上述金属零件进行常规的清洗，镀镍后待用。 其次，按照如图5所示的HTCC工艺，采用特制低损耗陶瓷材料制作的流延生瓷带 制作尺寸为10. 21mm*8. 25mm*0. 5mm，内部布线满足要求的氧化铝陶瓷，并对其镀镍后待用。 然后按照图1、2所示，将镀镍后的可伐引线与钥铜底座一并通过Ag-Cu焊料在 800°C左右高温下焊接在陶瓷件的背面，再将钥铜垫片在同样的条件下焊接在正面的内腔 中。 将上述钎焊半成品经过常规的电镀镍金工艺制作形成毫米波表贴型外壳。经过测 试与筛选，可以用于Ka波段芯片的封装。 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明。 图1为本专利技术毫米波芯片外壳的正面示意图。如图所示，本专利技术提供了一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳，其包括：陶瓷腔，由多层陶瓷形成一体，用于放置所述毫米波芯片；陶瓷布线区，其为印在上层与底层陶瓷上的金属导线形成，该金属导线延伸至空腔的边缘，通过键合线与空腔内部的所述芯片电连接；可伐引线，其在所述外壳每条边位于中间的引线为射频信号连接端；金属热沉，由垫片和底座形成；其中，所述金属底座和所述可伐引线都通过金属焊料焊接到陶瓷腔的底面，再将所述金属垫片通过金属焊料焊接在正面腔体内部；所述陶瓷布线区通过金属化通孔分别与陶瓷腔区、背面引线上下形成电气连接。
【技术特征摘要】
1. 一种基于高温共烧陶瓷的毫米波芯片外壳，其包括： 陶瓷腔，由多层陶瓷形成一体，用于放置所述毫米波芯片； 陶瓷布线区，其为印在上层与底层陶瓷上的金属导线形成，该金属导线延伸至空腔的 边缘，通过键合线与空腔内部的所述芯片电连接； 可伐引线，其在所述外壳每条边位于中间的引线为射频信号连接端； 金属热沉，由垫片和底座形成； 其中，所述金属底座和所述可伐引线都通过金属焊料焊接到陶瓷腔的底面，再将所述 金属垫片通过金属焊料焊接在正面腔体内部； 所述陶瓷布线区通过金属化通孔分别与陶瓷腔区、背面引线上下形成电气连接。2. 如权利要求1所述的毫米波芯片外壳，其中，通过垂直方向上打孔与平面方 向上印刷金属化线条相结合实现电信号的导通，在射频信号两旁采用密集的金属化通 孔工艺，实现射频信号与其它信号的隔离，射频通路采用共面波导与类同轴相连接的方式， 控制线宽，线间距以及通孔直径使得其特征阻抗为50欧姆。3. 如权利要求1所述的毫米波芯片外壳，其中，所述底座和垫片的材料采用钥铜合金。4. 如权利要求1所述的毫米波芯片外壳，其中，陶瓷内腔的尺寸为 6. 25mm*4. 30mm*0. 50mm,塾片的尺寸为 6. 05mm*4. 10mm*0. 35mm,底座的尺寸为 7. 13mm*5. 18mm*0. 1 5mm...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永彬，庞学满，郭玉红，陈寰贝，程凯，
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
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