一种复合基板一体化封装结构及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种复合基板一体化封装结构及其制备工艺。封装结构包括基板层和罩设在基板层上方的密封外壳，且所述基板层与密封外壳围成一密封腔体；所述基板层与密封外壳之间依次设有第一金属化层和粘接层；所述密封腔体内设有元器件，且所述元器件通过第二金属化层连接在基板层上方。由以上技术方案可知，本发明专利技术通过设置一体化的基板层与密封外壳封装结构，将基板层表面的电性能和密封外壳的密封特性组合在一起，直接在单层或多层布线的基板层表面实现一体化封装的特性，适用于混合集成技术领域，具有尺寸更小、成本更高、可靠性更高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子及光电子产品封装
，具体涉及一种复合基板一体化封装结构及其制备工艺。
技术介绍
混合集成技术具有可靠性高、灵活多变等特点，广泛应用于在微电子及光电子封装
混合集成电路传统的模块是将基板放置在专用的外壳中，在基板表面组装各种芯片、二极管、电阻、电容等元件来实现内部电性能，外壳实现密封和电性能输入输出的功能。随着电子系统向体积更小、速度更快、功能更多、性能更强的方向发展，传统的结构方式面临巨大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合基板一体化封装结构及其制备工艺，该结构及其制备工艺能够解决现有技术中存在的不足，将基板层表面的电性能和密封外壳的密封特性组合在一起，直接在单层或多层布线的基板层表面实现一体化封装的特性，具有尺寸更小、成本更高、可靠性更高等特点。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种复合基板一体化封装结构，包括基板层和罩设在基板层上方的密封外壳，且所述基板层与密封外壳围成一密封腔体；所述基板层与密封外壳之间依次设有第一金属化层和粘接层；所述密封腔体内设有元器件，且所述元器件通过第二金属化层连接在基板层上方。所述密封外壳包括连接在粘接层上方的密封框以及安装在密封框上方的密封盖。所述的基板层的材料为单层氧化铝陶瓷、单层氮化铝陶瓷、低温共烧多层陶瓷或高温共烧多层陶瓷中的任意一种，且基板层的表面粗糙度小于0.50μm，平面度小于2μm/mm。所述的第一金属化层和第二金属化层的材料分别为钨、钛、钨钛合金、钽、氮化钽、铬、镍、镍铬合金、铂、钯、金中的一种或多种的任意组合，且所述第一金属化层和第二金属化层的结构根据需要可以不同；第一金属化层至少为两层结构，表层的材料为金，提供焊接时的浸润性，下面一层的材料为镍、铂、钯中的任意一种，提供焊接阻挡作用。所述粘接层的材料为金锡合金、银锡合金、铋锡合金、铟锡合金、锡铜合金、锡铅合金、金硅合金、金锗合金、有机粘接胶中的任意一种，且所述粘接层的厚度为3~500μm。所述元器件为芯片、电阻、电容、电感、二极管、三极管、功率放大器、玻璃中的一种或多种的任意组合。所述密封框的材料为不锈钢、可伐合金、铜、铁、镍中的一种或多种的任意组合，且所述密封框的高度为0.1~50mm。所述密封盖的材料为不锈钢、可伐合金、铜、铁、钴、镍、玻璃、锗中的任意一种或多种的组合。本专利技术还涉及一种上述复合基本一体化封装结构的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤：（1）采用陶瓷基板制作成基板层：先采用压制、流延的方式制备生瓷，再将生瓷烧结或印制图形后制备成陶瓷基板，最后再对陶瓷基板的表面进行研磨抛光处理，得到基板层。（2）将制作好的基板层清洗后，采用真空镀膜的方式，在基板层的表面分别制备第一金属化层和第二金属化层；同时，采用电镀方式，将第一金属化层的表层金层加厚至所需要的厚度。（3）若第一金属化层和第二金属化层的金属化图形相同，则采用光刻方式在第一金属化层和第二金属化层上制备出需要的金属化图形；若第一金属化层和第二金属化层的金属化图形不同，则采用光刻和真空镀膜或电镀方式分别在第一金属化层和第二金属化层上制备出各自相应的金属化图形。（4）根据产品的尺寸参数需求，采用砂轮或激光方式，将制备好金属化图形的基板层切割成需要的基板层单元。（5）先在基板层单元的第二金属化层的表面组装元器件，再通过粘接层将密封外壳安装在第一金属化层的上方，从而得到复合基板一体化封装结构。由以上技术方案可知，本专利技术通过设置一体化的基板层与密封外壳封装结构，将基板层表面的电性能和密封外壳的密封特性组合在一起，直接在单层或多层布线的基板层表面实现一体化封装的特性，适用于混合集成
，具有尺寸更小、成本更高、可靠性更高等特点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是未安装密封盖的本专利技术的俯视图。其中：101、基板层，102、第一金属化层，103、粘接层，104、密封框，105、密封盖，106、元器件，107、第二金属化层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1-图2所示的一种复合基板一体化封装结构，包括基板层101和罩设在基板层101上方的密封外壳，且所述基板层101与密封外壳围成一密封腔体。所述基板层101与密封外壳之间依次设有第一金属化层102和粘接层103。所述密封腔体内设有元器件106，且所述元器件106通过第二金属化层107连接在基板层101上方。所述密封外壳包括连接在粘接层103上方的密封框104以及安装在密封框104上方的密封盖105。所述的基板层101的材料为单层氧化铝陶瓷、单层氮化铝陶瓷、低温共烧多层陶瓷或高温共烧多层陶瓷中的任意一种。通过对基板层材料的设置，能够使基板层作为整个复合基板一体化封装结构的支撑，具有较好的机械强度和良好的稳定性。此外，为了使复合基板一体化封装结构更加实用，可以采用低温共烧多层或高温共烧多层工艺，并利用多层布线设计而使基板层具有更多功能。基板层的表面粗糙度小于0.50μm，平面度小于0.2%（2μm/mm），这样能够使本专利技术所述的复合基板一体化封装结构的密封性能更好。所述第一金属化层位于基板层外周的上方，用于在陶瓷材质的基板层表面进行金属化，为后期粘接层提供金属化定位。所述第二金属化层位于基板层中间的上方，用于在陶瓷材质的基板层表面进行电路版图的不想，将元器件组装在第二金属化层的表面。所述的第一金属化层102和第二金属化层107的材料分别为钨、钛、钽、氮化钽、铬、镍、铂、钯、金中的一种或多种的任意组合，且所述第一金属化层和第二金属化层的厚度均大于0.50μm。优选的，为了使本专利技术所述的复合基板一体化封装结构的密封效果更好，所述第一金属化层需具有优良的焊接浸润性和耐焊性。一般镍系金属材料（镍、钯、铂）可以具备这两种功能，但是太薄的阻焊层（低于0.3μm）容易被焊透，从而与粘接层形成不了稳定的化合物，进而焊接失效；另外，过厚的单材料阻焊层（超过6μm）容易在焊料内部形成较大的内应力，该内应力点在经受多次温度循环或热冲击后，容易出现微裂纹甚至断裂失效。因此，在本专利技术所述的复合基板一体化封装结构中，所述第一金属化层采用了一种低应力的复合多层金属膜层结构，同时考虑到工艺成本及可制造性的需要，该复合多层金属膜层结构为镍层/铂钯合金层/镍层/金层或镍层/钨硅合金层/镍层/金层或镍层/钨钛合金层/镍层/金层中的任意一种低应力复合金属膜层结构。其中，镍层厚度为0.3～3μm，铂钯合金层或钨硅合金层或钨钛合金层的厚度均小于1μm。所述粘接层103的材料为金锡合金、银锡合金、铋锡合金、铟锡合金、锡铜合金、锡铅合金、金硅合金、金锗合金、有机粘接胶中的任意一种，且所述粘接层的厚度为3~500μm。优选的，为了使本专利技术所述的复合基板一体化封装结构的密封效果更好，可根据本专利技术的温度梯度设计，采用锡基或金基合金焊料作为粘接层来进行钎焊，焊料厚度为3～500μm。焊料可以采用焊膏或预成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：包括基板层和罩设在基板层上方的密封外壳，且所述基板层与密封外壳围成一密封腔体；所述基板层与密封外壳之间依次设有第一金属化层和粘接层；所述密封腔体内设有元器件，且所述元器件通过第二金属化层连接在基板层上方。

【技术特征摘要】
1.一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：包括基板层和罩设在基板层上方的密封外壳，且所述基板层与密封外壳围成一密封腔体；所述基板层与密封外壳之间依次设有第一金属化层和粘接层；所述密封腔体内设有元器件，且所述元器件通过第二金属化层连接在基板层上方。
2.根据权利要求1所述的一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：所述密封外壳包括连接在粘接层上方的密封框以及安装在密封框上方的密封盖。
3.根据权利要求1所述的一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：所述的基板层的材料为氧化铝陶瓷、单层氮化铝陶瓷、低温共烧多层陶瓷或高温共烧多层陶瓷中的任意一种，且基板层的表面粗糙度小于0.50μm，平面度小于2μm/mm。
4.根据权利要求1所述的一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：所述的第一金属化层和第二金属化层的材料分别为钨、钛、钨钛合金、钽、氮化钽、铬、镍、镍铬合金、铂、钯、金中的一种或多种的任意组合，且所述第一金属化层和第二金属化层的结构根据需要可以不同；第一金属化层至少为两层结构，表层的材料为金，下面一层的材料为镍、铂、钯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：所述粘接层的材料为金锡合金、银锡合金、铋锡合金、铟锡合金、锡铜合金、锡铅合金、金硅合金、金锗合金、有机粘接胶中的任意一种，且所述粘接层的厚度为3~500μm。
6.根据权利要求1所述的一种复合基板一体化封装结构，其特征在于：所述元器件为芯片、电阻、电容、电感、二极管、三极管、功率放大器、玻璃中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，李林森，崔嵩，高磊，黄平，李鸿高，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十三研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34