一种一体化三维集成系统级封装结构及其封装方法技术方案

本发明专利技术提供了一种一体化三维集成系统级封装架构及其封装方法，属于系统级封装技术领域；其包括陶瓷基板、密闭围框、盖板以及BGA焊球，陶瓷基板分为上下两层，基板上面开粘接芯片的微腔，密闭围框焊接在下层陶瓷基板上面，盖板焊接在密闭围框上，陶瓷基板下面设置BGA焊盘，BGA焊球通过BGA焊盘焊接在陶瓷基板下面，上下两层陶瓷基板通过上层陶瓷基板焊接的BGA球进行互联焊接。本发明专利技术还提供集成架构的封装方法。本发明专利技术内部集成密度提升近一倍，对外互联接口及气密封装的体积占用率大大降低，同时具备结构简单、装配步骤少，是实现一体化三维集成系统级封装的有效方式。三维集成系统级封装的有效方式。三维集成系统级封装的有效方式。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化三维集成系统级封装结构及其封装方法


[0001]本专利技术属于系统级封装
，具体为一种一体化三维集成系统级封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]随着军用电子设备短、小、轻、薄、小型化的工程需要，系统级封装正向着高密度、高性能、高可靠的方向发展。现有的系统级封装多为基于有机基板以及多层陶瓷基板的平面封装形式，即使是双面集成也需配备气密封装结构，从集成方式上就限制了集成密度及性能。难以适应电子设备系统级封装的工程需要。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种一体化三维集成系统级封装结构及其封装方法，其满足了多芯片、多性能、高密度一体化集成及气密等级需求。
[0004]本专利技术目的通过以下技术方案来实现：
[0005]一种一体化三维集成系统级封装结构，包括陶瓷基板、密闭围框、盖板和BGA球；
[0006]所述陶瓷基板包括上层陶瓷基板和下层陶瓷基板，所述陶瓷基板上表面开设有用于粘接芯片的微腔；陶瓷基板下表面植BGA球；其中下层陶瓷基板下表面的BGA球用于实现对外接口，上层陶瓷基板下表的BGA球用于实现系统级封装与下层陶瓷基板的三维垂直互联；所述密闭围框焊接在下层陶瓷基板上表面的外缘处，所述盖板焊接在密闭围框的顶部；
[0007]所述上层陶瓷基板位于下层陶瓷基板、密闭围框和盖板形成密闭空间内，上层陶瓷基板和下层陶瓷基板通过位于上层陶瓷基板下表面的BGA球固定连接；上层陶瓷基板和下层陶瓷基板相互平行。
[0008]所述BGA球焊接在陶瓷基板下表面对应的BGA焊盘上。
[0009]进一步的，所述陶瓷基板为多层陶瓷基板。
[0010]进一步的，所述陶瓷基板材料为LTCC或HTCC；所述密闭围框及盖板的材料为可伐合金或硅铝合金；所述BGA球为锡铅焊球、高铅焊球、铜核焊球、高分子内核焊球或焊料柱。
[0011]进一步的，所述陶瓷基板外表面镀镍金或镍钯金；所述密闭围框外表面镀镍金；所述盖板外表面镀镍金。
[0012]进一步的，所述密闭围框与陶瓷基板采用金锡焊接；所述盖板与密闭围框采用平行缝焊或激光封焊；所述上下层陶瓷基板通过BGA采用金锡焊接、锡锑焊接或锡银铜焊接。
[0013]一种一体化三维集成系统级封装结构的封装方法，其特征在于，用于封装如上述的一种一体化三维集成系统级封装结构，具体包括以下步骤：
[0014]步骤1，先将密闭围框焊接在下层陶瓷基板的上表面，并检查焊接部位的气密封特性；
[0015]步骤2，将各种待装配的芯片粘接在上、下两层陶瓷基板的上表面的微腔内，并进行金丝键合实现互连；
[0016]步骤3，将BGA球植在上层陶瓷基板下表面对应的BGA焊盘上，
[0017]步骤4，将带有BGA球的上层陶瓷基板焊接在下层陶瓷基板的上表面，并检查对应的连通性；
[0018]步骤5，将盖板焊接在密闭围框上，检查盖板焊接的气密性；
[0019]步骤6，将BGA焊球植在下层陶瓷基板下面对应的BGA焊盘上，即可实现一体化三维集成系统级封装。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术与现有其他技术相比，内部封装集成度提升近一倍，且利用垂直方向上下分层的立体集成方式，可实现系统级封装功能扩展，上下两层也可作为单独功能单元分别应用，以适应不同系统对于系统级封装的不同性能需求同时具备结构简单，装配步骤少等优点，是实现一体化三维集成系统级封装的良好解决方案。
附图说明
[0022]图1为实施例的剖视图。
[0023]图2为实施例的俯视图。
[0024]图3为实施例仰视图。
[0025]附图标记：1
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下层陶瓷基板；2
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上层陶瓷基板；3
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密闭围框；4
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盖板；5
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下层BGA球；6
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上层BGA球。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释说明本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合具体结构及原理对本专利技术一种一体化三维集成系统级封装结构及封装方法进行详细说明。
[0028]一种一体化三维集成系统级封装结构，包括陶瓷基板，密闭围框，盖板以及BGA球；所述的陶瓷基板分为上下两层，上层陶瓷基板上面开粘接芯片的微腔，陶瓷基板下面植BGA实现系统级封装与下层陶瓷基板的三维垂直互联，下层陶瓷基板上面开粘接芯片的微腔，陶瓷基板下面植BGA实现对外接口；所述密闭围框焊接在下层陶瓷基板上面，所述盖板焊接在密闭围框上，BGA球通过BGA焊盘焊接在陶瓷基板的下面。
[0029]本实施例中，陶瓷基板分为上下两层，实现立体三维集成封装每层陶瓷基板上面开粘接芯片的微腔，陶瓷基板起到了承载芯片、信号互联以及气密封装的作用，所述陶瓷基板的材料可以为LTCC(低温共烧陶瓷)或基板材料为HTCC(高温共烧陶瓷)。目前基于陶瓷基板的射频系统级封装多为单层平面布局，相比现有技术，本专利技术集成架构各功能模块之间的互联路径大大缩短，在相同平面面积下提高集成密度近一倍。
[0030]本实施例的陶瓷基板为多层陶瓷基板，且陶瓷基板为正方形结构。
[0031]所述密闭围框也为四方形框架结构，焊接在下层陶瓷基板上面，与下层陶瓷基板密闭契合。起到电磁屏蔽以及气密封装的作用。密闭围框及盖板材料为可伐合金或硅铝合金。
[0032]所述盖板平行封焊或激光封焊于密闭围框上，进而实现整体系统级封装的气密封装，材料为可伐合金或硅铝合金。
[0033]所述陶瓷基板的下表面设置有相应的BGA焊盘，BGA球通过BGA焊盘焊接在陶瓷基板下面。BGA球在系统级封装中起到了信号垂直对外互联的作用。所述BGA球为常规锡铅焊球，与常规印制板焊接工艺兼容。可选的，BGA球为高铅焊球、铜核焊球、高分子内核焊球或焊料柱等。
[0034]利用上述一体化三维集成系统级封结架构及实现方法进行封装的步骤如下：
[0035]步骤1，先将密闭围框焊接在下层陶瓷基板的上面，并检查焊接部位的气密封特性；
[0036]步骤2，将各种待装配的芯片粘接在上下两层陶瓷基板的上面的微腔内，并进行金丝键合实现互连；
[0037]步骤3，将BGA焊球植在上层陶瓷基板下面对应的BGA焊盘上，
[0038]步骤4，将带有BGA球的上层陶瓷基板焊接在下层陶瓷基板的上面，并检查对应的连通性；
[0039]步骤5，将盖板焊接在密闭围框上，检查盖板焊接的气密性；
[0040]步骤6，将BGA焊球植在下层陶瓷基板下面对应的BGA焊盘上，即可实现一体化三维集成系统级封装。
[0041]本实施例封装方法中所提到的焊接温度以及焊接方式的实现，对于本领域技术人员是容易实现的，只要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化三维集成系统级封装结构，其特征在于，包括陶瓷基板、密闭围框、盖板和BGA球；所述陶瓷基板包括上层陶瓷基板和下层陶瓷基板，所述陶瓷基板上表面开设有用于粘接芯片的微腔；陶瓷基板下表面植BGA球；其中下层陶瓷基板下表面的BGA球用于实现对外接口，上层陶瓷基板下表的BGA球用于实现系统级封装和下层陶瓷基板的三维垂直互联；所述密闭围框焊接在下层陶瓷基板上表面的外缘处，所述盖板焊接在密闭围框的顶部；所述上层陶瓷基板位于下层陶瓷基板、密闭围框和盖板形成密闭空间内，上层陶瓷基板和下层陶瓷基板通过位于上层陶瓷基板下表面的BGA球固定连接；上层陶瓷基板和下层陶瓷基板相互平行。所述BGA球焊接在陶瓷基板下表面对应的BGA焊盘上。2.根据权利要求1所述一种一体化三维集成系统级封装结构，其特征在于，所述陶瓷基板为多层陶瓷基板。3.根据权利要求1所述一种一体化三维集成系统级封装结构，其特征在于，所述陶瓷基板材料为LTCC或HTCC；所述密闭围框及盖板的材料为可伐合金或硅铝合金；所述BGA球为锡铅焊球、高铅焊球、铜核焊球、高分子内核焊球或焊料柱。4.根据权利要求3所述一种一体化三...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹学全，韩威，魏浩，梁栋，杨宗亮，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：