一种三维气密封装结构及封装方法技术

本发明专利技术涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种三维气密封装结构及封装方法，包括相对设置的顶部封装基板和底部封装基板，顶部封装基板与底部封装基板均设置有芯片模组；用以形成气密结构的组合围框结构，组合围框结构包括限位件和围框件，限位件与围框件的相对配合面设置有对位配合结构；设置于顶部封装基板与底部封装基板之间的微柱结构，包括微柱体与微焊球，微柱体与微焊球导通顶部封装基板与底部封装基板。本发明专利技术通精确控制围框件与微柱体结构的高度一致，满足封装内上下两面均集成芯片的互连高度以及封装气密性的要求。限位件与围框件之间的相对配合面结构，提高了顶部封装基板与底部封装基板的对位效率，避免了繁琐的高精度对位操作。度对位操作。度对位操作。

【技术实现步骤摘要】
一种三维气密封装结构及封装方法


[0001]本专利技术涉及微电子封装
，具体涉及一种三维气密封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]小型化、多功能化和高性能化是电子系统发展的重要方向，基于系统级封装(SiP，System in Package)的三维集成技术是实现电子系统小型化和多功能化的重要途径。该技术强调使用转接板、封装基板，在三维方向实现芯片的堆叠，将多种芯片、器件和无源元件集成在一个封装体内，使综合集成密度更高。其中，陶瓷封装SiP同时具备高集成度和气密性的特点，是应用最广泛的高可靠封装结构。然而，传统陶瓷封装SiP的信号互连接口都集中在底面，不能满足射频阵列垂直方向信号高密度、低损耗传输的需求，限制了系统集成密度的提升。
[0003]中国专利202210032539.X提出了一种双面可集成互连接口的陶瓷封装结构，该封装的底板和盖板均为陶瓷封装基板，封装基板之间通过金属微柱实现互连，封装的上下两个外表面均为BGA接口，实现电气信号的纵向垂直传输；同时底板和盖板之间通过焊接金属围框实现SiP的气密封装。这种封装结构的实现难点在于：为满足封装内底板和盖板上芯片安装需求，围框和金属微柱的高度应至少达到毫米量级，同时多个金属微柱之间应具备极高的高度一致性，才能实现垂直方向的可靠互连与封装气密。然而，202210032539.X提出使用电镀工艺加工围框和金属微柱，高的围框/金属微柱需要通过多次厚胶光刻然后电镀的方式实现，一方面多次厚胶光刻的工艺难度高，易出现套刻偏差等问题；另一方面电镀围框/金属微柱与陶瓷封装基板之间严重的热失配将影响整体结构的可靠性，因此，电镀工艺加工的围框/金属微柱高度受限。
[0004]针对上述这些问题，现有技术尚未给出解决方案。故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

[0005]至少为克服其中一种上述内容提到的缺陷，本专利技术提出一种三维气密封装结构及封装方法，通过对封装基板之间的封装围框和微柱的配合进行改进，提高封装的精密度和气密效果，简化了封装的工艺过程。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术公开的封装结构可采用如下技术方案：
[0007]一种三维气密封装结构，包括：
[0008]相对设置的顶部封装基板和底部封装基板，顶部封装基板与底部封装基板的相对面上均设置有芯片模组，且顶部封装基板与底部封装基板的相背面均设置有互连接口；
[0009]设置于顶部封装基板与底部封装基板之间以形成气密结构的组合围框结构，组合围框结构包括对应设置于顶部封装基板与底部封装基板上且相对配合的限位件和围框件，限位件与围框件的相对配合面设置有对位配合结构；
[0010]设置于顶部封装基板与底部封装基板之间的微柱结构，包括导通配合的微柱体与
微焊球，所述的微柱体与微焊球导通顶部封装基板与底部封装基板。
[0011]上述公开的三维气密封装结构，通过组合围框结构将顶部封装基板与底部封装基板对位配合的形式形成精确的对正，提高了安装的精度；同时在顶部封装基板与底部封装基板之间设置的微柱结构能够实现导通，并且微柱结构的高度与组合围框结构的高度相同，有利于顶部封装基板与底部封装基板在对位配合后保持良好的接触密封。采用本专利技术公开的这种气密封装结构，可整体装配后进行同步焊接密封，避免了精密焊接对尺寸要求高、难以保证焊接质量的需求，能够同步进行加热焊接处理，实现整个气密封装结构的成型。
[0012]进一步的，本专利技术中将芯片模组设置于封装腔体内，并进行防干扰屏蔽处理，可通过多种方式实现芯片的防干扰，此处不进行唯一限定，并优化举出其中一种可行的选择：所述的芯片模组包括芯片，和将芯片焊接至顶部封装基板或底部封装基板的芯片焊层，以及将芯片罩住以屏蔽干扰的屏蔽件，所述的屏蔽件件与芯片之间形成气隙。采用如此方案时，顶部封装基板和底部封装基板均设置芯片，芯片通过芯片焊层连接固定；且屏蔽件为盖状的罩体，其通过焊料连接固定至芯片外侧并进行封罩。
[0013]进一步的，在本专利技术中，对位配合结构用以将围框件和限位件对正，使围框件能够在顶部封装基板和底部封装基板处围成封闭的空腔，对位配合结构可采用的方案并不被唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的对位配合结构包括凹陷结构与凸起结构，当限位件与围框件对正配合时，凹陷结构与凸起结构卡紧贴合；且凹陷结构与凸起结构之间还设置有气密连接层。采用如此方案时，凹陷结构与凸起结构形成Z字形、V形或锯齿形的拼合面，通过拼合面的精确配合，能够将顶部封装基板与底部封装基板快速对正，既保障了连接的准确性，又保障了连接的效率。
[0014]进一步的，为了更加稳定的设置组合围框结构，此处将安装结构进行优化设置并举出其中一种可行的选择：所述的底部封装基板上对应组合围框结构设置有连接导通座。采用如此方案时，连接导通座与组合围框结构之间可通过焊料进行密封连接。
[0015]进一步的，微柱体用于导通顶部封装基板与底部封装基板，其可采用的方案并不被唯一限定，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的微柱体从底部封装基板向顶部封装基板延伸，微焊球与微柱体的顶端连接配合。
[0016]再进一步，此处对微柱结构的设置方式进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的顶部封装基板与底部封装基板上均设置有连接导通座，微柱体与微焊球通过连接导通座将顶部封装基板与底部封装基板导通。采用如此方案时，微柱体与连接导通座连接固定后可实现信号的导通。
[0017]上述内容对气密封装结构进行了说明，本专利技术还公开了实现该气密封装的方案，现进行说明。
[0018]一种三维气密封装方法，用于制备上述内容所述的气密封装结构，包括：
[0019]在顶部封装基板与底部封装基板上对应设置连接导通座；
[0020]分别在顶部封装基板与底部封装基板上对应设置限位件与围框件，其中围框件与微柱结构同步设置且端面齐平，并在限位件和/或围框件的相对配合面上设置气密焊料层；
[0021]将微焊球固定至微柱体的端面上；
[0022]并至少将芯片对应连接固定于顶部封装基板和底部封装基板；
[0023]将限位件与围框件的相对配合面对正拼合，从顶部封装基板上端面进行加热加压进行气密焊接，同步使微柱结构焊接导通顶部封装基板与底部封装基板，在焊接过程中对封装腔体内抽真空。
[0024]上述公开的封装方法，对顶部封装基板与底部封装基板的组合围框结构进行设定后可用于对正限位配合；围框件与微柱结构的同步设置能够保持二者的端面齐平，有利于在设置气密结构的过程中提高精度。上述封装方法，在顶部封装基板与底部封装基板拼合后整体加热实现连接，避免了采用激光等逐点焊接的方式造成的局部温差所带来的应力影响封装结构的可靠性。
[0025]进一步的，本专利技术在制备围框件与微柱体时，将二者同步进行制备，并在连接后分离，具体进行优化并举出如下一种可行的方式：采用减材法从一块平板材料上加工处理得到围框件与微柱体的连接整体，平板材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维气密封装结构，其特征在于，包括：相对设置的顶部封装基板(1)和底部封装基板(8)，顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)的相对面上均设置有芯片模组，且顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)的相背面均设置有互连接口；设置于顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)之间以形成气密结构的组合围框结构，组合围框结构包括对应设置于顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)上且相对配合的限位件(3)和围框件(9)，限位件(3)与围框件(9)的相对配合面设置有对位配合结构；设置于顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)之间的微柱结构，包括若干导通配合的微柱体(10)与微焊球(11)，所述的微柱体(10)与微焊球(11)导通顶部封装基板(1)与底部封装基板(8)。2.根据权利要求1所述的三维气密封装结构，其特征在于：所述的芯片模组包括芯片(6)，和将芯片(6)焊接至顶部封装基板(1)或底部封装基板(8)的芯片焊层(5)，以及将芯片(6)罩住以屏蔽干扰的屏蔽件(7)，所述的屏蔽件(7)件与芯片(6)之间形成气隙。3.根据权利要求1所述的三维气密封装结构，其特征在于：所述的对位配合结构包括凹陷结构与凸起结构，当限位件(3)与围框件(9)对正配合时，凹陷结构与凸起结构卡紧贴合；且凹陷结构与凸起结构之间还设置有气密连接层。4.根据权利要求1或3所述的三维气密封装结构，其特征在于：所述的底部封装基板(8)上对应组合围框结构设置有连接导通座(2)。5.根据权利要求1所述的三维气密封装结构，其特征在于：所述的微柱体(10)从底部封装基板(8)向顶部封装基板(1)延伸，微焊球(11)与微柱体(10)的顶端连接配合。6.根据权利要求1或5所述的三维气密封装结构，其特征在于：所述的顶部封装基板(1)与底部封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢茜，张剑，高明起，常文涵，廖承举，叶惠婕，董乐，李文，赵明，朱晨俊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：