一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳制造技术

本实用新型专利技术提供的一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳；包括陶瓷外壳，陶瓷外壳内包括控制芯片区和辅控芯片区，控制芯片区和辅控芯片区之间设置有台阶，辅控芯片区中设置有多个金属层和内电极，金属层和内电极与陶瓷外壳底部的外电极连接，每个金属层之间通过凸起或凹陷隔开，所述陶瓷外壳上还固接有封口环,封口环上通过盖板密封。本实用新型专利技术将大功率芯片、控制子系统芯片及外围辅控芯片及无源器件直接安装在同一基座之上，实现一个基本完整、独立的系统功能；将功率芯片烧结在以钨铜为材料的大热沉之上，热沉材料贯穿于陶瓷壳体之间，实现内外电连接，大大降低了零件的寄生阻抗，同时最大程度提升产品散热效率，增加产品功率密度。产品功率密度。产品功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳


[0001]本技术涉及一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的飞速发展，集成电路已进入后摩尔定律时代，现有的工艺手段和设备很难将集成电路带到一个新的高度，所以目前半导体技术已慢慢向SIP技术发展。如公开号为CN111599802A公开的一种陶瓷封装外壳，其电路板上设有上表面与陶瓷绝缘子上表面平齐的第一阶梯结构，第一阶梯结构设有用于与射频传输结构连接的键合结构，电路板上设有与焊盘结构焊接的电路板焊盘结构，但其并未将具有一定功率的发热芯片和辅助芯片进行物理隔离，功率芯片的很饥饿方式和普通芯片相同，使其功率芯片散热效果差，导致封装后产品的效果并不理想。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本技术提供了高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳，该产品具有高功率密度、高可靠性、转换效率高等特点。零件包括陶瓷壳体和金属组件，陶瓷壳体与金属组件通过精确的计算和设计，使整个产品处于一种最优的状态。产品的主要功率组件散热设计是直接将功率芯片烧结在以钨铜为材料的大热沉之上，热沉材料贯穿于陶瓷壳体之间，实现内外电连接，大大降低了零件的寄生阻抗，同时最大程度提升产品散热效率，增加产品功率密度。同时，在零件的局部区域(关键寄生参数区)使用TU1材料，贯穿于陶瓷腔体和外部，实现贯穿式连接，以降低产品的寄生阻抗和感抗，从而提升产品可靠性。该陶瓷零件的设计是混合集成电路高功率集成化、小型化陶瓷封装类零件的典型代表，可满足电子元器件在科研及生产上对该外形封装产品的高可靠性、高集成度要求和技术要求。
[0004]本技术通过以下技术方案得以实现。
[0005]本技术提供的一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳；包括陶瓷外壳，陶瓷外壳内包括控制芯片区和辅控芯片区，控制芯片区和辅控芯片区之间设置有台阶，辅控芯片区中设置有多个金属层和内电极，金属层和内电极与陶瓷外壳底部的外电极连接，每个金属层之间通过凸起或凹陷隔开，所述陶瓷外壳上还固接有封口环,封口环上通过盖板密封。
[0006]所述控制芯片包括热沉，热沉加工在陶瓷外壳底部的通孔内，热沉的中部伸入陶瓷外壳内且加工为凸型，陶瓷外壳的边缘固接在陶瓷外壳底部。
[0007]所述陶瓷外壳底部还加工有连接夹层作为金属层之间的连接部件。
[0008]所述外电极和金属层及内电极之间通过贯穿电极连接。
[0009]所述金属层由多层金属构成，表层是纯金，第二层是金属镍或镍钴或者镍磷，第三层材料是金属钨或钼锰，表层和第二层材料均采用电镀的方式进行镀覆，第三层是先将金属浆料印刷在陶瓷上，然后在进行固化。
[0010]所述外电极由多层金属组成，表层是纯金，第二层是金属镍或镍钴或者镍磷，表层和第二层均采用电镀的方式进行镀覆。
[0011]一种高功率密度混合集成微电路模块的封装方法，其步骤为：
[0012](1)将外壳进行清洗；
[0013](2)将模具进行湿法清洗，使用真空或氮气烘烤；
[0014](3)准备待封装的功率芯片、子系统控制芯片及外围辅控芯片，无源器件，并选取焊接材料为高温焊片，中温焊膏，纳米银膏焊料；
[0015](4)在外壳中依次固定大体积芯片、小体积芯片、无源器件；
[0016](5)将烧结后的模块，置于键合机上通过互连材料进行各个上层芯片与外壳内表面电极及图形成进行引线键合，得到电性能互连的模块；
[0017](6)将模块放入平行缝焊设备，在外壳安装盖板，进行封口环与盖板封接，完成高功率密度混合集成微电路模块的模组封装。
[0018]所述清洗步骤为：
[0019]①
先将外壳进行湿法清洗，在真空或氮气环境下烘烤；
[0020]②
再将外壳进行等离子清洗，清洗气体为Ar氩等离子。
[0021]大芯片固定步骤为：
[0022]①
在每个焊接区线安装焊片；
[0023]②
再将芯片按照位置要求放置在每个焊接区的焊片之上；
[0024]③
再在芯片上放置石英压块；然后将模具整体放置在真空烧结炉中进行高温烧结；
[0025]小芯片固定步骤为：
[0026]将纳米银膏焊料点在芯片安装位置；
[0027]②
将芯片压紧在焊料之上；
[0028]③
最后放入烘箱中进行固化，固化温度不超过250℃；
[0029]无源器件的固定步骤为：
[0030]①
将中温焊膏点在无源器件安装位置；
[0031]②
将无源器件按照位置要求安装在焊料之上；
[0032]③
在无源器件之上放置压块；
[0033]④
将组装完成的模具整体放置在真空烧结炉中进行烧结。
[0034]所述高温烧结过程为：
[0035]①
以设定的升温速度V1升温至预设的温度T1保温t1时间后；抽真空，抽真空t1时间后再次充入氮气；
[0036]②
设定升温速度V2升温至预设温度T2，保温T3时间后；再次抽真空，抽真空t4时间后；
[0037]③
设定升温速度V3升温至预设温度T3，保温T5时间后；
[0038]④
开始降温，设定降温速度V4，当温度降至熔点以下后开始充入氮气，最后随炉冷却，完成器件烧结；
[0039]升温速度关系，V1＞V2＞V3＞V4。
[0040]本技术的有益效果在于：将大功率芯片、控制子系统芯片及外围辅控芯片及
无源器件直接安装在同一基座之上，实现一个基本完整、独立的系统功能；
[0041]将原先需要在PCB板级封装实现的系统功能进行了SIP集成技术封装，让功能系统具有更高的性能及更高的功率密度、更多的功能以及更小的体积；
[0042]将功率芯片烧结在以钨铜为材料的大热沉之上，热沉材料贯穿于陶瓷壳体之间，实现内外电连接，大大降低了零件的寄生阻抗，同时最大程度提升产品散热效率，增加产品功率密度。
附图说明
[0043]图1是本技术的结构示意图；
[0044]图2是本技术的图1A
‑
A向截面结构示意图；
[0045]图3是本技术的外电极结构示意图；
[0046]图4是本技术的芯片封装结构示意图；
[0047]图中：1
‑
封口环，2
‑
陶瓷外壳，3
‑
热沉，4
‑
贯穿电极，5
‑
内电极，6
‑
B1外电极，7
‑
C1外电极，8
‑
F1外电极，9
‑
E内电极，10
‑
H内电极，11
‑
D内电极，12
‑
B内电极，13
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳，其特征在于：包括陶瓷外壳(2)，陶瓷外壳(2)内包括控制芯片区和辅控芯片区，控制芯片区和辅控芯片区之间设置有台阶，辅控芯片区中设置有多个金属层和内电极，金属层和内电极与陶瓷外壳(2)底部的外电极连接，每个金属层之间通过凸起或凹陷隔开，所述陶瓷外壳(2)上还固接有封口环(1),封口环(1)上通过盖板密封。2.如权利要求1所述的高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳，其特征在于：所述控制芯片包括热沉(3)，热沉(3)加工在陶瓷外壳(2)底部的通孔内，热沉(3)的中部伸入陶瓷外壳(2)内且加工为凸型，陶瓷外壳(2)的边缘固接在陶瓷外壳(2)底部。3.如权利要求1所述的高功率密度混合集成微电路模块的封装外壳，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王曾，向跃军，马路遥，潘朋涛，蒋兴彪，罗健明，邓丹，
申请(专利权)人：中国振华集团永光电子有限公司国营第八七三厂，
类型：新型
国别省市：