一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大規(guī)模集成電路陶瓷外殼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及芯片倒裝用陶瓷焊盤陣列外殼。
【背景技術(shù)】
[0002]電子元器件外殼是指元器件的封裝體，其主要功能是提供電(光)信號互連、機(jī)械保護(hù)、環(huán)境保護(hù)以及散熱等。在高可靠、高性能應(yīng)用領(lǐng)域，以氧化鋁陶瓷材料為基礎(chǔ)的陶瓷外殼保證高氣密性、高可靠性的首選封裝形式。隨著集成電路規(guī)模、引出端數(shù)、集成度的不斷增大，陶瓷封裝引出端節(jié)距不斷縮小，安裝組裝方式逐漸向表面安裝發(fā)展，陶瓷焊盤陣列外殼(CLGA)作為陶瓷球柵陣列(CBGA)、陶瓷柱柵陣列(CCGA)封裝的陶瓷底座，已成為當(dāng)前先進(jìn)陶瓷封裝的典型代表。
[0003]倒裝安裝是指在整個芯片表面按柵格陣列形式分布I/O端子，芯片直接以倒扣焊接在陶瓷外殼表面，通過上述柵格陣列形式分布I/O端子與外殼上對應(yīng)的點(diǎn)及焊盤實(shí)現(xiàn)電氣連接的芯片安裝方式。具有I/O數(shù)目多、寄生參數(shù)小、可靠性高等特點(diǎn)，已成為高I/O數(shù)(數(shù)千個)、高速高頻集成電路封裝的主流。
[0004]當(dāng)前將芯片倒裝安裝方式與陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)合的封裝形式，已成為千萬門級FPGA、高性能CPU等高端集成電路封裝的首選，由于這些高端集成電路功耗均較大，為滿足散熱需要，需要在芯片背面直接安裝散熱器，但現(xiàn)有封裝方式無法實(shí)現(xiàn)氣密性，在航天等高可靠領(lǐng)域應(yīng)用收到了較大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其用于氣密性芯片倒裝方式的封裝，能夠解決現(xiàn)有封裝方式無法實(shí)現(xiàn)氣密性的問題，能夠同時具有高機(jī)械可靠性、優(yōu)良的散熱性能和高氣密性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板和散熱蓋板，所述基板在與芯片安裝區(qū)域?qū)?yīng)排布柵格形式的芯片倒裝安裝焊盤，用于與芯片輸入/輸出端口連接，所述基板的另一側(cè)排布植球或植柱焊盤作為外部引出端，所述基板內(nèi)部為多層布線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片輸入/輸出端口與外部引出端互聯(lián)，所述蓋板的中部設(shè)有熱沉，用于與芯片背面粘接，還包括金屬封口環(huán)，其位于基板和蓋板之間，對基板和蓋板氣密性封閉連接，芯片安裝于所述封口環(huán)內(nèi)部；金屬封口環(huán)與陶瓷基板釬焊連接，金屬封口環(huán)的上端通過平行縫焊方式與散熱蓋板焊接。
[0007]優(yōu)選的，所述植球或植柱焊盤按照1.0mm或1.27mm節(jié)距排布。
[0008]優(yōu)選的，所述金屬封口環(huán)與陶瓷基板釬焊連接用釬料為AgCu28合金。
[0009]所述芯片倒裝安裝焊盤節(jié)距最小可達(dá)150 μπι。
[0010]優(yōu)選的，所述金屬封口環(huán)材料為鐵鎳合金或鐵鎳鈷合金。
[0011]優(yōu)選的，所述散熱蓋板的材料為鐵鎳合金，熱沉材料為鎢銅、鉬銅或鋁基碳化硅合金。
[0012]優(yōu)選的，所述陶瓷基板為多層氧化鋁陶瓷鎢金屬化高溫共燒制得。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明外殼結(jié)構(gòu)以陶瓷基板釬焊封口環(huán)，芯片倒裝固定連接于基板后，再將散熱蓋板與封口環(huán)采用平行縫焊的方法完成封裝。本發(fā)明能夠用于尚引出端數(shù)大規(guī)申旲集成電路封裝，可滿足尚精度、大容量?目號處理等尚端尚可靠應(yīng)用工程的需求；具有陶瓷件體積小、機(jī)械可靠性高、可實(shí)現(xiàn)大功率器件散熱、漏氣率小等優(yōu)點(diǎn)，氣密性達(dá)到彡1*10 3 (Pa.cm3/s)，引出端數(shù)可達(dá)1000以上，恒定加速度試驗(yàn)中，測試條件:恒定加速度30000g、n方向、lmin，測試合格。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1所示實(shí)施例的仰視圖；
圖3是圖1所示實(shí)施例的俯視圖。
[0015]其中，1、基板；2、封口環(huán)；3、蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了能夠更加清楚地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]—種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板1和散熱蓋板3，基板1在與芯片安裝區(qū)域?qū)?yīng)排布柵格形式的芯片倒裝安裝焊盤，用于與芯片輸入/輸出端口連接，基板1的另一側(cè)排布植球或植柱焊盤作為外部引出端，陶瓷基板1為多層氧化鋁陶瓷鎢金屬化高溫共燒制得，其內(nèi)部為多層布線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片輸入/輸出端口與外部引出端互聯(lián)，蓋板3的中部設(shè)有熱沉，用于與芯片背面粘接，還包括金屬封口環(huán)2，其位于基板1和蓋板3之間，對基板1和蓋板3氣密性封閉連接，芯片安裝于封口環(huán)2內(nèi)部；金屬封口環(huán)2與陶瓷基板1釬焊連接，金屬封口環(huán)2的上端通過平行縫焊方式與散熱蓋板3焊接。
[0018]其中，蓋板3的四邊側(cè)面底部設(shè)有矩形缺口，金屬封口環(huán)2包括環(huán)體，環(huán)體的底部與基板1釬焊連接，環(huán)體的上部向環(huán)內(nèi)伸出形成伸出部，環(huán)體沿其縱向截面呈倒L形，伸出部的前段位于蓋板3的矩形缺口處，且其頂面與蓋板3矩形缺口底面構(gòu)成平面接觸，經(jīng)平行縫焊后，伸出部的前段與蓋板3焊接，使得金屬封口環(huán)2對基板11和蓋板3形成氣密性封閉連接，伸出部的前段在矩形缺口內(nèi)與該缺口側(cè)面留有空隙。伸出部的前段厚度大于伸出部的后段。
[0019]本發(fā)明結(jié)構(gòu)的封裝方法，首先采用多層陶瓷共燒工藝制作陶瓷基板1，其芯片倒裝安裝焊盤數(shù)量、位置與芯片I/O —一對應(yīng)，節(jié)距最小可達(dá)150 μ m，陶瓷基板1引出端采用CLGA陶瓷焊盤陣列的封裝形式，引出端節(jié)距為1.00mm或1.27mm,芯片I/O與外部引出端的互聯(lián)由陶瓷基板1內(nèi)部的多層布線實(shí)現(xiàn)；在陶瓷基板1上焊接金屬封口環(huán)2，實(shí)現(xiàn)氣密性腔體，芯片安裝采用倒裝安裝方式，安裝于封口環(huán)2內(nèi)部；芯片安裝完成后，在芯片背面涂覆導(dǎo)熱膠，將散熱蓋板3中間部位的熱沉材料與芯片背面粘接在一起；最后，采用平行縫焊工藝將蓋板3四周與金屬封口環(huán)2四周焊接在一起。
[0020]金屬封口環(huán)2材料為鐵鎳合金或鐵鎳鈷合金，金屬封口環(huán)2采用AgCu28合金焊料在800°C溫度下焊接到陶瓷基板1上，氣密封接散熱蓋板3采用平行縫焊的方式與金屬封口環(huán)2焊接，對芯片形成氣密性保護(hù)，并為芯片提供散熱通道。散熱蓋板3的材料為鐵鎳合金，熱沉材料為媽銅、鉬銅或招基碳化娃合金。
[0021]本發(fā)明結(jié)構(gòu)能夠同時滿足氣密性和芯片散熱需要，具有機(jī)械可靠性高、散熱性能優(yōu)良、高氣密性的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足航天等高可靠領(lǐng)域應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基板(1)和散熱蓋板(3)，所述基板(1)在與芯片安裝區(qū)域?qū)?yīng)排布柵格形式的芯片倒裝安裝焊盤，用于與芯片輸入/輸出端口連接，所述基板(1)的另一側(cè)排布植球或植柱焊盤作為外部引出端，所述基板(1)內(nèi)部為多層布線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片輸入/輸出端口與外部引出端互聯(lián)，所述蓋板(3)的中部設(shè)有熱沉，用于與芯片背面粘接，其特征在于:還包括金屬封口環(huán)(2)，其位于基板(1)和蓋板(3)之間，對基板(1)和蓋板(3)氣密性封閉連接，芯片安裝于所述封口環(huán)(2)內(nèi)部；金屬封口環(huán)(2 )與陶瓷基板(1)釬焊連接，金屬封口環(huán)(2 )的上端通過平行縫焊方式與散熱蓋板(3)焊接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述植球或植柱焊盤按照1.0mm或1.27mm節(jié)距排布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬封口環(huán)(2 )與陶瓷基板(1)釬焊連接用釬料為AgCu28合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯片倒裝安裝焊盤節(jié)距為150 μ m。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬封口環(huán)(2 )材料為鐵鎳合金或鐵鎳鈷合金。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述散熱蓋板(3 )的材料為鐵鎳合金，熱沉材料為鎢銅、鉬銅或鋁基碳化硅合金。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陶瓷基板(1)為多層氧化鋁陶瓷鎢金屬化高溫共燒制得。
【專利摘要】本發(fā)明涉及大規(guī)模集成電路陶瓷外殼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及芯片倒裝用陶瓷焊盤陣列外殼，具體公開了一種氣密性芯片倒裝安裝用陶瓷焊盤陣列外殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部多層布線的陶瓷基板釬焊金屬封口環(huán)，倒裝安裝芯片后，再將散熱蓋板采用平行縫焊的方式與金屬封口環(huán)焊接，完成封裝，對芯片形成氣密性保護(hù)，并為芯片提供散熱通道，基板兩側(cè)分別設(shè)有互聯(lián)的焊盤，用于芯片I/O和外部引出連接。本發(fā)明能夠同時滿足氣密性和芯片散熱需要，具有機(jī)械可靠性高、散熱性能優(yōu)良、高氣密性的優(yōu)點(diǎn)，能夠用于高引出端數(shù)大規(guī)模集成電路封裝。
【IPC分類】H01L23/10, H01L23/373, H01L21/52
【公開號】CN105428321
【申請?zhí)枴緾N201510977191
【發(fā)明人】張崤君
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月23日