一種基於LCP基板的封裝外殼及製備方法與流程

2023-08-06 19:35:06

本發明屬於集成電路製造技術領域，涉及一種在高密度封裝中的封裝空腔型外殼，用於微波、毫米波等高頻應用的高可靠封裝，具體地說是一種具有空腔結構、密封區的採用LCP基板作為襯底的封裝製備方法。

背景技術：

目前，集成電路主要有兩種封裝方式：一種是採用PCB基板作為襯底的塑封封裝，另一種是採用高溫共燒陶瓷的多層陶瓷封裝。二者採用完全不同的封裝材料和工藝，陶瓷封裝可以實現氣密封裝，但是成本高，製造工藝複雜，加工周期長，而且由於陶瓷基板的導體材料採用的是Mo或W，內埋高頻信號傳輸線時損耗很大，導致陶瓷封裝在毫米波等高頻電路特別是需要內埋射頻傳輸線時的使用受到限制。塑封的優點是成本低，但是由於無法實現氣密封裝，限制了塑封封裝在高可靠集成電路中的應用，此外由於PCB基板實現任意層互連的加工難度高和塑封對電磁波無屏蔽作用，限制了塑封封裝在超高集成度基板和高頻的應用。

因此，提供一種氣密封裝方式，彌補陶瓷封裝和塑封封裝的不足顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種基於LCP基板的封裝外殼的製備方法，滿足微波、毫米波等高頻集成電路的氣密封裝和小型化要求。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種基於LCP基板的封裝外殼，包括金屬圍框、設置於金屬圍框下的以任意層互連的多層LCP基板層壓形成的LCP基板複合層以及蓋在金屬圍框上的金屬蓋板；所述金屬圍框和LCP基板複合層氣密連接；所述金屬蓋板和金屬圍框氣密連接；

所述LCP基板複合層包括依次連接的晶片粘接層、金絲鍵合層以及元器件和金屬圍框焊接層，所述金屬圍框焊接層設置有通孔，實現良好的接地和空間隔離；

所述LCP基板複合層的各層設置有電鍍實心孔，實現任意層電氣連接。

本發明的有益效果是：

與陶瓷封裝和塑封封裝相比，採用金屬圍框和金屬蓋板可實現良好的通道隔離，該封裝更適用於高頻工作，該封裝不僅適用於單晶片封裝，也可以應用於多晶片和多器件的模塊和組件封裝；

與基於PCB的塑封相比，由於作為高分子材料的LCP基板為氣密材料，可以實現氣密封裝，應用於高可靠的集成電路中；此外，LCP基板可以實現任意層互連，更適用於高集成化封裝；

與高溫共燒陶瓷基板相比，LCP基板的介電常數(2.9)和介電損耗較低，工作頻率可應用到60GHz，此外，LCP基板可以內埋射頻信號傳輸線，適用於高密度封裝；

通過金屬圍框焊接、晶片粘接、金絲鍵合、雷射封焊，製得一種基於LCP基板的封裝，具有氣密性高、體積小、集成度高、重量輕的特點，可應用於微波、毫米波等高頻集成電路中。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述LCP基板複合層內埋射頻信號傳輸線和電源線。

採用上述進一步方案的有益效果是：設計更靈活，可以實現高密度集成化封裝，更適合應用於小型化封裝。

進一步，所述LCP基板複合層正面與所述金屬圍框底面均鍍有金鍍層。

採用上述進一步方案的有益效果是：使LCP基板複合層和金屬圍框實現良好的氣密連接。

進一步，所述金屬圍框和金屬蓋板的封焊面鍍有鎳鍍層。

採用上述進一步方案的有益效果是：使金屬圍框和金屬蓋板實現良好的氣密封裝。

同時，本發明還提供了一種基於LCP基板的封裝外殼的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：

(1)製備金屬圍框、金屬蓋板和LCP基板複合層；

(2)將金屬圍框焊接在LCP基板複合層的金屬圍框焊接層上，以實現金屬圍框與LCP基板複合層的氣密連接；

(3)將晶片粘接在焊接好金屬圍框的LCP基板複合層的晶片粘接層上；

(6)採用鍵合工藝將晶片和LCP基板複合層上的金絲鍵合層的焊盤級聯；

(7)採用雷射封焊工藝將金屬圍框用金屬蓋板在真空條件下進行封蓋。

進一步，所述步驟(1)的具體方法為：

在LCP基板複合層的正面鍍金2um；金屬圍框底面鍍金0.5um，且分別將金屬圍框和金屬蓋板的封焊面化學鍍鎳5um。

採用上述進一步方案的有益效果是更易於LCP基板複合層和金屬圍框、金屬圍框和金屬蓋板的焊接。

進一步，所述步驟(2)的具體過程為：

(21)將LCP基板複合層及金屬圍框用異丙醇溶液超聲清洗10-20分鐘；

(22)將錫銀銅焊膏均勻地塗抹在LCP基板複合層的金屬圍框焊接層上需要焊接金屬圍框的位置；

(23)將金屬圍框放置在LCP基板複合層(上需要焊接金屬圍框(1)的位置，用夾具固定LCP基板複合層和金屬圍框；

(24)將帶夾具固定的LCP基板複合層和金屬圍框放置在熱臺上，待錫銀銅熔化，熱臺溫度為230℃；

(25)待錫銀銅熔化10～20s後，將LCP基板複合層和金屬圍框整體移至防靜電工作檯上，在室溫下進行冷卻。

採用上述進一步方案的有益效果是實現基板和金屬圍框的氣密連接。

進一步，所述步驟(3)的具體過程為：

(31)在LCP基板複合層上晶片粘接層處均勻塗覆一層導電膠，導電膠厚度在0.05～0.12mm之間；

(32)將晶片放置在晶片粘接層處，再進行烘烤，烘烤溫度為120℃，烘烤時間50～60分鐘。

採用上述進一步方案的有益效果是保證晶片的可靠粘接。

進一步，所述步驟(4)的具體過程為：

採用熱聲焊機，用25um金絲將晶片的焊盤與LCP基板複合層的金絲鍵合層的焊盤級聯，金絲具有一定的弧度，弧高值為150um～200um。

採用上述進一步方案的有益效果是實現晶片和基板的可靠互連。

進一步，所述步驟(5)的具體過程為：

將產品放置在手套箱中，抽真空後進行雷射封焊，封蓋完成後放入氦質譜檢漏儀的真空容器內進行檢漏。

採用上述進一步方案的有益效果是實現金屬圍框和金屬蓋板的氣密封裝。

附圖說明

圖1為本發明封裝外殼各結構示意圖；

圖2為本發明封裝外殼整體示意圖；

圖3為本發明封裝外殼製備方法流程圖。

附圖中，1-金屬圍框、2-金屬蓋板、3-LCP基板複合層。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。

如圖1、圖2所示，一種基於LCP基板的封裝外殼，金屬圍框1、設置於金屬圍框1下的以任意層互連的多層LCP基板層壓形成的LCP基板複合層3以及蓋在金屬圍框1上的金屬蓋板2，LCP基板複合層3包括晶片粘接層、金絲鍵合層以及元器件和金屬圍框焊接層，金屬圍框焊接層設置有通孔，實現良好的接地和空間隔離；LCP基板複合層3的各層設置有電鍍實心孔，實現任意層電氣連接；LCP基板複合層3和金屬圍框焊接層通過焊接，實現氣密連接，金屬蓋板2和金屬圍框1通過雷射封焊，封焊面鍍有鎳鍍層，實現金屬蓋板2和金屬圍框1的氣密連接；LCP基板複合層3內埋射頻信號傳輸線和電源線。

如圖3所示，本發明還提出了一種基於LCP基板的封裝外殼的製備方法，包括以下步驟：

(1)製備金屬圍框1、金屬蓋板2和LCP基板複合層3。根據LCP基板可以實現任意層互連的特點進行設計，通過內埋射頻信號傳輸線和電源線等進行三維互連，實現高密度封裝。為了保證金屬圍框1焊接，LCP基板複合層3正面鍍金2um，金屬圍框1底面鍍金0.5um。此外，為了實現金屬圍框1和金屬蓋板2的雷射封焊，金屬圍框1和金屬蓋板2的封焊面化學鍍鎳5um。

(2)將金屬圍框1焊接在LCP基板複合層3的金屬圍框1焊接層上，此步驟為關鍵工藝。先清潔基板和金屬圍框1，用異丙醇溶液超聲清洗基板、金屬圍框1，10-20分鐘，再用錫銀銅焊膏均勻地塗抹在LCP基板上需要焊接金屬圍框1的位置，然後將金屬圍框1放置在LCP基板上，用夾具固定LCP基板和金屬圍框1。打開熱臺，溫度設置230℃，待溫度穩定後，將帶夾具固定的LCP基板和金屬圍框1放置在熱臺上，待錫銀銅熔化10～20s後，整體移至防靜電工作檯上，在室溫下冷卻後完成金屬圍框1焊接工藝。金屬圍框1焊接的合格判據是焊點光亮飽滿。

(3)將裸晶片粘接在LCP基板複合層3的晶片粘接層上。根據設計圖紙，在LCP基板複合層3上晶片預留位置處均勻塗覆一層導電膠，導電膠厚度在0.05～0.12mm之間，按圖紙放置晶片。整體放入高溫烘箱，120℃烘烤50～60分鐘。檢查晶片粘接情況，要求晶片粘接位置滿足圖紙要求，晶片四周可以看見溢出的導電膠且不超出規定的粘接區域。粘接合格的導電膠厚度為0.03～0.07mm。

(4)採用25um的金絲鍵合工藝將裸晶片和LCP基板複合層3上的金絲鍵合層的焊盤級聯。採用熱聲焊機，25um金絲焊接晶片與基板，要確保金絲具有一定的幅度(弧高典型值為150um～200um)，焊點的焊接位置應位於焊盤中心，不允許超出焊盤。

(5)採用雷射封焊工藝進行封蓋。將產品放置在手套箱中，抽真空後進行雷射封焊，封蓋完成後放入氦質譜檢漏儀的真空容器內進行檢漏，要求氦質譜檢漏儀檢測的氦氣流量低於1×10-3pa·cm3/s為滿足氣密要求。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。