LTCC基板与封装的一体化制造

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:461

何中伟王守政

(华东光电集成器件研究所，安徽蚌埠 233042)

摘要：本文介绍了ltcc一体化基板／外壳封装的设计、制作与性能检测。

关键词：一体化基板/外壳；ltcc；钎焊；pga

中图分类号：tn305．94 文献标识码：a

1 前言

陶瓷多芯片组件(mcm-c)作为厚膜hic发展的高级阶段和一种实用的多芯片组件(mcm)，具有互连层数多、集成密度大、电学性能优、制造成本低等显著优点，得到了越来越广泛的应用，高密多层互连的mcm-c为实现复杂电子学单元、子系统甚至系统的小型化集成提供了其他微组装技术难以比拟的优势。然而，随着所集成对象的电学功能复杂性的增加和mcm-c的不断发展，mcm-c在基板绝对面积较大的同时因i／o数量多、组装效率高而造成单位面积基板上的外引线数很多，使其封装面临着减小外形尺寸、提高封装效率、保证i／o数量的难题。目前，市场可提供的pga、bga外壳仅适用于半导体ic芯片的封装，腔体小且外引线数量有限，而金属外壳虽可以封装较大尺寸的电路或组件，但外引线数量难以提高。因此，都无法满足高密度mcm-c封装的需要。

采用一体化基板／外壳(1sp，integralsubstrate／package)技术，将微电路或组件的基板作为封装的载体。，在基板上直接引出封装的i／o端子并装连封装体的其他部分，使基板与外壳成为一个封装整体，可以较好地解决高密度集成复杂mcm-c的封装难题。

本文介绍的一种将低温共烧陶瓷(ltcc，low temperatureco-fired ceramic)基板与封装外壳腔壁、pga外引线进行一体化封装的方法，有效地实现了ltcc型mcm-c的高性能封装。

2 一体化封装的基本结构与工艺设计

2．1 基本结构

如图1所示，uo引出端为pga的一体化封装mcm-c由ltcc基板(组件衬底)、钉头针状外引线、封装外壳腔壁和金属盖板等组成。

●ltcc基板制造时，将电学i／o端就近通过金属化孔从基板底面以标准节距(例如2．54mm×2．54mm)呈矩阵排列的外引线金属化焊盘引出、在
基板的顶面网印制作出金属封装腔壁的金属化焊区(焊盘和焊区由粘附层与阻挡层构成，后者覆盖前者)：

●待焊接件在钎焊组装前在三氯乙烷中沸浴洁净，焊接过程中也应保持清洁，以获得最大的焊接粘着力；

●(在基板上安装互连裸芯片等元器件之前)通过钎焊(brazing)工艺，用合金材料在基板底面的各i／o端子焊盘内焊接上钉头针状外引线或制作出焊球凸点，形成标准pga引线或标准bga端子，在基板顶面的焊区中焊接上柯伐封装腔体侧壁(side wall)；

●清洗一体化组装了的ltcc多层基板、封装腔壁与pga引线／bga端子，去除焊接残渣。

●(在基板上安装互连元器件之后)通过平行缝焊等熔封工艺将柯伐合金盖板与腔体侧壁封接在一起，构成一体化气密性封装的mcm-c。

2.2 封装工艺

一体化封装的基本工艺流程如图2。

3 一体化制造工艺

3.1 材料

本研究所采用的组装、封装直接材料如表1。

3．2 钎焊设备、曲线与工装

我们使用推板式氮气烧结炉和氮氢混合气体(其中h2占3％)链式钎焊炉，均完成了ltcc基板与pga钉头引线、柯伐合金腔壁的一体化钎焊组装。

基本的钎焊曲线如图3所示，主要参数为周期55min，峰值温度410℃(2min)、升温速率25℃／min(100-410℃)、降温速率17．5℃／min(410—200℃)和6℃／min(200-100℃)。

一体化组装的主要工装有石墨舟和黄铜压块，如图4所示。石墨舟上开槽，用于ltcc基板定位，槽底钻出通孔阵列，用于插装pga钉头引线；在外壳腔壁上搁置黄铜压块，有助于提高钎焊的连接可靠性。