一种用于多元件集成的陶瓷封装结构的制作方法

1.本技术属于电路封装技术领域，尤其涉及一种用于多元件集成的陶瓷封装结构。


背景技术：

2.当前电路封装集成度越来越高，在单一封装结构内集成多个元器件已经非常普遍。在陶瓷封装的应用领域，最常见的多元件封装是将振荡子、光敏元件、热敏元件或压力、惯性等机械敏感元件与实现特定用途的asic芯片进行集成封装。当前，在陶瓷封装内实现多元件集成封装的方式主要有以下几种。
3.第一种实现方式，平面分布集成封装，即在陶瓷基座内部底面上，平铺放置多个元件。这种方式结构简单，对封装基座没有结构上的特殊要求。但也有一些固有缺点：一是平铺结构占用面积较大，不符合电子领域小型化的趋势；二是对于很多适合陶瓷封装的产品，如光电、红外、惯性等传感器，应用中需要考虑敏感器件的位置与轴向，而在平面分布集成封装中，通常难以实现敏感元件中心与封装结构中心的重合，这就加大了应用难度，甚至可能因此引入误差影响性能。
4.第二种实现方式，多元件叠层封装，即将多个元器件在垂直方向直接层叠在一起的方式。这种方式对封装基座也没有结构上的特殊要求，也比较节省面积，但需要直接安装在陶瓷基座上敏感元件或者需要部分敏感区域悬空安装的敏感元件，都不适合这种方式。
5.第三种实现方式，双面腔体封装，即在陶瓷基座的正反两面分别设计一个用于容纳元件的腔体，将元件分别封装于两个腔体中。这种方式一定程度上解决了上面所述的缺点，但由于需要分别在两面做元件安装操作，这样就需要两次封盖工序，增加了工艺复杂度并提高了成本。


技术实现要素：

6.为解决平面分布集成封装、多元件叠层封装或双面腔体封装中的技术问题，本技术提供一种用于多元件集成的陶瓷封装结构。
7.本技术实施例提供的一种用于多元件集成的陶瓷封装结构，包括封装基座，所述封装基座包括具有一开口的空腔，所述空腔内由上至下呈阶梯状逐级缩小；所述空腔内至少包括第一阶梯层和第二阶梯层，其中，所述第一阶梯层是指位于空腔内最顶端的阶梯层，所述第二阶梯层是指位于所述空腔内最低端的阶梯层；所述空腔内第一阶梯层用于封装第一元件；所述空腔内第二阶梯层用于封装第二元件；所述第一阶梯层的投影面积大于所述第二阶梯层的投影面积。
8.在一种可实现方式中，所述第一元件的尺寸与所述第一阶梯层的投影面积对应，所述第二元件的尺寸与所述第二阶梯层的投影面积对应；或者，所述第一元件为需要保暴露于感应环境因素中的元件，所述第二元件为不需要保暴露于感应环境因素中的元件；或者，所述第一元件为需要悬空安装的元件，所述第二元件为不需要悬空安装的元件。
9.在一种可实现方式中，所述第一元件与所述第二元件直接连接，或者，所述第一元
件与所述第二元件通过内嵌于所述封装基座内的金属线路连接。
10.在一种可实现方式中，所述第一元件和/或所述第二元件通过锡焊、金属线键合、导电胶和绝缘胶中任一种方式与所述封装基座上的金属线路连接。
11.在一种可实现方式中，在所述第一元件和/或所述第二元件通过金属线键合的方式与所述封装基座上的金属线路连接时，所述空腔内第三阶梯层用于金属线键合，所述第三阶梯层位于所述第一阶梯层与所述第二阶梯层之间。
12.在一种可实现方式中，所述第一元件为热释电敏感元，所述第二元件为热释电信号处理芯片，所述第三阶梯层用于所述热释电信号处理芯片与所述封装基座上的金属线路金属线键合，所述热释电敏感元通过导电胶安装于第一阶梯层。
13.在一种可实现方式中，还包括与所述封装基座配合的盖帽。
14.在一种可实现方式中，所述盖帽采用金属、玻璃、硅片、陶瓷或有机高分子材料制备而成。
15.综上，本技术提供的一种用于多元件集成的陶瓷封装结构，相对传统的to型金属封装，更便于编带包装、运输储藏以及自动化焊接，相对双面腔体封装，精简了结构、减少封装工序，从而降低了成本，同时能够实现元件与封装的物理中心对准。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1a为本技术实施例提供的一种用于多元件集成的陶瓷封装结构的立体结构示意图；
18.图1b为图1a的俯视图；
19.图1c为图1a的正视图；
20.图1d为图1a的侧视图；
21.图2a为本技术实施例提供的又一种用于多元件集成的陶瓷封装结构的立体结构示意图；
22.图3a为本技术实施例提供的第二元件与封装基座内的金属线路连接的一种实现方式的结构示意图；
23.图3b为本技术实施例提供的第二元件与封装基座内的金属线路连接的又一种实现方式的结构示意图；
24.图4a为本技术实施例提供的一种具有三层阶梯层的用于多元件集成的陶瓷封装结构的结构示意图；
25.图4b为利用图4a中陶瓷封装结构封装对热释电信号处理芯片进行封装的结构示意图；
26.图4c为在图4b的基础上对热释电敏感元进行封装的结构示意图。
27.附图标记说明
28.1-封装基座，11-空腔，111-第一阶梯层，112-第二阶梯层，113-第三阶梯层，12-第
二元件，13-热释电信号处理芯片，14-热释电敏感元；2-固定胶，3-金属线。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.如图1a至图1d所示，本技术提供一种用于多元件集成的陶瓷封装结构，包括封装基座1，所述封装基座1包括具有一开口的空腔11，所述空腔11内由上至下呈阶梯状逐级缩小。
31.本技术中封装基座1的空腔11内可以设置两层或更多层阶梯层，并且各层阶梯层由空腔11的开口方向向空腔11的底部方向逐级缩小，这样，在空腔11内形成多个具有不同尺寸的阶梯层。例如，空腔11内包括第一阶梯层111和第二阶梯层112，其中，第一阶梯层111位于第二阶梯层112上方，第一阶梯层111的投影面积大于所述第二阶梯层112的投影面积。
32.参见图1a可知，空腔11内第二阶梯层112为封装基座1的底部，一般用来封装芯片；空腔11内第一阶梯层111由封装基座1内壁向空腔11内延伸一定厚度形成，其中，第一阶梯层111的中间为镂空区域，这样，需要进行封装的元件可以搭接在第一阶梯层111上。其中，封装基座1的顶部用于与盖帽(图中未示出)连接封装。
33.本技术实施例提供的封装基座1能够满足对不同尺寸、不同安装需求的元件进行封装。
34.在第一种实现方式中，如果需要进行封装的元件具有不同的尺寸，例如，第一元件的尺寸大于第二元件的尺寸，则空腔11内第一阶梯层111可以用于封装第一元件，空腔11内第二阶梯层112可以用于封装第二元件，这样，两个具有不同尺寸的元件垂直设置在同一个封装基座的不同阶梯层上，一方面减小了占用面积，另一方面还可以满足调整各层元件之间轴向位置的需求。
35.在第二种实现方式中，如果需要进行封装的元件有需要暴露于感应环境因素之中的元件，例如，第一元件为需要暴露于感应环境因素之中的元件，第二元件为不需要暴露于感应环境因素之中的元件，则空腔11内第一阶梯层111可以用于封装第一元件，空腔11内第二阶梯层112可以用于封装第二元件，这样，第一元件位于最外阶梯层，满足其需要暴露于感应环境因素之中的需求。
36.在第三种实现方式中，如果需要进行封装的元件有需要悬空安装的元件，例如，第一元件为需要悬空安装，第二元件为不需要悬空安装的元件，则空腔11内第一阶梯层111可以用于封装第一元件，空腔11内第二阶梯层112可以用于封装第二元件，这样，第一元件间隔设置在第二元件之上，实现悬空安装。
37.需要说明的是，以上仅以包括两个阶梯层的用于多元件集成的陶瓷封装结构进行示例说明，并不表示对用于多元件集成的陶瓷封装结构中阶梯层数的限定，本技术实施例提供的用于多元件集成的陶瓷封装结构的空腔内可以包括两层或更多层的阶梯层。图2a示出了包括三层阶梯层的用于多元件集成的陶瓷封装结构，例如在第一阶梯层111与第二阶梯层112之间增加了第三阶梯层113。
38.采用包括更多层阶梯层的用于多元件集成的陶瓷封装结构，对多元件进行封装时，可以参照上述对不同尺寸、不同安装需求的元件进行封装三种实现方式进行封装。例如：需要进行封装的元件包括第一元件、第二元件和第三元件。
39.在第一种实现方式中，如果需要进行封装的元件具有不同的尺寸，例如，第一元件的尺寸大于第三元件的尺寸，第三元件的尺寸大于第二元件的尺寸，则采用空腔内分别与三种尺寸对应的阶梯层对三个元件进行封装，例如，第一阶梯层111的尺寸与第一元件的尺寸相对应，第二阶梯层112的尺寸与第二元件的尺寸相对应，第三阶梯层113的尺寸与第三元件的尺寸相对应，这样，可以采用第一阶梯层111封装第一元件，采用第二阶梯层112封装第二元件，采用第三阶梯层113封装第三阶梯层。
40.在第二种实现方式中，如果需要进行封装的元件有需要暴露于感应环境因素之中的元件，例如，第一元件为需要暴露于感应环境因素之中的元件，第二元件和第三元件为不需要暴露于感应环境因素之中的元件，则空腔11内第一阶梯层111可以用于封装第一元件，空腔11内第二阶梯层112和第三阶梯层113可以分别用于封装第二元件和第三元件，这样，第一元件位于最外阶梯层，满足其需要暴露于感应环境因素之中的需求。
41.在第三种实现方式中，如果需要进行封装的元件有需要悬空安装的元件，例如，第一元件和第三元件均为需要悬空安装，第二元件为不需要悬空安装的元件，则空腔11内第一阶梯层111和第三阶梯层113可以分别用于封装第一元件和第三元件，空腔11内第二阶梯层112可以用于封装第二元件，这样，第一元件间隔设置在第三元件之上，第三元件间隔设置在第二元件之上，实现第一元件和第三元件悬空安装。
42.需要说明的是，在对元件进行封装时，可以选用阶梯层数量与封装元件数量相同的用于多元件集成的陶瓷封装结构，或者，可以选用阶梯层数量多于封装元件数量的用于多元件集成的陶瓷封装结构，本技术对此不进行限定。
43.还需要说明的是，本技术实施例提供的用于多元件集成的陶瓷封装结构可以通过对预制成型的陶瓷材料进行烧结形成。
44.下面对本技术实施例提供的用于多元件集成的陶瓷封装结构中各元件之间的连接方式进行说明，为便于说明，以下仅以第一元件和第二元件之间的连接方式进行说明，如果还包括其他元件，可以参见以下第一元件和第二元件之间的连接方式。
45.在一种实现方式中，第一元件和第二元件可以通过直接连接的方式连通，例如，可以直接将第一元件的引脚与第二元件的引脚连接。
46.在另一种实现方式中，第一元件与所述第二元件可以通过内嵌于封装基座1上的金属线路连通。其中，金属线路一部分嵌入在封装基座1内部，金属线路另一部分裸露于外部作为键合点，用于与元件的引脚连接。这样，第一元件的引脚和第二元件的引脚分别与对应的金属键合点连接后，两个金属键合点通过嵌入在封装基座1内部的金属线路连通。
47.本技术对第一元件和第二元件与金属线路的连接方式不进行限定，例如，第一元件可以与金属线路通过锡焊、金属线键合、导电胶和绝缘胶中任一种方式连接；第二元件也可以与金属线路通过锡焊、金属线键合、导电胶和绝缘胶中任一种方式连接。
48.在第一元件和/或第二元件通过金属线键合的方式与封装基座1上的金属线路连接时，如图3a所示，由于第二元件12通过固定胶2固定于第二阶梯层112上后，第二元件12底部有固定胶2的溢出，因此，在将第二元件12的键合点a与第二阶梯层112上的键合点b通过
金属线3连通时，为了避让溢出的固定胶，需要在第二阶梯层112上的键合点b与第二元件12之间留出较大的净空间，这样，不利于装置的小型化需求。
49.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种可实现方式，该可实现方式中，单独采用一层阶梯层专门用于金属线键合。如图3b所示，在第二阶梯层112上单独设置一个专门用于金属线键合的第三阶梯层113，这样，第二元件12的键合点a与第三阶梯层113上的键合点b通过金属线3连接时，不受溢出的固定胶2的影响，从而可以减小在第二阶梯层112上预留的净空间，满足装置的小型化需求，另外，溢出的固定胶2与键合点a和键合点b不在同一平面上，因此不会被溢出的固定胶2侵占导致连接不良或短路。
50.图4a示出了本技术实施例提供的一种具有三层阶梯层的用于多元件集成的陶瓷封装结构的结构示意图。如图4a所示，封装基座1的空腔内由上至下依次为第一阶梯层111、第三阶梯层113和第二阶梯层112，封装基座1上嵌入有金属线路，其中，第一阶梯层111和第三阶梯层113上露出的灰色区域表示裸漏在外的金属线路部分，可用于与元件键合线连接。
51.图4b示出了利用图4a中陶瓷封装结构封装对热释电信号处理芯片13进行封装的结构示意图。如图4b所示，热释电信号处理芯片13被固定在第二阶梯层112上，热释电信号处理芯片13上的各个键合点分别通过金属线3与第三阶梯层113上的键合点连接，例如：热释电信号处理芯片13上的键合点a与第三阶梯层113上的键合点b对应连接。其中，第三阶梯层113单独用于金属线的键合。
52.图4c示出了在图4b的基础上对热释电敏感元14进行封装的结构示意图。如图4c所示，热释电敏感元14被固定在第一阶梯层111上，其中，热释电敏感元14可以采用导电胶与第一阶梯层111上裸漏在外的金属线路部分连接。
53.最后，可以采用与封装基座配合的盖帽(图中未示出)覆盖在封装基座1的顶部，完成封装。其中，盖帽可以采用金属、玻璃、硅片、陶瓷或有机高分子材料制备而成，本技术对此不进行限定。
54.采用本技术实施例提供的陶瓷封装结构对热释电信号处理芯片13和热释电敏感元14封装，相对传统的to型金属封装，更便于编带包装、运输储藏以及自动化焊接，相对双面腔体封装，精简了结构、减少封装工序，从而降低了成本，同时能够实现热释电敏感元14与封装的物理中心对准。
55.需要说明的是，图4b和图4c中第一阶梯层111和第三阶梯层113上裸漏在外的金属线路部分未采用填充方式示出，具体可参见图4a。
56.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
57.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
58.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。