摘 要：本文闡述了CLCC陶瓷無引線片式載體外殼設(shè)計的基本要點。為便于大家探討和選用，同時介紹了國內(nèi)目前研制的部分產(chǎn)品的型號及規(guī)格。

關(guān)鍵詞：CLCC，外殼設(shè)計，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，工藝流程

中圖分類號：TN305.94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1681-1070（2005）08-16-07

1 引言

隨著集成電路向著大規(guī)模和超大規(guī)模方向發(fā)展，要求基片和印制線路板有較高的裝配密度，二十世紀(jì)七十年代中期，片式載體就是按照這個要求而發(fā)展起來的一種集成電路封裝外殼。眾所周知，片式載體具有以下特點：

①片式載體的面積為對應(yīng)得雙烈封裝面積的1/5-1/7;

②分布電感和引線間電容大約比對應(yīng)得雙列封裝小一個數(shù)量及；

③結(jié)構(gòu)有正方形、長方形、雙列形，可以進(jìn)行四邊布線；

④片式載體與對應(yīng)得雙列外殼一樣，可以在封蓋之前進(jìn)行預(yù)先檢驗和老化測試；

⑤成本降低，特別是64線以上更為顯著。

CLCC型外殼到二十世紀(jì)就是年代發(fā)展迅速，并且進(jìn)入了一個成熟的規(guī)?；a(chǎn)階段，形成了適于不同用途的系列外殼。 此時，手機、筆記本電腦、電動玩具、遙控器及視頻/音頻器件、數(shù)碼相機等消費類電子產(chǎn)品的體積越來越小，工作速度越來越快，智能化程度越來越高。這些都為電子封裝與組裝技術(shù)帶來的許多挑戰(zhàn)和機遇，并且逐步應(yīng)用到國防軍事領(lǐng)域。

微電子技術(shù)的發(fā)展主要是芯片設(shè)計、制造與封裝技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代武器對封裝的要求也越來越高。CLCC型外殼以其體積小、重量輕、布線面積小、長壽命、分布電感和線間電容小、I/O數(shù)目大、高可靠、低成本等優(yōu)勢，在軍事裝備及各種現(xiàn)代化通訊系統(tǒng)設(shè)備、電子儀器中地位越來越顯著。 在國外，CLCC型外殼發(fā)展極快，特別是日本京瓷已經(jīng)研制出適用于高密度、高可靠、表面貼裝用的標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，目前國內(nèi)幾家研制單位大都還處于CLCC型外殼的小批量供貨階段，與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)CLCC型外殼差距較大，主要表面在：尺寸和產(chǎn)品性能參數(shù)一致性差、表面粗糙、可靠性差、無法形成大批量生產(chǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種工程的需要，因此國內(nèi)所需CLCC型外殼大多依賴進(jìn)口。近幾年，國家也不惜投入了大量資金，扶持該項目的發(fā)展。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

CLCC無引線陶瓷片式載體外殼根據(jù)需要，設(shè)計成正方形、長方形、雙列形。其基體采用Al2O3陶瓷與W金屬化高溫共燒的上、中、底三層結(jié)構(gòu)。層為封接環(huán)焊區(qū)；第二層為鍵合區(qū)；第三層為芯片放置區(qū)。

2.1 封接環(huán)設(shè)計

CLCC無引線陶瓷片式載體外殼分為外殼上表面帶封接環(huán)和不帶封接環(huán)兩種。

①上表面帶封接環(huán)，是通過基體表面印上W金屬化，用銀銅焊料釬焊實現(xiàn)封接環(huán)和陶瓷的緊密結(jié)合，產(chǎn)品通過0.10mm或0.30mm鐵鎳合金或可伐蓋板與封接環(huán)進(jìn)行平行封焊或熔封。

②上表面不帶封接環(huán)，是通過基體表面印上W金屬化，用0.30mm帶金錫焊料環(huán)的鐵鎳合金或可伐蓋板與基體進(jìn)行熔封。

因此，根據(jù)不同要求設(shè)計成不同的形式。但帶金錫焊料環(huán)的鐵鎳合金或可伐蓋板成本較高，國內(nèi)目前更多地采用外殼表面帶封接環(huán)的這種結(jié)構(gòu)。

2.2 底面焊盤設(shè)計

焊盤的幾何形狀和尺寸決定了陶瓷無引線片式載體與焊接板的結(jié)合強度，根據(jù)多年的實踐，焊盤一般設(shè)計成矩形與城堡狀區(qū)對接，焊盤尺寸根據(jù)產(chǎn)品節(jié)距，長設(shè)計在0.85mm-1.91mm范圍內(nèi)，寬設(shè)計在0.64mm-1.0mm范圍內(nèi)。

2.3 布線設(shè)計

布線影響外殼的電參數(shù)、整個結(jié)構(gòu)和工藝性。因此，在設(shè)計時，布線長度盡可能取短，以利于減小引出線導(dǎo)通電阻、電感。在保證線條間距和絕緣電阻的前提下，盡量加大線條寬度以滿足合同對導(dǎo)通電阻等電參數(shù)的要求。

2.4 大版多工位設(shè)計

根據(jù)產(chǎn)品尺寸，在127mm×127mm生瓷片上盡可能分布多個圖形。采用127mm×127mm片上分布四小塊方陣，方陣中的密排設(shè)計，既考慮到合理利用面積，又考慮到工藝可行性。

2.5 電性能設(shè)計

(1)導(dǎo)通電阻

設(shè)計上，我們可通過公式(1)來計算導(dǎo)通電阻：

R=R□·L／W (1)
(1)式中，R：內(nèi)引線電阻(Ω)；
R□：方塊電阻(Ω／m m2)；
L：線條長度(m m)；
W：線寬(m m)。

(1)式中的R□為印刷導(dǎo)線的方阻值，通過計算每根線條的方塊數(shù)可獲得其阻值。

由于普遍采用純鎢漿作為導(dǎo)體漿料，其方阻值小于13m Ω／口，同時CLCC外殼的引線較短，因此，導(dǎo)通電阻滿足以下技術(shù)指標(biāo)是沒有問題的。技術(shù)指標(biāo)為：

引線數(shù)8～24線以下，電源線R≤0.10 Ω；信號線R≤0．30 Ω。

引線數(shù)28～52線以下，電源線R≤0.20 Ω；信號線R≤0.40 Ω。

引線數(shù)64～68線以下，電源線R≤0.20 Ω；信號線尺≤0.60 Ω。

(2)絕緣電阻設(shè)計

外殼絕緣電阻的降低會導(dǎo)致電極間的漏電流增大，使整個集成電路的性能下降或變壞。設(shè)計時，在保證外殼導(dǎo)通電阻盡可能小的前提下，保證一定的線條間距。同時還必須充分考慮材料選取、制造環(huán)境中溫度、濕度、潔凈度和制作工藝的控制。我公司目前采用的92％氧化鋁瓷，其體積電阻均大于1×114Ω·cm，因此，在嚴(yán)格控制工藝條件的情況下，可保證滿足絕緣電阻1×1010Ω的技術(shù)指標(biāo)要求。

(3)電感設(shè)計

矩形截面引線電感計算公式為：

L=2l{[ln2l／(b+c)]+0.5+0.2235(b+c)／l}(nH)(2)

(2)式中，L為矩形截面引線電感(n H)；
l為矩形截面引線長度(cm)；
6為矩形截面引線寬度(cm)；
c為矩形截面引線厚度(cm)。

(4)電容設(shè)計

在CLCC無引線陶瓷片式載體外殼中，兩根平行的金屬引線間產(chǎn)生的電容，根據(jù)高斯定理求出，電容為：

C：πεl／ln(d／r)(pF)(3)

(3)式中：l為引線長度(cm)；
ε為兩引線問絕緣體的介電系數(shù)；
d為兩引線間的距離(cm)；
r為引線的半徑(cm)。

從上式可知，當(dāng)相線間的長度愈長、引線間距離愈短時，ε愈大，其電容量愈大。這就要求在設(shè)計CLCC無引線陶瓷片式載體外殼結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量注意引線不宜過長或間距不宜過窄。

2.6 可靠性設(shè)計

外殼在使用過程中，遇到環(huán)境變化和機械沖擊等情況時，焊盤的牢固性、外殼的抗機械沖擊能力和氣密性是影響外殼質(zhì)量的重要因素。

(1)焊盤的牢固性

外殼對變頻振動和恒定加速度等項目都有著嚴(yán)格的要求，焊盤的牢固性是至關(guān)重要的。因此，要著重考慮陶瓷粉料和金屬粉料的純度、顆粒尺寸及顆料分布；陶瓷與金屬化層的匹配性以及排膠、燒結(jié)工藝；電鍍層的純度、致密度、厚度、均勻性等。

(2)抗機械沖擊能力

外殼的抗機械沖擊能力，由瓷體的結(jié)構(gòu)強度決定，與外殼設(shè)計、流延片厚度均勻性、層壓壓力大小、排膠曲線、燒結(jié)溫度等多種因素有關(guān)。為提高外殼抗機械沖擊的能力，對上述工藝必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(3)氣密性

我公司生產(chǎn)的CLCC外殼采用平蓋板與封接環(huán)的熔封結(jié)構(gòu)，蓋板為0.3mm厚的鐵鎳合金鍍金蓋板，因此外殼氣密性應(yīng)通過以下兩方面保證：

①陶瓷基體氣密性。采用92％，紫色氧化鋁瓷，通過控制加壓壓力、燒結(jié)溫度曲線和燒成氣氛，以保證陶瓷基體的氣密性。 ②封口可靠性。為提高封口可靠性，對封口區(qū)加焊封接環(huán)(4J29或4J42)，以提高封口平整度和可焊性；封接環(huán)的設(shè)計寬度略小于瓷體上框金屬化的寬度以利于釬焊后(經(jīng)驗表明，封接環(huán)的設(shè)計寬度比瓷體上框金屬化的寬度小0.20mm較合適)焊料在該位置形成"彎月面"，同時將蓋板和封接環(huán)的四周設(shè)計成圓角，通過上述方法以保證管殼封焊后的氣密性。

(4)熱設(shè)計

我公司采用92％紫色氧化鋁瓷，其導(dǎo)熱系數(shù)均大于25.2w．(mk)-1，因此采用其生產(chǎn)的CLCC外殼一般可滿足芯片的散熱要求。

3 工藝流程設(shè)計

CLCC型外殼的制造主要工藝流程。

4 CLCC陶瓷片式載體外殼工藝設(shè)計

由于設(shè)計所引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題在生產(chǎn)中是很難克服的，因此，設(shè)計師要了解CLCC陶瓷片式載體外殼的工藝特點，根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行設(shè)計。

(1)大版設(shè)計要考慮到模具的強度，四小方陣的間隙應(yīng)不小于6mm。

(2)上片、底片圖版設(shè)計應(yīng)有切痕標(biāo)志，以利于生瓷體切割對準(zhǔn)。

(3)根據(jù)正方形、長方形、雙列形等不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和孔壁金屬化工藝，通過掛漿工裝板抽真空吸附印刷實現(xiàn)。有的采有先掛漿后印刷；有的采用先印刷后掛漿；有的采用印刷、掛漿同時進(jìn)行的辦法，可較好地解決大版孔壁金屬化工藝，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

(4)壓痕技術(shù)關(guān)系到大版成品分離。因此，對壓痕深度、寬度要求很高。既要對位準(zhǔn)確，又要壓痕深淺、寬窄適中。壓痕太深易造成電鍍引線斷路，無法實現(xiàn)大版電鍍，壓痕太淺、寬度太窄易造成成品分離困難。經(jīng)過反復(fù)工藝試驗，壓痕深度正面控制到上片厚度尺寸，反面控制到底片加中片厚度的1／3、寬度為0.20mm時較理想。

5 結(jié)束語

CLCC陶瓷片式載體外殼設(shè)計要遵循標(biāo)準(zhǔn)化、適用性、可行性的原則。以上是本文作者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗對CLCC陶瓷片式載體外殼設(shè)計工藝的簡單總結(jié)，以供廣大設(shè)計人員參考，不足之處敬請指教。