專利名稱：微波電路的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波電路的封裝結(jié)構(gòu)，尤其是含有微波電路組件或微波集成電路組件的封裝結(jié)構(gòu)。
眾所周知，微波或毫米波范圍的波長(zhǎng)是短的，因此，設(shè)計(jì)包括傳輸線路的電路配置同時(shí)將傳輸線路上的不均勻性抑制到低水平并確保電路或線路之間隔離，是困難的。所以微波電路封裝必定是又復(fù)雜又昂貴。近些年來(lái)，微波單片式集成電路(以下簡(jiǎn)稱MMIC)逐漸適合于作為高頻帶的半導(dǎo)體集成電路。然而，MMIC有許多短處，比如易產(chǎn)生裂縫，使得存在許多封裝限制。尤其不適合于集成化分布怛定電路，這將導(dǎo)致大型化。
參照?qǐng)D8，該圖展示了傳統(tǒng)微波電路的封裝結(jié)構(gòu)，上述電路包括具有電路元件103、微波引線102和偏壓供給端107的MMIC、MIC組件101，各組件排列在主板100上。這里通過(guò)形成在主板100內(nèi)的外側(cè)導(dǎo)電孔109，將微波引線102和偏壓供給端107引至主板100的后面。通過(guò)印刷電路板等，釬焊偏壓供給端107。并且借助印刷電路板104作釬焊，把微波引線102電連接到另一組件或絕緣體108。把微波引線102的連接部分用蓋子106與外部隔離開(kāi)而屏蔽起來(lái)。
如圖8所示，由于MMIC不適合于主要由無(wú)源元件組成的分布恒定電路的集成化，有源元件被封入氣密性外殼內(nèi)，并且由微波帶狀線路和釬焊形成這些有源元件和外側(cè)無(wú)源元件之間的連接。因此，把MMIC封入氣密性外殼是昂貴的。而且要求具有精細(xì)分隔開(kāi)小室的復(fù)雜和昂貴的屏蔽外殼，以防止單元電路之間不應(yīng)有的電連接，這樣進(jìn)一步導(dǎo)致組裝成本的提高。
所以上述已有的封裝結(jié)構(gòu)存在如下缺點(diǎn)(1)為把為MMIC組裝到稱之為頭的氣密性外殼中，必須花費(fèi)相當(dāng)大的費(fèi)用，這是因?yàn)轭^本身很貴，而且裝配費(fèi)用也高;
(2)細(xì)分成小室的復(fù)雜和大型屏蔽外殼相當(dāng)昂貴;
(3)把頭裝到屏蔽外殼，裝配印刷電路板、焊接端子等，所有這一切必須手工操作，導(dǎo)致高的組裝成本;
(4)該結(jié)構(gòu)即大又重，這不利于通迅設(shè)備的小型化和減輕重量。
本發(fā)明目的在于提供一種小型低成本的微波電路封裝結(jié)構(gòu);本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有優(yōu)異熱輻射效率的微波電路封裝結(jié)構(gòu);本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種由電路組件單元可作互換的微波電路封裝結(jié)構(gòu);本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種利用上述封裝結(jié)構(gòu)包封微波電路。
根據(jù)本發(fā)明所提供的微波電路封裝結(jié)構(gòu)包括含半導(dǎo)體電路的電路組件;在上面容納電路組件的母片;接受來(lái)自電路組件熱量安裝在電路組件上的散熱板;接受來(lái)自散熱板用于輻射該熱量的輻射器;裝在散熱板和輻射器之間的熱傳導(dǎo)彈性物;以及沿輻射器方向推壓母片的彈簧裝置。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的剖視圖;
圖2(A)和2(B)是在圖1中所展示實(shí)施例中分別表示母片和電路組件上的電極排布;
圖3表示圖1所示封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于包封微波電路器件的剖視圖;
圖4是第二個(gè)實(shí)施例中應(yīng)用的另一個(gè)包封微波電路器件的剖視圖;
圖5是第三個(gè)實(shí)施例中應(yīng)用的又一個(gè)包封微波電路器件的剖視圖;
圖6是根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)剖視圖;
圖7是根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)剖視圖;
圖8是微波電路的通常的封裝結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施微波電路封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。敘述將從各個(gè)部分的構(gòu)成到總體構(gòu)成進(jìn)行。在圖1，電路組件1在其內(nèi)部空間至少裝有一個(gè)備置了微波電路的半導(dǎo)體元件。電路組件1還具有通過(guò)層疊介質(zhì)層和導(dǎo)體層獲得的多層結(jié)構(gòu)14。在本實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)14包含有中央導(dǎo)體層11c，介質(zhì)層和一對(duì)在介質(zhì)層上的接地導(dǎo)體層12c1和12c2。這二個(gè)接地導(dǎo)體層12c1和12c2借助接地導(dǎo)體通路(層間連接導(dǎo)體)6c被相互連接。在中央導(dǎo)體上形成的電路圖形周?chē)O(shè)置大量接地導(dǎo)體通路6c，在中央導(dǎo)體上通路6c的配置間距設(shè)計(jì)成小于相應(yīng)于在電路組件1所處理的頻率的波長(zhǎng)的8分之一。利用中央導(dǎo)體通路5c把信號(hào)引出到電路組件1的表面，并且連通至具有凸臺(tái)30的表面電極圖形。設(shè)置接地導(dǎo)體通路6c，圍繞中央導(dǎo)體通路5c，而且其頂端被連在表面上的接地電極6a(見(jiàn)圖2)。設(shè)置熱傳導(dǎo)通路8，以釋放由半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱。通過(guò)具體有極佳熱傳導(dǎo)性的通路8，使所產(chǎn)生的熱量排放到散熱板3。熱傳導(dǎo)通路8是由Cu/W或Ag組合材料制成。半導(dǎo)體元件4容裝在電路組件1內(nèi)的空間里，并且用良導(dǎo)電體作的蓋子7蓋住。散熱板3用粘結(jié)材料2固定在電路組件表面，上述表面還裝著半導(dǎo)體元件4。
下面將描述母片10。母片10是由柔性有機(jī)材料構(gòu)成，并且利用帶多個(gè)電路組件1的大型基片10可形成較大規(guī)模電路單元。母片10至少有2個(gè)接地導(dǎo)體層12m1和12m2，以及在上述兩層間有中央導(dǎo)體層11m。為了把微波信號(hào)限制在基片10里面，所以在中央導(dǎo)體11m的周?chē)O(shè)置大量接地導(dǎo)體通路6m，該通路6m與上、下外部導(dǎo)體連接，接地導(dǎo)體通路6m需設(shè)置在至少圍繞中央導(dǎo)體11m的電路圖形，理想的是將其設(shè)置在所有看不到中央導(dǎo)體圖形的那部分表面，使之完全封閉微波信號(hào)，通過(guò)這種方法，把微波信號(hào)的能量封閉在中央導(dǎo)體層11m的范圍內(nèi)。
對(duì)于電路組件1，與母片10的情況相類似。連接接地導(dǎo)體層12c1和12c2的大量接地導(dǎo)體通種6c設(shè)置在中央導(dǎo)體層11c的電路圖形四周，若可能的話，以及其他所有不存在中央導(dǎo)體層11c的電路圖形的部分。
接著將說(shuō)明母片10和電路組件1的電極布局。圖2(A)表示了母片10的電極排列，接地導(dǎo)體層12m2具有特殊的非接地導(dǎo)電部分，即分別為用于輸入/輸出信號(hào)以及DC偏壓/低頻信號(hào)的電極5a和9a。除了接地電極6a和電極5a及9a，所有表面皆為保護(hù)層。電極6a、5a和9a與各自的通路連接。和通路6m一樣，不僅使接地電極6a圍繞中央導(dǎo)體層電極5a排列，而且至少是在電路組件1的周?chē)?。在該圖中，虛線11和13分別表明輸入/輸出信號(hào)線和偏壓/低頻信號(hào)線。如圖2(B)所示，電路組件1的表面有接地電極6a和信號(hào)電極5a及9a，通過(guò)凸臺(tái)30(圖1)使上述電極與母片10上各自的導(dǎo)電電極6a、5a和9a連接。用這種連接，可以在母片10的電極上設(shè)置凸臺(tái)30，而不是在電路組件1的電極上制備。因此，由于微波信號(hào)被限制在如上所述的電路組件1和母片10內(nèi)部，因此，無(wú)需象傳統(tǒng)微波電路那樣要求提供復(fù)雜的屏蔽外殼，并且能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大規(guī)模微波電路。
接著將描述根據(jù)本發(fā)明的微波電路結(jié)構(gòu)的冷卻構(gòu)成。在圖1中，半導(dǎo)體元件4產(chǎn)生的熱量必須有效地排放到裝置的外面。為此目的通常使用的方法是利用輻射片。這樣的輻射結(jié)構(gòu)已被公開(kāi)，如日本公開(kāi)的專利申請(qǐng)?zhí)枮镹o.60-21611(1985)和No.60-64503(1985)。
然而，不可能應(yīng)用該輻射結(jié)構(gòu)來(lái)封裝微波電路器件。并且，該方法僅可用于外部空氣引入型冷卻系統(tǒng)，而不能用于封閉類型設(shè)備。如若熱輻射板被直接連在散熱板上，那末熱量可通過(guò)散熱板直接被引至外部。但是，不可能使多個(gè)電路組件緊密地機(jī)械連接到散熱板上。這里因?yàn)橛捎谠阝F焊等尺寸方面的區(qū)別，難以為所有電路組件制造高精度(同一板上)散熱板平面的頂表面。但是，如果熱輻射板固定到散熱板，由于母片和熱輻射板的熱膨脹系數(shù)的不同，當(dāng)應(yīng)力作用到電路組件和母片的粘結(jié)電極部分時(shí)，會(huì)引起粘結(jié)部分的損壞。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，導(dǎo)熱彈性物21被夾在散熱板3和熱輻射板20之間，并且利用彈簧40對(duì)母片10施加壓力，以使散熱板3和導(dǎo)熱彈性物21緊緊接觸。采用這種結(jié)構(gòu)，即使散熱板3的頂面與裝在該處的多個(gè)電路組件的高度不一致，也可以利用導(dǎo)熱彈性物21使這樣的不平整度得到緩解。導(dǎo)熱彈性物21是由如硅樹(shù)脂和AIN制成。目前導(dǎo)熱彈性物的熱導(dǎo)率一般并不高于金屬的，盡管如此，導(dǎo)熱彈性物的熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)在實(shí)踐中不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)橛砂雽?dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量用熱擴(kuò)散板擴(kuò)展到寬闊的面積上。圖3展示了使用本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)所包封的微波電路裝置。在該圖中，含有三個(gè)電路組件1，并且，輻射板20直接裝在裝置主體上。主體和蓋子51組成氣密性外殼50。通過(guò)接線端子52提供或獲得輸入/輸出信號(hào)以及DC電源。數(shù)字53表示與母片10上的導(dǎo)線連接的接線端子;數(shù)字54表示一個(gè)0形環(huán)。在蓋子51上，通過(guò)支撐器51安裝多個(gè)彈簧40。把蓋子51裝到主體上，使彈簧40壓住母片10，結(jié)果散熱板3經(jīng)導(dǎo)熱彈性物21被壓到輻射板。因此，通過(guò)散熱板3、導(dǎo)熱彈性物21和輻射板20，產(chǎn)生于電路組件1的熱量被高效地釋放，元件沒(méi)有受到任何應(yīng)力影響。在這種情況下，接線端子53具有彈性，所以當(dāng)彈簧40擠壓母片10時(shí)，接線端子53和導(dǎo)線間的連接變得完備了。
可給每個(gè)電路元件提供一個(gè)彈簧40，并且根據(jù)需要可增加。當(dāng)電路規(guī)模小時(shí)，彈簧40數(shù)量可減少。有關(guān)彈簧類型沒(méi)有限制，可以從能對(duì)母片加壓的螺旋簧、片簧、塑料泡沫等之中適當(dāng)選擇。
圖4展示另一個(gè)利用具有彈簧功能的塑料海綿結(jié)構(gòu)55的封裝微波電路裝置，替代圖3的螺旋40。圖5展示了利用多個(gè)片簧57的又一個(gè)封裝微波電路裝置。數(shù)字56表示基板，在此情況下，這會(huì)有利于用塑料模壓、將片簧57與基片56作在一起。由于施壓的目的是使散熱板與導(dǎo)熱導(dǎo)彈性物緊密接觸，所以可利用母片的彈性施加壓力，甚至不用彈簧。這時(shí)，與分別設(shè)置彈簧裝置的情況相比較，其結(jié)構(gòu)可得到簡(jiǎn)化。但是，這要求精確地設(shè)計(jì)有關(guān)母片的變形(翅曲)總量。
由于彈性特征對(duì)于母片是必不可少的，所以母片由有機(jī)材料如環(huán)氧玻璃板制成。在該連接中，電路組件可用與母片同樣的有機(jī)材料制成。另一方面，當(dāng)然可以應(yīng)用陶瓷材料生產(chǎn)電路組件。這種應(yīng)用陶瓷材料的情況下必須考慮到有機(jī)材料(母片)和陶瓷材料(電路組件)之間的熱膨脹的差別。由于有機(jī)和陶瓷材料之間熱膨脹系數(shù)的不同，所以由溫度變化產(chǎn)生的剪切應(yīng)力施加于凸臺(tái)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)容限時(shí)凸臺(tái)就會(huì)被損壞。容限取決于電路組件的大小。因此，當(dāng)電路組件尺寸很大，并且溫度在大范圍內(nèi)變化時(shí)，最好在電路組件和母片之間注入樹(shù)脂材料，以避免應(yīng)力集中在凸臺(tái)上。圖6展示了提供樹(shù)脂60的這種結(jié)構(gòu)。
可以考慮到對(duì)根據(jù)本發(fā)明的微波電路的封裝結(jié)構(gòu)作各種改型。當(dāng)需要在電路組件內(nèi)設(shè)置大容量的外部容器或低頻半導(dǎo)體基片時(shí)，這些元件裝入與表面封裝系統(tǒng)相應(yīng)的電路組件表面。作為第五個(gè)實(shí)施例的圖7展示了上述情況下的封裝方式，散熱板3僅限制在電路組件2的表面部分，而電路組件1裝在上述部分背后，在這里裝入半導(dǎo)體元件4。而芯片有源元件41和芯片無(wú)源元件42被裝在上述表面的余下部分。這時(shí)應(yīng)該注意盡量不減少散熱板3的面積。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明微波電路封裝結(jié)構(gòu)中，微波信號(hào)被限制在電路組件和母片內(nèi)部而無(wú)須復(fù)雜、龐大且昂貴的屏蔽外殼;另外由電路組件構(gòu)成整個(gè)電路主要容納了由半導(dǎo)體集成電路組成的有源元件;母片裝著多個(gè)電路組件，其主要功能是相互連接或集成化，使電路組件做為一個(gè)單元的標(biāo)準(zhǔn)化變?yōu)榭尚?并且組件批量生產(chǎn)的效益導(dǎo)致可靠性的改善和生產(chǎn)成本的降低。此外，甚至發(fā)現(xiàn)不良電路組件時(shí)，由于可用組件單元進(jìn)行替換，所以還使產(chǎn)量得到提高。
進(jìn)而根據(jù)本發(fā)明，利用散熱板來(lái)擴(kuò)散裝在電路組件內(nèi)半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量，并且經(jīng)導(dǎo)熱彈性物直接把熱傳遞到裝置的熱輻射板向外放出。因此，可降低半導(dǎo)體元件的溫度，并可延長(zhǎng)壽命?；蛘呦喾?，能從半導(dǎo)體元件獲得最有效的輸出。對(duì)于母片上有多個(gè)電路組件的情況下，甚至當(dāng)難以獲得散熱板頂面理想平直度(同一塊板)時(shí)，導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻性，這時(shí)導(dǎo)熱彈性物可使微小誤差得以緩沖，以確保優(yōu)異的導(dǎo)熱性。
如上所述，本發(fā)明的構(gòu)形可被簡(jiǎn)化如此大的程度，以致于與公知的封裝結(jié)構(gòu)比較，其成本可大大減少。
權(quán)利要求
1.一種微波電路的封裝結(jié)構(gòu)，其特征包括具有半導(dǎo)體元件的電路組件；其上容納所述電路組件的母片；裝在所述組件上，接收來(lái)自所述電路組件熱量的散熱板；接收來(lái)自所述散熱裝置，輻射所述熱量的輻射裝置；設(shè)置在所述熱擴(kuò)散裝置和所述輻射裝置之間的導(dǎo)熱彈性物；沿所述輻射裝置方向壓住所述母片的裝置。
2.按權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述電路組件包括其上容納所述半導(dǎo)體元件的多層基片;所述多層基片有二個(gè)第一接地導(dǎo)電層和在二個(gè)第一接地導(dǎo)電層之間的第一中央導(dǎo)電層;所述第一中央導(dǎo)電層具有第一連接線路圖形;把所述第一連接線路圖形引至所述電路組件表面的第一中央導(dǎo)電通路;連接所述二個(gè)第一接地導(dǎo)電層的多個(gè)第一接地導(dǎo)電通路;所述多個(gè)第一接地導(dǎo)電通路圍繞所述第一中央導(dǎo)電通路和圍繞所述半導(dǎo)體元件設(shè)置。
3.按權(quán)利要求2所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述母片包括二個(gè)第二接地導(dǎo)電層和在二個(gè)所述第二接地導(dǎo)電層之間的第二中央導(dǎo)電層;所述第二中央導(dǎo)電層具有第二連接線路圖形;以及連接所述二個(gè)第二接地導(dǎo)電層的多個(gè)第二接地導(dǎo)電通路;所述多個(gè)第二接地導(dǎo)電通路圍繞所述第二連接線路圖形并在與所述第一接地導(dǎo)電通路相關(guān)區(qū)域配置。
4.按權(quán)利要求2所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述多層基片具有導(dǎo)熱通路，把由所述半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至所述散熱裝置。
5.按權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述頂壓裝置包括螺旋彈簧。
6.按權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述頂壓裝置包括片彈簧。
7.按權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是所述頂壓裝置包括塑料泡沫結(jié)構(gòu)。
8.按權(quán)利要求3所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是進(jìn)一步包括凸臺(tái)裝置，把所述第一中央導(dǎo)電通路和所述第一接地導(dǎo)電通路分別連接到所述第二中央導(dǎo)電通路和所述第二接地導(dǎo)電通路。
9.按權(quán)利要求8所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是進(jìn)一步包括注入所述電路組件和所述母片之間的樹(shù)脂材料。
10.按權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征是進(jìn)一步包括電路元件，所述電路元件與所述散熱裝置一起安裝在所述電路組件上。
全文摘要
一種微波電路封裝結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部容納半導(dǎo)體元件和母片的電路組件；電路組件有二個(gè)接地導(dǎo)體層，夾在其中間的中央導(dǎo)體層，與中央導(dǎo)體層連接的中央導(dǎo)體電極，設(shè)置在中央導(dǎo)體附近的接地導(dǎo)體電極；上述部分在電路組件的一個(gè)表面上；以及連至另一個(gè)表面上的散熱板；母片有二個(gè)接地導(dǎo)體層，夾于其中間的中央導(dǎo)體、中央導(dǎo)體電極、設(shè)置在母片的一個(gè)表面上的接地電極；導(dǎo)熱彈性物夾在散熱板和熱輻射板之間。
文檔編號(hào)H01L23/66GK1109258SQ9411578
公開(kāi)日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月12日
發(fā)明者小杉勇平 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社