基于PCB線路板的射頻聲表濾波器封裝技術(shù)研討
2021-01-15
瀏覽次數(shù)：3499
提要：到現(xiàn)在為止主流的終端用射頻聲外表波（RF－SAW）濾波器均認(rèn)為合適而使用基于低溫共燒瓷陶（LTCC）基板的倒裝燒焊技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，封裝方式為芯片尺寸級(jí)封裝（CSP）。紹介了一種基于印刷電路板（PCB）的CSP封裝聲外表波濾波器，其尺寸達(dá)到達(dá)１．４ｍｍ×１．１ｍｍ。運(yùn)用該基板后，單個(gè)部件的材料成本將減低３０％以上。經(jīng)過(guò)優(yōu)化基板的結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到與ＬｉＴａＯ３般配的熱體脹系數(shù)（CTE）和較低的吸濕性。經(jīng)后期的靠得住性試證驗(yàn)實(shí)，該結(jié)構(gòu)的射頻濾波器可絕對(duì)滿意工程應(yīng)用的需要。隨著各種新的封裝技術(shù)的使用，聲外表波（ＳＡＷ）濾波器的封裝尺寸不斷減??；同時(shí)，因?yàn)橹菑?qiáng)手機(jī)的井噴式進(jìn)展，射頻聲外表波（RF－SAW）部件的尺寸也不斷由大變小，到現(xiàn)在為止的主小產(chǎn)品已達(dá)到單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，雙職工器２．０ｍｍ×１．６ｍｍ。尤其是倒裝燒焊技術(shù)的引入，摒棄了傳統(tǒng)的點(diǎn)焊線工藝，因此減低了部件的總厚度，也使整個(gè)兒封裝從ＳＭＤ級(jí)別進(jìn)入芯片尺寸封裝（CSP）級(jí)別。不一樣廠家對(duì)于成本、工藝?yán)щy程度和靠得住性等方面的扼制水準(zhǔn)高低不一樣，也使不一樣廠家認(rèn)為合適而使用不一樣的工藝路線。隨著移動(dòng)終端市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張，對(duì)于ＲＦ－ＳＡＷ濾波器的需要也不斷擴(kuò)張，很大的市場(chǎng)帶來(lái)的緊張競(jìng)爭(zhēng)使ＲＦ－ＳＡＷ
濾波器的成本壓力陡增。到現(xiàn)在為止CSP封裝的單濾波器售價(jià)已低于８美分，這也使減低成本變成RF－SAW濾波器批量出產(chǎn)的關(guān)緊標(biāo)題。
１、印刷電路板（PCB）基板的材料特別的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)
減低成本需從原材料想到工藝?yán)щy程度等方面思索問(wèn)題。認(rèn)為合適而使用一種基于雙馬來(lái)酰胺三嗪天然樹(shù)脂［１］的印刷電路板施行RF－SAW部件的出產(chǎn)，具備以下長(zhǎng)處：１）PCB板的價(jià)錢低于瓷陶基板。瓷陶基板需求施行生產(chǎn)模型的預(yù)設(shè)和制造，且混料，流延，疊片及沖孔等工藝?yán)щy程度較大，瓷陶又具備收縮性，成品率低，造成瓷陶基板的價(jià)錢高。PCB板的價(jià)錢僅為瓷陶基板的１／３，且其工藝成熟，應(yīng)用廣，是優(yōu)秀的基板
材料。２）PCB板的開(kāi)發(fā)成本遠(yuǎn)低于瓷陶基板［１］。因?yàn)椋保┲刑岬降母鞣N端由，瓷陶基板很難施行優(yōu)化改動(dòng)，一次定型則沒(méi)有辦法更改。而PCB板因其靈活的布線有經(jīng)驗(yàn)，外表盡力照顧層的圖形可定制性，要得針對(duì)PCB板的預(yù)設(shè)具備相當(dāng)?shù)撵`活性，優(yōu)化改動(dòng)可很快
成功實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)模型花銷僅為瓷陶基板的１／２０。３）PCB板在工藝上也有眾多優(yōu)勢(shì)。因其不易碎裂，整個(gè)兒工藝流程中成品率高于瓷陶基板。如割切工序中，瓷陶因?yàn)橐姿?，易發(fā)生整片基板的裂片，嚴(yán)重影響成品率。
因?yàn)檫@個(gè)，運(yùn)用PCB板接替瓷陶基板，是減低成本，迅速適合市場(chǎng)需要的挑選。對(duì)于以鉭酸鋰（ＬｉＴａＯ３）等壓電材料為襯底的ＳＡＷ
部件，要運(yùn)用CSP封裝流程，務(wù)必思索問(wèn)題的一個(gè)素是熱體脹系數(shù)，這也是大部分?jǐn)?shù)CSP封裝的RF－SAW濾波器運(yùn)用瓷陶基板的端由。表１為ＬｉＴａＯ３及瓷陶基板的熱體脹系數(shù)。由表１可見(jiàn)，在基板料料與ＬｉＴａＯ３的熱體脹系數(shù)相差半大時(shí)，經(jīng)過(guò)焊球在一定程度向上行柔性連署，可解決因熱體脹系數(shù)區(qū)別過(guò)大而造成的熱失配事情狀況，減低失去效力率。沿著這一思考的線索，在挑選PCB板時(shí)，我們加意在通用的基板料料中挑選熱體脹系數(shù)與ＬｉＴａＯ３靠近或與瓷陶靠近的品種，這么就可在熱匹根據(jù)處方配藥面做到代替。圖１為CSP封裝用PCB板周密結(jié)構(gòu)。
隨著有機(jī)材料工業(yè)的不斷進(jìn)展，使我們?cè)跓狍w脹系數(shù)方面有了眾多挑選。依據(jù)ＬｉＴａＯ３的特別的性質(zhì)，參照瓷陶材料的熱體脹系數(shù)［１］，如表２所示。２、應(yīng)用PCB板的射頻聲表濾波器CSP封裝
部件的群體結(jié)構(gòu)與到現(xiàn)在為止主流的CSP結(jié)構(gòu)絕對(duì)完全一樣，如圖２所示。
圖２ 運(yùn)用倒裝燒焊工藝的ＳＡＷ
濾波器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
整個(gè)兒CSP封裝的RF－SAW
濾波器由以下幾局部組成：
１）天然樹(shù)脂膜。一種主要成分為環(huán)氧氣天然樹(shù)脂的膜，可起到包裹嚴(yán)密封閉的效用。
２）帶球的聲表芯片。芯片上的球可為錫球也可為金球，成球的工藝不一樣，并對(duì)后期的工藝有一點(diǎn)影響。本文中，我們?cè)O(shè)定此球?yàn)榻鹎?，認(rèn)為合適而使用熱壓超聲的辦法植球于芯片的外表。
３）基板。在整個(gè)兒結(jié)構(gòu)中起到物理支撐和電路連署的效用。
RF－SAW
濾波器的CSP封裝基本流程中，晶圓植球和割切不再詳述，這處只針對(duì)倒裝焊繼續(xù)手的流程施行商議，如圖３所示。利用熱壓超聲燒焊工藝將植好的金球且割切好的芯片倒裝在有機(jī)基板上；天然樹(shù)脂膜經(jīng)過(guò)熱壓的形式壓合在基板上，同時(shí)對(duì)部件施行包裹封裝；最終在利用砂輪兒劃片機(jī)將部件割切離合，形成最后的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)上頭的挑選，我們找到達(dá)對(duì)應(yīng)的PCB板作為CSP封裝的基板，在倒裝燒焊工藝上，我們也做了倒裝燒焊參變量周密的相比較（八焊球，每個(gè)焊球直徑８０μｍ），如表３所示。由表可見(jiàn)，瓷陶基板的燒焊參變量［２］絕對(duì)適合使用于PCB基板，即在燒焊工藝上兩種基板的燒焊參變量無(wú)差別。圖４為兩種不一樣基板間芯片剪切力的相比較。依據(jù)計(jì)算，具備８顆焊球的倒裝芯片，其剪切力超過(guò)３００ｇ（理論計(jì)算值），則可分辨斷定為符合標(biāo)準(zhǔn)。所以，瓷陶基板與PCB基板間，在剪切力方面無(wú)不論什么差別，即PCB基板上的倒裝芯片剪切力稍好。
３、PCB基板的CSP封裝部件證驗(yàn)
我們運(yùn)用同一晶圓上的芯片作別運(yùn)用瓷陶基板和天然樹(shù)脂基板施行相同的倒裝燒焊和貼膜封裝，而后進(jìn)入了測(cè)試（見(jiàn)圖５）。RF－SAW
樣品部件核心頻率為１８４２ＭＨｚ，帶寬為１００ＭＨｚ，芯片及部件尺寸作別為０．９５ｍｍ×０．６５ｍｍ和１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，測(cè)試背景：無(wú)般配測(cè)試。
圖５ RF－SAW CSP瓷陶基板和天然樹(shù)脂基板經(jīng)過(guò)相比較可明確承認(rèn)，在晶圓完全一樣的事情狀況下，運(yùn)用瓷陶基板和運(yùn)用PCB基板的部件在性能上靠近。圖６為部件測(cè)試相比較圖。在全部的靠得住性測(cè)試中，關(guān)緊的是熱沖擊實(shí)驗(yàn)（即溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)）［２］和穩(wěn)態(tài)濕熱嘗試（即潮熱嘗試）［２］。
圖６ 部件測(cè)試相比較圖
熱沖擊實(shí)驗(yàn)是將考驗(yàn)部件在瞬息間內(nèi)從極低溫到高溫或從高溫到極低溫時(shí)，熱應(yīng)力蓄積和開(kāi)釋的過(guò)程，假如在這些個(gè)嘗試中顯露出來(lái)了問(wèn)題，則表冥器件中熱應(yīng)力蓄積過(guò)大，部件的機(jī)械牢穩(wěn)性非常不好。思索問(wèn)題部件結(jié)構(gòu)，我們參考ＧＪＢ５４８Ａ－２００６溫度循環(huán)及鑒定和品質(zhì)完全一樣性檢查驗(yàn)看手續(xù)，挑選嘗試辦法１０１０Ａ的條件Ｂ和２００次循環(huán)。針對(duì)倒裝燒焊的CSP部件來(lái)說(shuō)，此實(shí)驗(yàn)主要考察其內(nèi)里體腔的膨脹力與焊球張力的體積，假如部件失去效力，則表明內(nèi)里體腔的膨脹力大于焊球的鉛直張力，則部件判為不合適合標(biāo)準(zhǔn)［３］。穩(wěn)態(tài)濕熱嘗試主要考察天然樹(shù)脂封裝部件的耐濕性能，經(jīng)過(guò)高溫、高濕條件可構(gòu)成水汽吸附、借鑒和廓張等效用，證驗(yàn)PCB基板及其材料在吸濕后膨脹性能滿意度，參考ＧＪＢ３６０－９６穩(wěn)態(tài)濕熱嘗試１０３辦法的條件Ａ。假如發(fā)生吸潮，部件的物理機(jī)械性能會(huì)有較大變動(dòng)，部件的幅頻特別的性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變更［４］。將運(yùn)用PCB基板出產(chǎn)的RF－SAW部件共２３０只施行相同的嘗試，瓷陶基板的部件均能經(jīng)過(guò)靠得住性嘗試，周密事情狀況如表４所示。完成靠得住性實(shí)驗(yàn)后，我們對(duì)部件施行理解剖剖析和明確承認(rèn)（見(jiàn)圖７），天然樹(shù)脂基板在整個(gè)兒過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生不論什么變動(dòng)。最終，全部的部件都經(jīng)過(guò)了測(cè)試。
４、總結(jié)語(yǔ)
一種基于雙馬來(lái)酰胺三嗪天然樹(shù)脂ＢＴ天然樹(shù)脂的基板PCB板應(yīng)用于ＳＡＷ
濾波器的CSP封裝中，因此代替瓷陶基板，在批量出產(chǎn)中將帶來(lái)３０％以上的成本減低。經(jīng)過(guò)后期的性能測(cè)試和靠得住性嘗試，證驗(yàn)了該基板能適合RF－SAW CSP封裝的需求。在綜合思索問(wèn)題貼膜封裝等其它工藝參變量的微調(diào)后，該多層PCB基板能運(yùn)用在從今以后的SAW
批量出產(chǎn)中。
