基于PCB線路板的射頻聲表濾波器封裝技術研討
2021-01-15
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提要：到現(xiàn)在為止主流的終端用射頻聲外表波（RF－SAW）濾波器均認為合適而使用基于低溫共燒瓷陶（LTCC）基板的倒裝燒焊技術，標準尺寸為單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，封裝方式為芯片尺寸級封裝（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，其尺寸達到達１．４ｍｍ×１．１ｍｍ。運用該基板后，單個部件的材料成本將減低３０％以上。經過優(yōu)化基板的結構，可以達到與ＬｉＴａＯ３般配的熱體脹系數(shù)（CTE）和較低的吸濕性。經后期的靠得住性試證驗實，該結構的射頻濾波器可絕對滿意工程應用的需要。隨著各種新的封裝技術的使用，聲外表波（ＳＡＷ）濾波器的封裝尺寸不斷減小；同時，因為智強手機的井噴式進展，射頻聲外表波（RF－SAW）部件的尺寸也不斷由大變小，到現(xiàn)在為止的主小產品已達到單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，雙職工器２．０ｍｍ×１．６ｍｍ。尤其是倒裝燒焊技術的引入，摒棄了傳統(tǒng)的點焊線工藝，因此減低了部件的總厚度，也使整個兒封裝從ＳＭＤ級別進入芯片尺寸封裝（CSP）級別。不一樣廠家對于成本、工藝困難程度和靠得住性等方面的扼制水準高低不一樣，也使不一樣廠家認為合適而使用不一樣的工藝路線。隨著移動終端市場的不斷擴張，對于ＲＦ－ＳＡＷ濾波器的需要也不斷擴張，很大的市場帶來的緊張競爭使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已低于８美分，這也使減低成本變成RF－SAW濾波器批量出產的關緊標題。
減低成本需從原材料想到工藝困難程度等方面思索問題。認為合適而使用一種基于雙馬來酰胺三嗪天然樹脂［１］的印刷電路板施行RF－SAW部件的出產，具備以下長處：１）PCB板的價錢低于瓷陶基板。瓷陶基板需求施行生產模型的預設和制造，且混料，流延，疊片及沖孔等工藝困難程度較大，瓷陶又具備收縮性，成品率低，造成瓷陶基板的價錢高。PCB板的價錢僅為瓷陶基板的１／３，且其工藝成熟，應用廣，是優(yōu)秀的基板
材料。２）PCB板的開發(fā)成本遠低于瓷陶基板［１］。因為１）中提到的各種端由，瓷陶基板很難施行優(yōu)化改動，一次定型則沒有辦法更改。而PCB板因其靈活的布線有經驗，外表盡力照顧層的圖形可定制性，要得針對PCB板的預設具備相當?shù)撵`活性，優(yōu)化改動可很快
成功實現(xiàn)。生產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。因其不易碎裂，整個兒工藝流程中成品率高于瓷陶基板。如割切工序中，瓷陶因為易碎，易發(fā)生整片基板的裂片，嚴重影響成品率。
因為這個，運用PCB板接替瓷陶基板，是減低成本，迅速適合市場需要的挑選。對于以鉭酸鋰（ＬｉＴａＯ３）等壓電材料為襯底的ＳＡＷ
部件，要運用CSP封裝流程，務必思索問題的一個素是熱體脹系數(shù)，這也是大部分數(shù)CSP封裝的RF－SAW濾波器運用瓷陶基板的端由。表１為ＬｉＴａＯ３及瓷陶基板的熱體脹系數(shù)。由表１可見，在基板料料與ＬｉＴａＯ３的熱體脹系數(shù)相差半大時，經過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，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處方配藥面做到代替。圖１為CSP封裝用PCB板周密結構。
隨著有機材料工業(yè)的不斷進展，使我們在熱體脹系數(shù)方面有了眾多挑選。依據ＬｉＴａＯ３的特別的性質，參照瓷陶材料的熱體脹系數(shù)［１］，如表２所示。２、應用PCB板的射頻聲表濾波器CSP封裝
部件的群體結構與到現(xiàn)在為止主流的CSP結構絕對完全一樣，如圖２所示。
整個兒CSP封裝的RF－SAW
濾波器由以下幾局部組成：
１）天然樹脂膜。一種主要成分為環(huán)氧氣天然樹脂的膜，可起到包裹嚴密封閉的效用。
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，并對后期的工藝有一點影響。本文中，我們設定此球為金球，認為合適而使用熱壓超聲的辦法植球于芯片的外表。
３）基板。在整個兒結構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基板上；天然樹脂膜經過熱壓的形式壓合在基板上，同時對部件施行包裹封裝；最終在利用砂輪兒劃片機將部件割切離合，形成最后的產品。經過上頭的挑選，我們找到達對應的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，每個焊球直徑８０μｍ），如表３所示。由表可見，瓷陶基板的燒焊參變量［２］絕對適合使用于PCB基板，即在燒焊工藝上兩種基板的燒焊參變量無差別。圖４為兩種不一樣基板間芯片剪切力的相比較。依據計算，具備８顆焊球的倒裝芯片，其剪切力超過３００ｇ（理論計算值），則可分辨斷定為符合標準。所以，瓷陶基板與PCB基板間，在剪切力方面無不論什么差別，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
我們運用同一晶圓上的芯片作別運用瓷陶基板和天然樹脂基板施行相同的倒裝燒焊和貼膜封裝，而后進入了測試（見圖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，測試背景：無般配測試。
經過相比較可明確承認，在晶圓完全一樣的事情狀況下，運用瓷陶基板和運用PCB基板的部件在性能上靠近。圖６為部件測試相比較圖。在全部的靠得住性測試中，關緊的是熱沖擊實驗（即溫度循環(huán)實驗）［２］和穩(wěn)態(tài)濕熱嘗試（即潮熱嘗試）［２］。
圖６ 部件測試相比較圖
熱沖擊實驗是將考驗部件在瞬息間內從極低溫到高溫或從高溫到極低溫時，熱應力蓄積和開釋的過程，假如在這些個嘗試中顯露出來了問題，則表冥器件中熱應力蓄積過大，部件的機械牢穩(wěn)性非常不好。思索問題部件結構，我們參考ＧＪＢ５４８Ａ－２００６溫度循環(huán)及鑒定和品質完全一樣性檢查驗看手續(xù)，挑選嘗試辦法１０１０Ａ的條件Ｂ和２００次循環(huán)。針對倒裝燒焊的CSP部件來說，此實驗主要考察其內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準［３］。穩(wěn)態(tài)濕熱嘗試主要考察天然樹脂封裝部件的耐濕性能，經過高溫、高濕條件可構成水汽吸附、借鑒和廓張等效用，證驗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，部件的物理機械性能會有較大變動，部件的幅頻特別的性質會發(fā)生很大變更［４］。將運用PCB基板出產的RF－SAW部件共２３０只施行相同的嘗試，瓷陶基板的部件均能經過靠得住性嘗試，周密事情狀況如表４所示。完成靠得住性實驗后，我們對部件施行理解剖剖析和明確承認（見圖７），天然樹脂基板在整個兒過程中沒有發(fā)生不論什么變動。最終，全部的部件都經過了測試。
４、總結語
一種基于雙馬來酰胺三嗪天然樹脂ＢＴ天然樹脂的基板PCB板應用于ＳＡＷ
濾波器的CSP封裝中，因此代替瓷陶基板，在批量出產中將帶來３０％以上的成本減低。經過后期的性能測試和靠得住性嘗試，證驗了該基板能適合RF－SAW CSP封裝的需求。在綜合思索問題貼膜封裝等其它工藝參變量的微調后，該多層PCB基板能運用在從今以后的SAW
批量出產中。
