摘要：目前主流的終端用射頻聲表面波（ＲＦ－ＳＡＷ）濾波器均采用基于低溫共燒陶瓷（ＬＴＣＣ）基板的倒裝焊接技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，封裝形式為芯片尺寸級封裝（ＣＳＰ）。介紹了一種基于印刷電路板（ＰＣＢ）的ＣＳＰ封裝聲表面波濾波器，其尺寸達(dá)到了１．４ｍｍ×１．１ｍｍ。使用該基板后，單個器件的材料成本將降低３０％以上。通過優(yōu)化基板的結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到與ＬｉＴａＯ３匹配的熱膨脹系數(shù)（ＣＴＥ）和較低的吸濕性。經(jīng)后期的可靠性試驗(yàn)證明，該結(jié)構(gòu)的射頻濾波器可完全滿足工程應(yīng)用的需求。

　　引言

　　隨著各種新的封裝技術(shù)的運(yùn)用，聲表面波（ＳＡＷ）濾波器的封裝尺寸不斷減??；同時，由于智能手機(jī)的井噴式發(fā)展，射頻聲表面波（ＲＦ－ＳＡＷ）器件的尺寸也不斷縮小，目前的主流產(chǎn)品已達(dá)到單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，雙工器２．０ｍｍ×１．６ｍｍ。特別是倒裝焊接技術(shù)的引入，摒棄了傳統(tǒng)的點(diǎn)焊線工藝，從而降低了器件的總厚度，也使整個封裝從ＳＭＤ級別進(jìn)入了芯片尺寸封裝（ＣＳＰ）級別。不同廠家對于成本、工藝難度和可靠性等方面的控制水平高低不同，也使不同廠家采用不同的工藝路線。 隨著移動終端市場的不斷擴(kuò)大，對于ＲＦ－ＳＡＷ濾波器的需求也不斷擴(kuò)大，巨大的市場帶來的激烈競爭使ＲＦ－ＳＡＷ 濾波器的成本壓力陡增。目前ＣＳＰ封裝的單濾波器售價已低于８美分，這也使降低成本成為ＲＦ－ＳＡＷ 濾波器批量生產(chǎn)的重要題目。

　?。?、印刷電路板（ＰＣＢ）基板的材料特性及結(jié)構(gòu)

　　降低成本需從原材料及工藝難度等方面考慮。采用一種基于雙馬來酰胺三嗪樹脂［１］的印刷電路板進(jìn)行ＲＦ－ＳＡＷ 器件的生產(chǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　１）ＰＣＢ板的價格低于陶瓷基板。陶瓷基板需要進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)和制作，且混料，流延，疊片及沖孔等工藝難度較大，陶瓷又具有收縮性，成品率低，導(dǎo)致陶瓷基板的價格高。ＰＣＢ板的價格僅為陶瓷基板的１／３，且其工藝成熟，應(yīng)用廣，是優(yōu)秀的基板

　　材料。

　?。玻校茫掳宓难邪l(fā)成本遠(yuǎn)低于陶瓷基板［１］。由于１）中提到的各種原因，陶瓷基板很難進(jìn)行優(yōu)化改動，一次定型則無法更改。而ＰＣＢ板因其靈活的布線能力，表面保護(hù)層的圖形可定制性，使得針對ＰＣＢ板的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，優(yōu)化改動可很快

　　實(shí)現(xiàn)。模具費(fèi)用僅為陶瓷基板的１／２０。

　?。常校茫掳逶诠に嚿弦灿泻芏鄡?yōu)勢。因其不易碎裂，整個工藝流程中成品率高于陶瓷基板。如切割工序中，陶瓷由于易碎，易發(fā)生整片基板的裂片，嚴(yán)重影響成品率。

　　因此，使用ＰＣＢ板代替陶瓷基板，是降低成本，快速適應(yīng)市場需求的選擇。 對于以鉭酸鋰（ＬｉＴａＯ３）等壓電材料為襯底的ＳＡＷ 器件，要使用ＣＳＰ封裝流程，必須考慮的一個素是熱膨脹系數(shù)，這也是大多數(shù)ＣＳＰ封裝的ＲＦＳＡＷ濾波器使用陶瓷基板的原因。表１為ＬｉＴａＯ３及陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)。

　　由表１可見，在基板材料與ＬｉＴａＯ３的熱膨脹系數(shù)相差不大時，通過焊球在一定程度上進(jìn)行柔性連接，可解決因熱膨脹系數(shù)差別過大而導(dǎo)致的熱失配情況，降低失效率。 沿著這一思路，在選擇ＰＣＢ板時，我們特別注意在通用的基板材料中選擇熱膨脹系數(shù)與ＬｉＴａＯ３接近或與陶瓷接近的品種，這樣就可在熱匹配方面做到替代。圖１為ＣＳＰ封裝用ＰＣＢ板詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

　　圖１ ＰＣＢ基板的基本結(jié)構(gòu) 隨著有機(jī)材料工業(yè)的不斷發(fā)展，使我們在熱膨脹系數(shù)方面有了很多選擇。根據(jù)ＬｉＴａＯ３的特性，參考陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)［１］，如表２所示。 表２有機(jī)基板材料選擇

　?。?、應(yīng)用ＰＣＢ板的射頻聲表濾波器ＣＳＰ封裝

　　器件的整體結(jié)構(gòu)與目前主流的ＣＳＰ結(jié)構(gòu)完全一致，如圖２所示。

　　圖２　使用倒裝焊接工藝的ＳＡＷ 濾波器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 整個ＣＳＰ封裝的ＲＦ－ＳＡＷ 濾波器由以下幾部分組成： １）樹脂膜。一種主要成分為環(huán)氧樹脂的膜，可起到包裹密封的作用。

　?。玻虻穆暠硇酒?。芯片上的球可為錫球也可為金球，成球的工藝不同，并對后期的工藝有一些影響。本文中，我們設(shè)定此球?yàn)榻鹎?，采用熱壓超聲的方法植球于芯片的表面?/p>

　?。常┗?。在整個結(jié)構(gòu)中起到物理支撐和電路連接的作用。

　?。遥疲樱粒?濾波器的ＣＳＰ封裝基本流程中，晶圓植球和切割不再詳述，這里只針對倒裝焊接開始的流程進(jìn)行討論，如圖３所示。

　　圖３ＰＣＢ基板倒裝焊器件封裝流程 利用熱壓超聲焊接工藝將植好的金球且切割好的芯片倒裝在有機(jī)基板上；樹脂膜通過熱壓的方式壓合在基板上，同時對器件進(jìn)行包裹封裝；最后在利用砂輪劃片機(jī)將器件切割分離，形成最終的產(chǎn)品。通過上面的選擇，我們找到了對應(yīng)的ＰＣＢ板作為ＣＳＰ封裝的基板，在倒裝焊接工藝上，我們也做了倒裝焊接參數(shù)詳細(xì)的對比（八焊球，每個焊球直徑８０μｍ），如表３所示。由表可見，陶瓷基板的焊接參數(shù)［２］完全適用于ＰＣＢ基板，即在焊接工藝上兩種基板的焊接參數(shù)無區(qū)別。圖４為兩種不同基板間芯片剪切力的對比。

　　表３　倒裝焊接參數(shù)對比

　　圖４　芯片剪切力測試數(shù)據(jù)圖 根據(jù)計(jì)算，具有８顆焊球的倒裝芯片，其剪切力超過３００ｇ（理論計(jì)算值），則可判定為合格。所以，陶瓷基板與ＰＣＢ基板間，在剪切力方面無任何區(qū)別，即ＰＣＢ基板上的倒裝芯片剪切力稍好。 ３、ＰＣＢ基板的ＣＳＰ封裝器件驗(yàn)證 我們使用同一晶圓上的芯片分別使用陶瓷基板和樹脂基板進(jìn)行相同的倒裝焊接和貼膜封裝，然后進(jìn)入測試（見圖５）。ＲＦ－ＳＡＷ 樣品器件中心頻率為１８４２ＭＨｚ，帶寬為１００ＭＨｚ，芯片及器件尺寸分別為０．９５ｍｍ×０．６５ｍｍ和１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，測試環(huán)境：無匹配測試。

　　圖５?。遥疲樱粒住。茫樱刑沾苫搴蜆渲?通過對比可確認(rèn)，在晶圓一致的情況下，使用陶瓷基板和使用ＰＣＢ基板的器件在性能上接近。圖６為器件測試對比圖。在所有的可靠性測試中，重要的是熱沖擊實(shí)驗(yàn)（即溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)）［２］和穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)（即潮熱試驗(yàn)）［２］。

　　圖６　器件測試對比圖 熱沖擊實(shí)驗(yàn)是將考驗(yàn)器件在短時間內(nèi)從極低溫到高溫或從高溫到極低溫時，熱應(yīng)力積聚和釋放的過程，如果在這些試驗(yàn)中出現(xiàn)了問題，則表明器件中熱應(yīng)力積聚過大，器件的機(jī)械穩(wěn)定性不好?？紤]器件結(jié)構(gòu)，我們參照ＧＪＢ５４８Ａ－２００６溫度循環(huán)及鑒定 和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)程序，選擇試驗(yàn)方法１０１０Ａ的條件Ｂ和２００次循環(huán)。針對倒裝焊接的ＣＳＰ器件來說，此實(shí)驗(yàn)主要考察其內(nèi)部腔體的膨脹力與焊球拉力的大小，如果器件失效，則表明內(nèi)部腔體的膨脹力大于焊球的垂直拉力，則器件判為不合格［３］。 穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)主要考察樹脂封裝器件的耐濕性能，通過高溫、高濕條件可構(gòu)成水汽吸附、吸收和擴(kuò)散等作用，驗(yàn)證ＰＣＢ基板及其材料在吸濕后膨脹性能滿足度，參照ＧＪＢ３６０－９６穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)１０３方法的條件Ａ。如果發(fā)生吸潮，器件的物理機(jī)械性能會有較大變化，器件的幅頻特性會發(fā)生巨大改變［４］。 將使用ＰＣＢ基板生產(chǎn)的ＳＡＷ?。茫樱衅骷玻玻常爸贿M(jìn)行相同的試驗(yàn)，陶瓷基板的器件均能通過可靠性試驗(yàn)，詳細(xì)情況如表４所示。 表４　ＰＣＢ基板ＣＳＰ可靠性試驗(yàn)

　　完成可靠性實(shí)驗(yàn)后，我們對器件進(jìn)行了解剖分析和確認(rèn)（見圖７），樹脂基板在整個過程中沒有發(fā)生任何變化。最后，所有的器件都通過了測試。

　　圖７　兩種封裝外殼的解剖分析

４、結(jié)束語

? ? ? 一種基于雙馬來酰胺三嗪樹脂ＢＴ樹脂的基板ＰＣＢ板應(yīng)用于ＳＡＷ 濾波器的ＣＳＰ封裝中，從而替代陶瓷基板，在批量生產(chǎn)中將帶來３０％以上的成本降低。通過后期的性能測試和可靠性試驗(yàn)，驗(yàn)證了該基板能適應(yīng)ＲＦ－ＳＡＷ?。茫樱蟹庋b的需要。在綜合考慮貼膜封裝等其他工藝參數(shù)的微調(diào)后，該多層ＰＣＢ基板能使用在今后的ＳＡＷ 批量生產(chǎn)中。

　　作者：金中 杜雪松 何西良 曹亮 唐代華 羅山焱 陳婷婷

　　編輯：黃飛