声表面波器件小型化的发展

声表面波器件小型化的发展

0声表器件封装方式声音表面波器（saw）经历了塑料、金属封装和表面覆盖的陶瓷无脚压装。器的最小尺寸为3mm3mm1mm，采用金属环约束法进行内部连接。随着SAW器件向高频、小型化方向发展,采用以上工艺制作的器件难以实现小于3mm×3mm×1mm的封装尺寸,因此,出现了声表器件芯片级封装(CSP)和尺寸更小的晶圆级(WLP)封装技术。采用倒装焊接技术的SAWCSP级器件和晶圆键合工艺的WLP级不仅有更小的占用面积和更薄的封装外形,且还有更好的性能。国外CSP封装SAW器件已广泛应用于移动通讯中。WLP级封装的SAW器件从2011年开始批量供货。国内还无厂商生产类似封装的SAW器件。1从陶瓷封装到csp封装用于电视中频的SAW器件广泛采用塑封,金属封装实现了声表器件的气密性封装,随着表面贴装技术的出现,声表器件采用具有无引脚陶瓷封装。这些封装形式均采用金属引线键合工艺,在外接部焊盘和芯片间形成电连接。但这些封装与引线键合的组合却难以实现低于3mm×3mm的封装面积及低于1mm的器件高度。倒装焊技术为器件的小型化提供了重要的途径。采用无引脚的陶瓷外壳封装和倒装焊接技术将SAW器件的尺寸进一步缩小到2.0mm×1.6mm,其厚度达到0.65mm。采用陶瓷基板和倒装技术结合的CSPSAW器件外形尺寸缩小到1.4mm×1.1mm,器件厚为0.5mm。电子路互连和封装协会(IPC)将CSP定义为封装面积小于芯片面积1.5倍的封装采用塑封和金属封装面积与芯片面积之比大于5,陶瓷表面贴装的封装面积与芯片面积之比为1.9～2.5。采用倒装技术的陶瓷表面封装制作2.0mm×1.6mm封装面积与芯片面积比仍大于1.6,CSP级的SAW器件可降到1.4。2第三代ccp封装目前主要的SAWCSP级封装器件的生产厂商有日本TDK-EPCOS、村田、Fujitsu,美国Triquint、台湾嘉硕、RFM等。EPCOS作为世界领先的SAW器件生产企业,其封装的小型化技术一直走在世界的前列,它的封装形式也具代表性。其他企业封装具体工艺虽有差异,但封装形式相同。EPCOS生产的CSSP先后经历了三代,尺寸不断缩小。2000年,EPCOS公司开始批量生产CSSP器件,先后推出了三代CSSP技术。每一代CSSP都含有一个采用共烧技术制造的陶瓷基板及用于SAW芯片和基板间电连接的凸点。为降低生产成本,在大面积陶瓷板上同时加工数千个声表器件。在封装完成后,才分切开来。三代CSSP的不同之处是芯片和基片间空腔的闭合方式。1999年末,第一代CSSP进入市场,利用“Protec”的两步工艺实现工作区的保护,实际上是在工作区上形成一个保护腔体,倒装后在底部进行填充。基板为HTCC基板,凸点为SnPb焊料球。器件外部金属化,起到气密封和EMI屏蔽的作用。图1为第一代CSSP器件的结构示意图。采用CSSP技术可实现的最紧凑封装面积为2.5mm×2.0mm,这一代CSSP在微型化的高要求下,逐渐淡出了手机应用中。第二代被称为CSSP2,又名CSSPlus。2002年,从起投入生产,实现更小封装。图2为CSSP2封装的截面图。取消了“Protec”,采用了无铅的凸点代替PbSn凸点。用一层聚合物薄膜覆盖在芯片上产生空腔。EPCOS研发出一种特殊工艺,可确保薄膜的优良粘附力,并能实现芯片和基片间的缝隙处薄膜几何尺寸的精确度。同第一代一样采用器件外部金属化,起到气密封和EMI屏蔽的作用。采用CSSP2封装的两个表面波元器件,封装尺寸为2.0mm×1.6mm。第三代技术为CSSP3,它有气密性和非气密性封装两种形式。非气密性封装采用顶部树脂密封,可确保材料不会填充芯片和基板间的空腔。由于水气可通过顶部树脂密封材料进行扩散,因此这一封装并非气密封装。采用CSSP技术封装尺寸为1.4mm×1.1mm。2005年,Fujitsu开发出单个滤波器封装尺寸为1.4mm×1.0mm×0.5mm。双滤波器封装尺寸为1.8mm×1.4mm×0.5mm和2.0mm×1.6mm×0.5mm。图3为第三代CSSP的截面示意图。除非气密CSSP外,EPCOS还开发出气密式第三代CSSP,特别适合在恶劣环境中使用。这一封装技术大多用于双工器,如图4所示。采用CSSP3技术、具有铜框架的双工器仅需面积为2.5mm×2.0mm。3saw器件封装结构WLP是指在晶圆上完成器件的封装技术,并不是传统的在晶圆切割后再分别对每个芯片进行封装制作。晶圆级封装尺寸几乎与芯片相同,基本上是一个真正的芯片尺寸封装,器件尺寸为0.8mm×0.6mm×0.3mm。同时,晶圆级尺寸封装还具备可靠性高,电磁兼容性好等优点。图5为晶圆级SAW器件的封装结构示意图。其基本工艺为将器件晶圆和封帽晶圆通过键合方式做密封结合,同时通过制备通孔将信号线与地线分别从器件晶圆引出。最后将键合好的晶圆直接划片、测试。2011年,TDK-EPCOS在开始批量推出WLP的SAW产品4无源器件的ntccc集成制作在单个SAW器件尺寸减小的同时,SAW器件与其他器件进行集成更有效减少功能模块的体积和成本,可靠性进一步提高。GaAs开关、微机电系统(MEMS)器件和SAW滤波器、双工器等通过埋置有其他无源器件的LTCC基板集成制作成前段模块。这些模块占用线路板的面积仅为相应分离元件占用面积10%。除2in1的滤波器外,将4个滤波器制作在一个芯片上,可将T/R的数量从4个减少到2个,芯片组只需2个LNA。不仅减小了模块的体积,同时减少了开关和芯片组的成本。TDK-EPCOS的WPL的声表