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(jí)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(gè)器件的材料成本將降低３０％以上。通過(guò)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小；同時(shí)，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(gè)封裝從ＳＭＤ級(jí)別進(jìn)入了芯片尺寸封裝（ＣＳＰ）級(jí)別。不同廠家對(duì)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(dòng)終端市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)于ＲＦ－ＳＡＷ濾波器的需求也不斷擴(kuò)大，巨大的市場(chǎng)帶來(lái)的激烈競(jìng)爭(zhēng)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(jià)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。

１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(lái)酰胺三嗪樹(shù)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(jià)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(jià)格高。ＰＣＢ板的價(jià)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。
２）ＰＣＢ板的研發(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(dòng)，一次定型則無(wú)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(duì)ＰＣＢ板的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，優(yōu)化改動(dòng)可很快
實(shí)現(xiàn)。模具費(fèi)用僅為陶瓷基板的１／２０。

３）ＰＣＢ板在工藝上也有很多優(yōu)勢(shì)。因其不易碎裂，整個(gè)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(chǎng)需求的選擇。

對(duì)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(gè)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(jiàn)，在基板材料與ＬｉＴａＯ３的熱膨脹系數(shù)相差不大時(shí)，通過(guò)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(guò)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(shí)，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?cè)跓崤蛎浵禂?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

２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(gè)ＣＳＰ封裝的ＲＦ－ＳＡＷ 濾波器由以下幾部分組成：

１）樹(shù)脂膜。一種主要成分為環(huán)氧樹(shù)脂的膜，可起到包裹密封的作用。
２）帶球的聲表芯片。芯片上的球可為錫球也可為金球，成球的工藝不同，并對(duì)后期的工藝有一些影響。本文中，我們?cè)O(shè)定此球?yàn)榻鹎?，采用熱壓超聲的方法植球于芯片的表面?br style="margin: 0px; padding: 0px;" /> ３）基板。在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起到物理支撐和電路連接的作用。
ＲＦ－ＳＡＷ 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(duì)倒裝焊接開(kāi)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(shù)脂膜通過(guò)熱壓的方式壓合在基板上，同時(shí)對(duì)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(guò)上面的選擇，我們找到了對(duì)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(duì)比（八焊球，每個(gè)焊球直徑８０μｍ），如表３所示。由表可見(jiàn)，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(wú)區(qū)別。圖４為兩種不同基板間芯片剪切力的對(duì)比。

表３倒裝焊接參數(shù)對(duì)比

圖４芯片剪切力測(cè)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(guò)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(wú)任何區(qū)別，即ＰＣＢ基板上的倒裝芯片剪切力稍好。

３ＰＣＢ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(shù)脂基板進(jìn)行相同的倒裝焊接和貼膜封裝，然后進(jìn)入測(cè)試（見(jiàn)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(cè)試環(huán)境：無(wú)匹配測(cè)試。

圖５ＲＦ－ＳＡＷＣＳＰ陶瓷基板和樹(shù)脂基板

通過(guò)對(duì)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(cè)試對(duì)比圖。在所有的可靠性測(cè)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(cè)試對(duì)比圖

熱沖擊實(shí)驗(yàn)是將考驗(yàn)器件在短時(shí)間內(nèi)從極低溫到高溫或從高溫到極低溫時(shí)，熱應(yīng)力積聚和釋放的過(guò)程，如果在這些試驗(yàn)中出現(xiàn)了問(wèn)題，則表明器件中熱應(yīng)力積聚過(guò)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(duì)倒裝焊接的ＣＳＰ器件來(lái)說(shuō)，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(shù)脂封裝器件的耐濕性能，通過(guò)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(huì)有較大變化，器件的幅頻特性會(huì)發(fā)生巨大改變［４］。

將使用ＰＣＢ基板生產(chǎn)的ＳＡＷＣＳＰ器件共２３０只進(jìn)行相同的試驗(yàn)，陶瓷基板的器件均能通過(guò)可靠性試驗(yàn)，詳細(xì)情況如表４所示。

表４ＰＣＢ基板ＣＳＰ可靠性試驗(yàn)

完成可靠性實(shí)驗(yàn)后，我們對(duì)器件進(jìn)行了解剖分析和確認(rèn)（見(jiàn)圖７），樹(shù)脂基板在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何變化。最后，所有的器件都通過(guò)了測(cè)試。

圖７兩種封裝外殼的解剖分析

４結(jié)束語(yǔ)
一種基于雙馬來(lái)酰胺三嗪樹(shù)脂ＢＴ樹(shù)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(lái)３０％以上的成本降低。通過(guò)后期的性能測(cè)試和可靠性試驗(yàn)，驗(yàn)證了該基板能適應(yīng)ＲＦ－ＳＡＷＣＳＰ封裝的需要。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。(參考文獻(xiàn)略）