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，標準尺寸為單濾波器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。通過優化基板的結構，可以達到與ＬｉＴａＯ３匹配的熱膨脹系數（ＣＴＥ）和較低的吸濕性。經后期的可靠性試驗證明，該結構的射頻濾波器可完全滿足工程應用的需求。

　　引言

　　隨著各種新的封裝技術的運用，聲表面波（ＳＡＷ）濾波器的封裝尺寸不斷減小；同時，由于智能手機的井噴式發展，射頻聲表面波（ＲＦ－ＳＡＷ）器件的尺寸也不斷縮小，目前的主流產品已達到單濾波器１．４ｍｍ×１．１ｍｍ，雙工器２．０ｍｍ×１．６ｍｍ。特別是倒裝焊接技術的引入，摒棄了傳統的點焊線工藝，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大，對于ＲＦ－ＳＡＷ濾波器的需求也不斷擴大，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 濾波器批量生產的重要題目。

　　１、印刷電路板（ＰＣＢ）基板的材料特性及結構

　　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］的印刷電路板進行ＲＦ－ＳＡＷ 器件的生產，具有以下優點：

　　１）ＰＣＢ板的價格低于陶瓷基板。陶瓷基板需要進行模具的設計和制作，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，應用廣，是優秀的基板

　　材料。

　　２）ＰＣＢ板的研發成本遠低于陶瓷基板［１］。由于１）中提到的各種原因，陶瓷基板很難進行優化改動，一次定型則無法更改。而ＰＣＢ板因其靈活的布線能力，表面保護層的圖形可定制性，使得針對ＰＣＢ板的設計具有相當的靈活性，優化改動可很快

　　實現。模具費用僅為陶瓷基板的１／２０。

　　３）ＰＣＢ板在工藝上也有很多優勢。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，易發生整片基板的裂片，嚴重影響成品率。

　　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，這也是大多數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。

　　由表１可見，在基板材料與ＬｉＴａＯ３的熱膨脹系數相差不大時，通過焊球在一定程度上進行柔性連接，可解決因熱膨脹系數差別過大而導致的熱失配情況，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板詳細結構。

　　圖１ ＰＣＢ基板的基本結構 隨著有機材料工業的不斷發展，使我們在熱膨脹系數方面有了很多選擇。根據ＬｉＴａＯ３的特性，參考陶瓷材料的熱膨脹系數［１］，如表２所示。 表２有機基板材料選擇

　　２、應用ＰＣＢ板的射頻聲表濾波器ＣＳＰ封裝

　　器件的整體結構與目前主流的ＣＳＰ結構完全一致，如圖２所示。

　　圖２　使用倒裝焊接工藝的ＳＡＷ 濾波器標準結構 整個ＣＳＰ封裝的ＲＦ－ＳＡＷ 濾波器由以下幾部分組成： １）樹脂膜。一種主要成分為環氧樹脂的膜，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，并對后期的工藝有一些影響。本文中，我們設定此球為金球，采用熱壓超聲的方法植球于芯片的表面。

　　３）基板。在整個結構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，這里只針對倒裝焊接開始的流程進行討論，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，同時對器件進行包裹封裝；最后在利用砂輪劃片機將器件切割分離，形成最終的產品。通過上面的選擇，我們找到了對應的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詳細的對比（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［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無區別。圖４為兩種不同基板間芯片剪切力的對比。

　　表３　倒裝焊接參數對比

　　圖４　芯片剪切力測試數據圖 根據計算，具有８顆焊球的倒裝芯片，其剪切力超過３００ｇ（理論計算值），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行相同的倒裝焊接和貼膜封裝，然后進入測試（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，測試環境：無匹配測試。

　　圖５　ＲＦ－ＳＡＷ　ＣＳＰ陶瓷基板和樹脂基板 通過對比可確認，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，重要的是熱沖擊實驗（即溫度循環實驗）［２］和穩態濕熱試驗（即潮熱試驗）［２］。

　　圖６　器件測試對比圖 熱沖擊實驗是將考驗器件在短時間內從極低溫到高溫或從高溫到極低溫時，熱應力積聚和釋放的過程，如果在這些試驗中出現了問題，則表明器件中熱應力積聚過大，器件的機械穩定性不好。考慮器件結構，我們參照ＧＪＢ５４８Ａ－２００６溫度循環及鑒定 和質量一致性檢驗程序，選擇試驗方法１０１０Ａ的條件Ｂ和２００次循環。針對倒裝焊接的ＣＳＰ器件來說，此實驗主要考察其內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］。 穩態濕熱試驗主要考察樹脂封裝器件的耐濕性能，通過高溫、高濕條件可構成水汽吸附、吸收和擴散等作用，驗證ＰＣＢ基板及其材料在吸濕后膨脹性能滿足度，參照ＧＪＢ３６０－９６穩態濕熱試驗１０３方法的條件Ａ。如果發生吸潮，器件的物理機械性能會有較大變化，器件的幅頻特性會發生巨大改變［４］。 將使用ＰＣＢ基板生產的ＳＡＷ　ＣＳＰ器件共２３０只進行相同的試驗，陶瓷基板的器件均能通過可靠性試驗，詳細情況如表４所示。 表４　ＰＣＢ基板ＣＳＰ可靠性試驗

　　完成可靠性實驗后，我們對器件進行了解剖分析和確認（見圖７），樹脂基板在整個過程中沒有發生任何變化。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、結束語

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

　　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