射頻/微波器件的封裝設(shè)計非常重要,,封裝可以保護器件,,同時也會影響器件的性能。因此封裝一定要能提供優(yōu)異的電學(xué)性能,、器件的保護功能和屏蔽作用等等。高性能射頻微波器件通常采用陶瓷封裝材料,,陶瓷材料的介電性能在較寬的溫度和頻率范圍之內(nèi)都很穩(wěn)定,,能承受很高的加工和工作溫度,機械性能優(yōu)異,,能提供較好的防潮濕功能和優(yōu)異的氣密性,。對于高頻器件,陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)和半導(dǎo)體芯片材料的膨脹系數(shù)相近,,并能支持較高的集成度和復(fù)雜的I/O管腳分布,。
常見的陶瓷封裝制作方法有:共燒陶瓷工藝,厚膜,、薄膜工藝,。共燒陶瓷工藝適合大規(guī)模生產(chǎn);對于中小批量生產(chǎn),,以及一些客戶定制的產(chǎn)品,,通常采用厚膜、薄膜工藝,。盡管上述的幾種工藝都很成熟可靠,,但是其成本、工藝難以控制,,而且對表面貼裝技術(shù)有所限制,。Remtec公司發(fā)明的鍍銅厚膜PCTF(Plated Copper on Thick Film)技術(shù)可以解決上述問題,可以生產(chǎn)高性能SMT器件,,并且經(jīng)濟,、可靠,適用于中小批量生產(chǎn)(每年幾千----每月十萬左右的產(chǎn)能)
PCTF技術(shù)是一種可行的,、經(jīng)濟的射頻器件封裝方案,,可以降低生產(chǎn)成本,并可有效加快投入市場的速度。該技術(shù)具有穩(wěn)定的電學(xué)特性,、良好的散熱性能以及很高的可靠性,。PCTF技術(shù)允許直接將大塊的陶瓷封裝或襯底固定在微波PCB板上,符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的焊接,,還可支持大面板,、多陣列的封裝形式?;赑CTF技術(shù)的封裝或襯底適用的頻率范圍是100MHz至24GHz,,該技術(shù)特別適合需要低熱阻(1到2°C/W 或更低)的應(yīng)用。
采用無引腳的陶瓷SMT技術(shù)的優(yōu)點很多,,采用PCTB技術(shù)制造陶瓷SMT封裝,,陶瓷襯底始終是無引腳SMT封裝的基底,上面覆蓋一層環(huán)氧材料的覆蓋層,,或者使用金屬環(huán)型框架/蓋板形成氣密的腔體(圖1),,。采用在種子層(seed layer)上鍍銅,最后鍍鎳-金層,,實現(xiàn)襯底的金屬化,。因此該封裝可以承受多次焊接以及+400°C的高溫。該方案還支持標(biāo)準(zhǔn)裝配技術(shù),,例如高溫合金芯片粘合,、環(huán)氧材料粘合、BGA(ball-grid-array)封裝,、倒扣封裝以及ribbon鍵合技術(shù),。PCTF封裝還可以采用無磁性材料,適用于核磁共振成像MRI(magnetic-resonance-imaging)系統(tǒng)等無磁應(yīng)用,。
PCTF表面貼裝器件具有三項顯著特點:銅金屬化,、鍍銅實心插入式通孔、PCTF保護層,。銅金屬化適合射頻信號傳輸,,同時還有較好的散熱效果。實心通孔和保護層可以提供多種功能:可以降低陶瓷襯底的熱阻,,為封裝提供接地,,還可提供低電感互聯(lián)(寄生電感對高頻性能影響較大);插入式通孔的直流電阻小于1mOhm,,在4GHz時,,其損耗小于0.1dB;實心通孔的熱導(dǎo)率大于200 W/m-°C,,對應(yīng)其熱阻小于1°C/W,,提供很好的功率控制特性,。通孔的氣密性(1×10–8 cm2/s)保證了芯片與外間的完全隔絕。
PCTF工藝還可增強器件的可靠性,,由于采用了銅鍍層的覆蓋物,,大型的無引腳SMT器件,通過可靠的焊接可以直接裝在PCB板上,。典型的封裝尺寸為0.16平方英寸到1.00平方英寸,。器件通常采用4.5×4.5英寸的多組包裝。其元件組裝,、芯片粘合,、鍵合甚至測試、包裝等流程可以實現(xiàn)全自動化,。
陶瓷的襯底陣列具有切割孔(激光切割),,可以簡化分割過程。如有需要還可以使用切割機替代激光,。能在較大的面板上處理并提供封裝,,是PCTF能降低成本的一個主要原因。能在PCB板上直接焊接大型(大于0.5英寸)無引腳陶瓷封裝器件,,是PCTF的另一項獨有特點,,并且經(jīng)過長時間的考驗,。該技術(shù)可以在PCB板上安裝大型的SMT射頻器件(甚至是氣密型的),。另一項優(yōu)勢時,該技術(shù)具有很好的可焊接性,,可以承受滿足RoHS要求的,、多次、長時間的焊接操作,,并且保證封裝的完整性和可靠性,。