射频/微波器件的封装设计非常重要,封装可以保护器件,同时也会影响器件的性能。因此封装一定要能提供优异的电学性能、器件的保护功能和屏蔽作用等等。高性能射频微波器件通常采用陶瓷封装材料,陶瓷材料的介电性能在较宽的温度和频率范围之内都很稳定,能承受很高的加工和工作温度,机械性能优异,能提供较好的防潮湿功能和优异的气密性。对于高频器件,陶瓷材料的热膨胀系数和开云棋牌官网在线客服芯片材料的膨胀系数相近,并能支持较高的集成度和复杂的I/O管脚分布。
常见的陶瓷封装制作方法有:共烧陶瓷工艺,厚膜、薄膜工艺。共烧陶瓷工艺适合大规模生产;对于中小批量生产,以及一些客户定制的产品,通常采用厚膜、薄膜工艺。尽管上述的几种工艺都很成熟可靠,但是其成本、工艺难以控制,而且对表面贴装技术有所限制。Remtec公司发明的镀铜厚膜PCTF(Plated Copper on Thick Film)技术可以解决上述问题,可以生产高性能SMT器件,并且经济、可靠,适用于中小批量生产(每年几千----每月十万左右的产能)
PCTF技术是一种可行的、经济的射频器件封装方案,可以降低生产成本,并可有效加快投入市场的速度。该技术具有稳定的电学特性、良好的散热性能以及很高的可靠性。PCTF技术允许直接将大块的陶瓷封装或衬底固定在微波PCB板上,符合RoHS标准的焊接,还可支持大面板、多阵列的封装形式。基于PCTF技术的封装或衬底适用的频率范围是100MHz至24GHz,该技术特别适合需要低热阻(1到2°C/W 或更低)的应用。
采用无引脚的陶瓷SMT技术的优点很多,采用PCTB技术制造陶瓷SMT封装,陶瓷衬底始终是无引脚SMT封装的基底,上面覆盖一层环氧材料的覆盖层,或者使用金属环型框架/盖板形成气密的腔体(图1),。采用在种子层(seed layer)上镀铜,最后镀镍-金层,实现衬底的金属化。因此该封装可以承受多次焊接以及+400°C的高温。该方案还支持标准装配技术,例如高温合金芯片粘合、环氧材料粘合、BGA(ball-grid-array)封装、倒扣封装以及ribbon键合技术。PCTF封装还可以采用无磁性材料,适用于核磁共振成像MRI(magnetic-resonance-imaging)系统等无磁应用。
PCTF表面贴装器件具有三项显著特点:铜金属化、镀铜实心插入式通孔、PCTF保护层。铜金属化适合射频信号传输,同时还有较好的散热效果。实心通孔和保护层可以提供多种功能:可以降低陶瓷衬底的热阻,为封装提供接地,还可提供低电感互联(寄生电感对高频性能影响较大);插入式通孔的直流电阻小于1mOhm,在4GHz时,其损耗小于0.1dB;实心通孔的热导率大于200 W/m-°C,对应其热阻小于1°C/W,提供很好的功率控制特性。通孔的气密性(1×10–8 cm2/s)保证了芯片与外间的完全隔绝。
PCTF工艺还可增强器件的可靠性,由于采用了铜镀层的覆盖物,大型的无引脚SMT器件,通过可靠的焊接可以直接装在PCB板上。典型的封装尺寸为0.16平方英寸到1.00平方英寸。器件通常采用4.5×4.5英寸的多组包装。其元件组装、芯片粘合、键合甚至测试、包装等流程可以实现全自动化。
陶瓷的衬底阵列具有切割孔(激光切割),可以简化分割过程。如有需要还可以使用切割机替代激光。能在较大的面板上处理并提供封装,是PCTF能降低成本的一个主要原因。能在PCB板上直接焊接大型(大于0.5英寸)无引脚陶瓷封装器件,是PCTF的另一项独有特点,并且经过长时间的考验。该技术可以在PCB板上安装大型的SMT射频器件(甚至是气密型的)。另一项优势时,该技术具有很好的可焊接性,可以承受满足RoHS要求的、多次、长时间的焊接操作,并且保证封装的完整性和可靠性。
全气密以及不气密SMT器件在客户提出的各项认证测试中,表现出高度的可靠性,并通过各项测试。在这些测试中,PCTF器件经受了机械冲击、极度高低温环境、以解其他各项严格的考验。测试结果表明该封装技术可以保证客户产品在各种热学、机械冲击下,都能正常工作。上述测试都是在高频PCB板上直接安装SMT器件的条件下完成的。测试的结果在表1中。
由于有效的热学设计,该陶瓷封装技术可以支持多种有源或无源器件。例如采用单芯片的功放模块以及四边扁平无引脚(QFN,Quad Flat No Lead)封装。另外,PCTF技术还可以用于SMT磁头,或者嵌入式无源器件(如衰减器、滤波器)的封装。该技术也可以用于大型无引脚SMT模块,如多芯片模块MCM(multi-chip modules),这些模块含有多块集成电路以及一些电阻、电容和微带线,用于射频功放、低噪声放大器、发射机以及其他多功能模块。