RF模块封装技术.pdf

RF模模块块封封装装技技术术 在⽆线通信领域，现已开发出许多种不同的封装集成⽅案，它们 括芯⽚堆叠技术、封装体堆叠 （Package on Package）、 封装嵌⼊ （Package in Package）及其它形式的应⽤系统集成封装 （SiP）。这些技术已经在闪存产品、图形处理器和数字信 号处理器中得到成功应⽤，在射频领域的应⽤也正在得到越来越多的研究。 RF模块是具有传送和/或接收功能的产品，它 括但不局限于⽆源器件、RFIC、功率放⼤器 （PA）、开关器件、稳压器、晶 体等等。与⽆源器件相⽐，有源器件如RFIC/ASIC/BB/MAC等，在尺⼨上相对较⼩。因⽽⽆源器件 （RCL、滤波器、不平衡 变压器、匹配器等）的集成对整个模块或封装的尺⼨具有重要的影响。 当前，主要有三种封装载体类型应⽤于RF模块。第⼀种是层压基板，因其低廉的价格、成熟的制造⼯艺和良好的导热、导电 性能，被⽤于基本的功放器件产品中。层压基板在各种不同的模块与封装中，已经得到最⼴泛的使⽤。 第⼆种是低温共烧陶瓷(LTCC)技术，使⽤陶瓷作为基板/载体。因其具有多层结构、厚层⾦属及⾼介电常数，⾼品质因⼦ （Q）的电感和⾜够⼤的电容都能嵌⼊在LTCC中。 第三种是在硅或镓砷上⽣成的薄膜 （TF）⽆源器件，它使⽤熟知的半导体⼯艺制成。这些器件有时也被称作集成⽆源器件 （IPD）。它们不但具有⼩的寄⽣效应和电性能波动，同时还有较⾼的电容容量。这种特性为其应⽤于更⼩的模块封装铺平了 道路。 最初的RF模块使⽤单个芯⽚的线键合作为主要的互联⽅式。今天，在RF模块中同时使⽤的有线键合、倒转焊和多芯⽚堆叠的 封装形式。上述模块中，每⼀个都使⽤了多种互联⽅式，每⼀种解决⽅案都有其优点及不⾜，本⽂将对这些不同的封装⽅案分 别进⾏介绍。 层层压压基基板板封封装装 层压板是通常所称的印刷电路板 （PCB），已经被⼴泛的使⽤于封装载体，它们⾄今仍牢牢占据着封装产品中很⼤的份额。 ⼀般来说，RF模块封装只需要两到四层已经⾜够。如图⼀中的层叠模块产品，两⽚芯⽚倒转焊在四层层压基板上，同时0201 的表⾯贴装 （SMT）器件也被贴装于SiP应⽤中，第⼆级的电路板连接使⽤BGA设置。 芯⽚堆叠封装已经⾮常成功地应⽤于闪存、摄影和数字IC产品中。在闪存市场中，我们已经看到利⽤⾦线键合连接的多层芯⽚ （7～8）垂直堆叠封装。这种封装技术极⼤的减⼩了模块尺⼨，因⽽降低了应⽤产品的成本。 然⽽在RF的封装过程中，则需要考虑防⽌RF性能降低，特别是封装造成的寄⽣效应，例如线键合的⾃感应、倒转焊⽅式中芯 ⽚与电路板之间的⼲扰。这些对低频和数字产品的封装也许不是⼀个问题，但它的确影响着RFIC芯⽚的RF性能，必须在封装 设计中就加以考虑。这种影响通常可以使⽤RCL电路与⽆源元件进⾏建模。针对封装体的三维特性，电磁 （M）模拟⼯具可 以⽤来推导这些模型。 这些模型可以与芯⽚模型⼀起对整体的电性能进⾏检测。⼀个RF封装通常专属于某种单⼀的应⽤，因此对新的封装体，需要 进⾏系统级的设计验证， 括本⾝的IC模型及其寄⽣的封装模型。 低低温温共共烧烧陶陶瓷瓷模模块块封封装装 LTCC技术使⽤多层结构来实现⽆源元件，例如RCL或相应的功能块。每⼀层的介电层厚度从20um到100um，整体10～20层 的堆叠厚度为0.5mm到1mm。每⼀层的介电常数⼀般为7.0～11.0。电感通常是通过设计规则允许的螺旋式来实现，随着感应 值的⼤⼩，有时可能穿过许多层。电容也是在多层中制成的，可以具有较⼤的容值。薄膜阻挡层也可以加在陶瓷层间制成电 阻。 在多层结构中，螺旋式和厚⾦属层制成的电感可以具有较⾼的Q值。在⼯作频率为1.0 GHz到6.0 GHz的情况下，LTCC封装⼀ 般可以轻松达到30.0～50.0，这使得在LTCC基板上实现低损益的RF滤波器没有太多的困难。LTCC多层结构实现的夹层式电 容器，可以为RF系统提供⾜够的电容，同时具有较⾼的击穿电压和较好的 SD性能。 有许多的应⽤可以使⽤LTCC作为基板的封装形式。LTCC器件可以被单独使⽤，作为独⽴的元器件，例如SiP应⽤中的表⾯贴 装器件 （SMT）。⼤的LTCC基板也可以被⽤作载体基板，可以嵌⼊⽆源器件，提供LGA 或QFN形式的输⼊和输出连接。由 于其良好的导热性，功率放⼤器件常常使⽤LTCC作为基板。 图2所⽰为⼀个⼯作在GSM频段的LTCC模块。其9mm×10mm×0.7mm的LTCC载体有⼗四层陶瓷层，实现了耦合器和发射滤 波器，以及内部的互相连接。此模块中总共集成了⼤约