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半导体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。