声表面波滤波器封装

声表面波滤波器封装

在集成至模块过程中，声表面波元件必须要经受高达100 bar的压强，这就要求采用新的封装技术。

为了让声表面波元件中的声表面波在无干扰情况下传播，封装中的芯片表面上方要有一个空腔。一般说来，在2 GHz滤波器中用于将电信号转换成声波的叉指换能器由铝镀层组成（厚度为150 nm，宽度小于500 nm）。为避免腐蚀，这些结构必须能够防潮（可以在芯片上加一层非常薄的钝化层，或者采用气密封装），同时还必须要耐高温、显著的温度变化以及高湿空气。体声波（BAW）以及薄膜体声波谐振器（FBAR）元件也需要具有空腔的封装。之前专为声表面波滤波器开发的封装技术现亦为体声波元件沿用。

以前，声表面波元件总是直接焊接在手机电路板上的。不过现在，声表面波滤波器越来越多地被集成到模块中，而各种各样的模块则用于手机。以下为一些典型实例：

•含有超过两个滤波器及其阻抗匹配元件的滤波器组

•包含滤波器、开关以及匹配元件的前端模块，多见于GSM应用

•含有收发集成电路、滤波器以及匹配元件的收发模块

•带双工器的功放（PAiD）模块

LTCC或FR4基片常用于模块中。LTCC基片可集成数十个无源元件，而声表面波滤波器、其它无源元件和半导体则安装在基片上表面。然后，使用金属帽盖、顶部密封（Glob Top）或包膜工艺对模块加以密封。在传递模塑期间，当温度高达180℃时，最高可产生100 bar的压强。声表面波滤波器

封装内的空腔因此必须足够坚固，以承受高达10 N/mm2的压强。

模块中采用的声表面波元件必须不仅能适应挤出成型工艺，还必须具有占用面积小和插入高度低的特点。

从金属封装到CSSP

最初，声表面波元件采用的是气密金属封装技术，焊线在外接端子和芯片之间起连接的作用。在表面贴装技术面市后，便采用了具有扁平焊接引脚的陶瓷封装。

然而，陶瓷封装与焊线的组合却难以实现低于3 × 3 mm2的封装面积以及低于1 mm的插入高度。因此，许多声表面波元件制造商在2000年前后开始采用倒装焊封装。除降低尺寸的需求外，焊线电感对电性能的限制也是采用倒装焊封装的另一个原因。大多日本声表面波元件制造商沿用了陶瓷盒装技术，并用金凸点取代了焊线。

相比之下，爱普科斯则引入了一种全新方案来使封装尺寸最小化，即芯片尺寸级声表封装（CSSP）。爱普科斯从2000年起已经在市场上推出三代CSSP技术。

每一代CSSP都含有一个采用共烧技术制造的平面内插结构，以及用于建立声表面波芯片和基片之间电连接的焊球。为降低生产成本，在大面积陶瓷板上同时加工数千个电子元件。在封装处理结束时，才分切开来。三代CSSP 的不同之处主要在于：芯片和基片之间空腔的闭合方式。

因为CSSP1技术可实现的最紧凑封装仍需占用2.0 × 2.0 mm2的面积，所以这一代CSSP在微型化的高要求下，逐渐淡出了手机应用中。

CSSP2技术

第二代被称为CSSP2，从2002年起投入生产，用于实现更小封装。图1所示为CSSP2封装（又名CSSPlus 封装）的截面图。当一层聚合物薄膜覆盖在芯片上时，空腔就产生了。爱普科斯研发出一种特殊工艺，可以确保薄膜的优良粘附力，并能实现芯片和基片之间的缝隙处薄膜几何尺寸的精确度。

图1：CSSP2封装截面

SAW 芯片 金属覆层 聚合

物箔

SMD 片 HTCC 空腔 焊球

采用无铅SnAgCu 焊球将芯片焊

接在HTCC 或LTCC 基片上。凸点

底部的金属层（即UBM ）的直径

为125 μm 。

然后，在封装上端的镀金属层之前先使用激光器去除元件边缘的薄膜。这一流程旨在防止湿气扩散到封装内部。上部金属喷镀的制作需要先溅射一层金属基层，在通过电镀来沉积铜和镍层。之后，再通过切割陶瓷板来分离元

件。

声表面波滤波器芯片必须采用压电材料。许多手机声表使用钽酸锂材料。这些芯片具有各向异性热膨胀：X轴方向8 ppm／K，Y轴方向16 ppm／K。由于基片的热膨胀系数为无向性，因此会导致无法与芯片直接匹配。而CSSP2元件的焊接凸点、聚合物薄膜以及金属镀层则可完美搭配，因此，即使是用于芯片长度可能超过2 mm2的声表面波双工器，也可以承受数百次极端温度循环，而不会出现损坏。

图2所示为采用CSSP2封装的两个声表面波元件：左图为节省空间的2合1滤波器，封装尺寸为2.0 × 1.6 mm2。

通常，采用300-μm HTCC基片的CSSP2元件的插入高度为0.7 mm。如果采用晶片研磨工艺，还可实现0.6 mm的最大高度。

图2：CSSP2封装元件

左：采用CSSP2技术，做在HTCC基片上的2合1滤波器的面积仅为2.0 × 1.6

右：采用CSSP2技术，集成有声表面波与体声波芯片并装在

mm2，比两个分立式CSSP2滤波器（每个滤波器占用2.0 x 1.4 mm2）占用的空间少了很多。LTCC基片上的双工器，面积为3.0 × 2.5 mm2。

图2右边为体声波－声表面波双工器。双工器要求包含两个声表面波或体声波滤波器以及一个可集成在LTCC基片上的匹配网络。爱普科斯生产含有一个2合1声表面波芯片以及两个体声波芯片的双工器。另外，爱普科斯还供应结合体声波和声表面波芯片的双工器系列，用于WCDMA Band II。

非气密CSSP3封装

第三代技术，即CSSP3，以非气密封装面市，参见图3。与以往版本一样，该芯片同样以倒装焊工艺键合在HTCC内插结构上。SnAgCu焊球用于芯片和基片之间的电连接。与CSSP2相比较，焊球的尺寸更小，凸点底部的金属层UBM直径为90 μm。

图3：非气封式CSSP3封装截面

聚合物箔 SAW芯片顶部密封

这一封装技术多用于分立滤波器。