射頻VMMK器件通過降低寄生電感和電容提高性能 - 全文

VMMK器件晶圓等級和芯片封裝工藝

如圖1所示，VMMK器件由于安華高特有的晶圓空腔工藝降低了損耗和常見的射頻表貼封裝帶來的寄生電路參數(shù)。通過消除焊接和封裝引腳之間的寄生電感和電容，在芯片和封裝間形成了一個(gè)低損耗和低阻抗的信號通道。在元件之上的空腔具有低介電常數(shù)因此能夠在高頻進(jìn)行工作，此外空腔能夠在器件應(yīng)用中提供機(jī)械保護(hù)。

圖1 安華高低成本半導(dǎo)體工藝流程

如圖2所示，器件的輸入端和輸出端都是通過晶圓背面的孔連接，消除了絲焊導(dǎo)致的性能下降。安華高關(guān)于VMMK金屬化和密封工藝保證了器件能夠在標(biāo)準(zhǔn)焊接流程下進(jìn)行操作。

VMMK器件工藝消除絲焊和改善熱特性能夠增加貼片的穩(wěn)定性。VMMK器件工藝在表貼工藝流程中沒有增加任何新的設(shè)備，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)貼片設(shè)備完全滿足要求。

最后，通過消除封裝管腳引線，VMMK器件相對于傳統(tǒng)的射頻表貼器件變的更薄，更輕和布板面積更小。例如，VMMK-2x03射頻放大器（1mm*0.5mm*0.25mm）只需要SOT-342封裝5%的體積和10%的PCB面積。相比于許多標(biāo)準(zhǔn)的射頻表貼封裝器件，VMMK器件至少節(jié)省了50%的PCB面積。

隨著寄生效應(yīng)的減少，VMMK器件直接與PCB導(dǎo)線相連降低信號通道上的損耗。VMMK器件的空腔結(jié)構(gòu)能夠有效的降低寄生參數(shù)和提高性能。

圖2 安華高晶圓空腔工藝降低射頻損耗和寄生電感電容

低成本下優(yōu)秀的性能

安華高VMMK器件工藝具有批量的半導(dǎo)體制造能力。如圖3所示，依靠消除傳統(tǒng)SMT封裝中成本高的工藝步驟，例如打金線、單元連接和SMT塑模，安華高VMMK器件工藝能夠在低成本下發(fā)揮更優(yōu)秀的性能。VMMK器件的尺寸非常小，如圖4所示，在SOT-343封裝下能夠容納20個(gè)VMMK器件。

圖3 低成本VMMK器件適用于批量的射頻應(yīng)用

圖4 SOT-343封裝可容納20個(gè)VMMK器件

簡單的裝配和產(chǎn)品制造

對用戶來說VMMK器件不需要特殊的PCB設(shè)計(jì)、制造和裝配工藝。安華高的VMMK元件能夠適應(yīng)任何使用SMT工藝的設(shè)計(jì)，而且只需要簡單的設(shè)計(jì)和布板。

標(biāo)準(zhǔn)的PCB材料

VMMK器件被限制用于FR4材料，建議在低插損的微波材料選用RO4003、RO4350和5880板材。VMMK器件在PCB上的焊接需要比FR5更大的熱膨脹，而不能使用FR4的轉(zhuǎn)化溫度。

PCB布板注意事項(xiàng)

VMMK器件的封裝與標(biāo)準(zhǔn)的0402封裝電容相似。但是，PCB工程師不能使用標(biāo)準(zhǔn)的0402封裝作為VMMK器件的封裝。VMMK器件中的金屬化部分是需要焊接的。芯片資料推薦的合適的VMMK器件封裝焊盤如下圖5，阻焊層應(yīng)該圍繞焊盤抑制焊錫流動。焊盤之間的缺口不能被焊錫流動形成搭橋現(xiàn)象。焊盤的材料是5微米的金和1微米的鎳混合物。當(dāng)焊錫在焊盤上出現(xiàn)流動時(shí)，VMMK器件的焊盤中的金層會溶解，鎳層和焊錫融化混合，這種情況主要發(fā)生在器件通過回流焊焊接在PCB的過程中。

以下是VMMK器件貼片生產(chǎn)指南

1.   在PCB焊盤上不能有覆蓋阻焊的通孔
2.   焊接鋼網(wǎng)應(yīng)該確保沉積在焊盤上的錫膏數(shù)量。VMMK器件的鋼網(wǎng)形狀見下圖6所示，其他的焊接信息需要參考安華高應(yīng)用文檔AN-5378
3.   VMMK器件在焊接過程中需要標(biāo)準(zhǔn)的去離子水清洗工藝，不需要超聲波清洗和氣相清洗。
4.   VMMK器件采用一種高分子材料作為墊片材料。這種高分子材料一直用于晶圓的鈍化處理和芯片封裝表面。高分子材料由陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)廣泛用于PCB制造和加工行業(yè)，VMMK器件采用此種材料可與PCB焊接達(dá)成最佳配合，其他有關(guān)材料方面的信息需要參考應(yīng)用文檔AN-5378
5.   VMMK器件在PCB設(shè)計(jì)需要參考應(yīng)用文檔AN-5378
6.   VMMK器件焊接用焊膏建議采用無清洗或水溶性比較合適
7.   安華高VMMK器件進(jìn)行了符合MSL2a標(biāo)準(zhǔn)的濕度敏感測試。

圖5 VMMK器件焊盤圖案

圖6 VMMK器件焊接鋼網(wǎng)圖案

芯片包裝和批量生產(chǎn)注意事項(xiàng)

安華高VMMK器件禁止過度包裝，這會對器件內(nèi)部的空腔造成損害，進(jìn)而影響器件的電氣性能。VMMK器件能夠利用標(biāo)準(zhǔn)的PCB貼片機(jī)加工設(shè)備進(jìn)行批量生產(chǎn)，日本重機(jī)的KE-2050RL和松下的MSF NM-MD15都可以使用。

回流焊工藝指南

VMMK器件的紅外溫升曲線基于JEDEC/IPC標(biāo)準(zhǔn)的J-STD-020 C版本。VMMK器件在J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)下最高能承受三個(gè)回流焊循環(huán)，大于三個(gè)回流焊循環(huán)會降低晶圓金屬部分與焊錫之間的接觸面。VMMK器件不能采用波峰焊或氣相回流焊。VMMK推薦回流焊方式是能夠傳送熱量的直通爐。只要滿足J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)和工藝指南，VMMK器件的回流焊沒有難度。推薦的回流焊工藝指南如下：

1.    避免預(yù)熱時(shí)間過長產(chǎn)生氧化。嚴(yán)格控制溫度不能超過217度，以免影響焊接點(diǎn)的完整性。過長的回流焊時(shí)間會導(dǎo)致過多的金屬化合物、焊錫表面鈍化和助焊劑殘留?；亓骱笗r(shí)間少于30秒會導(dǎo)致焊錫與器件焊接不牢固。
2.    VMMK器件應(yīng)該在無鉛焊接工藝的溫度和時(shí)間下進(jìn)行回流焊操作。回流焊中升溫和降溫的時(shí)間和速率參照J(rèn)-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)，否則會導(dǎo)致電路板變形和由熱應(yīng)力造成的器件損壞?；亓骱笢囟炔荒艹^JEDED標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的峰值溫度，否則會導(dǎo)致VMMK器件內(nèi)部損壞。

總結(jié)

所有VMMK器件都采用安華高的專利技術(shù)制造。依靠減小封裝中的寄生電感和電容，VMMK器件能夠在滿足小封裝和低成本條件下表現(xiàn)出最好的性能。

VMMK器件在設(shè)計(jì)只需要簡單PCB布板，在批量生產(chǎn)中只需要滿足通用J-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)貼片工藝流程。

VMMK器件通常用于放大器設(shè)計(jì)。安華高VMMK系列新產(chǎn)品計(jì)劃主要是開發(fā)帶有檢波功能的放大器。未來的產(chǎn)品將包含更復(fù)雜的功能，但小型化、低成本、良好的射頻性能和易于貼片焊接還是VMMK器件的主要優(yōu)勢。