IC-Substrat - Diskutieren Sie über die Verpackungstechnologie für HF-Module

Im Bereich der drahtlosen Kommunikation, viele verschiedene Paketintegrationslösungen wurden entwickelt, einschließlich Spanstapeltechnologie, Paket auf Paket, Paket im Paket und andere Formen des Antragssystems integriert Verpackung ((SiP)) . Diese Technologien wurden erfolgreich in Flash-Speicherprodukten angewendet, Grafikprozessoren, und digitale Signalprozessoren, Auch ihre Anwendungen im Bereich der Hochfrequenz werden immer mehr erforscht.
HF-Module sind Produkte mit Sende- und/oder Empfangsfunktionen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf passive Geräte, RFIC, power amplifiers (PA), Schaltgeräte, Spannungsregler, Kristalle, etc. Im Vergleich zu passiven Geräten, aktive Geräte wie RFIC/ASIC/BB/MAC sind relativ klein. Daher, the integration of passive components (RCL, Filter, Balun, Matcher, etc.) has an important impact on the Größe of the entire module or package.

Derzeit, Es gibt hauptsächlich drei Arten von Verpackung Träger in HF-Modulen. Der erste Typ ist Verbundwerkstoffe, die aufgrund ihres niedrigen Preises in Basisleistungsverstärkern eingesetzt werden, ausgereifter Herstellungsprozess, und gute thermische und elektrische Eigenschaften. Laminierte Substrate sind am häufigsten in verschiedenen Modulen und Paketen verwendet worden.

Die zweite ist die Niedertemperatur-Co-fired Ceramic (LTCC)-Technologie, bei der Keramik als Substrat/Träger verwendet wird. Aufgrund seiner mehrschichtigen Struktur, dickem Metall und hoher Dielektrizitätskonstante, hoher Qualitätsfaktor (Q) Induktivität und ausreichend große Kapazität können in LTCC eingebettet werden.

The third type is a thin film (TF) passive device formed on silicon or gallium arsenide, die unter Verwendung eines bekannten Halbleiterverfahren. These devices are sometimes referred to as integrated passive devices (IPD). Sie haben nicht nur geringe parasitäre Effekte und elektrische Leistungsschwankungen, aber auch höhere Kapazität haben. Diese Eigenschaft ebnete den Weg für den Einsatz in kleineren Modulpaketen.

Das ursprüngliche HF-Modul verwendete das Drahtbonden eines einzelnen Chips als Hauptverbindungsmethode. Heute, Drahtkleben, Reverse Löten, In HF-Modulen werden gleichzeitig Multi-Chip Stacking und Multi-Chip Stacking eingesetzt. Jedes der oben genannten Module verwendet eine Vielzahl von Verbindungsmethoden, und jede Lösung hat ihre Vor- und Nachteile. In diesem Artikel werden diese Verpackung Lösungen separat.

Laminated substrate package
Laminates are commonly referred to as Leiterplatten((PCB)), die in Paketträgern weit verbreitet sind, und sie nehmen immer noch einen großen Anteil an verpackten Produkten fest. Im Allgemeinen, Nur zwei bis vier Schichten reichen für HF-Modul aus Verpackung. Wie in Abbildung 1 gezeigt, das gestapelte Modulprodukt, Zwei Chips werden auf einem vierschichtigen Laminatsubstrat umgelötet. Zur gleichen Zeit, 0201 surface mount (SMT) devices are also mounted in SiP applications, und der zweite Leiterplattenanschluss verwendet BGA Setup.

Chipstapel Verpackung wurde sehr erfolgreich im Flash-Speicher verwendet, Fotografie und digitale IC-Produkte. Im Flash-Speicher-Markt, we have seen a vertical stack of multi-layer chips (7 to 8) connected by gold wire bonding. Dies Verpackung Technologie reduziert die Größe des Moduls erheblich, dadurch die Kosten für das Applikationsprodukt zu senken.

Allerdings, im RF Verpackung Prozess, Es ist notwendig zu erwägen, die Verschlechterung der HF-Leistung zu verhindern, insbesondere die parasitären Wirkungen, die durch die Verpackung, wie Selbstinduktion des Drahtbondens, und Interferenzen zwischen Chip und Platine im Reverse-Lötverfahren. Diese Pakete für niederfrequente und digitale Produkte sind möglicherweise kein Problem, aber es beeinflusst die HF-Leistung des RFIC-Chips und muss in der Gehäusekonstruktion berücksichtigt werden. Dieser Effekt kann in der Regel mit RCL-Schaltungen und passiven Komponenten modelliert werden.. Für die dreidimensionalen Eigenschaften der Verpackung, electromagnetic (EM) simulation tools can be used to derive these models.

Diese Modelle können mit Chipmodellen verwendet werden, um die elektrische Gesamtleistung zu testen. Ein HF-Paket ist in der Regel einer einzigen Anwendung gewidmet. Daher ist eine Überprüfung des Designs auf Systemebene für ein neues Paket erforderlich, einschließlich seines eigenen IC-Modells und seines parasitären Paketmodells.

Ko-gebranntes Keramikmodul bei niedrigen Temperaturen

LTCC-Technologie nutzt eine mehrschichtige Struktur, um passive Komponenten zu implementieren, wie RCL oder entsprechende Funktionsblöcke. Die Dicke der dielektrischen Schicht jeder Schicht reicht von 20um bis 100um, und die gesamte Stapeldicke von 10-20 Schichten reicht von 0.5mm bis 1mm. Die dielektrische Konstante jeder Schicht beträgt im Allgemeinen 7.0 bis 11.0. Induktivität wird normalerweise durch eine Spirale realisiert, die durch Konstruktionsregeln erlaubt ist. Mit der Größe der Induktivität, es kann manchmal durch viele Schichten gehen. Kondensatoren werden auch in mehreren Schichten hergestellt und können größere Kapazitätswerte haben. Dünnschichtbarrieren können auch zwischen Keramikschichten hinzugefügt werden, um Widerstände herzustellen.

In einer mehrschichtigen Struktur, Induktoren aus spiralförmigen und dicken Metallschichten können einen höheren Q-Wert haben. Wenn die Betriebsfrequenz 1 ist.0 GHz bis 6.0 GHz, Das LTCC Paket kann in der Regel leicht 30 erreichen.0～50.0, Das macht es einfach, verlustarme HF-Filter auf dem LTCC-Substrat zu erreichen. Der Sandwichkondensator, der durch die LTCC-Mehrschichtstruktur realisiert wird, kann ausreichende Kapazität für das HF-System bereitstellen, bei höherer Durchschlagsspannung und besserer ESD-Leistung.

Es gibt viele Anwendungen, die LTCC als Substratpaket verwenden können. LTCC-Geräte können allein als eigenständige Komponenten verwendet werden, such as surface mount devices (SMT) in SiP applications. Große LTCC-Substrate können auch als Trägersubstrate verwendet werden, passive Geräte können eingebettet werden, Ein- und Ausgangsanschlüsse in Form von LGA oder QFN sind vorhanden. Aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit, Leistungsverstärker verwenden oft LTCC als Substrat.

Integriertes passives Gerät verwenden Verpackung

a. Integrated passive device (IPD) as a device in SiP

In the two Verpackung oben erwähnte Schemata für laminiertes Substrat und LTCC Substrat, Die Größe des ersteren ist relativ groß, da es unmöglich ist, viele passive Komponenten in das Substrat einzubetten, insbesondere Kondensatoren mit großer Kapazität; Im Substrat kann genügend Induktivität und Kapazität mit hohem Qualitätsfaktor hergestellt werden.

Der aktuelle Trend besteht darin, immer kleinere passive Geräte herzustellen und die Gesamtgröße von Modulen oder Paketen weiter zu reduzieren.. Bisher, Dünnschichtgerätetechnologie – ob auf Siliziumsubstrat oder Galliumarsen-Substrat – ist nach wie vor die Technologie mit der höchsten Kapazitätsdichte. Tabelle 1 vergleicht die Kapazitätsdichte der drei Technologien.

Für einen 56pF Kondensator, in Form von Stiften, size, und Dicke, Dünnschichtgeräte sind wettbewerbsfähiger als diskrete Geräte. Der kleinere Formfaktor macht Dünnschicht-integrierte passive Geräte besser geeignet für HF-Module und SiP-Anwendungen. For larger-capacity capacitors (for example, greater than 100pF), Diskrete Geräte haben immer noch Größenvorteile, Kondensatoren und Großkapazitäten werden ebenfalls in Form von SMT auf der Leiterplatte montiert. 01005 SMT-Geräte sind auf dem Markt erschienen. Diese schrumpfenden Geräte machen die Packungsgröße kleiner, aber ihre Preise sind recht hoch, dadurch die Kosten des Pakets zu erhöhen.

By choosing an appropriate substrate and using a thick metal layer (such as 8um), High-Q Induktoren können in IPDs hergestellt werden. Die meisten Halbleiter Hersteller verstehen den Produktionsprozess von IPD, und dieser Prozess hat eine höhere Kostenleistung.

Hochfrequenzfunktionsblöcke mit Dünnschicht-Gerätetechnologie, wie Filter, Diplexer, Baluns, etc., Nutzen Sie die Vorteile des kleinen Formfaktors, so können sie in der Herstellung von kleinen und kompakten HF-Modulen oder -Paketen weit verbreitet sein. Die in Tabelle 1 dargestellte Kapazitätsdichte zeigt, ob ein Siliziumsubstrat oder ein Galliumarsensubstrat verwendet wird., Integrierte passive Geräte können verwendet werden, um das kleinste Paket herzustellen.

b. Chip size module package (CSMP)
The Verpackung Technologietrend ist, das Modul oder SiP kleiner und leistungsfähiger zu machen. Passive Geräte aus IPD-Technologie sind aufgrund ihres geringen Formfaktors Kandidaten für eine höhere Integration. Die Integration auf Wafer-Ebene macht herkömmliche Trägersubstrate überflüssig, und die integrierten RCL- und RF-Funktionsblöcke sind nah am Chipsatz. Dies reduziert nicht nur die Packungsgröße, hat aber auch kleinere parasitäre Effekte und bessere elektrische Leistung.

Bei STATS ChipPAC, Wir haben eine neue Technologie entwickelt, die einen großen IPD verwendet/Siliziumträger as the backplane structure to carry other integrated circuits (RFIC and/or BBIC) and surface mount devices. Alle Schaltungsanschlüsse, Filter, und Baluns werden im IPD hergestellt/silicon carrier. The module consists of a large IPD chip (10mm*10mm*0.25mm) as the bottom plate, und die RFIC und BBIC sind Flip-Chip auf der Bodenplatte verschweißt. Die Lötkugeln sind beidseitig angeordnet, und die Höhe der Kugeln sollte groß genug sein, um genügend Platz für Flip-Chip gelötete Chips auf dem IPD zu lassen.

Da Module kleiner werden, werden Komponenten und Schaltungen in einem kleineren Bereich komprimiert. Mit anderen Worten, die Lücke der Geräteschaltung ist kleiner. In diesem Integrationsmodus wird die Integrität des Signals manchmal zum Problem. Elektromagnetische Simulationswerkzeuge können verwendet werden, um Schlüsselkreis- und Verdrahtungsstörungen zu analysieren, so dass die elektrische Leistung des verpackten Produkts garantiert werden kann, bevor es schließlich hergestellt wird.

Zum Beispiel in einem Paket mit HF- und Basisbandchips (CSMP-Modul) die gegenseitige Interferenz zwischen den Sende- (TX-) und Empfangskanälen (RX) und die gegenseitige Interferenz zwischen dem Empfangskanal (RX) und der Hauptbasisbanduhr Alle Interferenzen müssen durch elektromagnetische Simulation überprüft werden. Die Minimierung der durch letztere erzeugten Interferenzen ist besonders kritisch, da die Basisband-Hauptfrequenz-Taktoberwellen in das Hochfrequenz-Passband fallen können, wodurch das bereits schwache empfangene Signal in der drahtlosen Kommunikation verdeckt wird.

Concluding remarks
The stack package has the advantages of low cost, einfache Herstellung, und gute thermische und elektrische Leistung. Es ist für fast alle Hochfrequenzmodule geeignet; Das LTCC-Paket hat passive Komponenten im Substrat eingebaut, und eine kleinere Gesamtgröße, Große Kondensatoren und hohe Q-Wert-Induktivität können auch in das LTCC-Substrat eingebaut werden. Darüber hinaus, Gute thermische Eigenschaften machen LTCC weit verbreitet in Leistungsverstärker Gerät Verpackung; IPD has a small form factor and is very suitable for HF-Modulverpackung. Als Träger der IPD-Technologie, CSMP kann das am meisten integrierte Paket bereitstellen. Sowohl RFIC als auch BBC können mit CSMP in einem kleinen Paket integriert werden.