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采用PCTF技術(shù)降低微波/射頻器件成本
作者：Nahum Rapoport，Remtec公司
來源：電子工程專輯
日期：2007-09-13 09:35:47
摘要：PCTF技術(shù)是一種可行的、經(jīng)濟(jì)的射頻器件封裝方案，可以降低生產(chǎn)成本，并可有效加快投入市場的速度。該技術(shù)具有穩(wěn)定的電學(xué)特性、良好的散熱性能以及很高的可靠性。PCTF技術(shù)允許直接將大塊的陶瓷封裝或襯底固定在微波PCB板上，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的焊接，還可支持大面板、多陣列的封裝形式?；赑CTF技術(shù)的封裝或襯底適用的頻率范圍是100MHz至24GHz，該技術(shù)特別適合需要低熱阻(1到2°C/W 或更低)的應(yīng)用。
射頻/微波器件的封裝設(shè)計(jì)非常重要，封裝可以保護(hù)器件，同時也會影響器件的性能。因此封裝一定要能提供優(yōu)異的電學(xué)性能、器件的保護(hù)功能和屏蔽作用等等。高性能射頻微波器件通常采用陶瓷封裝材料，陶瓷材料的介電性能在較寬的溫度和頻率范圍之內(nèi)都很穩(wěn)定，能承受很高的加工和工作溫度，機(jī)械性能優(yōu)異，能提供較好的防潮濕功能和優(yōu)異的氣密性。對于高頻器件，陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)和半導(dǎo)體芯片材料的膨脹系數(shù)相近，并能支持較高的集成度和復(fù)雜的I/O管腳分布。
常見的陶瓷封裝制作方法有：共燒陶瓷工藝，厚膜、薄膜工藝。共燒陶瓷工藝適合大規(guī)模生產(chǎn)；對于中小批量生產(chǎn)，以及一些客戶定制的產(chǎn)品，通常采用厚膜、薄膜工藝。盡管上述的幾種工藝都很成熟可靠，但是其成本、工藝難以控制，而且對表面貼裝技術(shù)有所限制。Remtec公司發(fā)明的鍍銅厚膜PCTF(Plated Copper on Thick Film)技術(shù)可以解決上述問題，可以生產(chǎn)高性能SMT器件，并且經(jīng)濟(jì)、可靠，適用于中小批量生產(chǎn)(每年幾千----每月十萬左右的產(chǎn)能)
PCTF技術(shù)是一種可行的、經(jīng)濟(jì)的射頻器件封裝方案，可以降低生產(chǎn)成本，并可有效加快投入市場的速度。該技術(shù)具有穩(wěn)定的電學(xué)特性、良好的散熱性能以及很高的可靠性。PCTF技術(shù)允許直接將大塊的陶瓷封裝或襯底固定在微波PCB板上，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的焊接，還可支持大面板、多陣列的封裝形式?；赑CTF技術(shù)的封裝或襯底適用的頻率范圍是100MHz至24GHz，該技術(shù)特別適合需要低熱阻(1到2°C/W 或更低)的應(yīng)用。
采用無引腳的陶瓷SMT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，采用PCTB技術(shù)制造陶瓷SMT封裝，陶瓷襯底始終是無引腳SMT封裝的基底，上面覆蓋一層環(huán)氧材料的覆蓋層，或者使用金屬環(huán)型框架/蓋板形成氣密的腔體(圖1),。采用在種子層(seed layer)上鍍銅，最后鍍鎳-金層，實(shí)現(xiàn)襯底的金屬化。因此該封裝可以承受多次焊接以及+400°C的高溫。該方案還支持標(biāo)準(zhǔn)裝配技術(shù)，例如高溫合金芯片粘合、環(huán)氧材料粘合、BGA(ball-grid-array)封裝、倒扣封裝以及ribbon鍵合技術(shù)。PCTF封裝還可以采用無磁性材料，適用于核磁共振成像MRI(magnetic-resonance-imaging)系統(tǒng)等無磁應(yīng)用。
PCTF工藝還可增強(qiáng)器件的可靠性，由于采用了銅鍍層的覆蓋物，大型的無引腳SMT器件，通過可靠的焊接可以直接裝在PCB板上。典型的封裝尺寸為0.16平方英寸到1.00平方英寸。器件通常采用4.5×4.5英寸的多組包裝。其元件組裝、芯片粘合、鍵合甚至測試、包裝等流程可以實(shí)現(xiàn)全自動化。
陶瓷的襯底陣列具有切割孔(激光切割)，可以簡化分割過程。如有需要還可以使用切割機(jī)替代激光。能在較大的面板上處理并提供封裝，是PCTF能降低成本的一個主要原因。能在PCB板上直接焊接大型(大于0.5英寸)無引腳陶瓷封裝器件，是PCTF的另一項(xiàng)獨(dú)有特點(diǎn)，并且經(jīng)過長時間的考驗(yàn)。該技術(shù)可以在PCB板上安裝大型的SMT射頻器件(甚至是氣密型的)。另一項(xiàng)優(yōu)勢時，該技術(shù)具有很好的可焊接性，可以承受滿足RoHS要求的、多次、長時間的焊接操作，并且保證封裝的完整性和可靠性。
全氣密以及不氣密SMT器件在客戶提出的各項(xiàng)認(rèn)證測試中，表現(xiàn)出高度的可靠性，并通過各項(xiàng)測試。在這些測試中，PCTF器件經(jīng)受了機(jī)械沖擊、極度高低溫環(huán)境、以解其他各項(xiàng)嚴(yán)格的考驗(yàn)。測試結(jié)果表明該封裝技術(shù)可以保證客戶產(chǎn)品在各種熱學(xué)、機(jī)械沖擊下，都能正常工作。上述測試都是在高頻PCB板上直接安裝SMT器件的條件下完成的。測試的結(jié)果在表1中。
韓國著名射頻微波模塊廠商RFHIC公司，已經(jīng)開始使用PCTF技術(shù)生產(chǎn)其低噪聲放大器、增益模塊、寬帶低噪聲放大器(包括其CL、GB、WL、LCL系列產(chǎn)品)(圖2)。這些產(chǎn)品體積小(10.16×10.16X 4 mm)、價(jià)格低適于大批量生產(chǎn)。得益于PCTF技術(shù)的散熱特性和可靠性，該公司的寬帶低噪聲放大器產(chǎn)品能提供有益的高增益、低噪聲性能。對于這些應(yīng)用，PCTF技術(shù)具有承受高溫、散熱性好、易于制造以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
在商用領(lǐng)域，射頻識別RFID(RF identification)正逐步普及，零售業(yè)和工業(yè)用戶正在不斷開發(fā)這種短距離無線技術(shù)的新應(yīng)用。Multispectral公司提出了一種結(jié)合RFID和UWB的新技術(shù)，該公司為其一款RFID讀卡器產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個寬帶濾波器，該濾波器采用PCTF技術(shù)，該濾波器在400MHz的帶寬內(nèi)具有極低的插損(圖4)。采用基于厚膜技術(shù)的PCTF封裝，該產(chǎn)品達(dá)到了比傳統(tǒng)微波PCB技術(shù)更低的插損，已經(jīng)更高的可重復(fù)性。而且濾波器的體積也比傳統(tǒng)方法減小了很多，同時還提高了可靠性。另外，PCTF封裝有效的減小了互耦干擾。
上述的封裝可以試半標(biāo)準(zhǔn)化的，也可謂根據(jù)用戶的需求單獨(dú)制定。但是PCTF技術(shù)可以提供經(jīng)濟(jì)的、便于快速生產(chǎn)封裝方法，以替代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳定義，包括空氣腔配置。
上述的全氣密以及非氣密SMT陶瓷封裝器件以及襯底，都已經(jīng)在(高端)商用以及軍用領(lǐng)域廣泛使用，包括航空航天、電信、無線通訊以及衛(wèi)星通信領(lǐng)域。典型的應(yīng)用有：基站、有線電視設(shè)備，雷達(dá)天線陣和相控陣，RFID標(biāo)簽和讀卡器，光通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等等。PCTF封裝具有體積小、熱阻低、電路密度大、氣密通孔、設(shè)計(jì)靈活、快速轉(zhuǎn)產(chǎn)、成本低等等優(yōu)點(diǎn)。
作者：Nahum Rapoport，Remtec公司
常見的陶瓷封裝制作方法有：共燒陶瓷工藝，厚膜、薄膜工藝。共燒陶瓷工藝適合大規(guī)模生產(chǎn)；對于中小批量生產(chǎn)，以及一些客戶定制的產(chǎn)品，通常采用厚膜、薄膜工藝。盡管上述的幾種工藝都很成熟可靠，但是其成本、工藝難以控制，而且對表面貼裝技術(shù)有所限制。Remtec公司發(fā)明的鍍銅厚膜PCTF(Plated Copper on Thick Film)技術(shù)可以解決上述問題，可以生產(chǎn)高性能SMT器件，并且經(jīng)濟(jì)、可靠，適用于中小批量生產(chǎn)(每年幾千----每月十萬左右的產(chǎn)能)
PCTF技術(shù)是一種可行的、經(jīng)濟(jì)的射頻器件封裝方案，可以降低生產(chǎn)成本，并可有效加快投入市場的速度。該技術(shù)具有穩(wěn)定的電學(xué)特性、良好的散熱性能以及很高的可靠性。PCTF技術(shù)允許直接將大塊的陶瓷封裝或襯底固定在微波PCB板上，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的焊接，還可支持大面板、多陣列的封裝形式?；赑CTF技術(shù)的封裝或襯底適用的頻率范圍是100MHz至24GHz，該技術(shù)特別適合需要低熱阻(1到2°C/W 或更低)的應(yīng)用。
采用無引腳的陶瓷SMT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，采用PCTB技術(shù)制造陶瓷SMT封裝，陶瓷襯底始終是無引腳SMT封裝的基底，上面覆蓋一層環(huán)氧材料的覆蓋層，或者使用金屬環(huán)型框架/蓋板形成氣密的腔體(圖1),。采用在種子層(seed layer)上鍍銅，最后鍍鎳-金層，實(shí)現(xiàn)襯底的金屬化。因此該封裝可以承受多次焊接以及+400°C的高溫。該方案還支持標(biāo)準(zhǔn)裝配技術(shù)，例如高溫合金芯片粘合、環(huán)氧材料粘合、BGA(ball-grid-array)封裝、倒扣封裝以及ribbon鍵合技術(shù)。PCTF封裝還可以采用無磁性材料，適用于核磁共振成像MRI(magnetic-resonance-imaging)系統(tǒng)等無磁應(yīng)用。
PCTF工藝還可增強(qiáng)器件的可靠性，由于采用了銅鍍層的覆蓋物，大型的無引腳SMT器件，通過可靠的焊接可以直接裝在PCB板上。典型的封裝尺寸為0.16平方英寸到1.00平方英寸。器件通常采用4.5×4.5英寸的多組包裝。其元件組裝、芯片粘合、鍵合甚至測試、包裝等流程可以實(shí)現(xiàn)全自動化。
陶瓷的襯底陣列具有切割孔(激光切割)，可以簡化分割過程。如有需要還可以使用切割機(jī)替代激光。能在較大的面板上處理并提供封裝，是PCTF能降低成本的一個主要原因。能在PCB板上直接焊接大型(大于0.5英寸)無引腳陶瓷封裝器件，是PCTF的另一項(xiàng)獨(dú)有特點(diǎn)，并且經(jīng)過長時間的考驗(yàn)。該技術(shù)可以在PCB板上安裝大型的SMT射頻器件(甚至是氣密型的)。另一項(xiàng)優(yōu)勢時，該技術(shù)具有很好的可焊接性，可以承受滿足RoHS要求的、多次、長時間的焊接操作，并且保證封裝的完整性和可靠性。
全氣密以及不氣密SMT器件在客戶提出的各項(xiàng)認(rèn)證測試中，表現(xiàn)出高度的可靠性，并通過各項(xiàng)測試。在這些測試中，PCTF器件經(jīng)受了機(jī)械沖擊、極度高低溫環(huán)境、以解其他各項(xiàng)嚴(yán)格的考驗(yàn)。測試結(jié)果表明該封裝技術(shù)可以保證客戶產(chǎn)品在各種熱學(xué)、機(jī)械沖擊下，都能正常工作。上述測試都是在高頻PCB板上直接安裝SMT器件的條件下完成的。測試的結(jié)果在表1中。
韓國著名射頻微波模塊廠商RFHIC公司，已經(jīng)開始使用PCTF技術(shù)生產(chǎn)其低噪聲放大器、增益模塊、寬帶低噪聲放大器(包括其CL、GB、WL、LCL系列產(chǎn)品)(圖2)。這些產(chǎn)品體積小(10.16×10.16X 4 mm)、價(jià)格低適于大批量生產(chǎn)。得益于PCTF技術(shù)的散熱特性和可靠性，該公司的寬帶低噪聲放大器產(chǎn)品能提供有益的高增益、低噪聲性能。對于這些應(yīng)用，PCTF技術(shù)具有承受高溫、散熱性好、易于制造以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
在商用領(lǐng)域，射頻識別RFID(RF identification)正逐步普及，零售業(yè)和工業(yè)用戶正在不斷開發(fā)這種短距離無線技術(shù)的新應(yīng)用。Multispectral公司提出了一種結(jié)合RFID和UWB的新技術(shù)，該公司為其一款RFID讀卡器產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個寬帶濾波器，該濾波器采用PCTF技術(shù)，該濾波器在400MHz的帶寬內(nèi)具有極低的插損(圖4)。采用基于厚膜技術(shù)的PCTF封裝，該產(chǎn)品達(dá)到了比傳統(tǒng)微波PCB技術(shù)更低的插損，已經(jīng)更高的可重復(fù)性。而且濾波器的體積也比傳統(tǒng)方法減小了很多，同時還提高了可靠性。另外，PCTF封裝有效的減小了互耦干擾。
上述的封裝可以試半標(biāo)準(zhǔn)化的，也可謂根據(jù)用戶的需求單獨(dú)制定。但是PCTF技術(shù)可以提供經(jīng)濟(jì)的、便于快速生產(chǎn)封裝方法，以替代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳定義，包括空氣腔配置。
上述的全氣密以及非氣密SMT陶瓷封裝器件以及襯底，都已經(jīng)在(高端)商用以及軍用領(lǐng)域廣泛使用，包括航空航天、電信、無線通訊以及衛(wèi)星通信領(lǐng)域。典型的應(yīng)用有：基站、有線電視設(shè)備，雷達(dá)天線陣和相控陣，RFID標(biāo)簽和讀卡器，光通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等等。PCTF封裝具有體積小、熱阻低、電路密度大、氣密通孔、設(shè)計(jì)靈活、快速轉(zhuǎn)產(chǎn)、成本低等等優(yōu)點(diǎn)。
作者：Nahum Rapoport，Remtec公司
