芯片級封裝有利于RF設(shè)計(jì)

無線鏈接市場是有史以來發(fā)展最迅猛的市場之一，推動(dòng)無線鏈接在消費(fèi)領(lǐng)域發(fā)展的主要因素是產(chǎn)品外形尺寸、重量和功耗的不斷減小。大部分消費(fèi)類產(chǎn)品至少配備一個(gè)移動(dòng)通信裝置，而該裝置的便攜性是其能否吸引用戶的關(guān)鍵所在。

例如，在過去的幾年里無繩電話的外形尺寸逐步縮小，蜂窩移動(dòng)電話的體積則呈急劇減小之勢。但在其它消費(fèi)性產(chǎn)品中尺寸和功率的壓力并非如此顯著。但是，要將無線功能安裝在有限的內(nèi)部空間中，無線元件的外形尺寸仍然是需要考慮的重要問題。隨著802.11b、Home RF及藍(lán)牙等短程無線標(biāo)準(zhǔn)的建立，具有無線鏈接功能的新型移動(dòng)設(shè)備發(fā)展迅速，外形尺寸將是影響產(chǎn)品便攜性能或耐磨損性能的關(guān)鍵。

減小系統(tǒng)外形尺寸和重量的途徑很多，提高半導(dǎo)體芯片的集成度當(dāng)然是主要途徑之一。在單芯片上集成所有的有源元件和無源元件來構(gòu)成一個(gè)完整的收發(fā)器并不容易。在大部分產(chǎn)品中，所有的基帶處理都集成在單芯片上，有時(shí)也將之與處理器芯片集成在一起。這方面業(yè)界的策略存在諸多不同之處，不同的供應(yīng)商會(huì)從整個(gè)系統(tǒng)解決方案的角度出發(fā)尋求產(chǎn)品尺寸-功率-性能-成本空間的最佳平衡點(diǎn)。

芯片、無源元件、系統(tǒng)架構(gòu)和元器件的劃分、性能要求等因素都會(huì)對方案設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，更重要的是設(shè)計(jì)要從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，而不僅僅局限于分立的半導(dǎo)體元件。終端設(shè)備制造商需要的是一攬子無線鏈接解決方案，從而讓最終用戶感受到“即插即用”的輕松體驗(yàn)。

無論對最終用戶，還是設(shè)備制造商，易用性都是減小產(chǎn)品尺寸的驅(qū)動(dòng)力。采用先進(jìn)的封裝概念可以在減小半導(dǎo)體元件尺寸的同時(shí)獲得更高的系統(tǒng)集成度，從而使設(shè)備制造商能夠更快捷、方便地將無線功能嵌入到產(chǎn)品中。在藍(lán)牙一類標(biāo)準(zhǔn)中，外形尺寸尤為重要，在這種情況下無線鏈接只是產(chǎn)品的一個(gè)增值特性，并不代表所有的功能。例如，PDA的無線同步的功能很好，但這并不是人們購買PDA的全部原因。

在許多設(shè)備中，制造商都希望提供無線功能，此時(shí)易用性就是無線解決方案的最重要特點(diǎn)。 支持藍(lán)牙技術(shù)的制造商已經(jīng)廣泛認(rèn)同，藍(lán)牙功能的主要傳輸部件將通過一體化集成模塊來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，半導(dǎo)體制造商從收發(fā)機(jī)和基帶功能的一體化集成中受到鼓舞，這樣，就可以讓設(shè)備制造商復(fù)用某些質(zhì)量經(jīng)受過考驗(yàn)的元件，將重點(diǎn)集中在高端協(xié)議堆棧及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而縮短設(shè)計(jì)時(shí)間及最終產(chǎn)品認(rèn)證的周期。

NSC已經(jīng)找到多種縮小封裝尺寸的辦法?；诙鄬踊w的封裝大約比同等的引線封裝外形小40%，引線電感也大為降低，該封裝形式尤其適合高頻應(yīng)用。

在某些情形下，封裝可以做得更小，如Micro SMD技術(shù)可使封裝的尺寸與芯片的尺寸相同。封裝過程要在晶圓加工過程進(jìn)行，它可看作一種具備封裝的倒裝芯片，整個(gè)晶圓的兩側(cè)都涂覆了封裝材料，在裸片的頂部表面，采用蝕刻工藝來加工綁定焊盤，焊球可以放置也可以鍍到晶圓上，然后對晶圓進(jìn)行測試，最后切割晶圓，從而獲得尺寸小、成本低的集成電路。

但是，由于需要確保繼續(xù)使用傳統(tǒng)的貼片設(shè)備，邦定焊盤的間隔必須足夠大，這就使其適用性受到一點(diǎn)限制。目前，要求的焊盤間隔典型值為0.4 mm或0.5 mm。對于某些器件，采用該封裝技術(shù)的條件是增大裸片的尺寸以滿足焊盤間距的要求，因而相當(dāng)于增加了芯片的成本。但是，焊球也可以矩形形式排列，從而擴(kuò)展了該封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍，預(yù)計(jì)在今后的兩年里采用micro SMD技術(shù)的RF元件將越來越多。現(xiàn)有技術(shù)可實(shí)現(xiàn)與無線系統(tǒng)集成的器件很多，這包括半導(dǎo)體器件、離散無源器件、能夠?qū)崿F(xiàn)三維互連及嵌入無源元件的多層陶瓷或有機(jī)模塊。

多層封裝技術(shù)

半導(dǎo)體模塊制造商最近提出將完整的無線電收發(fā)機(jī)集成到尺寸很小的多層封裝之中。隨著新型無線電通訊架構(gòu)的應(yīng)用，外部元件的數(shù)目急劇減少，集成度更高的收發(fā)機(jī)半導(dǎo)體芯片日益引人注目，因此，產(chǎn)品的最終大小將取決于材料清單上元器件的數(shù)量及關(guān)鍵半導(dǎo)體器件采用的芯片封裝技術(shù)。CSP、micro SMD、線綁COB及倒裝芯片安裝工藝已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其改進(jìn)工作也正在進(jìn)行之中，目的是開發(fā)盡可能最小的裝配技術(shù)。

多層模塊技術(shù)，如低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)或基于多層板的, 不僅提供了優(yōu)異的互連性能，還使無源器件嵌入到多層板結(jié)構(gòu)成為可能。這些芯片實(shí)際上可以安裝在有源芯片之下,從而模塊的外形尺寸極小。NSC正在為微蜂窩基站生產(chǎn)基于LTCC的頻率合成器模塊，其他制造商也都在跟蹤研究LTCC模塊技術(shù)。

盡管LTCC或HDI封裝技術(shù)具有三維封裝的特征，但它們裝配的仍然是傳統(tǒng)的集成半導(dǎo)體元件，提供的仍然是半導(dǎo)體芯片與無源器件之間的互連，從這個(gè)意義上看，這些技術(shù)處理的只不過是異型電路板。要根本改變這種狀況，必須重新配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，找到能發(fā)揮無源器件性能的封裝工藝，并確保有源器件全部集成到半導(dǎo)體器件之中。

高性能無源器件封裝的可選材料之一是玻璃晶圓，在封裝過程中采用與傳統(tǒng)半導(dǎo)體沉積工藝和蝕刻設(shè)備兼容的廉價(jià)絕緣基座，該封裝技術(shù)使人們能夠生產(chǎn)品質(zhì)極高的電容和電感，其Q值比采用硅片工藝制作大10倍以上。

采用這種封裝方法，所有無線電子系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件及無源部件可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，以便優(yōu)化每個(gè)部件和整個(gè)子系統(tǒng)的性能。理論上看，這種方法可提供成本和性能的最優(yōu)組合。所有的元件集成到單塊基體后，易用性就比其他方案的更高，成本也更低。

天線的放置解決了系統(tǒng)整體封裝相關(guān)的問題之后，還要考慮天線的設(shè)計(jì)和放置。許多制造商都提供嵌入式天線設(shè)計(jì)，可將天線安裝到電路板上或作為模塊的一個(gè)附屬元件。上面討論的所有封裝工藝都可以采用這種嵌入式天線。

有些設(shè)計(jì)將天線嵌入到半導(dǎo)體器件的封裝引腳上，但要對天線的空間響應(yīng)建模和優(yōu)化就很困難，預(yù)計(jì)今后兩到三年里，大部分天線或者繼續(xù)將外置，或者將設(shè)計(jì)在電路板上，還有可能設(shè)計(jì)在電路板的模塊上。

http:///bbs1/read-htm-tid-21854-fpage-4.html