rf设计与应用(五)射频积体电路封装

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1、RF設計與應用（五）射頻積體電路封裝在行動通訊品質要求的提高，通訊頻寬的需求量大增，因應而生的各項新的通訊規範如GPRS、W-CDMA、CDMA-2000、Bluetooth、802.11b紛紛出籠，其規格不外乎：更高的資料傳輸速率、更有效的調變方式、更嚴謹的雜訊規格限定、通訊功能的增強及擴充，另外再加上消費者對終端產品“輕、薄、短、小、久（包括產品的使用壽命、維護保固，甚至是手機的待機時間）”的訴求成了必要條件；於是乎，為了達成這些目的，各家廠商無不使出混身解數，在產品射頻(RadioFrequen

2、cy)、中頻(IntermediateFrequency)與基頻(BaseBand)電路的整合設計、主動元件的選擇應用、被動元件數目的減少、多層電路板內線路善加運用等，投注相當的心血及努力，以求獲得產品的小型化與輕量化。針對這些無線通訊產品業者所面臨的課題，我們試著從封裝技術在射頻積體電路上應用的角度，來介紹射頻積體電路封裝技術的現況、現今封裝技術對射頻積體電路效能的影響，以及射頻積體電路封裝的未來發展和面臨的挑戰。　射頻積體電路封裝技術的現況就單晶片封裝(SingleChipPackage)的材質而

3、言，使用塑膠封裝(Plastic Package)的方式，是一般市面上常見到的高頻元件封裝類型，低於3GHz工作頻率的射頻積體電路及元件，在不嚴格考量封裝金屬導線架(MetalLeadFrame)和打線(WireBond)的寄生電感(ParasiticInductance)效應下，是一種低成本且可薄型化的選擇。由於陶瓷材料防水氣的滲透性特佳及滿足高可靠度的需求，故也有採用陶瓷封裝技術；對於加強金屬屏蔽作用及散熱效果的金屬封裝，可常在大功率元件或子系統電路封裝看到它的蹤跡。▲圖一常見的封裝型態(a)四支

4、引腳的圓形封裝；(b)SOP；(c)金屬封裝；(d)J型引腳的QFP；(e)L型引腳的QFP若以引腳排列方式區分，雙邊引腳的SOP(SmallOutlinePackage)、四邊引腳的四邊平面構裝(QuadFlatPack,QFP)和底部引腳的金屬罐式構裝(TransistorOutlinePackage,TO)最為常見（圖一），其引腳與構裝基板的黏著設計，為能有高密度薄型化的最佳表現，又以表面黏著技術(SurfaceMountTechnology)為最大宗，而各家元件廠商會因應不同的元件如放大器(A

5、mplifier)、振盪器(Oscillator)、混頻器(Mixer).等，選取最佳化的封裝方式以符合客戶的需求而多晶片封裝(Multi-chipPackage)技術，同時也包括了多晶片模組封裝(Multi-chipModule)，為一種縮小電路體積、減短各積體電路互連(Inter-connection)線路距離、降低雜訊干擾的封裝技術。由於此封裝方式將至少兩片以上的晶片整合起來，並依承載基板材質的不同，而有MCM-C(Ceramic)、MCMD(DepositedThinFilm)、MCM-S(S

6、ilicon)、MCM-L(Laminate)之分（其中MCM-L主要以PC板做構裝底材，成本最低），且配合減少打線影響的覆晶接合技術（Flip-chipBonding，圖二）和縮小封裝面積的晶片尺寸封裝（ChipScalePackage，圖三），▲圖二覆晶接合間圖▲圖三CSP類別示意圖甚而利用LTCC(LowTemperatureCo-firedCeramic)製程技術結合內藏式被動元件的設計（圖四），所製成的前端(FrontEnd)區塊電路模組，更為廣泛地應用在無線通訊電路中，以減少獨立式被動元件

7、的使用數目，進而滿足小型化、輕量化的要求。　▲圖四多層陶瓷模組剖面示意圖　封裝技術對射頻積體電路效能的影響封裝對元件的功能主要在於傳遞電源能量及電路訊號、保護元件結構、提供散熱管道，其中又以電能、電訊的傳輸為射頻積體電路相當重要的考量。由於射頻電路工作頻率常在300MHz以上，其原有的低頻電路特性則因頻率的增加而有所改變，以簡單的單一導線為例，原為傳輸訊號導通與不導通的判定，隨著工作頻率的提升其寄生電感、肌膚效應(SkinEffect)及寄生電阻(ParasiticResistance)的現象便一一浮

8、現，導致我們對射頻積體電路在封裝中的電性要求較為複雜。在參考資料1中所敘述，就一砷化鎵(GaAs)單晶微波積體電路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit;MMIC)的LNA(LowNoiseAmplifier)電路，利用覆晶凸塊接合至氧化鋁基板製作成覆晶測試電路，並和其裸晶的電路特性做比較（見圖五）。▲圖五覆晶與裸晶S參數比較圖　▲圖六未填膠覆晶與填膠覆晶參數比較圖兩者在工作頻段S參數的變化相當一致，也就是說受覆晶接合