2013 十二月

扁平封装

引领封装技术的新潮流

封装对于电子元件和电子模块的小型化有着显著的影响。TDK及爱普科斯(EPCOS)一系列的封装技术能使得极薄的超小型产品成为可能。

我们针对电子元件和电子模块集成化及小型化研发的一系列技术,使得制造商能够在智能和普通手机以及其它移动设备上实现先进的电路设计和卓越的性能。对于微型化的革新产品,TDK不但使用新材料、薄膜和集成化技术,而且特别广泛地采用了一系列封装技术。这样便可以制造极为微型和扁平的元件和模块。这是一项关键的优势,尤其是考虑到这些微型产品的厚度越来越成为决定性参数这一事实。

在射频滤波器领域爱普科斯也研发了一些新的封装技术,能够生产极为紧凑的部件(如SAW滤波器及双工器)和一些有着极薄的模块。这些包括爱普科斯(EPCOS)基于铜框架的芯片级SAW封装(CSSP®-Cu)技术,及裸片级SAW封装(DSSP®)技术及TDK薄膜封装(TFP)技术。这些技术在厚度微型化方面的潜力如图1所示。

图1:EPCOS双工器在不同封装技术下的最大插入高度

对于为在模块中使用而设计的元件,其插入高度必须尽可能的小。采用TFP技术制作的元件最终将集成至模块中。

可靠的CSSP3铜框架技术

基于CSSP3铜框架技术的SAW滤波器可用于分离元件也可集成至一个模块中,其优势包括插入高度较低、尺寸紧凑且能够集成额外的元件至同一封装中。基于CSSP3铜框架技术制造的SAW元件厚度不会超过450 μm,而且与传统CSSP封装相比,其在模压压力(取决于所使用的工艺)高达100bar的情况下仍能保持稳定。模压工艺常常用于模块制造的后续步骤(图2)。

图2:CSSP3铜框架封装的爱普科斯(EPCOS)SAW滤波器

得益于铜框架和基座,这些CSSP3铜框架封装的爱普科斯元件在模压压力高达100bar的情况下仍能保持稳定。

DSSP可实现极微型化

新颖的爱普科斯(EPCOS) DSSP技术是分立元件微型化的一个里程碑。它第一次实现了封装面积与芯片面积大小相当,达到了目前可能的最高微型化水平(图3)。

图3:DSSP封装的爱普科斯(EPCOS)SAW滤波器

爱普科斯(EPCOS)DSSP封装的元件包括焊球在内的插入高度仅为350μm,比传统滤波器产品要扁平许多。左侧滤波器的占位大小仅为0.8 mm x 0.6 mm。

采用DSSP技术的滤波器和双工器主要用于射频模块中,因为这些产品对封装面积和插入高度的微型化有着最高的要求。这是因为顶尖的移动电话机和智能手机都必须支持越来越多的频段,也就需要相应数目的滤波器。极微型的元件是维持这些设备尺寸紧凑的唯一途径。

极为扁平的设计是DSSP元件最为重要的性能特征之一,其含焊球在内的厚度仅为350μm,这比采用当今其他技术所制造的产品要扁平许多。

微小脚距可达220μm的DSSP技术代表了模块生产中最先进的技术:根据工艺技术不同,DSSP产品可以承受高达100bar模压压力,而且已经根据IPC/JEDEC J-STD-020B MSL2a对其进行测试。

这样便可制造尺寸仅为0.6 mm × 0.7 mm SAW滤波器和尺寸为1.5 mm × 1.1 mm或更小的双工器。同时这些微型的元件也有着极低的插入损耗和高选择性。

DSSP平台是将来进一步集成化和小型化的出色平台,因为DSSP技术的进一步发展表明:该技术能够将匹配元件如高品质因数线圈集成至一块盖晶片上。这些元件的插入高度为375μm(无焊球时为275μm)。

超扁平BAW双工器的薄膜封装技术

通过薄膜技术制造的更加扁平的滤波器元件使TDK进入了一个全新境界,该元件集突出的性能优势、极紧凑的尺寸和扁平的封装优势于一身。到目前为止,该技术已经用于制造多层片式电感器、过电压保护陶瓷元件及MLCC。

同时,该技术也应用于TFP封装的极扁平体声波(BAW)滤波器的制造,该滤波器用于极为微型的射频模块中(图4),其插入高度约为200 μm(包括焊球)。TFP技术使得技术领先的模块及新颖的射频构架得以实现。

图4:TFP封装的BAW双工器

TFP封装使得BAW双工器的插入高度进一步减小至仅200 μm。

用于智能手机的稳定封装MEMS技术

适用于极为微型射频产品的封装技术也已经用于MEMS产品,如麦克风和压力传感器(图5)。新型的爱普科斯(EPCOS) C920及C923-MEMS麦克风是当今市场上最为紧凑的高端麦克风,使用了独特的封装技术,几乎可以根本消除共振问题。C923 MEMS麦克风的尺寸仅为2.75 mm × 1.85 mm × 0.9 mm,对于可听频谱下界以下的频率都有着平坦的频率响应,C920带有高通滤波器,可抑制低于100Hz的低频信号,这样有助于抑制风噪声。

图5:爱普科斯(EPCOS) MEMS麦克风的稳定封装

爱普科斯MEMS麦克风采用芯片级MEMS封装(CSMPTM)技术制造,此技术最初开发用于声表面波元件,可保证卓越的EMI屏蔽。


超微型产品线的最新成员是C914 MEMS麦克风,其信噪比(SNR)高达64 dB(A),是智能手机高端音响应用的理想选择。该产品的极高信噪比和极低的总谐波失真可显著提升远距离录制声音时的音质。除了这些出色的声学特性以外,该产品的尺寸仅为3.35 mm × 2.5 mm × 1 mm。

爱普科斯(EPCOS)的微型压力元件也特别适合集成于智能手机。T5400是经校准和温度补偿的电子压力传感器,尺寸仅为2.23 mm × 2.78 mm × 0.7 mm,是全球最为紧凑的传感器(图6),设计测量压力范围为300 mbar至1200 mbar,分辨率为16位,带有串行数字接口。T5400有着极低的功耗,睡眠模式下仅为0.3μA,工作模式下为3 μA。T5400无需进一步校准。对于使用气压来确定精确的海拔高度的导航设备和移动电话开发者,可从该产品中受益匪浅。

通过与GPS导航功能相结合,此高度测量功能可实现在单栋建筑物内的精确3D定位。根据从具备这种功能的手机打出的紧急电话,对救援队伍开展工作大有助益。

图6:爱普科斯(EPCOS) MEMS压力传感器

爱普科斯(EPCOS) MEMS压力传感器插入高度仅为0.7mm,是同类产品中最薄的。

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