2011 十月

采用DSSP技术的射频组件

微型化的新境界

具有越来越多功能和特性的智能手机风靡全球,电子元器件微型化仍是移动通讯的主导趋势之一。随着爱普科斯创新的芯片尺寸DSSP®声表封装技术,TDK在这一领域起着驱动作用。

至2014年,预计40%的移动电话将为智能手机。为了提供全球覆盖,智能手机必须比以前的手机支持更多的无线电频率以及大量的功能。尽管手机的射频电路越来越复杂,但是手机必须保持和以前一样小巧平薄。

作为声表移动通讯产品的全球市场主导,爱普科斯已经并将持续在射频元件和组件的微型化方面发挥主导作用。通过CSSP专利技术(芯片尺寸级声表封装)的推出和进一步的发展,RF滤波器以及双工器的大小已经得到稳步的减小。如今,利用DSSP,元件比第一代CSSP产品(图1)减小了高达85%。

图1:声表滤波器和双工器的微型化

利用DSSP,与第一代CSSP(上部)相比,爱普科斯双工器的封装大小减少了高达80%;单一滤波器的封装大小减少了高达85%。

晶片级封装

DSSP提供了如今可以在市场上获取的微型化的最高等级。DSSP技术的滤波器和双工器主要设计用于RF组件,要求在表面积和嵌入高度方面的最大程度的微型化。嵌入高度仅为0.25mm的DSSP元件比利用其他可获取的封装技术生产的产品要明显的薄。

 

图2:爱普科斯DSSP声表
DSSP封装提供了220µm的最先进的焊球间距。

间距仅为220 µm的DSSP技术充分利用最先进的组件生产技术(图2)。最新的设备能够以此微小的典型间距装配元件。在组件生产过程中,DSSP产品可以承受高达80bar压力的注塑制程,同时根据IPC/JEDEC J-STD-020B MSL2a对其进行测试。

利用DSSP技术,可以获取与芯片大小相同的元件尺寸。DSSP元件包括滤光晶片以及以同一材料(钽酸锂或铌酸盐)生产的凸缘晶片。两种晶片都是在晶圆状态连接。由3D光刻术确定的铜镍(CuNi)线路必须通过封装的垂直边进行连接以实现电路的互连(图3)。依据晶圆焊球流程,晶片被切成单个的DSSP元件。自动测试后的最后一步是将滤波器进行编带。

图3:DSSP封装图解

第一代DSSP产品已经开始进行大量生产,WCDMA(宽带码分多址移动通信系统)、GSM(全球移动通信系统)以及导航系统用RF双工器和滤波器产品系列正在得到扩展。 

DSSP双工器

DSSP双工器主要用于集成到FEMiDs(带集成双工器的前端模块)、双工器阵列以及PaiD(带集成双工器的功率放大器模块)中。DSSP不仅提供最佳的性能,而且体积较小,同时显著的减小了嵌入高度。典型的第一代DSSP双工器的表面积为1.8 × 1.4 mm²,嵌入高度为0.25mm。WCDMA频段V (LY50) 和 VIII (LY93)双工器的客户样品已经可以提供。

 

DSSP滤波器

DSSP滤波器产品系列可以分为两种类别。例如,用于GSM系统的蜂窝RF滤波器以及用于导航系统的滤波器。GSM滤波器有单个滤波器和2in1滤波器。后者设计为具有两种滤波功能的单晶片,例如GSM1800和GSM1900。DSSP技术上应用GSM滤波器类似于双工器,可以用来使RF前端模块最小化。图4a显示的前端模块集成有GSM 2in1滤波器(W1051)和单个滤波器(LX63)。

目前,已可以提供基于DSSP技术的爱普科斯GSM滤波器,例如,标准的1800/1900 MHz (W1050)以及800/900 MHz (W1051)GSM 2in1滤波器。

图4:模块中集成DSSP元件

a) 前端模块

b) 低噪音放大器(LNA)模块

导航滤波器的主要用于移动电话或个人导航装置的LNA(低噪音放大器)模块中。LNA模块通常集成了1个或2个滤波器与LNA(图4b)。滤波器W1002和W1003分别作为LNA前和后滤波器。LNA前部GPS滤波器(W1003)的占用面积为0.8 × 0.6 mm²,提供了0.5 dB(标准)的低插入损耗。LNA后部 GPS滤波器(W1002)的表面积0.95 × 0.6 mm²,提供高于40dB的频段外隔离。TDK-EPC也提供对GPS和俄国导航系统Glonass的LNA前部低损耗滤波器(W1004),占用面积仅为0.6 × 0.55 mm²。当然,DSSP滤波器也可以集成到更加复杂的系统中,此种系统也可包含晶片组例如SiPs(封装系统)

CSSP进一步微型化

DSSP技术促进了微型化的进一步的发展。然而,手机生产商常会选择采用离散的双工器和滤波器而不是模块。爱普科斯CSSP3封装技术的进一步革新也减少了这些元件的尺寸。不同产品类别的新的标准封装尺寸是:

  • 双工器:2.0 x 1.6 mm
  • 2in1滤波器:4in1
  • 4in1滤波器:1.8 x 1.4 mm²
  • 单一滤波器:1.1 x 0.9 mm²

 

如今对WCDMA频段一、二、四、五、六、七以及九提供2.0 × 1.6 mm²爱普科斯双工器。对于所有的GSM频段(G850、 G900,、G1800 和G1900)可获取1.5 × 1.1 mm²分立2in1滤波器。
CSSP3封装技术最新的产品开发是4in1 GSM滤波器的双重输入和输出,将4个GSM滤波器结合入单个晶片。

新的理念不仅是为微型化,而且针对系统等级的成本节约:

  • 由于双重输入,可以减少T/R开关的切换点的数量(由4减到2),因此可以使用成本较低的开关。
  • 芯片组仅要求2个LNA,因此减少接脚数以及半导体的面积,也会减少芯片组的成本。
  • 由于简化的PCB布局,4in1双工器的使用使GSM的PCB布线标准化,从而减少设计工作。

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