CN108807198A - 一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法,其特征在于，所述射频裸芯片封装方法包括射频裸芯片、真空烘箱、等离子清洗设备、EGC‑1700无色防潮保护涂层，所述射频裸芯片应用于微波混合集成电路中实现射频性能，所述真空烘箱用于射频裸芯片封装前微波混合集成电路的去水汽，所述等离子清洗设备用于射频裸芯片封装前表面有机物的清洗和活化，该技术方案简单、快捷、成本较低、易于实现。通过射频裸芯片的封装，解决了解决现有封装在湿热、霉菌、盐雾等环境试验后微波混合集成电路中气氛复杂，射频裸芯片可靠性无法保证，产品指标异常，尤其是微波电路频率越高影响越大的问题。

Description

一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法

技术领域

本发明涉及一种封装方法，具体涉及一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，属于射频裸芯片封装技术领域。

背景技术

封装是把集成电路装配为射频裸芯片最终产品的过程，简单地说，就是把Foundry生产出来的集成电路裸片放在一块起到承载作用的基板上，把管脚引出来，然后固定包装成为一个整体；

作为雷达的核心部件，微波混合集成电路中，为保证电路损耗小、寄生参数低等原因，混合集成多芯片组件(MCM)一般是将多个射频裸芯片高密度组装在多层互连基板上,然后封装在同一外壳内,以形成高密度的微电子产品，但由于混合集成多芯片组件应用环境的复杂性及自身腔体内的综合气氛，射频裸芯片的应用可靠性往往较低。封装作为一种常见的保护方式，在射频裸芯片中的应用十分必要，需要在不影响射频裸芯片电性能的情况下，提出一种新的射频裸芯片的封装方法。目前行业内在微波混合集成电路电路射频裸芯片封装通常有以下几种方法：

1.对微波混合集成电路进行激光封焊或平行封焊，将射频裸芯片封装在微波混合集成电路的管壳中，使其与空气隔绝，但激光、平行封焊后的产品出现返工返修时，盖板拆除困难且无法再利用，可维修性一般，且平行封焊只适合于特殊的材料如Kovar合金。

2.对微波混合集成电路内部进行“Parylene”真空沉积,Parylene是一种对二甲苯的聚合物。Parylene涂层用独特的真空气相沉积工艺制备,由活性小分子在基材表面“生长”出完全敷形的聚合物薄膜涂层，薄膜涂层沉积厚度约0.1μm～100μm。该工艺过程复杂、需要专门的设备，成本较高。

3.对微波混合集成电路射频裸芯片采用环氧胶、硅橡胶、硅胶等。但环氧胶易吸水，硅胶，硅橡胶都有较高的CTE，同时弹性系数较高，在环境温度试验中，胶体本身的膨胀和收缩所带来的应力会将键合的金丝拉脱，导致失效。并且，由于上述胶的介电常数和损耗正切角与空气介质差别较大，对射频裸芯片带来的影响较大，无法满足产品的电性能要求。

发明内容

本发明的目的是为提供微波混合集成电路射频裸芯片提供一种简单、快捷、成本较低、易于返修的封装方法。该方法能在Ku波段(18GHz)以内的微波混合集成电路上应用，封装对产品的指标影响较小，在各个环境试验阶段指标稳定，射频裸芯片表面的涂层不会导致金丝拉脱。封装后的射频裸芯片其散热性不会受到较大的影响。

为了实现上述目的，本发明一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法是这样实现的：实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法,其步骤如下：

1)在超净间中准备好需要封装的含有射频裸芯片的微波混合集成电路；

2)将微波混合集成电路放置于真空烘箱中进行高温烘烤去除水汽；

3)采用等离子清洗设备对烘烤后的微波混合集成电路中射频裸芯片清洗和表面活化；

4)采用EGC-1700无色防潮保护涂层对射频裸芯片表面进行滴涂封装；

5)待射频裸芯片表面涂层固化后，在电子显微镜下观察，对未封装到的频裸射频裸芯片表面进行修复。

作为本发明的一种改进，所述步骤2)中，射频裸芯片封装前，应进行真空烘烤，去水汽，烘烤时间与微波混合集成电路的重量成正比。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，射频裸芯片封装前，应进行等离子清洗，其中氮气用作回填，先采用氧等离子对射频裸芯片表面进行有机物进行氧化，其次采用氩等离子体对射频裸芯片表面有机物去除和焊盘活化，等离子清洗有助于EGC-1700无色防潮保护涂层的铺展。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)中，射频裸芯片采用等离子清洗设备清洗完成后，距EGC-1700无色防潮保护涂层的封装时间不超过2小时。

作为本发明的一种改进，所述步骤4)中，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层封装时，采用自动点胶机进行操作，选用专用卡口针头内径为0.09mm，针头外径为0.26mm。

作为本发明的一种改进，所述步骤4)中，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层采用滴涂的方式进行，滴涂时，卡口针头距射频裸芯片表面距离为1.5～2mm。

作为本发明的一种改进，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层，采用自动点胶机进行操作，根据芯片的大小，设置注滴时间，定时，定量出保护涂层。

作为本发明的一种改进，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层采用滴涂的方式进行，涂层厚度不超过1μm，

作为本发明的一种改进，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层可使用3M^TMNovec^TM7100DL稀释剂擦除。

射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层，采用自动点胶机进行操作，根据芯片的大小，设置出气压力，注滴时间，定时，定量出保护涂层。附表1为不同射频裸芯片规格的无色防潮保护涂层的滴涂工艺参数。

表1

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)该技术方案简单、有效，该方案根据微波混合集成电路及射频裸芯片的特点专门设计了一种封装方法，当采用这种封装方法时，射频裸芯片的可靠性可以得到较好的提高；

2)该方案通过滴涂的方式在射频裸芯片表面进行实现，封装过程快捷，短时间内可以实现射频射频裸芯片的有效保护，可维修性好，且维修成本较低；

3)本发明在微波混合集成电路射频裸芯片表面的封装厚度不超过1μm，可以有效地满足射频裸芯片的散热要求；

4)本发明在能在Ku波段(18GHz)以内的微波混合集成电路上应用，封装对产品的指标影响较小；

5)本发明在各个环境试验阶段指标稳定，产品指标无异常；

6)该技术方案成本较低，相较于现有的高频电路Parylene保护方法，便于进一步的推广应用。

为解决混合集成多芯片组件应用环境的复杂性及自身腔体内的综合气氛所导致的射频裸芯片应用可靠性较低的问题，同时满足操作方案简单、有效，可维修性好、散热好、成本低等要求。本发明用一种EGC-1700无色防潮保护涂层，通过高温烘烤、等离子清洗、保护涂层的点涂的方式实现射频裸芯片表面的封装。使其既不影响产品的可靠性，同时对Ku波段以下产品的指标影响也较小。

EGC-1700无色防潮保护涂层是美国3M公司生产，是一种氢氟醚溶剂中含有质量分数2％的氟化丙烯酸聚合物。目前行业内在微波混合集成电路电路射频裸芯片封装时对微波混合集成电路进行激光封焊或平行封焊，但产品返工返修困难；对微波混合集成电路内部进行“Parylene”真空沉积，工艺过程复杂、需要专门的设备，成本较高；对微波混合集成电路射频裸芯片采用环氧胶、硅橡胶、硅胶封装，产品的射频性能和可靠性均无法保证。而EGC-1700无色防潮保护涂，通过试验可以在Ku波段(18GHz)以内的微波混合集成电路上应用，技术方案简单、有效，散热效果好，可维修性好，在各个环境试验阶段指标稳定，产品指标无异常。

附图说明

图1为微波混合集成电路射频裸芯片封装后的示意图。

图2为一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法的流程图。

图3为湿热试验曲线。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实例对本实施例做详细的说明。

申请人设计制作某型号放大器产品，其工作频率频率为6GHz～18GHz，设计时采用射频裸芯片装架的微组装工艺技术。要求产品满足湿热试验GJB 150.9A-2009和霉菌试验GJB150.10A-2009，盐雾试验GJB 150.11A-2009的试验要求，同时产品后期维修方便，维修成本低。

工艺方案

1.选用美国3M公司生产的EGC-1700无色防潮保护涂层，是一种氢氟醚溶剂中含有质量分数2％的氟化丙烯酸聚合物；

2.在超净间中准备好需要封装的含有射频裸芯片的微波混合集成电路；

3.将微波混合集成电路放置于真空烘箱中进行高温烘烤去除水汽，烘烤时间与微波混合集成电路的重量成正比；

4.采用等离子清洗设备对烘烤后的微波混合集成电路中射频裸芯片清洗和表面活化，采用氮气回填，氧气与射频射频裸芯片表面的有机物发生氧化反应，氩气对射频射频裸芯片表面的有机物进行轰击同时对焊盘进行活化；

5.采用EGC-1700无色防潮保护涂层对射频裸芯片表面进行滴涂封装，封装时间在等离子清洗完成后2小时内，采用自动点胶机进行封装，使用专用卡口针头，封装厚度不超过1μm；

6.待射频裸芯片表面涂层固化后，在电子显微镜下观察，对未封装到的频裸射频裸芯片表面进行修复。

整个方案工艺流程图如图2所示。

试验例

对按上述工艺方案进行射频裸芯片表面封装的微波混合集成电路进行试验。微波混合集成电路中射频裸芯片封装前后电性能典型参数参见表2。

测试参数	封装前	封装后	单位
				测试频率	中心频点@12GHz	中心频点@12GHz	GHz
增益	17	16.9	dB
				噪声系数	2	2.05	dB

1.湿热试验按图2执行，试验周期10个循环，240小时；

对比湿热试验前后的指标，变化较小，满足产品指标协议要求。测试指标如表3所示。

测试参数	试验前	试验后	单位
				测试频率	中心频点@12GHz	中心频点@12GHz	GHz
增益	16.9	16.8	dB
				噪声系数	2.05	2.1	dB

2.霉菌试验试验条件：a)试验周期：28d；b)试验选用菌种见表4；c)合格等级：1级。

序号	菌种名称	菌种编号
			1	黄曲霉	AS3.3950
2	杂色曲霉	AS3.3885
			3	绳状青霉	AS3.3875
4	球毛壳霉	AS3.4254
			5	黑曲霉	AS3.3928

试验后，检查微波混合集成电路射频裸芯片表面，射频裸芯片表面有较少的霉菌分布，霉菌下面的射频裸芯片表面涂层清晰可见，满足GJB 150.10A-2009标准中1级要求。

3.盐雾试验条件：a)试验箱喷雾前温度为35℃，且时间至少为2h；b)盐溶液：盐溶液的浓度应为5％+1％，PH值在6.5～7.2之间；c)盐雾沉积率：在80cm²的水平收集区内，保证盐溶液的沉降率为(1～3)mL/h。

试验后，对微波混合集成电路和射频裸芯片进行检验，未发现腐蚀和故障，满足要求。

通过上述三个试验说明，采用这种工艺方案后，产品满足湿热试验GJB 150.9A-2009和霉菌试验GJB 150.10A-2009，盐雾试验GJB 150.11A-2009的试验要求。

从上述方案来看，EGC-1700无色防潮保护涂，通过试验可以在Ku波段(18GHz)以内的微波混合集成电路上应用，技术方案简单、有效，散热效果好，可维修性好，在各个环境试验阶段指标稳定，产品指标无异常。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的封装范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所封装的范围。

Claims (9)

1.一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法,其步骤如下：

1)在超净间中准备好需要封装的含有射频裸芯片的微波混合集成电路；

2)将微波混合集成电路放置于真空烘箱中进行高温烘烤去除水汽；

3)采用等离子清洗设备对烘烤后的微波混合集成电路中射频裸芯片清洗和表面活化；

4)采用EGC-1700无色防潮保护涂层对射频裸芯片表面进行滴涂封装；

5)待射频裸芯片表面涂层固化后，在电子显微镜下观察，对未封装到的频裸射频裸芯片表面进行修复。

2.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤2)中，射频裸芯片封装前，应进行真空烘烤，去水汽，烘烤时间与微波混合集成电路的重量成正比。

3.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤3)中，射频裸芯片封装前，应进行等离子清洗，其中氮气用作回填，先采用氧等离子对射频裸芯片表面进行有机物进行氧化，其次采用氩等离子体对射频裸芯片表面有机物去除和焊盘活化，等离子清洗有助于EGC-1700无色防潮保护涂层的铺展。

4.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤3)中，射频裸芯片采用等离子清洗设备清洗完成后，距EGC-1700无色防潮保护涂层的封装时间不超过2小时。

5.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤4)中，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层封装时，采用自动点胶机进行操作，选用专用卡口针头内径为0.09mm，针头外径为0.26mm。

6.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤4)中，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层采用滴涂的方式进行，滴涂时，卡口针头距射频裸芯片表面距离为1.5～2mm。

7.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层，采用自动点胶机进行操作，根据芯片的大小，设置出气压力，注滴时间，定时，定量出保护涂层。附表1为不同射频裸芯片规格的无色防潮保护涂层的滴涂工艺参数。

8.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤4)中射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层采用滴涂的方式进行，涂层厚度不超过1μm。

9.根据权利要求1所述的一种实现微波混合集成电路射频裸芯片封装的方法，其特征在于，所述步骤4)中射频裸芯片使用的EGC-1700无色防潮保护涂层使用3M^TMNovec^TM7100DL稀释剂擦除。