CN109494164A - 一种制备小型化开关滤波器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备小型化开关滤波器的方法，属于开关滤波器技术工艺领域。一种制备小型化开关滤波器的方法包括如下步骤：S1制备开关芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；S2、采用植球机在芯片的金属焊盘上制备金凸点；S3、倒装贴片和焊接：采用焊接技术将步骤S2中芯片的金凸点倒装焊接在基板的金属焊盘上，芯片经金凸点的阵列与基板相连。本发明制备得到的滤波器尺寸更小、更薄，重量更轻；性能提高，短的互联减小了电感、电容以及电阻，信号完整性、频率特性更好；该方法工艺简单，可操作性强，操作过程简单、方便，适用范围广、适用性强，为开关滤波器小型化提供了一种切实可行的方法。

Description

一种制备小型化开关滤波器的方法

技术领域

本发明涉及开关滤波器技术领域，特别涉及一种制备小型化开关滤波器的方法。

背景技术

开关滤波广泛应用于微波系统，是相控阵雷达、电子对抗等电子系统必不可少的重要组成部分。其作用是完成雷达接受频率的选择，杂谐波抑制等功能。开关滤波器组由多路开关滤波器组成，通过开关组切换到所需的波段,能够满足宽带通信的要求，传统的开关滤波器组件体积比较大，小型化是开关滤波组件的主要瓶颈。

随着开关滤波器产品小型化、轻量化、薄型化、高性能、I/O端数的增加以及功能多样化的发展，传统的封装技术已不能满足高密度的要求。芯片倒装互连技术的发展为高密度封装带来了希望，倒装互连技术与引线键合技术相比具有以下优势：(1)尺寸更小、更薄，重量更轻；(2)密度更高，单位面积I/O端口数量增加；(3)性能提高，短的互联减小了电感、电容以及电阻，信号完整性、频率特性更好。

受各种因素的制约，开关滤波器中的芯片互联多采用第二代2D丝焊微电子装联键合技术，阻碍了产品(特别是高频微波产品)向小型化、轻薄化和高性能的方向发展，倒装互连技术有效解决了金丝键合对微波集成电路发展的制约。因此，有必要对倒装互联技术做一些研究，甚至考虑其在微波组件中应用的可能。倒装芯片中的凸点分为焊料凸点和非焊料凸点，焊料凸点是以锡基材料为主，非焊料凸点主要是金凸点和铜凸点。铜凸点或铜柱的抗氧化、耐腐蚀性较金凸点、金凸块差很多。金凸点或金凸块常使用在小尺寸、高引出端的芯片中，在连接中使用金可确保连接可靠性更高，其工艺常用于微波组件芯片凸点的制备。因此，有必要研究倒装互联技术在小型化开关滤波器中应用的可能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中开关滤波器存在体积比较大的问题，提供一种制备小型化开关滤波器的方法，其制备得到的滤波器可叠层制作成贴片状，尺寸更小、更薄，重量更轻。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备小型化开关滤波器的方法，包括以下步骤：

S1、制备开关滤波器的芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；

S2、采用植球机在芯片焊盘上制备金凸点：

通过金丝球焊的方法在芯片的金属焊盘上植球，制作金凸点；

S3、倒装贴片和焊接：

采用焊接技术将步骤S2中芯片的金凸点倒装焊接在基板的金属焊盘上，芯片经金凸点的阵列与基板相连。

作为优选的，所述步骤S1中芯片金属焊盘表面镀金，基板金属焊盘表面镀金。

作为优选的，所述步骤S1中基板为硅基板。

更为优选的，所述硅基板上表面有金属层。

更为优选的，所述金属层为金，金属层厚度为1-2微米。

作为优选的，所述步骤S2中金丝球焊的方法采用金丝，金丝直径为25μm；所述凸点的高度为25-40μm，金凸点的直径为55-80μm。

作为优选的，所述所述步骤S2中植球温度为100-200℃。

作为优选的，所述步骤S3中焊接技术为超声热压焊接。

更为优选的，所述超声热压焊接是从芯片上施加超声能和压力，从基板底上施加热能，超声功率为200W-400W、压力为20-60gf、热能为100-300℃，超声时间为2-14ms。

更为优选的，所述超声热压焊接的超声功率为224W、压力为40gf、热能为150℃，超声时间为8.0ms。

一种采用任一一项所述制备方法制备出的开关滤波器。

本发明中凸点为金球，其具有良好的导电性、极小的接触阻抗、在空气中具有优良的稳定性。金球在芯片表面凸出一定的高度，适合芯片倒装工艺的要求。同时，芯片需要通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。

硅有着和钻石一样的晶体结构，这赋予了硅基板极好的稳定性和强度；硅的界面态很少；硅的带隙更大，具有更好的热稳定性，所以硅基板具有较高的介电常数，因此可以在硅基基板上制作小体积的滤波器，应用MEMS工艺加工的开关滤波器，进一步减小了滤波器组的体积，借助高精度半导体加工工艺，可以实现微米级加工误差，从而提高滤波器组的性能。

本发明的有益效果是：

1)本发明制备得到的滤波器同时集成开关、电容以及运算放大器功能在一起，加工工艺简单，尺寸更小、更薄，重量更轻；

2)本发明采用倒装焊法，焊接点的面积大，提高了焊点的牢固性；直接焊接，提高了焊接的集成度；不用金属细丝引线，所以不存在“断线”想象，工作效率高，便于自动化，焊接的集成化程度比较高；

3)本发明方法设计简单，可操作性强，操作过程简单、方便，适用范围广、适用性强，为开关滤波器小型化提供了一种切实可行的方法。

附图说明

图1中a)为开关滤波器芯片的结构封装图；b)为金凸点形状图；

图2为采用本发明方法制备的四通道开关滤波器；

图3中a)为采用本发明方法制备的四通道开关滤波器的X射线光学检测正面图；b)为采用本发明方法制备的四通道开关滤波器的X射线光学检测背面图；

图4为采用本发明方法制备的四通道开关滤波器电性能测试的曲线图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，现结合实施例与附图作进一步说明。

图1中给出了开关滤波器芯片的结构封装图，其中1为芯片，2为基板，3为金凸点，4为芯片焊盘，5为基板焊盘，6为基板的金属层。

实施例1

一种制备小型化开关滤波器的方法，包括以下步骤：

S1、制备开关滤波器的芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；所述芯片金属焊盘表面镀金，基板金属焊盘表面镀金；所述基板为硅基板，所述硅基板上表面有金属层，所述金属层为金，金属层厚度为1微米。

S2、采用植球机在芯片焊盘上制备金凸点：

通过金丝球焊的方法在芯片金属焊盘上植球，制作金凸点，所述金丝纯度要求99.99％，金丝直径为25μm；所述金凸点的高度为30μm，金凸点的直径为60μm，植球温度为150℃。

本发明中凸点为金球，其具有良好的导电性、极小的接触阻抗、在空气中具有优良的稳定性。金球在芯片表面凸出一定的高度，适合芯片倒装工艺的要求。同时，芯片需要通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。本实施例的厚度选择250um，在不同的厚度要求中，可以减薄成任何需要的厚度，以实现需要的产品厚度要求。

另外，在芯片的金凸点制作中，整个芯片上金凸点高度的一致性是一个十分关键的参数，如果高度不一致的话，倒装芯片时会造成金凸点损伤或断路。为了得到高度一致的金凸点，需要对金凸点进行整平，在通过劈刀对金凸点向下施加压力使金凸点的顶端变得平坦的同时，还需要综合优化包括温度、功率和压力等各项工艺参数。

S3、倒装贴片和超声波焊接：

将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在硅基基板上。在这一步中，较优地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声热压焊接。所述超声热压焊接是从芯片上施加超声能和压力，从基板底上施加热能，超声功率为200W、压力为50gf、热能为150℃，超声时间为6.0ms。

采用本发明方法制备出的四通道开关滤波器尺寸为15mm(长)*13.5mm(宽)*1mm(高)，而传统工艺制备得到的四通道开关滤波器的尺寸为45mm(长)*28mm(宽)*4.5mm(高)。采用本发明方法制备的四通道开关滤波器见图2，X射线光学检测正面图和背面图见图3，四通道开关滤波器的电性能测试的曲线图见图4。

实施例2

一种制备小型化开关滤波器的方法，包括以下步骤：

S1、制备开关滤波器的芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；所述芯片金属焊盘表面镀金，基板金属焊盘表面镀金；所述基板为硅基板，所述硅基板上表面有金属层，所述金属层为金，金属层厚度为2微米。

S2、采用植球机在芯片焊盘上制备金凸点：

通过金丝球焊的方法在芯片的金属焊盘上植球，制作金凸点，所述金丝纯度要求99.99％，金丝直径为25μm；所述金凸点的高度为35μm，金凸点的直径为55μm，植球温度为200℃。

S3、倒装贴片和超声波焊接：

将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在硅基基板上。在这一步中，较优地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声热压焊接。所述超声热压焊接是从芯片上施加超声能和压力，从基板底上施加热能，超声功率为150KJ、压力为60gf、热能为150℃，超声时间为8.0ms。

用本发明制备方法制备出的四通道开关滤波器尺寸为15mm(长)*13.5mm(宽)*1mm(高)，而传统工艺制备得到的四通道开关滤波器的尺寸为45mm(长)*28mm(宽)*4.5mm(高)。

实施例3

一种制备小型化开关滤波器的方法，包括以下步骤：

S1、制备开关滤波器的芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；所述芯片金属焊盘表面镀金，基板金属焊盘表面镀金；所述基板为硅基板，所述硅基板上表面有金属层，所述金属层为金，金属层厚度为1微米。

S2、采用植球机在芯片焊盘上制备金凸点：

通过金丝球焊的方法在芯片的金属焊盘上植球，制作金凸点，所述金丝纯度要求99.99％，金丝直径为25μm；所述金凸点的高度为40μm，金凸点的直径为70μm，植球温度为200℃。

S3、倒装贴片和超声波焊接：

将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在硅基基板上。在这一步中，较优地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声热压焊接。所述超声热压焊接是从芯片上施加超声能和压力，从基板底上施加热能，超声功率为400KJ、压力为60gf、热能为150℃，超声时间为4.0ms。

用本发明制备方法制备出的四通道开关滤波器尺寸为15mm(长)*13.5mm(宽)*1mm(高)，而传统工艺制备得到的四通道开关滤波器的尺寸为45mm(长)*28mm(宽)*4.5mm(高)。

Claims (10)

1.一种制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备开关滤波器的芯片和基板，所述芯片上阵列化设置有多个金属焊盘，所述基板上对应设置有多个金属焊盘；

S2、采用植球机在芯片的金属焊盘上制备金凸点：

通过金丝球焊的方法在芯片的金属焊盘上植球，制作金凸点；

S3、倒装贴片和焊接：

采用焊接技术将步骤S2中芯片的金凸点倒装焊接在基板的金属焊盘上，芯片经金凸点的阵列与基板相连。

2.根据权利要求1所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述步骤S1中芯片金属焊盘表面镀金，基板金属焊盘表面镀金。

3.根据权利要求1所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述步骤S1中基板为硅基板。

4.根据权利要求3所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述硅基板上表面有金属层。

5.根据权利要求4所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述金属层为金，金属层厚度为1-2微米。

6.根据权利要求1所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述步骤S2中金丝球焊的方法采用金丝，金丝直径为25μm；所述金凸点的高度为25-40μm，金凸点的直径为55-80μm。

7.根据权利要求1所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述步骤S2中植球温度为100-200℃。

8.根据权利要求1所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述步骤S3中焊接技术为超声热压焊接，超声功率为200W-400W、压力为20-60gf、热能为100-300℃，超声时间为2-14ms。

9.根据权利要求8所述的制备小型化开关滤波器的方法，其特征在于，所述超声热压焊接的超声功率为224W、压力为40gf、热能为150℃，超声时间为8.0ms。

10.一种采用权利要求1-9任一一项所述制备方法制备出的开关滤波器。