基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构制造技术

基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构，它为了解决现有射频功率放大器芯片金属气密性腔式封装共晶焊接工艺加工时间长、成本高、良品率低等问题。本发明专利技术射频功率放大器芯片封装结构中射频功率放大器芯片通过焊点焊接在金属基板上，金属基板的上表面设置有绝缘体，金属端子设置在绝缘体上，金属条带的一端通过焊点焊接在金属端子上，金属条带的另一端通过焊点焊接在芯片的端子PAD上，各器件通过深腔式封装体封装，其中所述的焊点均通过高速点焊工艺形成。本发明专利技术通过高速点焊代替共晶焊芯片贴合方式，降低了加工时间，提高了良品率；通过金属条带代替楔焊键合方式，降低了寄生参数、提升热导率和电阻率，提高了可靠性。高了可靠性。高了可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种用于射频功率放大器芯片的封装结构。

技术介绍

[0002]射频功率放大器是一种能对输入射频信号产生功率放大作用并输出的射频器件。随着现代无线通信系统的不断发展，射频功率放大器芯片也朝着更高工作频率、更高输出功率、更小体积的方向发展，作为现代无线通信系统中无线发射机的核心组成部分，其重要程度不言而喻。近年来，电子战、EMC测试系统、无线通信测试系统等应用均对射频功率放大器提出了超宽带、高效率、高功率、高集成化等要求。作为第三代半导体材料的氮化镓因其高功率密度，良好的散热性能与抗干扰能力，优良的高频特性，成为制作射频功率放大器的首选材料。
[0003]射频功率放大器芯片封装技术起着安放、固定、密封、保护芯片和增强散热效果的作用。因为芯片的裸片必须与外界隔离，以防止外部环境对芯片电路的影响和损坏而造成电气性能下降；另一方面，封装后的芯片也更易于散热便于将热量向下传递给热沉以及更便于后续的安装和运输。通过封装，避免了外部环境对芯片内部电路造成的影响，实现了对芯片的保护。同时封装技术通过引脚与导线建立起了芯片与外部电路和热沉的电气以及导热桥梁，因此封装技术对芯片制造而言至关重要。
[0004]常用的针对射频功率放大器芯片封装的技术有如下三种：
[0005]QFN封装，表面贴装型封装之一，是一种无引脚封装，呈正方形或矩形，封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连结的导电焊盘。QFN封装内部引脚与焊盘之间的导电路径短，自感系数以及封装体内布线电阻很低，因而提供了卓越的电性能。此外，还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能，该焊盘具有直接散热通道，用于释放封装内的热量。通常将散热焊盘直接焊接在电路板上，并且PCB中的散热过孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中，从而吸收多余的热量。综上QFN封装的特点，即是针对射频功率放大器Die(芯片裸片)，具有良好的散热特性。但是QFN封装也具有其不可忽视的缺点，QFN封装加工时，射频功率放大器Die会直接安置在QFN封装的底部中央位置，通过金线将Die与各引脚相连，这就出现QFN封装内、Die的外部不能存在电路结构，所有的电路均需要在Die上实现。这带来的弊端就是，片上由于工艺精度等问题，在射频功率放大器的设计与加工过程中，部分器件品质因数(Q值)差，射频功率放大器芯片的性能得不到保障，且难以成为10W以上的射频功率放大器的封装方法。
[0006]LGA全称是Land Grid Array，即是栅格阵列封装。它用金属触点式封装取代了以往的针状插脚。LGA最大的特点就是克服了QFN封装内、Die的外部不能存在电路结构的缺点。LGA封装内部可以安置一块小而薄的PCB电路板，设计好的Die安置在PCB板上，PCB通过通孔与LGA封装的引脚或者底盘相连。该类封装针对射频功率放大器芯片最大的优势在于，
可以将射频功率放大器芯片的部分电路设计在Die之外，即PCB板上，可以是输入/输出匹配电路、偏置电路、功率检测电路等等。由于Die之外的PCB板具有相对宽裕的电路设计空间，因此可以采用高Q值的分离式元器件搭建电路。因此LGA封装对于射频功率放大器而言，具有保障其射频性能的优势。但LGA封装缺点也显而易见，即散热性能更加不及QFN封装。这是由于主要发热源Die无法与封装底板直接接触，通过散热效果较差的PCB板和通孔才能实现与底板的接触和散热，在功率容量大，热量产生大的射频功率放大器芯片设计中，该缺点同样显得不可忽视。
[0007]金属气密性腔式封装，具有优良的水分子渗透阻绝能力、高可靠度、密封性，还可以提供优秀的热传导和电磁屏蔽，因此可以很好的应用于大功率射频功率放大器的封装。这也是其和QFN以及LGA封装相比最主要的优势所在。金属材料具有最优良的水分子渗透阻绝能力，因此可以保护芯片，防止外来环境(主要是水汽)侵害。水汽通常可以带来金属件电解反应会导致金属腐蚀，引起芯片的短路、断路与破坏。该封装方法可以提高、特别是有源器件的可靠性。它通常采用镀镍或镀金的金属基座固定芯片，因此主要应用于高可靠性的军用电子封装。此外它具有优秀的热传导和电磁屏蔽特性，是10W以上大功率射频功率放大器高可靠性封装方式的首选。气密性腔式封装允许把射频功率放大器Die安装在密封的充入良性气氛的环境中，一般是充入氮气或者氩气等。现在常用的射频功率放大器Die，选用镀镍或镀金的铜或其他金属导体材料做金属基板，将射频功率放大器Die以及相关匹配电路元器件全部都放置在金属基板之上，射频功率放大器Die采用共晶贴片的方式与金属基板固定，再进行深腔金线楔焊Wire
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bonding连接。并进一步采用对称台阶式盖板，在良性气氛的环境中(手套箱中)，一般是充入氮气或者氩气等，使用平行缝焊固定到深腔式封装体上，完成整个气密性腔式封装操作。这样的封装方法，主要有如下缺点：(1)利用Au/Sn在350度的高温下采用共晶焊接方法加工时间长、成本高、对设备要求高。此外，良品率差也是主要缺点；(2)射频功率放大器Die与Lead之间Wire
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Bonding的电感值较大，会降低器件的频率特性。大功率射频功率放大器Die金线数量多，因此存在工艺复杂性高、加工时间长、键合可靠性低的问题。此外最大的问题是一旦其中某一根金线出现问题，将出现整颗射频功率放大器Die失配的严重问题，导致整颗芯片成为废品，因此会严重消耗大量的成本和时间；(3)现有的金属气密性腔式封装方法虽然优势明显，但是核心封装工艺难以兼容到QFN和LGA封装中，只能作为高端射频功率放大器芯片产品特别是军品以及机载、星载等高端射频芯片的专用封装方法。因此，需要提出一种兼容性更好的高效高良率的普适于射频微波功率放大器芯片的封装新方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是解决现有射频功率放大器芯片金属气密性腔式封装共晶焊接工艺加工时间长、成本高、良品率低，深腔金线楔焊Wire
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bonding工艺复杂性高、键合可靠性低、器件频率特性低、易失配，以及难以兼容到QFN和LGA等其他封装中的问题，而提供一种基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构。
[0009]本专利技术基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构包括射频功率放大器芯片、金属基板、深腔式封装体、金属条带、绝缘体、金属端子和盖板，射频功率放大器芯片通过焊点焊接在金属基板上，金属基板的上表面左右两侧分别设置有绝缘体，
金属端子设置在绝缘体上，金属条带的一端通过焊点焊接在金属端子上，金属条带的另一端通过焊点焊接在射频功率放大器芯片的端子PAD上，所述的射频功率放大器芯片、金属基板、金属条带、绝缘体和金属端子通过深腔式封装体封装，(台阶式)盖板焊接在深腔式封装体上并位于射频功率放大器芯片的上方；其中所述的焊点均通过高速点焊工艺形成。
[0010]本专利技术是为了一方面解决现有射频功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构，其特征在于该基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构包括射频功率放大器芯片(1)、金属基板(2)、深腔式封装体(3)、金属条带(4)、绝缘体(5)、金属端子(6)和盖板(7)，射频功率放大器芯片(1)通过焊点焊接在金属基板(2)上，金属基板(2)的上表面左右两侧分别设置有绝缘体(5)，金属端子(6)设置在绝缘体(5)上，金属条带(4)的一端通过焊点焊接在金属端子(6)上，金属条带(4)的另一端通过焊点焊接在射频功率放大器芯片(1)的端子PAD上，所述的射频功率放大器芯片(1)、金属基板(2)、金属条带(4)、绝缘体(5)和金属端子(6)通过深腔式封装体(3)封装，盖板(7)焊接在深腔式封装体(3)上并位于射频功率放大器芯片(1)的上方；其中所述的焊点均通过高速点焊工艺形成。2.根据权利要求1所述的基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构，其特征在于所述的射频功率放大器芯片(1)为非匹配芯片、内匹配芯片或者单片微波集成电路芯片。3.根据权利要求2所述的基于高速点焊和条带键合工艺的射频功率放大器芯片封装结构，其特征在于当射频功率放大器芯片(1)为内匹配芯片时，该射频功率放大器芯片封装结构还包括无源器件和电路基板，无源器件设置在电路基板上，该电路基板和金属基板相拼接。4.根据权利要求3所述的基于高...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琮，
申请(专利权)人：王琮，
类型：发明
国别省市：