声表面波滤波器封装
在集成至模块过程中，声表面波元件必须要经受高达100 bar的压强，这就要求采用新的封装技术。
为了让声表面波元件中的声表面波在无干扰情况下传播，封装中的芯片表面上方要有一个空腔。
一般说来，在2 GHz滤波器中用于将电信号转换成声波的叉指换能器由铝镀层组成（厚度为150 nm，宽度小于500 nm）。
为避免腐蚀，这些结构必须能够防潮（可以在芯片上加一层非常薄的钝化层，或者采用气密封装），同时还必须要耐高温、显著的温度变化以及高湿空气。
体声波（BAW）以及薄膜体声波谐振器（FBAR）元件也需要具有空腔的封装。
之前专为声表面波滤波器开发的封装技术现亦为体声波元件沿用。
以前，声表面波元件总是直接焊接在手机电路板上的。
不过现在，声表面波滤波器越来越多地被集成到模块中，而各种各样的模块则用于手机。
以下为一些典型实例：
•含有超过两个滤波器及其阻抗匹配元件的滤波器组
•包含滤波器、开关以及匹配元件的前端模块，多见于GSM应用
•含有收发集成电路、滤波器以及匹配元件的收发模块
•带双工器的功放（PAiD）模块
LTCC或FR4基片常用于模块中。
LTCC基片可集成数十个无源元件，而声表面波滤波器、其它无源元件和半导体则安装在基片上表面。
然后，使用金属帽盖、顶部密封（Glob Top）或包膜工艺对模块加以密封。
在传递模塑期间，当温度高达180℃时，最高可产生100 bar的压强。
声表面波滤波器
封装内的空腔因此必须足够坚固，以承受高达10 N/mm2的压强。
模块中采用的声表面波元件必须不仅能适应挤出成型工艺，还必须具有占用面积小和插入高度低的特点。
从金属封装到CSSP
最初，声表面波元件采用的是气密金属封装技术，焊线在外接端子和芯片之间起连接的作用。
在表面贴装技术面市后，便采用了具有扁平焊接引脚的陶瓷封装。
然而，陶瓷封装与焊线的组合却难以实现低于3 × 3 mm2的封装面积以及低于1 mm的插入高度。
因此，许多声表面波元件制造商在2000年前后开始采用倒装焊封装。
除降低尺寸的需求外，焊线电感对电性能的限制也是采用倒装焊封装的另一个原因。
大多日本声表面波元件制造商沿用了陶瓷盒装技术，并用金凸点取代了焊线。
相比之下，爱普科斯则引入了一种全新方案来使封装尺寸最小化，即芯片尺寸级声表封装（CSSP）。
爱普科斯从2000年起已经在市场上推出三代CSSP技术。
每一代CSSP都含有一个采用共烧技术制造的平面内插结构，以及用于建立声表面波芯片和基片之间电连接的焊球。
为降低生产成本，在大面积陶瓷板上同时加工数千个电子元件。
在封装处理结束时，才分切开来。
三代CSSP 的不同之处主要在于：芯片和基片之间空腔的闭合方式。
因为CSSP1技术可实现的最紧凑封装仍需占用2.0 × 2.0 mm2的面积，所以这一代CSSP在微型化的高要求下，逐渐淡出了手机应用中。
CSSP2技术
第二代被称为CSSP2，从2002年起投入生产，用于实现更小封装。
图1所示为CSSP2封装（又名CSSPlus 封装）的截面图。
当一层聚合物薄膜覆盖在芯片上时，空腔就产生了。
爱普科斯研发出一种特殊工艺，可以确保薄膜的优良粘附力，并能实现芯片和基片之间的缝隙处薄膜几何尺寸的精确度。
图1：CSSP2封装截面
SAW 芯片 金属覆层 聚合
物箔
SMD 片 HTCC 空腔 焊球
采用无铅SnAgCu 焊球将芯片焊
接在HTCC 或LTCC 基片上。
凸点
底部的金属层（即UBM ）的直径
为125 μm 。
然后，在封装上端的镀金属层之前先使用激光器去除元件边缘的薄膜。
这一流程旨在防止湿气扩散到封装内部。
上部金属喷镀的制作需要先溅射一层金属基层，在通过电镀来沉积铜和镍层。
之后，再通过切割陶瓷板来分离元
件。
声表面波滤波器芯片必须采用压电材料。
许多手机声表使用钽酸锂材料。
这些芯片具有各向异性热膨胀：X轴方向8 ppm／K，Y轴方向16 ppm／K。
由于基片的热膨胀系数为无向性，因此会导致无法与芯片直接匹配。
而CSSP2元件的焊接凸点、聚合物薄膜以及金属镀层则可完美搭配，因此，即使是用于芯片长度可能超过2 mm2的声表面波双工器，也可以承受数百次极端温度循环，而不会出现损坏。
图2所示为采用CSSP2封装的两个声表面波元件：左图为节省空间的2合1滤波器，封装尺寸为2.0 × 1.6 mm2。
通常，采用300-μm HTCC基片的CSSP2元件的插入高度为0.7 mm。
如果采用晶片研磨工艺，还可实现0.6 mm的最大高度。
图2：CSSP2封装元件
左：采用CSSP2技术，做在HTCC基片上的2合1滤波器的面积仅为2.0 × 1.6
右：采用CSSP2技术，集成有声表面波与体声波芯片并装在
mm2，比两个分立式CSSP2滤波器（每个滤波器占用2.0 x 1.4 mm2）占用的空间少了很多。
LTCC基片上的双工器，面积为3.0 × 2.5 mm2。
图2右边为体声波－声表面波双工器。
双工器要求包含两个声表面波或体声波滤波器以及一个可集成在LTCC基片上的匹配网络。
爱普科斯生产含有一个2合1声表面波芯片以及两个体声波芯片的双工器。
另外，爱普科斯还供应结合体声波和声表面波芯片的双工器系列，用于WCDMA Band II。
非气密CSSP3封装
第三代技术，即CSSP3，以非气密封装面市，参见图3。
与以往版本一样，该芯片同样以倒装焊工艺键合在HTCC内插结构上。
SnAgCu焊球用于芯片和基片之间的电连接。
与CSSP2相比较，焊球的尺寸更小，凸点底部的金属层UBM直径为90 μm。
图3：非气封式CSSP3封装截面
聚合物箔 SAW芯片顶部密封
这一封装技术多用于分立滤波器。
SMD 片 HTCC 空腔 焊球
该封装采用顶部密封（Glob Top ），可确保材料不会填充芯片和基材之间的空腔。
由于湿气可以通过顶部密封材料进行扩散，因此这一封装并非气密封装。
芯片上镀有一层薄的无机钝化层，可以防止铝结构发生腐蚀。
CSSP3技术要求芯片边缘留给封装的空间更小。
芯片边缘和元件边缘之间的间隔只是200 μm ，借助较小的UBM 直径，还可以实现更小的芯片尺寸（参见图4）。
通过使用芯片研磨工艺和厚度仅有150 μm 的陶瓷基片，爱普科斯实现了典型值为0.4 mm 的插入高度。
图4：CSSP3封装滤波器
采用CSSP3技术安装的分立滤波器仅需要1.4 × 1.1 mm 2的占
用面积。
气密式CSSP3封装
除非气密CSSP3之外，爱普科斯现已开发出气密式第三代CSSP3，特别适合在恶劣环境中使用。
在模块应用中，需要使用能够在挤出成型阶段保持稳定的厚度较薄的表面声波元件。
采用CSSP2和非气密式CSSP3技术的单一型与2合1型滤波器能够经受压强高达100 bar的挤出成型工艺。
对于具有较大基片面积的声表面波双工器，必须研发一种新式封装，以实现高达100 bar的稳定性。
图5所示为采用这一技术封装的剖面图。
第一步，结合使用光刻与电化学工艺，在陶瓷基片上制作出铜框架和铜柱。
然后通过倒装焊技术将芯片键合在基片上。
焊接之后，各步的顺序与CSSP2工艺类似：先覆盖薄膜，然后从铜框架处移走不需要的薄膜，同时用镍铜镀层进行气密封装。
铜框架和铜柱确保有足够的能力承受挤压成型期间的压强。
此外，与CSSP2技术相比，铜框架更能降低薄膜几何结构公差，因此有可能在芯片边缘与元件边缘之间实现更小的间隔。
图5：气密封装CSSP3截面
SAW芯片金属镀层聚合物箔
这一封装技术大多用于双工器。
铜框架铜柱焊球
爱普科斯现已启动封装尺寸为2.5 × 2.0 mm2的双工器以及封装面积为
1.7×1.3 mm2的2合1滤波器的生产。
现可供应尺寸为
2.0×1.6 mm2的双工器样品以及尺寸仅为1.5×1.1 mm2的2合1滤波器样品。
图6所示为采用CSSP3技术的双工器，仅需占用2.5×2.0 mm2的面积，最大高度为0.5 mm。
超小的面积以及极低的插入高度使其成为集成至模块内部的理想选择。
图6：采用气密封装CSSP3技术的双工器
采用CSSP3技术、具有铜框架的双工器仅需2.5 ×
2.0 mm2的占用面积。
作者：声表面波元件产品开发部Gregor Feiertag、Hans Krüger与Christian Bauer。
