射頻VMMK器件通過(guò)降低寄生電感和電容提高性能

如圖1所示，VMMK器件由于安華高特有的晶圓空腔工藝降低了損耗和常見(jiàn)的射頻表貼封裝帶來(lái)的寄生電路參數(shù)。通過(guò)消除焊接和封裝引腳之間的寄生電感和電容，在芯片和封裝間形成了一個(gè)低損耗和低阻抗的信號(hào)通道。在元件之上的空腔具有低介電常數(shù)因此能夠在高頻進(jìn)行工作，此外空腔能夠在器件應(yīng)用中提供機(jī)械保護(hù)。

圖1 安華高低成本半導(dǎo)體工藝流程

如圖2所示，器件的輸入端和輸出端都是通過(guò)晶圓背面的孔連接，消除了絲焊導(dǎo)致的性能下降。安華高關(guān)于VMMK金屬化和密封工藝保證了器件能夠在標(biāo)準(zhǔn)焊接流程下進(jìn)行操作。

VMMK器件工藝消除絲焊和改善熱特性能夠增加貼片的穩(wěn)定性。VMMK器件工藝在表貼工藝流程中沒(méi)有增加任何新的設(shè)備，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)貼片設(shè)備完全滿足要求。

最后，通過(guò)消除封裝管腳引線，VMMK器件相對(duì)于傳統(tǒng)的射頻表貼器件變的更薄，更輕和布板面積更小。例如，VMMK-2x03射頻放大器(1mm*0.5mm*0.25mm)只需要SOT-342封裝5%的體積和10%的PCB面積。相比于許多標(biāo)準(zhǔn)的射頻表貼封裝器件，VMMK器件至少節(jié)省了50%的PCB面積。

隨著寄生效應(yīng)的減少，VMMK器件直接與PCB導(dǎo)線相連降低信號(hào)通道上的損耗。VMMK器件的空腔結(jié)構(gòu)能夠有效的降低寄生參數(shù)和提高性能。

圖2 安華高晶圓空腔工藝降低射頻損耗和寄生電感電容

低成本下優(yōu)秀的性能

安華高VMMK器件工藝具有批量的半導(dǎo)體制造能力。如圖3所示，依靠消除傳統(tǒng)SMT封裝中成本高的工藝步驟，例如打金線、單元連接和SMT塑模，安華高 VMMK器件工藝能夠在低成本下發(fā)揮更優(yōu)秀的性能。VMMK器件的尺寸非常小，如圖4所示，在SOT-343封裝下能夠容納20個(gè)VMMK器件。

圖3 低成本VMMK器件適用于批量的射頻應(yīng)用

圖4 SOT-343封裝可容納20個(gè)VMMK器件

簡(jiǎn)單的裝配和產(chǎn)品制造

對(duì)用戶來(lái)說(shuō)VMMK器件不需要特殊的PCB設(shè)計(jì)、制造和裝配工藝。安華高的VMMK元件能夠適應(yīng)任何使用SMT工藝的設(shè)計(jì)，而且只需要簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和布板。

標(biāo)準(zhǔn)的PCB材料

VMMK器件被限制用于FR4材料，建議在低插損的微波材料選用RO4003、RO4350和5880板材。VMMK器件在PCB上的焊接需要比FR5更大的熱膨脹，而不能使用FR4的轉(zhuǎn)化溫度。PCB布板注意事項(xiàng)

VMMK器件的封裝與標(biāo)準(zhǔn)的0402封裝電容相似。但是，PCB工程師不能使用標(biāo)準(zhǔn)的0402封裝作為VMMK器件的封裝。VMMK器件中的金屬化部分是 需要焊接的。芯片資料推薦的合適的VMMK器件封裝焊盤如下圖5，阻焊層應(yīng)該圍繞焊盤抑制焊錫流動(dòng)。焊盤之間的缺口不能被焊錫流動(dòng)形成搭橋現(xiàn)象。焊盤的材 料是5微米的金和1微米的鎳混合物。當(dāng)焊錫在焊盤上出現(xiàn)流動(dòng)時(shí)，VMMK器件的焊盤中的金層會(huì)溶解，鎳層和焊錫融化混合，這種情況主要發(fā)生在器件通過(guò)回流 焊焊接在PCB的過(guò)程中。

以下是VMMK器件貼片生產(chǎn)指南

1. 在PCB焊盤上不能有覆蓋阻焊的通孔

2. 焊接鋼網(wǎng)應(yīng)該確保沉積在焊盤上的錫膏數(shù)量。VMMK器件的鋼網(wǎng)形狀見(jiàn)下圖6所示，其他的焊接信息需要參考安華高應(yīng)用文檔AN-5378

3. VMMK器件在焊接過(guò)程中需要標(biāo)準(zhǔn)的去離子水清洗工藝，不需要超聲波清洗和氣相清洗。

4. VMMK器件采用一種高分子材料作為墊片材料。這種高分子材料一直用于晶圓的鈍化處理和芯片封裝表面。高分子材料由陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)廣泛用于PCB制造 和加工行業(yè)，VMMK器件采用此種材料可與PCB焊接達(dá)成最佳配合，其他有關(guān)材料方面的信息需要參考應(yīng)用文檔AN-5378

5. VMMK器件在PCB設(shè)計(jì)需要參考應(yīng)用文檔AN-5378

6. VMMK器件焊接用焊膏建議采用無(wú)清洗或水溶性比較合適

7. 安華高VMMK器件進(jìn)行了符合MSL2a標(biāo)準(zhǔn)的濕度敏感測(cè)試。

圖5 VMMK器件焊盤圖案

圖6 VMMK器件焊接鋼網(wǎng)圖案

芯片包裝和批量生產(chǎn)注意事項(xiàng)

安華高VMMK器件禁止過(guò)度包裝，這會(huì)對(duì)器件內(nèi)部的空腔造成損害，進(jìn)而影響器件的電氣性能。VMMK器件能夠利用標(biāo)準(zhǔn)的PCB貼片機(jī)加工設(shè)備進(jìn)行批量生產(chǎn)，日本重機(jī)的KE-2050RL和松下的MSF NM-MD15都可以使用。

回流焊工藝指南

VMMK器件的紅外溫升曲線基于JEDEC/IPC標(biāo)準(zhǔn)的J-STD-020 C版本。VMMK器件在J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)下最高能承受三個(gè)回流焊循環(huán)，大于三個(gè)回流焊循環(huán)會(huì)降低晶圓金屬部分與焊錫之間的接觸面。VMMK器件不能 采用波峰焊或氣相回流焊。VMMK推薦回流焊方式是能夠傳送熱量的直通爐。只要滿足J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)和工藝指南，VMMK器件的回流焊沒(méi)有難度。推 薦的回流焊工藝指南如下：

1. 避免預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生氧化。嚴(yán)格控制溫度不能超過(guò)217度，以免影響焊接點(diǎn)的完整性。過(guò)長(zhǎng)的回流焊時(shí)間會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的金屬化合物、焊錫表面鈍化和助焊劑殘留?；亓骱笗r(shí)間少于30秒會(huì)導(dǎo)致焊錫與器件焊接不牢固。

2. VMMK器件應(yīng)該在無(wú)鉛焊接工藝的溫度和時(shí)間下進(jìn)行回流焊操作。回流焊中升溫和降溫的時(shí)間和速率參照J(rèn)-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)導(dǎo)致電路板變形和由 熱應(yīng)力造成的器件損壞?；亓骱笢囟炔荒艹^(guò)JEDED標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的峰值溫度，否則會(huì)導(dǎo)致VMMK器件內(nèi)部損壞。

總結(jié)

所有VMMK器件都采用安華高的專利技術(shù)制造。依靠減小封裝中的寄生電感和電容，VMMK器件能夠在滿足小封裝和低成本條件下表現(xiàn)出最好的性能。VMMK器件在設(shè)計(jì)只需要簡(jiǎn)單PCB布板，在批量生產(chǎn)中只需要滿足通用J-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)貼片工藝流程。

VMMK器件通常用于放大器設(shè)計(jì)。安華高VMMK系列新產(chǎn)品計(jì)劃主要是開(kāi)發(fā)帶有檢波功能的放大器。未來(lái)的產(chǎn)品將包含更復(fù)雜的功能，但小型化、低成本、良好的射頻性能和易于貼片焊接還是VMMK器件的主要優(yōu)勢(shì)。