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

一种制备小型化开关滤波器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109494164A
CN109494164A CN201811090876.4A CN201811090876A CN109494164A CN 109494164 A CN109494164 A CN 109494164A CN 201811090876 A CN201811090876 A CN 201811090876A CN 109494164 A CN109494164 A CN 109494164A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
switch filter
substrate
bump
gold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811090876.4A
Other languages
English (en)
Inventor
田飞飞
周明
张君直
李勇
刘清君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CECT DEQING HUAYING ELECTRONICS Co Ltd
Zhejiang University ZJU
CETC 55 Research Institute
Original Assignee
CECT DEQING HUAYING ELECTRONICS Co Ltd
Zhejiang University ZJU
CETC 55 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CECT DEQING HUAYING ELECTRONICS Co Ltd, Zhejiang University ZJU, CETC 55 Research Institute filed Critical CECT DEQING HUAYING ELECTRONICS Co Ltd
Priority to CN201811090876.4A priority Critical patent/CN109494164A/zh
Publication of CN109494164A publication Critical patent/CN109494164A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/812Applying energy for connecting
    • H01L2224/81201Compression bonding
    • H01L2224/81205Ultrasonic bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/812Applying energy for connecting
    • H01L2224/81201Compression bonding
    • H01L2224/81205Ultrasonic bonding
    • H01L2224/81207Thermosonic bonding
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H2001/0021Constructional details
    • H03H2001/0064Constructional details comprising semiconductor material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)

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。
CN201811090876.4A 2018-09-19 2018-09-19 一种制备小型化开关滤波器的方法 Pending CN109494164A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811090876.4A CN109494164A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种制备小型化开关滤波器的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811090876.4A CN109494164A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种制备小型化开关滤波器的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109494164A true CN109494164A (zh) 2019-03-19

Family

ID=65690696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811090876.4A Pending CN109494164A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种制备小型化开关滤波器的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109494164A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113035728A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 北京无线电测量研究所 一种基于硅转接板的芯片倒装焊方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106449442A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种高频芯片波导封装的倒装互连工艺方法
CN106549648A (zh) * 2016-12-06 2017-03-29 深圳市麦高锐科技有限公司 一种芯片级封装的声表面波谐振器及制作工艺
WO2017090269A1 (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 株式会社村田製作所 フィルタ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017090269A1 (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 株式会社村田製作所 フィルタ装置
CN106449442A (zh) * 2016-11-04 2017-02-22 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种高频芯片波导封装的倒装互连工艺方法
CN106549648A (zh) * 2016-12-06 2017-03-29 深圳市麦高锐科技有限公司 一种芯片级封装的声表面波谐振器及制作工艺

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113035728A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 北京无线电测量研究所 一种基于硅转接板的芯片倒装焊方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3935370B2 (ja) バンプ付き半導体素子の製造方法、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器
US7928551B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6214642B1 (en) Area array stud bump flip chip device and assembly process
KR101452592B1 (ko) 역 스터드 범프 관통 비아 상호 연결부를 갖는 패키지 온 패키지 디바이스를 위한 방법 및 장치
JP4023159B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び積層半導体装置の製造方法
US8952551B2 (en) Semiconductor package and method for fabricating the same
TWI397988B (zh) 半導體裝置及其製造方法
JP3584930B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器
US20150069595A1 (en) Apparatus and Method for a Component Package
WO2008109524A2 (en) System and method for increased stand-off height in stud bumping process
US20030155405A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same, circuit board, and electronic equipment
US11901252B2 (en) Semiconductor device package and method of manufacturing the same
US6400034B1 (en) Semiconductor device
CN112420679A (zh) 一种射频模块三维堆叠结构及其制作方法
CN113224032B (zh) 一种芯片倒装结构及制作方法
CN109494164A (zh) 一种制备小型化开关滤波器的方法
KR101753066B1 (ko) 도전성 입자를 포함하는 필름 및 이를 이용한 플립칩 패키지 제조방법
JP3914059B2 (ja) 高周波回路モジュール
US20210225783A1 (en) Semiconductor device package and the method of manufacturing the same
CN113990815A (zh) 一种硅基微模组塑封结构及其制备方法
CN112366184A (zh) 一种滤波器的扇出封装结构及其封装方法
JP2002222901A (ja) 半導体デバイスの実装方法及びその実装構造、半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP3397045B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2007165443A (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR20090011564A (ko) 반도체 패키지 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190319