一文看懂 SAW滤波器封装演进

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一、SAW滤波器概述

SAW滤波器在日常生活中的应用十分广泛，它是一种基于压电效应的射频器件，通过表面声波的传播实现频率选择及信号处理的功能，比如去除噪声，选择特定频率的信号等，常用于移动通信、物联网、汽车电子等领域。其封装工艺直接影响器件的性能（如插入损耗、带外抑制）和可靠性（如温度稳定性、抗机械冲击能力）。

二、SAW滤波器封装的演变及特点

SAW滤波器自20世纪大约70年代诞生以来，其封装技术经历了从简单金属壳到高密度集成的演变，主要分为5个发展阶段：金属壳封装，陶瓷SMD封装，CSP封装，WLP封装，2.5D/3D封装。

金属壳封装（1970s-1980s）：

金属壳封装工艺（Transistor Outline Package）是指采用金属外壳作为封装壳体和底座，在其内部安装芯片和基板并进行键合连接，外引脚线穿过金属外壳，将内部元件的功能引出的一种电子封工艺。金属壳封装最初设计用于晶体管，后因其高可靠性和优异的物理保护特性，也被广泛应用于高要求的SAW滤波器封装中，金属壳封装凭借其气密性、抗干扰和散热能力，在高温、高湿、高振动等严苛环境中仍是不可替代的选择。尽管其体积和成本限制了在消费电子中的应用，但在军工、航天、汽车及工业领域，金属壳封装仍是SAW滤波器高可靠性保证的优先选项。随着技术发展，金属壳封装已衍生为SMD-陶瓷，兼顾可靠性优势与现代化批量生产的需求。

主要特点如下：

A.    散热性能优异‌：采用金属外壳，通常为铁或铜材质，具有良好的导热性能，能够有效散发滤波器在工作过程中产生的热量，确保滤波器的稳定运行‌。

B.     ‌机械强度高‌：具有较高的机械强度和耐用性，能够承受较大的机械应力，适合在恶劣环境条件下使用‌。

C.     ‌电气性能稳定‌：能够提供良好的电气绝缘性能，确保滤波器在高频操作下的信号完整性，减少电磁干扰和信号损失‌。

D.    ‌体积与重量较大：圆柱形或块状金属外壳难以小型化，最小面积＞10×10 mm²

大规模量产性差：直插引脚需穿孔焊接，在高密度PCB设计上无法执行，自动化生产兼容性远低于SMD封装。

典型结构示意图如1-1所示：

1.1 金属壳封装产品结构示意图

陶瓷SMD封装（1990s）：

陶瓷SMD（Surface Mount Device）封装是指以陶瓷作为腔体，内部通过金丝或者铝丝键合连接芯片与引脚的封装技术，适合高频、高稳定性、高可靠性要求，主要成为5G通信、卫星系统、汽车电子等高端领域的核心选择。尽管成本较高，但其在信号完整性、散热和寿命上的优势，使其在要求严苛的场景中不可替代。

主要特点如下：

A.    高频性能卓越：相比金属壳封装寄生效应较小，频率可以支撑10M~3GHz。

B.    高可靠性：气密性封装适应恶劣环境（高温、高湿、振动）。

C.    散热能力强：热导率高,适合高功率密度设计。

D.   小型化：尺寸相比金属封装更小，最小面积可支持到3×3 mm²。

典型结构示意图如2-1所示：

2.1 陶瓷SMD封装产品结构示意图

CSP（2000s）：

CSP（Chip Scale Package）封装是指以陶瓷或者树脂基板作为载体，内部通过倒装焊接完成芯片与基板面连接的封装技术。CSP通过高度集成和小型化设计，满足现代电子产品对微型化、高性能的需求。

主要特点如下：

A.    面积较小：最小可接近芯片面积裸die 约1.2倍。

厚度较薄：可实现薄膜塑封，能满足绝大部分射频前端芯片的厚度管控要求。

低寄生效应：无需引线键合，减少电感、电容的产生，插损降低。      

阻抗匹配优化：通过RDL（再分布层）实现精确50Ω阻抗控制，降低回波损耗。

典型结构示意图如3-1所示：

3.1 CSP封装产品结构示意图

WLP（2010s）：

WLP 是一种直接在晶圆（Wafer）上完成封装工艺的技术，它是以wafer作为载体，直接采用干膜作wall, 其他材料（干膜/Si/LT等）作roof的方式形成空腔结构，并通过via与RDL完成连接bump的引出完成封装，封装后的芯片尺寸与裸片（Die）几乎相同，无需传统封装中的引线框架或基板。

主要特点如下：

A.      极致小型化：可实现封装面积可最小大约为1.05倍芯片面积，厚度可薄至0.2mm，主要适用于微型设备（如智能手表、医疗植入器件）。

B.      高频性能优异：短互连减少寄生参数，支持高速信号传输（如5G毫米波）。

C.      高集成度：可集成多颗芯片或被动元件（通过Fan-Out技术）。

典型结构示意图如4-1所示：

4-1 WLP封装产品结构示意图

2.5D/3D封装（2020s）

2.5D/3D封装 是一种垂直堆叠封装之间的技术，以wafer作为载体，通过垂直堆叠的方式，利用通孔（TSV/TGV）实现三维互连，大幅度缩减了芯片的平面面积并提升了性能。

主要特点如下：

A.    极致性能：垂直互连缩短信号路径，延迟和功耗大幅降低。

B.    超高密度：单位面积内集成度翻倍。

2.5D典型结构示意图如5-1所示：

5-1 2.5D封装产品结构示意图

不同封装形式的特点对比矩阵如下：

三、SAW滤波器封装的演变及特点

当前国内市场主流的滤波器封装还是CSP封装，在此对于滤波器的CSP封装工艺流程展开分享一下。

CSP封装常见的为金球与锡球封装，结构示意图如三-1

三-1 产品结构示意图

四、SAW滤波器CSP封装工艺流程

A.     金球封装工艺流程图

a) CSP金球封装的工艺流程示意图如四-1所示

四-1金球封装工艺流程示意图

各工序介绍如下：

工序1---植金球：使用金线在晶圆pad上植上一个金球凸点，以用于后续die与基板之间的连接。

工序2---晶圆减薄：使用金刚石研磨轮将wafer减薄至目标厚度。

工序3---晶圆切割：使用金刚石刀片将wafer切割成单颗的晶粒，以便后续倒装工序的拾取。

工序4---倒装超声焊：通过焊嘴配合超声，加热和加压的动作将单颗的晶粒焊接到基板的指定位置上，实现晶粒与基板之间的连接。

工序5---塑封：使用覆膜设备将环氧树脂膜塑封在完成倒装的基板表面，实现器件的密封性。

工序6---打标：通过激光打标的方式，在塑封完成的产品表面打上字符用于追溯。

工序7---基板切割：使用金刚石刀片将打标完成的基板切割成单颗的器件，以便后续测试包装。

工序8---测试包装：对于单颗的器件进行100%的电性能测试，并将良品进行编带包装。

B.     锡球封装工艺流程

四-2锡球封装工艺流程示意图

各工序介绍如下：

工序1---UBM沉积：通过光刻工艺，涂胶曝光显影，露出焊盘；再通过化镀工艺，在焊盘表面沉积NIAu层，这个UBM主要给后续工序的植锡球工序使用。

工序2---植锡球：通过钢网印刷工艺或者放置成型的锡球，然后通过回流焊使UBM上面形成锡球。

工序3---晶圆减薄：使用金刚石研磨轮将wafer减薄至目标厚度。

工序4---晶圆切割：使用金刚石刀片将wafer切割成单颗的晶粒，以便后续FC/SMT贴装。

工序5---FC/SMT：通过吸取倒装，蘸取/印刷助焊剂的动作，将单颗芯片贴装在基板上，通过回流焊焊接，实现晶粒与基板之间的连接。

工序6---覆膜：通过覆膜设备，将隔离膜真空压合在倒装芯片后的基板上，以防止注塑工序的molding compound入侵到IDT区域。

工序7---C-Molding：使用注塑设备将环氧树脂粉末塑封在完成覆膜的基板表面，实现器件的密封性。

工序8---打标：通过激光打标的方式，在塑封完成的产品表面打上字符用于追溯。

工序9---基板切割：使用金刚石刀片将打标完成的基板切割成单颗的器件，以便后续测试包装。

工序10---测试包装：对于单颗的器件进行100%的电性能测试，并将良品进行编带包装。

五、总结

在多种封装技术中，每一种封装工艺都凭借自己的独特优势获得市场认可，如金属壳封装的高散热需求、SMD陶瓷的高频特性、WLP与2.5D/3D的高集成需求，CSP封装则是凭借小型化、高频性能、低成本、优良可靠性等综合优势，满足了从消费级到汽车电子的广泛需求，成为当前市场的主流选择。