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LCP基板在微波毫米波系统封装的应用

万方数据万方数据第10卷第lO期曾策,高能武,林玉敏:LCP基板在微波/毫米波系统封装的应用的厚度。

极薄的LCP基板有利于微波/毫米波系统的高密度互联和小型化。

LCP同PI一样,也是一种挠性基板。

这项性能的潜在应用是构造非平面天线,如拱形天线、可折叠天线等。

2.6可形成复杂的多层结构用较低熔点(280℃)的LCP薄膜作为粘接层,较高熔点(315℃)的LcP基板作为“芯板”,采用成熟的PCB工艺,可形成复杂的多层结构。

如图3所示【13】。

图3一种。

二interconnect”的LCP多层电路结构复杂的多层结构类似于L,TCC基板,可以埋入电阻、电容、电感等无源器件。

LCP多层压合工艺温度远较LTcc低,因此可以在基板内部直接埋置MMIC等有源器件。

LCP单层基板厚度最薄可低至25¨m,仅为一般U℃C的1/4,因此多层LCP基板可实现更高的集成度密度。

此外,LCP基板也可与其他有机基板材料(如PTFE、FR4等)进行混合层压,以满足特定的需求。

2.7其他作为电路基板材料,LCP在耐化学/环境、耐辐射,气体释放、阻燃特性、介电强度,重量等方面均有很好的表现,并且适合于空间应用。

此外,作为聚合物材料,LcP也有一些缺点,比如导热率低,并非完全气密,成本相对于PI等材料较高等。

总之,LCP作为一种新型基板材料,其综合性能优异,在微波/毫米波系统应用中有着非常强的吸引力。

3LcP基板在微波/毫米波系统中的应用近年来,基于LCP基板的微波/毫米波电路应用研究发展迅速,最重要的研究方向是系统级封装SoP(SystemonPacl【aging)技术的应用。

SOP的重要技术特征之一是采用功能化的基板,在基板中埋入无源和有源器件,实现系统化的集成。

SoP的概念示意图如图4所示。

3.1微波/毫米波传输和信号过渡常规的微带线、带状线、共面波导测试结果与仿真结果非常接近:在100¨m厚的LCP基板上,微带线插损仅O.1ldB/mm@40GHz,与哪E基板几乎一致。

图4sOP概念示意图(Bry锄christie设计)11哪SOP中过孔(Via)用于微波/毫米波信号的层间垂直互联。

得益于LCP材料的低介电常数,过孔带来的不连续性可以通过控制尺寸得到优化I3.2电阻.电容和电感器件的埋置电阻材料一般为NiP、Nicr或NicrAlSi,方阻值20 ̄200可选。

采用溅射或者蒸发工艺,直接在LCP基材上制作;也可以选用附电阻膜铜箔(如商品化的的Tc妒或ohmega-Pl旷),采用热压工艺与LcP基材结合,然后通过蚀刻减成工艺形成电阻。

不通过激光调阻,可达到±20%的阻值精度。

极薄的LCP基材本身就可以作为高Q值的电容使用。

对高容值的电容需求,应选用填充陶瓷粉末的高介电常数薄膜(如3M公司的C—Ply)混合层压,实现>lnF/cm2的电容密度。

MekitaF.Davis等人【15】研究了在LCP基板上集成的电感性能,发现采用分布在两层的多圈电感,可以很容易获得Q>165的3.4nH的电感,而面积仅为O.6mm×0.6mm。

3.3集成微波/毫米波无源器件基片集成平面波导(slwG)基于经典的矩形波导理论,是一类重要的微波/毫米波元件。

它品质因素高,易于和基板集成,是SOP中常用到的单元电路,如图5所示。

图5一种LCP基板制造的毫米波SIWG滤波器利用LCP基板的多层结构优势,可类似于LTCC基板,集成多种形式的滤波器、功分器、耦合器、巴伦等。

实现微波/毫米波无源器件在基板内的高度集成,是SOP技术有别干McM和SIP的关键特性。

3.4有源器件的埋入和封装LCP材料本身具有很高的气密性,属于。

几乎气.7.万方数据第lO卷第10期电子与封装密”的材料。

采用图6所示的封装结构f川,在水中浸泡48h后,测试微波性能,与埋置前相比几乎相等。

图6埋置MMIC封装结构示意而Lin舔Jaunisl【is等人对图7的封装作了更进一步的理论分析和涣4试…J,表明该封装结构可以通过MiI.s吐883一1014的气密性测试,达到了《×l仃8Hec酏a舡n的要求。

水汽含量则通过了Mil面d一883一1018的测试,远远小于5000×lcr6@1000h,85℃/85%Im要求。

图7一种LCP基板气密性测试封装虽然LCP的水汽透过率较低,但也应认识到它并不是一种完全气密的材料。

因此应尽量保留表面的金属铜箔,减少LCP介质的水汽通路,才有可能获得可靠的气密封装。

4展望LCP作为一种新型微波/毫米波有机基板材料,有传统PTFE基板所不具备的诸多特性。

此外,LCP基板材料不仅能满足高性能微波/毫米波系统要求,兼具低成本的优势,因此在军用、民用领域都将得到广泛的关注和应用。

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万方数据LCP基板在微波/毫米波系统封装的应用作者:曾策, 高能武, 林玉敏, ZENG Ce, GAO Neng-wu, LIN Yu-min作者单位:中国电子科技集团公司第29研究所,成都,610036刊名:电子与封装英文刊名:ELECTRONICS AND PACKAGING年,卷(期):2010,10(10)被引用次数:0次1.周其凤.王新久液晶高分子 19942.Kouji Nanbu.Shinji Ozawa.Kazuo Yoshida Low Temperature Bonded Cu/LCP Materials for FPCs and Their Characteristics 2005(4)3.蔡积庆液晶聚合物膜基板材料的应用 2005(11)4.D Thompson.O Tantot.H Jallageas Characterization of Liquid CrystalPolymer (LCP) Material and TransmissionLines on LCP Substrates from 30 to 110GHz 2004(4)5.Nickolas Kingsley Liquid Crystal Polymer:Enabling Next Generation Conformal and Multilayer Electronics 2005(5)6.Souvik Mukherjee.Bhyrav Mutnury.Sidharth Dalmia Layout-Level Synthesis of RF Inductors and Filters in LCP Substrates for Wi-Fi Applications 2005(6)7.Jim Stratigos.George White.Dirk Baars Creating Wireless SIP Solution 2008(5)8.Morgan Jikang Chen.Anh-Vu H Pham Nicole Andrea Evers.Design and Development of a Package Using LCP for RF/Microwave MEMS Switches9.Dane C Thompson.John Papapolymeron.Manos M Tentzeris High Temperature Dielectric Stability of Liquid Crystal Polymer at mm-Wave Frequencies 2005(9)10.Dane C Thompson.Manos MTentzeris.John Papapolymerou Experimental Analysis of the Water Absorption Effects on RF/mm-Wave Active/Passive Circuits Packaged in Multilayer Organic Substrates 2007(3)11.Linas Jauniskis.Brian Farrell.Andrew Harvey LCP PCBbased Packaging for High-Performance Protection 2006(10)12.Richard W Lusignea.James L Racich.R Chandy Multiaxially Oriented Thermotropic Polymer Substrate for Printed Wire Board13.Michael J Rowlands.Rabindra N Das Manufacture and Ultra-High Frequency Performance of an LCP-Based,Z-Interconnect 200814.David Vye The Dawn of Nano-Scale System-On-Packaging 2009(2)15.Mekita F Davis.Albert Sutono.Sang-Woong Yoon Integrated RF Architectures in Fully-Organic SOP Technology 2002(2)1.期刊论文蔡积庆.CAI Ji-qing平滑树脂基板上的金属化工艺-印制电路信息2008(6)概述了平滑树脂基板上的金属化工艺,可以在具有优良性能的液晶聚合物和环烯聚合物上应用紫外光表面改质处理形成良好导电性的导体层,可以制造适应高速传递或者高频用途的平滑电路.2.期刊论文刘萍.LIU Ping高性能热致液晶聚合物LCP基板卷材开发与应用-印制电路信息2010(1)文章采用4-乙酰氧基苯甲酸(ABA)6-乙酰氧基-2-萘甲酸(ANA)共缩聚合加入4,4'二氨基二苯醚(ODA)聚醚酰亚胺(PEI),通过刚性棒状大分子链受热熔融形成一种兼有固体和液体的部分性质的液晶态聚合物通过涂布延伸,二阶段溶浸聚合溶融缩聚制备LCP基板卷材.3.会议论文张家亮韩国PCB基板的市场与技术研究2006本文介绍了韩国IC载板和挠性覆铜板的市场特点,概述了韩国无铅无卤PCB基板的发展现状,分析了液晶聚合物在挠性覆铜板的应用前景,同时,对纳米技术和高性能工程塑料在PCB基板领城中的运用进行了简述。

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