一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构制造技术

本发明专利技术涉及射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，包括封装基体、射频芯片和安装母板，封装基体上开设有安装槽，射频芯片置于安装槽内，在安装槽内覆盖金属隔离层，且将金属隔离层向安装槽外连续延伸至覆盖封装基体的整个封装面，在射频芯片和封装基体的封装面上覆盖有两层钝化介质层，在钝化介质层上开设有多个金属孔，在上层钝化介质层的多个金属孔顶端均连接有BGA金属球，在安装母板上设有与BGA金属球相植接的信号焊盘或接地焊盘，与接地焊盘植接的多个BGA金属球在安装母板的四周构成球栅阵列，球栅阵列中的相邻BGA金属球之间存在间隙，本发明专利技术采用包裹射频芯片、接地和植接BGA金属球栅等特征，共同构成了共形、有效的非实心的电磁隔离结构。

【技术实现步骤摘要】
一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构
本专利技术涉及射频芯片封装
，具体涉及一种在单个封装体内封装一只或多只射频芯片并与外部空间进行有效电磁隔离的技术方案，尤其涉及一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构。
技术介绍
随着半导体集成工艺技术的快速发展，越来越多的射频组件功能逐渐向芯片级一次集成下沉，通过单一射频裸芯片集成实现传统射频组件的多种电路功能，即实现射频功能片上的系统化(SOC，SystemOnChip)。在此基础上，通过多种裸芯片二次封装工艺，将一颗或多颗SOC裸芯片进行二次集成封装，实现诸如多芯片堆叠互联、结构支撑保护、对外高低频接口实现等功能，构成具有独立物理轮廓和高低频接口的标准化封装体，以此实现功能更全、集成密度更高的射频系统微小型和器件化应用。目前发展最为迅速并广泛应用的射频芯片二次封装工艺包括WLCSP(WaferLevel-ChipScalePackage)、Fi-WLP(Fan-inWaferLevelPackage)、Fo-WLP(Fan-outWaferLevelPackage)及其衍生技术。针对功能层级更高的射频系统的实现，则是将多个上述封装器件在功能母板上的再次组装与集成。以上集成方案在射频，尤其是微波毫米波组件、分机及系统的实现中得到广泛应用，具有集成密度和功能密度高、轻小型化、生产制造成本低廉、装配工艺简单、规模化量产能力强等优点。上述应用中针对射频芯片的二次封装工艺，考虑到批量生产的可行性、封装材料成本以及后续表贴应用的工艺兼容性等诸多因素，封装体本身通常选用环氧树脂、玻璃、单晶硅等材料。这对封装器件的后续应用带来一个问题：众所周知，单个封装器件中实际为一只或多只射频有源芯片，尤其是工作在微波毫米波频段的有源芯片，不可避免的会在加电工作过程中对外辐射电磁能量，而自身又可作为射频天线接收到外界的电磁信号并作出响应进而影响原有电路的正常工作。在传统射频电路和组件应用中，通常是采用地电位金属腔体(接地)对有源芯片进行约束腔式包裹，即通过接地金属结构件提供有效的内外空间电磁隔离，减少自身对外电磁信号的泄露，并阻断外部干扰信号的渗入。射频芯片的器件化应用中，封装体材料采用的是绝缘或半绝缘介质材料而非良导体，对射频信号具有一定的透波性，因此其自身无法提供有效的空间电磁隔离。为解决上述问题，已有公开报道文献提出对每个独立封装器件引入金属隔离腔体或金属屏蔽罩单元，这样虽然能够满足电磁信号隔离屏蔽的电气要求，但会显著增加封装器件的体积，并带来制造工艺难度和成本的提升，显然不是优选方案。要实现射频芯片SIP封装的共形电磁隔离，其技术核心在于同时满足接地良导体包裹隔离层构建、封装体内隔离层结构共形以及隔离层与封装工艺同源兼容三方面要求。第一点是从电磁信号的内外隔离功能角度提出的要求，根据经典电磁理论，隔离层良好的导电率和对地低阻，可有效阻断外部干扰电磁信号进入封装体内部影响射频芯片正常工作，同时避免射频芯片自身对外辐射电磁信号干扰整机中其它封装器件和单元。第二点是从小型化高密度集成应用角度提出的要求，射频芯片SIP器件化封装应用的主要技术优势之一即是集成密度更高，封装尺寸更小，若因为隔离措施导致结构尺寸的增加将大大降低其工程实用价值，得不偿失。第三点是从可实现性和低成本角度提出的要求，隔离结构的实现与射频芯片封装工艺兼容并在加工制造中同步实现，可大大降低电磁隔离功能的实现工艺难度和生产制造成本，有利于规模化低成本量产实现。因此，寻找一种能实现电磁隔离电特性，同时实现上与射频芯片二次封装工艺兼容，结构上与器件物理轮廓共形而不额外增加体积的电磁隔离方法，成为射频芯片SIP器件化集成应用中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提出一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，包括封装基体、射频芯片和安装母板，封装基体上开设有安装槽，射频芯片置于安装槽内，在安装槽内覆盖金属隔离层，且将金属隔离层向安装槽外连续延伸至覆盖封装基体的整个封装面，在射频芯片和封装基体的封装面上覆盖有两层钝化介质层，在钝化介质层上开设有多个金属孔，在上层钝化介质层的多个金属孔顶端均连接有BGA金属球，在安装母板上设有与BGA金属球相植接的信号焊盘或接地焊盘，与接地焊盘植接的多个BGA金属球在安装母板的四周构成球栅阵列，球栅阵列中的相邻BGA金属球之间存在间隙，本专利技术采用包裹射频芯片、接地和植接BGA金属球栅等特征，共同构成了共形、有效的非实心的电磁隔离结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，包括封装基体、射频芯片和安装母板，在封装基体上开设有能容纳射频芯片的安装槽，将射频芯片安放在安装槽内，在安装槽的底面和内壁四周表面均覆盖有金属隔离层，且将金属隔离层向安装槽外连续延伸至覆盖封装基体的整个封装面，金属隔离层为导电材质，在射频芯片和封装基体的封装面上均覆盖有下钝化介质层和上钝化介质层，下钝化介质层在下并与封装基体上表面覆盖的金属隔离层接触；上钝化介质层覆盖在下钝化介质层上；在靠近封装基体四周外侧区域的下钝化介质层和上钝化介质层上，开设有同时贯穿下钝化介质层和上钝化介质层的多个第一金属孔，每个第一金属孔的下端均与覆盖在封装基体上的金属隔离层接触并电性连接，每个第一金属孔的上端均分别连接有第一BGA金属球；在靠近射频芯片的下钝化介质层上对应射频芯片高低频信号馈通焊盘的位置开设有多个第二金属孔，在远离射频芯片的上钝化介质层上开设有多个第三金属孔，多个第三金属孔开设在第一金属孔的内侧，且位于第二金属孔的外侧，在每个第三金属孔的上端均连接有第二BGA金属球，第二BGA金属球位于第一BGA金属球的内侧，多个第二金属孔的下端分别与射频芯片上的信号馈通焊盘电性连接；在上钝化介质层和下钝化介质层之间设有金属布线层，金属布线层的一端与第二金属孔的上端电性连接，金属布线层的另一端与第三金属孔的下端电性连接，即通过金属布线层电性连接第二金属孔的上端和第三金属孔的下端；在安装母板封装面的四周外侧环设有接地焊盘，在接地焊盘内侧的安装母板封装面上还设有多个信号焊盘，信号焊盘位于接地焊盘的内侧，每个第一BGA金属球均与接地焊盘植球焊接连接；每个第二BGA金属球均与对应的每个信号焊盘植球焊接连接；多个第一BGA金属球在封装基体的四周构成球栅阵列，球栅阵列中的相邻第一BGA金属球之间存在间隙。上述射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，通过射频芯片上设置的馈通焊盘、第二金属孔、金属布线层、第三金属孔、第二BGA金属球以及安装母板上的信号焊盘，互相连接构成了工作回路；通过金属隔离层、第一金属孔、第一BGA金属化球以及安装母板上的接地焊盘，互相连接构成了接地回路，所述接地回路位于工作回路的外侧，接地回路将工作回路完全包围在接地回路的内侧。作为优选方案，所述安装母板为多层印制板，第一金属孔、第二金属孔和第三金属孔均沿垂直方向开设，并对第一金属孔、第二金属孔和第三金属孔的孔内均进行金属灌注、金属填充或金属镀覆的金属化处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，包括封装基体、射频芯片和安装母板，其特征在于：在封装基体中开设安装槽，将射频芯片置于安装槽内，在安装槽内覆盖金属隔离层，且将金属隔离层向安装槽外连续延伸至覆盖封装基体的整个封装面，在射频芯片和封装基体的封装面上覆盖上、下钝化介质层，在靠近封装基体四周外侧的区域，开设有贯穿上、下钝化介质层的多个第一金属孔，每个第一金属孔的下端均与覆盖在封装基体上的金属隔离层电性连接，每个第一金属孔的上端均分别连接有第一BGA金属球；在靠近射频芯片的下钝化介质层上开设有多个第二金属孔，在远离射频芯片的上钝化介质层上开设有多个第三金属孔，在每个第三金属孔的上端均连接有第二BGA金属球，第二BGA金属球位于第一BGA金属球的内侧，多个第二金属孔的下端分别与射频芯片上的信号馈通焊盘电性连接；在上、下钝化介质层之间设有金属布线层，通过金属布线层电性连接第二金属孔的上端和第三金属孔的下端；在安装母板封装面的四周外侧环设有接地焊盘，在接地焊盘内侧的安装母板封装面上还设有多个信号焊盘，每个第一BGA金属球均与接地焊盘植球焊接连接；每个第二BGA金属球均与对应的每个信号焊盘植球焊接连接；多个第一BGA金属球在封装基体的四周构成球栅阵列，球栅阵列中的相邻第一BGA金属球之间存在间隙。/n...

【技术特征摘要】
1.一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，包括封装基体、射频芯片和安装母板，其特征在于：在封装基体中开设安装槽，将射频芯片置于安装槽内，在安装槽内覆盖金属隔离层，且将金属隔离层向安装槽外连续延伸至覆盖封装基体的整个封装面，在射频芯片和封装基体的封装面上覆盖上、下钝化介质层，在靠近封装基体四周外侧的区域，开设有贯穿上、下钝化介质层的多个第一金属孔，每个第一金属孔的下端均与覆盖在封装基体上的金属隔离层电性连接，每个第一金属孔的上端均分别连接有第一BGA金属球；在靠近射频芯片的下钝化介质层上开设有多个第二金属孔，在远离射频芯片的上钝化介质层上开设有多个第三金属孔，在每个第三金属孔的上端均连接有第二BGA金属球，第二BGA金属球位于第一BGA金属球的内侧，多个第二金属孔的下端分别与射频芯片上的信号馈通焊盘电性连接；在上、下钝化介质层之间设有金属布线层，通过金属布线层电性连接第二金属孔的上端和第三金属孔的下端；在安装母板封装面的四周外侧环设有接地焊盘，在接地焊盘内侧的安装母板封装面上还设有多个信号焊盘，每个第一BGA金属球均与接地焊盘植球焊接连接；每个第二BGA金属球均与对应的每个信号焊盘植球焊接连接；多个第一BGA金属球在封装基体的四周构成球栅阵列，球栅阵列中的相邻第一BGA金属球之间存在间隙。


2.根据权利要求1所述的一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，其特征在于：通过射频芯片上设置的馈通焊盘、第二金属孔、金属布线层、第三金属孔、第二BGA金属球以及安装母板上的信号焊盘，互相连接构成了工作回路；通过金属隔离层、第一金属孔、第一BGA金属化球以及安装母板上的接地焊盘，互相连接构成了接地回路，所述接地回路位于工作回路的外侧，接地回路将工作回路完全包围在接地回路的内侧。


3.根据权利要求1所述的一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结构，其特征在于：所述安装母板为多层印制板，第一金属孔、第二金属孔和第三金属孔均沿垂直方向开设，并对第一金属孔、第二金属孔和第三金属孔的孔内均进行金属灌注、金属填充或金属镀覆的金属化处理。


4.根据权利要求1所述的一种射频芯片SIP封装中实现共形电磁隔离的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，詹铭周，张海华，
申请(专利权)人：成都睿识智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51