电磁屏蔽/封装天线

射频类系统级封装产品中,若不同器件之间存在信号干扰,则需要对电磁信号进行屏蔽。常见的电磁屏蔽技术有共形屏蔽和分腔屏蔽两种,如下图所示 :

常见的工艺有溅射、喷涂、电镀等。溅射工艺形成的金属薄膜通常为0.1μmSUS/5-6μmCu/0.3μmSUS三层结构,内层SUS主要是粘附层,中间层是主要的电磁屏蔽材料,外层SUS则是起到保护和美观的作用。溅射工艺采用真空溅射设备,为了提高UPH对于比较厚的金属膜,通常采用多只金属靶材,整线投入较高,但工艺成熟稳定。喷涂工艺则主要是喷涂纳米Ag材料在塑封体的表面,其致密度不如溅射,金属涂层厚度在6~12μm,但设备投入较低,既可以倾斜喷涂,提高侧面涂层覆盖率;又可选择性喷涂,供应灵活度高。电镀工艺亦有采用,但随着环保要求的提高,电镀工艺的应用会逐渐减少。

对于分腔屏蔽而言,激光开槽是一个关键工序,其槽的形状对于屏蔽效果和工艺实现的良率影响很大,目前主流的开槽形状有以下四种,如图所示:

工艺质量的检测主要有以下几个方面:(一)沟槽形状一致性,通常采用表面轮廓仪进行检测 (二)金属涂层的结合力,通常采用百格测试方法 (三)电磁屏蔽效果,通常采用频谱分析仪和网络分析仪检测,如下图所示:

电磁屏蔽工艺中,另外一个关键步骤就是要保护封装底面不能有溅射/喷涂金属渗入,原因在于底部为电信号的I/O焊盘或者凸点,容易导致短路或可靠性问题。对于LGA产品通常将其放置在PI胶膜上进行其余5面的溅射/喷涂,而BGA则相对复杂,若直接放置在PI胶膜上,由于凸点较大,放置后器件反弹导致地面和胶膜之间存在空隙,从而会有金属渗入。目前BGA有两种解决方案:(一)采用预切的PI膜,BGA的凸点全部放置在中间预切的空中,边缘和胶膜密封;(二)采用金属膜,由于金属膜有塑性变形,放置后不会反弹,球全部包至金属膜内部。

关于LGA/BGA全套的电磁屏蔽工艺流程如下:

对于射频器件而言,除了信号干扰需要屏蔽以外,信号的收发还需要依赖天线。天线的尺寸与信号的频率相关。频率越低,天线的尺寸就越大。传统应用中,天线的尺寸远大于芯片尺寸,通常采用外置天线通过连接器与芯片连接。然而在5G或毫米波等高频应用时,天线的尺寸较小,可以设计在封装体表面或内部,从而大大减小器件的尺寸。

如下图所示,封装天线(AiP/AoP)通常可以分为以下三种形式:(一)芯片天线 ,天线区域由于需要收发信号,该区域不能被屏蔽,因而需要选择性屏蔽工艺,该工艺成本较高;(二)塑封体上天线,天线图形需要印刷工艺实现,天线连接需要采用laser ablation工艺;(三)载板天线 天线图形设计在载板上,这是一种低成本的解决方案。该方案可以以多种形式实现:(a)天线设计在载板上,天线载板和射频器件通过PoP方式互连;(b)天线和射频芯片同时分布在载板的一侧;(c)天线和射频芯片分布于载板的两侧,射频芯片侧不做塑封 (d)天线和射频芯片分布与载板的两侧,射频芯片侧需要做塑封。

以上电磁屏蔽及天线工艺涉及到的相关设备及能力如下:

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