SiP封裝共形屏蔽技術介紹

前言

移動設備向著輕薄短小的方向發展，手機行業是這一方向的前鋒，從幾代iPhone的尺寸可以看出----薄，是一直演進的方向（圖1）。隨著物聯網、可穿戴等市場興起，將這一方向推向極致。

手機的薄型化，得益于多方面技術的進步，包括SiP、PCB、顯示屏等技術，其中關鍵的技術之一就是EMI屏蔽技術。傳統的手機EMI屏蔽是采用金屬屏蔽罩，屏蔽罩在橫向上要占用寶貴的PCB面積，縱向上也要占用設備內部的立體空間，是設備小型化的一大障礙。新的屏蔽技術——共形屏蔽（Conformal shielding），將屏蔽層和封裝完全融合在一起，模組自身就帶有屏蔽功能，芯片貼裝在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用額外的設備空間，從而解決這一難題。如圖2，iPhone 7主板上，大部分芯片都采用了Conformal shielding技術，包括WiFi/BT、PA、Memory等模組，達到高度集成且輕薄短小的目的。

圖2 iPhone7主板上采用共形屏蔽技術的模組

SiP封裝共形屏蔽

電子系統中的屏蔽主要兩個目的：符合EMC規范；避免干擾。傳統解決方案主要是將屏蔽罩安裝在PCB上，會帶來規模產量的可修復性問題。 此方法也可以在SiP模組中使用，如圖3中的模組封裝，或Overmolded shielding將屏蔽罩封裝在塑封體內。 這兩種屏蔽解決方案，雖然實現了屏蔽罩的SiP封裝集成，但是并未降低模組的高度，同時也會帶來工藝和成本問題。

圖3 傳統的屏蔽罩模組及SiP封裝內集成（Overmolded shielding）屏蔽罩

SiP封裝的共形屏蔽，可以解決以上問題。如圖4，SiP封裝采用共形屏蔽技術，其外形與封裝一致，不增額外尺寸。

圖4 共形屏蔽SiP封裝以及與傳統屏蔽罩的區別

共形屏蔽的性能

共形屏蔽實現了極好的屏蔽效果，在遠場高達12GHz，近場高達6GHz，以及10MHz-100MHz的低頻，屏蔽效果在30dB以上。如圖5，從SiP封裝實際測量結果，可以看出共形屏蔽的出色效果。

圖5 共形屏蔽的測試效果

共形屏蔽的工藝

共形屏蔽目前主流工藝有三種：電鍍，噴涂，濺射。各工藝的優缺點對比如下表：

以濺射為例，工藝流程如圖6：

圖6 共形屏蔽的濺射工藝流程

共形屏蔽的應用

共形屏蔽主要用于PA，WiFi/BT、Memory等SiP模組封裝上，用來隔離封裝內部電路與外部系統之間的干擾，如圖7。

圖7 WiFi模組共形屏蔽結構

對于復雜的SiP封裝，將AP/BB、Memory、WiFi/BT、FEM等集成在一起，封裝內部各子系統之間也會相互干擾，需要在封裝內部隔離。另外，對于大尺寸的SiP封裝，其整個屏蔽結構的電磁諧振頻率較低，加上數字系統本身的噪聲帶寬很寬，容易在SiP內部形成共振，導致系統無法正常工作。

Compartment shielding（劃區屏蔽）除了可用于封裝外部屏蔽，還可以對封裝內部各子系統模塊間實現隔離。其由Conformal shielding技術改進而來，用激光打穿塑封體，露出封裝基板上的接地銅箔，灌入導電填料形成屏蔽墻，并與封裝表面的共形屏蔽層一起將各子系統完全隔離開。另外，劃區屏蔽將屏蔽腔劃分成小腔體，減小了屏蔽腔的尺寸，其諧振頻率遠高于系統噪聲頻率，避免了電磁共振，從而使得系統更穩定。Compartment shielding典型的應用案例就是iWatch里的S1模組，如圖8。

圖8 蘋果S1 SiP封裝Compartment shielding結構

總結

SiP共形屏蔽的優點：

• 共形（Conformal）和劃區（Compartmental）屏蔽方案應用靈活廣泛
• 最大限度減少封裝中的雜散和EMI輻射
• 最大限度減少系統中相鄰器件間的干擾
• 器件封裝橫向和縱向尺寸增加幾乎為零
• 節省系統特殊屏蔽部件的加工和組裝成本
• 節省PCB面積和設備內部空間

共形屏蔽技術，可以解決SiP內部以及周圍環境之間的EMI干擾，對封裝尺寸和重量幾乎沒有影響，具有優良的電磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金屬屏蔽罩。必將隨著SiP技術以及設備小型化需求而普及。