專利名稱：具有emi屏蔽的電子元件封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元件封裝和電磁干擾(EMI)屏蔽。更特別地，本發(fā) 明涉及具有EMI屏蔽的電子元件封裝，如系統(tǒng)級(jí)封裝(sytem-in-package) 模塊，隔離封裝內(nèi)的元件以免受到電磁干擾、或?qū)Ψ庋b的其它部件產(chǎn)生電 磁干擾。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)技術(shù)是一種集成模塊設(shè)計(jì)，其包括一個(gè)或多個(gè)IC 芯片和相連的分散元件，執(zhí)行整體電子電路功能，并被集合到單個(gè)塑膠封 裝里。電磁干擾(EMI)，也是無線射頻干擾(RFI)，是由帶有變化電信號(hào) 的電子電路和元件發(fā)出的電磁輻射引起。在單封裝設(shè)計(jì)里，特別是EMI 敏感和/或RF元件被緊緊封裝在一起時(shí)，EMI是一個(gè)主要考慮因素，隨著 無線技術(shù)在小型電子設(shè)備的應(yīng)用范圍越來越多，考慮EMI就變得越來越平 常。
在SiP模塊內(nèi)最常用的屏蔽方式是使用一個(gè)屏蔽罩來密封住敏感的或 產(chǎn)生EMI的元件。元件通常安裝在一個(gè)支撐基板的區(qū)域上，在支撐基板下 面有一個(gè)接地走線層， 一個(gè)金屬盒或其它形狀的罩殼被安裝在元件上面， 用來密封住導(dǎo)電罩殼內(nèi)的元件。這種類型的金屬罩殼占用了基板表面上相 當(dāng)大的空間，并往往不是很堅(jiān)固，由于基板上固定罩殼的焊接點(diǎn)上的交變 應(yīng)力(cyclic stress),經(jīng)常導(dǎo)致金屬罩從基板表面移位。通過二次成型封裝 或?qū)⒔M件(包括罩殼)封入樹脂中，可以保護(hù)封裝和元件避免受到機(jī)械損 壞、撞擊和潮濕，這個(gè)問題在一定程度上得以改善。但是，在罩殼的頂部 和側(cè)面必須有開口以方便封裝樹脂的流動(dòng)。這些開口的數(shù)目和大小被限制 以避免EMI泄漏，特別是對(duì)高頻操作。從而，封裝樹脂流的限制，經(jīng)常導(dǎo) 致在屏蔽罩殼內(nèi)產(chǎn)生空氣隙。隨后，這些開口會(huì)被樹脂堵塞并有空氣在罩 殼內(nèi)，這在隨后的熱轉(zhuǎn)移期間對(duì)封裝可靠性是有危害的，并會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩 殼的破裂和移位。相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種具有EMI屏蔽的電子元件封裝，用
于敏感的或產(chǎn)生EMI的元件，來克服或至少改善以上的問題。
發(fā)明概述
鑒于前述，在此披露了一種具有EMI屏蔽的電子元件封裝，包括一個(gè) 基板，其有一個(gè)用于安裝電子元件的安裝區(qū)域，還包括一個(gè)被固定在安裝 區(qū)域上的電子元件、 一個(gè)具有頂面和向下延伸側(cè)面的導(dǎo)電罩殼圍住安裝區(qū) 域并在安裝區(qū)域上定義一個(gè)屏蔽空間、和一個(gè)延伸穿過基板的通氣孔，通 氣孔位于安裝區(qū)域用于屏蔽空間的通風(fēng)。
優(yōu)選地，延伸穿過基板的通氣孔是一個(gè)電鍍過孔。
優(yōu)選地，元件被密封劑覆蓋，且延伸穿過基板的通氣孔沒有被密封劑 覆蓋。
優(yōu)選地，元件封裝還包括在導(dǎo)電罩殼頂面的第二通氣孔。
優(yōu)選地，導(dǎo)電罩殼的頂面和側(cè)面沒有任何其它開口。
優(yōu)選地，基板和導(dǎo)電罩殼的部分表面被密封劑覆蓋，第二通氣孔沒有 被密封劑覆蓋。更優(yōu)選地，導(dǎo)電罩殼的頂面沒有被密封劑覆蓋。
優(yōu)選地，基板包括一個(gè)接地走線或其它接地方式，導(dǎo)電罩殼的側(cè)面與 接地走線或接地方式連接。
優(yōu)選地，元件是一個(gè)半導(dǎo)體晶片，特別是一個(gè)無線射頻(RF)芯片。
優(yōu)選地，導(dǎo)電罩殼適合用于減弱由元件發(fā)出的電磁輻射。
優(yōu)選地，元件封裝是一個(gè)半導(dǎo)體芯片封裝。
在此也披露了一種制作電子元件封裝的方法，步驟包括(1)提供一 個(gè)具有安裝電子元件的安裝區(qū)域的基板和一個(gè)靠近安裝區(qū)域且穿過基板的通氣孔，(2)安裝一個(gè)元件在安裝區(qū)域上，和(3)將一個(gè)導(dǎo)電罩殼安裝在 基板上以圍住元件和通氣孔。
優(yōu)選地，其它各種步驟包括但不限于用密封劑覆蓋元件或至少覆蓋 其主動(dòng)元件部分但不覆蓋通氣孔；提供第二通氣孔在導(dǎo)電罩殼上；并用密 封劑覆蓋基板和導(dǎo)電罩殼的部分表面但不覆蓋第二通氣孔。
從以下的描述，本發(fā)明的其它特征將變得越發(fā)清楚。


現(xiàn)通過例子并結(jié)合附圖描述本發(fā)明的典型實(shí)施例，其中
圖1是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例電子元件封裝的截面圖，和
圖2是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例電子元件封裝的截面圖。 典型實(shí)施例描述
在本發(fā)明的所述典型實(shí)施例里，電子元件封裝包括一個(gè)基板，有一個(gè) 電子元件固定在基板表面上， 一個(gè)具有頂部和向下延伸側(cè)面的導(dǎo)電罩殼密 封住元件，確定了一個(gè)屏蔽空間。穿過基板有一個(gè)通氣孔，用于屏蔽空間 的通風(fēng)。在導(dǎo)電罩殼的頂部可以有第二通氣孔。
附圖描述了系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)封裝里實(shí)施的本發(fā)明的兩個(gè)典型實(shí)施例， 其有無線射頻(RF)和數(shù)字集成電路(IC)芯片被一起封裝在單個(gè)基板上。 但是，這些例子不是意在限制本發(fā)明的使用范圍或功能。本領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)的 技術(shù)人員將會(huì)明白，本發(fā)明也可以應(yīng)用在其它類型的封裝元件排列里，例 如希望隔離一個(gè)或多個(gè)元件以避免噪音干擾、或避免產(chǎn)生噪音干擾到封裝 的其它部分。而且，典型實(shí)施例是具有單個(gè)支撐基板的單個(gè)封裝，通過球 柵陣列(BGA)連接到系統(tǒng)基板或母板上。有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將明白，本 發(fā)明同樣適用于疊層芯片排列如疊層多芯片模塊(MCMs)。為了說明本發(fā) 明，實(shí)施例將描述一個(gè)特別IC芯片結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這也不是意在限制本發(fā)明的 .使用范圍和功能。其它芯片類型、元件和/或其組合可以用于本發(fā)明。本發(fā)明同樣適用于在多元件封裝內(nèi)必須隔離的任何敏感電子元件或產(chǎn)生EMI 的元件。
參照?qǐng)Dl，在本發(fā)明的第一典型實(shí)施例里，電子元件封裝10包括一個(gè)
支撐基板ll，有一個(gè)無線射頻(RF)芯片12安裝在基板第一面上的芯片 安裝區(qū)域12內(nèi)。在支撐基板11的一個(gè)或多個(gè)表面上有印刷電路，使用焊 接線14將芯片12連接到印刷電路的焊盤。使用已知的包覆成型
(overmoding)、圓形封裝(glob-top)或圍壩填充式封裝(dam and fill) 方法，在芯片12的頂部主動(dòng)元件表面15上覆蓋一層塑料樹脂密封劑42 以保護(hù)芯片12和焊接線14的連接?；?1有一個(gè)接地走線17或其它接 地方式，圍住芯片安裝區(qū)域13?；?1有多個(gè)焊接球18以格柵方式排列 在基板第二面上，形成球柵陣列(BGA)來安裝和連接封裝10到系統(tǒng)基 板(圖內(nèi)未顯示)。為了便于說明，對(duì)正常理解本發(fā)明不是必需的印刷電路、 互連過孔和其它電路元件都沒有顯示出來。
在典型實(shí)施例里，通過使用圍壩填充式封裝(dam and fill encapsulation)方法，芯片12和其焊接線14被覆蓋了一層塑料樹脂密封劑 42，但并不覆蓋RF芯片12附近的通氣孔30。在這個(gè)方法里，通過在RF 芯片12周圍使用一圈高黏度密封劑41，首先形成一個(gè)圍壩。然后，在這 個(gè)圍壩內(nèi)填充低黏度的填充密封劑42，其在RF芯片12和焊接線14上流 過，但被圍壩41圍住不溢出。
一個(gè)具有頂部21和向下延伸側(cè)面22的金屬屏蔽罩20被固定在芯片安 裝區(qū)域13上以圍住RF芯片12。屏蔽罩20的側(cè)面22與基板的接地走線 17連接，將屏蔽罩20接地。屏蔽罩形成一個(gè)屏蔽空間23，芯片12位于其 中，屏蔽罩用來阻止或至少減弱由RF芯片12產(chǎn)生的電磁輻射。在第一典 型實(shí)施例里，屏蔽罩20在其頂部21或側(cè)面22沒有任何開口或孔，而是一 個(gè)完全封閉的罩殼圍住屏蔽空間23。為了使封裝更堅(jiān)固，基板ll和屏蔽 罩20被覆蓋在成型樹脂19內(nèi)。
在RF芯片12附近有一個(gè)穿過基板11的通氣孔30，從屏蔽空間23 啟的芯片安裝區(qū)域13穿透到基板的第二面。通氣孔30提供封閉空間23的通風(fēng)，允許空間里的任何氣體和濕氣排出，并平衡屏蔽空間23的外部和 內(nèi)部壓力。為了防止?jié)駳夂推渌h(huán)境污垢進(jìn)入基板層而損壞基板11的完整
性，通氣孔30的內(nèi)表面被電鍍。在基板制造期間，這種通氣孔30通常， 但不是必須，制作成為電鍍通孔(或過孔)。
圖2顯示本發(fā)明的第二典型實(shí)施例。在附圖里，同樣的組件有相同的 參考號(hào)碼。在圖2里，電子元件封裝10包括一個(gè)支撐基板11，在基板第 一面上的屏蔽元件安裝區(qū)域13里安裝有一個(gè)無線射頻(RF)芯片12。第 二半導(dǎo)體芯片，如數(shù)字IC40，也位于基板的第一面上。在支撐基板ll的 一個(gè)或多個(gè)表面上有印刷電路，使用焊接線14將芯片12、 40連接到印刷 電路的焊盤?；?1有一個(gè)接地走線17或其它接地方式，圍住屏蔽元件 安裝區(qū)域13?；?1有多個(gè)焊接球18，以格柵方式排列在基板的第二面 上，形成一個(gè)球柵陣列(BGA)來安裝和連接封裝到系統(tǒng)基板(圖中未顯 示)。為了便于描述，對(duì)正確理解本發(fā)明不是必需的印刷電路、互連過孔和 其它電路元件沒有顯示出來。
具有頂部21和向下延伸側(cè)面22的屏蔽罩20位于屏蔽元件安裝區(qū)域 13上方，以密封住RF芯片12。屏蔽罩20的側(cè)面22與基板的接地走線17 連接，將屏蔽罩20接地。屏蔽罩形成一個(gè)屏蔽空間23，芯片12位于其中， 屏蔽罩用來阻止或至少減弱由RF芯片12產(chǎn)生的電磁輻射?？拷黂F芯片 12處有一個(gè)穿過基板11的通氣孔30，從屏蔽空間23內(nèi)的屏蔽元件安裝區(qū) 域13穿透到基板的第二面。
使用和以上所述第一實(shí)施例相同的圍壩填充式封裝方法，芯片12被覆 蓋了一層塑料樹脂密封劑42，以保護(hù)芯片12和焊接線連接14。為了使封 裝更加堅(jiān)固，包括數(shù)字晶片40和屏蔽罩20的整個(gè)基板11被覆蓋在成型樹 月旨43內(nèi)?？刂破帘握?0和成型樹脂43的高度，使屏蔽罩20的頂部不會(huì) 被覆蓋在成型樹脂43內(nèi)。在屏蔽罩20的頂部有第二通氣孔44，通過兩個(gè) 通氣孔30、 44促進(jìn)空氣流動(dòng)而穿過屏蔽空間23。這樣在成型的再加熱階 段或環(huán)境條件變化時(shí)，能大大減少在屏蔽罩20內(nèi)濕氣積聚的可能性，或在 存儲(chǔ)或使用封裝10期間減少隨后的熱量偏移(thermal excursion)。為了制作所述的電子元件封裝，首選準(zhǔn)備一個(gè)具有印刷電路的基板 11，其上有一個(gè)安裝區(qū)域13用于安裝將被屏蔽的電子元件，有一個(gè)穿透基 板的電鍍通孔在安裝區(qū)域13附近。電鍍通孔形成通氣孔30。使用已知的
PCB制造技術(shù)，可以制備該基板ll。電子元件，在典型實(shí)施例里的RF芯 片12，然后被安裝在基板上，且焊接線14被連接到印刷電路。如果需要， 可以使用包覆成型、圓形封裝或圍壩填充式封裝工藝，元件被覆蓋上一層 密封劑，以避免其受到物理損壞、撞擊或受潮。必須注意，不能覆蓋住安 裝區(qū)域13附近的電鍍通孔。在密封元件之后，屏蔽罩20被固定在基板上 以圍住元件和電鍍通孔。屏蔽罩的側(cè)面被連接到接地走線17以便將屏蔽罩 20接地。然后，基板和屏蔽罩上面被密封劑覆蓋。
為了制作第二實(shí)施例的封裝，在屏蔽罩被固定在基板上之前，在屏蔽 罩的頂部21開有第二通氣？L。當(dāng)用樹脂覆蓋基板上面時(shí)，控制成型樹脂模 43的高度，使得屏蔽罩20的頂部不會(huì)被覆蓋在成型樹脂43內(nèi)。
對(duì)高頻應(yīng)用來說，通氣孔30、 44的大小應(yīng)該通常小于3mm，但對(duì)低 頻應(yīng)用來說可以較大些。電磁波通過尺寸小于其波長(zhǎng)的孔時(shí)不會(huì)穿透太遠(yuǎn)。 大多數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備如移動(dòng)電話、無線網(wǎng)絡(luò)適配器和電信設(shè)備在從 300MHz到3GHz的超高頻波段上運(yùn)作。波長(zhǎng)范圍在1米到100毫米。
屏蔽罩20可以由任何合適材料制成，只要能阻止或至少減弱帶有變化 電信號(hào)的電子元件發(fā)出的電磁輻射。為了屏蔽低頻元件，如屏蔽變壓器、 電感器和線圈，可以使用高磁導(dǎo)率材料如鍍錫鋼。為了屏蔽高頻元件，如 RF芯片、微處理器和快速交換器，可以使用有色金屬材料如鍍錫銅、磷青 銅或鈹銅。
應(yīng)該理解，對(duì)本領(lǐng)域那些有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，顯而易見的修改和/或替 換不認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍之外。例如，在第二典型實(shí)施例里，在屏蔽罩 20的頂部21有第二通氣孔。因?yàn)橥ㄟ^穿透基板11的通氣孔30，已經(jīng)可以 實(shí)現(xiàn)屏蔽空間23的通風(fēng)，所以在屏蔽罩20上也可以沒有開孔。但是，在 屏蔽罩20的頂部有一個(gè)或多個(gè)通氣孔都是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，盡管為了 保持罩20的屏蔽有效性，優(yōu)選較少開孔。而且，優(yōu)選地，在罩20的側(cè)面上沒有開口、孔槽、裂縫或其它孔。
在典型實(shí)施例里，使用了RF芯片元件，優(yōu)先通過覆蓋密封劑42，避
免芯片受到物理損壞、撞擊和受潮。但是，有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員將明白，依 照本發(fā)明，在封裝里被屏蔽的其它元件，如轉(zhuǎn)換器、電感器、線圈和快速
轉(zhuǎn)換器，也可以不需要被覆蓋在密封劑42里。
權(quán)利要求
1.一種具有電磁干擾(EMI)屏蔽元件的電子元件封裝，包括一個(gè)基板，有一個(gè)安裝區(qū)域用來安裝電子元件，一個(gè)電子元件，被安裝在安裝區(qū)域上，一個(gè)導(dǎo)電罩殼，具有一個(gè)頂面和向下延伸的側(cè)面，導(dǎo)電罩殼圍住安裝區(qū)域并在安裝區(qū)域上方確定一個(gè)屏蔽空間，和一個(gè)穿過基板的通氣孔，通氣孔位于安裝區(qū)域內(nèi)用于屏蔽空間的通風(fēng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，鍍過孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，基板的通氣孔沒有被密封劑覆蓋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝， 通氣孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的元件封裝， 任何其它通氣孔。其中穿過基板的通氣孔是一個(gè)電其中元件被密封劑覆蓋，而穿過還包括在導(dǎo)電罩殼頂面上的第二其中導(dǎo)電罩殼的頂面和側(cè)面沒有
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的元件封裝，其中基板和導(dǎo)電罩殼的部分表面 被密封劑覆蓋，而第二通氣孔沒有被密封劑覆蓋。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的元件封裝，其中導(dǎo)電罩殼的頂面沒有被密封 劑覆蓋。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，其中基板包括接地走線、或其它 接地方式，導(dǎo)電罩殼的側(cè)面與接地走線或接地層連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，其中元件是一個(gè)半導(dǎo)體晶片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的元件封裝，其中半導(dǎo)體晶片是一個(gè)無線射頻(RF)芯片。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，其中導(dǎo)電罩殼適合用于減弱由 元件發(fā)出的電磁輻射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件封裝，其是一個(gè)半導(dǎo)體芯片封裝。
13. —種制作電子元件封裝的方法，步驟包括提供一個(gè)基板，基板上有一個(gè)用于安裝電子元件的安裝區(qū)域，和 一個(gè)在安裝區(qū)域附近的穿過基板的通氣孔，在基板的安裝區(qū)域上安裝元件，和將導(dǎo)電罩殼安裝在基板上以圍住元件和通氣孔。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在將導(dǎo)電罩殼安裝在基板上之前，用密封劑覆蓋在元件上但不覆蓋在通氣孔上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將導(dǎo)電罩殼安裝在基板上包 括提供一個(gè)具有頂面和向下延伸側(cè)面的導(dǎo)電罩殼，且其頂面上有第二通氣 孔。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括用密封劑覆蓋在基板和導(dǎo) 電罩殼的部分表面，但密封劑不覆蓋在第二通氣孔上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將元件安裝在安裝區(qū)域上包 括將一個(gè)半導(dǎo)體晶片安裝在安裝區(qū)域上，晶片有一個(gè)主動(dòng)活性表面，用密封劑至少覆蓋晶片的主動(dòng)活性表面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中用密封劑覆蓋晶片的主動(dòng)活性表面包括包覆成型(overmolding)、圓型封裝(glob-top)、或圍壩填充(dam and fill)封裝程序中的一種。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供基板的步驟包括，在準(zhǔn) 備基板步驟期間，鉆一個(gè)孔，其中孔壁延伸穿過基板，并電鍍孔壁。
20. —種半導(dǎo)體芯片封裝，包括 一個(gè)有電子電路表面的基板，一個(gè)半導(dǎo)體晶片，被安裝在該表面上并被連接到該電子電路，一個(gè)屏蔽罩殼，被固定在半導(dǎo)體晶片上，定義一個(gè)屏蔽空間圍住 半導(dǎo)體晶片，一個(gè)延伸穿過基板的通氣孔，通氣孔位于屏蔽空間內(nèi)用于屏蔽空間的通風(fēng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體芯片封裝，還包括在導(dǎo)電罩殼上 的第二通氣孔，其中基板表面被密封劑覆蓋，密封劑圍住屏蔽罩殼但沒有 覆蓋第二通氣孔。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種具有電磁干擾(EMI)屏蔽空間的電子元件封裝。此封裝包括一個(gè)基板，有一個(gè)電子元件被固定在基板表面上，一個(gè)具有頂面和向下延伸側(cè)面的導(dǎo)電罩殼圍住該元件，且定義了一個(gè)屏蔽空間。有一個(gè)穿過基板的通氣孔，位于屏蔽空間內(nèi)用于屏蔽空間的通風(fēng)。在導(dǎo)電罩殼的頂面可以有第二通氣孔。
文檔編號(hào)H05K9/00GK101322245SQ200780000486
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者仲鎮(zhèn)華, 沈文龍, 符會(huì)利 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司