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标题: SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解析 [打印本页]
作者: hunterccc    时间: 2021-10-22 11:18
标题: SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解析
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移动设备向着轻薄短小的方向发展，手机行业是这一方向的前锋，从几代iPhone的尺寸可以看出----薄，是一直演进的方向（图1）。随着物联网、可穿戴等市场兴起，将这一方向推向极致。
% A; `4 j8 G6 e- R! p4 O图1iPhone厚度变化
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6 I5 _, B  x) _2 ?9 Q& ~0 Q+ `1 {手机的薄型化，得益于多方面技术的进步，包括SiP、PCB、显示屏等技术，其中关键的技术之一就是EMI屏蔽技术。传统的手机EMI屏蔽是采用金属屏蔽罩，屏蔽罩在横向上要占用宝贵的PCB面积，纵向上也要占用设备内部的立体空间，是设备小型化的一大障碍。新的屏蔽技术——共形屏蔽（Conformal shielding），将屏蔽层和封装完全融合在一起，模组自身就带有屏蔽功能，芯片贴装在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用额外的设备空间，从而解决这一难题。如图2，iPhone 7主板上，大部分芯片都采用了Conformal shielding技术，包括WiFi/BT、PA、Memory等模组，达到高度集成且轻薄短小的目的。
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0 f' i+ G. t. L7 ?- l. u. K4 s图2iPhone7主板上采用共形屏蔽技术的模组
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SiP封装共形屏蔽: O6 D5 }1 ?8 M0 o
电子系统中的屏蔽主要两个目的：符合EMC规范；避免干扰。传统解决方案主要是将屏蔽罩安装在PCB上，会带来规模产量的可修复性问题。 此方法也可以在SiP模组中使用，如图3中的模组封装，或Overmolded shielding将屏蔽罩封装在塑封体内。 这两种屏蔽解决方案，虽然实现了屏蔽罩的SiP封装集成，但是并未降低模组的高度，同时也会带来工艺和成本问题。0 Z, |+ g" p2 m; ~$ i+ y! ]% b

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8 e6 G, y' A; Z( D图3传统的屏蔽罩模组及SiP封装内集成（Overmolded shielding）屏蔽罩2 O* ~/ P1 o( g+ }

* t- e# R! R- l7 ~9 ESiP封装的共形屏蔽，可以解决以上问题。如图4，SiP封装采用共形屏蔽技术，其外形与封装一致，不增额外尺寸。, E. J& t7 \7 i! l8 _+ j+ `7 x

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图4共形屏蔽SiP封装以及与传统屏蔽罩的区别
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共形屏蔽的性能
! t4 L8 e" y0 g4 H# ^( f1 [共形屏蔽实现了极好的屏蔽效果，在远场高达12GHz，近场高达6GHz，以及10MHz-100MHz的低频，屏蔽效果在30dB以上。如图5，从SiP封装实际测量结果，可以看出共形屏蔽的出色效果。
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& C: I4 d. R' S$ {4 B7 G& b& E图5共形屏蔽的测试效果
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共形屏蔽的工艺1 Q9 b8 x( A: }: K- a8 [* f4 q, f$ |
共形屏蔽目前主流工艺有三种：电镀，喷涂，溅射。各工艺的优缺点对比如下表：6 q' E& u9 B' {; H5 R
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以溅射为例，工艺流程如图6：. X; E: ?0 O; D! K) I. i
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7 ]/ X0 r* A; F1 Q图6共形屏蔽的溅射工艺流程. `8 ]& }- _+ x6 A7 h; P
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共形屏蔽的应用
" p! |: b- u2 _7 U) d  Y3 J共形屏蔽主要用于PA，WiFi/BT、Memory等SiP模组封装上，用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰，如图7。
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图7 WiFi模组共形屏蔽结构
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对于复杂的SiP封装，将AP/BB、Memory、WiFi/BT、FEM等集成在一起，封装内部各子系统之间也会相互干扰，需要在封装内部隔离。另外，对于大尺寸的SiP封装，其整个屏蔽结构的电磁谐振频率较低，加上数字系统本身的噪声带宽很宽，容易在SiP内部形成共振，导致系统无法正常工作。
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& G& i0 Y7 b  Q' C0 ?' sCompartment shielding（划区屏蔽）除了可用于封装外部屏蔽，还可以对封装内部各子系统模块间实现隔离。其由Conformal shielding技术改进而来，用激光打穿塑封体，露出封装基板上的接地铜箔，灌入导电填料形成屏蔽墙，并与封装表面的共形屏蔽层一起将各子系统完全隔离开。另外，划区屏蔽将屏蔽腔划分成小腔体，减小了屏蔽腔的尺寸，其谐振频率远高于系统噪声频率，避免了电磁共振，从而使得系统更稳定。Compartment shielding典型的应用案例就是iWatch里的S1模组，如图8。% e: E4 \  J1 v, Z% ^; |

% L" E5 P: g0 gSiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解析
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; L5 }$ C' w& P2 B3 D( N: ]9 i图8苹果S1 SiP封装Compartment shielding结构
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$ T! ~! k- l% s6 K总结SiP共形屏蔽的优点：
, n8 o# M2 q% x( V* T, X% [共形（Conformal）和划区（Compartmental）屏蔽方案应用灵活广泛：! \2 w& S& I2 s4 Y' g7 ]! Y% O

& H: C: b( l$ @2 [  B& p  p最大限度减少封装中的杂散和EMI辐射. o# T: _& `" }! S6 c% o. j4 k

! E1 z. I0 g; b4 U' @' I% O. }最大限度减少系统中相邻器件间的干扰; Q$ b( L. H; ]% s- Z, e: |

, ]& W7 \0 y8 R2 r, y, Z, m2 m器件封装横向和纵向尺寸增加几乎为零
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- U4 G' C% F0 u  m  d: s节省系统特殊屏蔽部件的加工和组装成本
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节省PCB面积和设备内部空间& U/ F1 r& f3 O/ c. N: F& |
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共形屏蔽技术，可以解决SiP内部以及周围环境之间的EMI干扰，对封装尺寸和重量几乎没有影响，具有优良的电磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金属屏蔽罩。必将随着SiP技术以及设备小型化需求而普及。
作者: angern    时间: 2021-10-22 11:28
传统解决方案主要是将屏蔽罩安装在PCB上，会带来规模产量的可修复性问题
作者: fly大漠鹰隼    时间: 2021-10-22 11:28
学习学习，谢谢楼主分享
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作者: MLXG    时间: 2021-10-22 16:29
SiP共形屏蔽能最大限度减少封装中的杂散和EMI辐射!
作者: ldezgr    时间: 2021-10-22 18:16
LZ辛苦，学习学习
作者: wenjun931    时间: 2023-3-1 14:03
学习了，谢谢楼主



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