前言
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。
手机的薄型化,得益于多方面威廉希尔官方网站 的进步,包括SiP、PCB、显示屏等威廉希尔官方网站 ,其中关键的威廉希尔官方网站 之一就是EMI屏蔽威廉希尔官方网站 。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。新的屏蔽威廉希尔官方网站 ——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威廉希尔官方网站 ,包括WiFi/BT、PA、Memory等模组,达到高度集成且轻薄短小的目的。
图2 iPhone7主板上采用共形屏蔽威廉希尔官方网站 的模组
SiP封装共形屏蔽
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。
图3 传统的屏蔽罩模组及SiP封装内集成(Overmolded shielding)屏蔽罩
SiP封装的共形屏蔽,可以解决以上问题。如图4,SiP封装采用共形屏蔽威廉希尔官方网站 ,其外形与封装一致,不增额外尺寸。
图4 共形屏蔽SiP封装以及与传统屏蔽罩的区别
共形屏蔽的性能
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。
图5 共形屏蔽的测试效果
共形屏蔽的工艺
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:
以溅射为例,工艺流程如图6:
图6 共形屏蔽的溅射工艺流程
共形屏蔽的应用
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。
图7 WiFi模组共形屏蔽结构
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。
Compartment 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威廉希尔官方网站 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。
图8 苹果S1 SiP封装Compartment shielding结构
总结
SiP共形屏蔽的优点:
- 共形(Conformal)和划区(Compartmental)屏蔽方案应用灵活广泛
- 最大限度减少封装中的杂散和EMI辐射
- 最大限度减少系统中相邻器件间的干扰
- 器件封装横向和纵向尺寸增加几乎为零
- 节省系统特殊屏蔽部件的加工和组装成本
- 节省PCB面积和设备内部空间
共形屏蔽威廉希尔官方网站 ,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威廉希尔官方网站 以及设备小型化需求而普及。
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