具有emi屏蔽的电子元件封装的制作方法

专利名称：具有emi屏蔽的电子元件封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元件封装和电磁干扰(EMI)屏蔽。更特别地，本发 明涉及具有EMI屏蔽的电子元件封装，如系统级封装(sytem-in-package) 模块，隔离封装内的元件以免受到电磁干扰、或对封装的其它部件产生电 磁干扰。
背景技术：
系统级封装(SiP)技术是一种集成模块设计，其包括一个或多个IC 芯片和相连的分散元件，执行整体电子电路功能，并被集合到单个塑胶封 装里。电磁干扰(EMI)，也是无线射频干扰(RFI)，是由带有变化电信号 的电子电路和元件发出的电磁辐射引起。在单封装设计里，特别是EMI 敏感和/或RF元件被紧紧封装在一起时，EMI是一个主要考虑因素，随着 无线技术在小型电子设备的应用范围越来越多，考虑EMI就变得越来越平 常。
在SiP模块内最常用的屏蔽方式是使用一个屏蔽罩来密封住敏感的或 产生EMI的元件。元件通常安装在一个支撑基板的区域上，在支撑基板下 面有一个接地走线层， 一个金属盒或其它形状的罩壳被安装在元件上面， 用来密封住导电罩壳内的元件。这种类型的金属罩壳占用了基板表面上相 当大的空间，并往往不是很坚固，由于基板上固定罩壳的焊接点上的交变 应力(cyclic stress),经常导致金属罩从基板表面移位。通过二次成型封装 或将组件(包括罩壳)封入树脂中，可以保护封装和元件避免受到机械损 坏、撞击和潮湿，这个问题在一定程度上得以改善。但是，在罩壳的顶部 和侧面必须有开口以方便封装树脂的流动。这些开口的数目和大小被限制 以避免EMI泄漏，特别是对高频操作。从而，封装树脂流的限制，经常导 致在屏蔽罩壳内产生空气隙。随后，这些开口会被树脂堵塞并有空气在罩 壳内，这在随后的热转移期间对封装可靠性是有危害的，并会导致屏蔽罩 壳的破裂和移位。相应地，本发明的目的是提供一种具有EMI屏蔽的电子元件封装，用
于敏感的或产生EMI的元件，来克服或至少改善以上的问题。
发明概述
鉴于前述，在此披露了一种具有EMI屏蔽的电子元件封装，包括一个 基板，其有一个用于安装电子元件的安装区域，还包括一个被固定在安装 区域上的电子元件、 一个具有顶面和向下延伸侧面的导电罩壳围住安装区 域并在安装区域上定义一个屏蔽空间、和一个延伸穿过基板的通气孔，通 气孔位于安装区域用于屏蔽空间的通风。
优选地，延伸穿过基板的通气孔是一个电镀过孔。
优选地，元件被密封剂覆盖，且延伸穿过基板的通气孔没有被密封剂 覆盖。
优选地，元件封装还包括在导电罩壳顶面的第二通气孔。
优选地，导电罩壳的顶面和侧面没有任何其它开口。
优选地，基板和导电罩壳的部分表面被密封剂覆盖，第二通气孔没有 被密封剂覆盖。更优选地，导电罩壳的顶面没有被密封剂覆盖。
优选地，基板包括一个接地走线或其它接地方式，导电罩壳的侧面与 接地走线或接地方式连接。
优选地，元件是一个半导体晶片，特别是一个无线射频(RF)芯片。
优选地，导电罩壳适合用于减弱由元件发出的电磁辐射。
优选地，元件封装是一个半导体芯片封装。
在此也披露了一种制作电子元件封装的方法，步骤包括(1)提供一 个具有安装电子元件的安装区域的基板和一个靠近安装区域且穿过基板的通气孔，(2)安装一个元件在安装区域上，和(3)将一个导电罩壳安装在 基板上以围住元件和通气孔。
优选地，其它各种步骤包括但不限于用密封剂覆盖元件或至少覆盖 其主动元件部分但不覆盖通气孔；提供第二通气孔在导电罩壳上；并用密 封剂覆盖基板和导电罩壳的部分表面但不覆盖第二通气孔。
从以下的描述，本发明的其它特征将变得越发清楚。


现通过例子并结合附图描述本发明的典型实施例，其中
图1是依照本发明的第一实施例电子元件封装的截面图，和
图2是依照本发明的第二实施例电子元件封装的截面图。 典型实施例描述
在本发明的所述典型实施例里，电子元件封装包括一个基板，有一个 电子元件固定在基板表面上， 一个具有顶部和向下延伸侧面的导电罩壳密 封住元件，确定了一个屏蔽空间。穿过基板有一个通气孔，用于屏蔽空间 的通风。在导电罩壳的顶部可以有第二通气孔。
附图描述了系统级封装(SiP)封装里实施的本发明的两个典型实施例， 其有无线射频(RF)和数字集成电路(IC)芯片被一起封装在单个基板上。 但是，这些例子不是意在限制本发明的使用范围或功能。本领域有经验的 技术人员将会明白，本发明也可以应用在其它类型的封装元件排列里，例 如希望隔离一个或多个元件以避免噪音干扰、或避免产生噪音干扰到封装 的其它部分。而且，典型实施例是具有单个支撑基板的单个封装，通过球 栅阵列(BGA)连接到系统基板或母板上。有经验的技术人员将明白，本 发明同样适用于叠层芯片排列如叠层多芯片模块(MCMs)。为了说明本发 明，实施例将描述一个特别IC芯片结构，当然这也不是意在限制本发明的 .使用范围和功能。其它芯片类型、元件和/或其组合可以用于本发明。本发明同样适用于在多元件封装内必须隔离的任何敏感电子元件或产生EMI 的元件。
参照图l，在本发明的第一典型实施例里，电子元件封装10包括一个
支撑基板ll，有一个无线射频(RF)芯片12安装在基板第一面上的芯片 安装区域12内。在支撑基板11的一个或多个表面上有印刷电路，使用焊 接线14将芯片12连接到印刷电路的焊盘。使用已知的包覆成型
(overmoding)、圆形封装(glob-top)或围坝填充式封装(dam and fill) 方法，在芯片12的顶部主动元件表面15上覆盖一层塑料树脂密封剂42 以保护芯片12和焊接线14的连接。基板11有一个接地走线17或其它接 地方式，围住芯片安装区域13。基板11有多个焊接球18以格栅方式排列 在基板第二面上，形成球栅阵列(BGA)来安装和连接封装10到系统基 板(图内未显示)。为了便于说明，对正常理解本发明不是必需的印刷电路、 互连过孔和其它电路元件都没有显示出来。
在典型实施例里，通过使用围坝填充式封装(dam and fill encapsulation)方法，芯片12和其焊接线14被覆盖了一层塑料树脂密封剂 42，但并不覆盖RF芯片12附近的通气孔30。在这个方法里，通过在RF 芯片12周围使用一圈高黏度密封剂41，首先形成一个围坝。然后，在这 个围坝内填充低黏度的填充密封剂42，其在RF芯片12和焊接线14上流 过，但被围坝41围住不溢出。
一个具有顶部21和向下延伸侧面22的金属屏蔽罩20被固定在芯片安 装区域13上以围住RF芯片12。屏蔽罩20的侧面22与基板的接地走线 17连接，将屏蔽罩20接地。屏蔽罩形成一个屏蔽空间23，芯片12位于其 中，屏蔽罩用来阻止或至少减弱由RF芯片12产生的电磁辐射。在第一典 型实施例里，屏蔽罩20在其顶部21或侧面22没有任何开口或孔，而是一 个完全封闭的罩壳围住屏蔽空间23。为了使封装更坚固，基板ll和屏蔽 罩20被覆盖在成型树脂19内。
在RF芯片12附近有一个穿过基板11的通气孔30，从屏蔽空间23 启的芯片安装区域13穿透到基板的第二面。通气孔30提供封闭空间23的通风，允许空间里的任何气体和湿气排出，并平衡屏蔽空间23的外部和 内部压力。为了防止湿气和其它环境污垢进入基板层而损坏基板11的完整
性，通气孔30的内表面被电镀。在基板制造期间，这种通气孔30通常， 但不是必须，制作成为电镀通孔(或过孔)。
图2显示本发明的第二典型实施例。在附图里，同样的组件有相同的 参考号码。在图2里，电子元件封装10包括一个支撑基板11，在基板第 一面上的屏蔽元件安装区域13里安装有一个无线射频(RF)芯片12。第 二半导体芯片，如数字IC40，也位于基板的第一面上。在支撑基板ll的 一个或多个表面上有印刷电路，使用焊接线14将芯片12、 40连接到印刷 电路的焊盘。基板11有一个接地走线17或其它接地方式，围住屏蔽元件 安装区域13。基板11有多个焊接球18，以格栅方式排列在基板的第二面 上，形成一个球栅阵列(BGA)来安装和连接封装到系统基板(图中未显 示)。为了便于描述，对正确理解本发明不是必需的印刷电路、互连过孔和 其它电路元件没有显示出来。
具有顶部21和向下延伸侧面22的屏蔽罩20位于屏蔽元件安装区域 13上方，以密封住RF芯片12。屏蔽罩20的侧面22与基板的接地走线17 连接，将屏蔽罩20接地。屏蔽罩形成一个屏蔽空间23，芯片12位于其中， 屏蔽罩用来阻止或至少减弱由RF芯片12产生的电磁辐射。靠近RF芯片 12处有一个穿过基板11的通气孔30，从屏蔽空间23内的屏蔽元件安装区 域13穿透到基板的第二面。
使用和以上所述第一实施例相同的围坝填充式封装方法，芯片12被覆 盖了一层塑料树脂密封剂42，以保护芯片12和焊接线连接14。为了使封 装更加坚固，包括数字晶片40和屏蔽罩20的整个基板11被覆盖在成型树 月旨43内。控制屏蔽罩20和成型树脂43的高度，使屏蔽罩20的顶部不会 被覆盖在成型树脂43内。在屏蔽罩20的顶部有第二通气孔44，通过两个 通气孔30、 44促进空气流动而穿过屏蔽空间23。这样在成型的再加热阶 段或环境条件变化时，能大大减少在屏蔽罩20内湿气积聚的可能性，或在 存储或使用封装10期间减少随后的热量偏移(thermal excursion)。为了制作所述的电子元件封装，首选准备一个具有印刷电路的基板 11，其上有一个安装区域13用于安装将被屏蔽的电子元件，有一个穿透基 板的电镀通孔在安装区域13附近。电镀通孔形成通气孔30。使用已知的
PCB制造技术，可以制备该基板ll。电子元件，在典型实施例里的RF芯 片12，然后被安装在基板上，且焊接线14被连接到印刷电路。如果需要， 可以使用包覆成型、圆形封装或围坝填充式封装工艺，元件被覆盖上一层 密封剂，以避免其受到物理损坏、撞击或受潮。必须注意，不能覆盖住安 装区域13附近的电镀通孔。在密封元件之后，屏蔽罩20被固定在基板上 以围住元件和电镀通孔。屏蔽罩的侧面被连接到接地走线17以便将屏蔽罩 20接地。然后，基板和屏蔽罩上面被密封剂覆盖。
为了制作第二实施例的封装，在屏蔽罩被固定在基板上之前，在屏蔽 罩的顶部21开有第二通气？L。当用树脂覆盖基板上面时，控制成型树脂模 43的高度，使得屏蔽罩20的顶部不会被覆盖在成型树脂43内。
对高频应用来说，通气孔30、 44的大小应该通常小于3mm，但对低 频应用来说可以较大些。电磁波通过尺寸小于其波长的孔时不会穿透太远。 大多数现代电子设备如移动电话、无线网络适配器和电信设备在从 300MHz到3GHz的超高频波段上运作。波长范围在1米到100毫米。
屏蔽罩20可以由任何合适材料制成，只要能阻止或至少减弱带有变化 电信号的电子元件发出的电磁辐射。为了屏蔽低频元件，如屏蔽变压器、 电感器和线圈，可以使用高磁导率材料如镀锡钢。为了屏蔽高频元件，如 RF芯片、微处理器和快速交换器，可以使用有色金属材料如镀锡铜、磷青 铜或铍铜。
应该理解，对本领域那些有经验的技术人员，显而易见的修改和/或替 换不认为超出本发明的范围之外。例如，在第二典型实施例里，在屏蔽罩 20的顶部21有第二通气孔。因为通过穿透基板11的通气孔30，已经可以 实现屏蔽空间23的通风，所以在屏蔽罩20上也可以没有开孔。但是，在 屏蔽罩20的顶部有一个或多个通气孔都是在本发明的范围之内，尽管为了 保持罩20的屏蔽有效性，优选较少开孔。而且，优选地，在罩20的侧面上没有开口、孔槽、裂缝或其它孔。
在典型实施例里，使用了RF芯片元件，优先通过覆盖密封剂42，避
免芯片受到物理损坏、撞击和受潮。但是，有经验的技术人员将明白，依 照本发明，在封装里被屏蔽的其它元件，如转换器、电感器、线圈和快速
转换器，也可以不需要被覆盖在密封剂42里。
权利要求
1.一种具有电磁干扰(EMI)屏蔽元件的电子元件封装，包括一个基板，有一个安装区域用来安装电子元件，一个电子元件，被安装在安装区域上，一个导电罩壳，具有一个顶面和向下延伸的侧面，导电罩壳围住安装区域并在安装区域上方确定一个屏蔽空间，和一个穿过基板的通气孔，通气孔位于安装区域内用于屏蔽空间的通风。
2. 根据权利要求1所述的元件封装，镀过孔。
3. 根据权利要求1所述的元件封装，基板的通气孔没有被密封剂覆盖。
4. 根据权利要求1所述的元件封装， 通气孔。
5. 根据权利要求4所述的元件封装， 任何其它通气孔。其中穿过基板的通气孔是一个电其中元件被密封剂覆盖，而穿过还包括在导电罩壳顶面上的第二其中导电罩壳的顶面和侧面没有
6. 根据权利要求4所述的元件封装，其中基板和导电罩壳的部分表面 被密封剂覆盖，而第二通气孔没有被密封剂覆盖。
7. 根据权利要求6所述的元件封装，其中导电罩壳的顶面没有被密封 剂覆盖。
8. 根据权利要求1所述的元件封装，其中基板包括接地走线、或其它 接地方式，导电罩壳的侧面与接地走线或接地层连接。
9. 根据权利要求1所述的元件封装，其中元件是一个半导体晶片。
10. 根据权利要求9所述的元件封装，其中半导体晶片是一个无线射频(RF)芯片。
11. 根据权利要求1所述的元件封装，其中导电罩壳适合用于减弱由 元件发出的电磁辐射。
12. 根据权利要求1所述的元件封装，其是一个半导体芯片封装。
13. —种制作电子元件封装的方法，步骤包括提供一个基板，基板上有一个用于安装电子元件的安装区域，和 一个在安装区域附近的穿过基板的通气孔，在基板的安装区域上安装元件，和将导电罩壳安装在基板上以围住元件和通气孔。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中在将导电罩壳安装在基板上之前，用密封剂覆盖在元件上但不覆盖在通气孔上。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中将导电罩壳安装在基板上包 括提供一个具有顶面和向下延伸侧面的导电罩壳，且其顶面上有第二通气 孔。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括用密封剂覆盖在基板和导 电罩壳的部分表面，但密封剂不覆盖在第二通气孔上。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中将元件安装在安装区域上包 括将一个半导体晶片安装在安装区域上，晶片有一个主动活性表面，用密封剂至少覆盖晶片的主动活性表面。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中用密封剂覆盖晶片的主动活性表面包括包覆成型(overmolding)、圆型封装(glob-top)、或围坝填充(dam and fill)封装程序中的一种。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中提供基板的步骤包括，在准 备基板步骤期间，钻一个孔，其中孔壁延伸穿过基板，并电镀孔壁。
20. —种半导体芯片封装，包括 一个有电子电路表面的基板，一个半导体晶片，被安装在该表面上并被连接到该电子电路，一个屏蔽罩壳，被固定在半导体晶片上，定义一个屏蔽空间围住 半导体晶片，一个延伸穿过基板的通气孔，通气孔位于屏蔽空间内用于屏蔽空间的通风。
21. 根据权利要求20所述的半导体芯片封装，还包括在导电罩壳上 的第二通气孔，其中基板表面被密封剂覆盖，密封剂围住屏蔽罩壳但没有 覆盖第二通气孔。
全文摘要
本发明披露了一种具有电磁干扰(EMI)屏蔽空间的电子元件封装。此封装包括一个基板，有一个电子元件被固定在基板表面上，一个具有顶面和向下延伸侧面的导电罩壳围住该元件，且定义了一个屏蔽空间。有一个穿过基板的通气孔，位于屏蔽空间内用于屏蔽空间的通风。在导电罩壳的顶面可以有第二通气孔。
文档编号H05K9/00GK101322245SQ200780000486
公开日2008年12月10日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年9月15日
发明者仲镇华, 沈文龙, 符会利 申请人:香港应用科技研究院有限公司