CN103928040A - 芯片式无线音频收发集成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子芯片封装技术领域，公开了一种芯片式无线音频收发集成系统。本发明中，通过将封装壳与衬底板配合形成标准外形封装，将实现音频信号采集、处理和发射的芯片放置在封装壳内，贴片安装到衬底板上，并通过键合技术实现芯片与芯片之间电气互连。利用SIP技术将实现音频信号采集、处理和发射的芯片集成到同一个PCB电路板上，并封装到一个封装外壳内，构成一个具有音频信号收集功能、音频信号处理功能和音频信号发射功能的微小集成系统。与传统的窃听器相比，这种微小型窃听器具有体积小、功耗低、易于隐藏等优良特性。

Description

芯片式无线音频收发集成系统
技术领域
本发明涉及微电子芯片封装技术领域，特别涉及芯片式无线音频收发集成系统。
背景技术
随着半导体技术的发展，为了在改善半导体器件的性能的同时还将封装减到最小，因此提出了晶片级封装、系统化封装、芯片级封装等高集成度的封装技术，也就是使一个封装器件具有系统功能。
然而，系统化封装SIP(System in a package)技术克服了SOC(System on achip)芯片封装技术在小的特征尺寸下难于将模拟、射频和数字功能整合到一起的技术难点，应用前景广阔。所谓系统化集成就是将一个或多个裸芯片及可能的无源元件构成的高性能模块装载在一个封装外壳内，包括将多个堆叠在一起的芯片，或将多个芯片堆叠整合在同一衬底上，形成的标准化产品，可以像普通的器件一样在电路板上进行组装，或者作为一个具有系统功能的独立电子产品使用。
传统的电子产品，如窃听器，是将封装好的各个功能子电路(芯片)通过相应的逻辑连接起来，通常是购买已封装完成的各功能芯片产品，采用PCB电路板集成方式，重新开发一套PCB电路系统，将各子功能芯片进行再次集成和调试，构成符合要求的系统和产品。这样需要外接大量的布局布线来完成这一连接，从而会占据电路板上大量的空间、增加走线难度，同时由于电路板上的线路尺寸和过孔尺寸也过大，使整个产品的面积和体积也会跟着加大，从而使窃听器的体积大，功耗大，易于被发现。由于窃听器体积大，使得刑侦人员在安装窃听器时不易找到安装位置，而且安装之后，容易被发现，从而使监听中断，甚至会因为窃听器被发现而威胁附近负责监听的刑侦人员的人身安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片式无线音频收发集成系统，使得无线音频收发系统具有体积小、低功耗、隐蔽的特点。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种芯片式无线音频收发集成系统，包含：衬底板、封装壳；所述封装壳与所述衬底板配合形成标准外形封装；
实现音频信号采集、处理和发射的芯片放置在所述封装壳内，贴片安装到所述衬底板上；并通过键合技术实现芯片与芯片之间电气互连。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过将封装壳与衬底板配合形成标准外形封装，将实现音频信号采集、处理和发射的芯片放置在封装壳内，贴片安装到衬底板上，并通过键合技术实现芯片与芯片之间电气互连。利用SIP技术将实现音频信号采集、处理和发射的芯片集成到同一个PCB电路板上，并封装到一个封装外壳内，构成一个具有音频信号收集功能、音频信号处理功能和音频信号发射功能的微小集成系统。与传统的窃听器相比，这种微小型窃听器具有体积小、功耗低、易于隐藏等优良特性。
另外，所述实现音频信号采集、处理和发射的芯片包含：麦克风、语音信号处理专用集成电路、ARM核控制芯片、无线收发芯片。上述实现音频信号采集、处理和发射的芯片均使用低功耗裸片，通过集成电路后道封装的一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度、低损耗的小型电子系统级产品。
另外，所述标准外形封装内还包含自毁电路；
所述自毁电路在所述封装壳被拆卸时，触发所述ARM核控制芯片擦除内部存储器的所有内容，使得无法根据软件代码追溯无线音频收发集成系统的开发单位，也无法根据无线音频收发集成系统发出的信号追溯接收监听信号的刑侦人员的位置，保护刑侦人员的人身安全。
另外，所述标准外形封装内还包含：电源管理电路；
所述电源管理电路，将外部直流电源转换成所述芯片式无线音频收发集成系统能使用的电源，为所有芯片提供基准电压。优选地，所述基准电压小于或等于3.3伏。由于使用的都是低功耗芯片，进一步降低芯片式无线音频收发集成系统的功耗。
另外，所述衬底板为多层布线的印制电路PCB板。进一步减小芯片式无线音频收发集成系统的体积，加强电磁兼容性。
另外，所述衬底板的多层板里具有散热微孔；所有芯片与衬底板连接时采用导热胶。采用适当的散热对策，使温度降低到可靠性工作范围内。
另外，所述标准外形封装包含：四周扁平封装QFP或无引脚四周扁平封装QNP或者普通电容外形的封装。使芯片式无线音频收发集成系统具有很强的隐蔽性
另外，所述键合技术包含引线键合或倒扣flip-chip，使芯片之间连线短，寄生电容小，提高信噪比。
附图说明
图1是根据本发明的一较佳实施方式的芯片式无线音频收发集成系统的结构示意图；
图2是根据本发明的一较佳实施方式的芯片式无线音频收发集成系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的一较佳实施方式涉及一种芯片式无线音频收发集成系统，包含：衬底板和封装壳；封装壳与衬底板配合形成标准外形封装；实现音频信号采集、处理和发射的芯片放置在封装壳内，贴片安装到衬底板上；并通过键合技术实现芯片与芯片之间电气互连。
如图1所示是芯片式无线音频收发集成系统的结构示意图，1为衬底板，2是封装壳，芯片3通过导线4连接到衬底板1上，无源器件5（比如，电容、电阻等）贴装在衬底板1上，焊接脚6是芯片式无线音频收发集成系统与外部电路进行信号交互的输入输出管脚。整个芯片采用SIP技术制造，因此，SIP技术的相关工艺、流程均适用于本发明。
实现音频信号采集、处理和发射的芯片包含：麦克风、语音信号处理专用集成电路、ARM核控制芯片、无线收发芯片，其原理框图如图2所示。麦克风用于采集音频信号，比如MEMS麦克风；语音信号处理专用集成电路用于对麦克风采集的音频信号进行放大、滤波退藕和音频编解码；ARM核控制芯片提供整个无线音频收发集成系统所需的控制、同步信号；无线收发芯片将编码后的音频信号发送出去。无线收发芯片可以为WIFI芯片、蓝牙芯片或Zigbee芯片中的任意一种。值得说明的是，为了提高发射信号的隐蔽性，可以在信号被发射前，对音频信号进行哑音处理，即将模拟信号在一个周期内进行翻转，这样发射出去的音频信号表现为噪声，使信号不易被截取。
此外，值得一提的是，上述实现音频信号采集、处理和发射的芯片均使用低功耗裸片，通过集成电路后道封装的一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高密度、低损耗的小型电子系统级产品。也就是说，利用SIP技术将麦克风、语音信号处理专用集成电路、ARM核控制芯片、无线收发芯片等芯片和相关无源器件集成到同一个PCB电路板上，并封装到一个封装外壳内，构成一个具有音频信号收集功能、音频信号处理功能和音频信号发射功能的微小集成系统。与传统的窃听器相比，这种微小型窃听器具有体积小、功耗低、易于隐藏等优良特性。
另外，为了安全性考虑，标准外形封装内还包含自毁电路；该自毁电路在封装壳被拆卸时，触发ARM核控制芯片擦除内部存储器的所有内容，使得无法根据软件代码追溯无线音频收发集成系统的开发单位，也无法根据无线音频收发集成系统发出的信号追溯接收监听信号的刑侦人员的位置，保护刑侦人员的人身安全。具体地说，自毁电路可以选择采用行程开关检测物理外壳的开启状态，或采用通过识别光照度的方法检测物理外壳的开启状态，可应用性强。
传统窃听器中另一个不易解决的问题是功耗过大，本发明在芯片内设计了一个电源管理电路，用于从外部电路中取电。具体地说，标准外形封装内还包含：电源管理电路；该电源管理电路将外部直流电源转换成芯片式无线音频收发集成系统能使用的电源，为所有芯片提供基准电压，该基准电压小于或等于3.3伏。比如说，市话电话机所使用的电源电压转换成基准电压：麦克风3.3V，语音信号处理专用集成电路1.7V，由于使用的都是低功耗芯片，进一步降低芯片式无线音频收发集成系统的功耗。
为了进一步减小芯片式无线音频收发集成系统的体积，加强电磁兼容性，衬底板可以采用多层布线的印制电路PCB板。也就是说，采用多层布线的PCB板安装器件，以增加电路板的厚度换取电路板的面积。此外，通过多层布线，也可以减小信号间干扰，使电路板具备更好的电磁兼容性能。
此外，由于采用体积小的电子元器件，增大了电路板上元器件的密度，不可避免地需要考虑散热问题，也就是说，在元器件温度超过可靠性保证温度时，采取适当的散热对策，使温度降低到可靠性工作范围内。一般电路板散热技巧均可用于本发明，比如：采用衬底板的多层板里具有散热微孔，所有芯片与衬底板连接时采用导热胶，在衬底板上大面积覆盖金属等。
除了使芯片式无线音频收发集成系统的体积小，易于隐藏之外，还可以采用特殊封装工艺，使芯片式无线音频收发集成系统的外形看以来是一个普通常见的元器件，便于隐藏。比如说，可以采用标准外形封装，比如：四周扁平封装QFP或无引脚四周扁平封装QNP，这样可以将芯片式无线音频收发集成系统封装成常见的IC芯片的外形，这样安装到电路板上（比如电话机的电路板上），即使看到这个IC芯片，也很容易被认为是普通芯片，具有很强的隐蔽性。或者，也可以采用普通电容外形的封装作为标准外形封装，也就是说，将窃听器封装成普通电容的样子，安装在电路板上，看起来是一个普通电容，也具有很强的隐蔽性。
此外，值得一提的是，芯片和芯片之间采用键合技术，比如引线键合或倒扣flip-chip进行电气互连，使芯片之间连线短，寄生电容小，提高信噪比。其中，引线键合是主要的互连技术。引线键合中使用的引线主要是金线。为了降低成本，也可以用其它金属丝，如铝、铜、银、钯等来替代金丝键合。键合技术有热压焊(thermocompression)，热超声焊(thermosonic)等。不论采用何种技术进行引线键合，只要将芯片与芯片连接，或者将芯片连接到PCB板上，都在本发明的保护范围之内，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明利用SIP技术将麦克风、语音信号处理专用集成电路、ARM核控制芯片、无线收发芯片等芯片和相关无源器件集成到同一个PCB电路板上，并封装到一个封装外壳内，构成一个具有音频信号收集功能、音频信号处理功能和音频信号发射功能的微小集成系统。与传统的窃听器相比，这种微小型窃听器具有体积小、功耗低、易于隐藏等优良特性。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，包含：衬底板、封装壳；所述封装壳与所述衬底板配合形成标准外形封装；
实现音频信号采集、处理和发射的芯片放置在所述封装壳内，贴片安装到所述衬底板上；并通过键合技术实现芯片与芯片之间电气互连。
2.根据权利要求1所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述实现音频信号采集、处理和发射的芯片包含：麦克风、语音信号处理专用集成电路、ARM核控制芯片、无线收发芯片。
3.根据权利要求2所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述标准外形封装内还包含自毁电路；
所述自毁电路在所述封装壳被拆卸时，触发所述ARM核控制芯片擦除内部存储器的所有内容。
4.根据权利要求2所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述无线收发芯片为WIFI芯片、蓝牙芯片或Zigbee芯片中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述标准外形封装内还包含：电源管理电路；
所述电源管理电路，将外部直流电源转换成所述芯片式无线音频收发集成系统能使用的电源，为所有芯片提供基准电压。
6.根据权利要求5所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述基准电压小于或等于3.3伏。
7.根据权利要求1所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述衬底板为多层布线的印制电路PCB板。
8.根据权利要求7所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述衬底板的多层板里具有散热微孔；所有芯片与衬底板连接时采用导热胶。
9.根据权利要求1所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述标准外形封装包含：四周扁平封装QFP、无引脚四周扁平封装QNP或普通电容外形的封装。
10.根据权利要求1所述的芯片式无线音频收发集成系统，其特征在于，所述键合技术包含引线键合或倒扣flip-chip。
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