CN106098682A - 系统级封装芯片及其制备方法以及包含该芯片的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子领域，公开了一种系统级封装芯片、包含该系统级封装芯片的设备以及该系统级封装芯片的制备方法，该系统级封装芯片包含：射频前端模块；模数转换器及数模转换器；微控制器处理单元；系统总线单元；以及Wifi BB/MAC/PHY单元，与所述微控制器处理单元经由所述系统总线单元相连，用于执行以下操作中的一者或多者：将来自所述微控制器处理单元的信号经由所述数模转换器进行数模转换之后，通过所述射频前端模块发送出去；以及接收由所述射频前端模块接收、并由所述模数转换器进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元。通过上述技术方案，可提供高速操作运行、数据吞吐量高，简化了硬件的设计。

Description

系统级封装芯片及其制备方法以及包含该芯片的设备
技术领域
本发明涉及微电子领域，具体地，涉及一种系统级封装芯片、包含该系统级封装芯片的设备以及该系统级封装芯片的制备方法。
背景技术
物联网(Internet of Things)是新一代信息技术的重要组成部分，物联网就是物物相连的互联网。它利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。
随着物联网对高集成度、超小尺寸以及超低功耗等芯片的不断需求，以及芯片及通讯技术的不断进步，联网设备需要将更多的功能芯片封装在一个系统级封装(SiP)里面，预计在未来5到10年的时间里，80％的物联网智慧家居和可穿戴设备将会采用SiP模组，因为SiP尺寸更小，具有更好的抗机械和化学腐蚀能力，能够显著缩短产品研制和投放市场的周期，无线射频性能更稳定，可靠性更高等诸多优点。
图1为现有的一种可应用于物联网的SiP模块的方块图。该SiP模块包含BB/MAC/PHY处理单元100、射频前端模块102、滤波器110、滤波器112、振荡器106、振荡器108、以及存贮器104。BB/MAC/PHY处理单元100用于传送或接收并处理信号。射频模块102连接于BB/MAC/PHY处理单元100，用于处理射频信号和射频传输的协定。BB/MAC/PHY处理单元100包含连接于射频前端模块102的传送/接收方式选择端口，使BB/MAC/PHY处理单元100能决定一处理方式。存贮器连104接于BB/MAC/PHY处理单元100，其中该存贮器可以是非易失性(non-volatile)存贮器。射频前端模块102包含第一天线端口和第二天线端口，以连接至第一天线和第二天线。因此，BB/MAC/PHY处理单元100包含连接至射频前端102的天线分集选择端口，使BB/MAC/PHY处理单元100可以选择一天线分集方式。BB/MAC/PHY处理单元100还包含蓝牙端口，以连接至蓝牙模块。BB/MAC/PHY处理单元100包含区域总线端口以连接至一区域总线。在现有技术中，通用输入/输出装置(GPIO)、联合测试行动小组连接器(JTAGconnector)、初值化组态、区域总线、压缩闪存存贮器、和保密数字输入输出/通用串列周边接口(SDIO/GSPI)分别连接至BB/MAC/PHY处理单元100的对应的连接端口，以执行其预先设定的功能。
然而，随着物联网对芯片在其各方面性能上的不断需求，图1所示的SiP模块以越来越难以满足物联网的需求。本领域亟须一种可在性能方面超过图1所示的SiP模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种系统级封装芯片、包含该系统级封装芯片的设备以及该系统级封装芯片的制备方法，其可展现出与现有的SiP模块更好的性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于家用电器的系统级封装芯片，该系统级封装芯片包含：射频前端模块；模数转换器及数模转换器；微控制器处理单元；系统总线单元；以及Wifi BB/MAC/PHY单元，与所述微控制器处理单元经由所述系统总线单元相连，用于执行以下操作中的一者或多者：将来自所述微控制器处理单元的信号经由所述数模转换器进行数模转换之后，通过所述射频前端模块发送出去；以及接收由所述射频前端模块接收、并由所述模数转换器进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元。
其中，该系统级封装芯片还包含：匹配及滤波器，连接在所述射频前端模块与所述系统级封装芯片外部的天线之间。
其中，该系统级封装芯片还包含安全芯片单元，用于对所述微控制器处理单元所输出的信号进行加密。
其中，该系统级封装芯片还包含外围接口，连接至所述系统总线单元。
其中，所述外围接口包含以下一者或多者：通用异步收发传输器UART接口；串行外设接口SPI；通用输入/输出GPIO接口；以及两线式串行总线I2C接口。
其中，该系统级封装芯片还包含：BT BB/MAC/PHY处理单元，用于将来自所述微控制器处理单元的信号经由所述数模转换器进行数模转换之后，通过所述射频前端模块发送出去；和/或接收由射频前端模块接收、并由所述模数转换器进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元。
其中，该系统级封装芯片还包含以下一者或多者：温度传感器，用于将温度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元；以及湿度传感器，用于将湿度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。
其中，该系统级封装芯片还包含：红外线传感器，用于产生反应是否存在人体或动物活动的电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。
其中，该系统级封装芯片还包含：第一振荡器，用于产生第一振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在正常操作模式使用；以及第二振荡器，用于产生第二振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在省电操作模式使用。
其中，该系统级封装芯片还包含以下一者或多者：闪存存取存储器，与所述微控制器处理单元及所述系统总线单元相连；以及随机存取存储器，与所述微控制器处理单元及所述系统总线单元相连。
其中，该系统级封装芯片还包含电源管理单元，用于给所述系统级封装芯片内的用电模块供电。
相应地，本发明还提供一种包含上述系统级封装芯片的设备，该设备可包括以下一者或多者：可穿戴设备、家用电器以及智能照明设备。
相应地，本发明还提供一种制备上述系统级封装芯片的方法，该方法包括：对PCB基板进行锡膏印刷，将锡膏印置于PCB板的焊盘上；对印置有锡膏的PCB板进行芯片贴装；对贴装有芯片的PCB板进行回流焊，以使得芯片固定在所述PCB板上；对固定有所述芯片的PCB板进行裸片焊接及环氧树脂硬化，以使得裸片固定在所述PCB板上；以及对固定有所述芯片及裸片的PCB板进行引线焊接、注塑成型、注塑成型后硬化以及涂覆电磁屏蔽层，从而产生所述系统级封装芯片。
其中，在对PCB基板进行锡膏印刷之前，该方法还包括对所述PCB基板进行预热。
其中，在对贴装有芯片的PCB板进行回流焊之后，该方法还包括：对回流焊之后的PCB板进行清洗，以清除回流焊时残留的助焊剂；以及对清洗之后的PCB基板进行烘干。
其中，在对所述PCB板进行环氧树脂硬化之后和/或对所述PCB板进行引线焊接之后，该方法还包括：对所述PCB板进行等离子清洗。
其中，在对所述PCB板进行注塑成型后硬化与涂覆电磁屏蔽层之间，该方法还包括以下一者或多者：对PCB板进行激光打标、集成电路测试、切割以及烘干。
其中，在对所述PCB板涂覆电磁屏蔽层之后，该方法还包括以下一者或多者：对所述PCB板进行系统级测试、缺陷扫描、烘干以及编带包装。
通过上述技术方案，WiFi BB/MAC/PHY处理单元可以通过系统总线端口与微控制器处理单元连接，因而能够提供高速操作运行。另外，系统总线单元为数据吞吐量高，单位时间内的数据处理量远远高于SDIO/SPI的数据处理量。此外，系统总线单元简化了硬件的设计，便于采用模块化结构设计方法，面向总线的芯片设计只要按照规定制作MCU插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有的一种可应用于物联网的SiP模块的方块图；
图2为本发明一实施例提供的SiP模块的方块图；
图3为本发明另一实施例提供的SiP模块的方块图；
图4为本发明一实施例提供的SiP模块的制作工艺流程图；以及
图5为本发明另一实施例提供的的SiP模块的制作工艺流程图。
附图标记说明
100 BB/MAC/RF处理单元 102 射频前端
104 存贮器 106 第一振荡器
108 第二振荡器 110 滤波器
112 滤波器 200 MCU
201 系统总线单元 202 FLASH
203 RAM 204 WiFi BB/MAC/PHY单元
205 BT BB/MAC/PHY单元 206 模数转换器
207 数模转换器 208 射频前端模块
209 匹配及滤波器 210 外围接口
211 温湿度传感器 212 电源管理单元
213 第一振荡器 214 第二振荡器
215 红外传感器 216 安全芯片单元
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图2为本发明一实施例提供的SiP模块的方块图。如图2所示，本发明一实施例提供的SiP模块包含：射频前端模块208；模数转换器206及数模转换器207；微控制器处理单元200；系统总线单元201；以及无线保真(WiFi)基带/媒体存取控制/射频(Base Band/MediaAccess Control/Radio Frequency；BB/MAC/PHY)单元204，与所述微控制器处理单元(Mirco Controller Unit；MCU)200经由所述系统总线单元201相连，用于执行以下操作中的一者或多者：将来自所述微控制器处理单元200的信号经由所述数模转换器207进行数模转换之后，通过所述射频前端模块208发送出去；以及接收由所述射频前端模块208接收、并由所述模数转换器206进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元200。
在本实施例中，MAC 200可采用ARMCortex-M4处理器，该处理器内核是在Cortex-M3内核基础上发展起来的，其性能比Cortex-M3提高了20％。新增加了浮点、DSP、并行计算等。用以满足需要有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场。其高效的信号处理功能与Cortex-M处理器系列的低功耗、低成本和易于使用的优点相结合。Cortex-M4提供了无可比拟的功能，将32位控制与领先的数字信号处理技术集成来满足需要很高能效级别的市场。Cortex-M4处理器采用一个扩展的单时钟周期乘法累加(MAC)单元、优化的单指令多数据(SIMD)指令、饱和运算指令和一个可选的单精度浮点单元(FPU)。这些功能以表现ARMCortex-M系列处理器特征的创新技术为基础，包括RISC处理器内核，高性能32位CPU、具有确定性的运算、低延迟3阶段管道，可达1.25DMIPS/MHz；Thumb-2指令集，16/32位指令的最佳混合、小于8位设备3倍的代码大小、对性能没有负面影响，提供最佳的代码密度；低功耗模式，集成的睡眠状态支持、多电源域、基于架构的软件控制；嵌套矢量中断控制器(NVIC)，低延迟、低抖动中断响应、不需要汇编编程、以纯C语言编写的中断服务例程，能完成出色的中断处理；工具和RTOS支持，广泛的第三方工具支持、Cortex微控制器软件接口标准(CMSIS)、最大限度地增加软件成果重用；CoreSight调试和跟踪，JTAG或2针串行线调试(SWD)连接、支持多处理器、支持实时跟踪。此外，该处理器还提供了一个可选的内存保护单元(MPU)，提供低成本的调试/追踪功能和集成的休眠状态，以增加灵活性。嵌入式开发者将得以快速设计并推出令人瞩目的终端产品，具备最多的功能以及最低的功耗和尺寸。
在本实施例中，WiFi BB/MAC/PHY处理单元204可以是2.4/5GHz调频、基频处理器(baseband processor)、多媒体协定媒体存取控制(multi-media protocol media accesscontrol)、或中央处理(central processing)单元。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204具有高效能、省电、以及适用于智慧家居和物联网应用领域装置等特性，而其中该智慧家居和物联网应用领域装置可以是除湿机、空调、净化器、空调扇、风扇、取暖器、冰箱、波轮洗衣机、滚筒洗衣机、电热水器、电炖锅、电饭煲、手机、移动电话、个人数字助理(PDA)、网络语音传送(VoIP)、MP3/MP4播放器。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204的发送器结合了同相和正交基频信号，并将信号转换成欲发送的频率。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204的接收器采用双换频结构且不需芯片外挂中频滤波器。频率合成器支持由802.11规格所定义的频率。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204还要支持正交频域多工(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing；OFDM)，而媒体存取控制也支持IEEE 802.11无线媒体存取控制协定和802.11i保密性(security)。
WiFi BB/MAC/PHY处理单元204可包含一系统总线端口，使得该WiFi BB/MAC/PHY处理单元可以通过系统总线端口与微控制器处理单元200连接，因而能够提供高速操作运行。系统总线仅靠存储缓冲器的协助，而不靠任何桥接器(bridge)和/或IO接口的协助，数据、地址和控制信号沿着先进高性能系统总线(Advanced High Speed Buses；AHB)线连接至微控制器处理单元。与系统总线的处理速度相比，桥接器和/或IO接口的处理速度通常较低。系统总线的一优点为高数据吞吐量(Throughput)，单位时间内的数据处理量远远高于SDIO/SPI的数据处理量。系统总线简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法，面向总线的芯片设计只要按照规定制作MCU插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。系统总线同时简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少，底板连线可以印制化。系统总线使得系统扩充性好。一是规模扩充，规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充，功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。系统总线可连接至微控制器存贮总线，或直接连接到微控制器处理单元。系统总线使得系统更新性能好。因为MCU、存储器、I/O接口等都是按总线规定挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，其他插件和底板连线一般不需要改。
射频前端模块208通过模数转换器206连接至WiFi BB/MAC/PHY处理单元204，以接收信号。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204通过数模转换器207连接至射频前端模块208，以发送信号。WiFi BB/MAC/PHY处理单元204包含传送/接收方式选择端口、传送端口、接收端口、以及电源控制端口。该传送/接收方式选择端口分别通过数模转换器207/模数转换器206连接至射频前端208的传送/接收端口，使WiFi BB/MAC/PHY处理单元204能够控制射频前端模块208，以处理传送中或接收中的信号。
匹配及滤波器209可单独存在于该实施例的SiP模块内，亦可包含在射频前端模块208内。天线通过匹配及滤波器209，连接于射频前端模块208的连接端口，其提供了一个路径，以传送/接收信号至天线。因此，WiFi BB/MAC/PHY处理单元204的信号经由数模转换器207、射频前端模块208、匹配及滤波器209和天线发射出去。同样，WiFi BB/MAC/PHY处理单元204也可经由天线、匹配及滤波器209、射频前端模块208以及模数转换器206接收信号。
图3为本发明另一实施例提供的SiP模块的方块图。以下结合图3对该另一实施例进行进一步描述。需要说明的是，该图3所示实施例包含许多模块或单元，这些模块或单元可单独或以任意组合的形式被包含在SiP模块中。对于上述图2所示实施例内详细介绍的模块或单元，于此不再赘述。
在该实施例中，SiP模块还可包含：蓝牙(BT)BB/MAC/PHY处理单元205，用于将来自所述MCU 200的信号经由所述数模转换器207进行数模转换之后，通过所述射频前端模块208发送出去；和/或接收由射频前端模块208接收、并由所述模数转换器206进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述MCU 200。
在本实施例中，该BTBB/MAC/PHY处理单元204可以是2.4/5GHz调频、基频处理器(baseband processor)、多媒体协定媒体存取控制(multi-media protocol media accesscontrol)、或中央处理(central processing)单元。该BTBB/MAC/PHY处理单元204具有低功耗、低成本、高效益、以及适用于鼠标、耳机、打印机、无线麦克风、键盘、个人数码助理(PDA)、智能手机、移动电话、平板电脑和多媒体播放器。BTBB/MAC/PHY处理单元204兼容并完全支持蓝牙4.0+BLE协议、蓝牙4.1协议、蓝牙4.2协议。
射频前端模块208通过模数转换器206连接至BT BB/MAC/PHY处理单元205，以接收信号。BT BB/MAC/PHY处理单元205通过数模转换器207连接至射频前端模块208，以发送信号。BT BB/MAC/PHY处理单元205包含传送/接收方式选择端口、传送端口、接收端口、以及电源控制端口。该传送/接收方式选择端口分别通过数模转换器207/模数转换器206连接至射频前端模块208的传送/接收端口，使BT BB/MAC/PHY处理单元205能够控制射频前端模块208，以处理传送中或接收中的信号。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含安全芯片单元216，用于对所述MCU200所输出的信号进行加密。
该安全芯片是一款应用于USBKEY的低功耗、低成本、高安全性、多功能的密码芯片。该芯片具有片上密钥管理(包括密码生成、存储、更新等)，片内RSA、ECC(SM2)协处理器，实现数字签名和身份认证，片内SM1、SM4、DES(TDES)硬件算法核，片内SM3、SHA硬件算法核，支持USB、SPI、UART等多种通讯接口。安全芯片通过系统总线与MCU 200、WiFi BT BB/MAC/PHY处理单元和BT BB/MAC/PHY处理单元连接在一起。数据通过安全芯片进行安全加密后再发送出去。接收端也有相应的解密方法解密，保证数据传输的安全性。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含外围接口，连接至所述系统总线单元。该外围接口包含以下一者或多者：通用异步收发传输器UART接口；串行外设接口SPI；通用输入/输出GPIO接口；以及两线式串行总线I2C接口。当然，本发明并不限于此，亦可根据需要设置其他接口。藉此，可方便各类外设接入SiP模块。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含以下一者或多者：温度传感器，用于将温度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元；以及湿度传感器，用于将湿度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。该温度传感器及湿度传感器在图3中统一显示为温湿度传感器211。
具体而言，温湿度传感器211是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置，温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。相对湿度即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸汽压)的百分比。
湿度传感器可为电容式湿度传感器，该电容式湿度传感器由聚合物、指形电极和硅衬底构成，采用了独特的电极分布和镀膜技术，使得感应器不仅不会氧化，还能很快收水分子。温度传感器可由处于二极管模式的PNP晶体管构成，温度变化时输出电压将发生变化。
整体而言，温湿度传感器的能耗为80μW(在12位,3V,1次测量/秒条件下)；RH工作范围为0-100％RH；完全校准，线性化，和温度补偿的数字输出；宽电源电压范围，从2.4到5.5V；I2C接口通讯速度高达1MHz并且带2个用户可选地址；典型精度达2％RH和0.3℃；启动速度快和测量时间短；长期工作稳定可靠，温度年漂移量<0.03度/year；湿度年漂移量<0.25％RH/year长效性和一致性好；温度和湿度传感器一体化，便于生产，节约PCB面积和产品小型化。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含：红外线传感器215，用于产生反应是否存在人体或动物活动的电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。
该红外线传感器可为热释电红外线传感器，该热释电红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。热释电红外传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT＝0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。
热释电红外传感器灵敏度高达3.6mVpp且具有极佳的信噪比；温度变化时的高稳定性；适合于240℃峰值的回流焊接；视域达到±50°；宽的电源电压范围达2到15V；对外部噪声(振动、RFI等)的高抗扰度。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含以下一者或多者：闪存存取存储器(flash)202，与所述MCU 200及所述系统总线单元201相连；以及随机存取存储器(RAM)203，与所述MCU 200及所述系统总线单元201。所述MCU 200可对该闪存存取存储器202和/或随机存取存储器203进行读写操作。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含：第一振荡器213，用于产生第一振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在正常操作模式使用；以及第二振荡器214，用于产生第二振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在省电操作模式使用。
例如，第一振荡器213可产生第一振荡频率，并将该第一振荡频率传送至WiFi BB/MAC/PHY单元204、BT BB/MAC/PHY单元205、红外传感器215、温湿度传感器211等以供其使用。在本实施例中，第一振荡频率约为40MHz。第二振荡器214可产生第二振荡频率，约为32KHz，该第二振荡频率也可被传送至WiFi BB/MAC/PHY单元204、BT BB/MAC/PHY单元205、红外传感器215、温湿度传感器211等以供其使用。WiFi BB/MAC/PHY单元204、BT BB/MAC/PHY单元205、红外传感器215、温湿度传感器211等在一般操作方式时于40MHz工作，在省电方式时则于32kHz工作。
如图3所示，在该实施例中，SiP模块还可包含：电源管理单元212，用于给所述系统级封装芯片内的用电模块供电，例如WiFi BB/MAC/PHY单元204、BT BB/MAC/PHY单元205、红外传感器215、温湿度传感器211、第一振荡器213及第二振荡器214等。
在本实施例中，WiFi BB/MAC/PHY处理单元204可以是智慧家居和物联网应用的单一芯片，MCU 200可以是智慧家居和物联网应用的单一芯片，温湿度传感器211可以是智慧家居和物联网应用的单一芯片，红外传感器单元215可以是智慧家居和物联网应用的单一芯片，例如互补式金属氧化层半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS)芯片。
图4为本发明一实施例的SiP模块的制作工艺流程图。如图4所示，本发明一实施例还提供一种制备上述系统级封装芯片的方法，该方法包括：对PCB基板进行锡膏印刷，将锡膏印置于PCB板的焊盘上；对印置有锡膏的PCB板进行芯片贴装，该芯片为带引脚的封装好的芯片；对贴装有芯片的PCB板进行回流焊，以使得芯片固定在所述PCB板上；对固定有所述芯片的PCB板进行裸片焊接及环氧树脂硬化，以使得裸片固定在所述PCB板上，该裸片是未经封装且不带引脚的，且经过环氧树脂固定，可使得SiP的抗震的能力强于一般印刷电路板；以及对固定有所述芯片及裸片的PCB板进行引线焊接、注塑成型、注塑成型后硬化以及涂覆电磁屏蔽层，从而产生所述系统级封装芯片。
由于在注塑成型过程中注入环氧树脂(Molding Compound)时会有应力产生，因此上述SiP模块内所封装的芯片及裸片必须有一定的抗压及耐热性。可采取多种裸芯片或模块进行排列组装，可采用堆叠的3D封装技术来增加晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而内部接合技术可以是单纯的线键合(Wire Bonding)，也可使用覆晶接合(Flip Chip)，也可二者混用。
以此方式制备的SiP可将多种晶片封装于单一封装体内而自成系统，因此具有高整合性与微型化特色，适合应用于体积小、多功能、低功耗等特性的电子产品，例如可穿戴设备(诸如，智能手表、手环、眼镜、鞋子等)、家用电器(诸如，除湿机、空调、净化器、空调扇、风扇、取暖器、冰箱、波轮洗衣机、滚筒洗衣机、电热水器、电炖锅、电饭煲等)以及智能照明设备。而且，将原本各自独立的封装元件改成以SIP技术整合，便能缩小封装体积以节省空间，并缩短元件间的连接线路而使电阻降低，提升电性效果，最终呈现微小封装体取代大片电路载板的优势，又仍可维持各别晶片原有功能。此外，因SIP是将相关电路以封装体完整包覆，因此可增加电路载板的抗化学腐蚀与抗应力(Anti-stress)能力，可提高产品整体可靠性，对产品寿命亦能提升。
图5为本发明另一实施例的SiP模块的制作工艺流程图。以下结合图5描述本发明的SiP模块的制作工艺流程。首先，对PCB基板进行预热；然后，对PCB基板进行锡膏印刷，将锡膏印置于PCB板的焊盘上；之后，对印置有锡膏的PCB板进行芯片贴装，使得芯片上的接点用导线连接到PCB板的引脚上，这些引脚又通过PCB板上的导线与其他器件建立连接，该芯片贴装操作可采用Fuji贴片机完成；之后，贴装有芯片的PCB板进行回流焊，以便芯片能够被焊接到PCB基板上；之后，清除回流焊时残留的助焊剂；之后，再次进行PCB基板烘干；之后，进行裸片焊接和环氧树脂硬化；之后，通过等离子清洗去除残留的环氧树脂；之后，进行引线焊接，该引线焊接操作可使用K&S打线机进行；之后，进行等离子清洗；之后，进行注塑成型，该注塑成型操作可使用到TOWA等成型机；在注塑成型后，进行注塑硬化；之后，对芯片进行激光打标，打标完成后进行集成电路测试(ICT)、芯片切割、烘干、电磁屏蔽层涂覆，该芯片切割可使用DFD等切割机，该电磁屏蔽层涂覆可使用LINCOTEC等涂漆机进行；之后，进行系统级测试和缺陷扫描以确认是否有芯片损坏，之后进行烘干、最后编带包装。之后，成品出货检验OQC，并在成品出货检验合格之后运输出去。
上述部分步骤之后，需要进行目检(FVI)或自动光学检验(AOI)，并在检验合格之后方才进行至下一步骤。本发明的以上步骤流程是创新的工艺流程，对保证无线保真系统级封装产品的性能具有重要的作用。使得产品具有轻薄短小、多功能、低功耗的特性。
本发明的尺寸外型，其面积小于或远小于150平方毫米，高度小于或远小于2.0毫米，此高度包含焊垫或焊球(soldering pads or balls)和隔离罩结构或成形材质(shieldstructure or molding material)的厚度。本发明也使用通常具有六或四层(layer)叠层构造(stack-up structure)，或甚至更多层叠层构造的薄印刷电路板作为基板(substrate)，例如当使用低温共烧结陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic；LTCC)作为基板时，使用十二或十层叠层构造的印刷电路板。表面接着零件(Surface MountDevices；SMDs)、覆晶封包零件(Flip Chip Packaged Device)、或其他具有芯片级封装(Chip Scaled Package)的零件以往被镶嵌于基板的上层铜膜(top-side copper)，而这些零件也可依设计镶嵌于下层铜膜(bottom-side copper)或内层铜膜(inner-sidecopper)。
通过本发明的上述制作工艺制备的带Wi-Fi功能的SiP与同功能同类型Wi-Fi模块的相关指标的比较，无论是接收灵敏度，还是尺寸、抗机械和化学腐蚀，防水和抗震，本发明的Wi-Fi SIP的优势都比较明显，具体如下表所示：
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (19)

1.一种系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片包含：
射频前端模块；
模数转换器及数模转换器；
微控制器处理单元；
系统总线单元；以及
Wifi BB/MAC/PHY单元，与所述微控制器处理单元经由所述系统总线单元相连，用于执行以下操作中的一者或多者：
将来自所述微控制器处理单元的信号经由所述数模转换器进行数模转换之后，通过所述射频前端模块发送出去；以及
接收由所述射频前端模块接收、并由所述模数转换器进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元。
2.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含：
匹配及滤波器，连接在所述射频前端模块与所述系统级封装芯片外部的天线之间。
3.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含安全芯片单元，用于对所述微控制器处理单元所输出的信号进行加密。
4.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含外围接口，连接至所述系统总线单元。
5.根据权利要求4所述的系统级封装芯片，其特征在于，所述外围接口包含以下一者或多者：
通用异步收发传输器UART接口；
串行外设接口SPI；
通用输入/输出GPIO接口；以及
两线式串行总线I2C接口。
6.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含：
BT BB/MAC/PHY处理单元，用于将来自所述微控制器处理单元的信号经由所述数模转换器进行数模转换之后，通过所述射频前端模块发送出去；和/或接收由射频前端模块接收、并由所述模数转换器进行模数转换之后的信号，并将该信号发送至所述微控制器处理单元。
7.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含以下一者或多者：
温度传感器，用于将温度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元；以及
湿度传感器，用于将湿度量转换为电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。
8.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含：
红外线传感器，用于产生反应是否存在人体或动物活动的电信号，并经由所述系统总线单元发送至被所述微控制器处理单元。
9.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含：
第一振荡器，用于产生第一振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在正常操作模式使用；以及
第二振荡器，用于产生第二振荡频率，以供所述系统级封装芯片内的其他模块在省电操作模式使用。
10.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含以下一者或多者：
闪存存取存储器，与所述微控制器处理单元及所述系统总线单元相连；以及
随机存取存储器，与所述微控制器处理单元及所述系统总线单元相连。
11.根据权利要求1所述的系统级封装芯片，其特征在于，该系统级封装芯片还包含：
电源管理单元，用于给所述系统级封装芯片内的用电模块供电。
12.一种包含根据权利要求1-11中任一项权利要求所述的系统级封装芯片的设备。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，该设备包括以下一者或多者：可穿戴设备、家用电器以及智能照明设备。
14.一种制备根据权利要求1-11中任一项权利要求所述的系统级封装芯片的方法，该方法包括：
对PCB基板进行锡膏印刷，将锡膏印置于PCB板的焊盘上；
对印置有锡膏的PCB板进行芯片贴装；
对贴装有芯片的PCB板进行回流焊，以使得芯片固定在所述PCB板上；
对固定有所述芯片的PCB板进行裸片焊接及环氧树脂硬化，以使得裸片固定在所述PCB板上；以及
对固定有所述芯片及裸片的PCB板进行引线焊接、注塑成型、注塑成型后硬化以及涂覆电磁屏蔽层，从而产生所述系统级封装芯片。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在对PCB基板进行锡膏印刷之前，该方法还包括对所述PCB基板进行预热。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在对贴装有芯片的PCB板进行回流焊之后，该方法还包括：
对回流焊之后的PCB板进行清洗，以清除回流焊时残留的助焊剂；以及
对清洗之后的PCB基板进行烘干。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在对所述PCB板进行环氧树脂硬化之后和/或对所述PCB板进行引线焊接之后，该方法还包括：
对所述PCB板进行等离子清洗。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在对所述PCB板进行注塑成型后硬化与涂覆电磁屏蔽层之间，该方法还包括以下一者或多者：
对PCB板进行激光打标、集成电路测试、切割以及烘干。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在对所述PCB板涂覆电磁屏蔽层之后，该方法还包括以下一者或多者：
对所述PCB板进行系统级测试、缺陷扫描、烘干以及编带包装。
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