CN107768259B - 一种芯片的双面封装结构及封装方法 - Google Patents

一种芯片的双面封装结构及封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种芯片的双面封装结构，包括全封闭注塑体、NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板以及基板；所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板平铺分布在基板的正面并通过绝缘胶粘接固定，且分别与基板通过焊接线焊接后形成电气连接；焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体，且所述全封闭注塑体和基板的正面将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口。本发明整个芯片没有任何对外的物理电气连接接口，可以使芯片工作于水或人体中等原来电子设备完全无法工作的环境中，极大的提高了物联网芯片的应用场景范围。

Description

一种芯片的双面封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及一种芯片封装，特别涉及一种物联网芯片的全封闭的封装方法及结构。
背景技术
随着SOC芯片技术的迅速发展,物联网技术越来越重要，需求越来越大。但是目前制约物联网芯片的一个重要问题是所有的设备和基础芯片都还依赖于传统的物理电气，比如电源插座、调试插座等,用于连接进行信息交换和电源充电等应用,因此设备无法工作与恶劣的液体中或者其他恶劣环境中，比如用于生物医学中用于患者吞服，以检测患者体内器官，或是用于植于皮下，以检测生理数据等。若是在芯片外部留有物理电气接口，显然不能适应在胃液或肠道的环境中工作，另外，目前封装后的芯片体积太大，不适宜人体吞服或植于皮下。
经检索，目前芯片的封装技术的研究多为提高芯片的性能，少有对芯片为了适应所处的工作环境的封装技术进行研究，所以本发明提出一种芯片的封装设计方法,整个芯片没有任何对外的物理电气连接接口,不需要外部的印刷电路板即可单芯片独立工作,通过无线完成充电和通信,可以使芯片工作于水中人体中等原来电子设备完全无法工作的环境中，极大的提高了物联网芯片的应用场景范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种芯片的双面封装结构和封装方法,整个芯片没有任何对外的物理电气连接接口,不需要外部的印刷电路板即可单芯片独立工作,通过无线完成充电和通信,可以使芯片工作于水中人体中等原来电子设备完全无法工作的环境中，极大的提高了物联网芯片的应用场景范围。
本发明的芯片封装结构是这样实现的：一种芯片的双面封装结构，包括全封闭注塑体、NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板以及基板；
所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板自上而下依次堆叠并粘接固定在基板的正面，所述无线充电线圈膜或板则粘接固定在基板的背面；
所述NFC线圈膜或板和主芯片之间，所述主芯片和电池板之间，所述电池板和基板之间，无线充电线圈膜或板和基板之间，以及主芯片和基板之间分别通过焊接线焊接；且基板上设有金属过孔以连通基板的正面和背面的信号；
焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体，且所述全封闭注塑体分为两半，一半和基板的正面将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板包裹在内，另一半和基板的背面将无线充电线圈膜或板包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口；或者所述全封闭注塑体将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板以及基板全部包裹在内。
进一步的，
所述主芯片分别通过两根焊接线与所述NFC线圈膜或板焊接，并通过两根焊接线与电池板焊接，并通过至少一根焊接线与所述基板焊接；所述电池板和无线充电线圈膜或板分别通过两根焊接线与所述基板焊接。进一步的，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自正面的同一侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区。
进一步的，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自上表面位于同一角的两侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区。
进一步的，所述基板上设置有主芯片中不方便实现的电容和精确电阻。
本发明的芯片封装方法是这样实现的：一种芯片的双面封装方法，包括下述步骤：
S1、准备好NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板，；
S2、将所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板自上而下依次堆叠并粘接固定在基板的正面，所述无线充电线圈膜或板则粘接固定在基板的背面；
S3、所述NFC线圈膜或板和主芯片之间，所述主芯片和电池板之间，所述电池板和基板之间，无线充电线圈膜或板和基板之间，以及主芯片和基板之间分别通过焊接线焊接；且基板上设有金属过孔以连接基板的正面和背面；
S4、将焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体，且所述全封闭注塑体分为两半，一半和基板的正面将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板包裹在内，另一半和基板的背面将无线充电线圈膜或板包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口。
进一步的，所述步骤S1的具体是：
制作NFC线圈膜或板，并在NFC线圈膜或板的边沿处设置2个焊接区；
制作主芯片，并在主芯片的边沿处设置至少5个焊接区，包括电源供电焊接区和地焊接区；
制作电池板，并在电池板的边沿处设置4个焊接区，包括1个电源焊接区和1个地焊接区；
制作无线充电线圈膜或板，无线充电线圈膜或板上集成有充电控制电路，并在无线充电线圈膜或板的边沿处设置2个焊接区；
制作基板，并在基板上的正面边沿处设置至少3个焊接区，其中1个为地焊接区，背面设置至少2个焊接区，基板上设有金属过孔以连通基板的正面和背面的信号，且基板的大小大于NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板的大小。
进一步的，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自正面的同一侧边沿。
进一步的，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自上表面位于同一角的两侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区。
进一步的，所述S2具体是：
S21、使用绝缘导热胶水将电池板固定粘接在基板正面靠近中心的位置,然后在电池板上继续使用绝缘导热胶依次堆叠粘接主芯片和NFC线圈膜或板,粘接固定时，需要保证将电池板、主芯片、NFC线圈膜或板上错开一定位置，以使各自的焊接区裸露出来；
S22、使用绝缘导热胶水将无线充电线圈膜或板固定粘接在基板背面中心位置，并裸露焊接区；
S23、完成所有板的堆叠固定后开始通过焊接线对焊接区进行焊接。
进一步的，所述S3具体是：
S31、先完成NFC线圈膜或板到主芯片的电气连接；然后完成主芯片的电源供电焊接区到电池板的电源焊接区的电气连接,将电池板的地焊接区到基板正面的地焊接区的电气连接；
S32、再完成无线充电线圈膜或板到基板背面的电气连接；
S33、最后如果主芯片还需要连接基板的分类器件的话,还需要从主芯片焊接区连接到基板正面的分类器件焊接区，该连接采用高弧度bonding线进行；
其中，步骤S31至S32不分先后顺序。
进一步的，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板以及无线充电线圈膜或板上的焊接区为bonding pad；所述基板的焊接区为bonding finger，所述焊接线焊接为wire_bond连接或flip_chip方式连接。
进一步的，所述基板上设置有芯片中不方便实现的电容和精确电阻。
本发明具有如下优点：
1.通过一体化的物联网芯片设计,整个芯片没有任何对外的物理电气连接接口,可以使芯片工作于水中人体中等原来电子设备完全无法工作的环境中,极大的提高了物联网芯片的应用场景范围；
2.通过无线方式完成充电和通信；且不需要外部的印刷电路板即可单芯片独立工作,体积非常小；
3.在基板上可以加入一些芯片中不方便实现的电容和精确电阻等器件,一起被封装到绝缘封装体内，以减轻芯片的负担，又能增加功能或提升性能。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明芯片封装结构的内部结构的上视示意图。
图2为本发明芯片封装结构的内部结构的下视示意图。
图3为本发明芯片封装结构的整体结构的侧视示意图。
图4为本发明芯片封装结构外观示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，本发明的芯片封装结构包括全封闭注塑体1、NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4和无线充电线圈膜或板5以及基板6；
所述NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4自上而下依次堆叠并粘接固定在基板6的正面，所述无线充电线圈膜或板2则粘接固定在基板6的背面；
所述NFC线圈膜或板2和主芯片3之间，所述主芯片3和电池板4之间，所述电池板4和基板6之间，无线充电线圈膜或板5和基板6之间，以及主芯片3和基板6之间分别通过焊接线焊接；且基板6上设有金属过孔62以连通基板6的正面和背面的信号；所述主芯片3分别通过两根焊接线A1与所述NFC线圈膜或板2焊接，并通过两根焊接线A1与电池板4焊接，并通过至少一根焊接线A1与所述基板6焊接；所述电池板4和无线充电线圈膜或板5分别通过两根焊接线A与所述基板6焊接。
焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体1；且所述全封闭注塑体1有两种形式，一种是分为两半，一半11和基板6的正面将NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4包裹在内，另一半12和基板6的背面将无线充电线圈膜或板5包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口；另一种是整体形式，将NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4和无线充电线圈膜或板5以及基板6全部包裹在内。
所述NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4、无线充电线圈膜或板5以及基板6的焊接区均设在各自正面的同一侧边沿或者均设在各自上表面位于同一角的两侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区B。
为实现本发明上述封装结构，本发明的芯片封装方法包括下述步骤：
S1、准备好NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4、无线充电线圈膜或板5以及基板6；具体是：
制作NFC线圈膜或板2，并在NFC线圈膜或板2的边沿处设置2个焊接区B；
制作主芯片3，并在主芯片3的边沿处设置至少5个焊接区B，包括电源供电焊接区和地焊接区；
制作电池板4，并在电池板的边沿处设置4个焊接区B，包括1个电源焊接区和1个地焊接区；
制作无线充电线圈膜或板5，无线充电线圈膜或板5上集成有充电控制电路，并在无线充电线圈膜或板5的边沿处设置2个焊接区B；
制作基板6，并在基板6上的正面边沿处设置至少3个焊接区，其中1个为地焊接区，背面设置至少2个焊接区B，基板6上设有金属过孔62以连通基板6的正面和背面的信号，且基板的大小大于NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板的大小，以足够要放得下上述各板，加上留给bonding线的打线区域大小。所述基板6上可以设置有芯片中不方便实现的电容和精确电阻等硅片上不好实现的分离器件,用于配合主芯片3工作。
S2、将所述NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4自上而下依次堆叠并粘接固定在基板6的正面，所述无线充电线圈膜或板5则粘接固定在基板6的背面；具体是：
S21、使用绝缘导热胶水将电池板4固定粘接在基板5正面靠近中心的位置,然后在电池板4上继续使用绝缘导热胶依次堆叠粘接主芯片3和NFC线圈膜或板2,粘接固定时，需要保证将电池板4、主芯片3、NFC线圈膜或板2上错开一定位置，以使各自的焊接区B裸露出来；
S22、使用绝缘导热胶水将无线充电线圈膜或板5固定粘接在基板6背面中心位置，并裸露焊接区B；
S23、完成所有板的堆叠固定后开始通过焊接线A对焊接区B进行焊接。
S3、所述NFC线圈膜或板2和主芯片3之间，所述主芯片3和电池板4之间，所述电池板4和基板6之间，无线充电线圈膜或板2和基板6之间，以及主芯片3和基板6之间分别通过焊接线A焊接；且基板上设有金属过孔62以连接基板6的正面和背面；具体是：
S31、先完成NFC线圈膜或板2到主芯片3的电气连接；然后完成主芯片3的电源供电焊接区到电池板4的电源焊接区的电气连接,将电池板4的地焊接区到基板6正面的地焊接区的电气连接；
S32、再完成无线充电线圈膜或板5到基板6背面的电气连接；
S33、最后如果主芯片3还需要连接基板6的分类器件的话,还需要从主芯片3焊接区连接到基板6正面的分类器件焊接区，由于主芯片3到基板6距离远，因此该连接采用高弧度bonding线进行；
其中，所述NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4以及无线充电线圈膜或板5上的焊接区为bonding pad；所述基板6的焊接区为bonding finger。且步骤S31至S32不分先后顺序，但要在步骤S33前完成，即需要其他bonding结束后再进行主芯片到基板的bonding操作。
S4、将焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体，且所述全封闭注塑体1分为两半，一半11和基板6的正面将NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4包裹在内，另一半12和基板6的背面将无线充电线圈膜或板5包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口；或者是所述全封闭注塑体1为一体的，将NFC线圈膜或板2、主芯片3、电池板4和无线充电线圈膜或板5以及基板6全部包裹在内。
封装好的芯片可以不需要印刷电路板就可独立工作，当芯片开始正常工作时，由所述电池板4进行供电,通过NFC线圈膜或板2的无线传输即可实现主芯片3的信息输入和信息输出，完成通信。需要充电时，只要把封装芯片的放入无线充电环境，可以通过无线充电线圈膜或板5对电池板4进行无线充电，因此无需任何电气接口。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种芯片的双面封装结构，其特征在于：包括全封闭注塑体、NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板以及基板；
所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板自上而下依次堆叠并粘接固定在基板的正面，所述无线充电线圈膜或板则粘接固定在基板的背面；
所述NFC线圈膜或板和主芯片之间，所述主芯片和电池板之间，所述电池板和基板之间，无线充电线圈膜或板和基板之间，以及主芯片和基板之间分别通过焊接线焊接；且基板上设有金属过孔以连通基板的正面和背面的信号；所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自正面的同一侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区；或者所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自上表面位于同一角的两侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区；
焊接好的产品经注塑成型形成所述全封闭注塑体；且所述全封闭注塑体分为两半，一半和基板的正面将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板包裹在内，另一半和基板的背面将无线充电线圈膜或板包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口；或者所述全封闭注塑体将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板和无线充电线圈膜或板以及基板全部包裹在内。
2.根据权利要求1所述的一种芯片的双面封装结构，其特征在于：
所述主芯片分别通过两根焊接线与所述NFC线圈膜或板焊接，并通过两根焊接线与电池板焊接，并通过至少一根焊接线与所述基板焊接；
所述电池板和无线充电线圈膜或板分别通过两根焊接线与所述基板焊接。
3.根据权利要求1或2所述的一种芯片的双面封装结构，其特征在于：所述基板上设置有主芯片中不方便实现的电容和精确电阻。
4.一种芯片的双面封装方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1、准备好NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板；
S2、将所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板自上而下依次堆叠并粘接固定在基板的正面，所述无线充电线圈膜或板则粘接固定在基板的背面；
S3、所述NFC线圈膜或板和主芯片之间，所述主芯片和电池板之间，所述电池板和基板之间，无线充电线圈膜或板和基板之间，以及主芯片和基板之间分别通过焊接线焊接；且基板上设有金属过孔以连接基板的正面和背面；其中，所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自正面的同一侧边沿；或者所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板以及基板的焊接区均设在各自上表面位于同一角的两侧边沿，并错开堆叠以裸露出焊接区；
S4、将焊接好的产品经注塑成型形成全封闭注塑体，且所述全封闭注塑体分为两半，一半和基板的正面将NFC线圈膜或板、主芯片、电池板包裹在内，另一半和基板的背面将无线充电线圈膜或板包裹在内，封闭后整体表面不留任何电气接口。
5.根据权利要求4所述的一种芯片的双面封装方法，其特征在于：所述步骤S1的具体是：
制作NFC线圈膜或板，并在NFC线圈膜或板的边沿处设置2个焊接区；
制作主芯片，并在主芯片的边沿处设置至少5个焊接区，包括电源供电焊接区和地焊接区；
制作电池板，并在电池板的边沿处设置4个焊接区，包括1个电源焊接区和1个地焊接区；
制作无线充电线圈膜或板，无线充电线圈膜或板上集成有充电控制电路，并在无线充电线圈膜或板的边沿处设置2个焊接区；
制作基板，并在基板上的正面边沿处设置至少3个焊接区，其中1个为地焊接区，背面设置至少2个焊接区，基板上设有金属过孔以连通基板的正面和背面的信号，且基板的大小大于NFC线圈膜或板、主芯片、电池板、无线充电线圈膜或板的大小。
6.根据权利要求5所述的一种芯片的双面封装方法，其特征在于：
所述S2具体是：
S21、使用绝缘导热胶水将电池板固定粘接在基板正面靠近中心的位置,然后在电池板上继续使用绝缘导热胶依次堆叠粘接主芯片和NFC线圈膜或板,粘接固定时，需要保证将电池板、主芯片、NFC线圈膜或板上错开一定位置，以使各自的焊接区裸露出来；
S22、使用绝缘导热胶水将无线充电线圈膜或板固定粘接在基板背面中心位置，并裸露焊接区；
S23、完成所有板的堆叠固定后开始通过焊接线对焊接区进行焊接。
7.根据权利要求4所述的一种芯片的双面封装方法，其特征在于：
所述S3具体是：
S31、先完成NFC线圈膜或板到主芯片的电气连接；然后完成主芯片的电源供电焊接区到电池板的电源焊接区的电气连接,将电池板的地焊接区到基板正面的地焊接区的电气连接；
S32、完成无线充电线圈膜或板到基板背面的电气连接；
S33、如果主芯片还需要连接基板的分类器件的话,还需要从主芯片焊接区连接到基板正面的分类器件焊接区，该连接采用高弧度bonding线进行；
其中，步骤S31至S32不分先后顺序。
8.根据权利要求4所述的一种芯片的双面封装方法，其特征在于：所述NFC线圈膜或板、主芯片、电池板以及无线充电线圈膜或板上的焊接区为键合焊盘；所述基板上的焊接区为键合手指焊盘，所述焊接线焊接为wire_bond连接或flip_chip方式连接。
9.根据权利要求4所述的一种芯片的双面封装方法，其特征在于：所述基板上设置有芯片中不方便实现的电容和精确电阻。
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