CN112038304B - 一种分层封装的tws耳机用芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分层封装的TWS耳机用芯片,其包括蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装、树脂基板和外封装,所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装设置在所述树脂基板上并由所述外封装与所述树脂基板包裹以与外界隔离;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装依次堆叠设置,所述功率放大子封装异于所述DAC子封装的一侧键合在树脂基板上;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装的I/O接口依次连接并传递数据信号。本发明采用分层式系统级封装,缩小了TWS耳机芯片总成的布板面积,使得其更加易于适配各种TWS耳机的异形设计,顺应TWS耳机外形轻便化、音频解析能力全面化的发展方向。

Description

一种分层封装的TWS耳机用芯片
技术领域
本发明涉及音频芯片技术领域,尤其涉及一种分层封装的TWS耳机用芯片。
背景技术
TWS(True Wireless Stereo,真无线立体声)技术基于芯片技术的发展,其从技术上来说主要指手机通过连接主音箱,再通过无线方式连接其他蓝牙音响,从而实现真正的蓝牙左右声道无线分离使用。TWS技术在蓝牙耳机领域得到了更加广泛的应用,即TWS蓝牙耳机。
TWS耳机的左右耳塞可以在完全没有电缆连接的情况下独立工作,相比传统的普通蓝牙耳机,TWS耳机真正的实现了无线结构,并提供了更多使用方式:既可以单独使用以同时关注耳机收音与周遭环境;也可以双耳塞同时使用以获得双声道立体音效,供使用者更好地欣赏音频;还可以多人共享使用,从单个音源设备接收信号通过TWS耳机向双人乃至多人同时共享音频或音频会话。
目前的TWS耳机受耳塞体积和芯片尺寸的限制,无法在其耳塞内部的有限空间内布置具有高输出品质的全功能芯片,难以兼顾TWS耳机的多功能化和轻便化需求。因此,如何在有限的布板空间内针对TWS耳机的功能需求,高效地整合、布置、封装具有多种不同功能的子封装,成为TWS耳机技术发展的一个新方向。
发明内容
针对现有技术中的上述缺点,本发明提出一种分层封装的TWS耳机芯片,包括蓝牙通信子封装、DAC(Digital to analog converter,数字模拟转换器)子封装、功率放大子封装、树脂基板和外封装;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装设置在所述树脂基板上并由所述外封装和所述树脂基板包裹以与外界隔离;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装依次堆叠设置,所述功率放大子封装异于所述DAC子封装的一侧键合在树脂基板上;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装的I/O接口依次连接;所述蓝牙通信子封装用于执行蓝牙协议栈,从音源设备通过蓝牙无线通信手段获取音频数字信号和交互信号,并将所述音频数字信号输出至所述DAC子封装;所述DAC子封装用于将从所述蓝牙通信子封装获取的所述音频数字信号转换为音频模拟信号,并将所述音频模拟信号输出至所述功率放大子封装;所述功率放大子封装用于将从所述DAC子封装获取的所述音频模拟信号调制为用于驱动换能器的电信号,并将所述电信号输出至所述换能器;所述蓝牙通信子封装包括第一晶圆、第一子封装、第一基板和第一引脚,所述第一晶圆设置在所述第一子封装和所述第一基板所包围的空间内;所述DAC子封装包括第二晶圆、第二子封装、第二基板和第二引脚,所述第二晶圆设置在所述第二子封装和所述第二基板所包围的空间内;所述功率放大子封装包括第三晶圆、第三子封装和第三引脚,所述第三晶圆设置在所述第三子封装和所述树脂基板所包围的空间内。
优选地,所述蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装均为DIP(Dual InlinePackage,双排直列封装)封装。
优选地,所述蓝牙通信子封装的输出接口与所述DAC子封装的输入接口,所述DAC子封装的输出接口与所述功率放大子封装的输入接口通过金线热压键合。
优选地,所述第二子封装与所述第一基板固定连接,所述第三子封装与所述第二基板固定连接。
优选地,所述第二子封装与所述第一基板可拆卸连接,所述第三子封装与所述第二基板可拆卸连接。
优选地,所述蓝牙通信子封装为BGA(球格阵列)封装,所述功率放大子封装为DIP封装,所述DAC子封装为混合子封装。
优选地,所述DAC子封装的输入接口为触点式BGA封装,输出接口和电源接口为DIP封装。
优选地,所述第一引脚为第一球针引脚;所述第二引脚包括第二直列引脚和第二球针引脚;所述第一球针引脚与所述第二球针引脚能够互相嵌合并数据通信;所述DAC子封装的输出接口与所述功率放大子封装的输入接口通过金线热压键合。
优选地,所述第二子封装与所述第三子封装固定连接。
优选地,所述第一基板采用电磁吸收材料;或者,所述第一基板双侧涂覆有电磁吸收材料涂层。
优选地,所述电磁吸收材料为石墨烯。
优选地,所述第二晶圆为双极型DAC。
优选地,所述第二晶圆为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)型DAC。
优选地,所述树脂基板上还布置有供电模块,所述供电模块包括三个供电通道;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装的电源接口均通过导线分别与三个所述供电通道热压键合。
优选地,所述芯片体积小于2.1cm³,厚度小于1.78cm;所述芯片信噪比能够达到130dB,总谐波失真加噪声能够达到-118dB,频率响应范围为52至32000Hz。
本发明采用分层式系统级封装,缩小了TWS耳机芯片总成的布板面积,使得其更加易于适配各种TWS耳机的异形设计,顺应TWS耳机外形轻便化、音频解析能力全面化的发展方向。
附图说明
图1为本发明实施例TWS耳机工作原理图。
图2为本发明实施例一蓝牙通信子封装结构示意图。
图3为本发明实施例一DAC子封装结构示意图。
图4为本发明实施例一总成结构示意图。
图5为本发明实施例二蓝牙通信子封装结构示意图。
图6为本发明实施例二DAC子封装结构示意图。
图7为本发明实施例二总成结构示意图。
其中,TWS耳机用芯片-100;蓝牙通信子封装-110,第一晶圆-111、第一子封装-112、第一基板-113、第一引脚-114、第一球针引脚-1141、第一金线-115;DAC子封装-120,第二晶圆-121、第二子封装-122、第二基板-123、第二引脚-124、第二直列引脚-1241、第二球针引脚-1242、第二金线125、底线-1251、侧线-1252;功率放大子封装-130,第三子封装-132、第三引脚-134;树脂基板-140、外封装-150。
具体实施方式
目前的TWS耳机受耳塞体积和芯片尺寸的限制,无法在其耳塞内部的有限空间内布置具有高输出品质的全功能芯片,难以兼顾TWS耳机的多功能化和轻便化需求。因此,如何在有限的布板空间内针对TWS耳机的功能需求,高效地整合、布置、封装具有多种不同功能的子封装,成为TWS耳机技术发展的一个新方向
为了在TWS耳机有限的布板空间内针对TWS耳机的功能需求,更加高效地整合、布置、封装具有多种不同功能的晶圆或功能模块,本发明所述分层封装的TWS耳机芯片是通过以下技术方案实现的:
实施例1:
请参阅图1至图4,其中,图1为本发明实施例一TWS耳机工作原理图,图2为本发明实施例一蓝牙通信子封装结构示意图,图3为本发明实施例DAC子封装结构示意图,图4为本发明实施例一总成结构示意图。
如图1至图4所示,本实施例提供一种分层封装的TWS耳机用芯片100,其由蓝牙通信子封装110、DAC子封装120、功率放大子封装130、树脂基板140和外封装150组成。
蓝牙通信子封装110、DAC子封装120和功率放大子封装130设置在树脂基板140上并由外封装150和所述树脂基板140包裹以与外界隔离,三个子封装依次堆叠设置,最终通过功率放大子封装130与树脂基板140连接。
蓝牙通信子封装110、DAC子封装120和功率放大子封装130的I/O接口依次连接以进行必要的数据通信以完成数字音频信号接收到高品质声音输出的全过程。其中,蓝牙通信子封装110执行蓝牙协议栈,从音源设备通过蓝牙无线通信手段获取音频数字信号和交互信号,并将音频数字信号输出至DAC子封装120;DAC子封装120将从蓝牙通信子封装110获取的音频数字信号转换为音频模拟信号,并将所述音频模拟信号输出至功率放大子封装130;功率放大子封装130将从所述DAC子封装120获取的音频模拟信号调制为用于驱动换能器的电信号,并将该电信号输出至换能器以驱动换能器输出声音。
为了保证各子封装的功能和结构完整性,各子封装具有如下结构:蓝牙通信子封装110由第一晶圆111、第一子封装112、第一基板113和第一引脚114组成,其第一晶圆111设置在第一子封装112和第一基板113所包围的空间内。
DAC子封装120由第二晶圆121、第二子封装122、第二基板123和第二引脚124组成,其第二晶圆121设置在第二子封装122和第二基板123所包围的空间内;
功率放大子封装130由第三晶圆、第三子封装132和第三引脚134组成,其第三晶圆设置在第三子封装132和树脂基板140所包围的空间内。
由于蓝牙通信子封装110肩负通过蓝牙通信手段无线传输通信数据的功能,为了避免其射频信号对其它子封装带来的电磁干扰,本实施例第一采用电磁吸收材料作为第一基板113的材料,或在第一基板113平面的两侧涂覆电磁吸收材料涂层,以屏蔽蓝牙通信子封装110对其它功能模块的电磁干扰,具体地,该电磁吸收材料可采用石墨烯材料。
如图4所示,本实施例提供一种分层封装的TWS耳机用芯片100,其蓝牙通信子封装110、DAC子封装120、功率放大子封装130均为DIP封装。其中,对于蓝牙通信子封装110,其第一引脚114穿过所述第一子封装112,第一引脚114的内端通过第一金线115与第一晶圆111键合,第一引脚114的外端作为接口与DAC子封装120数据通信;对于DAC子封装120,其第二引脚124穿过第二子封装122,第二引脚124的内端通过第二金线125与第二晶圆121键合,第二引脚124的外端作为接口与蓝牙通信子封装110和功率放大子封装130数据通信;对于功率放大子封装130,其第三引脚134穿过第三子封装132,第三引脚134的内端通过第三金线与第三晶圆键合,第三引脚134的外端作为接口与DAC子封装120和换能器数据通信。
具体地,蓝牙通信子封装110的输出接口与DAC子封装120的输入接口,DAC子封装120的输出接口与功率放大子封装130的输入接口通过金线热压键合。
更加具体地,上述热压键合工艺作用在各第一引脚114、第二引脚124、第三引脚134上。
为了将各功能子封装组成为总成,第二子封装122与第一基板113之间、第三子封装132与第二基板123均采用固定连接方式,具体地,可采用热合工艺;或者,第二子封装122与第一基板113之间,第三子封装132与第二基板123之间采用可拆卸连接,具体地,将第二子封装122和第三子封装132分别嵌合进入第一基板113和第二基板123异于晶圆装配一侧平面上预制的嵌合凹槽内。
本实施例采用分层式系统级封装,缩小了TWS耳机芯片总成的布板面积,各子封装具有完整独立结构,既保证了其结构、功能的完整性,又增强了芯片总成的结构强度和电磁防护能力,使得其更加易于适配各种TWS耳机的异形设计,顺应TWS耳机外形轻便化、音频解析能力全面化的发展方向。此外,本实施例还提供了一种基于DIP封装的分层式系统级TWS耳机芯片封装的具体实施方式。
实施例2:
请参阅图5至图7,其中,图5为本发明实施例二蓝牙通信子封装结构示意图,图6为本发明实施例二DAC子封装结构示意图,图7为本发明实施例二总成结构示意图。
如图所示,本实施例提供一种分层封装的TWS耳机用芯片100,其蓝牙通信子封装110为BGA封装,功率放大子封装130为DIP封装,DAC子封装120为混合子封装。其中,DAC子封装120的输入接口为触点式BGA封装,输出接口和电源接口为DIP封装。
其中,对于蓝牙通信子封装110,其第一球针引脚1141嵌入预设在第一基板113上的引脚槽设置,第一晶圆111通过第一金线115与第一球针引脚1141连接。在第一金线115同样被封装在由第一子封装112和第一基板113所包围的空间内。
对于DAC子封装120,其第二金线125则分为底线1251和侧线1252两部分,其第二直列引脚1241的内端通过侧线1252与第二晶圆121的输出接口连接;其第二球针引脚1242嵌入预设在第二基板123上的引脚槽设置,通过底线1251与第二晶圆121的输入接口连接。
蓝牙通信子封装110的第一球针引脚1141与DAC子封装120的第二球针引脚1242能够互相嵌合并数据通信。
更具体地,第一球针引脚1141凸出于第一基板113异于第一晶圆111一侧的表面,第二基板123上预设可供第一球针引脚1141插合进入的凹槽。
而对于DAC子封装120的输出接口与所述功率放大子封装130的输入接口的连接则通过金线热压键合完成。
同时,为了组装DAC子封装120和功率放大子封装130的同时不再额外引入基板或连接件,第二子封装122与第三子封装132固定连接。具体地,第二子封装122与第三子封装132之间通过热合工艺连接。二对于芯片或晶圆型号的喷码标注,则转移至第二基板123和树脂基板140完成。
本实施例采用球针阵列的方式在蓝牙通信子封装110和DAC子封装120之间数据通信,可以更加高效地完成多位采样精度下数字信号的传递。
需要注意的是,以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,在上述实施例的指导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形,而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种分层封装的TWS耳机用芯片,包括蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装、树脂基板和外封装,其特征在于:
所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装设置在所述树脂基板上并由所述外封装和所述树脂基板包裹以与外界隔离;
所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装依次堆叠设置,所述功率放大子封装异于所述DAC子封装的一侧键合在树脂基板上;
所述蓝牙通信子封装、DAC子封装和功率放大子封装的I/O接口依次连接;所述蓝牙通信子封装用于执行蓝牙协议栈,从音源设备通过蓝牙无线通信手段获取音频数字信号和交互信号,并将所述音频数字信号输出至所述DAC子封装;所述DAC子封装用于将从所述蓝牙通信子封装获取的所述音频数字信号转换为音频模拟信号,并将所述音频模拟信号输出至所述功率放大子封装;所述功率放大子封装用于将从所述DAC子封装获取的所述音频模拟信号调制为用于驱动换能器的电信号,并将所述电信号输出至所述换能器;
所述蓝牙通信子封装包括第一晶圆、第一子封装、第一基板和第一引脚,所述第一晶圆设置在所述第一子封装和所述第一基板所包围的空间内;
所述DAC子封装包括第二晶圆、第二子封装、第二基板和第二引脚,所述第二晶圆设置在所述第二子封装和所述第二基板所包围的空间内;
所述功率放大子封装包括第三晶圆、第三子封装和第三引脚,所述第三晶圆设置在所述第三子封装和所述树脂基板所包围的空间内。
2.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装均为DIP封装。
3.根据权利要求2所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述蓝牙通信子封装的输出接口与所述DAC子封装的输入接口,所述DAC子封装的输出接口与所述功率放大子封装的输入接口通过金线热压键合。
4.根据权利要求3所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第二子封装与所述第一基板固定连接,所述第三子封装与所述第二基板固定连接。
5.根据权利要求3所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第二子封装与所述第一基板可拆卸连接,所述第三子封装与所述第二基板可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述蓝牙通信子封装为BGA封装,所述功率放大子封装为DIP封装,所述DAC子封装为混合子封装。
7.根据权利要求6所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述DAC子封装的输入接口为触点式BGA封装,输出接口和电源接口为DIP封装。
8.根据权利要求7所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第一引脚为第一球针引脚;所述第二引脚包括第二直列引脚和第二球针引脚;所述第一球针引脚与所述第二球针引脚能够互相嵌合并数据通信;所述DAC子封装的输出接口与所述功率放大子封装的输入接口通过金线热压键合。
9.根据权利要求8所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第二子封装与所述第三子封装固定连接。
10.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第一基板采用电磁吸收材料;或者,所述第一基板双侧涂覆有电磁吸收材料涂层。
11.根据权利要求10所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述电磁吸收材料为石墨烯。
12.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第二晶圆为双极型DAC。
13.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述第二晶圆为CMOS型DAC。
14.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述树脂基板上还布置有供电模块,所述供电模块包括三个供电通道;所述蓝牙通信子封装、DAC子封装、功率放大子封装的电源接口均通过导线分别与三个所述供电通道热压键合。
15.根据权利要求1所述的分层封装的TWS耳机用芯片,其特征在于,所述芯片体积小于2.1cm³,厚度小于1.78cm;所述芯片信噪比能够达到130dB,总谐波失真加噪声能够达到-118dB,频率响应范围为52至32000Hz。
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