CN112825317A - 具有电磁防护功能的SiP模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种具有电磁防护功能的SiP模块的结构及其制造方法，该SiP模块包含有系统级封装体、两个电磁防护层以及电磁波吸波层；其中，上述系统级封装体包含有基板、两组高频电子元件以及封胶，两组高频电子元件相间隔地设置于基板上并且被封胶包覆；上述两层电磁防护层在同一平面上相间隔地设置于封胶上，且由金属材料制成，电磁波吸波层设置于上述两层电磁防护层之间并能吸收电磁波；通过上述SiP模块的设计，可有效地降低SiP模块内部以及外部环境的电磁干扰。

Description

具有电磁防护功能的SiP模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及系统级封装(SiP；System in Package)，尤其是一种具有电磁防护功能的SiP模块的结构及其制造方法。
背景技术
系统级封装模块(SiP module：System in Package module；以下皆称为SiP模块)内部的元件数量相当多，电路设计的复杂度也较高，对SiP模块电磁屏蔽的条件也日益增加。为了有效屏蔽外部环境的电磁波以免对SiP模块内部元件造成影响，已知的一种解决方法是在SiP模块的封胶的外表面以溅镀的方式形成一层金属层(例如美国专利公开号第US2017/0186699A1号发明专利)。请参考上述专利的图7，其SiP模块的封胶735的外表面设有一层屏蔽导电层765，通过上述屏蔽导电层765来包覆封胶735，屏蔽了外部环境的电磁波对SiP模块所造成的电磁干扰。
然而，随着SiP模块的设计的复杂度的增加，SiP模块内部不同电路之间所产生的相互电磁干扰的问题亦日趋严峻，例如SiP模块可能搭载有手机内部用来处理Wi-Fi信号的不同高频电子元件(例如用来处理2.4GHz和5GHzWi-Fi信号的高频电子元件)，由于上述专利所描述的屏蔽导电层765通常呈连续结构，SiP模块内部不同的高频电子元件所产生的噪声可能藉由屏蔽导电层765四处流窜，造成SiP模块内部的电磁干扰。
为了解决上述SiP模块的电磁干扰的问题，已知有一种解决方法，参考图1，其是例如使用激光在封装体60的封胶61上形成沟槽62，使封装体60内部形成不同的隔间以隔离不同的高频电子元件63A、63B，最后在形成沟槽62后的封胶61的外表面再形成一层金属层70，以使封装体60连同金属层70共同构成SiP模块1。该方法有以下缺点：1.为了形成不同的隔间，需增加SiP模块1的尺寸；2.制作成本较高；3.使用激光形成沟槽62有可能损坏封装体60内部的电路，因而尚有改善的空间。
已知有另一种解决方法，参考图2，其是在进行封胶前先行在封装体60的基板64上形成直立的金属壁65以隔离不同的高频电子元件63A、63B，最后再进行封胶并在封胶61的外表面形成一层金属层70，以使封装体60连同金属层70共同构成SiP模块1。然而，该解决方法也同样存在需要增加SiP模块1的尺寸以及制作成本较高的问题，因而仍有改善的空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的其中一个目的在于，针对现有技术的各项缺失进行改良，进而提出一种崭新的SiP模块的结构设计及其制造方法，能够有效地降低SiP模块内部的相互电磁干扰并屏蔽外部环境的电磁干扰。
以下实施例所提供的一种具有电磁防护功能的SiP模块的结构包含有系统级封装体、两个电磁防护层以及电磁波吸波层。其中，上述系统级封装体包含有基板、两组高频电子元件以及封胶，上述两组高频电子元件相间隔地设置于基板上。封胶设置于基板和上述两组高频电子元件上，并且包覆上述两组高频电子元件。封胶具有外表面，外表面上设有两个电磁防护区以及界限，上述两个电磁防护区彼此不连通，并且分别对应于上述两组高频电子元件，界限定义于上述两个电磁防护区之间。上述两层电磁防护层由金属材料制成并且分别设置于上述两个电磁防护区中，电磁波吸波层由不同于上述两个电磁防护层的材料制成并能吸收电磁波，并且设置于界限上。
通过上述SiP模块的设计，由于设置于上述两个电磁防护区的电磁防护层彼此间隔地设置并且两者互不相通，因此，高频电子元件所发出的噪声不会经由上述电磁防护层而流窜，从而能够有效地降低SiP模块内部的相互电磁干扰，而且电磁波吸波层也有助于吸收噪声。再者，该两个电磁防护层和电磁波吸波层也能共同地屏蔽外部环境的电磁干扰。
在其中一个方面，可配合电磁理论的计算和模拟来设计遮蔽区域的构形，使得噪声在电磁防护层流窜时，噪声的自然频率不容易和SiP模块内部的高频电子元件耦合，降低了SiP模块内部的相互电磁干扰。值得说明的是，上述两个电磁防护层的构形不一定要相同。
在另一个方面，SiP模块上的电磁防护层可能有三个或更多，电磁波吸波层可能有两条或更多。
在另一个方面，在材料的选用上，电磁波吸波层的材料的主要成分可为石墨烯，但本发明不以此为限。
本发明也提供了一种SiP模块的制造方法，其用于将系统级封装体制成具有电磁防护功能的SiP模块。上述系统级封装体具有基板、两组高频电子元件以及封胶，上述两组高频电子元件相间隔地设置于基板上，封胶设置于基板和上述两组高频电子元件上，并且包覆上述两组高频电子元件。封胶具有外表面，上述SiP模块的制造方法的步骤包含有：在外表面上形成遮蔽层，并使遮蔽层将上述外表面划分成两个电磁防护区，上述两个电磁防护区彼此不连通并且分别对应于上述两组高频电子元件；同时在上述两个电磁防护区形成两个电磁防护层，并使上述两个电磁防护层都邻接于遮蔽层；除去遮蔽层，使外表面在上述两个电磁防护区之间形成界限；在界限上形成电磁波吸波层，其中，上述电磁波吸波层能够吸收电磁波，由此，可由系统级封装体、上述两个电磁防护层以及电磁波吸波层共同构成上述SiP模块。
在其中一个方面，上述形成遮蔽层的步骤包含有：在外表面上喷涂(或印刷)呈液态的树脂材料；使喷涂后的树脂材料干燥而形成上述遮蔽层，其中，树脂材料可被溶剂溶解，且溶剂不会溶解封胶，避免破坏封胶。另外，通过喷涂的方式来形成遮蔽层，特别是可使用例如喷墨(Inkjet)技术来形成遮蔽层，可使后续形成的电磁防护层有不同的构形，使电磁防护层的构形的设计更有弹性，并可配合电磁理论计算的模拟结果。
在另一个方面，使用上述溶剂来溶解遮蔽层并且清洗溶解后的遮蔽层以除去遮蔽层，以便后续形成电磁波吸波层。
在另一个方面，形成该电磁波吸波层的步骤包含有：在上述界限喷涂呈液态的吸波材料；使喷涂后的吸波材料干燥(例如通过烘干的方式)而形成电磁波吸波层，更佳地避免SiP模块内部的电磁干扰。
本发明还提供了另一种SiP模块的制造方法，其用于将系统级封装体制成具有电磁防护功能的SiP模块，上述系统级封装体具有基板、两组高频电子元件以及封胶，上述两组高频电子元件相间隔地设置于基板上，封胶设置于基板和上述两组高频电子元件上，并且包覆上述两组高频电子元件，封胶具有外表面。SiP模块的制造方法的步骤包含有：在上述外表面上形成电磁波吸波层，上述电磁波吸波层能够吸收电磁波，并使电磁波吸波层将外表面划分成两个电磁防护区，上述两个电磁防护区彼此不连通并且分别对应于上述两组高频电子元件；在电磁波吸波层上形成遮蔽层；同时在上述两个电磁防护区形成两个电磁防护层，并使上述两个电磁防护层都邻接于电磁波吸波层和遮蔽层；除去遮蔽层，由此，由系统级封装体、两个电磁防护层以及电磁波吸波层共同构成上述SiP模块。
附图说明
有关SiP模块的详细结构、特点以及其制造方法将于以下的实施例予以说明，然而，应能理解的是，以下将说明的实施例以及附图仅作为示例性的说明，其不应用来限制本发明的权利范围，其中：
图1和图2是习用的SiP模块的剖视图。
图3是第一实施例的SiP模块的立体示意图。
图4是图3的剖视图。
图5是第二实施例的SiP模块的俯视图。
图6是SiP模块的制造方法的流程图。
图7A至图7E是实施例的SiP模块的制造流程各步骤所对应的剖视示意图。
图8是SiP模块的另一制造方法的流程图。
图9A至图9E是实施例的SiP模块的制造流程各步骤所对应的剖视示意图。
(符号说明)
现有技术1：
1：SiP模块、60：封装体、62：沟槽、61：封胶、63A、63B：高频电子元件、70：金属层
现有技术2：
1：SiP模块、60：封装体、61：封胶、63A、63B：高频电子元件、64：基板、65：金属壁、70：金属层
实施例：
1：SiP模块、10：系统级封装体、11：基板、12：焊球、13A、13B：高频电子元件、14：封胶、15：外表面、16A、16B：电磁防护区、17：界限、20A、20B：电磁防护层、30：电磁波吸波层、40：遮蔽层
具体实施方式
以下，根据所列举的若干实施例配合附图详细说明本发明的技术内容及特征，本说明书内容所提及的“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等方向性形容用语，只是以正常使用方向为基准的示例性描述用语，并非旨在限制主张范围。
为了详细说明本发明的技术特点，以下列举四个实施例并配合附图进行说明。
如图3和图4所示，第一实施例描述了一种SiP模块1的结构，本实施例中所描述的SiP模块1是以手机内部用来处理Wi-Fi信号的Wi-Fi模块作为示例，然而本实施例并不以此为限。SiP模块1包含有系统级封装体10、两个电磁防护层20A、20B以及电磁波吸波层30。其中，系统级封装体10在结构上包含有基板11、两组高频电子元件13A、13B以及封胶14。基板11用于搭载SiP模块1内所需的各项芯片和电路，其通常包含有处理器、内存、被动元件等。基板11的底部设有多个焊球12，在某些情况下，焊球12也可为焊垫的形式，能够使SiP模块1对外电连接至其他的电路板或电子元件，以作为SiP模块1的信号的输入/输出。
上述两组高频电子元件13A、13B相间隔地设置于基板11上，并与基板11电连接。封胶14设置于基板11和两组高频电子元件13A、13B上，并且完整地包覆上述两组高频电子元件13A、13B，由此对SiP模块1内部的各个芯片和电路进行保护。
封胶14具有外表面15，外表面15被划分为两个电磁防护区16A、16B以及界限17，其中，电磁防护区16A对应于高频电子元件13A，电磁防护区16A的一部分位于高频电子元件13A的正上方并遮蔽高频电子元件13A，并且，电磁防护区16A的另一部分位于系统级封装体10的侧表面而包围高频电子元件13A。类似地，电磁防护区16B对应于高频电子元件13B，电磁防护区16B的一部分位于高频电子元件13B的正上方并遮蔽高频电子元件13B，并且，电磁防护区16B的另一部分位于系统级封装体10的侧表面而包围高频电子元件13B。电磁防护区16A和电磁防护区16B的大小和构形依据电磁理论计算和模拟而设计，因此，电磁防护区16A的大小和构形可能不同于电磁防护区16B。界限17定义于两个电磁防护区16A、16B之间，使电磁防护区16A、16B彼此不连通。界限17的构形可被设计为细线状或长条状，或者具有一定的宽度，在本实施例中，界限17呈长条状。
电磁防护层20A、20B由金属材料制成，电磁防护层20A、20B呈薄膜状，并且是以溅镀的方式形成于电磁防护区16A、16B上，电磁防护层20A、20B一方面可屏蔽外部环境的电磁波，另一方面，也可防止高频电子元件13A、13B所产生的噪声通过电磁防护层20A、20B乱窜，从而降低SiP模块1内部的电磁干扰。
电磁波吸波层30由不同于电磁防护层20A、20B的材料制成，并且以喷涂的方式形成于界限17上。在本实施例中，电磁波吸波层30的主要成分为石墨或石墨烯，例如可采用例如XGScience公司所生产的编号为SG-201的导电涂料，其主要成分为石墨烯并具有良好的粘着性，可有效地粘着于界限17上。电磁波吸波层30可吸收由高频电子元件13A、13B所发出的噪声，从而降低SiP模块1内部的电磁干扰。
通过在系统级封装体10的外表面15上形成电磁防护层20A、20B以及电磁波吸波层30，由于电磁防护层20A、20B两者之间无法直接形成电导通，并且电磁波吸波层30位于电磁防护层20A、20B之间而形成了一种不同于电磁防护层20A、20B的材质的界面，因此，高频电子元件13A(高频电子元件13B可依此类推)所发出的噪声在电磁防护层20A中传递时，噪声将受到电磁波吸波层30的影响而被破坏，不容易再度经由电磁波吸波层30与高频电子元件13B耦合，从而有效地降低了SiP模块1内部的电磁干扰。
本发明另外提供第二实施例，请参考图5，图5是SiP模块1的俯视图，其中，SiP模块1的上表面包含有三个电磁防护层20A-20C以及一个电磁波吸波层30，电磁防护层20A-20C彼此不连通，并且，电磁波吸波层30位于电磁防护层20A与20B、电磁防护层20B与20C以及电磁防护层20A与20C之间。电磁防护层20A-20C分别遮蔽不同组且不同位置的高频电子元件(未图示)，并且，电磁防护层20A-20C经由设计而具有不同的大小和构形，由此，仍可有效地降低SiP模块1内部的电磁干扰。
本发明另外提供第三实施例，用以说明例如第一实施例或第二实施例的SiP模块1的制造方法，请参考图6以及图7A至图7E。第三实施例的SiP模块1的制造方法包含有以下步骤。
步骤S1.1：准备系统级封装体10(如图7A)，其中，系统级封装体10具有基板11、若干组高频电子元件13A、13B以及封胶14，本实施例中高频电子元件13A、13B有两组，而且上述两组高频电子元件13A、13B相间隔地设置于基板11上，封胶14设置于基板11和上述两组高频电子元件13A、13B上，并且包覆上述两组高频电子元件13A、13B。
步骤S1.2：在系统级封装体10的外表面15上形成遮蔽层40，并使遮蔽层40将系统级封装体10的外表面15划分成两个电磁防护区16A、16B，上述两个电磁防护区16A、16B位于同一平面上且彼此不连通，并且分别对应于上述两组高频电子元件13A、13B(如图7B)。在本实施例中，以喷涂的方式形成上述遮蔽层40，遮蔽层40的材料例如可使用永胜泰科技股份公司所生产的型号为LM-3005系列的油墨树脂，油墨树脂初始呈液态，在油墨树脂被喷涂至系统级封装体10的外表面15之后，使呈液态的油墨树脂干燥，通过干燥后的油墨树脂形成上述遮蔽层40。油墨树脂可利用例如酒精类的溶剂清除，例如珈荣公司所生产的型号XP-1100的绿漆剥除剂。另外，使用酒精类的溶剂来清除油墨树脂也较为环保，相较于使用水作为溶剂，也不易有水渍的问题。
步骤S1.3：同时在步骤S1.2所划分的两个电磁防护区16A、16B上形成两个电磁防护层20A、20B，并使电磁防护层20A、20B都邻接于遮蔽层40(如图7C)，且电磁防护层20A和电磁防护层20B均未跨越遮蔽层40。在本实施例中，采用金属溅镀的方式同时在电磁防护区16A、16B上形成上述电磁防护层20A、20B。
步骤S1.4：除去遮蔽层40，使系统级封装体10的外表面15在上述两个电磁防护区16A、16B之间的区域外露，进而形成界限17。在本实施例中，使用例如上述绿漆剥除剂来溶解遮蔽层40，并清洗溶解后的遮蔽层40，从而除去遮蔽层40。除去遮蔽层40之后，电磁防护层20A、20B两者之间无法直接电导通。需说明的是，上述绿漆剥除剂不会溶解封胶14。
步骤S1.5：在上述界限17上形成电磁波吸波层30(如图7E)。其中，在本实施例中，电磁波吸波层30的材料可采用XGScience公司所生产的编号为SG-201的导电涂料，并将呈液态的导电涂料喷涂至界限17，使呈液态的导电涂料干燥后形成电磁波吸波层30，电磁波吸波层30能够吸收外部环境和内部的电磁波。由此，可由系统级封装体10、上述两层电磁防护层20A、20B以及电磁波吸波层30共同构成SiP模块1。
本发明另外提供第四实施例，请参考图8以及图9A至图9E。第四实施例的SiP模块1的制造方法包含有以下步骤。
步骤S2.1：准备系统级封装体10(如图9A)，其中，系统级封装体10具有基板11、若干组高频电子元件13A、13B(本实施例为两组)以及封胶14，上述两组高频电子元件13A、13B相间隔地设置于基板11上，封胶14设置于基板11和上述两组高频电子元件13A、13B上，并且包覆上述两组高频电子元件13A、13B。
步骤S2.2：在系统级封装体10的外表面15上形成电磁波吸波层30(如图9B)，使电磁波吸波层30将系统级封装体10的外表面15划分成两个电磁防护区16A、16B，上述两个电磁防护区16A、16B彼此不连通并且分别对应于上述两组高频电子元件13A、13B。在本实施例中，电磁波吸波层30的材料可采用上述实施例的导电涂料，并以喷涂的方式在系统级封装体10的外表面15上形成上述电磁波吸波层30。
步骤S2.3：在该电磁波吸波层30上形成遮蔽层40(如图9C)。在本实施例中，以喷涂的方式形成上述遮蔽层40，遮蔽层40的材料例如可采用上述实施例的油墨树脂，油墨树脂初始呈液态，在油墨树脂被喷涂至电磁波吸波层30上之后，使呈液态的油墨树脂干燥而形成上述遮蔽层40。
步骤S2.4：同时在步骤S2.2所划分的两个电磁防护区16A、16B上形成两个电磁防护层20A、20B，并使电磁防护层20A、20B都邻接于电磁波吸波层30和遮蔽层40(如图9D)。在本实施例中，采用金属溅镀的方式同时在电磁防护区16A、16B上形成上述电磁防护层20A、20B。
步骤S2.5：除去该遮蔽层40。在本实施例中，使用例如上述绿漆剥除剂溶解遮蔽层40，并清洗溶解后的遮蔽层40，从而除去遮蔽层40。除去遮蔽层40之后，电磁防护层20A、20B两者之间无法直接电导通。由此，可由系统级封装体10、该两个电磁防护层20A、20B以及电磁波吸波层30共同构成SiP模块1。
总结来说，上述第三实施例和第四实施例所说明的SiP模块1的制造方法至少具有以下的优点：习知技术中采用固定式模具来作为屏蔽，从而避免溅镀形成的电磁防护层相连接，但固定式模具的尺寸和构形皆有其限制，且制作固定式模具需要耗费较高的费用和时间，且难以按照系统级封装体内部实际的电路设计或实际实验和模拟的结果来设计电磁防护层和电磁波吸波层30的构形，从而造成难以弹性调整的问题，并且，不同的SiP模块之间的通用性的可能性也比较低。相较之下，在上述各实施例中，采用喷涂的方式形成遮蔽层40，可实际依据系统级封装体10内部实际的电路设计或实际实验和模拟的结果来形成不同构形的遮蔽层40，因此，可增加设计上的弹性，而且，不同SiP模块之间也可使用相同一套的喷涂设备，只要调整喷涂位置即可一体适用于不同尺寸或电路设计的SiP模块，因此通用性相当高。
以上所列举的实施例用以阐明本发明可行的实施方式，本发明并不限定于上述所举例的实施方式，凡在本发明所揭示的思想范围内，对其作些许润饰和变化仍应属于本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种具有电磁防护功能的SiP模块，其特征在于，包含有：
系统级封装体，其包含有基板、相间隔地设置于所述基板上的两组高频电子元件、以及设置于所述基板和所述两组高频电子元件上并且包覆所述两组高频电子元件的封胶，其中，所述封胶具有外表面，所述外表面上设置有两个电磁防护区和界限，所述两个电磁防护区彼此不连通，并且分别对应于所述两组高频电子元件，所述界限定义于所述两个电磁防护区之间；
两个电磁防护层，其由金属材料制成并且分别设置于所述两个电磁防护区中；以及
电磁波吸波层，其由不同于所述两个电磁防护层的材料制成且能够吸收电磁波，所述电磁波吸波层设置于所述界限上。
2.如权利要求1所述的SiP模块，其特征在于，
所述两个电磁防护层能够根据电磁理论的计算和模拟而设计成不同的构形。
3.如权利要求1所述的SiP模块，其特征在于，
所述电磁波吸波层的材料的主要成分为石墨烯。
4.一种SiP模块的制造方法，其用于将系统级封装体制成具有电磁防护功能的SiP模块，所述系统级封装体具有基板、两组高频电子元件以及封胶，所述两组高频电子元件相间隔地设置于所述基板上，所述封胶设置于所述基板和所述两组高频电子元件上，并且包覆所述两组高频电子元件，所述封胶具有外表面，
所述制造方法的特征在于，包含有如下步骤：
在所述外表面上形成遮蔽层，并使所述遮蔽层将所述外表面划分成两个电磁防护区，所述两个电磁防护区彼此不连通并且分别对应于所述两组高频电子元件；
同时在所述两个电磁防护区形成两个电磁防护层，并使所述两个电磁防护层都邻接于所述遮蔽层；
除去所述遮蔽层，使所述外表面在所述两个电磁防护区之间的区域外露以形成界限；以及
在所述界限上形成电磁波吸波层，其中，所述电磁波吸波层能够吸收电磁波，从而由所述系统级封装体、所述两个电磁防护层以及所述电磁波吸波层共同构成所述SiP模块。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
形成所述遮蔽层的步骤包含有：
在所述外表面上喷涂呈液态的树脂材料；以及
使喷涂后的所述树脂材料干燥而形成所述遮蔽层，其中，所述树脂材料可被溶剂溶解，且该溶剂不会溶解所述封胶。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，
使用所述溶剂溶解所述遮蔽层，并且清洗溶解后的所述遮蔽层，从而除去所述遮蔽层。
7.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
形成所述电磁波吸波层的步骤包含有：
在所述界限处喷涂呈液态的吸波材料；以及
使喷涂后的所述吸波材料干燥而形成所述电磁波吸波层。
8.一种SiP模块的制造方法，其用于将系统级封装体制成具有电磁防护功能的SiP模块，所述系统级封装体具有基板、两组高频电子元件以及封胶，所述两组高频电子元件相间隔地设置于所述基板上，所述封胶设置于所述基板和所述两组高频电子元件上，并且包覆所述两组高频电子元件，所述封胶具有外表面，
所述制造方法的特征在于，包含有如下步骤：
在所述外表面上形成电磁波吸波层，并使所述电磁波吸波层将所述外表面划分成两个电磁防护区，所述两个电磁防护区彼此不连通并且分别对应于所述两组高频电子元件，所述电磁波吸波层能够吸收电磁波；
在所述电磁波吸波层上形成遮蔽层；
同时在所述两个电磁防护区形成两个电磁防护层，并使所述两个电磁防护层都邻接于所述电磁波吸波层和所述遮蔽层；
除去所述遮蔽层，从而由所述系统级封装体、所述两个电磁防护层以及所述电磁波吸波层共同构成所述SiP模块。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
形成所述电磁波吸波层的步骤包含有：
在所述外表面上喷涂呈液态的吸波材料；以及
使喷涂后的所述吸波材料干燥而形成所述电磁波吸波层。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，
形成所述遮蔽层的步骤包含有：
在所述电磁波吸波层上喷涂呈液态的树脂材料；以及
使喷涂后的所述树脂材料干燥而形成所述遮蔽层。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，
使用所述溶剂溶解所述遮蔽层，并且清洗溶解后的所述遮蔽层，从而除去所述遮蔽层。
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