CN114023725A - 一种预成型emi屏蔽封装结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预成型EMI屏蔽封装结构及制备方法，属于芯片封装技术领域。包括EMI屏蔽封装结构，所述EMI屏蔽封装结构包括金属墙、金属柱、用于连接金属墙和金属柱的金属上盖，所述EMI屏蔽封装结构下方设有芯片封装载板，所述芯片封装载板表面上设有与金属墙、金属柱一一匹配的表面焊盘，金属墙、金属柱、连接金属墙与金属柱的金属上盖、封装载板之间形成EMI屏蔽腔。通过预成型EMI屏蔽封装结构形成了EMI屏蔽金属墙或EMI屏蔽腔体，再利用模塑封工艺封装芯片，改善了现有技术方案的不足，简化EMI屏蔽封装实现工艺，提高EMI屏蔽与载板连接质量和强度，改善EMI屏蔽效果。

Description

一种预成型EMI屏蔽封装结构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种预成型EMI屏蔽封装结构及制备方法，属于芯片封装技术领域。

背景技术

2020年是5G无线通信技术应用的元年，越来越多的电子产品服务于5G无线网络通信、大数据、车联网、物联网，万物互联。电子产品应用需求驱动着半导体芯片封装技术的迅猛发展，芯片封装集成度越来越高，系统级封装SIP(System In a Package)技术是先进的封装技术，它灵活、自由、并允许多颗芯片、多种晶圆制程工艺兼容、还接受多种被动元器件集成在一个系统封装体内，极大地提升了芯片的集成度，提升芯片性能，降低了芯片封装成本。SIP封装芯片集成了多个芯片，与在印刷电路板上进行系统集成相比，SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。对比SoC，SIP具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低等特点。

先进的系统封装芯片SIP内，通常会集成射频芯片(RF IC)、WiFi芯片(WiFi IC)、蓝牙芯片(BT IC)、数字芯片(Digital IC)、存储芯片(Memery IC)以及大量的被动元件(Passive)如电感、电容、电阻等。SiP芯片集成度的提高，芯片面积逐渐减小，模拟芯片与数字芯片之间距离减小，导致电磁干扰(EMI)问题越来越突出，亟待解决，需要低成本的解决方案支持半导体芯片封装的发展。

现有EMI封装技术中，主流技术是在模塑封体表面进行激光开槽，然后在沟槽内填充导电胶水形成导电金属颗粒与胶水混合的EMI隔离墙，最后在模塑封体表面上喷涂或溅镀金属层，实现封装体的EMI隔离。现有技术方案的缺点是工序多、工艺控制复杂、质量控制难度大、高昂的设备投资、耗材贵、制造成本高。

现有技术中EMI屏蔽封装结构主要有以下两种方案：

现有技术方案一

现有技术方案一如图1所示。现有技术方案一在第一模塑料15内部，通过激光方式进行可编程、自动化方式挖出第一沟槽14，激光挖出的槽深度达到载板表面第一焊盘上焊锡13的内部。然后进行自动点胶，将导电胶颗粒填充进入第一沟槽14并固化导电胶水，实现导电胶与载板第一焊盘13的电性连通。最后在第一模塑料15表面溅镀(Sputtering)三层金属层，从内到外依次为：第一不锈钢层10、第一金属层11、第二不锈钢层12。其中，导电胶主要由环氧树脂基体、导电颗粒和分散添加剂、稳定剂等组成，导电胶的导电性主要是由树脂基体内填充的导电金属粒子提供。现有技术方案一通过第一沟槽14内填充的含有导电金属粒子的导电胶；通过第一模塑料15表面溅镀的三层金属层，实现了芯片与外界之间的EMI屏蔽，控制SIP集成芯片内部和SIP集成芯片与外界环境之间的EMI干扰，提升了SIP芯片的性能。

现有技术方案二

现有技术方案二如图2所示。现有技术方案二在第二模塑料23内部，通过激光方式进行可编程、自动化方式挖出第二沟槽22，激光挖出的槽深度达到载板表面第二焊盘上的锡膏21内部。然后进行自动点胶，将导电胶水填充进入沟槽22并固化导电胶水，实现导电胶与载板第二焊盘21的电性连通。最后在第二模塑料23表面喷涂第一导电金属层20。现有技术方案二通过第二沟槽22内填充的含有导电金属粒子的导电胶；通过第二模塑料23表面喷涂金属层20，实现了SIP芯片与外界之间的EMI屏蔽，控制SIP成芯片内部和SIP集成芯片与外界环境之间的EMI干扰，提升了SiP芯片的性能。

现有技术方案一是当前EMI屏蔽主流封装技术，广泛应用在中高端SIP芯片封装工艺中，比如苹果公司的智能手表芯片，天线芯片AIP等。现有技术方案一主要的缺陷如下：

1)高昂的设备投资：封装厂需要购买激光开槽设备，清洗设备，溅镀设备，配套检测导电胶水深度的检测设备等；

2)芯片封装成本高：高昂的设备投资费用必然会转嫁到芯片制造成本上；

3)效率低：激光开槽过程，是单次自动循环烧蚀，时间长；质量检查、控制时间长；

4)存在EMI屏蔽的质量隐患：模塑封后的载板都存在翘曲(stripe warpage)问题，会带来载板高度的改变，引起焊盘13的空间位置发生改变，激光挖槽无法获取第一焊盘13的真实高度数据，出现到激光开槽深度不够或深度过大而烧坏载板，损坏载板内部电路结构，导致质量隐患和可靠性问题；

5)导电胶水填充不严实，出现空隙问题，导致金属层不连续，影响EMI屏蔽效果差；

6)EMI屏蔽镀层，加工工艺复杂，控制难度大，需要严格控制镀层结合强度，漏度问题。

7)EMI屏蔽镀层连接质量检测的难度大：导电胶与载板焊盘之间是机械接触方式，通过导电胶的金属颗粒，与载板焊盘上焊锡的接触，实现EMI层金属与载板接地层的电性连通。激光沟槽的侧面粗糙度、导电胶水的密度，填充工艺等，都影响到EMI屏蔽层连接质量，目前常见的检测是X-Ray光，质量抽检。

现有技术方案二是基于现有技术方案一的工程问题和高成本开发的改进EMI屏蔽技术，采用激光开槽、导电胶填充后，模塑料本体喷涂金属层的方式实现。目前该方案正在推广应用阶段，并未被大量量产使用，该技术方案的主要缺陷如下：

1)高昂的设备投资：封装厂需要购买激光开槽设备，清洗设备，配套检测导电胶填充质量、深度的检测设备等；

2)芯片封装成本高：高昂的设备投资费用必然会转嫁到芯片制造成本上；

3)效率低：激光开槽过程，是单次自动循环烧蚀，时间长；质量检查、控制时间长；

4)存在EMI屏蔽的质量隐患：模塑封后的载板都存在翘曲(stripe warpage)问题，会带来载板高度的改变，引起焊盘21的空间位置发生改变，激光挖槽无法获取第二焊盘21的真实高度数据，出现到激光开槽深度不够或深度过大而烧坏载板，损坏载板内部电路结构，导致质量隐患和可靠性问题；

5)导电胶水填充不严实，出现空隙问题，导致金属层不连续，影响EMI屏蔽效果差；

6)模塑封本体表面喷涂工艺加工EMI屏蔽金属层，工艺复杂，控制难度大，需要严格控制镀层结合强度，漏度问题；

7)EMI金属涂层容易脱离问题，喷涂的金属图层与模塑封材料之间的结合力，需要严格的工艺控制，有脱落问题，漏涂问题等。

8)金属层的喷涂工艺，容易填平激光达标的凹陷位置，控制精度不高，导致封装芯片本体字符可读性收到影响，需要喷涂工艺技术改进。

发明内容

为了解决当前现有技术方案的问题，本发明提供一种预成型EMI屏蔽封装结构及其制备工艺方法，采用预成型的金属EMI屏蔽封装结构，在封装载板焊盘上采用回流焊的方式集成EMI屏蔽封装结构到封装载板上，形成EMI屏蔽金属墙或EMI屏蔽腔体，再利用模塑封工艺塑封芯片，EMI隔离墙实现了芯片的EMI屏蔽或隔离要求，解决了现有技术方案在塑封料内激光挖槽技术(TMV)的不足与问题，改善MEI隔离金属墙的加工工艺和加工质量，简化EMI屏蔽腔体的封装工艺，提高EMI屏蔽与载板连接质量和强度，改善EMI屏蔽效果。

一种预成型EMI屏蔽封装结构，包括EMI屏蔽封装结构，所述EMI屏蔽封装结构包括金属墙、金属柱以及用于连接金属墙与金属柱的金属上盖；

所述EMI屏蔽封装结构下方设有芯片封装载板，所述芯片封装载板表面上设有与金属墙、金属柱一一匹配的表面焊盘，所述表面焊盘与所述金属墙、金属柱焊接，金属墙、金属柱、连接金属墙与金属柱的金属上盖、封装载板之间形成EMI屏蔽腔。

所述金属柱、金属墙末端依次设有金属镍层和金属焊锡层。所述金属镍层作为焊接过程中焊点形成的原子扩散阻挡层，所述焊锡合金层作为金属墙、金属柱与封装载板的焊接材料。

作为优选实例，所述金属墙末端以及金属柱的末端设有的金属镍层厚度范围在0.1um-10um之间。

作为优选实例，所述金属柱末端以及金属墙末端设有金属焊锡层厚度范围在1-100um之间。

作为优选实例，在所述金属墙末端设计有用于后续封装工艺中底填胶或模塑封材料填充的开口。

作为优选实例，所述金属墙、金属柱的末端设置的金属焊锡层的成分包括但不限于：：SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡以及SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡的组合组合材料。

作为优选实例，所述金属墙、金属柱的高度相对于金属上盖的高度之间的高度差在1um-5000um；所述金属上盖的厚度在1um-300um。

作为优选实例，所述金属墙、金属柱、连接金属墙和金属柱的金属上盖，其材质包括但不限于铜、铜合金、铜及铜合金的组合材料、银、银合金、银及银合金的组合材料、铝、铝合金、铝及铝合金的组合材料以及不锈钢。

作为优选实例，所述金属柱的端面形状包括但不限于如下形状：圆形、方形、多边形、异形；所述金属墙的端面形状包括但不限于如下形状：方形、长条形、直线、曲线、异形；所述金属墙的数量包括但不限于：一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个；所述金属墙的墙面结构为连续墙面或预留缺口墙面。

一种预成型EMI屏蔽封装结构的制备方法，用于制造上述的预成型EMI屏蔽封装结构，包括如下步骤：

S1：准备预成型金属板材，所述预成型金属板材厚度在1um-5000um范围,所述预成型金属板材表面预先电镀厚度为0.1um-10um的第一镍层以及电镀厚度为1um-100um的焊锡合金层；

S2：利用高功率、可编程、升降高度可精密控制的激光设备进行加工，利用激光束烧蚀所述预成型金属板材，加工出金属墙、金属柱,所述金属墙、金属柱的根部与金属板材连接形成金属上盖,金属墙、金属柱末端有两个金属层：第一金属层为镍层，第二金属层为焊锡层。

S3：在S2步骤所述金属墙、金属柱的末端焊锡层表面上，利用喷雾设备进行助焊剂的喷涂，然后采用回流焊的方式，焊锡层在金属墙、金属柱的末端形成圆弧状凸起，用于后续封装工艺焊接需要，所述助焊剂施加方式包括但不限于如下方法：喷涂、毛刷刷涂、浸蘸、气态助焊剂、点涂以及点锡膏。

S4：利用激光切割或机械切割的方式，在所述金属墙、金属柱、金属上盖连接整体结构之间的连接处进行切割，获得含有金属柱、金属墙、金属上盖的EMI屏蔽封装结构单体。

S5：将所述EMI屏蔽封装结构进行Tray盘包装或者编带包装，便于运输和后续封装工艺使用。

S5：将所述EMI屏蔽封装结构集成到所述芯片封装载板上，通过预先电镀焊锡层与芯片封装载板表面的焊盘进行焊接，实现EMI屏蔽封装结构与芯片封装载板的电性连接、机械连接，实现EMI屏蔽

本发明的有益效果是：

(1)通过本发明，提供一种预成型EMI屏蔽封装结构，在EMI屏蔽金属墙以及金属柱上，预先电镀了镍、焊锡合金，可以与封装载板焊盘以焊接方式形成永久性连接，EMI屏蔽、隔离、密封性好，质量一致性高，由于不需要激光开槽填导电胶等系列工序，因此简化了EMI屏蔽封装工艺，降低了EMI屏蔽封装制造成本；

(2)通过本发明，EMI屏蔽封装结构的加工不需要在模塑封体的表面进行激光开槽，避免了激光开槽深度不够而导致的导电胶水与载板焊盘之间未连接、EMI屏蔽层断层质量问题；避免了由于激光开槽深度过大而烧坏封装基板，导致载板线路损坏的质量隐患；

(3)通过本发明，EMI屏蔽封装结构的加工不需要在模塑料内部的沟槽内部进行导电胶的填充，避免胶水填充产生气泡的问题以及胶水与载板焊盘之间断层的问题；

(4)本发明中EMI屏蔽封装结构是通过封装工艺中成熟的回流焊技术与封装载板表面焊盘的焊接连接，焊接工艺稳定，焊点质量可控，质量一致性好，质量检测简单易操作；

(5)本发明提供预成型的EMI屏蔽封装结构，可以方便、灵活地形成一个或多个EMI屏蔽腔体，满足系统集成封装、扇出型封装，堆叠芯片封装等先进芯片封装技术对EMI屏蔽腔体的需求，也可以实现一体化集成铜柱的应用；

(6)本发明提供了预成型EMI屏蔽封装结构，可以支持封装工艺中芯片厚度减薄的平磨工艺，研磨方法去除EMI屏蔽封装结构的金属盖子，露出EMI屏蔽金属墙，减薄后的芯片封装体可支持做共性屏蔽达到EMI屏蔽要求。

附图说明

图1为本发明中现有技术方案一的SIP集成芯片的结构示意图；

图2为本发明中现有技术方案二的SIP集成芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例一具有单曲线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图一；

图4为本发明实施例一具有单曲线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图二；

图5为本发明实施例二具有单直线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图一；

图6为本发明实施例二具有单直线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图二；

图7为本发明实施例三具有双曲线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图一；

图8为本发明实施例三具有双曲线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图二；

图9为本发明实施例四具有双直线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图一；

图10为本发明实施例四具有双直线EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图二；

图11为本发明实施例五具有五隔间EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图一；

图12为本发明实施例五具有五隔间EMI屏蔽金属墙结构的结构示意图二；

图13为本发明实施例六具有六隔间EMI屏蔽封装结构的结构示意图一；

图14为本发明实施例六具有六隔间EMI屏蔽封装结构的结构示意图二；

图15为本发明实施例七具有七隔间EMI屏蔽封装结构的结构示意图一；

图16为本发明实施例七具有七隔间EMI屏蔽封装结构的结构示意图二；

图17为本发明实施例八具有全封闭EMI屏蔽封装结构的结构示意图一；

图18为本发明实施例八具有全封闭EMI屏蔽封装结构的结构示意图二；

图19为本发明实施例九具有单隔离EMI屏蔽金属墙以及喷涂金属层的SIP集成芯片的结构示意图；

图20为本发明实施例十具有单隔离EMI屏蔽金属墙以及溅镀金属层的SIP集成芯片的结构示意图；

图21为本发明实施例十一具有单隔间EMI屏蔽封装结构的SIP集成芯片的结构示意图；

图22为本发明实施例十二具有双隔间EMI屏蔽封装结构的SIP集成芯片的结构示意图。

图中：10、第一不锈钢层；11、第一金属层；12、第二不锈钢层；13、第一焊盘；14、第一沟槽；15、第一模塑料；

20、第一导电金属层；21、第二焊盘；22、第二沟槽；23、第二模塑料；

100、焊锡层一；101、镍层一；102、金属墙一；103、金属盖一；110、金属柱一；111、金属柱二；112、金属柱三；113、金属柱四；130、单曲线屏蔽金属墙；

200、焊锡层二；201、镍层二；230、单直线屏蔽金属墙；203、金属盖二；210、金属柱五；211、金属柱六；212、金属柱七；213、金属柱八；

300、焊锡层三；301、镍层三；302、金属墙三；303、金属盖三；310、金属柱九；330、金属柱十；312、金属柱十一；313、金属柱十二；311、双曲线屏蔽金属墙一；331、双曲线屏蔽金属墙二；

400、焊锡层四；401、镍层四；402、金属墙四；403、金属盖四；410、金属柱十三；411、金属柱十四；412、金属柱十五；413、金属柱十六；430、双直线屏蔽金属墙一；431、双直线屏蔽金属墙二；

500、焊锡层五；501、焊锡层六；510、镍层五；511、镍层六；520、金属墙五一；521、金属墙五二；530、金属盖五；540、五隔间屏蔽金属墙一；541、五隔间屏蔽金属墙二；542、五隔间屏蔽金属墙三；543、五隔间屏蔽金属墙四；544、五隔间屏蔽金属墙五；

600、焊锡层七；601、焊锡层八；610、镍层七；611、镍层八；620、金属墙六一；621、金属墙六二；630、金属盖六；640、六隔间屏蔽金属墙一；641、六隔间屏蔽金属墙二；642、六隔间屏蔽金属墙三；643、六隔间屏蔽金属墙四；644、六隔间屏蔽金属墙五；645、六隔间屏蔽金属墙六；646、六隔间屏蔽金属墙七；

700、焊锡层九；701、焊锡层十；710、镍层九；711、镍层十；720、金属墙七一；721、金属墙七二；730、金属盖七；740、七隔间屏蔽金属墙一；741、七隔间屏蔽金属墙二；742、七隔间屏蔽金属墙三；743、七隔间屏蔽金属墙四；744、七隔间屏蔽金属墙五；745、七隔间屏蔽金属墙六；746、七隔间屏蔽金属墙七；747、七隔间屏蔽金属墙八；

800、金属盖八；810、金属墙八；820、焊锡层十一；830、镍层十一；

1000、芯片一；1001、芯片二；1101、支撑金属柱一；1102、支撑金属柱二；1110、EMI屏蔽墙一；1111、镍层十二；1112、焊锡层十二；1200、第二导电金属层；

1201、第三不锈钢层；1202、第二金属层；1203、第四不锈钢层；2000、芯片三；2001、芯片四；2101、支撑金属柱三；2102、支撑金属柱四；2110、EMI屏蔽墙二；2111、镍层十三；2112、焊锡层十三；

3000、芯片五；3001、芯片六；3101、单EMI屏蔽封装结构；3102、镍层十四；3103、焊锡层十四；3200、封装载板一；

4000、芯片七；4001、芯片八；4101、双EMI屏蔽封装结构；4102、镍层十五；4103、焊锡层十五。

具体实施方式

为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本发明。

本发明在如图1-图2所示的现有技术一与现有技术二的不足与缺陷下进行改进，提出一种预成型EMI屏蔽封装结构，包括EMI屏蔽封装结构，EMI屏蔽封装结构包括金属墙、金属柱以及用于连接金属墙与金属柱的金属上盖；

EMI屏蔽封装结构下方设有芯片封装载板，芯片封装载板表面上设有与金属墙、金属柱一一匹配的表面焊盘，表面焊盘与所述金属墙、金属柱焊接，金属墙、金属柱、连接金属墙与金属柱的金属上盖、封装载板之间形成EMI屏蔽腔。

金属柱、金属墙末端依次设有金属镍层和金属焊锡层。金属镍层作为焊接过程中焊点形成的原子扩散阻挡层，所述焊锡合金层作为金属墙、金属柱与封装载板的焊接材料。

其中，金属墙末端以及金属柱的末端设有的金属镍层厚度范围在0.1um-10um之间。

金属柱末端以及金属墙末端设有金属焊锡层厚度范围在1-100um之间。

在金属墙末端设计有用于后续封装工艺中底填胶或模塑封材料填充的开口。

金属墙、金属柱的末端设置的金属焊锡层的成分包括但不限于：：SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡以及SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡的组合组合材料。

金属墙、金属柱的高度相对于金属上盖的高度之间的高度差在1um-5000um；金属上盖的厚度在1um-300um。

金属墙、金属柱、连接金属墙和金属柱的金属上盖，其材质包括但不限于铜、铜合金、铜及铜合金的组合材料、银、银合金、银及银合金的组合材料、铝、铝合金、铝及铝合金的组合材料以及不锈钢。

金属柱的端面形状包括但不限于如下形状：圆形、方形、多边形、异形；金属墙的端面形状包括但不限于如下形状：方形、长条形、直线、曲线、异形；所述金属墙的数量包括但不限于：一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个；金属墙的墙面结构为连续墙面或预留缺口墙面。

一种预成型EMI屏蔽封装结构的制备方法，用于制造上述的预成型EMI屏蔽封装结构，包括如下步骤：

S1：准备预成型金属板材，预成型金属板材厚度在1um-5000um范围,预成型金属板材表面预先电镀厚度为0.1um-10um的第一镍层以及电镀厚度为1um-100um的焊锡合金层；

S2：利用高功率、可编程、升降高度可精密控制的激光设备进行加工，利用激光束烧蚀预成型金属板材，加工出金属墙、金属柱,金属墙、金属柱的根部与金属板材连接形成金属上盖,金属墙、金属柱末端有两个金属层：第一金属层为镍层，第二金属层为焊锡层。

S3：在S2步骤金属墙、金属柱的末端焊锡层表面上，利用喷雾设备进行助焊剂的喷涂，然后采用回流焊的方式，焊锡层在金属墙、金属柱的末端形成圆弧状凸起，用于后续封装工艺焊接需要，助焊剂施加方式包括但不限于如下方法：喷涂、毛刷刷涂、浸蘸、气态助焊剂、点涂以及点锡膏。

S4：利用激光切割或机械切割的方式，在金属墙、金属柱、金属上盖连接整体结构之间的连接处进行切割，获得含有金属柱、金属墙、金属上盖的EMI屏蔽封装结构单体。

S5：将EMI屏蔽封装结构进行Tray盘包装或者编带包装，便于运输和后续封装工艺使用。

S5：将EMI屏蔽封装结构集成到芯片封装载板上，通过预先电镀焊锡层与芯片封装载板表面的焊盘进行焊接，实现EMI屏蔽封装结构与芯片封装载板的电性连接、机械连接，实现EMI屏蔽。

实施例一至实施例八为八种预成型EMI屏蔽封装结构。

实施例一：

如图3所示，本实施例一提供一种带有单曲线屏蔽金属墙130的预成型EMI屏蔽封装结构，包括金属墙一102，在金属墙一102的一端末端分别电镀镍层一101以及焊锡层一100，在金属墙一102的另一端上盖有金属盖一103。

如图4所示，本实施例中金属墙结构为单曲线屏蔽金属墙130，单曲线屏蔽金属墙130的两侧分别设置四根金属柱：金属柱一110、金属柱二111、金属柱三112、金属柱四113，四根金属柱用于支撑作用，保证单曲线屏蔽金属墙130的平衡稳定性，其中，起到支撑平衡作用的金属柱，横截面形状可以是圆形，也可是正方形，正六边形等正多边形或任意的凸边多边形。

实施例二：

如图5所示，本实施例二提供一种带有单直线屏蔽金属墙230的预成型EMI屏蔽封装结构，包括单直线屏蔽金属墙230，在单直线屏蔽金属墙230的一端末端分别电镀镍层二201以及焊锡层二200，在单直线屏蔽金属墙230的另一端上盖有金属盖二203。

如图6所示，本实施例中金属墙结构为单直线屏蔽金属墙230，单直线屏蔽金属墙230的两侧分别设置四根金属柱：金属柱五210、金属柱六211、金属柱七212、金属柱八213，四根金属柱用于支撑作用，保证单直线屏蔽金属墙230的平衡稳定性，其中，起到支撑平衡作用的金属柱，横截面形状可以是圆形，也可是正方形，正六边形等正多边形或任意的凸边多边形。

实施例三：

如图7所示，本实施例三提供一种带有双曲线屏蔽金属墙一311，以及双曲线屏蔽金属墙二331的预成型EMI屏蔽封装结构，包括两个金属墙三302，在金属墙三302的一端末端分别电镀镍层三301以及焊锡层三300，在金属墙三302的另一端上盖有金属盖二303。

如图8所示，本实施例中金属墙结构为双曲线屏蔽金属墙，两个双曲线屏蔽金属墙的两侧分别设置四根金属柱：金属柱九310、金属柱十330、金属柱十一312、金属柱十二313，四根金属柱用于支撑作用，保证双曲线屏蔽金属墙的平衡稳定性，其中，起到支撑平衡作用的金属柱，横截面形状可以是圆形，也可是正方形，正六边形等正多边形或任意的凸边多边形。

实施例四：

如图9所示，本实施例四提供一种带有双直线屏蔽金属墙一430，以及双直线屏蔽金属墙二431的预成型EMI屏蔽封装结构，包括两个金属墙四402，在金属墙四402的一端末端分别电镀镍层四401以及焊锡层四400，在金属墙四402的另一端上盖有金属盖四403。

如图10所示，本实施例中金属墙结构为双直线屏蔽金属墙，两个双直线屏蔽金属墙的两侧分别设置四根金属柱：金属柱十三410、金属柱十四411、金属柱十五412、金属柱十六413，四根金属柱用于支撑作用，保证双直线屏蔽金属墙的平衡稳定性，其中，起到支撑平衡作用的金属柱，横截面形状可以是圆形，也可是正方形，正六边形等正多边形或任意的凸边多边形。

实施例五：

如图12所示为俯视图，本实施例五提供一种带有五隔间屏蔽金属墙结构的预成型EMI屏蔽封装结构，包括五个金属墙：五隔间屏蔽金属墙一540、五隔间屏蔽金属墙二541、五隔间屏蔽金属墙三542、五隔间屏蔽金属墙四543、五隔间屏蔽金属墙五544；五个金属墙分隔出五个隔间，每个隔间内能够集成一个芯片并对其进行EMI屏蔽。

如图11所示为侧视图，在金属墙五一520的一端末端分别电镀镍层五510以及焊锡层五500，在金属墙五二521的一端末端分别电镀镍层六511以及焊锡层六501，在金属墙五一520与金属墙五二521的另一端上盖有金属盖五530。

本实施例中，由于五个金属墙能够自主形成平衡稳定性，因此不需金属柱支撑。

实施例六：

如图14所示为俯视图，本实施例六提供一种带有六隔间屏蔽金属墙结构的预成型EMI屏蔽封装结构，包括七个金属墙：六隔间屏蔽金属墙一640、六隔间屏蔽金属墙二641、六隔间屏蔽金属墙三642、六隔间屏蔽金属墙四643、六隔间屏蔽金属墙五644、六隔间屏蔽金属墙六645、六隔间屏蔽金属墙七646；七个金属墙分隔出六个隔间，每个隔间内能够集成一个芯片并对其进行EMI屏蔽。

如图13所示为侧视图，在金属墙六一620的一端末端分别电镀镍层七610以及焊锡层七600，在金属墙六二621的一端末端分别电镀镍层八611以及焊锡层八601，在金属墙六一620与金属墙六二621的另一端上盖有金属盖六630。

本实施例中，由于七个金属墙能够自主形成平衡稳定性，因此不需金属柱支撑。

实施例七：

如图16所示为俯视图，本实施例七提供一种带有七隔间屏蔽金属墙结构的预成型EMI屏蔽封装结构，包括八个金属墙：七隔间屏蔽金属墙一740、七隔间屏蔽金属墙二741、七隔间屏蔽金属墙三742、七隔间屏蔽金属墙四743、七隔间屏蔽金属墙五744、七隔间屏蔽金属墙六745、七隔间屏蔽金属墙七746、七隔间屏蔽金属墙八747、八个金属墙分隔出七个隔间，每个隔间内能够集成一个芯片并对其进行EMI屏蔽。

如图15所示为侧视图，在金属墙七一720的一端末端分别电镀镍层九710以及焊锡层九700，在金属墙七二721的一端末端分别电镀镍层十711以及焊锡层十701，在金属墙七一720与金属墙七二721的另一端上盖有金属盖七730。

本实施例中，由于八个金属墙能够自主形成平衡稳定性，因此不需金属柱支撑。

实施例八：

如图18所示为俯视图，本实施例八提供一种带有全封闭屏蔽金属墙结构的预成型EMI屏蔽封装结构，包括一个全封闭的矩形金属墙八810。

如图17所示为侧视图，在金属墙八810的一端末端分别电镀镍层十一830以及焊锡层十一820，在金属墙八810的另一端上盖有金属盖八800。

本实施例中，由于一个矩形金属墙能够自主形成平衡稳定性，因此不需金属柱支撑。

实施例九至实施例十二，为应用有上述EMI屏蔽封装结构的SIP集成芯片。

实施例九：

如图19所示为本发明实施例九，提供了EMI屏蔽金属墙以及金属柱，用于简化现有技术方案中的模塑封体表面激光挖槽、导电胶填充沟槽等工序。

通过单直金属墙EMI屏蔽封装结构，或单曲金属墙EMI屏蔽封装结构，实现非电镀工艺技术制造出EMI屏蔽墙一1110的目的，实现芯片一1000与芯片二1001之间的EMI干扰的隔离，支撑金属柱一1101和支撑金属柱二1102在封装工艺中起到平衡应力的作用，使EMI屏蔽墙一1110达到应力平衡，利于封装工艺实现。电镀镍层1111在焊锡层1112与载板表面焊盘的焊接过程中，起到原子扩散阻挡作用，改善焊接工艺焊点质量，焊锡层1112实现EMI屏蔽封装结构与封装载板的焊接方式连接。

本发明技术方案的实施不需要在模塑料表面激光开槽(TMV)、填充导电胶、X-Ray质量检测等一系列相关的制造工序。

实施例九的目的是简化激光开槽TMV工序以及导电胶填充工序，本发明提供了分腔EMI屏蔽(Compartment shielding)所需要的EMI隔离金属墙的解决方案。

然而，塑封体外层EMI屏蔽(conformal shielding)的实现，需要使用现有技术方案二的导电胶涂层喷涂技术，在封装体表面加工出第二导电金属层1200，实现EMI屏蔽的共性屏蔽，塑封体外层的conformal shielding屏蔽技术和方案与实施例九无关，不属于实施例九的内容。

实施例十

如图20所示为本发明实施例十，提供了具有单隔离EMI屏蔽金属墙、以及金属柱结构示意图，用于简化现有技术方案中的模塑封体表面激光挖槽、导电胶填充沟槽等工序。

通过本发明方案的单直墙EMI屏蔽封装结构，或单曲墙EMI屏蔽封装结构，实现非电镀工艺技术制造出EMI屏蔽墙二2110，实现芯片三2000与芯片四2001之间的隔离，实现EMI屏蔽，支撑金属柱三2101和支撑金属柱四2102在封装工艺中平衡应力作用，使EMI屏蔽墙二2110应力平衡。电镀镍层十三2111在焊锡层十三2112与载板焊盘的焊接过程中，起到原子扩散阻挡作用，改善焊接工艺焊点质量。焊锡层2112实现EMI屏蔽封装结构与封装载板的焊接方式连接。

本发明技术方案的实施不需要激光在模塑料表面开槽(TMV)、填充导电胶、X-Ray质量检测等一系列相关的封装工序。

实施例十的目的是简化激光开槽TMV工序以及导电胶填充工序，本发明提供了分腔EMI屏蔽(Compartment shielding)所需要的EMI隔离金属墙的解决方案。

然而，塑封体外层EMI屏蔽(conformal shielding)的实现，需要使用现有技术方案一的溅镀工艺，在封装体表面溅镀出三层金属EMI屏蔽层：第三不锈钢层1201、第二金属层1202、第四不锈钢层1203，实现EMI屏蔽的共性屏蔽。塑封体外层的conformal shielding屏蔽技术和方案与实施例十无关，不属于实施例十的内容。

实施例十一：

如图21所示为本发明实施例十一，提供了具有单隔间EMI屏蔽封装结构的SIP芯片的结构示意图，通过本发明方案的单隔间EMI屏蔽封装结构，实现单颗芯片3000的单独EMI屏蔽，本发明方案的EMI屏蔽封装结构也可以把芯片3000与芯片3001之间进行EMI屏蔽隔离，实现了封装体内部芯片的EMI屏蔽和隔离，可以实现选择性EMI屏蔽的需求。金属一体化EMI屏蔽封装结构3101与电镀镍层3102，焊锡合金层3103通过焊接方式实现与封装载板表面焊盘的永久性连接。镍层3102在焊接工程中起到原子扩散的阻挡作用，改善焊锡层3103的焊接工艺和质量。

通过本发明的单隔间EMI屏蔽结构，可以实现模塑封体内部EMI隔离，多芯片EMI屏蔽效果。

实施例十二：

如图22所示，为本发明实施例十二具有双隔间EMI屏蔽封装结构的SIP集成芯片的结构示意图，通过本发明方案的双隔间EMI屏蔽封装结构，实现芯片4000与芯片4001的EMI单独屏蔽和隔离。金属一体化双隔间EMI屏蔽结构4101与电镀镍层4102，焊锡层4103通过焊接方式实现与封装载板焊盘的永久性连接。镍层4102在焊接工程中起到原子扩散的阻挡作用，改善焊锡层4103的焊接工艺和质量。

通过本发明的双隔间EMI屏蔽结构，可以实现模塑封体内部EMI隔离，多芯片EMI屏蔽效果。

通过本发明所提供的技术方案，针对当前主流的EMI屏蔽技术使用的在模塑封料表面进行激光开槽、导电胶填充等复杂工序，解决了工序复杂、质量控制难度高、制造成本高等问题。本发明的改进技术方案：采用预成型的EMI屏蔽封装结构，在封装载板焊盘上采用回流焊的焊接方式集成EMI屏蔽封装结构，先形成EMI屏蔽墙或EMI屏蔽腔体，再利用模塑封工艺合封芯片，解决了现有技术方案的不足，简化EMI屏蔽实现封装工艺，提高EMI屏蔽与载板连接质量和强度，改善EMI屏蔽效果，本发明方案的优点如下：

1)利用高能激光加工EMI屏蔽封装结构，优选金属材质。激光束轨迹可以加工直线和曲线，可以在金属板材厚度方向做可控深度切割。利用激光束的聚焦高能量烧蚀本发明方案中不需要的金属面积部分，保留本发明方案需要的金属面积区域，雕刻出直线细金属线墙、曲线细金属线墙、金属柱。由于激光束没有在金属板材厚度方向切穿，细金属墙和金属柱与金属板材是一个连接的整体。

2)EMI屏蔽墙以及金属柱上，预先电镀了镍、焊锡合金，可以与封装载板焊盘以焊接方式形成永久性连接，EMI屏蔽密封性好，质量一致性高，工艺简单容易实现，制造成本低；

3)EMI屏蔽层的加工不要需要在模塑封体的表面进行激光开槽，避免了激光开槽深度不够而导致的导电胶水与载板焊盘之间未连接、断层质量问题；激光开槽深度过大而烧坏载板，导致载板线路损坏的质量问题；

4)EMI屏蔽层的加工不要需要在所述模塑料内部的激光沟槽内部进行导电胶的填充，避免胶水填充气泡质量问题、胶水与载板焊盘的断层问题；

5)EMI屏蔽层是通过封装工艺中成熟的回流焊的焊接方式与封装载板接地焊盘连接，焊接工艺稳定，质量一致性好，质量检测可视化，操作简单；

6)采用预成型EMI屏蔽封装结构，可以方便形成两个、三个、四个。五个、六个、七个等的EMI屏蔽腔体，满足先进芯片封装技术对多个EMI屏蔽腔体的需求；

7)采用预成型EMI屏蔽封装结构，可以支持封装工艺中芯片厚度的平磨减薄，去除EMI屏蔽封装结构的金属质盖子而露出EMI屏蔽金属墙，减薄后的芯片封装体可支持做共性屏蔽达到EMI隔壁要求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，包括EMI屏蔽封装结构，所述EMI屏蔽封装结构包括金属墙、金属柱以及用于连接金属墙与金属柱的金属上盖；

所述EMI屏蔽封装结构下方设有芯片封装载板，所述芯片封装载板表面上设有与金属墙、金属柱一一匹配的表面焊盘，所述表面焊盘与所述金属墙、金属柱焊接，金属墙、金属柱、连接金属墙与金属柱的金属上盖、封装载板之间形成EMI屏蔽腔；

所述金属柱、金属墙末端依次设有金属镍层和金属焊锡层，所述金属镍层作为焊接过程中焊点形成的原子扩散阻挡层，所述焊锡合金层作为金属墙、金属柱与封装载板的焊接材料。

2.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属墙末端以及金属柱的末端设有的金属镍层厚度范围在0.1um-10um之间。

3.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属柱末端以及金属墙末端设有金属焊锡层厚度范围在1-100um之间。

4.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，在所述金属墙末端设计有用于后续封装工艺中底填胶或模塑封材料填充的开口。

5.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属墙、金属柱的末端设置的金属焊锡层的成分包括但不限于：SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡以及SnPb、SnAg、SnCu、SnBi、SnAgCu、SnAgCuNi、纯锡的组合组合材料。

6.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属墙、金属柱的高度相对于金属上盖的高度之间的高度差在1um-5000um；所述金属上盖的厚度在1um-300um。

7.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属墙、金属柱、连接金属墙和金属柱的金属上盖，其材质包括但不限于铜、铜合金、铜及铜合金的组合材料、银、银合金、银及银合金的组合材料、铝、铝合金、铝及铝合金的组合材料以及不锈钢。

8.根据权利要求1所述的一种预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，所述金属柱的端面形状包括但不限于如下形状：圆形、方形、多边形、异形；所述金属墙的端面形状包括但不限于如下形状：方形、长条形、直线、曲线、异形；所述金属墙的数量包括但不限于：一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个；所述金属墙的墙面结构为连续墙面或预留缺口墙面。

9.一种预成型EMI屏蔽封装结构的制备方法，用于制造如权利要求1至8中所述的预成型EMI屏蔽封装结构，其特征在于，包括如下步骤：

S1：准备预成型金属板材，所述预成型金属板材厚度在1um-5000um范围,所述预成型金属板材表面预先电镀厚度为0.1um-10um的第一镍层以及电镀厚度为1um-100um的焊锡合金层；

S2：利用高功率、可编程、升降高度可精密控制的激光设备进行加工，利用激光束烧蚀所述预成型金属板材，加工出金属墙、金属柱,所述金属墙、金属柱的根部与金属板材连接形成金属上盖,金属墙、金属柱末端有两个金属层：第一金属层为镍层，第二金属层为焊锡层；

S3：在S2步骤所述金属墙、金属柱的末端焊锡层表面上，利用喷雾设备进行助焊剂的喷涂，然后采用回流焊的方式，焊锡层在金属墙、金属柱的末端形成圆弧状凸起，用于后续封装工艺焊接需要，所述助焊剂施加方式包括但不限于如下方法：喷涂、毛刷刷涂、浸蘸、气态助焊剂、点涂以及点锡膏；

S4：利用激光切割或机械切割的方式，在所述金属墙、金属柱、金属上盖连接整体结构之间的连接处进行切割，获得含有金属柱、金属墙、金属上盖的EMI屏蔽封装结构单体；

S5：将所述EMI屏蔽封装结构进行Tray盘包装或者编带包装，便于运输和后续封装工艺使用；

S5：将所述EMI屏蔽封装结构集成到所述芯片封装载板上，通过预先电镀焊锡层与芯片封装载板表面的焊盘进行焊接，实现EMI屏蔽封装结构与芯片封装载板的电性连接、机械连接，实现EMI屏蔽。

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