CN116936562B - 一种芯片封装结构、WiFi6芯片以及物联网设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种芯片封装结构、WiFi6芯片以及物联网设备，涉及芯片封装技术领域，以提高芯片隔离度。所述芯片封装结构包括：裸片以及分别设置在裸片四个顶角区域的功能性模块。功能性模块至少包括：射频模块、电源管理模块、高频晶体模块和高速信号模块。射频模块设置在裸片的第一顶角区域，电源管理模块设置在裸片的第二顶角区域，第一顶角区域与第二顶角区域分别位于裸片的目标对角线的两端；目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度。高频晶体模块靠近第三顶角区域设置，且高频晶体模块的管脚与射频模块的管脚垂直设置，高速信号模块靠近第四顶角区域设置，且高速信号模块的管脚与射频模块的管脚平行设置。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种芯片封装结构、WiFi6芯片以及物联网设备。
背景技术
万物互联时代，无线局域网络（Wireless Local Area Network，WLAN)广泛应用于日常生活，与每个个人、家庭以及企业等息息相关，其中WiFi6 路由（Access Point，AP）也已经走进每一个家庭或企业中，物联网（Internet of Things，简称IoT）类终端设备也层出不穷。
由于消费者对网络速率、延时、网络体验等需求越来越高，从而对无线通信设备的要求日益渐高，其中无线通信芯片的射频（Radio Frequency，RF）性能最为关键。目前终端IoT类WiFi6芯片市场竞争激烈，裸片（die size）尺寸和封装小型化成为成本控制的一个主要方向，由于封装小型化的趋势，裸片的物理空间减小，集成电路的引脚可能会变成具有天线特性的辐射干扰源，从而影响芯片的RF性能，甚至导致芯片的RF性能不稳定或者变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片封装结构、WiFi6芯片以及物联网设备，用于解决集成电路的引脚可能会变成具有天线特性的辐射干扰源，从而影响芯片的RF性能，甚至导致芯片的RF性能不稳定或者变差的技术问题。
第一方面，本发明提供一种芯片封装结构，包括：裸片以及分别设置在裸片四个顶角区域的功能性模块。功能性模块至少包括：射频模块、电源管理模块、高频晶体模块和高速信号模块。射频模块设置在裸片的第一顶角区域，电源管理模块设置在裸片的第二顶角区域，第一顶角区域与第二顶角区域分别位于裸片的目标对角线的两端；所述目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度。高频晶体模块靠近第三顶角区域设置，且高频晶体模块的管脚与射频模块的管脚垂直设置，高速信号模块靠近第四顶角区域设置，且高速信号模块的管脚与射频模块的管脚平行设置。
与现有技术相比，本发明提供的芯片封装结构中，射频模块设置在裸片的第一顶角区域，电源管理模块设置在裸片的第二顶角区域，第一顶角区域与第二顶角区域分别位于裸片的目标对角线的两端，且目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度，使得射频模块可以最大程度的远离电源管理模块，从而提高电源管理模块和射频模块的隔离度。高频晶体模块靠近第三顶角区域设置，且高频晶体模块的管脚与射频模块的管脚垂直设置，从而在利用打线对高频晶体模块的管脚以及射频模块的管脚进行封装时，使得高频晶体模块的管脚与射频模块的管脚垂直，同时，高频晶体模块的打线也能够与射频模块的打线垂直，同样能够在一定程度上提高高频晶体模块与射频模块的隔离度。此外，高速信号模块靠近第四顶角区域设置，且高速信号模块的管脚与射频模块的管脚平行设置，基于此，高速信号模块也能够最大程度的远离高频晶体模块，继而提高高速信号模块和高频晶体模块的隔离度。由此可知，本发明提供的芯片封装结构通过对功能性模块的布局设置，能够最大程度的提高射频模块与电源管理模块之间的隔离度、射频模块与高频晶体模块之间的隔离度，以及高频晶体模块和高速信号模块之间的隔离度，使得在裸片的尺寸趋于小型化时，最大程度的避免管脚之间的辐射干扰，最终提高芯片的RF性能。
在一种可选方式中，所述芯片封装结构还包括设置于所述裸片上的多个通用输入输出模块，多个所述通用输入输出模块依次沿所述裸片的外沿排布，且分别设置在每两个所述功能性模块的管脚之间。
在一种可选方式中，所述通用输入输出模块的数量为四个，第一通用输入输出模块设置于所述射频模块与所述高频晶体模块之间，第二通用输入输出模块设置于所述高频晶体模块与所述电源管理模块之间，第三通用输入输出模块设置于所述电源管理模块与所述高速信号模块之间，第四通用输入输出模块设置于所述高速信号模块与所述射频模块之间。
在一种可选方式中，所述裸片的形状为矩形。
在一种可选方式中，所述射频模块的管脚至少包括射频输入输出管脚，所述射频输入输出管脚靠近所述第一顶角区域排布，且设置于所述第一顶角区域和所述第三顶角区域共用的第一边沿。所述高频晶体模块的管脚包括两个时钟管脚，两个所述时钟管脚均靠近所述第三顶角区域排布，且均设置于所述第二顶角区域与所述第三顶角区域共用的第二边沿。
在一种可选方式中，所述射频模块的管脚还包括四个射频电源管脚，四个所述电源管脚均靠近所述射频输入输出管脚排布，且分别设置在所述第一边沿，以及第一顶角区域和第四顶角区域共用的第三边沿。
在一种可选方式中，所述电源管理模块的管脚包括五个电源管理管脚，五个所述电源管理管脚均靠近所述第二顶角区域排布，且分别设置在所述第二边沿，以及所述第二顶角区域和所述第四顶角区域共用的第四边沿。
在一种可选方式中，所述高速信号模块的管脚包括多个数据通路管脚，多个所述数据通路管脚均靠近所述第四顶角区域，且分别设置在所述第二顶角区域和所述第四顶角区域共用的第四边沿。
第二方面，本发明还提供一种WiFi6芯片，所述WiFi6芯片应用上述第一方面技术方案所述的芯片封装结构进行封装。
与现有技术相比，本发明提供的WiFi6芯片的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的芯片封装结构的有益效果相同，此处不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种物联网设备，所述物联网设备包括上述第二方面技术方案所述的WiFi6芯片。
与现有技术相比，本发明提供的物联网设备的有益效果与第二方面的实现方式描述的WiFi6芯片的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种芯片封装的结构示意图；
图2为本发明实施例中另一种芯片封装的结构示意图。
附图标记：
1-裸片， 2-射频模块，
3-电源管理模块， 4-高频晶体模块，
5-高速信号模块， 6-通用输入输出模块，
11-第一顶角区域， 12-第二顶角区域，
13-第三顶角区域， 14-第四顶角区域，
15-第一边沿， 16-第二边沿，
17-第三边沿， 18-第四边沿。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
电磁干扰可以分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰指的是利用导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络中。而辐射干扰指的是干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络上。
因此，随着芯片封装小型化的趋势，裸片的物理空间减小，在芯片管脚布局设计中，集成电路的引脚可能会变成具有天线特性的辐射干扰源，从而发射出电磁波并影响其他系统中或者本系统内部的其他子系统的正常工作，进而影响芯片的RF性能，甚至导致芯片的RF性能不稳定或者变差。
为了解决上述技术问题，图1示例出了本发明实施例提供的一种芯片封装的结构示意图，如图1所示，芯片封装结构包括：裸片1以及分别设置在裸片1四个顶角区域的功能性模块。功能性模块至少包括：射频模块2、电源管理模块3、高频晶体模块4和高速信号模块5。射频模块2设置在裸片1的第一顶角区域11，电源管理模块3设置在裸片1的第二顶角区域12，第一顶角区域11与第二顶角区域12分别位于裸片1的目标对角线的两端；目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度。高频晶体模块4靠近第三顶角区域13设置，且高频晶体模块4的管脚与射频模块2的管脚垂直设置，高速信号模块5靠近第四顶角区域14设置，且高速信号模块5的管脚与射频模块2的管脚平行设置。
采用上述技术方案的情况下，射频模块2设置在裸片1的第一顶角区域11，电源管理模块3设置在裸片1的第二顶角区域12，第一顶角区域11与第二顶角区域12分别位于裸片1的目标对角线的两端，且目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度，使得射频模块2可以最大程度的远离电源管理模块3，从而提高电源管理模块3和射频模块2的隔离度。高频晶体模块4靠近第三顶角区域13设置，且高频晶体模块4的管脚与射频模块2的管脚垂直设置，从而在利用打线对高频晶体模块4的管脚以及射频模块2的管脚进行封装时，使得高频晶体模块4的管脚与射频模块2的管脚垂直，同时，高频晶体模块4的打线也能够与射频模块2的打线垂直，同样能够在一定程度上提高高频晶体模块4与射频模块2的隔离度。此外，高速信号模块5靠近第四顶角区域14设置，且高速信号模块5的管脚与射频模块2的管脚平行设置，基于此，高速信号模块5也能够最大程度的远离高频晶体模块4，继而提高高速信号模块5和高频晶体模块4的隔离度。由此可知，本发明实施例提供的芯片封装结构通过对功能性模块进行位置排布，以最大程度的提高射频模块2与电源管理模块3之间的隔离度、射频模块2与高频晶体模块4之间的隔离度，以及高频晶体模块4和高速信号模块5之间的隔离度，使得在裸片1的尺寸趋于小型化时，最大程度的避免管脚之间的辐射干扰，最终提高芯片的RF性能。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，芯片封装结构还包括设置于裸片1上的多个通用输入输出模块6，多个通用输入输出模块6沿裸片1的外沿依次排布，且分别设置在每两个功能性模块的管脚之间。
具体的，如图1所示，通用输入输出模块6的数量为四个，第一通用输入输出模块设置于射频模块2与高频晶体模块4之间，第二通用输入输出模块设置于高频晶体模块4与电源管理模块3之间，第三通用输入输出模块设置于电源管理模块3与高速信号模块5之间，第四通用输入输出模块设置于高速信号模块5与射频模块2之间。
可以理解的是，通用输入输出模块6实际为GPIO模块，GPIO模块的数量可以根据实际需求和应用场景进行设置，同样的，GPIO模块的管脚数量也可以根据实际需求和应用场景进行具体设置。基于此，将GPIO模块沿裸片1的外沿，依次设置在每两个功能性模块之间，可以起到隔离的作用，以进一步提高各个功能性模块之间的隔离度。
在一种可能的实现方式中，裸片1的形状为矩形。示例性的，当裸片1的形状为矩形时，裸片1具有两条等长的对角线，则目标对角线可以为其中任一对角线。
图2示例出了另一种芯片封装的结构示意图，如图2所示，射频模块2的管脚至少包括射频输入输出管脚，射频输入输出管脚靠近第一顶角区域11排布，且设置于第一顶角区域11和第三顶角区域13共用的第一边沿15。高频晶体模块4的管脚包括两个时钟管脚，两个时钟管脚均靠近第三顶角区域13排布，且均设置于第二顶角区域12与第三顶角区域13共用的第二边沿16。
在一个实施例中，射频模块2的管脚还包括四个射频电源管脚，四个电源管脚均靠近射频输入输出管脚排布，且分别设置在第一边沿15，以及第一顶角区域11和第四顶角区域14共用的第三边沿17。
在本申请中，射频模块2实际为无线通信芯片的射频通道和相关供电电源，包括1个射频输入输出管脚RFIO，以及4个电源管脚，4个电源管脚分别是芯片模拟电路的供电电压管脚AVDD，AVDD_TRX、AVDD_SX 以及AVDD_PA。
具体的，在对射频模块2的5个管脚进行设置时，可以将AVDD_TRX 以及AVDD_SX作为第一组电源管脚，将AVDD_PA以及AVDD作为第二组电源管脚，在将射频输入输出管脚RFIO设置在第一顶角区域11的第一边沿15后，基于射频输入输出管脚RFIO的具体位置，可以将第一组电源管脚设置在紧靠射频输入输出管脚RFIO的第一边沿15，将第二组电源管脚设置在紧靠射频输入输出管脚RFIO的第三边沿17，实际中，第一组电源管脚和第二组电源管脚的位置可以相互交换，即将第一组电源管脚设置在第三边沿17，将第二组电源管脚设置在第一边沿15，本发明实施例对此不做具体限定。
高频晶体模块4实际为无线通信芯片系统的源时钟模块，包括两个时钟管脚，XIN和XOUT，且时钟管脚XIN和时钟管脚XOUT均设置在第二边沿16，使得时钟管脚XIN和时钟管脚XOUT可以与射频输入输出管脚RFIO相互垂直。
在一个实施例中，电源管理模块3的管脚包括五个电源管理管脚，五个电源管理管脚均靠近第二顶角区域12排布，且分别设置在第二边沿16，以及第二顶角区域12和第四顶角区域14共用的第四边沿18。
具体的，电源管理模块3实际为无线通信芯片系统的供电电源管理单元（PowerManagement Unit，PMU），包括直流-直流转换器（DC-to-DC converter，DCDC）或者稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）等，具有五个电源管理管脚，分别是VDD、BUCK_LX、BUCK_OUT、CLDO 和PMU_EN，其中，VDD和BUCK_LX设置在第三顶角区域13的第四边沿18，PMU_EN、CLDO和BUCK_OUT依次设置在第三顶角区域13的第三边沿17，使得电源管理管脚BUCK_LX可以最大程度的远离射频输入输出管脚RFIO。
在一个实施例中，高速信号模块5的管脚包括多个数据通路管脚，多个数据通路管脚均靠近第四顶角区域14，且分别设置在第二顶角区域12和第四顶角区域14共用的第四边沿18。
在本申请中，高速信号模块5实际为无线通信芯片系统的数据通路接口，可以包括安全数字输入输出（Secure Digital Input and Output，SDIO）、通用串行总线（UniversalSerial Bus，USB）接口或者高速串行计算机扩展总线（Peripheral ComponentInterconnect Express，PCIE）接口。
具体的，当包括SDIO接口时，SDIO2.0接口具有6个管脚，分别是SDIO_CMD、SDIO_CLK、SDIO_D0、SDIO_D1、SDIO_D2和SDIO_D3。当包括USB接口时，USB2.0接口具有2个管脚，分别是USB_DM和USB_DP。当包括PCIE接口时，PCIE2.0接口具有6个管脚，分别是PCIE_CKP、PCIE_CKN、PCIE_TXP、PCIE_TXN、PCIE_RXP和PCIE_RXN。高速信号模块5的管脚均设置在第四顶角区域14的第四边沿18，使得高速信号模块5的管脚可以平行于射频输入输出管脚RFIO。
由此，当应用本发明实施例提供的芯片封装结构时，高频晶体模块4和射频输入输出管脚RFIO之间的隔离度可以达到70dB（分贝）左右，电源管理模块3的电源管理管脚BUCK_LX与射频输入输出管脚RFIO之间的隔离度可以达到85 dB，由于提高了功能性模块之间的隔离度，可以在一定程度上确保无线通信芯片的RF性能优异且稳定，不会出现通信卡顿的问题，提高了网络体验好，并且无线通信芯片的最小接收灵敏度能够达到-100dBm（分贝毫瓦），与现有技术相比，通信距离更远，覆盖范围也更广。
本发明实施例还提供一种WiFi6芯片，所述WiFi6芯片应用上述实施例中技术方案所述的芯片封装结构进行封装。
与现有技术相比，本发明实施例提供的WiFi6芯片的有益效果与上述实施例中描述的芯片封装结构的有益效果相同，此处不做赘述。
本发明实施例还提供一种物联网设备，所述物联网设备包括上述实施例中所述的WiFi6芯片。
与现有技术相比，本发明实施例提供的物联网设备的有益效果与上述实施例中描述的WiFi6芯片的有益效果相同，此处不做赘述。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括：裸片以及分别设置在所述裸片四个顶角区域的功能性模块；所述功能性模块至少包括：射频模块、电源管理模块、高频晶体模块和高速信号模块；
所述射频模块设置在所述裸片的第一顶角区域，所述电源管理模块设置在所述裸片的第二顶角区域，所述第一顶角区域与所述第二顶角区域分别位于所述裸片的目标对角线的两端，所述目标对角线的长度大于或者等于其他任一对角线的长度；
所述高频晶体模块靠近第三顶角区域设置，且所述高频晶体模块的管脚与所述射频模块的管脚垂直设置，所述高速信号模块靠近第四顶角区域设置，且所述高速信号模块的管脚与所述射频模块的管脚平行设置。
2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片封装结构还包括设置于所述裸片上的多个通用输入输出模块，多个所述通用输入输出模块沿所述裸片的外沿依次排布，且分别设置在每两个所述功能性模块的管脚之间。
3.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述通用输入输出模块的数量为四个，第一通用输入输出模块设置于所述射频模块与所述高频晶体模块之间，第二通用输入输出模块设置于所述高频晶体模块与所述电源管理模块之间，第三通用输入输出模块设置于所述电源管理模块与所述高速信号模块之间，第四通用输入输出模块设置于所述高速信号模块与所述射频模块之间。
4.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述裸片的形状为矩形。
5.根据权利要求4所述的芯片封装结构，其特征在于，所述射频模块的管脚至少包括射频输入输出管脚，所述射频输入输出管脚靠近所述第一顶角区域排布，且设置于所述第一顶角区域和所述第三顶角区域共用的第一边沿；
所述高频晶体模块的管脚包括两个时钟管脚，两个所述时钟管脚均靠近所述第三顶角区域排布，且均设置于所述第二顶角区域与所述第三顶角区域共用的第二边沿。
6.根据权利要求5所述的芯片封装结构，其特征在于，所述射频模块的管脚还包括四个射频电源管脚，四个所述电源管脚均靠近所述射频输入输出管脚排布，且分别设置在所述第一边沿，以及第一顶角区域和第四顶角区域共用的第三边沿。
7.根据权利要求5所述的芯片封装结构，其特征在于，所述电源管理模块的管脚包括五个电源管理管脚，五个所述电源管理管脚均靠近所述第二顶角区域排布，且分别设置在所述第二边沿，以及所述第二顶角区域和所述第四顶角区域共用的第四边沿。
8.根据权利要求4所述的芯片封装结构，其特征在于，所述高速信号模块的管脚包括多个数据通路管脚，多个所述数据通路管脚均靠近所述第四顶角区域，且分别设置在所述第二顶角区域和所述第四顶角区域共用的第四边沿。
9.一种WiFi6芯片，其特征在于，所述WiFi6芯片应用如权利要求1~8任一项所述的芯片封装结构进行封装。
10.一种物联网设备，其特征在于，所述物联网设备包括权利要求9所述的WiFi6芯片。
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