CN203054227U - 一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，所述一体化芯片包括：一层或多层用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接的基板；堆叠或平面布局于所述基板上的射频、基带等实现北斗&GPS双模卫星导航功能芯片的裸片；位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的聚合物或载板；用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接的键合引线或倒装焊形成的微凸点；以及底层基板下表面的BGA焊球阵列。本实用新型将多种实现北斗&GPS双模卫星导航的功能芯片，通过一系列的基板工艺和微组装工艺集成在一个封装体内，形成一个高性能、高密度、低损耗的小型电子产品，可克服现有卫星导航产品模块尺寸大、开发难度大、功耗成本高等问题。

Description

一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片。 

背景技术

北斗卫星导航系统是拥有我国自主知识产权的全球卫星导航系统。随着北斗卫星导航系统的逐步建设完善，以北斗为核心的卫星导航、精确授时以及位置服务产业正在国民经济生活中发挥越来越重要的作用，成为至关重要的新兴产业，发展前景十分广阔。 

高性能卫星导航终端和芯片是卫星导航系统的核心，也是整个导航服务产业链的基础。目前国内北斗卫星导航的终端应用开发都具有偏向性，有的以研制射频芯片为核心，有的以基带芯片为研究核心，很少能提供自主的射频与基带处理芯片一体化解决方案，从而导致射频芯片与基带处理芯片核心算法衔接不到位，也极大地降低了模块开发的性能。同时由于目前多采用封装好的射频、基带分立芯片进行二次开发，实现北斗卫星导航功能，导致模块的尺寸、功耗、开发成本都很高，在一定程度上制约了北斗卫星导航产业的高速发展。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种射频、基带一体化的北斗卫星导航接收芯片，该结构基于系统级封装技术，将实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同芯片的裸片及元器件封装在一颗一体化芯片中，并完成内部逻辑连接和扇出接口，从而实现北斗和GPS双模卫星导航系统的接收和处理功能。 

(二)技术方案 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，包括：一层或多层基板，用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接；多种功能芯片，堆叠或平面布局于基板上，实现北斗&GPS双模卫星导航功能；聚合物或载板，位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片；键合引线或倒装焊形成的微凸点，用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接；BGA焊球阵列，分布于底层基板下表面。 

所述一层或多层基板的表面及内部设置有下列微结构：金属焊盘、倒装焊微凸点、微导线、通孔结构，基板的尺寸形状及上述微结构需根据多种功能芯片/元器件的电学连接关系进行专门设计制造；所述金属焊盘可以由铜、镍、金制成，也可由铜、镍、金的合金制成；所述一层或多层基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃为基体。 

所述多种功能芯片，是指从晶圆厂完成流片、划片工艺后未经封装的裸芯片，其上表面具有供电学连接的金属焊盘，与基板连接技术为引线键合、倒装焊。 

所述多种功能芯片，其种类包括：基带芯片、射频芯片、存储器芯片、微处理器芯片，并按照逻辑关系连接实现北斗＆GPS双模卫星导航接收处理功能；所述射频芯片可由两颗单通道射频芯片组成，也可为单颗双通道射频芯片；所述基带芯片为北斗、GPS双模卫星导航基带处理器，其内部集成了多系统并行捕获引擎、多系统兼容的相关器引擎。 

所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，还包括覆盖于所述基板上表面的塑封胶；其中，所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片的裸片、键合引线或微凸点为准；所述塑封胶由有机聚合物材料制成。 

所述多种功能芯片可以通过SOC方式，将微处理器芯片、存储芯片集成到基带芯片中，进一步简化芯片设计。 

(三)有益效果 

本实用新型与现有技术相比有以下优点： 

首先，本实用新型将射频、基带等裸芯片高度集成，形成一体化芯片解决方案，实现北斗&GPS双模卫星导航接收与处理功能，克服了传统卫星导航 模块由多颗芯片组装实现时体积大、成本高的缺点，使整个芯片的成本和体积都大大减小，并降低了用户二次开发的难度，也提高了产品的保密性。 

第二，本方案将一体化接收芯片中的各个裸芯片间的走线距离变短，更利于降低串扰，提高信号质量，并降低系统功耗，整体提高芯片的性能。 

第三，整个工艺采用的方法成本低，易于控制，便于大规模量产，并且在大规模生产下，相对传统方法可降低成本。 

在本实用新型进一步的优选实施例中，还在各功能芯片、键合引线和基板裸露焊盘上包覆有塑封胶，为功能芯片和键合引线提供机械保护及热保护，保证功能芯片间或功能芯片与基板间不会因震动等原因造成连接故障，可进一步提高产品的可靠性。 

在本实用新型进一步的优选实施例中，还包括形成于底层基板下表面焊盘结构上的球栅阵列结构(BGA，Ball Grid Array)焊球阵列，作为本实用新型芯片与其他产品连接的端口，可进一步扩展产品的应用范围。 

在本实用新型进一步的优选实施例中，基板的焊盘结构优选为导电性能良好的铜、镍或金，可方便形成焊球阵列并提高芯片间的电气连接性能。 

附图说明

图1-1是本实用新型第一实施例的结构示意图； 

图1-2是本实用新型第一实施例三维芯片封装方法的流程图； 

图1-3是本实用新型第一实施例的简化方式一； 

图1-4是本实用新型第一实施例的简化方式二； 

图1-5是本实用新型第一实施例的功能芯片设计方案一； 

图1-6是本实用新型第一实施例的功能芯片设计方案二； 

图2是本实用新型第二实施例的结构示意图； 

图3是本实用新型第三实施例的结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

第一实施例： 

在本优选实施例中，堆叠于基板上的多种功能芯片之间采用聚合物进行固定和隔离，功能芯片与基板之间通过键合引线建立电气连接。 

参照图1-1，示出了具有三维芯片布局结构的卫星导航接收芯片第一实施例的结构示意图，其包括： 

基板11：用于承载组成卫星导航接收芯片的多种功能芯片，并提供功能芯片间的电气互连；基板11可以以化合物为基体制成，也可以以陶瓷、硅或玻璃为基体制成； 

基板下表面焊盘结构12：用于形成基板下表面焊球阵列，优选采用铜、镍、金及其合金等金属组成； 

基板下表面BGA焊球阵列13：用于本实用新型卫星导航接收芯片与其他产品连接的端口； 

基板上表面焊盘结构14：用于基板上表面功能芯片的键合引线焊盘或者倒装焊微凸点； 

键合引线15：用于连接功能芯片16上的引出焊盘和基板11上分布于功能芯片16四周的基板上表面焊盘14；为提高电气性能，优选采用金属金或者铜； 

功能芯片16-1～16-3：用于实现本实用新型卫星导航接收芯片的功能，包括射频、基带、存储、微处理器等功能芯片；其中，第二层级功能芯片16-2位于第一层级功能芯片16-1之上；第三层级功能芯片16-3位于第二层级功能芯片16-2之上； 

聚合物17：位于第一层级功能芯片16-1和第二层级功能芯片16-2的上表面，用于固定和隔离上一层级功能芯片； 

所述功能芯片的设计方案可以为图1-5所示，也可以采用SOC方式进行进一步简化，如图1-6所示。 

塑封胶10：覆盖于功能芯片16-1～16-3和键合引线15之上，其高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线以及基板上表面的裸露焊盘为准；塑封胶10优选采用有机聚合物材料。 

需要说明的是，本优选实施例及其后续的二个实施例中都仅设置有一层 基板，在实际实施过程中，布局有多层功能芯片的基板上面还可以堆叠一层或多层基板(每层基板上都可以堆叠一层或多层功能芯片)，基板堆叠层次可以达到5层；其中，上下层基板之间通过垂直通孔建立电气连接。 

参照图1-2，示出了本实用新型第一实施例三维芯片封装方法的流程，具体包括： 

步骤S101：将第一层功能芯片固定到基板上预留的指定位置； 

在本优选实施例中，用贴片机将第一层级芯片表贴于基板上预留的指定位置，然后将贴装芯片后的基板高温固化，使芯片和基板之间形成稳固连接； 

步骤S102：建立所述功能芯片与基板的电气连接； 

本优选实施例中，通过引线键合机，将第一层级功能芯片的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置，实现第一层级功能芯片与基板的电气连接； 

步骤S103：在上层功能芯片的上方固定一层新的功能芯片，建立该新的功能芯片与所述基板的电气连接； 

首先，采用点胶或者涂敷等方式在当前的上层功能芯片上表面(如第一层级功能芯片上表面)形成一层聚合物；然后，在聚合物上方放置一层新的功能芯片(如第二层级功能芯片)；经固化后，通过引线键合机，将新的功能芯片(如第二层级功能芯片)的焊盘用信号线引出到基板上相应的引线焊盘位置，实现该层级功能芯片与基板的电气连接； 

步骤S104：重复执行步骤S103，实现多层级功能芯片的三维封装过程。 

考虑到本优选实施例的基板上有三层功能芯片，上述重复过程只需执行一次即可。 

在本优选实施例进一步的实施例中，为进一步增强产品的可靠性，并使得产品具有扩展功能，还可以增加下述处理流程： 

步骤S105：采用点胶或者涂敷等方式在基板上表面形成一层塑封胶，并加温固化； 

步骤S106：在基板的背面通过C4工艺回流形成BGA焊球阵列； 

步骤S107：对整个模块切片，并做相应的性能检测。 

图1-3是第一实施例的简化形式一，即采用平面布局、引线键合方式来实现本实用新型的技术方案，其中： 

101-以化合物为基体的基板，用于承载实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同功能芯片；所述功能芯片的设计方案可以为图1-5所示，也可以采用SOC方式进行进一步简化，如图1-6所示。 

102-上表面焊盘结构，一般由铜、镍、金等金属组成，用于表面分立器件和裸片的键合引线焊盘； 

103-下表面焊盘结构，一般由铜、镍、金等金属组成，用于形成背面焊球阵列； 

104-第一功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航功能芯片中的任意一种； 

105-第二功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航功能芯片中除第一功能芯片外的另外任意一种； 

106-金属引线，一般为金属金或者铜，用于连接芯片上的引出焊盘和基板上分布于芯片四周的上表面焊盘； 

107-塑封胶，一般为有机聚合物材料； 

108-背面焊球阵列BGA。 

图1-4是第一实施例的简化形式二，即只采用平面布局、倒装焊接工艺来实现本实用新型的技术方案，其中： 

101-以化合物为基体的基板，用于承载实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多种不同功能芯片的裸片；所述功能芯片的设计方案可以为图1-5所示，也可以采用SOC方式进行进一步简化，如图1-6所示。 

102-上表面微凸点结构，一般由铜、镍、金等金属组成，用于表面裸片与基板的电学连接； 

103-下表面焊盘结构，一般由铜、镍、金等金属组成，用于形成背面焊球阵列； 

104-第一功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航功能芯片中的任 意一种； 

105-第二功能芯片，可为实现北斗&GPS双模卫星导航功能芯片中除第一功能芯片外的另外任意一种； 

106-塑封胶，一般为有机聚合物材料； 

107-背面焊球阵列BGA。 

图1-5是本实用新型第一实施例的功能芯片设计方案一，卫星导航接收芯片包括基带芯片、射频芯片、存储器芯片、微处理器芯片、FLASH芯片及EEPROM芯片。其中，由两颗单通道射频芯片实现卫星信号的双通道射频接收功能，基带芯片可以实现北斗&GPS双模卫星信号的捕获和处理功能，存储器芯片用于存储接收到的卫星数据，微处理器芯片用于对接收到的卫星数据进行处理。 

图1-6是本实用新型电子产品第一实施例的功能芯片设计方案二，其采用SOC方式对设计方案一进行进一步简化，其包括双通道射频芯片、基带芯片及存储芯片。其中基带芯片中集成有ARM/MCU IP核及Memory IP核，且由一颗射频芯片实现双通道卫星信号接收功能。 

第二实施例： 

在本实施例中，每一层功能芯片以平面布局的方式固定在载板上，然后再将固定有功能芯片的载板层叠于基板之上，从而实现功能芯片的三维布局结构；其中，功能芯片与载板之间通过键合引线实现电气连接，载板的上下表面之间通过载板通孔建立电气连接，载板之间以及载板与基板之间通过载板焊球建立电气连接。 

参照图2-1，示出了本实用新型第二实施例的结构示意图，包括： 

基板21：用于承载实现北斗&GPS双模卫星导航功能的多个功能芯片，以及建立功能芯片26之间的电气互连；本实施例中，基板21选用化合物为基体制成； 

基板下表面焊盘结构22：用于形成基板下表面焊球阵列；优选采用铜、镍、金及其合金组成； 

基板下表面BGA焊球阵列23：用于本实用新型卫星导航接收芯片与其他产品连接的端口； 

载板表面焊盘结构24：用于载板上表面功能芯片的键合引线焊盘； 

键合引线25：用于连接功能芯片26上的引出焊盘和载板28上分布于功能芯片26四周的载板表面焊盘24；为提高电气性能，优选采用金属金或者铜； 

功能芯片26：用于实现本实用新型的北斗&GPS双模卫星导航功能，包括射频、基带、存储、微处理器等功能芯片；所述功能芯片的设计方案可以为图1-5所示，也可以采用SOC方式进行进一步简化，如图1-6所示。 

聚合物27：位于载板28的上表面，用于将功能芯片固定在载板28上； 

载板28：用于固定和隔离不同层级的功能芯片26，并通过载板通孔29和载板焊球29-1建立不同层级的功能芯片26之间以及功能芯片26与基板21之间的电气连接；载板28的材料可选用化合物或者硅、玻璃等； 

载板通孔29：用于载板28的上表面和下表面的垂直电气互连； 

载板焊球29-1：用于建立载板28之间以及载板28与基板21之间的垂直电气连接； 

塑封胶20：覆盖于载板28、功能芯片26和键合引线25之上，其高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线以及载板为准；塑封胶20优选采用有机聚合物材料。 

其中，本实施例的三维芯片封装方法具体包括： 

步骤S201：将第一层级功能芯片通过聚合胶粘贴到第一层载板上，然后，通过键合引线建立第一层功能芯片及其载板上表面焊盘结构的电气连接； 

步骤S202：将上述第一层载板焊接到基板上； 

其中，第一层级功能芯片通过键合引线、载板通孔、载板焊球实现与基板的电气连接； 

步骤S203：将第二层级功能芯片通过聚合胶粘贴到第二层载板上，然后，通过键合引线建立第二层级功能芯片及其载板上表面焊盘结构的电气连接； 

步骤S204：将上述第二层载板焊接到第一层载板上； 

其中，第二层级功能芯片通过键合引线、第二层载板通孔、载板焊球实 现与第一层级功能芯片和基板的电气连接； 

步骤S205：将第三层级功能芯片通过聚合胶粘贴到第三层载板上，然后，通过键合引线建立第三层级功能芯片及其载板上表面焊盘结构的电气连接； 

步骤S206：将上述第三层载板焊接到第二层载板上； 

其中，第三层级功能芯片通过键合引线、第三层载板通孔、载板焊球实现与第二层级功能芯片、第一层级功能芯片和基板的电气连接； 

步骤S207：采用点胶方式在基板上表面形成一层塑封胶，并加温固化，以保护基板上的各层级功能芯片、键合引线和载板焊球的互连结构； 

步骤S208：在基板的背面通过倒装焊方法形成BGA焊球阵列。 

第三实施例： 

在本实施例中，每一层功能芯片以平面布局的方式固定在载板上(可以在载板的上下表面均固定功能芯片)，然后再将固定有功能芯片的载板层叠于基板之上，从而实现功能芯片的三维布局结构；其中，功能芯片与载板之间通过芯片焊球实现电气连接，载板的上下表面之间通过载板通孔建立电气连接，载板之间以及载板与基板之间通过载板焊球建立电气连接。 

参照图3-1，示出了具有三维芯片布局结构的卫星导航接收芯片第三实施例的结构示意图，包括： 

基板31：用于承载组成卫星导航接收芯片的多个功能芯片，以及建立功能芯片36之间的电气互连；本优选实施例中，基板31选用化合物为基体制成； 

基板下表面焊盘结构32：用于形成基板下表面焊球阵列；优选采用铜、镍、金及其合金等金属组成； 

基板下表面BGA焊球阵列33：用于本实用新型卫星导航接收芯片与其他产品或模块连接的端口； 

功能芯片36：用于实现本实用新型卫星导航接收芯片的功能，包括射频、基带、存储、微处理器等功能芯片；所述功能芯片的设计方案可以为图1-5所示，也可以采用SOC方式进行进一步简化，如图1-6所示。 

载板38：用于固定和隔离不同层级的功能芯片36，并通过载板通孔39和载板焊球39-1建立不同层级的功能芯片36之间以及功能芯片36与基板31之间的电气连接；载板38的材料可选用化合物或者硅、玻璃等，上有重新分布层和载板通孔； 

载板通孔39：用于载板38的上表面和下表面的垂直电气互连； 

载板焊球39-1：用于建立载板38之间以及载板38与基板31之间的垂直电气连接； 

芯片焊球36-1：用于将功能芯片36固定在载板38上，并建立载板38与功能芯片36之间的电气连接；其中，功能芯片36既可以固定在载板38的上表面，也可以固定在载板38的下表面，或同时固定在载板38的上下表面； 

塑封胶30：覆盖于载板38、功能芯片36之上，其高度和面积以包覆所有的功能芯片和载板为准；塑封胶30优选采用有机聚合物材料。 

其中，本优选实施例卫星导航接收芯片的三维芯片封装方法具体包括： 

步骤S301：将第一层级功能芯片和第二层级功能芯片分别焊接到第一层载板的下表面和上表面； 

第一层级功能芯片和第二层级功能芯片通过芯片焊球实现与第一层载板的电气连接；并通过第一层载板实现第一层级功能芯片和第二层级功能芯片之间的电气连接； 

步骤S302：将上述第一层载板焊接到基板上； 

其中，第一层级功能芯片和第二层级功能芯片通过芯片焊球、载板通孔、载板焊球实现与基板的电气连接； 

步骤S303：将第三层级功能芯片焊接到第二层载板上； 

其中，第三层级功能芯片通过芯片焊球实现与第二层载板的电气连接； 

步骤S304：将上述第二层载板焊接到第一层载板上； 

其中，第三层级功能芯片通过芯片焊球、载板通孔、载板焊球实现与第一层级功能芯片、第二层级功能芯片以及基板的电气连接； 

步骤S305：将第四层级功能芯片焊接到第三层载板上； 

其中，第四层级功能芯片通过芯片焊球实现与第三层载板的电气连接； 

步骤S306：将上述第三层载板焊接到第二层载板上； 

其中，第四层级功能芯片通过芯片焊球、载板通孔、载板焊球实现与第三层级功能芯片、第二层级功能芯片、第一层级功能芯片以及基板的电气连接； 

步骤S307：采用涂敷方式在基板上表面形成一层塑封胶，以保护基板上的各层级功能芯片、芯片焊球和载板焊球的互连结构； 

步骤S308：在基板的背面通过倒装焊方法形成BGA焊球阵列。 

对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。 

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。 

对本实用新型公开的一种射频、基带一体化卫星导航接收芯片，文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，包括： 

一层或多层基板，用于支撑功能芯片以及实现功能芯片间电气连接； 

多种功能芯片，堆叠或平面布局于基板上，实现北斗＆GPS双模卫星导航功能； 

聚合物或载板，位于上下层功能芯片之间，用于固定和隔离上下层功能芯片的裸片； 

键合引线或倒装焊形成的微凸点，用于实现所述功能芯片之间以及所述功能芯片与基板之间电气连接； 

BGA焊球阵列，分布于底层基板下表面。 

2.根据权利要求1所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述一层或多层基板的表面及内部设置有下列微结构：金属焊盘、倒装焊微凸点、微导线、通孔结构，基板的尺寸形状及上述微结构需根据多种功能芯片/元器件的电学连接关系进行专门设计制造。 

3.根据权利要求1所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述多种功能芯片，是指从晶圆厂完成流片、划片工艺后未经封装的裸芯片，其上表面具有供电学连接的金属焊盘，与基板连接技术为引线键合、倒装焊。 

4.根据权利要求1所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述多种功能芯片，其种类包括：基带芯片、射频芯片、存储器芯片、微处理器芯片，并按照逻辑关系连接实现北斗&GPS双模卫星导航接收处理功能。 

5.根据权利要求1所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，还包括覆盖于所述基板上表面的塑封胶；其中，所述塑封胶的高度和面积以包覆所有的功能芯片、键合引线或微凸点为准；所述塑封胶由有机聚合物材料制成。 

6.根据权利要求1所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述一层或多层基板以化合物、陶瓷、硅或玻璃为基体。 

7.根据权利要求2所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特 征在于：所述金属焊盘可以由铜、镍、金制成，也可由铜、镍、金的合金制成。 

8.根据权利要求4所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述射频芯片可由两颗单通道射频芯片组成，也可为单颗双通道射频芯片。 

9.根据权利要求4所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征在于，所述基带芯片为北斗、GPS双模卫星导航基带处理器，其内部集成了多系统并行捕获引擎、多系统兼容的相关器引擎。 

10.根据权利要求4所述的射频、基带一体化的卫星导航接收芯片，其特征还在于，所述多种功能芯片可以通过SOC方式，将微处理器芯片、存储芯片集成到基带芯片中，进一步简化芯片设计。 

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