前言
移動設(shè)備向著輕薄短小的方向發(fā)展，手機行業(yè)是這一方向的前鋒，從幾代iPhone的尺寸可以看出----薄，是一直努力的方向（圖1）。隨著物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴等市場興起，將這一方向推向極致。
圖1 iPhone厚度變化
手機的薄型化，得益于多方面技術(shù)的進步，包括SiP、PCB、顯示屏等技術(shù)，其中關(guān)鍵的技術(shù)之一就是EMI屏蔽技術(shù)。傳統(tǒng)的手機EMI屏蔽是采用金屬屏蔽罩，屏蔽罩在橫向上要占用寶貴的PCB面積，縱向上也要占用設(shè)備內(nèi)部的立體空間，是設(shè)備小型化的一大障礙。新的屏蔽技術(shù)——共形屏蔽（Conformal shielding），將屏蔽層和封裝完全融合在一起，模組自身就帶有屏蔽功能，芯片貼裝在PCB上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用額外的設(shè)備空間，從而解決這一難題。如圖2，iPhone 7主板上，大部分芯片都采用了Conformal shielding技術(shù)，包括WiFi/BT模組、PA模組、Memory模組等，從而實現(xiàn)了輕薄短小目標(biāo)。
圖2 iPhone7主板上采用共形屏蔽技術(shù)的模組
SiP封裝共形屏蔽
電子系統(tǒng)中的屏蔽主要兩個目的：符合EMC規(guī)范; 避免干擾。傳統(tǒng)解決方案主要是將屏蔽罩安裝在PCB上，會帶來規(guī)模產(chǎn)量的可修復(fù)性問題。 此方法也可以在SiP模組中使用，如圖3中的模組封裝，或Overmold shielding將屏蔽罩封裝在塑封體內(nèi)。 這兩種屏蔽解決方案，雖然實現(xiàn)了屏蔽罩的SiP封裝集成，但是并不能降低模組的高度，同時也會帶來工藝和成本問題。
圖3 傳統(tǒng)的屏蔽罩模組及SiP封裝內(nèi)集成（Overmolded shielding）屏蔽罩
SiP封裝的共形屏蔽，可以解決以上問題。如圖4，SiP封裝采用共形屏蔽技術(shù)，其外形與傳統(tǒng)的封裝基本一致，但與傳統(tǒng)封裝相比，不會帶來尺寸上增加。
圖4 共形屏蔽SiP封裝以及與傳統(tǒng)屏蔽罩的區(qū)別
共形屏蔽的性能
共形屏蔽實現(xiàn)了極好的屏蔽效能，在高達12GHz遠(yuǎn)場，高達6GHz近場，以及10MHz-100MHz的低頻，屏蔽效果在30dB以上。在封裝表面濺射3um的銅，如圖5實際的測量結(jié)果，可以看出共形屏蔽的出色效果。
圖5共形屏蔽的測試效果
共形屏蔽的工藝
共形屏蔽目前主流工藝有三種：電鍍，噴涂，濺射。各工藝的優(yōu)缺點對比如下表。
以濺射為例，工藝流程如下圖：
圖6 濺射工藝流程
共形屏蔽的應(yīng)用
共形屏蔽主要用于PA，WiFi/BT、Memory等SiP模組封裝上，用來隔離封裝內(nèi)部電路與外部系統(tǒng)之間的干擾，如圖7。
圖7 WiFi模組共形屏蔽結(jié)構(gòu)
對于復(fù)雜的SiP封裝，將AP/BB、Memory、WiFi/BT、FEM等集成在一起，封裝內(nèi)部各子系統(tǒng)之間也會相互干擾，需要在封裝內(nèi)部隔離。另外，由于大尺寸的SiP封裝，其Conformal Shielding結(jié)構(gòu)共振頻率較低，加上數(shù)字系統(tǒng)本身的噪聲帶寬很寬，容易在SiP內(nèi)部形成共振，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。Compartment shielding（隔室屏蔽）由Conformal shielding技術(shù)改進而來，用激光將塑封體打穿，露出封裝基板上的接地銅箔，灌入導(dǎo)電填料形成屏蔽墻，與表面的屏蔽層一起將各子系統(tǒng)完全隔離開。Compartment shielding主要用于封裝內(nèi)部的隔離。另外，其減小了各屏蔽腔的尺寸，共振頻率遠(yuǎn)高于系統(tǒng)噪聲頻率，避免了電磁共振，從而使得系統(tǒng)更穩(wěn)定。Compartment shielding典型的應(yīng)用案例就是iWatch里的S1模組，如圖8。
圖8 蘋果S1 SiP封裝 Compartment shielding結(jié)構(gòu)
總結(jié)
SiP共形屏蔽的優(yōu)點：
? 共形（Conformal）和隔室（Compartmental）屏蔽方案應(yīng)用靈活
? 最大限度減少封裝中的雜散和EMI輻射
? 最大限度減少系統(tǒng)中相鄰器件建的干擾
? 器件封裝橫向和縱向尺寸增加幾乎為零
? 節(jié)省系統(tǒng)特殊屏蔽部件的加工和組裝
? 減少設(shè)備PCB面積和空間
? 低成本
共形屏蔽技術(shù)，可以解決SiP內(nèi)部以及周圍環(huán)境之間的EMI干擾，對封裝尺寸和重量幾乎沒有影響，具有優(yōu)良的電磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金屬屏蔽罩。必將隨著SiP技術(shù)以及設(shè)備小型化需求而普及。
