SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解析
前 言
移动设备向着轻薄短小的方向发展，手机行业是这一方向的前锋，从几代iphone的尺寸可以看出----薄，是一直演进的方向（图1）。随着物联网、可穿戴等市场兴起，将这一方向推向极致。
图1iphone厚度变化
手机的薄型化，得益于多方面技术的进步，包括sip、pcb、显示屏等技术，其中关键的技术之一就是emi屏蔽技术。传统的手机emi屏蔽是采用金属屏蔽罩，屏蔽罩在横向上要占用宝贵的pcb面积，纵向上也要占用设备内部的立体空间，是设备小型化的一大障碍。新的屏蔽技术——共形屏蔽（conformal shielding），将屏蔽层和封装完全融合在一起，模组自身就带有屏蔽功能，芯片贴装在pcb上后，不再需要外加屏蔽罩，不占用额外的设备空间，从而解决这一难题。如图2，iphone 7主板上，大部分芯片都采用了conformal shielding技术，包括wifi/bt、pa、memory等模组，达到高度集成且轻薄短小的目的。
图2iphone7主板上采用共形屏蔽技术的模组
sip封装共形屏蔽 电子系统中的屏蔽主要两个目的：符合emc规范；避免干扰。传统解决方案主要是将屏蔽罩安装在pcb上，会带来规模产量的可修复性问题。 此方法也可以在sip模组中使用，如图3中的模组封装，或overmolded shielding将屏蔽罩封装在塑封体内。 这两种屏蔽解决方案，虽然实现了屏蔽罩的sip封装集成，但是并未降低模组的高度，同时也会带来工艺和成本问题。
图3传统的屏蔽罩模组及sip封装内集成（overmolded shielding）屏蔽罩
sip封装的共形屏蔽，可以解决以上问题。如图4，sip封装采用共形屏蔽技术，其外形与封装一致，不增额外尺寸。
图4共形屏蔽sip封装以及与传统屏蔽罩的区别
共形屏蔽的性能 共形屏蔽实现了极好的屏蔽效果，在远场高达12ghz，近场高达6ghz，以及10mhz-100mhz的低频，屏蔽效果在30db以上。如图5，从sip封装实际测量结果，可以看出共形屏蔽的出色效果。
图5共形屏蔽的测试效果
共形屏蔽的工艺 共形屏蔽目前主流工艺有三种：电镀，喷涂，溅射。各工艺的优缺点对比如下表：
以溅射为例，工艺流程如图6：
图6共形屏蔽的溅射工艺流程
共形屏蔽的应用 共形屏蔽主要用于pa，wifi/bt、memory等sip模组封装上，用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰，如图7。
图7 wifi模组共形屏蔽结构
对于复杂的sip封装，将ap/bb、memory、wifi/bt、fem等集成在一起，封装内部各子系统之间也会相互干扰，需要在封装内部隔离。另外，对于大尺寸的sip封装，其整个屏蔽结构的电磁谐振频率较低，加上数字系统本身的噪声带宽很宽，容易在sip内部形成共振，导致系统无法正常工作。
compartment shielding（划区屏蔽）除了可用于封装外部屏蔽，还可以对封装内部各子系统模块间实现隔离。其由conformal shielding技术改进而来，用激光打穿塑封体，露出封装基板上的接地铜箔，灌入导电填料形成屏蔽墙，并与封装表面的共形屏蔽层一起将各子系统完全隔离开。另外，划区屏蔽将屏蔽腔划分成小腔体，减小了屏蔽腔的尺寸，其谐振频率远高于系统噪声频率，避免了电磁共振，从而使得系统更稳定。compartment shielding典型的应用案例就是iwatch里的s1模组，如图8。
图8苹果s1 sip封装compartment shielding结构
总结sip共形屏蔽的优点： 共形（conformal）和划区（compartmental）屏蔽方案应用灵活广泛：
最大限度减少封装中的杂散和emi辐射
最大限度减少系统中相邻器件间的干扰
器件封装横向和纵向尺寸增加几乎为零
节省系统特殊屏蔽部件的加工和组装成本
节省pcb面积和设备内部空间
共形屏蔽技术，可以解决sip内部以及周围环境之间的emi干扰，对封装尺寸和重量几乎没有影响，具有优良的电磁屏蔽性能，可以取代大尺寸的金属屏蔽罩。必将随着sip技术以及设备小型化需求而普及。
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图2iphone7主板上采用共形屏蔽技术的模组
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图3传统的屏蔽罩模组及sip封装内集成（overmolded shielding）屏蔽罩
sip封装的共形屏蔽，可以解决以上问题。如图4，sip封装采用共形屏蔽技术，其外形与封装一致，不增额外尺寸。
图4共形屏蔽sip封装以及与传统屏蔽罩的区别
共形屏蔽的性能 共形屏蔽实现了极好的屏蔽效果，在远场高达12ghz，近场高达6ghz，以及10mhz-100mhz的低频，屏蔽效果在30db以上。如图5，从sip封装实际测量结果，可以看出共形屏蔽的出色效果。
图5共形屏蔽的测试效果
共形屏蔽的工艺 共形屏蔽目前主流工艺有三种：电镀，喷涂，溅射。各工艺的优缺点对比如下表：
以溅射为例，工艺流程如图6：
图6共形屏蔽的溅射工艺流程
共形屏蔽的应用 共形屏蔽主要用于pa，wifi/bt、memory等sip模组封装上，用来隔离封装内部电路与外部系统之间的干扰，如图7。
图7 wifi模组共形屏蔽结构
对于复杂的sip封装，将ap/bb、memory、wifi/bt、fem等集成在一起，封装内部各子系统之间也会相互干扰，需要在封装内部隔离。另外，对于大尺寸的sip封装，其整个屏蔽结构的电磁谐振频率较低，加上数字系统本身的噪声带宽很宽，容易在sip内部形成共振，导致系统无法正常工作。
compartment shielding（划区屏蔽）除了可用于封装外部屏蔽，还可以对封装内部各子系统模块间实现隔离。其由conformal shielding技术改进而来，用激光打穿塑封体，露出封装基板上的接地铜箔，灌入导电填料形成屏蔽墙，并与封装表面的共形屏蔽层一起将各子系统完全隔离开。另外，划区屏蔽将屏蔽腔划分成小腔体，减小了屏蔽腔的尺寸，其谐振频率远高于系统噪声频率，避免了电磁共振，从而使得系统更稳定。compartment shielding典型的应用案例就是iwatch里的s1模组，如图8。
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