電子元件的封裝及其制造方法

專利名稱：電子元件的封裝及其制造方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種電子元件的封裝及制造該封裝的方法。更具體地， 木發明涉及種微波或毫米波無線電設備(例如微波電路和芯片)的封裝，以 及制造該封裝的方法。
背景技術：
微波和毫米波產品，例如運動探測器，在家庭和工業應用中是司空見慣的。 微波能量具有許多其它類型的應用。例如，微波能量用于雷達、無線電廣播和 電視、氣象學、衛星通信、遙測、以及移動電話，僅舉幾例。
在使用平面電路方法的微波和毫米波產品的制造過程中，封裝過程非常關 鍵，因為它影響產品的特性，例如產品的成本、產品的性能、產品的重量以及 產品的適用性。
傳統地，由于微波和毫米波信號的敏感特性，在封裝微波或毫米波電路時 需要將電路板安裝到屏蔽腔內，為了防止信號受到周圍信號或噪聲的干擾，例 如從鄰近的電子器件發射的信號，舉例來說，使用相同或相近頻帶以傳《信 信息的無繩電話。這-一措施致使包括電路板和罩住電路板的空腔在內的微波或 毫米波模塊的整體結構變得復雜，并因此增加制造成本。
因此，提供用于向微波電路提供電磁屏蔽的封裝以及第隨該封裝的方法將 會是有利的，該封裝可以避免在微波電路附近的外界信號和噪聲的干擾，也可
以簡化制造禾Mi^。

發明內容
公開了一種向微波電路提供電磁屏蔽的封裝。該封裝包括頂板，其具有上 表面、與該上表面相對的下表面以及連接該上表面和該下表面的側表面，以及 底板，其具有附著在該頂板的該下表面h的上表面、與該上表面相對的下表面 以及連接該上表面和該下表面的外部側表面。該頂板還包括在其中形成的接地層以及形成在該頂板的該側表面上的第一金屬涂層。該底板包括從該底板的該 上表面朝著該底板的該下表面延伸的內部側表面以及連接該內部側表面的內部 下表面。該內部側表面和該內部下表面在該底板內形成用于容納該微波電路的 空腔。該底板還包括形成在該底板的該外部側表面上的第二金屬涂層和形成在 該底板的該下表面上的第三金屬涂層。該接地層、該第一金屬涂層、該第二金 屬涂層和該第三金屬涂層電耦合以向微波電路提供電屏蔽。
公開了一種向微波電路提供電磁屏蔽的封裝的制造方法。該方法包括如下 步驟提供頂板，該頂板具有上表面、與該上表面相對的下表面以及連接該上 表面和該下表面的側表面；在頂板內形成接地層；在該頂板的該側表面上形成 第一金屬涂層，該第一金屬涂層與該接地層電耦合；提供底板，該底板具有上 表面、與該上表面相對的下表面以及連接該上表面和該下表面的外部側表面； 形成用于容納該微波電路的空腔，該空腔從底板的該上表面朝著該底板的該下 表面延伸，從而提供與該底板的該外部側表面相對的內部側表面以及連接該內 部側表面的內部下表面；在該底板的該外部側表面上形成第二金屬涂層，該第 二金屬涂層與該第一金屬涂層電耦合；在該底板的該下表面上形成第三金屬涂 層，該第三金屬涂層與該第二金屬涂層電耦合；并將該頂板的該下表面附著至 該底板的該上表面。


ilil參考如下的正文和附圖，本發明的這些和其他特征、益處、優勢將變
得顯而易見，在附圖中相同的附圖標記涉及相同的結構，其中
附圖1是根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽的 封裝的分解透視附圖2是如附圖1所示的根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路 提供電磁屏蔽的封裝的頂板和底板的懶早透視亂
附圖3是如附圖1所示的根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路 提供電磁屏蔽的封裝的截面附圖4是根據本發明的另一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽 的封裝的分解透視圖，其中該封裝包括配置在該封裝的該頂板和該底板之間的 連接層；
5附圖5是根據本發明的再一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽
的封裝的截面圖，其中該封裝包括在其上安裝有該底板的基板；
附圖6是根據本發明的再一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽
的封裝的截面圖，其中封裝包括由混合材料制成并在其上安裝有該底板的基板，
該底板包括附加的內涂層和安裝在該基板上的附加電路；
附圖7是根據本發明的再一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽 的封裝的分解透視圖，其中該封裝包括用于微波電路的微波隧道和直流隧道； 以及
附圖8是根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽的 封裝的最終產品的透視圖。
具體實施例方式
測每在下文中結合附圖詳細描述本發明，其示出本發明的示例實施例。然 而，本發明可以多種不同的形式體現并且不應解釋為限于這里所闡述的實施方 式。相同的數字始終4樣相同的組成部分。具體地，將結合微波產品，例如微 波爐或微波通信終端，對根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路提供 電磁屏蔽的封裝進行描述。然而，應該承認的是，該封裝適用于任何需要電磁 屏蔽的適當情況。
將參照圖1-3對根據本發明一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏 蔽的封裝的基本構皿行描述。
圖1是根據本發明的一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏蔽的封 裝的分解透視圖。總體上，封裝1000包括頂板100、附著在頂板上的底板200 以及布置在形成于底板200內的空腔210 (后面結合圖3進行描述)內的微波電 路300。圖2是在底板內形成空腔之前封裝1000的頂板100以及底板200的分 解透視圖。總體上，頂板100和底板200的外部輪廓是相互互補的，從而在相 互附著之后提供一個緊密的、整體的以及連續的模塊。圖3是如圖1所示的該 封裝的截面圖。
如圖2所示，頂板100包括上表面101、與上表面101相對的下表面102、 以及連接上表面101和下表面102的側表面103。底板200包括在其上安裝頂板 100的上表面201、與上表面201相對的下表面202、以及連接上表面201和下表面202的外部側表面203。在一個實施方式中，頂板100的側表面103和底板 200的外部側表面203是相互平齊的，以提供該封裝的整體的和連續的外部輪 廓。頂板100可以直接安裝在底板200上，或利用布置在頂板和底板之間的一 個或多個中間層而安裝在底板200上。頂板100或底板200可以具有任何適當 的開別犬和輪廓，例如塊或柱體。
空腔210形成于底板內以容納微波產品的所有必需的電氣和/或電子元件， 包括電路300。空腔210可以通過現有技術中任何適當的已知工藝和方法形成， 如蝕刻和焊接。如圖3所示，空腔210從底板200的上表面201向下表面202 延伸而形成。據此，底板200形成有內部側表面204以及內部下表面205，從而 限定了空腔210的開別犬和結構。據此，形成圍繞電氣元件的框架220。
空腔210可以采用任何適當形狀和輪廓，其取決于該封裝的特定應用的需 要。例如，如圖1所示，空腔210是形成于底板200內的正方形的內部空間， 具有平行于外部側表面203的內部側表面204和平行于外部下表面202的內部 下表面205。在這種情況下，空腔210的體積可以用圖1所示的幾何參數H和W 定義，其中H是空腔201從上表面201延伸至內部下表面205的高度以及W是圍 繞空腔210的框架220的厚度。根據，的構造，可以確保微波產品的電氣元 件，例如微波電路，由頂板100和底板200形成的封裝所包圍和保護。
此外，如圖3所示，為了向微波電路300提供電磁屏蔽，頂板100還具有 在頂板100內形成的接地層104以及在頂板100的側表面103上形成的第一金 屬涂層105，并且底板200還具有在底板200的外部側表面203上形成的第二金 屬涂層206以及在底板200的下表面202上形成的第三金屬涂層207。接地層 104、第一金屬涂層105、第二金屬涂層206和第三金屬涂層207電耦合在一起 以向布置在空腔210內的微波電路300提供電磁屏蔽。
接地層104、第一金屬涂層105、第二金屬涂層206和第三金屬涂層207可 以具有任何適當的形狀或輪廓來實現電磁屏蔽功能，只要它們電耦合在一起向 微波電路提供電磁屏蔽。例如，接地層104形成為嵌入在頂板100內并延伸貫 穿頂板100的區域的獨立層。例如，第二金屬涂層206形成為覆蓋從上表面201 向下表面202延伸的外部側表面203的至少一部分區域。例如，第一金屬涂層 105形鵬頂板100的側表面103的一部分上，以倒雜地層104和第二金屬涂 層206物理連接，并且第三金屬涂層207在底板200的整個下表面202上形成，以便物理連接第二金屬涂層206,從而向電路提供連續的電磁屏蔽。
此外，104可以在相對于頂板100的任何合適的位置處形成。圖3 示出了一個例子，其屮接地層104嵌入在頂板100內或夾在形成頂板100的兩 個獨立層之間。接地層104的位置不限于所示的這些。例如，接地層104的位 置可以在上表面101和下表面102之間變化，只要接地層104與第一金屬涂層 105、第二金屬涂層206和第三金屬涂層207電耦合以向電路提供電磁屏蔽。另 外，接地層104可以形成在頂板100的上表面101或下表面102上。如果接地 層104形鵬頂板100的上表面101上，第一金屬涂層105從頂板100的上表 面101延伸至下表面102以糊妾地層104和第二金屬涂層206相連接。如果接 地層104形成在頂板的下表面102上，第一金屬層105可以省去，或僅以非常 小的厚度形成以確保接地層104和第二金屬涂層206之間的電耦合，在這種情 況下，電路300應當形成在底板200的內部下表面205上。
應當認識到，接地層104、第-- 金屬涂層05、第二金屬涂層206以及第三 金屬層207的外形和輪廓不限于所描述的那些。例如，不需要所有的構件都物 理.連接，并且，任何中間層、端子、通孔可能實現它們之間的電連接。例如， 不需要接地層104延伸貫穿頂板的齡區域，而是，替代地，該層104可以完 ^A在頂板100內且多個帶狀接觸件延伸以接觸第一金屬層105。
另外，考慮到使用該封裝的微波產品的制造成本和期望的性能，可以戰略 性地選擇形成頂板100和底板200的材料。例如，全聚四氟乙烯(foil Teflon)
基材料或其它毫米波材料可以提供較高性能但會導致較高成本。作為選擇，使 用混合材料的解決方案可以是性能和成本之間的一種平衡。例如，底板200的 材料指定為FR4，而頂板100的材料指定為ROGERS 4003 。 FR4是玻璃纖維 環氧樹脂層壓板，是最通常^ffl的PCB材料。RO4003，是ROGRES公司提供 的高頻電路材料。然而，因為在制敬程中需要確保該封裝的結構的合理剛度， 不推薦軟微波材料，例如ROGERS 5880 (RT/duroid5880: ROGRES公司的高頻 電路聚四氟乙烯材料)。
如圖3所示，在電路(例如電路300')形成在頂板100的下表面102上的 情況下，通過形成在底板200的內部側表面204上的第四金屬涂層208、形成在 底板200的內部下表面205上的第五金屬涂層209、以及形成在框架220的上表 面上或與框架220的上表面相對應的頂板100的部分下表面102上的第六金屬
8涂層2U，可以提供替換的或附加的電磁屏蔽。第四金屬涂層208、第五金屬涂 層209以及第六金屬涂層211與第一金屬涂層105以及接地層104電耦合，從 而為形成于頂板100的下表面102上的電路形成具有較小屏蔽空間的電磁屏蔽。 第四金屬涂層208、第五金屬涂層209以及第六金屬涂層211可以采用任 何適當的形狀和輪廓，只要它們與第----金屬涂層和接地層電耦合以提供電磁屏 蔽。另外，由與第一金屬涂層105禾啦地層104耦合的第四金屬涂層208、第五 金屬涂層209以及第六金屬涂層211實現的上述結構可以被單獨提供，以作為 實現對微波電路或芯片進行電磁屏蔽的機構，或與任意其它結構(例如由接地 層104、第一金屬涂層105、第二金屬涂層206和第三金屬涂層207構成的結構) 一起提供，以向微波電路或芯片提供增強的電磁屏蔽。另外，第六金屬涂層211 可以由任何可以實現接地層104和第四金屬涂層208之間的電連接的適當結構 所替代，包括但不限于形成在頂板內并延伸至底板200的框架220內的多個金 屬涂覆通孔。
另外，第四金屬涂層208、第五金屬涂層209和第六金屬涂層211與第一 金屬涂層105和接地層104耦合的上述結構，可以提供調整空腔210的Q值的 優勢。通常，諧振系統對于接近其固有頻率的頻率的響應要比對于其它頻率的 響應更強烈。具有高Q值的系統比具有低Q值的系統具有更大的諧振振幅(在 諧振頻率處)，并且隨著該頻率遠離諧振其響應衰退更決。
由于形成框架220的介電材料會對空腔210的Q值產生不利的影響，在框 架200的內表面上形成涂層可以克服這種影響。通常，如果形成底板的材料具 有較低e (傳播材料的介電常數)的電介質，可以獲得較好的Q值。然而，由 于這些材料通常比較昂貴，選擇廉價材料(例如FR4)是有成本效益的，并且 ilil用金屬涂覆內部側表面204以及內部下表面205進一步施加電磁屏蔽，這 樣可以調整Q值，也可以i!51底板200的框架220避免微波性能的惡化。
該封裝的金屬涂層的厚度是該封裝的屏蔽效果的重要因素。例如，金屬涂 層的厚度可以作為趨膚深度(skin depth)通過下述的等式而計算
:波的角頻率
9#=材料的磁導率 f傳播材料的電導率
具體地，在溫度為室溫，涂層材料為銅并B.微波波段為8mm (36.5GHz)的情 況下，趨膚深度為/^0.066/^7:3.45xl(r7m-0.3um 9um (l/40z)。通常，
對于大多數應用，最薄的厚度為1/40z， fej此0.3um的趨膚深度遠低于此。從而， 在大多數情況下，該厚度對屏蔽大多數微波信號是足夠令人滿意的。
圖4示出了根據該封裝的另一個示例實施例的用于向微波電路提供電磁屏 蔽的封裝。如圖4所示，在底板200的上表面201和頂板100的下表面102之 間提供連接層400。連接層400可以是實現頂板100和底板200粘合的任何適當 的形式，由此提供一集成模i央。此外，如圖5所示，通過任何適當的已知工藝 和方法，例如蝕刻和焊接，與微波電路板300相似并可以互換的微波電路板300' 形成于頂板100的下表面102上。在一個實施方式中，如圖3所示，為了提供 該封裝的高度集成結構，同時提供形成于內部下表面204上的電路300和形成 于頂板100的下表面102上的電路300'。
如圖5所示，包括頂板100、底板200和容納在底板200的空腔210內的 電路300，的集成模塊安裝在具有上表面501的基板500上。例如，由于模塊的 緊湊和集成布置，該封裝可以作為表面安裝(SMT)元件安裝在基板500上， 以進一步簡化制造過程。
此外，如圖5所示，底板200的空腔210形成為從底板200的上表面201 一皿伸至下表面202，以便與基板500的上表面501連通。因為底板200形成 為中空部件，框架220作為從底板200的上表面201延伸至下表面202的支撐 壁而環繞空腔210。如圖5所示，基板500的上表面501形成有第七金屬涂層 502，以便與第二金屬涂層206和/麟四金屬涂層208電連接，從而向微波電路 300'提供電磁屏蔽。
圖6示出了與圖5相似的另一個示例實施例。在這一實施方式中，多個微 波電路形成于頂板100的下表面102以及基板500的上表面501上。例如，微 波電路300"形成于基板500的上表面501上，以及微波電路300'形成于頂板100 的下表面102上。這種配置M在空腔210的上側和下側上都形成有微波電路 而提供更集成和更緊湊的封裝。因為電路300"形成于基板500的上表面501上， 在基板500的上表面501上不再形成金屬涂層。為了向電路提供電磁屏蔽，基板500在板500內形成有金屬層(或接地層)503。金屬層503可以itii任何適 當的工藝和方法電耦合至第二金屬涂層206和/或第四金屬涂層208，例如通過 形成于基板500內的金屬涂敷通孔，從而向電路300'和300"提供電磁屏蔽。與 接地層104形成于頂板100內相似，金屬層503可以形淑E基板500內的任何 合適的位置處，并介于基l及500的1::表面501和下表面之間。
圖7示出了關于微波電路300的微波隧道301和直流隧道302的示例。在 所示的示例中，場效應晶體管(FET)形成為微波電路300的部件。微波隧道 301 Sil位于內部接地(GND)層上的間隙(未示出)與另一微波層耦合。通過濾 波網絡，DC信號連接至頂板和底板的側表面上的金屬涂層，作為該封裝的獨立 管腳。
圖8的透視圖示出了一個完整的封裝，其中，il)l任何適當的標準SMT 工藝和方法，由頂板和底板制成的集成模塊作為一個SMT元件安裝在基板上。 進而，為了防止容納在空腔210內的電氣和電子元件衰退，應控制施加焊料的 時間和溫度。
根據本發明的一示例實施例，提供一種向微波電路提供電磁屏蔽的封裝的 制造方法。該方法包括如下步驟提供頂板，該頂板具有上表面、與該上表面 相對的下表面以及連接該上表面和該下表面的側表面；在頂板內形成接地層； 在該頂板的該側表面上形麟-一金屬涂層，該第一金屬涂層與該接地層電耦合； 提供底板，該底板具有上表面、與該上表面相對的下表面以及連接該上表面和 該下表面的外部側表面；形成用于容納該微波電路的空腔，該空腔從底板的上 表面向底板的下表面延伸，從而提供與底板的外部側表面相對的內部側表面以 及接合該內部側表面的內部下表面；在該底板的該外部側表面上形成第二金屬 涂層，第二金屬涂層與該第一金屬涂層電耦合；在底板的下表面上形成第三金 屬涂層，第三金屬涂層與第二金屬涂層電耦合；并將該頂板的該下表面附著至 該底板的該上表面。
兩種方法可以用于實現上述步驟..普通銑削加工(general milling machining)以及激光銑削加工。
當采用第一種方法時，因為一般銑削加工不能提供如激光銑削加工那樣 的加工精度，就應遵循如下的步驟順序。拿圖4所示的實施方式為例，首先通 過任何已知的工藝和方法，例如蝕刻，將微波電路，例如圖中所示的電路300'形成在頂板100的下表面102上。接著，加工底板200以提供空腔210。連接層， 例如連接層400，獨立地形成。隨后，將底板和頂板層壓在一起，連接層夾在它 們之間。
當采用第二種方法時，因為激光銑削加工能夠提供精確銑削，因此可以 采取如下的步驟加工。拿圖4所示的實施方式為例，微波電路300'首先形自 頂板100的下表面102上。然后，將頂板00和底板200層壓在一起，連接層 夾在它們之間。隨后，由于激光銑削加工的精確銑削特性，底板200被精確加 工以形成具有期望開刻犬和輪廓的空腔210，而該空腔又暴露出了形成于頂板100 的下表面102上的電路300'。
在這里，參照詳細的示例實施例對本發明進行了描述。在不偏離本發明的 范圍內， 一定的變更和修改對于本領域的技術人員來說都是顯而易見的。示例 實施例作為解釋說明，不作為對所附權利要求界定的本發明的范圍的限制。
1權利要求
1、一種用于向微波電路提供電磁屏蔽的封裝(1000)，包括頂板(100)，該頂板具有上表面(101)、與該上表面相對的下表面(102)以及連接該上表面和該下表面的側表面(103)，該頂板包括在其內形成的至少一個接地層(104)以及在該頂板的該側表面的至少一部分上形成的第一金屬涂層(105)；以及底板(200)，該底板具有附著在該頂板的該下表面上的上表面(201)、與該上表面相對的下表面(202)以及連接該上表面和該下表面的外部側表面(203)，該底板包括從該底板的該上表面朝著該底板的該下表面延伸的內部側表面(204)以及連接該內部側表面的內部下表面(205)，由此提供用于容納該微波電路的內部空間，該底板還包括形成在該底板的該外部側表面的至少一部分上的第二金屬涂層(206)以及形成在該底板的該下表面的至少一部分上的第三金屬涂層(207)，其中，該接地層、該第一金屬涂層、該第二金屬涂層和該第三金屬涂層電耦合在一起，以向微波電路提供電磁屏蔽。
2、 根據權禾腰求1所述的封裝，其中，該微波電路形鵬該頂板的該下表面上。
3、 根據權利要求1所述的封裝，其中，該微波電路形鵬該底板的該內部 上表面上。
4、 根據權利要求1所述的封裝，還包括連接層(400)，該連接層設置在該 頂板的該下表面與該底板的該上表面之間，用于連接該頂板和該底板。
5、 根據權利要求2所述的封裝，還包括形成在底板的該內部側表面的至少 --部分上的第四金屬涂層(208)、形成在該底板的該內部下表面上的第五金屬 涂層(209)以及形成在該底板的該上表面上的第六涂層(211)，其中，第四金 屬涂層、第五金屬涂層和第六金屬涂層與該第一金屬涂層和該接地層電耦合。
6、 根據權禾腰求1所述的封裝，還包括具有上表面(501)的SI及(500)，該底板安裝在該基板的該上表面上。
7、 根據權禾腰求6所述的封裝，其中該底板的該內部側表面從該底板的該上表面延伸至該底板的該下表面，從而該底板的該內部空間與該基板的該上表面連通； 該微波電路形成在該頂板的下表面上；并且該基板包括形成在該基板的上表面上的第七金屬涂層(502)，該第七金屬 涂層與第二:金屬涂^電性耦合。
8、 根據權利要求所述的封裝，其中，該頂板和該底板用聚四氟乙烯基材 料制成。
9、 根據權利要求1所述的封裝，其中，該頂板和該底板用不同的材料制成。
10、 一種用于向微波電路提供電磁屏蔽的封裝(1000)，包括頂板(100)，該頂板具有上表面(101)、與該上表面相對的下表面(102) 以及連接該上表面和該下表面的側表面(103)，該頂板包括在其內形成的至少 一個接地層(104)以及形成在該頂板的該側表面的至少一部分上的第一金屬涂 層(105)，該第一金屬涂層與該接地層電耦合；以及底板(200),該底板具有附著在該頂板的該下表面上的上表面(200、與 該上表面相對的下表面(202)以及連接該上表面和該下表面的外部側表面 (203)，該底板包括從該底板的該上表面朝著該底板的該下表面延伸的內部側表 面(204)以及連接該內部側表面的內部下表面(205)，由此提供用于容納該微 波電路的內部空間，該底板還包括形成在該底板的該內部側表面的至少一部分 上的第二金屬涂層(206)以及形成在該底板的該內部下表面的至少--部分上的 第三金屬涂層(207)，該第三金屬涂層與該第二金屬涂層電耦合，其中，該封裝還包括形成在該底板的該上表面和該頂板的該下表面之間的 第四金屬涂層(208),該第四金屬涂層與該第一金屬涂層和該第二金屬涂層電 耦合，由此，該接地層、該第一金屬涂層、該第二金屬涂層、該第三金屬涂層 和該第四金屬涂層向微波電路提供電磁屏蔽。
全文摘要
一種電子元件的封裝及其制造方法，該封裝包括頂板和底板，該頂板具有上表面、下表面以及連接該上下表面的側表面，該底板具有附著在該頂板的該下表面上的上表面、與該上表面相對的下表面以及連接該上下表面的外部側表面。該頂板還包括形成在其中的至少一個接地層和形成在該頂板的至少部分側表面上的第一金屬涂層。該底板包括從該底板的該上表面向該底板的該下表面延伸的內部側表面和連接該內部側表面的內部下表面，由此提供內部空間來容納微波電路。該底板還包括形成在該底板的至少部分外部側表面的第二金屬涂層和形成在該底板的至少部分下表面上的第三金屬涂層。接地層、第一金屬涂層、第二金屬涂層和第三金屬涂層電耦合以向微波電路提供電屏蔽。
文檔編號H01L23/552GK101488493SQ20081019088
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月31日 優先權日2007年12月31日
發明者S·范, 楠 王 申請人:霍尼韋爾國際公司