具有溅射/喷涂的吸收材料和/或在模制化合物中混合的吸收材料的低频屏蔽解决方案

技术领域

本申请的实施例涉及多部件微电子器件以及减轻其中的电磁串扰的结构和方法。

背景技术

现代电子设备可以包括容纳多个部件的模块或封装，例如，功率放大器、低噪声放大器、压控振荡器、开关、滤波器以及利用交流电操作的其他部件。市场力继续要求电子设备具有越来越小的外形尺寸、更轻和更便宜的，但具有更大功能性的电子设备，例如，在电子通信设备中支持多个频带的能力。因此，随着每个新产品的换代，许多电子设备中的电路密度继续变得更大。在共同电子器件模块中的各部件之间或电子器件模块中的部件与外部源之间的电磁干扰(Electromagnetic interference，EMI)或串扰可能会降低整体性能或引起电子设备的故障。

发明内容

根据一个方面，提供了一种电子器件。所述电子器件包括：电磁干扰屏蔽件，其包括导电材料层，所述导电材料层覆盖所述电子器件的至少一部分并且对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。

在一些实施例中，所述电子器件被覆盖在模制材料中，并且所述电磁干扰屏蔽件设置在所述模制材料上。所述模制材料可以包括阻碍电磁信号的传播的填充材料。所述填充材料可以对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。所述填充材料可以包括磁性陶瓷铁氧体。所述填充材料可以包括含铁合金。所述填充材料可以是非导电的。所述填充材料可以包括由非导电材料包围的导电颗粒。

在一些实施例中，所述电子器件的部件配置为在赫兹范围、千赫兹范围或兆赫兹范围中的一个或多个内的频率处发射电磁信号。

在一些实施例中，所述导电材料层包括磁性陶瓷铁氧体。

在一些实施例中，所述导电材料层包括含铁合金。

在一些实施例中，所述导电材料层具有小于30μm的厚度。所述导电材料层可具有小于20μm的厚度。

在一些实施例中，所述电子器件还包括射频滤波器。所述电子器件可以被包括在电子模块中。

根据另一方面，提供了一种电子器件。所述电子器件包括：模制材料，其覆盖所述电子器件的至少一部分并且包括填充材料，所述填充材料对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。

在一些实施例中，所述填充材料包括磁性陶瓷铁氧体。

在一些实施例中，所述填充材料包括含铁合金。

在一些实施例中，所述填充材料是非导电的。

在一些实施例中，所述填充材料包括由非导电材料覆盖的导电颗粒。

在一些实施例中，所述电子器件的部件配置为以在赫兹范围、千赫兹范围或兆赫兹范围中的一个或多个内的频率处发射电磁信号。

在一些实施例中，所述电子器件还包括：设置在所述模制材料上的电磁干扰屏蔽件，其包括导电材料层，所述导电材料层对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。所述导电材料层可以包括磁性陶瓷铁氧体。所述导电材料层可以包括含铁合金。所述导电材料层可具有小于30μm的厚度。所述导电材料层可具有小于20μm的厚度。

在一些实施例中，所述电子器件还包括射频滤波器。所述电子器件可以被包括在电子模块中。

根据另一方面，提供了一种在电子器件上形成电磁干扰屏蔽件的方法。所述方法包括：在所述电子器件的表面上沉积模制材料，所述模制材料包括填充材料，所述填充材料对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。

在一些实施例中，所述方法还包括在所述模制材料上沉积导电材料层，所述导电材料层对于具有在所述千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。

根据另一方面，提供了一种在电子器件上形成电磁干扰屏蔽件的方法。所述方法包括：在所述电子器件的表面上沉积模制材料；以及在所述模制材料上沉积导电材料层，所述导电材料层对于具有在千赫兹范围内的频率的电磁信号具有小于2μm的趋肤深度。

附图说明

现在将参考附图通过非限制性示例来描述本申请的实施例。

图1A是使用第一类型的屏蔽来抑制来自功率放大器模块的电磁干扰(Electromagnetic interference，EMI)的图示；

图1B是使用第二类型的屏蔽来抑制来自功率放大器模块的EMI的图示；

图2示出了包括第一类型的EMI屏蔽的电子器件模块；

图3示出了包括第二类型的EMI屏蔽的电子器件模块；

图4示出了包括第一类型的EMI屏蔽和第二类型的EMI屏蔽的组合的电子器件模块；

图5是可以包括根据本申请的各方面的一个或多个器件的滤波器模块的一个示例的框图；

图6是可以包括根据本申请的各方面的一个或多个器件的前端模块的一个示例的框图；以及

图7是包括图6的前端模块的无线设备的一个示例的框图。

具体实施方式

某些实施例的以下描述呈现特定实施例的各种描述。然而，本文中所描述的创新可以以例如权利要求所定义和覆盖的多种不同方式来体现。在本说明书中，参考附图其中相同的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。应当理解，附图中示出的元件不一定按比例绘制。再者，将理解的是，某些实施例可以包括多于附图中示出的元件和/或附图中示出的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。

现代电子设备，例如，诸如蜂窝电话的通信设备，可以包括在GHz范围内的频率处操作的多个部件。对于在GHz范围中的频率处操作的器件的电磁屏蔽，可以使用设置在人们希望彼此电磁隔离以防止串扰的器件之间的导电材料的膜或层来完成。在这种高频下，电磁信号不会深入地穿透到导电材料层中，因此在GHz范围中的频率处操作的器件之间的电磁屏蔽可以使用导电材料的薄膜(例如，厚度为3μm或更小厚度的金属膜)来完成。相较于在GHz范围内的频率处的信号，在较低频率处的，例如，在MHz、kHz或Hz范围内，电磁信号更深入地传播到导电材料层中。因此，对于隔离在GHz范围内操作的器件可能是有用的屏蔽，可能不足以电磁隔离在较低频率处操作的器件-由在低频处操作的部件产生的电磁信号，可以穿过经设计以抑制在GHz范围中的频率处操作的器件之间的串联的屏蔽，并且可引起其他附近器件之间的干扰或串扰。电磁信号穿透到导体中的程度可被称为电磁波趋肤深度。趋肤深度是导体中电磁辐射的强度降至其在导体表面附近的值的l/e的深度的度量，并且取决于电磁信号的频率和导电材料的材料特性。趋肤深度δ的一个公式为：

其中ρ是导电材料的电阻率(μΩ·cm)，f是频率(MHz)，并且μ是导电材料的磁导率。

在下文的表1中示出了铜、银和镍在各种频率下的趋肤深度：

表1：选定材料趋肤深度(μm)

如上面的表1中可见的，仅几微米厚的铜膜可以足以屏蔽电子部件免受在GHz范围内的频率下的电磁干扰，但是为了屏蔽部件免受在kHz范围内的频率下的电磁干扰，铜膜应该是几百微米厚。在典型的电子器件制造工艺中，这种厚屏蔽通常是不实用的或不具有成本效益。

为EMI敏感器件提供薄屏蔽以防电磁干扰的的一种选择是利用具有较高磁导率并且是比铜、银或镍更好的电磁能量吸收剂的EMI吸收材料。这种材料可以包括磁性陶瓷铁氧体或含铁合金，例如，NiFe、CuNiFe/CZT(CZT＝碲锌镉。针对在GHz范围中的高频实施方式，Cu可占材料的大多数。针对在kHz范围中的低频实施方式或多个低频实施方式，NiFe可占材料的大多数)，或MCF5磁屏蔽膜，其可从EMR屏蔽解决方案获得且具有化学式Co

图1A和1B比较了分别为利用3μm厚的共形沉积的铜膜对相同铜膜覆盖的器件具有放置在器件上的额外的MCF5的20μm厚膜，抑制来自在127.7kHz处操作的功率放大器模块(Skyworks Solutions,Inc.的型号SKY78140-22)的EMI的效果。在图1A和1B中，器件在相应膜下方的位置由轮廓线100表示。Cu膜抑制来自器件的EMI达63.6dBm，而具有额外MCF5膜的Cu膜抑制来自器件的EMI达90.1dBm，改进了26.5dBm。

图2示意性地示出了电子器件，例如，设置在电路板205上的多芯片模块200，其被模制材料210覆盖，并且被例如溅射或喷涂沉积的高吸收EMI屏蔽材料215的层进一步覆盖。模制材料210可以是或可以包括任何典型的电子器件模制材料，例如，环氧树脂或环氧基材料。

上文描述且在图2中所示的EMI屏蔽方法的一个缺点是，虽然可以抑制或消除相邻封装器件或模块之间的EMI干扰，但是仍然存在在封装模块内的不同离散部件之间发生电磁干扰或串扰的可能性。可至少部分解决此问题的另一实施例包括将EMI吸收材料并入沉积于器件或模块上的模制化合物中。模制化合物可以是通常用于密封和保护封装器件或模块的相同或类似类型的模制化合物，例如，环氧树脂或环氧基材料，但其中添加EMI吸收材料。可作为或可包括上文所述的磁性陶瓷铁氧体或含铁合金中的一种或多种的EMI吸收材料的颗粒或粉末可混合或掺和到典型封装模块模制材料中。颗粒可以具有特征尺寸，例如，其半径至少与在关注频率处(例如，在器件预期产生的或器件可能对其敏感的电磁干扰的频率处)的颗粒的材料的趋肤深度一样大。颗粒可具有在约10μm与约100μm之间的特征尺寸。包括EMI吸收材料的模制材料可以接下来使用常规方法沉积于器件或模块上，或者直接沉积于包括要屏蔽的部件的晶片(die)上。EMI吸收材料填料或颗粒可以是非导电的或具有非导电涂层的导电的，以帮助避免器件或模块的暴露引线之间的短路。包括EMI吸收材料的模制材料可以沉积为具有在工业中使用的模制材料的典型厚度，例如，在350μm和1000μm之间。与溅射膜(例如，3μm至20μm厚)相比，包括EMI吸收材料的模制材料的更大厚度可提供比EMI吸收材料的溅射膜更大的EMI屏蔽。与溅射膜相比，模制材料的更大厚度还可以提供更小吸收且更便宜的EMI吸收材料的使用，以实现与具有更高吸收但更昂贵的EMI吸收材料的更薄的溅射或喷涂层的等效的EMI抑制性能。将EMI吸收材料结合到模制材料中还可以消除对要执行以沉积EMI吸收材料的任何特殊步骤的需要。

图3示意性地示出了电子器件，例如，设置在电路板305上的多芯片模块300，其被包括EMI吸收材料的模制材料310覆盖。

应了解，图2中所示的实施例可与图3中所示的实施例相组合。例如，图2的模制材料210可包含EMI屏蔽材料，得到图4中所示的结构。

本文中所述的器件可实现在各种封装模块中。现在将讨论一些示例封装模块，其中可以实现本文讨论的器件的任何合适的原理和优点。图5、图6和图7是根据某些实施例的说明性封装模块和器件的示意性框图。

本文中披露的器件的实施例可包括，例如，滤波器。进而，使用本文中披露的器件中的一种或多种的滤波器可以并入到模块中且被封装为模块，该模块可最终用于诸如无线通信设备的电子设备中。图5是示出包括滤波器410的模块400的一个示例的框图。滤波器410可以实现在包括一个或多个连接焊盘422的一个或多个晶片420上。例如，滤波器410可包括对应于滤波器的输入触点的连接焊盘422和对应于滤波器的输出触点的另一连接焊盘422。封装模块400包括配置为容纳多个部件(包括晶片420)的封装基板430。多个连接焊盘432可设置在封装基板430上，且滤波器晶片420的各种连接焊盘422可经由可为例如焊料凸块或焊线(wirebond)的电连接器434连接到封装基板430上的连接焊盘432，以允许各种信号往返于滤波器410的传送。模块400可以可选地进一步包括其他电路晶片440，诸如，例如一个或多个附加滤波器、放大器、预滤波器、调制器、解调器、下变频器等，如鉴于本文公开的，半导体制造领域的技术人员将是已知的。在一些实施例中，模块400还可以包括一个或多个封装结构，以例如提供保护并且促进模块400的更容易处理。这种封装结构可包括形成于封装基板430上方且调适尺寸以大体上包封于其上的各种电路及部件的包覆模制件(overmold)。包覆模制件可以包括滤波器，该滤波器包括本文公开的EMI吸收材料的示例。

滤波器410的各种示例和实施例可以用于广泛多种电子设备中。例如，滤波器410可以用在天线双工器中，该天线双工器本身可以并入到诸如RF前端模块和通信设备的各种电子设备中。

参考图6，示出了前端模块500的一个示例的框图，前端模块500可以用于诸如无线通信设备(例如，移动电话)的电子设备中。前端模块500包括具有公共节点502、输入节点504和输出节点506的天线双工器510。天线610连接到公共节点502。

天线双工器510可以包括连接在输入节点504和公共节点502之间的一个或多个发射滤波器512，以及连接在公共节点502和输出节点506之间的一个或多个接收滤波器514。(多个)发射滤波器的(多个)通带不同于接收滤波器的通带。滤波器410的示例可以用于形成(多个)发射滤波器512和/或(多个)接收滤波器514。电感器或其他匹配部件520可以连接在公共节点502处。

前端模块500进一步包括连接到双工器510的输入节点504的发射器电路532和连接到双工器510的输出节点506的接收器电路534。发射器电路532可产生用于经由天线610发射的信号，且接收器电路534可接收并处理经由天线610接收的信号。在一些实施例中，接收器电路和发射器电路实现为分别的部件，如图6所示。然而在其他实施例中，这些部件可整合到公共收发器电路或模块。如本领域技术人员将理解的，前端模块500可以包括在图6中未示出的其他组件，包括但不限于开关、电磁耦合器、放大器、处理器等。

图7是包括图6中所示的天线双工器510的无线设备600的一个示例的框图。无线设备600可以是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、调制解调器、通信网络或配置为用于语音或数据通信的任何其他便携式或非便携式设备。无线设备600可以从天线610接收和发射信号。无线设备包括类似于上文参考图6所述的前端模块500。前端模块500包括双工器510，如上所述。在图7所示的示例中，前端模块500还包括天线开关540，该天线开关540可以配置为在不同的频带或模式之间切换，例如，诸如发射和接收模式。在图7所示的示例中，天线开关540位于双工器510和天线610之间；然而，在其他示例中，双工器510可以位于天线开关540和天线610之间。在其他示例中，天线开关540和双工器510可以整合成单一部件。

前端模块500包括收发器530，该收发器530配置为产生用于发射的信号或处理接收到的信号。收发器530可以包括可连接到双工器510的输入节点504的发射器电路532，以及可连接到双工器510的输出节点506的接收器电路534，如图6的示例中所示。

功率放大器(PA)模块550接收由发射器电路532产生的用于发射的信号，功率放大器模块550放大来自收发器530的产生的信号。功率放大器模块550可包含一个或多个功率放大器。功率放大器模块550可用于放大各种各样的RF或其它频带发射信号。例如，功率放大器模块550可以接收使能信号，该使能信号可以用于脉冲化功率放大器的输出以辅助发射无线局域网(WLAN)信号或任何其他合适的脉冲信号。功率放大器模块550可以配置为放大多种类型的信号中的任何信号，包括例如全球移动系统(GSM)信号、码分多址(CDMA)信号、W-CDMA信号、长期演进(LTE)信号或EDGE信号。在某些实施例中，功率放大器模块550和包括开关等的相关部件可以使用例如高电子迁移率晶体管(pHEMT)或绝缘栅双极晶体管(BiFET)的砷化镓(GaAs)基板上，或在使用互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管的硅基板上制造。

仍然参考图7，前端模块500还可以包括低噪声放大器模块560，该低噪声放大器模块560放大来自天线610的接收信号并且将放大信号提供给收发器530的接收器电路534。

图7的无线设备600还包括功率管理子系统620，该功率管理子系统620连接到收发器530并且管理用于无线设备600的操作的功率。功率管理系统620还可以控制基带子系统630和无线设备600的各种其他组件的操作。功率管理系统620可以包括或可以连接到为无线设备600的各种部件供电的电池(未示出)。功率管理系统620还可以包括可以控制信号的发射的一个或多个处理器或控制器，例如。在一个实施例中，基带子系统630连接到用户接口640，以促进提供给用户和从用户接收的语音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统630还可以连接到存储器650，该存储器650配置为存储数据和/或指令以促进无线设备的操作，和/或为用户提供信息的存储。上文所描述的实施例中的任一者可与诸如蜂窝式手持机的移动设备相关联地实现。实施例的原理和优点可用于诸如任何上行链路无线通信设备的任何系统或设备，其可受益于本文中所述的实施例中的任一者。本文的教导适用于各种系统。尽管本公开包括一些示例实施例，但是本文描述的教导可以应用于各种结构。本文中所述的原理和优点中的任一者可与经配置以处理在从约30kHz到300GHz的范围内(诸如在从约450MHz到6GHz的范围内)的信号的RF电路相关联地实现。

可在各种电子设备中实现本申请的各方面。电子设备的示例可包括但不限于：消费类电子产品、诸如封装的射频模块的消费类电子产品的部件、上行链路无线通信装置、无线通信基础设施、电子测试装备等。电子设备的示例可包括但不限于：诸如智能电话的移动电话、诸如智能手表或耳机的可穿戴计算装置、电话、电视、计算机监视器、计算机、调制解调器、手持式计算机、膝上型计算机、平板计算机、微波炉、冰箱、诸如汽车电子系统的车载电子系统、立体声系统、数字音乐播放器、收音机、诸如数字照相机的照相机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、钟表等。此外，电子设备可包括未完成的产品。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包含了”、“包括”、“包括了”等应以包括性而不是排他性或穷举性含义来解释；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。如本文中通常使用的，词语“耦接”是指可直接连接或借助于一个或多个中间元件来连接的两个或多个元件。同样地，如本文中通常使用的，词语“连接”是指可直接连接或者借助于一个或多个中间元件来连接的两个或更多个元件。另外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“上方”、“下方”和类似含义的词语应整体上指本申请，而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，上述详细描述中使用单数或复数的词也可分别包括复数或单数。词语“或”是指两个或多个项目的列表，该词语涵盖体该词语的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。

此外，本文中使用的条件语言，例如“可能”、“可”、“可以”、“或许”、“例”、“例如”、“诸如”等、除非另外具体说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式都需要特征、元件和/或状态，因此，这样的条件语言一般不打算暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或状态，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或无作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否在任何特定实施例中包括或执行的逻辑。

虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅借助于示例的方式呈现，并且并不旨在限制本申请的范围。实际上，本文描述的新颖的装置、方法和系统可以以多种其他形式来实现；此外，在不脱离本申请的精神的情况下，可对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。例如，虽然以给定的布置来呈现框，但是替代实施例可使用不同部件和/或电路拓扑来执行类似功能，并且可删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些框。这些框的每一个可以以各种不同的方式来实现。可将上述各种实施例的元件和动作的任何适当组合进行组合以提供其他实施例。所附权利要求及其等同物旨在覆盖体将落入本申请的范围和精神内的这样的形式或修改。