CN114208398A - 包括嵌入式射频半导体裸片的印刷电路板(pcb)模块 - Google Patents
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Abstract
一种印刷电路板(PCB)模块(10),包括一体成型的多层PCB(4),其中多层PCB包括:多个层,所述多个层包括交错的导电层和非导电层;第一外表面(12)和相反的第二外表面(14),第一外表面包括一个或多个部件(3),第二外表面包括一个或多个电触点(5),诸如焊料凸块;以及第一嵌入式半导体裸片(16),其具有面向第一外表面的有源侧,其中第一嵌入式半导体裸片包括无线射频收发器,诸如蓝牙兼容收发器。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有一个或多个嵌入式射频收发器的印刷电路板(PCB)模块和具有此类PCB模块的头戴式听力设备。
背景技术
对于诸如头戴式听力设备(包括助听器)的小型通信装置而言,一个具有挑战性的方面是组成装置的各个零件和部件的尺寸。制造适用于此类小型通信装置的小型印刷电路板(PCB)模块带来了许多挑战,因为通过电迹线和焊盘的复杂网络连接的电子部件变得越来越小并且紧密地放置在一起。
一些类型的射频收发器(诸如兼容收发器)包括天线线圈,该天线线圈对来自附近导电材料(诸如导电迹线和电线)的信号衰减和/干扰很敏感。因此,在印刷电路板(PCB)模块中集成此类射频收发器必须考虑到该限制。传统上,用于头戴式听力设备的射频收发器集成在配置为所谓的倒装芯片的半导体芯片或裸片上。倒装芯片是一种半导体裸片,其包括多个***布置的导电焊料凸块,用于将半导体裸片连接到PCB上相应布置的导电焊盘。因此,当适当安装时,倒装芯片的有源侧朝向PCB的表面,使得射频收发器“看”到PCB。为了屏蔽天线线圈,在倒装芯片的有源侧上的所谓禁止区域内以及从禁止区域向外延伸的禁止体积中不应存在导电材料。
对于传统的表面贴装无线电芯片,由诸如聚酰亚胺的介电基板材料制成的PCB的一部分将位于禁止体积内,并且不能在禁止体积内的PCB中放置任何电迹线。
非常薄的部件(<100微米厚)可以嵌入多层PCB模块的各层中,从而在分配部件方面具有更大的灵活性,并有助于减小PCB模块的尺寸。然而,射频收发器裸片或芯片被认为不适合嵌入,部分原因是它们的厚度和对禁止体积的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种印刷电路板(PCB)模块,其包括具有嵌入式射频收发器的多层PCB。嵌入式射频收发器的有源侧面向多层PCB的第一外表面。该第一外表面在其上具有多个部件并且与第二外表面相对,在该第二外表面上设置有多个电触点,诸如焊料凸块。
通过以上述方式嵌入射频收发器,PCB模块可以通过从多层PCB的外表面去除保持射频收发器的消耗表面积的半导体裸片并将半导体裸片推入多层PCB的内层,来实现更小的外形尺寸、对易受攻击的半导体裸片的更好保护和更大的整体设计灵活性。
鉴于本发明的上述目的,公开了一种包括一体形成的多层PCB的印刷电路板(PCB)模块。多层PCB包括:
-多个层,多个层包括交错的导电层和非导电层;
-第一外表面和相反的第二外表面,第一外表面包括一个或多个电子部件,诸如电阻器、电容器或电感器,第二外表面包括一个或多个电触点,诸如焊料凸块;
-第一嵌入式半导体裸片,其具有面向第一外表面的有源侧;
其中,第一嵌入式半导体裸片包括无线射频收发器,诸如蓝牙兼容收发器。
一体成型是指制造多层PCB以构成一个单元。换言之,它可以在制造期间由单独的层和零件组装而成,但在制造后,各个层和零件结合在一起并且在不破坏单独部件的情况下无法拆卸。
交错的导电层和非导电层是指导电材料(通常是铜)和非导电材料(通常是介电基板)的交替层,它们被层压在一起以形成PCB的一部分。
部件是指可通过例如焊接或胶合附接到PCB表面的多种可能的电子部件(诸如电阻器、电容器、电感器、半导体等)中的任何一个。
第一嵌入式半导体裸片的有源侧是具有连接焊盘的一侧。
第一和第二外表面可以并且通常是大致平行的。
在实施例中,多层PCB包括布置在第一外表面和第一嵌入式半导体裸片的有源侧之间的禁止体积。禁止体积由第一嵌入式半导体裸片的有源侧的禁止区域以及从禁止区域朝向第一外表面延伸的禁止高度限定。禁止体积内不含导电材料,诸如电气迹线、电线、通孔和区域。
禁止体积可以具有可以说以区域为边界并且可以进一步表征为从该区域垂直延伸的高度的任何形状,诸如例如长方体、截头体或更复杂的形状。禁止高度可以是第一外表面和第一嵌入式半导体裸片的有源侧之间的距离,但也可以具有小于或大于第一外表面和第一嵌入式半导体裸片的有源侧之间的距离的尺寸。
在实施例中,第一嵌入式半导体裸片的有源侧包括天线线圈,并且禁止区域至少包括天线线圈。
包括天线线圈的禁止区域意味着禁止区域的延伸类似于天线线圈的延伸或更多。
禁止高度可以至少为100微米(μm),优选地至少为150微米,最优选地至少为160微米。
在实施例中,多层PCB进一步包括具有面向多层PCB的第一或第二外表面的有源侧的第二嵌入式半导体裸片,并且第二嵌入式半导体裸片包括诸如磁感应收发器的无线射频收发器。
在实施例中,第一嵌入式半导体裸片和第二嵌入式半导体裸片或电路以由多个层中的至少一个中间层隔开的背对背配置布置,并且中间层可选地为导电层或屏蔽件。
背对背配置意味着嵌入式半导体裸片布置成它们的非有源侧/无源侧面向彼此,并且嵌入式半导体裸片被定位成使得当沿从第二外表面基本上垂直延伸的轴线观察时,它们在长度和宽度方面在其位置上部分地重叠。半导体裸片的非有源侧是指与有源侧相反的一侧。
中间导电层或屏蔽件用于屏蔽嵌入式半导体裸片之间的电磁干扰(EMI),并且也称为EMI屏蔽。
在实施例中,第一嵌入式半导体裸片具有小于200微米的厚度,例如小于150微米或小于90微米。
半导体裸片的厚度通常是明确限定的尺寸,并且通常比半导体裸片的长度和宽度短。
在实施例中,第一嵌入式半导体裸片的有源侧包括连接到形成在多层PCB的一个或多个导电层中的相应电迹线的多个电焊盘。
电迹线(也称为走线)和连接焊盘是PCB的惯用特征。连接到相应的电迹线意味着使用标准方法将电子焊盘连接到相关的电迹线。
在实施例中,第一嵌入式半导体裸片的有源侧经由多个电焊盘和相应的电迹线电连接到多层PCB的第一外表面上的一个或多个电子部件中的至少一个电子部件。
在本发明的上述目的的另一方面,公开了一种适于在用户的耳朵中或在用户的耳朵处使用的头戴式听力设备。头戴式听力设备包括如上所述的印刷电路板(PCB)模块。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的PCB模块的垂直剖视图。
图2示出PCB模块的不同层的四个水平剖视图。
附图标记列表
1 嵌入在PCB中的有源半导体裸片,第一级组装
2 未嵌入PCB中的有源半导体裸片,第二级组装
3 未嵌入PCB中的部件,第二级组装
4 多层PCB
5 第三级组装的电连接
6 嵌入式无线射频收发器,第一级af组装
7 禁止区域
7' 延伸至第一外表面的禁止体积。
10 PCB模块
12 第一外表面
14 第二外表面
18 无线射频收发器裸片
20 禁止高度
具体实施方式
图1示出根据本发明示例性实施例的印刷电路板(PCB)模块10的剖视图。模块包括具有第一外表面12和相反的第二外表面14的多层PCB 4。图1中的剖视图穿过多层PCB 4的中心,并与第二外表面14正交。PCB模块10包括嵌入式半导体芯片或裸片1、6、如电容器和电阻器的电子部件3,它们通过焊接布置在第一外表面12或第二外表面14上并结合到第一外表面12或第二外表面14。此外,作为倒装芯片安装的一个或多个半导体裸片2可以布置在第一外表面12或第二外表面14上。电触点5布置在多层PCB 4的相对的第二外表面14上以允许PCB模块10与各种类型的外部装置或部件(如头戴式听力设备的载体基板)之间的电气和物理连接。
在第一级组装中,PCB 4由包括交错的导电层和非导电层的多个层构成。图1中所示的多层PCB 4具有四个嵌入式半导体裸片1、6,其在构建多层PCB 4的层的过程中被嵌入。本领域技术人员将理解替代实施例可包括更少或甚至更多的半导体裸片。嵌入式半导体裸片1、6中的每个嵌入式半导体裸片1、6具有带导电焊盘的有源侧,用于将半导体裸片电连接到PCB模块10的其它部分。
为了提供与嵌入式半导体裸片1、6的电连接以及与稍后安装在第一和第二外表面12、14上的电子部件3和半导体裸片2的电连接,包括诸如Cu迹线的导电迹线的导电层与由柔性基板材料(诸如聚酰亚胺)制成的非导电层交错。一些电迹线终止于第二外表面14,在那里电连接到电焊盘或触点5,诸如焊料凸块,从而允许PCB模块10和外部装置之间的电连接。一些电迹线用于连接到嵌入式半导体裸片1、6的导电焊盘,而一些电迹线终止于第一或第二外表面并用于在第二级组装中连接部件2和半导体裸片3。在第一级组装期间,交错的导电层和非导电层被层压或粘合在一起以形成连贯且一体成型的PCB模块。
图1中所示的嵌入式半导体裸片1、6是有源部件并且其中至少一个包括无线射频收发器。一个半导体裸片16可以包括兼容收发器,另一裸片18可以包括不同类型的无线射频收发器裸片18,诸如用于各种类型数据信号(诸如音频信号)的基于近场磁的无线传输的磁感应收发器。兼容收发器裸片16的有源侧面向第一外表面12。
如图1中所示,嵌入式射频收发器裸片16、18水平移位,在PCB模块10的垂直方向中没有任何重叠。然而,在PCB模块(10)的替代实施例中,嵌入式射频收发器裸片16、18可以在垂直方向中完全或至少部分地重叠。
如果两个半导体裸片在垂直方向中以完全或至少部分重叠的方式布置,则它们可以背对背放置,即它们的非有源侧面向彼此。如果嵌入式射频收发器裸片16、18以此类背对背方式布置或定位,则将无线收发器彼此电屏蔽以防止电磁干扰通常是有利的。因此,以背对背配置布置的嵌入式半导体裸片可以由至少一个中间导电层或片材(诸如例如Cu层)隔开。其它嵌入式部件可以类似地相互屏蔽。
兼容收发器裸片16具有带有连接焊盘的有源侧,用于将裸片16连接到多层PCB 4的导电层的适当电迹线。在兼容收发器裸片16的有源侧是禁止区域7,另请参见图2。由禁止区域界定并朝第一外表面12延伸的体积必须不含导电材料,诸如Cu迹线,否则会干扰无线数据信号的发射和传输或对多层PCB 4的其它类型的信号(诸如时钟信号)造成干扰。因此,禁止体积由裸片16的有源侧上的禁止区域7界定,并且进一步由从禁止区域7延伸的禁止高度20限定。兼容收发器裸片16的有源侧面向PCB 4的第一外表面12。这使得禁止体积延伸穿过PCB 4的多个层,PCB 4必须保持禁止体积内没有电迹线。
在图2中,禁止区域7示为兼容收发器裸片16的有源侧上的矩形。在图2中所示的示例中,禁止体积延伸穿过PCB 4的多个层到第一外表面12并且禁止体积7'覆盖第一外表面12的一部分。在第一外表面12的该部分中,如同在禁止体积的其余部分中一样,不应存在任何导电体。该示例中的禁止体积可以具有类似于长方体的形状。然而,禁止区域和禁止体积可以具有多种形状。
由于人们普遍认为射频收发器在嵌入PCB 4时无法正常工作,因此使用薄型倒装芯片作为嵌入式兼容收发器芯片16制作原型。在制造时,倒装芯片具有280微米的高度,通过去除半导体裸片无源侧的部分体硅,将其减小到大约85微米。在第一级组装期间将薄型半导体兼容收发器裸片16嵌入或***多层PCB结构中,并在PCB4的层压工艺期间建立与兼容收发器裸片16的连接。
图3示出兼容收发器裸片16的有源侧的示意图。收发器裸片16包括在图3中以白色圆圈示出的多个焊料凸块以及禁止区域7。禁止区域7在图3中示为矩形,但可以是任何合适的形状,并且应该具有类似于或大于集成在兼容的收发器裸片16中的天线线圈的延伸。由于禁止区域7对于降低天线线圈发射或接收的RF信号的信号衰减和/或干扰的可能性是必要的,因此兼容收发器裸片16上的禁止区域7的位置将由收发器裸片16内的天线线圈的位置确定。
Claims (10)
1.一种印刷电路板(PCB)模块,包括一体成型的多层PCB,所述多层PCB包括:
-多个层,所述多个层包括交错的导电层和非导电层;
-第一外表面和相反的第二外表面,所述第一外表面包括一个或多个电子部件,例如电阻器、电容器或电感器,所述第二外表面包括一个或多个电触点,例如焊料凸块;
-第一嵌入式半导体裸片,其具有面向所述第一外表面的有源侧;
其中,所述第一嵌入式半导体裸片包括无线射频收发器,例如蓝牙兼容收发器。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述多层PCB包括布置在所述第一外表面和所述第一嵌入式半导体裸片的有源侧之间的禁止体积,所述禁止体积由所述第一嵌入式半导体裸片的有源侧的禁止区域以及从所述禁止区域朝向所述第一外表面延伸的禁止高度限定;所述禁止体积内不含导电材料,诸如电迹线、电线、通孔和区域。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述第一嵌入式半导体裸片的有源侧包括天线线圈,并且所述禁止区域至少包括所述天线线圈。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述禁止高度至少为100微米(μm),优选地至少为150微米,最优选地至少为160微米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述多层PCB进一步包括具有面向所述多层PCB的第一外表面或第二外表面的有源侧的第二嵌入式半导体裸片,并且所述第二嵌入式半导体裸片包括无线射频收发器,诸如磁感应收发器。
6.根据权利要求5所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述第一嵌入式半导体裸片和第二嵌入式半导体裸片以由所述多个层中的至少一个中间层隔开的背对背配置布置,所述中间层可选地为导电层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述第一嵌入式半导体裸片具有小于200微米的厚度,例如小于150微米或小于90微米。
8.根据前述权利要求中任一项所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述第一嵌入式半导体裸片的有源侧包括连接到形成在所述多层PCB的一个或多个导电层中的相应电迹线的多个电焊盘。
9.根据权利要求8所述的印刷电路板(PCB)模块,其中,所述第一嵌入式半导体裸片的有源侧经由所述多个电子焊盘和相应的电迹线电连接到所述多层PCB的第一外表面上的一个或多个电子部件中的至少一个。
10.一种适于在用户的耳朵中或耳朵处使用的头戴式听力设备,所述头戴式听力设备包括如前述权利要求中任一项所述的印刷电路板(PCB)模块。
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