系統(tǒng)級封裝(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上系統(tǒng)級封裝（Sip）問題的研究1優(yōu)勢1.1較短的開發(fā)時間系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品研制開發(fā)的周期比較短，市場響應(yīng)時間比較快。全新的SoC需要耗費大量的時間和金錢，許多產(chǎn)品(特別是消費類產(chǎn)品)不堪重負(fù)。例如，某些SoC的上市時間長達18個月，而SiP可以將該時間削減50%或更短。1.2滿足小型化需求，縮短互聯(lián)距離將原本各自獨立的封裝元件改成以SiP技術(shù)整合，便能縮小封裝體積以節(jié)省空間，并縮短元件間的連接線路而使電阻降低，提升電性效果，最終呈現(xiàn)微小封裝體取代大片電路載板的優(yōu)勢，又仍可維持各別晶片原有功能。系統(tǒng)級封裝可以使多個封裝合而為一， 從而顯著減小封裝體積、重量，減少IO引腳數(shù)，

2、縮短元件之間的連線，有效傳輸信號。SiP可以將微處理器、存儲器(如EPROM和DRAM)、FPGA、電阻器、電容和電感器合并在一個容納多達四或五個芯片的封裝中。與傳統(tǒng)的IC封裝相比，通常最多可節(jié)約80%的資源，并將重量降低90%。通過垂直集成，SiP也可以縮短互連距離。這樣可以縮短信號延遲時間、降低噪音并減少電容效應(yīng)，使信號速度更快。功率消耗也較低。1.3節(jié)約成本系統(tǒng)級封裝減少了產(chǎn)品封裝層次和工序，因此相應(yīng)地降低了生產(chǎn)制造成本，提高了產(chǎn)品可靠性。雖然就單一產(chǎn)品而言封裝制造成本相對較高。但從產(chǎn)業(yè)鏈整合、運營及產(chǎn)品銷售的角度來看，SiP產(chǎn)品開發(fā)時間大幅縮短，而且通過封裝產(chǎn)品的高度整合可減少印刷電路

3、板尺寸及層數(shù)，降低整體材料成本，有效減少終端產(chǎn)品的制造和運行成本，提高了生產(chǎn)效率1.4能實現(xiàn)多功能集成系統(tǒng)級封裝可以集成不同工藝類型的芯片，如模擬、數(shù)字和RF等功能芯片，很容易地在單一封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)混合信號的集成化。1.5滿足產(chǎn)品需求第一，要求產(chǎn)品在精致的封裝中具有更高的性能、更長的電池壽命和不斷提高的存儲器密度；第二要求降低成本并簡化產(chǎn)品因SiP是將相關(guān)電路以封裝體完整包覆，因此可增加電路載板的抗化學(xué)腐蝕與抗應(yīng)力（Anti-stress）能力，可提高產(chǎn)品整體可靠性，對產(chǎn)品壽命亦能提升。SiP設(shè)計具有良好的電磁干擾抑制效果，對系統(tǒng)整合客戶而言可減少抗電磁干擾方面的工作2劣勢2.1晶片薄化晶片薄

4、化是SiP增長面對的重要技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在用于生產(chǎn)200和300毫米晶片的焊線連接設(shè)備可處理厚度為50微米的晶片，因此允許更密集地堆疊晶片。如果更薄，對于自動設(shè)備來說將造成問題。晶片變得過于脆弱，因此更加易碎。此外，從晶片到晶片的電子“穿孔”效果將損毀芯片的性能。IC的標(biāo)準(zhǔn)晶片薄化通常為175毫米。2.2較成熟封裝產(chǎn)業(yè)成本較高就單一產(chǎn)品而言封裝制造成本相對較高。SiP一般使用多層結(jié)構(gòu)的BT材質(zhì)基板作為封裝的載體，再加上各類元件組裝、芯片封裝及整個封裝產(chǎn)品的測試費用，從封裝制造的角度上來說成本的確比封裝單芯片的SoC產(chǎn)品高。2.3Tessera Inc.的資深副總裁和首席技術(shù)官David B. Tu

5、ckerman認(rèn)為，另一項挑戰(zhàn)是需要適當(dāng)?shù)挠嬎銠C輔助設(shè)計(CAD)工具，以便在多功能并行設(shè)計環(huán)境中充分進行電子、機械和熱學(xué)設(shè)計。隨著SiP封裝越來越密，越來越小，必須更好地了解系統(tǒng)級的散熱路徑?！拔覀冃枰到y(tǒng)級的熱學(xué)CAD模塊，”Tuckerman說。3市場3.1主要產(chǎn)品藍牙設(shè)備、手機、汽車電子、成像和顯示產(chǎn)品、數(shù)碼相機和電源；醫(yī)療電子裝置和組件；穿戴裝置；物聯(lián)網(wǎng)3.2需求行動裝置產(chǎn)品對SiP的需求較為普遍 。就以智慧型手機來說，上網(wǎng)功能已是基本配備，因此與無線網(wǎng)路相關(guān)的Wi-Fi模組便會使用到SiP技術(shù)進行整合?；诎踩耘c保密性考量所發(fā)展出的指紋辨識功能，其相關(guān)晶片封裝亦需要SiP協(xié)助整合

6、與縮小空間，使得指紋辨識模組開始成為SiP廣泛應(yīng)用的市場。 另外，壓力觸控也是智慧型手機新興功能之一，內(nèi)建的壓力觸控模組（Force Touch）更是需要SiP技術(shù)的協(xié)助。除此之外，將應(yīng)用處理器（AP）與記憶體進行整合的處理器模組，以及與感測相關(guān)的MEMS模組等，亦是SiP技術(shù)的應(yīng)用范疇。2015年Apple Watch等穿戴式產(chǎn)品問世后，SiP技術(shù)擴及應(yīng)用到穿戴式產(chǎn)品。3.3市場容量電子產(chǎn)品市場的發(fā)展需求和新材料、新工藝的出現(xiàn)推動了系統(tǒng)級封裝技術(shù)不斷發(fā)展和進步。目前，系統(tǒng)級封裝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸如手機、藍牙、WLAN和包交換網(wǎng)絡(luò)等無線通信、汽車電子以及消費電子等領(lǐng)域，雖然其份額還不是很大，但

7、已經(jīng)成為一種發(fā)展速度最快的封裝技術(shù)。2004年，全球組裝生產(chǎn)了18.9億只系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品，2007年，預(yù)計將達到32.5億只，年平均增長率約為12。2007年，全球系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品的產(chǎn)值預(yù)計為80億美元，其中系統(tǒng)級封裝典型應(yīng)用產(chǎn)品的市場份額分布如下：手機為35，數(shù)字電子為14，無線局域網(wǎng)（WLAN）藍牙為12，電源為12，汽車電子為9，圖像顯示為6，光電子為6，其它為6。 4展望 SoC未必是封裝的最終解決方法。我們也看到了通過光、RF和微波線互聯(lián)的興起，甚至可能是碳管、自旋耦合和分子互聯(lián)。在這些情況中，對封裝的要求將大大降低。此外， 在萬物聯(lián)網(wǎng)的趨勢下，必然會串聯(lián)組合各種行動裝置、穿戴裝置、智

8、慧交通、智慧醫(yī)療，以及智慧家庭等網(wǎng)路，多功能異質(zhì)晶片整合預(yù)估將有龐大需求，低功耗也會是重要趨勢。產(chǎn)品 SiP通過將存儲器和邏輯芯片堆疊在一起滿足眾多消費應(yīng)用的需求。事實上，Intel對邏輯電路和存儲器開發(fā)了折疊型堆疊芯片級封裝(CSP)SiP。1998年，Sharp Corp.引入了第一款由裸片閃存和SRAM組成的堆疊芯片級封裝，應(yīng)用于蜂窩式電話中。 Valtronic SA使用折疊理念，將邏輯電路、存儲器和無源組件結(jié)合到單獨的SiP中，應(yīng)用于助聽器和心臟起博器?，F(xiàn)在，公司正在嘗試添加微處理器、功率器件、無源組件和其他功能組件。 視頻、音頻和數(shù)據(jù)的集中是使用SiP理念的巨大推動力?！爸悄茈娫捄?/p>

9、PDA中的數(shù)據(jù)、語音和視頻集成，需要在精致的封裝中具有更高的性能、更長的電池壽命和不斷提高的存儲器密度，”Samsung研發(fā)中心的執(zhí)行副總裁Hyung Lae Ruh說?！拔覀兊腟iP解決方案第一次將應(yīng)用處理器和NAND閃存結(jié)合在一起?！?另一個增長領(lǐng)域的醫(yī)療電子裝置和組件，必須降低成本并簡化產(chǎn)品。在嘗試提高外科植入手術(shù)如泵、助聽器和電子神經(jīng)刺激的效率時，這一點至關(guān)重要。一種即將上市的產(chǎn)品是Valtronic的監(jiān)控通報器(Watch Communicator)?；颊呖梢允褂眠@種小巧、通用、電池操作的編程器，通過RF下行發(fā)送器和RF上行接收器控制和監(jiān)控植入和非植入醫(yī)療器件。 SiP切合這些應(yīng)用的

10、封裝需要，與傳統(tǒng)的IC封裝相比，通常最多可節(jié)約80%的資產(chǎn)，并將重量降低90%。這些數(shù)字背后的一個關(guān)鍵原因就是采用了表面貼裝技術(shù)(SMT)。SiP技術(shù)將電子制造服務(wù)(EMS)的SMT和半導(dǎo)體裝配服務(wù)(SAS)融合為一體。SMT技術(shù)無需對印制板鉆插裝孔，直接將貼、焊到印制板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%60%，重量減輕60%80%?？煽啃愿摺⒖拐衲芰姟：更c缺陷率低。高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。降低成本達30%50%。 節(jié)省材料、能源、設(shè)

11、備、人力、時間等。SiP解決方案的形式各不相同：面對小外形需求的堆疊芯片結(jié)構(gòu)；針對I/O終端功能的并行解決方案；用于高頻率和低功耗操作的芯片堆疊(CoC)形式；用于更高封裝密度的多芯片模塊(MCM)；以及針對大型存儲設(shè)備的板上芯片(CoB)結(jié)構(gòu)。在這些眾多形式中，芯片和其他元件垂直集成，因此所占空間很小。SiP通常稱作3D封裝。 事實上，IC芯片的三維(垂直或z軸)制造是其自身成功研發(fā)成果的延續(xù)。不應(yīng)將其與3D封裝混淆，因為3D封裝將不同的功能部件(存儲器、邏輯電路、CPU)放在不同的芯片上，然后將它們堆疊在一個封裝中。 而SiP封裝利用了更短的芯片互連導(dǎo)線長度的優(yōu)勢。這與3D硅IC的目標(biāo)相同

12、，因為日漸復(fù)雜的IC彼此連接越來越困難。SiP技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)展是采用SiliconPipe的離開頂部(OTT)技術(shù)。該理念使高速(在3英寸的距離超過20 Gbits/s)信號從一個封裝的頂部，在統(tǒng)一的阻抗匹配的傳輸線上傳送到另一個封裝的頂部。這樣的理念最終推動設(shè)計者以SiP方法取代SoC設(shè)計(圖3)。 Amkor將SiP理念應(yīng)用于數(shù)碼相機，它使用建立在矩陣帶中的薄片基底。柔性電路包含元件和連接器，以及一個安裝在pc板上的圖像傳感器。所有這些元器件的上面是一個模塊，其中容納相機的鏡頭筒、鏡頭、紅外線玻璃、支架和粘合劑(圖5)。Amkor的方法遵循標(biāo)準(zhǔn)處理步驟，并允許使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，因此能夠降低成本功

13、率和RF應(yīng)用越來越廣 SoC在將數(shù)字計算組件與功率和RF IC集成時，通常很難滿足市場需求。設(shè)計者常常會為器件做在不同的處理平臺上而爭論不休，例如雙極、砷化鎵(GaAs)和硅鍺(SiGe)而不僅僅是CMOS。 “很難將這些不同的工藝集成到一個硅片封裝中，”Fairchild Semiconductor的技術(shù)執(zhí)行副總裁Don Desbians解釋說。“我們深入?yún)⑴c了針對功率器件SiP技術(shù)的開發(fā)，這些器件廣泛應(yīng)用于從幾百瓦到1 kW的各種場合。我們的歐洲客戶需要高功率的消費品，例如家庭供暖，因此我們提供了智能功率模塊。汽車部門提供額外的SiP功率應(yīng)用，將多芯片四邊無引腳扁平(QFN)封裝應(yīng)用于高電

14、感負(fù)載。” 熟練的RF設(shè)計者堪稱無價之寶，特別是在RF產(chǎn)品封裝領(lǐng)域。這里需要某種“法術(shù)”以獲得正確的設(shè)計。復(fù)雜RF電路的設(shè)計者轉(zhuǎn)向SiP技術(shù)并不足奇，這業(yè)已證明該技術(shù)十分具有成本效益，可將成品率問題分開考慮。這是因為RF電路可以做在一個基底上，而SiP中的其他電子裝置和組件可做在另一個基底上。射頻簡稱RF射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于1000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式的在電子學(xué)理論中，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會形成磁場；交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會形成交變的電磁場，稱為電磁波

15、。在電磁波頻率低于100khz時，電磁波會被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻，英文縮寫：RF Skyworks Solutions作為提供RF SiP產(chǎn)品的最大、最成功的公司之一，為RF通訊應(yīng)用提供封裝在SiP中的直接正交調(diào)制器。例如，其柵格陣列(LGA)完全將GSM/GPRS無線收發(fā)裝置集成在單個的封裝中。它的大小和美國一角硬幣相仿，為蜂窩應(yīng)用將無線收發(fā)裝置尺寸縮小了三分之二以上。 Anadigics提供了一種全新的SiP情況，將RF IC、功率放大器、開關(guān)以及其他相關(guān)的電子裝置和組件與散熱器、微處理器/控制器、電容器、電感器以及濾波器集成到一個單獨的模塊中(圖8)。該公司宣稱其方法比SoC設(shè)計更具成本效益。無論是裸片還是業(yè)已封裝，所測試過的芯片的可用性和成本對于在SiP中堆疊混合類型器件而言都是巨大的商業(yè)挑戰(zhàn)。芯片供應(yīng)的管理、測試和老化以及成品率，都是供應(yīng)鏈中重要的問題。Tuckerman指出，封裝公司通常處于協(xié)調(diào)此供應(yīng)鏈正常運轉(zhuǎn)的最佳位置。 選擇正確的組裝設(shè)備踢開了SiP發(fā)展的另一個絆腳石。2004年美國國家電子制造促進會(NEMI)SiP活動要求未來的貼裝設(shè)備可處