《電子封裝、微機(jī)電與微系統(tǒng)》課件第12章

第十二章SIP技術(shù)12.1SIP技術(shù)的概念12.2SIP技術(shù)的特性12.3SOC技術(shù)與SIP技術(shù)的關(guān)系12.4SIP技術(shù)的現(xiàn)狀12.5SIP技術(shù)的工藝12.6SIP技術(shù)的進(jìn)展12.7SIP技術(shù)的應(yīng)用

12.1SIP技術(shù)的概念

國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)指南將SIP定義為：將半導(dǎo)體器件、無(wú)源器件、連線集成在一個(gè)封裝體中。SIP英文全稱為：SystemInPackage(注意與單列直插式封裝SingleIn-LinePackage相區(qū)別)。圖12-1基于SIP技術(shù)的GSM模塊

12.2SIP技術(shù)的特性

SIP代表封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，具有如下特性：

●引線鍵合、倒裝焊互連、IC芯片直接內(nèi)連等封裝技術(shù)，滿足SIP所要求的互連以及功能和性能要求。

●封裝面積比增大。SIP在同一封裝體中，疊加兩個(gè)或更多的芯片，把Z方向的空間也利用起來(lái)，同時(shí)又不必增加封裝引腳。兩芯片疊裝在同一殼內(nèi)時(shí)，封裝與芯片的面積比增加到170%，三芯片疊裝時(shí)可增至250%?！裎锢沓叽顼@著減小。例如，SIP封裝體的厚度不斷減少，最先進(jìn)的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)五層堆疊芯片，且是只有1.0mm厚的超薄封裝，三疊層芯片封裝的重量可減輕35%。

●?SIP可使不同工藝、加工材料的芯片，通過(guò)封裝形成一個(gè)系統(tǒng)，具有很好的兼容性，并可實(shí)現(xiàn)嵌入集成化無(wú)源元件集成。無(wú)線電和便攜式電子整機(jī)中，現(xiàn)用的無(wú)源元件至少可被嵌入30%～50%，甚至可將Si、GaAs、InP的芯片實(shí)現(xiàn)一體化封裝。

●?SIP可提供低功耗和低噪聲的系統(tǒng)級(jí)連接，在較高的工作頻率下，可以獲得幾乎與SOC相等的總線帶寬?！裨骷煞庋b在統(tǒng)一的外殼結(jié)構(gòu)中，減少了總焊點(diǎn)數(shù)目，縮短了元件器的連線路程，從而使電性能得以提高。

●縮短了產(chǎn)品研制和投放市場(chǎng)的周期。SIP在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析和劃分后，可充分利用商品化生產(chǎn)的芯片資源，經(jīng)過(guò)合理的電路互連及封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以最佳方式和最低成本，達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能；SIP易于修改，無(wú)需像SOC那樣進(jìn)行版圖級(jí)布局布線，減少了設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)試的復(fù)雜性，比SOC節(jié)省了更多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)費(fèi)用，投放市場(chǎng)的時(shí)間至少可減少1/4。

●采取多項(xiàng)技術(shù)措施，確保SIP具有良好的抗機(jī)械和化學(xué)腐蝕的能力以及高可靠性。

12.3SOC技術(shù)與SIP技術(shù)的關(guān)系

雖然SOC技術(shù)面臨許多問題，而SIP技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，但是并不是說(shuō)SOC技術(shù)不如SIP技術(shù)，也并不能說(shuō)SIP可以代替SOC。針對(duì)巨大產(chǎn)量規(guī)模，又是以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，SOC仍然是不可取代的優(yōu)先選擇。SIP與SOC不是兩個(gè)相互對(duì)立的技術(shù)，而是兩項(xiàng)平行發(fā)展的系統(tǒng)集成技術(shù)，它們都順應(yīng)了電子產(chǎn)品高性能、多功能、小型化、輕量化和高可靠性的發(fā)展趨勢(shì)。從發(fā)展的歷程來(lái)看，SOC與SIP是極為相似的，兩者均希望將邏輯組件，數(shù)字、模擬、無(wú)源器件集成在一個(gè)單元中。

12.4SIP技術(shù)的現(xiàn)狀

作為整機(jī)系統(tǒng)，SOC技術(shù)與SIP技術(shù)都是其解決方案，可是由于SOC技術(shù)成本較高，所以對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，SIP可以作為一種捷徑，利用現(xiàn)有的封裝工藝，將系統(tǒng)需要的原件進(jìn)行組合，以最低的成本、最快的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)性能。

圖12-2NEC發(fā)布的超析像系統(tǒng)集成電路圖12-3SkywordsSolutions的基于SIP的柵格陣列(LGA)

12.5SIP技術(shù)的工藝

1.?SIP封裝的分類

1)?2DSIP

2)堆疊SIP

3)?3DSIP

2.?SIP封裝的主要工藝

SIP封裝的主要工藝如下：

1)圓片減薄

2)圓片切割

3)芯片粘接

4)引線鍵合

5)等離子清洗

6)密封灌封圖12-4灌封環(huán)節(jié)工藝流程

12.6SIP技術(shù)的進(jìn)展

12.6.1新型互連技術(shù)

傳統(tǒng)的一級(jí)封裝互連主要通過(guò)引線鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)，即使在目前芯片堆疊封裝中，多數(shù)也是采用引線鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片到基板或者引線框架互連的。當(dāng)SIP面向射頻以及復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，倒裝芯片技術(shù)比引線鍵合更具優(yōu)勢(shì)。采用SIP技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的互連密度、更短的信號(hào)傳輸路線和更低的耦合電感以及優(yōu)良的噪音控制，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)薄外形的封裝。圖12-5清華大學(xué)制作的無(wú)鉛焊凸點(diǎn)圖12-6Intel公司的垂直通孔互連技術(shù)12.6.2堆疊技術(shù)的發(fā)展

1.封裝堆疊

2.堆疊芯片封裝

3.芯片到芯片/圓片的堆疊封裝圖12-7“聚合物芯片”工藝圖12-8八芯片堆疊SIP圖12-9三層薄膜載體基板堆疊圖12-10四層薄膜載體基板堆疊圖12-11薄芯片堆疊圖12-12TSV疊層芯片封裝技術(shù)12.6.3埋置技術(shù)

系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的另外一個(gè)重要挑戰(zhàn)是埋置結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。無(wú)源器件的埋置實(shí)現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行了多年的研究和開發(fā)，利用薄膜、厚膜技術(shù)在芯片或者基板上集成無(wú)源器件，已經(jīng)有相對(duì)成熟的技術(shù)。對(duì)于SIP而言，未來(lái)更為有吸引力的是包含有源芯片的埋置結(jié)構(gòu)。圖12-13IMB工藝流程示意圖圖12-14CIP工藝流程圖圖12-15內(nèi)埋置無(wú)源元件12.6.4新型基板

與傳統(tǒng)封裝工業(yè)不同，在SIP產(chǎn)品中，基板扮演著越來(lái)越重要的作用。相當(dāng)一部分的無(wú)源元件、不同芯片或器件的互連都通過(guò)基板來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的基板，按照材料可以分為有機(jī)基板、陶瓷基板等。

12.7SIP技術(shù)的應(yīng)用

SIP技術(shù)廣泛用于電子信息產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，目前研究和應(yīng)用最具特色的是無(wú)線通信的物理層電路。商用RF芯片很難用硅平面工藝實(shí)現(xiàn)，SOC技術(shù)能實(shí)現(xiàn)的集成度相對(duì)較低，性能難以滿足要求。同時(shí)，由于物理層電路工作頻率高，各種匹配與濾波網(wǎng)絡(luò)含有大量的無(wú)源器件，從而使SIP的