《電子封裝、微機電與微系統(tǒng)》課件第12章

第十二章SIP技術12.1SIP技術的概念12.2SIP技術的特性12.3SOC技術與SIP技術的關系12.4SIP技術的現(xiàn)狀12.5SIP技術的工藝12.6SIP技術的進展12.7SIP技術的應用

12.1SIP技術的概念

國際半導體技術指南將SIP定義為：將半導體器件、無源器件、連線集成在一個封裝體中。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技術的GSM模塊

12.2SIP技術的特性

SIP代表封裝技術的發(fā)展趨勢，具有如下特性：

●引線鍵合、倒裝焊互連、IC芯片直接內連等封裝技術，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，疊加兩個或更多的芯片，把Z方向的空間也利用起來，同時又不必增加封裝引腳。兩芯片疊裝在同一殼內時，封裝與芯片的面積比增加到170%，三芯片疊裝時可增至250%?！裎锢沓叽顼@著減小。例如，SIP封裝體的厚度不斷減少，最先進的技術可實現(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，通過封裝形成一個系統(tǒng)，具有很好的兼容性，并可實現(xiàn)嵌入集成化無源元件集成。無線電和便攜式電子整機中，現(xiàn)用的無源元件至少可被嵌入30%～50%，甚至可將Si、GaAs、InP的芯片實現(xiàn)一體化封裝。

●?SIP可提供低功耗和低噪聲的系統(tǒng)級連接，在較高的工作頻率下，可以獲得幾乎與SOC相等的總線帶寬。●元器件集成封裝在統(tǒng)一的外殼結構中，減少了總焊點數(shù)目，縮短了元件器的連線路程，從而使電性能得以提高。

●縮短了產品研制和投放市場的周期。SIP在對系統(tǒng)進行功能分析和劃分后，可充分利用商品化生產的芯片資源，經過合理的電路互連及封裝結構設計，以最佳方式和最低成本，達到系統(tǒng)的設計性能；SIP易于修改，無需像SOC那樣進行版圖級布局布線，減少了設計、驗證、調試的復雜性，比SOC節(jié)省了更多的系統(tǒng)設計和生產費用，投放市場的時間至少可減少1/4。

●采取多項技術措施，確保SIP具有良好的抗機械和化學腐蝕的能力以及高可靠性。

12.3SOC技術與SIP技術的關系

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

12.4SIP技術的現(xiàn)狀

作為整機系統(tǒng)，SOC技術與SIP技術都是其解決方案，可是由于SOC技術成本較高，所以對于國內來說，SIP可以作為一種捷徑，利用現(xiàn)有的封裝工藝，將系統(tǒng)需要的原件進行組合，以最低的成本、最快的時間，實現(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技術的進展

12.6.1新型互連技術

傳統(tǒng)的一級封裝互連主要通過引線鍵合來實現(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實現(xiàn)芯片到基板或者引線框架互連的。當SIP面向射頻以及復雜的系統(tǒng)設計時，倒裝芯片技術比引線鍵合更具優(yōu)勢。采用SIP技術可以實現(xiàn)更高的互連密度、更短的信號傳輸路線和更低的耦合電感以及優(yōu)良的噪音控制，同時易于實現(xiàn)薄外形的封裝。圖12-5清華大學制作的無鉛焊凸點圖12-6Intel公司的垂直通孔互連技術12.6.2堆疊技術的發(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12.6.3埋置技術

系統(tǒng)級封裝技術的另外一個重要挑戰(zhàn)是埋置結構的實現(xiàn)。無源器件的埋置實現(xiàn)已經進行了多年的研究和開發(fā)，利用薄膜、厚膜技術在芯片或者基板上集成無源器件，已經有相對成熟的技術。對于SIP而言，未來更為有吸引力的是包含有源芯片的埋置結構。圖12-13IMB工藝流程示意圖圖12-14CIP工藝流程圖圖12-15內埋置無源元件12.6.4新型基板

與傳統(tǒng)封裝工業(yè)不同，在SIP產品中，基板扮演著越來越重要的作用。相當一部分的無源元件、不同芯片或器件的互連都通過基板來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的基板，按照材料可以分為有機基板、陶瓷基板等。

12.7SIP技術的應用

SIP技術廣泛用于電子信息產業(yè)的各個領域，目前研究和應用最具特色的是無線通信的物理層電路。商用RF芯片很難用硅平面工藝實現(xiàn)，SOC技術能實現(xiàn)的集成度相對較低，性能難以滿足要求。同時，由于物理層電路工作頻率高，各種匹配與濾波網絡含有大量的無源器件，從而使SIP的