什么是SiP技術 淺析SiP技術發展

長運通多年來一直扎實深耕在系統級封裝SiP技術中潛心研究，并形成了長運通的特有技術優勢。其產品為我們身處的模擬世界與數字化電子建立起到了不可或缺的橋梁。

那么，什么是系統級SiP封裝技術呢？

什么是SiP技術

系統級封裝 (System in Package) 簡稱SiP，SiP技術已成為現代電子領域的一項重要創新。SiP 技術使用半導體來創建包含多個 IC 和無源元件的集成封裝，從而創建緊湊且高性能的產品。具體來說處理芯片、存儲芯片、被動元件、連接器、天線等不同功能的器件，被封裝在同一基板上，完成鍵合和加蓋。

系統級封裝完成后提供的模塊，從外觀上看仍然類似一顆芯片，卻實現了多顆芯片聯合的功能。因此可以大幅降低PCB使用面積和對外圍器件的依賴，也為設備提供更高的性能與更低的能耗。

SiP技術發展

系統級封裝 (SiP) 技術自 20 世紀 80 年代以來就以多芯片模塊的形式出現。

在 20 世紀 70 年代，它的形式是自由布線、多芯片模塊 (MCM) 和混合集成電路 (HIC)。

20世紀90年代，SiP被用作Intel Pentium Pro3集成處理器和緩存的解決方案。

SiP 技術在消費電子、汽車、航空航天和醫療設備等各個行業中越來越受歡迎。SiP 技術的采用可歸因于多種因素，包括小型化、提高性能和降低功耗的需求。通過將多個組件集成到一個封裝中，SiP 技術使設計人員和制造商能夠創建外形更小、重量更輕、可靠性更高的設備。SiP 方法可以將給定系統的整體尺寸減少多達 65%。

長運通SiP微模塊成品制造

系統級封裝（SiP）技術種類繁多，本文以長運通塑封SiP產品為例，簡要介紹SiP微模塊成品的制造過程。

SiP封裝通常在一塊大的基板上進行，每塊基板可以制造幾十到上百顆SiP成品。

● 倒裝芯片封裝（Flip Chip）貼片——裸片（Die）通過凸點（Bump）與基板互連

●?回流焊接（正面）——通過控制加溫熔化焊料達到器件與基板間的鍵合

●?焊線鍵合（Wire Bond）——通過細金屬線將裸片與基板焊盤連接

● 塑封（Molding）——注入塑封材料包裹和保護裸片及元器件

●?裸片與無源器件貼片

●?植球——將焊錫球置于基板焊盤上，用于電氣連接

●?回流焊接（反面）——通過控制加溫熔化焊料達到器件與基板間的鍵合

●?塑封（Molding）——注入塑封材料包裹和保護裸片及器件

●?減薄——通過研磨將多余的塑封材料去除

●?BGA植球——進行成品的BGA（球柵陣列封裝）植球

●?切割——將整塊基板切割為多個SiP成品

●?SiP微模塊成品

長運通封裝系統的關鍵組件

● 典型的系統級封裝由幾個基本組件組成，這些組件協同工作以在單個封裝內形成完整的系統。這些組件包括晶體管、IC、無源組件和互連技術。每個組件在 SiP 的整體性能和功能中都起著至關重要的作用，它們的選擇和集成對于設計的成功至關重要。

●? 無源元件在 SiP 技術中至關重要，提供濾波、能量存儲和阻抗匹配等基本功能。這些組件不會生成或放大信號，而是以各種方式與信號交互，以確保系統正常運行。SiP 設計中最常見的一些無源元件包括電阻器、電容器和電感器。

●? 電阻器控制電路內的電流流動，為電流的通過提供指定量的電阻。它們對于分壓、限流和有源元件偏置等任務至關重要。在 SiP 設計中，電阻器可以集成為薄膜或厚膜元件或分立表面貼裝器件 (SMD)。

●? 電容器將電能存儲在電場中并在需要時釋放。它們通常用于電子電路濾波、能量存儲和去耦。在 SiP 設計中，電容器可以集成為多層陶瓷電容器 (MLCC)、鉭電容器或其他類型的電容器，具體取決于應用的具體要求。

●? 電感器在磁場中存儲能量，通常用于電子電路中的濾波、能量存儲和阻抗匹配。SiP 設計可以將電感器集成為繞線或薄膜元件或分立 SMD。

長運通SiP測試和驗證

●??測試和驗證是 SiP 制造流程的關鍵環節，因為它們可確保最終產品的可靠性和性能。由于 SiP 設計的高度集成，與傳統的基于 PCB 的系統相比，測試和驗證可能更具挑戰性。設計人員必須制定穩健的測試策略來應對這些挑戰并確保 SiP 技術的成功部署。

●??SiP 測試和驗證的主要挑戰之一是難以隔離和測試封裝內的各個組件。組件和互連非常接近，這使得識別和診斷潛在問題（例如信號完整性問題或制造缺陷）變得具有挑戰性。為了克服這一挑戰，設計人員可以采用各種測試方法，例如內置自測試（BIST）技術，該技術使組件能夠執行自診斷并報告其狀態。

●??SiP 測試和驗證的另一個挑戰是需要在制造過程的各個階段測試系統。這可能包括封裝級測試、最終系統級測試以及晶圓級封裝和測試。每個測試階段都需要不同的測試設備和方法，增加了整個測試過程的復雜性和成本。設計人員必須仔細規劃其測試策略，以確保全面覆蓋，同時最大限度地減少制造時間和成本影響。

●??熱和機械應力測試也是 SiP 驗證的重要方面。由于集成度高且組件距離很近，SiP 設計更容易受到熱和機械應力相關問題的影響。設計人員必須執行嚴格的壓力測試，以確保 SiP 在各種操作條件和環境下的可靠性和穩健性。

總之，由于設計的高集成度和復雜性，SiP 測試和驗證提出了獨特的挑戰。設計人員必須制定穩健的測試策略并采用先進的測試技術，以確保 SiP 技術在各種應用中的可靠性和性能。

長運通技術優勢

通過應對這些挑戰，SiP 技術可以為各個行業和應用帶來小型化、高性能和高效率的優勢。

●??長運通在SiP封裝的優勢體現在3種先進技術： EMI電磁屏蔽技術、激光輔助鍵合（LAB）技術、雙面塑形技術。

●??雙面成型有效地降低了封裝的外形尺寸，縮短了多個裸芯片和無源器件的連接，降低了阻抗，并改善了系統電氣性能。

●??對于EMI屏蔽，使用背面金屬化技術來有效地提高熱導率和EMI屏蔽。

●? 使用激光輔助鍵合來克服傳統的回流鍵合問題，例如CTE不匹配、高翹曲、高熱機械應力等導致可靠性問題。

●??互連技術在 SiP 技術中發揮著至關重要的作用，因為它們支持封裝內各個組件之間的通信和數據傳輸。這些技術負責連接 IC 和無源元件，確保整個系統的正常運行。SiP 設計中常用多種類型的互連技術，每種技術都有優點和挑戰。

●??引線鍵合?是 SiP 設計中廣泛使用的互連技術，其中細線將 IC 和其他組件連接到封裝基板。引線鍵合通過相對簡單的制造工藝提供了一種經濟有效的互連解決方案。然而，引線鍵合可能存在信號速度和密度限制，使其不太適合高頻或高性能應用。

●??硅通孔 (TSV)?代表了 SiP 設計中使用的先進互連技術，特別是 3D 集成。TSV 是穿過硅基板的垂直電氣連接，可在單個封裝內堆疊多個 IC。這種方法提供了顯著的互連密度、信號速度和功率效率優勢。然而，TSV 技術仍然相對較新，并且比其他互連方法更加復雜和昂貴。

在為特定 SiP 應用選擇互連技術時，設計人員必須考慮性能要求、成本限制和制造能力。每種互連技術都有其優點和挑戰，最佳選擇將取決于應用的具體需求和整個系統設計的目標。

我國是全球最大的電子產品生產國，芯片制造能力逐步提升，封裝實力不斷增強，未來SiP市場空間廣闊。

長運通相信，隨著先進封裝技術的不斷發展，集成電路芯片與集成電路封裝之間的界限會日漸模糊，形成共融發展的新態勢，微系統集成技術的發展也會為電子產品的性能帶來了許多顛覆性的進步。

編輯：黃飛