SIP(封裝系統),SIP(封裝系統)是什么意思

SIP的優勢特性
SIP技術已有若干重要突破，架構上將芯片平面置放改為堆疊式封裝的精、密度增加，性能大大提高，代表著封裝技術的發展趨勢，在多方面存在極大的優勢特性，現大體歸納如下：

①SIP采用一個封裝來完成一個系統目標產品的全部互連以及功能和性能參數，可同時利用引線鍵合與倒裝焊互連以及別的IC芯片直接內連技術；

②封面積比增大，SIP在同一封裝中疊加兩個或更多的芯片，把Z方向的空間也利用起來，又不必增加封裝引腳，兩芯片疊裝在同一殼內的封裝與芯片面積比增加到170％，三芯片疊裝可增至250％；

③在物理尺寸上必定是小的，例如，SIP封裝體的厚度不斷減少，最先進的技術可實現五層堆疊芯片只有1．0mm厚的超薄封裝，三疊層芯片封裝的重量減輕35％；

④SIP可實現不同工藝，材料制作的芯片封裝形成一個系統，有很好的兼容性，并可實現嵌入集成化無源元件的夢幻組合，無線電和便攜式電子整機中現用的無源元件至少可被嵌入30-50％，甚至可將Si、GaAs、InP的芯片組合一體化封裝；

⑤SIP可提供低功耗和低噪聲的系統級連接，在較高的頻率下工作可以獲得較寬的帶寬，幾乎與SOC相等的總線帶寬；

⑥元件集成封裝在統一的外殼結構中，可使總的焊點大為減少，也縮短了元件的連線路程，從而使電性能得以提高；

⑦縮短產品研制和投放市場的周期，SIP在對系統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結構及封裝設計，易于修改、生產，力求以最佳方式和最低成本達到系統的設計性能，無需像SOC那樣進行版圖級布局布線，從而減少了設計、驗證、調試的復雜性與系統實現量產的時間，可比SOC節省更多的系統設計和生產費用，投放市場的時間至少可減少1／4；

⑧采取多項技術措施，確保SIP具有良好的抗機械和化學侵害的能力以及高可靠性。

毫無疑問，SIP與SOC、多芯片組件MCM等有很多驚人的相似之處，分別提供實現不同級別電子系統的變通方法，盡管存在區別但并不是相互對立的技術，而是相輔相成適應市場的需求。SOC面臨多項制約，如研發成本高，設計周期長，驗證及生產工藝復雜等，在某些情況下是最佳選擇，但絕不是所有系統級集成的唯一選擇，多用于相對高端的市場，MCM將兩個以上裸芯片和片式元器件組裝在一塊高密度多層互連基板上，然后封裝在外殼內構成高密度功能電子組件、部件、子系統或系統，多采用混合集成技術，主要應用于有高可靠性要求而不太計較價格因素的高性能的電子領域中。與此相反，SIP是針對某個系統進行功能劃分，選擇優化的IC芯片及元件來實現這些功能，采用成熟的高密度互連技術與單芯片封裝相同或相似的設備、材料、工藝技術制作生產，在封裝中構成系統級集成，提高性能的同時降低成本，以其很高的性價比應用于中端市場。SIP的很多優勢特性逐漸顯露出來，所提出的最終目標是要研發獲得能夠靈活地將無源和有源元器件完全封裝集成到一起構成系統的新技術。

SIP產品架構
SIP以滿足手機等便攜式電子整機產品的體積不斷減小，功能日趨復雜的要求為發展契機，市場上已出現多種SIP產品架構，首次應用是將一個2Mb的SRAM和一個16Mb的閃存芯片疊加在一個封裝中，實現EEPROM功能，用于手機。此后，很多頂級半導體廠商推出SIP疊層式存儲器，可使小空間更快地存儲更多數據，支持手機添加數據業務、數相機、娛樂、超小型PC等多種功能。Intel最先進的SIP技術可以讓五層堆疊的閃存芯片達到1.0mm薄的超薄封裝，已推出的5種產品具有X 16和X 32總線寬度以及SRAM、PSRAM、LP-SDRAM功能，存儲容量可達1Gb，芯片采用多極單元MLC技術與0．13μm工藝制造。開發出六片芯片SIP，其上部為四個芯片，底部是兩個芯片，尺寸大小為15×11×1.4mm，進一步支持手機的存儲容量越來越大的需要。在單塊存儲卡上SIP集成多個閃存芯片，將使手持設備能夠存儲數十分鐘長度的DVD視頻，成千上萬的高分辨率圖像，超過30小時的數字音樂，或者數千兆的數據文件等信息，現在閃存芯片發展到0．09μm工藝，0．07μm和0．05μm的新一代工藝技術也已開始研發，有什么樣的芯片，就需要相適應的封裝，從過去的單一封裝殼體演變成與被封裝體不可分割的一部分，封裝已涉及到被封裝體內，IC生產流程的集中整合和繼續垂直細分的趨勢同時存在，兩種截然相反的發展最終取決于生產體系的成本最小化因素。

從早期的將兩個、三個或更多存儲芯片疊裝在同一殼體內，滿足高速數據速率的存儲帶寬的需求外，擴展到把不同種類芯片疊裝到一個殼內，開發包括數字信號處理器DSP+SRAM+閃存，專用集成電路ASIC+存儲器，數字+模擬十射頻，微控制器+存儲器等其它的SIP應用?，F代電子系統大都需要完成兩種類型的運算，因而需要采用雙處理器的CPU+DSP解決方案，DSP用于完成語音、圖像、視頻、音頻信號的重復性復雜性運算的實時處理，CPU剛用于完成電源管理，人機界面協議棧操作，易于實現靈活控制，兩者各有短長，有融合的趨勢，兩個核封裝在一起，或將DSP的內核移植到單片PCU中的SOC集成。SIP智能功率器件將系統的控制部分和功率場效應MOS晶體管及驅動、保護、輔助電路等，融合于緊湊、性能強勁的絕緣式封裝內。在1．6×1．6×0．6mm的SOT553／563單封裝內集成多個瞬變電壓抑制元件，形成微型封裝集成瞬態電壓保護器件，減少占用電路板空間達36％，降低厚度40％。對SIP產品架構方式的研發集中在片對片、片疊片、封裝在超薄型外殼內再垂直疊放、襯底直焊等方面，芯片之間多數采用周邊互連，某些是用陣列式互連，也有采用直接式；間接式兩大類的互連，或晶圓級超級減薄露出內連柱及鍵合形成的互連，作為有系統功能的整體IC應用，但又不是一個單一的芯片。

SIP最張揚的架構是可以在封裝內封裝集成無源元件，首先將無源元件小型化及集成化后，再封裝在統一的封裝結構中，有一種簡化結構：基板20mm2，厚2mm，中心挖凹槽，以便鑲嵌一個約10mm見方、0．3mm薄的IC芯片(開凹槽可以降低總體厚度，降低厚度對于整機產品設計是非常關鍵的要求)，芯片上方與基板平齊，下方與基板之間充填10μm厚的環氧樹脂作膠接劑；芯片上方排列著100個直徑為67μm的接點，其間充填聚酰亞胺；接點上方制成各種電容、電阻及銅導體，它們之間以環氧樹脂絕緣。封裝內無源元件的集成化有LTCC和低溫共燒鐵氧體LTCF等技術，分別形成集成電容器、電阻器、電感器、平面變壓器、EMI濾波器和EMI磁珠陣列等無源元件的陶瓷基板、磁性基板，盡可能多地將各種無源元件集成在一個單獨的封裝結構內，與在多層印制電路板中埋置無源元件、無源元件制作在硅芯片上同步發展。Philips的BGBl02體現了全新的SIP，在一個傳統的超小型6×6mmHVQFN封裝中結合了有源和無源元器件，綜合了所有的射頻組件，如收發器、平衡／不平衡變換器、切換和天線濾波器等，極大地簡化了藍牙應用的開發和生產。有一種2．4GHz的SIP產品，將射頻、8051MCU、9通道12位。A／DC、外圍元件、電感和濾波器全部集合在尺寸6×6mm的QFN封裝中。還開發出存儲器與基帶IC的集合架構，在一個封裝中集成了ASIC、CPU、同步DRAM、閃存各一片。

SIP的相關技術
SIP是IC產業鏈發展中的知識、技術、方法相互滲透交融，綜合應用的結果，最大限度地靈活利用各種不同芯片資源和封裝互連優勢，盡可能地提高性能，降低成本，在做深做透的研發過程中涉及到多種技術問題，相關技術包括熱設計，I／O口的重分布，減薄大規模IC芯片的背面厚度，若干芯片的層疊組裝和高密集互連技術等。

在封裝設計中，熱設計是重要環節之一，熱失效已成為封裝失效的主要因素，占50％以上。對于SIP而言，系統的熱耗散問題也是至關緊要的，能否迅速散熱制約著設計的成敗，在設計SIP時，必須事先仿真由系統功耗引起的溫度分布狀況和熱傳遞過程，以數值模擬為手段，預測器件的傳熱特性，分析其對系統各方面的影響，并研究相應的散熱處理方法，例如，采用導熱性能好的材料，或減少基板厚度，不使芯片產生熱失效所允許的輸人功率耗散密度。

SIP的片間總線性能已成為提高系統內部總線帶寬的關鍵，SIP內部芯片間采用的是非復用總線，使輸入和輸出路徑分開，有豐富的連線資源，靠得很近的芯片減少了片間總線長度及電容，擴展片間連線的信號位數，提高工作頻率。同時在片間也可以采用現有成熟的系統總線標準作為折衷方案，使IC芯片不經過大的改動即可應用，設計出適合SIP的片內總線和片間總線，能獲得很高的效益，系統總線傳輸數據的帶寬與時鐘頻率f，數據寬度W成正比。在封裝襯底信號層上的布線和對引腳的某些線路的重新布置，即可簡化芯片引腳與襯底的連接，互連線的延遲現象對于系統的設計有相當大的影響。

先進的封裝技術要求芯片的厚度不斷減薄，已制作圖形晶圓的背面減薄是封裝制造過程中的極為重要的工序，超精密磨削、研磨、拋光、腐蝕作為硅晶圓背面減薄工藝獲得廣泛應用，減薄后的芯片可提高熱發散效率、機械性能、電性能、減小芯片封裝體積，減輕劃片加工量。目前，φ200mm已制作電路圖形晶片的減薄水平是0.12-0.15mm，φ300mm晶片要達到這一水平還需要采用化學機械拋光、等離子腐蝕、先劃片(半切割，切入晶圓后還剩下200μm)后研磨等技術，今后的發展趨勢是達到0．05mm以下的厚度。硅晶片上電路層的有效厚度一般為5-10μm，為保證其功能，并有一定的支撐厚度，晶片的減薄極限為20-30μm。占總厚度90％左右的晶片是為保證在芯片制造、測試、運送過程中有足夠的強度，φ300mm晶片的平均厚度為775μm，φ200mm晶片為725μm，因此，在電路層制作完成后，需要對其進行背面減薄，晶片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應力也越小。

在兩個疊層芯片之間加入隔離層薄膜后的柱狀互連也可滿足布線要求，各層均敷銅箔并刻蝕出布線圖形，制作互連通孔并金屬化，然后疊層。超薄設計將具有粘接性熱塑樹脂用作絕緣層的柔性底板(單層布線)中介層來使用，極薄柔性底板把芯片包起來，形成柔性底板夾著芯片的“夾層結構”，即使芯片厚度減薄到100μm以下，也不會使芯片受到過大的外力，在不損壞芯片的情況下就能將封裝層疊起來，在lmm的封裝高度內可嵌人5個芯片。

為實現高速連接，必須仔細設計薄膜互連線路。

封裝發展趨勢表明，封裝設計自動化是個新興的技術領域，高性能的芯片設計越來越多地采用芯片倒裝技術，是SIP與集成的關鍵技術，通過芯片和襯底之間的電氣連接，可直接把裸芯片襯底封裝在一起，封裝與芯片設計的整合是不可避免的。

前景
SIP綜合運用現有的芯片資源及多種先進封裝技術的優勢，有機結合起來由幾個芯片組成的系統構筑而成的封裝，開拓了一種低成本系統集成的可行思路與方法，較好地解決了SOC中諸如工藝兼容、信號混合、電磁干擾EMI、芯片體積、開發成本等問題，在移動通信、藍牙模塊、網絡設備、計算機及外設、數碼產品、圖像傳感器等方面有很大的市場需求量。所Semico公司報道，世界SIP營銷收入將從2002年的8200萬美元增長到2007年的7．48億美元，年均增長率達55．6％。日本新近預測，2007年世界有關應用SIP技術的LSI市場可望達1．2萬億日元，這是根據同期系統LSI的1／5可利用SIP技術計算而得的。

東芝的SIP目標是把移動電話的全部功能組合到一個封裝內，Rohm大量生產用于PC機的SIP，Amkor公司月產百萬塊用于高頻通信及存儲器SIP。中國***封裝大廠正積極發展SIP，與韓國一爭高低。研究者發現：SIP技術需要克服的障礙不在于缺乏應用，也不是生產廠商不樂意采用這項技術，而是成品率問題。