《电子封装、微机电与微系统》课件第12章

第十二章SIP技术12.1SIP技术的概念12.2SIP技术的特性12.3SOC技术与SIP技术的关系12.4SIP技术的现状12.5SIP技术的工艺12.6SIP技术的进展12.7SIP技术的应用

12.1SIP技术的概念

国际半导体技术指南将SIP定义为：将半导体器件、无源器件、连线集成在一个封装体中。SIP英文全称为：SystemInPackage(注意与单列直插式封装SingleIn-LinePackage相区别)。图12-1基于SIP技术的GSM模块

12.2SIP技术的特性

SIP代表封装技术的发展趋势，具有如下特性：

●引线键合、倒装焊互连、IC芯片直接内连等封装技术，满足SIP所要求的互连以及功能和性能要求。

●封装面积比增大。SIP在同一封装体中，叠加两个或更多的芯片，把Z方向的空间也利用起来，同时又不必增加封装引脚。两芯片叠装在同一壳内时，封装与芯片的面积比增加到170%，三芯片叠装时可增至250%。●物理尺寸显著减小。例如，SIP封装体的厚度不断减少，最先进的技术可实现五层堆叠芯片，且是只有1.0mm厚的超薄封装，三叠层芯片封装的重量可减轻35%。

● SIP可使不同工艺、加工材料的芯片，通过封装形成一个系统，具有很好的兼容性，并可实现嵌入集成化无源元件集成。无线电和便携式电子整机中，现用的无源元件至少可被嵌入30%～50%，甚至可将Si、GaAs、InP的芯片实现一体化封装。

● SIP可提供低功耗和低噪声的系统级连接，在较高的工作频率下，可以获得几乎与SOC相等的总线带宽。●元器件集成封装在统一的外壳结构中，减少了总焊点数目，缩短了元件器的连线路程，从而使电性能得以提高。

●缩短了产品研制和投放市场的周期。SIP在对系统进行功能分析和划分后，可充分利用商品化生产的芯片资源，经过合理的电路互连及封装结构设计，以最佳方式和最低成本，达到系统的设计性能；SIP易于修改，无需像SOC那样进行版图级布局布线，减少了设计、验证、调试的复杂性，比SOC节省了更多的系统设计和生产费用，投放市场的时间至少可减少1/4。

●采取多项技术措施，确保SIP具有良好的抗机械和化学腐蚀的能力以及高可靠性。

12.3SOC技术与SIP技术的关系

虽然SOC技术面临许多问题，而SIP技术具有许多优势，但是并不是说SOC技术不如SIP技术，也并不能说SIP可以代替SOC。针对巨大产量规模，又是以CMOS技术为基础的产品，SOC仍然是不可取代的优先选择。SIP与SOC不是两个相互对立的技术，而是两项平行发展的系统集成技术，它们都顺应了电子产品高性能、多功能、小型化、轻量化和高可靠性的发展趋势。从发展的历程来看，SOC与SIP是极为相似的，两者均希望将逻辑组件，数字、模拟、无源器件集成在一个单元中。

12.4SIP技术的现状

作为整机系统，SOC技术与SIP技术都是其解决方案，可是由于SOC技术成本较高，所以对于国内来说，SIP可以作为一种捷径，利用现有的封装工艺，将系统需要的原件进行组合，以最低的成本、最快的时间，实现最优的系统性能。

图12-2NEC发布的超析像系统集成电路图12-3SkywordsSolutions的基于SIP的栅格阵列(LGA)

12.5SIP技术的工艺

1. SIP封装的分类

1) 2DSIP

2)堆叠SIP

3) 3DSIP

2. SIP封装的主要工艺

SIP封装的主要工艺如下：

1)圆片减薄

2)圆片切割

3)芯片粘接

4)引线键合

5)等离子清洗

6)密封灌封图12-4灌封环节工艺流程

12.6SIP技术的进展

12.6.1新型互连技术

传统的一级封装互连主要通过引线键合来实现，即使在目前芯片堆叠封装中，多数也是采用引线键合来实现芯片到基板或者引线框架互连的。当SIP面向射频以及复杂的系统设计时，倒装芯片技术比引线键合更具优势。采用SIP技术可以实现更高的互连密度、更短的信号传输路线和更低的耦合电感以及优良的噪音控制，同时易于实现薄外形的封装。图12-5清华大学制作的无铅焊凸点图12-6Intel公司的垂直通孔互连技术12.6.2堆叠技术的发展

1.封装堆叠

2.堆叠芯片封装

3.芯片到芯片/圆片的堆叠封装图12-7“聚合物芯片”工艺图12-8八芯片堆叠SIP图12-9三层薄膜载体基板堆叠图12-10四层薄膜载体基板堆叠图12-11薄芯片堆叠图12-12TSV叠层芯片封装技术12.6.3埋置技术

系统级封装技术的另外一个重要挑战是埋置结构的实现。无源器件的埋置实现已经进行了多年的研究和开发，利用薄膜、厚膜技术在芯片或者基板上集成无源器件，已经有相对成熟的技术。对于SIP而言，未来更为有吸引力的是包含有源芯片的埋置结构。图12-13IMB工艺流程示意图图12-14CIP工艺流程图图12-15内埋置无源元件12.6.4新型基板

与传统封装工业不同，在SIP产品中，基板扮演着越来越重要的作用。相当一部分的无源元件、不同芯片或器件的互连都通过基板来实现。传统的基板，按照材料可以分为有机基板、陶瓷基板等。

12.7SIP技术的应用

SIP技术广泛用于电子信息产业的各个领域，目前研究和应用最具特色的是无线通信的物理层电路。商用RF芯片很难用硅平面工艺实现，SOC技术能实现的集成度相对较低，性能难以满足要求。同时，由于物理层电路工作频率高，各种匹配与滤波网络含有大量的无源器件，从而使SIP的