SIP封装工艺流程（下）

转自半导体在线  2021年9月25日

SiP——为应用而生

6.3.1.主要应用领域

SiP的应用非常广泛，主要包括：无线通讯、汽车电子、医疗电子、计算机、军用电子等。

应用最为广泛的无线通讯领域。SiP在无线通信领域的应用最早，也是应用最为广泛的领域。在无线通讯领域，对于功能传输效率、噪声、体积、重量以及成本等多方面要求越来越高，迫使无线通讯向低成本、便携式、多功能和高性能等方向发展。SiP是理想的解决方案，综合了现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势，降低成本，缩短上市时间，同时克服了SOC中诸如工艺兼容、信号混合、噪声干扰、电磁干扰等难度。手机中的射频功放，集成了频功放、功率控制及收发转换开关等功能，完整的在SiP中得到了解决。

汽车电子是SiP的重要应用场景。汽车电子里的SiP应用正在逐渐增加。以发动机控制单元（ECU）举例，ECU由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。各类型的芯片之间工艺不同，目前较多采用SiP的方式将芯片整合在一起成为完整的控制系统。另外，汽车防抱死系统(ABS)、燃油喷射控制系统、安全气囊电子系统、方向盘控制系统、轮胎低气压报警系统等各个单元，采用SiP的形式也在不断增多。此外，SIP技术在快速增长的车载办公系统和娱乐系统中也获得了成功的应用。

医疗电子需要可靠性和小尺寸相结合，同时兼具功能性和寿命。在该领域的典型应用为可植入式电子医疗器件，比如胶囊式内窥镜。内窥镜由光学镜头、图像处理芯片、射频信号发射器、天线、电池等组成。其中图像处理芯片属于数字芯片、射频信号发射器则为模拟芯片、天线则为无源器件。将这些器件集中封装在一个SiP之内，可以完美地解决性能和小型化的要求。

 SiP在计算机领域的应用主要来自于将处理器和存储器集成在一起。以GPU举例，通常包括图形计算芯片和SDRAM。而两者的封装方式并不相同。图形计算方面都采用标准的塑封焊球阵列多芯片组件方式封装，而这种方式对于SDRAM并不适合。因此需要将两种类型的芯片分别封装之后，再以SiP的形式封装在一起。

SiP在其他消费类电子中也有很多应用。这其中包括了ISP（图像处理芯片）、蓝牙芯片等。ISP是数码相机、扫描仪、摄像头、玩具等电子产品的核心器件，其通过光电转换，将光学信号转换成数字信号，然后实现图像的处理、显示和存储。图像传感器包括一系列不同类型的元器件，如CCD、COMS图像传感器、接触图像传感器、电荷载入器件、光学二极管阵列、非晶硅传感器等，SiP技术无疑是一种理想的封装技术解决方案。

 蓝牙系统一般由无线部分、链路控制部分、链路管理支持部分和主终端接口组成，SiP技术可以使蓝牙做得越来越小迎合了市场的需求，从而大力推动了蓝牙技术的应用。SiP完成了在一个超小型封装内集成了蓝牙无线技术功能所需的全部原件（无线电、基带处理器、ROM、滤波器及其他分立元件）。

军事电子产品具有高性能、小型化、多品种和小批量等特点，SiP技术顺应了军事电子的应用需求，因此在这一技术领域具有广泛的应用市场和发展前景。SiP产品涉及卫星、运载火箭、飞机、导弹、雷达、巨型计算机等军事装备，最具典型性的应用产品是各种频段的收发组件。

6.3.2. SiP—为智能手机量身定制

手机轻薄化带来SiP需求增长。手机是SiP封装最大的市场。随着智能手机越做越轻薄，对于SiP的需求自然水涨船高。从2011-2015，各个品牌的手机厚度都在不断缩减。轻薄化对组装部件的厚度自然有越来越高的要求。以iPhone 6s为例，已大幅缩减PCB的使用量，很多芯片元件都会做到SiP模块里，而到了iPhone8，有可能是苹果第一款全机采用SiP的手机。这意味着，iPhone8一方面可以做得更加轻薄，另一方面会有更多的空间容纳其他功能模块，比如说更强大的摄像头、扬声器，以及电池。

从苹果产品看SiP应用。苹果是坚定看好SiP应用的公司，苹果在之前Apple Watch上就已经使用了SiP封装。

除了手表以外，苹果手机中使用SiP的颗数也在逐渐增多。列举有：触控芯片，指纹识别芯片，RFPA等。

触控芯片。在Iphone6中，触控芯片有两颗，分别由Broadcom和TI提供，而在6S中，将这两颗封在了同一个package内，实现了SiP的封装。而未来会进一步将TDDI整个都封装在一起。iPhone6s中展示了新一代的3D Touch技术。触控感应检测可以穿透绝缘材料外壳，通过检测人体手指带来的电压变化，判断出人体手指的触摸动作，从而实现不同的功能。而触控芯片就是要采集接触点的电压值，将这些电极电压信号经过处理转换成坐标信号，并根据坐标信号控制手机做出相应功能的反应，从而实现其控制功能。3D Touch的出现，对触控模组的处理能力和性能提出了更高的要求，其复杂结构要求触控芯片采用SiP组装，触觉反馈功能加强其操作友好性。

指纹识别同样采用了SiP封装。将传感器和控制芯片封装在一起，从iPhone 5开始，就采取了相类似的技术。

RFPA模块。手机中的RFPA是最常用SiP形式的。iPhone 6S也同样不例外，在iPhone 6S中，有多颗RFPA芯片，都是采用了SiP。

按照苹果的习惯，所有应用成熟的技术会传给下一代，我们判断，即将问世的苹果iPhone7会更多地采取SiP技术，而未来的iPhone7s、iPhone8会更全面，更多程度的利用SiP技术，来实现内部空间的压缩。

SoC和SIP

自集成电路器件的封装从单个组件的开发，进入到多个组件的集成后，随着产品效能的提升以及对轻薄和低耗需求的带动下，迈向封装整合的新阶段。在此发展方向的引导下，形成了电子产业上相关的两大新主流：系统单芯片SoC（System on Chip）与系统化封装SIP（System in a Package）。

SoC与SIP是极为相似，两者均将一个包含逻辑组件、内存组件，甚至包含被动组件的系统，整合在一个单位中。

SoC是从设计的角度出发，是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。

SIP是从封装的立场出发，对不同芯片进行并排或叠加的封装方式，将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件，以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件优先组装到一起，实现一定功能的单个标准封装件。

构成SIP技术的要素是封装载体与组装工艺，前者包括PCB、LTCC、Silicon Submount（其本身也可以是一块IC），后者包括传统封装工艺（Wire bond和Flip Chip）和SMT设备。无源器件是SIP的一个重要组成部分，如传统的电容、电阻、电感等，其中一些可以与载体集成为一体，另一些如精度高、Q值高、数值高的电感、电容等通过SMT组装在载体上。

从集成度而言，一般情况下，SoC只集成AP之类的逻辑系统，而SiP集成了AP+mobile DDR，某种程度上说SIP=SoC+DDR，随着将来集成度越来越高，emmc也很有可能会集成到SIP中。

从封装发展的角度来看，因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下，SoC曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来SoC生产成本越来越高，频频遭遇技术障碍，造成SoC的发展面临瓶颈，进而使SIP的发展越来越被业界重视。

SIP的封装形态

SIP封装技术采取多种裸芯片或模块进行排列组装，若就排列方式进行区分可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。相对于2D封装，采用堆叠的3D封装技术又可以增加使用晶圆或模块的数量，从而在垂直方向上增加了可放置晶圆的层数，进一步增强SIP技术的功能整合能力。而内部接合技术可以是单纯的线键合（Wire Bonding），也可使用覆晶接合（Flip Chip），也可二者混用。

另外，除了2D与3D的封装结构外，还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中，达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式，与不同的内部接合技术搭配，使SIP的封装形态产生多样化的组合，并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

SIP的技术难点

SIP的主流封装形式是BGA，但这并不是说具备传统先进封装技术就掌握了SIP技术。

对于电路设计而言，三维芯片封装将有多个裸片堆叠，如此复杂的封装设计将带来很多问题：比如多芯片集成在一个封装内，芯片如何堆叠起来；再比如复杂的走线需要多层基板，用传统的工具很难布通走线；还有走线之间的间距，等长设计，差分对设计等问题。 

此外，随着模块复杂度的增加和工作频率（时钟频率或载波频率）的提高，系统设计的难度会不断增加，设计者除具备必要的设计经验外，系统性能的数值仿真也是必不可少的设计环节。 

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