集成电路系统级封装(SiP)技术以及应用
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发布时间：2022-12-04 08:54
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时间：2024-12-12 05:59
1980年代，专门集成电路以标准逻辑门为基本单元，由处理线提供给设计师免费使用，以缩短设计周期：1990年代末进入系统级芯片时代。在芯片上，它包括cpu、dsp、逻辑电路、模拟电路、射频电路、存储器和其他电路模块以及嵌入式软件，并相互连接，形成完整的系统。
由于系统设计日益复杂，设计行业中已有工厂专门开发具有这些功能的各种集成电路模块（称为知识产权核心或IP核心）。这些模块通过授权提供给其他系统设计人员进行有偿使用。设计人员将使用IP核作为设计的基本单元。IP核的重用不仅缩短了系统设计周期，而且提高了系统设计的成功率。
研究表明，与由IC构成的系统相比，由于SOC设计能够综合考虑整个系统的各种条件，在相同的工艺条件下，可以达到更高的系统指标。21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。
近年来，由于整机的便携式开发和系统小型化的趋势，需要在芯片上集成更多不同类型的元件，如Si-CMOSIC，GaAs-RFIC，各种无源元件，光机械设备，天线，连接器。和传感器等单一材料和标准工艺的SOC是有限的。近年来，基于SOC快速开发的系统级封装（SiP）不仅可以在一个封装中组装多个芯片，而且可以堆叠和集成不同类型的器件和电路芯片。复杂，完整的系统。
与SOC相比，SIP具有：
（一）可以提供更多的新功能；
（2）各工序兼容性好；
（3）灵活性和适应性强；
（4）低成本；
（5）易于分块测试；
（6）开发周期短等优点。
SOC和SIP互为补充。一般认为，SOC主要用于更新较慢、对军事装备性能要求较高的产品。SIP主要用于更换周期较短的消费品，如手机。SIP的合格率和计算机辅助设计有待进一步提高。
由于液滴的复杂性，对液滴的设计和工艺技术提出了更高的要求。在设计方面，需要由系统工程师、电路设计、布局设计、硅技术设计、测试和制造等工程师组成的团队共同努力，以达到最佳的性能、最小的尺寸和最小的成本。首先，采用计算机辅助仿真设计，对芯片、电源和被动组件的参数和布局进行了设计。高密度线路的设计应考虑消除振荡、过冲、串扰和辐射。考虑散热和可靠性；选择衬底材料（包括介电常数、损耗、互连阻抗等）；制定线宽、间距和穿孔等设计规则；最后设计主板的布局。
SIP采用了近十年来迅速发展的触发器焊接互连技术。触发器焊接互连具有直流电压低、互连密度高、寄生电感小、热、电性能好等优点，但成本高于焊丝。SIP的另一个优点是能够集成各种无源组件。无源元件在集成电路中的应用日益增多。例如，移动电话中的无源元件与有源元件的比例约为50：1。采用近年来发展起来的低温共烧多层陶瓷（LTCC）和低温共烧铁氧体（LTCF）技术，即在多层陶瓷中集成电阻、电容、电感、滤波器和谐振器等无源元件，就像将有源器件集成到硅片中一样。此外，为了提高芯片芯核在封装中的面积比，采用了两个以上的芯片叠层结构，并在Z方向上中进行了三维集成。开发了层合芯片之间的超薄柔性绝缘层底板、底板上的铜线、通孔互连和金属化等新技术。
SIP以其快速进入市场的竞争力、更小、更薄、更轻、更多的功能，在业界得到了广泛的应用。它的主要应用是射频/无线应用、移动通信、网络设备、计算机和外围设备、数字产品、图像、生物和MEMS传感器。
到2010年，SiP的布线密度预计为6000cm / cm 2，热密度为100W / cm 2，元件密度为5000 / cm 2，I / O密度为3000 / cm 2。系统级封装设计也正朝着SOC的自动布局和布线等计算机辅助自动化发展。英特尔最先进的SiP技术将五个堆叠式闪存芯片集成到1.0mm超薄封装中。东芝的SiP目标是将手机的所有功能集成到一个包中。日本最近预测，如果全球五分之一的LSI系统采用SiP技术，SiP市场可达到1.2万亿日元。凭借其进入市场的优势，SiP将在未来几年内以更快的速度增长。在加快集成电路设计和芯片制造发展的同时，中国应加大系统级封装的研发力度。
