sip[系統級封裝(System In a Package)]

科技 Internet 的許多套用都需要建立和管理一個會話,會話在這裡的含義是在參與者之間的數據 的交換。

一種SIP封裝的示意圖 一種SIP封裝的示意圖

SIP封裝並無一定型態,就晶片的排列方式而言,SIP可為多晶片模組(Multi-chipModule;MCM)的平面式2D封裝,也可再利用3D封裝的結構,以有效縮減封裝面積;而其內部接合技術可以是單純的打線接合(WireBonding),亦可使用覆晶接合(FlipChip),但也可二者混用。除了2D與3D的封裝結構外,另一種以多功能性基板整合組件的方式,也可納入SIP的涵蓋範圍。此技術主要是將不同組件內藏於多功能基板中,亦可視為是SIP的概念,達到功能整合的目的。不同的晶片排列方式,與不同的內部接合技術搭配,使SIP的封裝型態產生多樣化的組合,並可依照客戶或產品的需求加以客制化或彈性生產。

構成SIP技術的要素是封裝載體與組裝工藝。前者包括PCB,LTCC,SiliconSubmount(其本身也可以是一塊IC)。後者包括傳統封裝工藝(Wirebond和FlipChip)和SMT設備。無源器件是SIP的一個重要組成部分,其中一些可以與載體集成為一體(Embedded,MCM-D等),另一些(精度高、Q值高、數值高的電感、電容等)通過SMT組裝在載體上。SIP的主流封裝形式是BGA。就目前的技術狀況看,SIP本身沒有特殊的工藝或材料。這並不是說具備傳統先進封裝技術就掌握了SIP技術。由於SIP的產業模式不再是單一的代工,模組劃分和電路設計是另外的重要因素。模組劃分是指從電子設備中分離出一塊功能,既便於後續的整機集成又便於SIP封裝。電路設計要考慮模組內部的細節、模組與外部的關係、信號的完整性(延遲、分布、噪聲等)。隨著模組複雜度的增加和工作頻率(時鐘頻率或載波頻率)的提高,系統設計的難度會不斷增加,導致產品開發的多次反覆和費用的上升,除設計經驗外,系統性能的數值仿真必須參與設計過程。

與在印刷電路板上進行系統集成相比,SIP能最大限度地最佳化系統性能、避免重複封裝、縮短開發周期、降低成本、提高集成度。對比SoC,SIP具有靈活度高、集成度高、設計周期短、開發成本低、容易進入等特點。SIP將打破目前積體電路的產業格局,改變封裝僅僅是一個後道加工廠的狀況。未來積體電路產業中會出現一批結合設計能力與封裝工藝的實體,掌握有自己品牌的產品和利潤。目前全世界封裝的產值只占積體電路總值的10%,當SIP技術被封裝企業掌握後,產業格局就要開始調整,封裝業的產值將會出現一個跳躍式的提高。

SIP封裝可將其它如被動組件,以及天線等系統所需的組件整合於單一構裝中,使其更具完整的系統功能。由套用產品的觀點來看,SIP更適用於低成本、小面積、高頻高速,以及生產周期短的電子產品上,尤其如功率放大器(PA)、全球定位系統、藍芽模組(Bluetooth)、影像感測模組、記憶卡等可攜式產品市場。但在許多體系中,封閉式的電路板限制了SIP的高度和套用。以長遠的發展規劃而言,SoC的發展將能有效改善未來電子產品的效能要求,而其所適用之封裝型態,也將以能提供更好效能之覆晶技術為發展主軸;相較於SoC的發展,SIP則將更適用於成本敏感性高的通訊用及消費性產品市場。

SIP技術可以套用到信息產業的各個領域,但目前研究和套用最具特色的是在無線通信中的物理層電路。商用射頻晶片很難以用矽平面工藝實現,使得SoC技術能實現的集成度相對較低,性能難以滿足要求。同時由於物理層電路工作頻率高,各種匹配與濾波網路含有大量無源器件,SIP的技術優勢就在這些方面充分顯示出來。目前SIP技術尚屬初級階段,雖有大量產品採用了SIP技術,其封裝的技術含量不高,系統的構成與在PCB上的系統集成相似,無非是採用了未經封裝的晶片通過COB技術與無源器件組合在一起,系統內的多數無源器件並沒有集成到載體內,而是採用SMT分立器件。

在SIP這一名詞普及之前就已經出現了多種單一封裝體內集成的產品,歷史原因造成了這些產品至今還沒有貼上SIP的標籤。最早出現的模組是手機中的功率放大器,這類模組中可集成多頻功放、功率控制、及收發轉換開關等功能。另外三維多晶片的存儲模組,邏輯電路與存儲電路的集成也處於這種情況。

集成度較高的是Bluetooth和802.11(b/g/a)。Philips公司的BGB202 BluetoothSIP模組除了天線之外,包含了基帶處理器和所有的物理層電路,其中一部分濾波電路就是用薄膜工藝實現的(但不是在SIP的載體中,而是以一個分立的無源晶片形式出現的)。整個模組的外圍尺寸是7mm×8mm×1.4mm。外部單元只需要天線和時鐘。Philips還有一款面向3G通信的手機電視解決方案也採用了SIP技術,9mmx9mm的模組內包含了高頻頭、信道解調和解碼。

UWB是SIP的另一個理想套用。Freescale Semiconductor已經開始提供DS-UWB晶片組。

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