تم اقتراح تقنية النظام داخل الحزمة (SIP) منذ أوائل التسعينيات وحتى الوقت الحاضر. بعد أكثر من عشر سنوات من التطوير، تم قبوله على نطاق واسع من قبل الأوساط الأكاديمية والصناعة، وأصبح أحد النقاط الساخنة الجديدة في أبحاث التكنولوجيا الإلكترونية وأحد الاتجاهات الرئيسية للتطبيقات التقنية. ويعتقد أيضًا أنه يمثل اتجاه التطوير المستقبلي للتكنولوجيا الإلكترونية. باعتبارها جزءًا مهمًا من تكنولوجيا التعبئة والتغليف SIP، حققت تكنولوجيا التعبئة والتغليف SIP تقدمًا كبيرًا في الابتكار المستمر على مر السنين، وشكلت تدريجيًا نظامها الفني الخاص، والذي يستحق المشاركة في صناعات التكنولوجيا ذات الصلة. الفنيين والعلماء إجراء البحوث والدراسة. من منظور تكنولوجيا التعبئة والتغليف، تقدم المقالة تصنيع عبوات SIP بالتفصيل، وتناقش أيضًا النقاط الرئيسية لعمليتها بالتفصيل.

وفقًا لتعريف المنظمة الدولية لطرق أشباه الموصلات (ITRS): SiP هو جهاز واحد يجمع بشكل تفضيلي مكونات إلكترونية نشطة متعددة بوظائف مختلفة وأجهزة سلبية اختيارية، بالإضافة إلى أجهزة أخرى مثل MEMS أو الأجهزة البصرية، لتحقيق نتيجة معينة وظيفة. الحزم القياسية التي تشكل نظامًا أو نظامًا فرعيًا.

فيما يتعلق بالهندسة المعمارية، يدمج SiP مجموعة متنوعة من الرقائق الوظيفية، بما في ذلك المعالجات والذاكرة والرقائق الوظيفية الأخرى في حزمة واحدة، وذلك لتحقيق وظيفة كاملة بشكل أساسي. يتوافق مع SOC (النظام الموجود على الشريحة). الفرق هو أن النظام داخل العبوة هو طريقة تعبئة يتم فيها استخدام شرائح مختلفة جنبًا إلى جنب أو مكدسة، في حين أن SOC عبارة عن منتج شرائح متكامل للغاية.

1.1. المزيد من مور مقابل أكثر من مور —— مقارنة بين SoC وSiP

يعد SiP مسارًا مهمًا لتحقيق ما يتجاوز قانون مور. لقد تطور قانون مور المعروف إلى المرحلة الحالية، إلى أين يتجه؟ هناك طريقان في الصناعة: الأول هو مواصلة التطوير وفقًا لقانون مور. تشمل المنتجات التي تتبع هذا المسار وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة المنطقية وما إلى ذلك. وتمثل هذه المنتجات 50% من السوق بأكمله. والآخر هو طريق أكثر من مور الذي يتجاوز قانون مور. لقد تحول تطوير الرقائق من السعي الأعمى لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين الأداء إلى نهج أكثر واقعية لتلبية احتياجات السوق. تشمل المنتجات في هذا المجال الأجهزة التناظرية/الترددات اللاسلكية، والأجهزة السلبية، وأجهزة إدارة الطاقة، وما إلى ذلك، وهو ما يمثل حوالي 50% المتبقية من السوق.

بالنسبة لهذين المسارين، تم إنشاء منتجين: SoC وSiP. SoC هو نتاج استمرار قانون مور في الانخفاض، ويعتبر SiP طريقًا مهمًا لتحقيق ما هو أبعد من قانون مور. كلاهما منتج يتيح تصغير وتصغير الأنظمة على مستوى الشريحة.

تتشابه SoC وSIP إلى حد كبير من حيث أن كلاهما يدمج نظامًا يتضمن مكونات منطقية ومكونات ذاكرة وحتى مكونات سلبية في وحدة واحدة. شركة نفط الجنوب هي من وجهة نظر التصميم، وهي دمج المكونات التي يتطلبها النظام في شريحة واحدة. SiP هي طريقة تعبئة يتم فيها تجميع شرائح مختلفة جنبًا إلى جنب أو تكديسها من وجهة نظر التغليف، ويتم تجميع المكونات الإلكترونية النشطة المتعددة ذات الوظائف المختلفة والأجهزة السلبية الاختيارية، بالإضافة إلى الأجهزة الأخرى مثل MEMS أو الأجهزة البصرية معًا بشكل تفضيلي . ، حزمة قياسية واحدة تنفذ وظيفة معينة.

فيما يتعلق بالتكامل، بشكل عام، تدمج SoC فقط الأنظمة المنطقية مثل AP، بينما يدمج SiP AP + mobile DDR. إلى حد ما، SIP = SoC + DDR. نظرًا لأن التكامل يصبح أعلى وأعلى في المستقبل، فمن المحتمل أيضًا أن يتم دمج emmc في SiP.

من منظور تطوير التغليف، تم تأسيس شركة SoC باعتبارها الاتجاه الرئيسي والتطوير لتصميم المنتجات الإلكترونية المستقبلية نظرًا لمتطلبات المنتجات الإلكترونية من حيث الحجم أو سرعة المعالجة أو الخصائص الكهربائية. ومع ذلك، مع زيادة تكلفة إنتاج شركة نفط الجنوب في السنوات الأخيرة والعقبات التقنية المتكررة، يواجه تطوير شركة نفط الجنوب عنق الزجاجة، وقد أولت الصناعة اهتمامًا متزايدًا لتطوير SiP.

1.2. SiP - مسار الاختيار الحتمي الذي يتجاوز قانون مور

يضمن قانون مور التحسين المستمر في أداء الرقائق. وكما نعلم جميعا، فإن قانون مور هو "الكتاب المقدس" لتطوير صناعة أشباه الموصلات. في أشباه الموصلات القائمة على السيليكون، يتم تقليل حجم ميزة الترانزستورات إلى النصف ويتم مضاعفة الأداء كل 18 شهرًا. وفي نفس الوقت الذي يتم فيه تحسين الأداء، فإنه يؤدي إلى خفض التكلفة، مما يجعل مصنعي أشباه الموصلات لديهم ما يكفي من الحافز لتحقيق تقليل حجم ميزة أشباه الموصلات. من بينها، رقائق المعالج ورقائق الذاكرة هما نوعان من الرقائق الأكثر اتباعًا لقانون مور. إذا أخذنا شركة إنتل كمثال، فإن كل جيل من المنتجات يتبع قانون مور بشكل مثالي. على مستوى الرقائق، يعزز قانون مور التقدم المستمر للأداء.

لا تتبع لوحة PCB قانون مور وهي بمثابة عنق الزجاجة لتحسين أداء النظام بأكمله. في مقابل التقلص المستمر لحجم الشريحة، لم تتغير لوحة PCB كثيرًا على مر السنين. على سبيل المثال، كان الحد الأدنى القياسي لعرض الخط للوحات الأم PCB هو 3 مل (حوالي 75 ميكرومتر) قبل عشر سنوات، ولا يزال 3 مل اليوم، مع تحسن طفيف. ففي نهاية المطاف، لا تخضع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور لقانون مور. نظرًا لمحدودية PCB، واجه تحسين أداء النظام بأكمله اختناقًا. على سبيل المثال، نظرًا لعدم تغيير عرض تتبع PCB، تظل كثافة الأسلاك بين المعالج والذاكرة كما هي أيضًا. بمعنى آخر، لن يتغير عدد الأسلاك بين المعالج والذاكرة بشكل كبير دون تغيير حجم المعالج وحزمة الذاكرة. عرض النطاق الترددي للذاكرة يساوي عرض بت واجهة الذاكرة مضروبًا في تردد تشغيل واجهة الذاكرة. عرض بتات إخراج الذاكرة يساوي عدد الاتصالات بين المعالج والذاكرة. في السنوات العشر الماضية، لم يتغير 64 بت بسبب محدودية تكنولوجيا لوحة PCB. لذلك، إذا كنت ترغب في زيادة عرض النطاق الترددي للذاكرة، فيمكنك فقط زيادة تردد تشغيل واجهة الذاكرة. وهذا يحد من تحسين أداء النظام بأكمله.

SIP هو الفائز والخاسر في حل أغلال النظام. قم بتغليف رقائق أشباه الموصلات المتعددة والأجهزة السلبية في نفس الشريحة لتشكيل شريحة على مستوى النظام، بدلاً من استخدام لوحة PCB كحامل بين الاتصال بين رقائق الناقل، والتي يمكن أن تحل أداء النظام الناتج عن أوجه القصور المتأصلة في PCB بحد ذاتها. مواجهة الاختناقات. خذ المعالجات ورقائق الذاكرة كمثال، لأن كثافة الأسلاك الداخلية في النظام داخل العبوة يمكن أن تكون أعلى بكثير من كثافة أسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وذلك لحل اختناق النظام الناجم عن النطاق العريض لخطوط ثنائي الفينيل متعدد الكلور. على سبيل المثال، نظرًا لأنه يمكن توصيل شريحة الذاكرة وشريحة المعالج معًا عن طريق الثقوب، لم تعد محدودة بعرض خط PCB، بحيث يمكن تحسين عرض النطاق الترددي للبيانات في عرض النطاق الترددي للواجهة.

نحن نؤمن بأن SiP هو أكثر من مجرد دمج الرقائق معًا. يتمتع SiP أيضًا بمزايا دورة التطوير القصيرة؛ وظائف اكثر؛ استهلاك أقل للطاقة وأداء أفضل وسعر تكلفة أقل وحجم أصغر ووزن أخف. الملخص هو كما يلي:

تحليل عملية SiP

يمكن تقسيم عملية تعبئة SIP إلى تعبئة ربط الأسلاك وربط شريحة الوجه وفقًا لطريقة الاتصال بين الشريحة والركيزة.

2.1. عملية تغليف ربط الأسلاك

العملية الرئيسية لعملية تغليف ربط الأسلاك هي كما يلي:

الرقاقة ← ترقق الرقاقة ← قطع الرقاقة ← ربط القالب ← ربط السلك ← تنظيف البلازما ← وضع التغليف السائل ← تجميع كرة اللحام ← لحام إعادة التدفق ← وضع العلامات على السطح ← الانفصال ← الفحص النهائي ← الاختبار ← التغليف.

• ترقق الرقاقة

يشير ترقق الرقاقة إلى الطحن الميكانيكي أو الكيميائي الميكانيكي (CMP) من الجزء الخلفي من الرقاقة لترقق الرقاقة إلى مستوى مناسب للتغليف. نظرًا لأن حجم الرقاقة أصبح أكبر وأكبر، فمن أجل زيادة القوة الميكانيكية للرقاقة ومنع التشوه والتشقق أثناء المعالجة، تم زيادة سمكها. ومع ذلك، مع تطور النظام في اتجاه الضوء والرفيع والقصير، يصبح سمك الوحدة بعد تغليف الرقائق أرق وأرق. لذلك، يجب تقليل سمك الرقاقة إلى مستوى مقبول قبل التعبئة لتلبية متطلبات تجميع الرقاقة.

• قطع الويفر

بعد أن يتم تخفيف الرقاقة، يمكن تقطيعها إلى مكعبات. تم تشغيل آلات التكعيب القديمة يدويًا، والآن أصبحت آلات التكعيب العامة مؤتمتة بالكامل. سواء كان الأمر يتعلق بالخدش الجزئي أو التقسيم الكامل للرقاقة، يتم استخدام شفرة المنشار حاليًا لأنها ترسم حواف أنيقة مع القليل من الرقائق والشقوق.

• يموت إرفاق

يتم تثبيت الرقائق المقطعة على الوسادات الوسطى للإطار. يجب أن يتناسب حجم اللوحة مع حجم الشريحة. إذا كان حجم اللوحة كبيرًا جدًا، فسيكون نطاق الرصاص كبيرًا جدًا، وسيتم ثني الرصاص وسيتم إزاحة الرقاقة بسبب الضغط الناتج عن التدفق أثناء عملية صب النقل. يمكن لحام طريقة التثبيت على الركيزة باستخدام لحام ناعم (في إشارة إلى سبيكة Pb-Sn، وخاصة السبائك التي تحتوي على Sn)، وسبائك Au-Si سهلة الانصهار، وما إلى ذلك. الطريقة الأكثر استخدامًا في التغليف البلاستيكي هي استخدام لاصق البوليمر. يتم لصق المادة اللاصقة على الإطار المعدني.

• ربط الأسلاك

الرصاص المستخدم في العبوة البلاستيكية هو بشكل أساسي سلك ذهبي، ويبلغ قطره بشكل عام 0.025 مم ~ 0.032 مم. يتراوح طول السلك عادةً بين 1.5 مم و3 مم، ويمكن أن يكون ارتفاع القوس أعلى بمقدار 0.75 مم من المستوى الذي توجد فيه الشريحة.

تشمل تقنيات الربط اللحام بالضغط الحراري، واللحام الحراري، وما إلى ذلك. وتتمثل مزايا هذه التقنيات في سهولة التشكيل الكروي (أي تقنية كرة اللحام) ومنع أكسدة أسلاك الذهب. ومن أجل خفض التكاليف، تتم أيضًا دراسة الأسلاك المعدنية الأخرى، مثل الألومنيوم والنحاس والفضة والبلاديوم وما إلى ذلك، لتحل محل ربط الأسلاك الذهبية. شرط اللحام بالضغط الساخن هو أن يكون السطحان المعدنيان على اتصال وثيق، ويتم التحكم في الوقت ودرجة الحرارة والضغط لجعل المعدنين متصلين. السطح الخشن (غير المستوي)، وتكوين طبقة الأكسيد أو التلوث الكيميائي، وامتصاص الرطوبة، وما إلى ذلك سيؤثر على تأثير الترابط ويقلل من قوة الترابط. درجة حرارة اللحام بالضغط الحراري هي 300 درجة مئوية ~ 400 درجة مئوية، والوقت بشكل عام هو 40 مللي ثانية (عادة، بالإضافة إلى الإجراءات مثل العثور على موضع الربط، تكون سرعة الربط سلكين في الثانية). ميزة اللحام بالموجات فوق الصوتية هي أنه يمكن تجنب ارتفاع درجة الحرارة، لأنه يستخدم اهتزاز بالموجات فوق الصوتية 20 كيلو هرتز ~ 60 كيلو هرتز لتوفير الطاقة اللازمة للحام، وبالتالي يمكن خفض درجة حرارة اللحام. يُعرف الاستخدام المتزامن للحرارة والطاقة فوق الصوتية للترابط باللحام الحراري. بالمقارنة مع اللحام بالضغط الحراري، فإن أكبر ميزة لللحام الحراري هي تقليل درجة حرارة الترابط من 350 درجة مئوية إلى حوالي 250 درجة مئوية (يعتقد بعض الناس أنه يمكن استخدام ظروف 100 درجة مئوية ~ 150 درجة مئوية)، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير درجة حرارة الترابط على وسادة الألومنيوم. إمكانية تكوين مركبات Au-Al بين المعادن، مما يزيد من عمر الجهاز مع تقليل انحراف معلمات الدائرة. يرجع التحسن في ربط الأسلاك بشكل أساسي إلى الحاجة إلى عبوات أرق وأرق، وبعض العبوات الرفيعة للغاية لا يوجد بها سوى حوالي 0.4 مم. لذلك، يتم تقليل حلقة الرصاص (الحلقة) من العام 200 ميكرومتر ~ 300 ميكرومتر إلى 100 ميكرومتر ~ 125 ميكرومتر، بحيث يكون توتر الرصاص كبيرًا جدًا وضيقًا جدًا. بالإضافة إلى ذلك، يوجد عادةً سلكين حلقيين للطاقة/الأرض على محيط وسادات الأسلاك الموجودة على الركيزة. لمنع حدوث قصر في الدائرة الكهربائية للسلك الذهبي أثناء الربط، يجب أن تكون الفجوة الدنيا أكبر من 625 ميكرومتر، ويجب أن يتمتع سلك الربط بخطية عالية. درجات وقوس جيد.

• تنظيف البلازما

إحدى وظائف التنظيف المهمة هي تحسين التصاق الفيلم، مثل ترسيب فيلم Au على ركيزة Si، ومعالجة سطح الهيدروكربونات والملوثات الأخرى بواسطة بلازما Ar، مما يحسن بشكل كبير التصاق Au. سيترك سطح الركيزة بعد معالجة البلازما طبقة من المادة الرمادية التي تحتوي على الفلورايد، والتي يمكن إزالتها عن طريق المحلول. يساعد التنظيف المتزامن أيضًا على تحسين التصاق السطح وترطيبه.

• وعاء مانع التسرب السائل

ضع شريط الإطار المثبت على الرقاقة والسلك في القالب، ثم قم بتسخين الكتلة المشكلة مسبقًا من مركب التشكيل في فرن التسخين المسبق (درجة حرارة التسخين المسبق تتراوح بين 90 درجة مئوية و95 درجة مئوية)، ثم ضعها في النقل في خزان النقل لآلة التشكيل. تحت ضغط مكبس قولبة النقل، يتم بثق مركب القولبة في العداء وحقنه في تجويف القالب من خلال البوابة (يتم الحفاظ على درجة حرارة القالب عند حوالي 170 درجة مئوية إلى 175 درجة مئوية طوال العملية). يتم ترسيخ مركب القالب بسرعة في القالب، وبعد فترة من الضغط، تصل الوحدة إلى صلابة معينة، ثم يتم إخراج الوحدة باستخدام دبوس القاذف، وتكتمل عملية التشكيل. بالنسبة لمعظم مركبات القولبة، بعد بضع دقائق من الضغط في القالب، تصبح الوحدة صلبة بدرجة كافية للسماح بالقذف، لكن المعالجة (البلمرة) للبوليمر ليست كاملة تمامًا. نظرًا لأن درجة البلمرة (درجة المعالجة) للمادة تؤثر بشدة على درجة حرارة التزجج والإجهاد الحراري للمادة، فمن المهم جدًا تعزيز المادة المراد معالجتها بالكامل لتحقيق حالة مستقرة، وهو أمر مهم جدًا لتحسينها موثوقية الجهاز، والمعالجة اللاحقة هي تحسين مركب القولبة. خطوات العملية اللازمة لدرجة البلمرة، والظروف العامة بعد المعالجة هي 170 درجة مئوية ~ 175 درجة مئوية، 2 ساعة ~ 4 ساعات.

• وعاء مانع التسرب السائل

في الوقت الحاضر، هناك طريقتان لتركيب الكرة تستخدمان في الصناعة: "معجون اللحام" + "كرة اللحام" و"معجون التمويه" + "كرة اللحام". تُعرف طريقة تركيب "معجون اللحام" + "كرة القصدير" بأنها أفضل طريقة قياسية لتركيب الكرة في الصناعة. تتمتع الكرات المزروعة بهذه الطريقة بقابلية لحام ولمعان جيدين، ولن تحدث ظاهرة إزاحة كرة اللحام أثناء عملية صهر القصدير. فمن الأسهل السيطرة عليها. تتمثل الطريقة المحددة في طباعة معجون اللحام أولاً على لوحة BGA، ثم استخدام آلة تركيب الكرة أو طباعة الشاشة لإضافة حجم معين من كرات اللحام. في هذا الوقت، دور معجون اللحام هو الالتصاق بالقصدير. عند التسخين، يكون سطح التلامس لكرات اللحام أكبر، بحيث يتم تسخين كرات اللحام بشكل أسرع وأكثر شمولاً، بحيث تتمتع كرات اللحام بقابلية لحام أفضل مع الوسادات بعد الذوبان وتقليل احتمالية اللحام الافتراضي.

• علامات السطح

الوسم عبارة عن أحرف وشعارات واضحة وغير قابلة للمحو مطبوعة على السطح العلوي للوحدة المعبأة، بما في ذلك معلومات الشركة المصنعة والبلد ورمز الجهاز وما إلى ذلك، وذلك بشكل أساسي لتحديد الهوية وإمكانية التتبع. هناك العديد من طرق الترميز، ومن أكثرها استخدامًا طريقة الترميز، والتي تشمل الطباعة بالحبر والطباعة بالليزر.

• مستقل

من أجل تحسين كفاءة الإنتاج وتوفير المواد، فإن معظم أعمال تجميع SIP يتم تنفيذها في شكل مجموعة مصفوفة، والتي يتم تقسيمها إلى أجهزة فردية بعد إكمال عملية التشكيل والاختبار. يمكن أن يتم التقسيم بالنشر أو الختم. تعتبر عملية النشر أكثر مرونة ولا تتطلب العديد من الأدوات الخاصة. تتميز عملية الختم بكفاءة إنتاج أعلى وتكلفة أقل، ولكنها تتطلب استخدام أدوات خاصة.

2.2. عملية لحام رقاقة الوجه

بالمقارنة مع عملية ربط الأسلاك، فإن عملية رقاقة الوجه لها المزايا التالية:

(1) تتغلب تكنولوجيا اللحام بالرقاقة على مشكلة حد المسافة المركزية لمنصات ربط الأسلاك؛

(2) يوفر المزيد من الراحة للمصممين الإلكترونيين في تصميم توزيع الطاقة/الأرض للرقاقة؛

(3) عن طريق تقصير طول التوصيل البيني وتقليل تأخير RC، فإنه يوفر إشارة أكثر اكتمالاً للأجهزة عالية التردد وعالية الطاقة؛

(4) أداء حراري ممتاز، يمكن تركيب مشعاع على الجزء الخلفي من الشريحة؛

(5) الموثوقية العالية، بسبب عمل الحشو تحت الشريحة، يتم تحسين عمر الكلال للحزمة؛

(6) سهل الإصلاح.

ما يلي هو تدفق عملية ربط رقاقة الوجه (لن يتم وصف نفس عملية ربط الأسلاك بشكل منفصل): الرقاقة ← إعادة توزيع الوسادة ← ترقق الرقاقة، صنع الصدمات ← قطع الرقاقة ← ربط رقاقة الوجه، الملء السفلي ← التغليف ← تجميع كرات اللحام ← لحام إنحسر ← وضع العلامات على السطح ← الفصل ← الفحص النهائي ← الاختبار ← التغليف.

• إعادة توزيع الوسادة

من أجل زيادة خطوة الرصاص وتلبية متطلبات عملية ربط الشريحة، من الضروري إعادة توزيع خيوط الشريحة.

• جعل المطبات

بعد اكتمال إعادة توزيع اللوحة، يجب إضافة النتوءات إلى الوسادات الموجودة على الشريحة. يمكن أن تكون تقنيات تصنيع نتوءات اللحام هي الطلاء الكهربائي، والطلاء اللاكهربائي، والتبخر، ووضع الكرة وطباعة عجينة اللحام. في الوقت الحاضر، لا تزال طريقة الطلاء الكهربائي هي الأكثر استخدامًا، تليها طريقة الطباعة بعجينة اللحام.

• ربط رقاقة الوجه، ملء ناقص

بعد ترتيب نتوءات اللحام على كامل سطح ربط الرقاقة على شكل مصفوفة الشبكة، يتم تثبيت الشريحة على ركيزة الحزمة بطريقة مقلوبة، ويتم تحقيق التوصيل الكهربائي من خلال النتوءات والوسادات الموجودة على الركيزة، لتحل محل WB و TAB. طريقة التوصيل. بعد ربط الرقاقة المقلوبة، يمكن أن يؤدي الملء براتنج الإيبوكسي بين الرقاقة والركيزة إلى تقليل الضغط الحراري والضغط الميكانيكي المطبق على النتوءات، وتحسين الموثوقية بمقدار 1 إلى 2 أوامر من حيث الحجم مقارنة بعدم الحشو.

SiP - للتطبيقات

3.1. مجالات التطبيق الرئيسية

إن تطبيقات SiP واسعة جدًا، وتشمل بشكل أساسي: الاتصالات اللاسلكية، وإلكترونيات السيارات، والإلكترونيات الطبية، وأجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك.

مجال الاتصالات اللاسلكية الأكثر استخدامًا. يعد تطبيق SiP في مجال الاتصالات اللاسلكية هو الأقدم، وهو أيضًا المجال الأكثر استخدامًا. في مجال الاتصالات اللاسلكية، تزداد متطلبات كفاءة النقل الوظيفي والضوضاء والحجم والوزن والتكلفة أكثر فأكثر، مما يجبر الاتصالات اللاسلكية على التطور في اتجاه التكلفة المنخفضة والمحمولة ومتعددة الوظائف والأداء العالي. يعد SiP حلاً مثاليًا يجمع بين مزايا الموارد الأساسية الحالية وعمليات إنتاج أشباه الموصلات، ويقلل التكاليف، ويختصر وقت الوصول إلى السوق، مع التغلب على الصعوبات في SOC مثل توافق العمليات، وخلط الإشارات، وتداخل الضوضاء، والتداخل الكهرومغناطيسي. يدمج مضخم طاقة التردد الراديوي الموجود في الهاتف المحمول وظائف مضخم طاقة التردد الراديوي والتحكم في الطاقة ومفتاح جهاز الإرسال والاستقبال، والتي يتم حلها بالكامل في SiP.

تعد إلكترونيات السيارات أحد السيناريوهات التطبيقية المهمة لـ SiP. تتزايد تطبيقات SiP في إلكترونيات السيارات تدريجيًا. بأخذ وحدة التحكم في المحرك (ECU) كمثال، تتكون وحدة التحكم الإلكترونية من معالج دقيق (CPU)، وذاكرة (ROM، RAM)، وواجهة إدخال/إخراج (I/O)، ومحول تناظري إلى رقمي (A/D). بالإضافة إلى تكوين الدوائر المتكاملة واسعة النطاق. أنواع مختلفة من الرقائق لها عمليات مختلفة. في الوقت الحاضر، غالبًا ما يتم استخدام SiP لدمج الرقائق في نظام تحكم كامل. بالإضافة إلى ذلك، نظام الفرامل المانعة للانغلاق في السيارات (ABS)، ونظام التحكم في حقن الوقود، ونظام الوسادة الهوائية الإلكتروني، ونظام التحكم في عجلة القيادة، ونظام إنذار الضغط المنخفض للإطارات وغيرها من الوحدات، يتزايد أيضًا استخدام SiP. بالإضافة إلى ذلك، تم أيضًا تطبيق تقنية SIP بنجاح في أنظمة المكاتب وأنظمة الترفيه سريعة النمو داخل السيارة.

تتطلب الإلكترونيات الطبية مزيجًا من الموثوقية وصغر الحجم، بالإضافة إلى الأداء الوظيفي وطول العمر. التطبيقات النموذجية في هذا المجال هي الأجهزة الطبية الإلكترونية القابلة للزرع، مثل المناظير الكبسولة. يتكون المنظار من عدسة بصرية ورقاقة معالجة الصور وجهاز إرسال إشارة الترددات الراديوية وهوائي وبطارية. شريحة معالجة الصور عبارة عن شريحة رقمية، وجهاز إرسال إشارة التردد اللاسلكي عبارة عن شريحة تناظرية، والهوائي عبارة عن جهاز سلبي. إن تجميع هذه الأجهزة معًا في SiP يلبي بشكل مثالي متطلبات الأداء والتصغير.

يأتي تطبيق SiP في مجال الكمبيوتر بشكل أساسي من دمج المعالج والذاكرة معًا. إذا أخذنا وحدة معالجة الرسومات (GPU) كمثال، فإنها تتضمن عادةً شريحة حوسبة الرسومات وSDRAM. طريقتا التعبئة والتغليف ليستا متماثلتين. يتم تعبئة حوسبة الرسومات في حزمة متعددة الرقائق القياسية ذات مصفوفة كروية بلاستيكية، وهي غير مناسبة لـ SDRAM. لذلك، من الضروري تعبئة نوعي الرقائق بشكل منفصل، ثم تجميعهما معًا على شكل SiP.

تُستخدم تقنية SiP أيضًا في العديد من التطبيقات في الإلكترونيات الاستهلاكية الأخرى، بما في ذلك شريحة معالجة الصور (ISP) وشريحة البلوتوث وغيرها. تُعدّ شريحة معالجة الصور (ISP) الجهاز الأساسي في الكاميرات الرقمية والماسحات الضوئية والكاميرات والألعاب وغيرها من المنتجات الإلكترونية. تُحوّل هذه التقنية الإشارات الضوئية إلى إشارات رقمية من خلال التحويل الكهروضوئي، ثم تُجري معالجة الصور وعرضها وتخزينها. تشمل مستشعرات الصور مجموعة من المكونات المختلفة، مثل أجهزة CCD، ومستشعرات الصور CMOS، ومستشعرات الصور التلامسية، وأجهزة تحميل الشحنة، ومصفوفات الثنائيات الضوئية، ومستشعرات السيليكون غير المتبلور، وغيرها. تُعدّ تقنية SiP بلا شك حلاً مثاليًا لتكنولوجيا التغليف.

يتكون نظام Bluetooth عمومًا من جزء لاسلكي وجزء تحكم في الارتباط وجزء دعم إدارة الارتباط وواجهة طرفية رئيسية. يمكن لتقنية SiP أن تجعل البلوتوث أصغر فأصغر لتلبية احتياجات السوق، وبالتالي تعزيز تطبيق تقنية البلوتوث بقوة. يكمل SiP جميع المكونات (الراديو، ومعالج النطاق الأساسي، وذاكرة القراءة فقط، والمرشحات، والمكونات المنفصلة الأخرى) المطلوبة لدمج وظائف تقنية Bluetooth اللاسلكية في حزمة صغيرة جدًا.

تتميز المنتجات الإلكترونية بالأداء العالي، والتصغير، وتعدد الأنواع، والإنتاج بكميات صغيرة. تتوافق تقنية SiP مع متطلبات تطبيقات الإلكترونيات، ما يجعلها سوقًا تطبيقية واسعة وآفاقًا واعدة للتطور في هذا المجال التقني. 

3.2.SiP - مصمم للهواتف الذكية

أدى ترقق وخفة الهواتف المحمولة إلى زيادة الطلب على SiP. تعد الهواتف المحمولة أكبر سوق لمجال التعبئة والتغليف SiP. نظرًا لأن الهواتف الذكية أصبحت أرق وأخف وزنًا، فإن الطلب على SiP سيرتفع بشكل طبيعي. من عام 2011 إلى عام 2015، تم تقليل سمك الهواتف المحمولة من مختلف العلامات التجارية بشكل مستمر. إن التخفيف بشكل طبيعي له متطلبات أعلى وأعلى على سمك المكونات المجمعة. إذا أخذنا iPhone 6s كمثال، فقد تم تقليل استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل كبير، وسيتم تنفيذ العديد من مكونات الشريحة في وحدات SiP. عندما يتعلق الأمر بـ iPhone 8، فقد يكون أول هاتف محمول من Apple يستخدم SiP. هذا يعني أنه من ناحية، يمكن جعل iPhone 8 أرق وأخف وزنًا، ومن ناحية أخرى، سيكون هناك مساحة أكبر للوحدات الوظيفية الأخرى، مثل الكاميرات ومكبرات الصوت والبطاريات الأكثر قوة.

انظر إلى تطبيقات SiP من منتجات Apple. Apple هي شركة متفائلة بشدة بشأن تطبيقات SiP. استخدمت Apple عبوات SiP على Apple Watch من قبل.

بالإضافة إلى الساعات، فإن عدد SiPs المستخدم في هواتف Apple المحمولة يتزايد أيضًا تدريجيًا. المدرجة هي: شريحة اللمس، شريحة التعرف على بصمات الأصابع، RFPA وما إلى ذلك.

شريحة اللمس. في Iphone6، هناك شريحتان تعمل باللمس، يتم توفيرهما بواسطة Broadcom وTI على التوالي، بينما في Iphone6S، يتم إغلاق الرقاقتين في نفس الحزمة لتحقيق حزمة SiP. في المستقبل، سيتم تغليف TDDI بالكامل. تم عرض جيل جديد من تقنية 3D Touch في iPhone 6s. يمكن لكشف استشعار اللمس أن يخترق غلاف المادة العازلة، ويحكم على عمل اللمس للإصبع البشري من خلال الكشف عن تغير الجهد الناتج عن الإصبع البشري، وذلك لتحقيق وظائف مختلفة. تعمل شريحة اللمس على جمع قيمة الجهد لنقطة الاتصال، وتحويل إشارات الجهد الكهربائي هذه إلى إشارات إحداثية بعد المعالجة، والتحكم في الهاتف المحمول للرد على الوظائف المقابلة وفقًا لإشارات الإحداثيات، وذلك لتحقيق وظيفة التحكم الخاصة به. لقد أدى ظهور تقنية اللمس ثلاثي الأبعاد إلى طرح متطلبات أعلى فيما يتعلق بقدرة المعالجة وأداء وحدة اللمس. يتطلب هيكلها المعقد تجميع شريحة اللمس باستخدام SiP، كما تعمل وظيفة ردود الفعل اللمسية على تعزيز سهولة التشغيل.

يستخدم التعرف على بصمات الأصابع أيضًا حزمة SiP. يتم تجميع المستشعر ورقاقة التحكم معًا، وقد تم اعتماد تقنية مماثلة منذ iPhone 5.

وحدة RFPA. RFPA في الهواتف المحمولة هو الشكل الأكثر استخدامًا لـ SiP. آيفون 6S ليس استثناء. يوجد في iPhone 6S العديد من شرائح RFPA، وجميعها تستخدم SiP.

وفقا لعادة أبل، سيتم نقل جميع التقنيات الناضجة إلى الجيل القادم. نعتقد أن هاتف Apple iPhone 7 القادم سيعتمد تقنية SiP بشكل أكبر، في حين أن iPhone 7s وiPhone 8 المستقبليين سيكونان أكثر شمولاً وسيستخدمان تقنية SiP إلى حد أكبر. لضغط المساحة الداخلية.

نموذج حزمة SIP

تعتمد تقنية التعبئة والتغليف SIP مجموعة متنوعة من الرقائق أو الوحدات العارية التي سيتم ترتيبها وتجميعها. إذا كان الترتيب مميزًا، فيمكن تقسيمه تقريبًا إلى عبوة مسطحة ثنائية الأبعاد وهيكل تعبئة ثلاثي الأبعاد. بالمقارنة مع التغليف ثنائي الأبعاد، فإن استخدام تقنية التغليف ثلاثي الأبعاد المكدسة يمكن أن يزيد من عدد الرقائق أو الوحدات المستخدمة، وبالتالي زيادة عدد الطبقات التي يمكن وضع الرقائق فيها في الاتجاه الرأسي، وزيادة تعزيز قدرة التكامل الوظيفي لتقنية SIP. يمكن أن تكون تقنية الربط الداخلي عبارة عن ربط سلكي بسيط (Wire Bonding)، أو ربط رقاقة الوجه (Flip Chip)، أو مزيج من الاثنين.

من نوع تصميم SIP الحالي للصناعة وتمييز الهيكل، يمكن تقسيم SIP إلى ثلاث فئات.

2D رشفة

يهدف هذا النوع من التغليف إلى تعبئة الرقائق واحدة تلو الأخرى في وضع ثنائي الأبعاد في جسم العبوة على نفس ركيزة التغليف.

SIPs مكدسة

هذا النوع من التغليف عبارة عن حزمة تدمج فعليًا مجموعتين أو أكثر من مجموعات الشرائح في حزمة واحدة.

3D رشفة

يعتمد هذا النوع من التغليف على التغليف ثنائي الأبعاد، ويتم تكديس الرقائق المتعددة والرقائق المعبأة والرقائق المتعددة وحتى الرقائق وربطها معًا لتشكل حزمة ثلاثية الأبعاد. يُطلق على هذا الهيكل أيضًا اسم التغليف ثلاثي الأبعاد المكدس.

بالإضافة إلى ذلك، بالإضافة إلى هياكل التغليف ثنائية وثلاثية الأبعاد، يمكن أيضًا اعتماد طريقة دمج المكونات على ركيزة متعددة الوظائف - حيث يتم تضمين مكونات مختلفة في الركيزة متعددة الوظائف لتحقيق غرض التكامل الوظيفي. ترتيبات الرقائق المختلفة، جنبًا إلى جنب مع تقنيات الربط الداخلي المختلفة، تجعل حزمة SIP تشكل مجموعة متنوعة من المجموعات، ويمكن تخصيصها أو إنتاجها بمرونة وفقًا لاحتياجات العملاء أو المنتجات.

الصعوبات الفنية لـ SIP

نموذج التغليف السائد لـ SIP هو BGA، لكن هذا لا يعني أنك أتقنت تقنية SIP مع تقنية التغليف التقليدية المتقدمة.

بالنسبة لتصميم الدوائر، ستحتوي حزمة الرقائق ثلاثية الأبعاد على مكدسات قوالب متعددة، وسيؤدي تصميم الحزمة المعقد هذا إلى العديد من المشكلات: مثل دمج شرائح متعددة في حزمة واحدة، وكيفية تكديس الرقائق؛ طبقة الركيزة، من الصعب توجيه الآثار باستخدام الأدوات التقليدية؛ هناك أيضًا مشكلات مثل التباعد بين الآثار والتصميم المتساوي الطول وتصميم الزوج التفاضلي.  

بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة تعقيد الوحدة وزيادة تردد التشغيل (تردد الساعة أو تردد الموجة الحاملة)، ستستمر صعوبة تصميم النظام في الزيادة. بالإضافة إلى الخبرة اللازمة في التصميم، تعد المحاكاة الرقمية لأداء النظام أمرًا ضروريًا أيضًا. رابط التصميم.