Die System-in-Package-Technologie (SIP) wird seit Anfang der 1990er Jahre bis heute vorgeschlagen. Nach mehr als zehnjähriger Entwicklung wurde es von Wissenschaft und Industrie weithin akzeptiert und hat sich zu einem der neuen Hotspots in der Elektroniktechnologieforschung und einer der Hauptrichtungen technischer Anwendungen entwickelt. Er glaubt auch, dass er die zukünftige Entwicklungsrichtung der elektronischen Technologie repräsentiert. Als wichtiger Bestandteil der SIP-Verpackungstechnologie hat die SIP-Verpackungstechnologie im Laufe der Jahre große Fortschritte bei der kontinuierlichen Innovation gemacht und nach und nach ein eigenes technisches System gebildet, das es wert ist, in verwandten Technologiebranchen eingesetzt zu werden. Techniker und Wissenschaftler forschen und studieren. Aus Sicht der Verpackungstechnologie stellt der Artikel die Herstellung von SIP-Verpackungen ausführlich vor und geht auch ausführlich auf die wichtigsten Punkte des Prozesses ein.

Gemäß der Definition der International Semiconductor Route Organization (ITRS): SiP ist ein einzelnes Gerät, das vorzugsweise mehrere aktive elektronische Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen und optional passive Geräte sowie andere Geräte wie MEMS oder optische Geräte zusammenfügt, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen Funktion. Standardpakete, die ein System oder Subsystem bilden.

In Bezug auf die Architektur integriert SiP eine Vielzahl funktionaler Chips, einschließlich Prozessoren, Speicher und anderer funktionaler Chips, in einem Paket, um eine grundsätzlich vollständige Funktion zu erreichen. Entspricht SOC (System on Chip). Der Unterschied besteht darin, dass System-in-Package eine Verpackungsmethode ist, bei der verschiedene Chips nebeneinander oder gestapelt verwendet werden, während SOC ein hochintegriertes Chipprodukt ist.

1.1. Mehr Moore vs. mehr als Moore – Vergleich von SoC und SiP

SiP ist ein wichtiger Realisierungsweg über das Mooresche Gesetz hinaus. Das bekannte Mooresche Gesetz hat sich bis heute entwickelt. Wohin führt es? In der Branche gibt es zwei Wege: Der eine besteht darin, sich gemäß dem Mooreschen Gesetz weiterzuentwickeln. Zu den Produkten, die diesem Weg folgen, gehören CPU, Speicher, Logikgeräte usw. Diese Produkte machen 50 % des gesamten Marktes aus. Die andere ist die „More than Moore“-Route, die über Moores Gesetz hinausgeht. Die Entwicklung von Chips hat sich von dem blinden Streben nach Reduzierung des Stromverbrauchs und Leistungsverbesserung hin zu einem pragmatischeren Ansatz zur Erfüllung der Marktanforderungen verlagert. Zu den Produkten in diesem Bereich gehören analoge/HF-Geräte, passive Geräte, Energieverwaltungsgeräte usw., die etwa die restlichen 50 % des Marktes ausmachen.

Für diese beiden Wege wurden zwei Produkte geboren: SoC und SiP. SoC ist das Ergebnis des anhaltenden Niedergangs des Mooreschen Gesetzes, und SiP ist ein wichtiger Weg, der über das Mooresche Gesetz hinausgeht. Bei beiden handelt es sich um Produkte, die eine Miniaturisierung und Miniaturisierung von Systemen auf Chipebene ermöglichen.

SoC und SIP sind sich insofern sehr ähnlich, als beide ein System integrieren, das Logikkomponenten, Speicherkomponenten und sogar passive Komponenten in einer einzigen Einheit umfasst. SoC besteht aus gestalterischer Sicht darin, die für das System erforderlichen Komponenten in einem einzigen Chip zu integrieren. SiP ist eine Verpackungsmethode, bei der verschiedene Chips aus Verpackungssicht nebeneinander oder gestapelt werden und mehrere aktive elektronische Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen und optionalen passiven Geräten sowie andere Geräte wie MEMS oder optische Geräte vorzugsweise zusammengebaut werden . , ein einzelnes Standardpaket, das eine bestimmte Funktion implementiert.

In Bezug auf die Integration integriert SoC im Allgemeinen nur Logiksysteme wie AP, während SiP AP + mobiles DDR integriert. Bis zu einem gewissen Grad ist SIP=SoC+DDR. Da die Integration in Zukunft immer höher wird, wird emmc wahrscheinlich auch in SiP integriert.

Aus Sicht der Verpackungsentwicklung hat sich SoC aufgrund der Anforderungen elektronischer Produkte hinsichtlich Volumen, Verarbeitungsgeschwindigkeit oder elektrischen Eigenschaften als Schlüssel und Entwicklungsrichtung des zukünftigen elektronischen Produktdesigns etabliert. Aufgrund der in den letzten Jahren steigenden Kosten für die SoC-Produktion und häufiger technischer Hindernisse steht die Entwicklung von SoC jedoch vor einem Engpass, und die Entwicklung von SiP wird von der Industrie immer mehr beachtet.

1.2. SiP – der unvermeidliche Weg über Moores Gesetz hinaus

Das Mooresche Gesetz sorgt für eine kontinuierliche Verbesserung der Chipleistung. Wie wir alle wissen, ist das Mooresche Gesetz die „Bibel“ für die Entwicklung der Halbleiterindustrie. Bei siliziumbasierten Halbleitern halbiert sich die Strukturgröße von Transistoren und die Leistung verdoppelt sich alle 18 Monate. Gleichzeitig mit der Leistungsverbesserung geht eine Kostensenkung einher, was den Halbleiterherstellern genügend Motivation gibt, die Reduzierung der Halbleiterstrukturgröße zu realisieren. Unter ihnen sind Prozessorchips und Speicherchips die beiden Arten von Chips, die dem Mooreschen Gesetz am meisten folgen. Am Beispiel von Intel folgt jede Produktgeneration perfekt dem Mooreschen Gesetz. Auf Chipebene fördert das Mooresche Gesetz die kontinuierliche Weiterentwicklung der Leistung.

Die Leiterplatte folgt nicht dem Mooreschen Gesetz und stellt den Flaschenhals für die Leistungsverbesserung des gesamten Systems dar. Entsprechend der kontinuierlichen Schrumpfung der Chipgröße hat sich die Leiterplatte im Laufe der Jahre kaum verändert. Beispielsweise betrug die standardmäßige Mindestlinienbreite von PCB-Motherboards vor zehn Jahren 3 Mil (ca. 75 µm) und beträgt auch heute noch 3 Mil, mit kaum verbesserten Verbesserungen. Schließlich gehorchen PCBs nicht dem Mooreschen Gesetz. Aufgrund der Beschränkung der Leiterplatte ist die Leistungsverbesserung des gesamten Systems auf einen Engpass gestoßen. Da sich beispielsweise die Leiterbahnbreite der Leiterplatte nicht geändert hat, bleibt auch die Verdrahtungsdichte zwischen Prozessor und Speicher gleich. Mit anderen Worten: Die Anzahl der Leitungen zwischen Prozessor und Speicher ändert sich nicht wesentlich, ohne dass sich die Größe des Prozessor- und Speicherpakets ändert. Die Speicherbandbreite entspricht der Bitbreite der Speicherschnittstelle multipliziert mit der Betriebsfrequenz der Speicherschnittstelle. Die Bitbreite des Speicherausgangs entspricht der Anzahl der Verbindungen zwischen dem Prozessor und dem Speicher. In den letzten zehn Jahren hat sich 64bit aufgrund der Einschränkungen der Leiterplattentechnologie nicht verändert. Wenn Sie also die Speicherbandbreite erhöhen möchten, können Sie nur die Betriebsfrequenz der Speicherschnittstelle erhöhen. Dies schränkt die Leistungssteigerung des gesamten Systems ein.

SIP ist der Gewinner und Verlierer bei der Lösung der Fesseln des Systems. Kapseln Sie mehrere Halbleiterchips und passive Geräte in demselben Chip, um einen Chip auf Systemebene zu bilden, anstatt die Leiterplatte als Träger zwischen den Trägerchips zu verwenden, wodurch die Systemleistung, die durch die inhärenten Mängel der Leiterplatte verursacht wird, behoben werden kann selbst. auf Engpässe stoßen. Nehmen Sie als Beispiel Prozessoren und Speicherchips, da die Dichte der internen Verkabelung im System-in-Package viel höher sein kann als die der PCB-Verkabelung, um den Systemengpass zu lösen, der durch die Breitbandigkeit der PCB-Leitungen verursacht wird. Da beispielsweise der Speicherchip und der Prozessorchip über Durchgangslöcher miteinander verbunden werden können, sind sie nicht mehr durch die PCB-Leitungsbreite begrenzt, sodass die Datenbandbreite in der Schnittstellenbandbreite verbessert werden kann.

Wir glauben, dass SiP mehr ist als nur die Integration von Chips. SiP bietet außerdem die Vorteile eines kurzen Entwicklungszyklus; mehr Funktionen; geringerer Stromverbrauch, bessere Leistung, geringerer Selbstkostenpreis, kleinere Größe und geringeres Gewicht. Die Zusammenfassung lautet wie folgt:

SiP-Prozessanalyse

Der SIP-Verpackungsprozess kann je nach Verbindungsmethode zwischen Chip und Substrat in Wire-Bonding-Packaging und Flip-Chip-Bonding unterteilt werden.

2.1. Verpackungsprozess zum Drahtbonden

Der Hauptprozess des Drahtbond-Verpackungsprozesses ist wie folgt:

Wafer → Wafer-Ausdünnung → Wafer-Schneiden → Die Bonden → Drahtbonden → Plasmareinigung → Flüssigverkapselung → Lötkugelmontage → Reflow-Löten → Oberflächenmarkierung → Trennung → Endkontrolle → Testen → Verpacken.

• Waferausdünnung

Unter Waferverdünnung versteht man das mechanische oder chemisch-mechanische (CMP) Schleifen von der Rückseite des Wafers, um den Wafer auf ein für die Verpackung geeignetes Maß zu verdünnen. Da die Größe des Wafers immer größer wird, wird seine Dicke erhöht, um die mechanische Festigkeit des Wafers zu erhöhen und Verformungen und Risse während der Verarbeitung zu verhindern. Mit der Entwicklung des Systems in Richtung Licht, Dünn und Kurz wird jedoch die Dicke des Moduls nach der Chipverpackung immer dünner. Daher muss die Dicke des Wafers vor dem Verpacken auf ein akzeptables Maß reduziert werden, um den Anforderungen der Chipmontage gerecht zu werden.

• Schneiden von Waffeln

Nachdem der Wafer verdünnt ist, kann er gewürfelt werden. Ältere Würfelschneidemaschinen wurden manuell bedient, heute sind allgemeine Würfelschneidemaschinen vollautomatisch. Unabhängig davon, ob der Wafer teilweise angeritzt oder vollständig zerteilt wird, wird derzeit ein Sägeblatt verwendet, da es saubere Kanten mit wenigen Absplitterungen und Rissen zeichnet.

• sterben befestigen

Die gewürfelten Chips werden auf den mittleren Pads des Rahmens montiert. Die Größe des Pads sollte mit der Größe des Chips übereinstimmen. Wenn die Größe des Pads zu groß ist, ist die Leitungsspannweite zu groß, und die Leitung wird verbogen und der Chip wird aufgrund der Spannung, die durch die Strömung während des Spritzpressvorgangs erzeugt wird, verschoben. Bei der Montagemethode kann Weichlot (bezogen auf eine Pb-Sn-Legierung, insbesondere eine Legierung mit Sn), eine eutektische Au-Si-Legierung usw. auf das Substrat gelötet werden. Die am häufigsten verwendete Methode bei Kunststoffverpackungen ist die Verwendung von Polymerklebstoff. Der Kleber wird auf den Metallrahmen geklebt.

• Drahtbonden

Das in der Kunststoffverpackung verwendete Blei besteht hauptsächlich aus Golddraht und sein Durchmesser beträgt im Allgemeinen 0.025 mm bis 0.032 mm. Die Länge der Zuleitung liegt normalerweise zwischen 1.5 mm und 3 mm, und die Höhe des Lichtbogens kann 0.75 mm höher sein als die Ebene, in der sich der Chip befindet.

Zu den Verbindungstechniken gehören Thermokompressionsschweißen, Thermoschallschweißen usw. Die Vorteile dieser Techniken sind die einfache Kugelformung (z. B. Lotkugeltechnologie) und die Verhinderung der Golddrahtoxidation. Um die Kosten zu senken, werden auch andere Metalldrähte wie Aluminium, Kupfer, Silber, Palladium usw. untersucht, um das Golddrahtbonden zu ersetzen. Voraussetzung für das Heißpressschweißen ist, dass die beiden Metalloberflächen in engem Kontakt stehen und Zeit, Temperatur und Druck kontrolliert werden, um die Verbindung der beiden Metalle herzustellen. Eine raue (unebene) Oberfläche, die Bildung einer Oxidschicht oder chemische Verunreinigungen, Feuchtigkeitsaufnahme usw. beeinträchtigen die Klebewirkung und verringern die Klebefestigkeit. Die Temperatur des Thermokompressionsschweißens beträgt 300℃~400℃, und die Zeit beträgt im Allgemeinen 40 ms (normalerweise beträgt die Bondgeschwindigkeit zuzüglich der Verfahren wie der Ermittlung der Bondposition zwei Drähte pro Sekunde). Der Vorteil des Ultraschallschweißens besteht darin, dass hohe Temperaturen vermieden werden können, da Ultraschallschwingungen von 20 bis 60 kHz verwendet werden, um die zum Schweißen erforderliche Energie bereitzustellen, sodass die Schweißtemperatur gesenkt werden kann. Der gleichzeitige Einsatz von Wärme und Ultraschallenergie zum Verbinden wird als Thermoschallschweißen bezeichnet. Im Vergleich zum Thermokompressionsschweißen besteht der größte Vorteil des Thermoschallschweißens darin, dass die Verbindungstemperatur von 350 °C auf etwa 250 °C gesenkt werden kann (einige Leute glauben, dass Bedingungen von 100 °C bis 150 °C verwendet werden können), was eine erhebliche Reduzierung bewirken kann die Klebetemperatur auf dem Aluminiumpad. Möglichkeit zur Bildung intermetallischer Au-Al-Verbindungen, wodurch die Lebensdauer des Geräts verlängert und gleichzeitig die Drift der Schaltkreisparameter verringert wird. Die Verbesserung beim Drahtbonden ist hauptsächlich auf den Bedarf an immer dünneren Paketen zurückzuführen, einige ultradünne Pakete sind nur etwa 0.4 mm groß. Daher wird die Bleischleife (Schleife) von den allgemeinen 200 μm ~ 300 μm auf 100 μm ~ 125 μm reduziert, so dass die Bleispannung sehr groß und sehr eng ist. Darüber hinaus befinden sich normalerweise zwei ringförmige Strom-/Erdungsdrähte am Umfang der Drahtpads auf dem Substrat. Um zu verhindern, dass der Golddraht beim Bonden kurzschließt, muss der Mindestabstand > 625 μm betragen und der Bonddraht muss eine hohe Linearität aufweisen. Grad und ein guter Bogen.

• Plasma-Reinigung

Eine der wichtigen Funktionen der Reinigung besteht darin, die Haftung des Films zu verbessern, beispielsweise die Abscheidung eines Au-Films auf einem Si-Substrat und die Behandlung der Oberfläche von Kohlenwasserstoffen und anderen Verunreinigungen durch Ar-Plasma, was die Haftung von Au erheblich verbessert. Nach der Plasmabehandlung hinterlässt die Oberfläche des Substrats eine Schicht grauer, fluoridhaltiger Substanz, die durch Lösung entfernt werden kann. Durch die gleichzeitige Reinigung wird auch die Oberflächenhaftung und -benetzung verbessert.

• Verguss mit flüssigem Dichtmittel

Legen Sie das auf dem Chip montierte und drahtgebundene Rahmenband in die Form, erhitzen Sie den vorgeformten Block der Formmasse in einem Vorwärmofen (die Vorwärmtemperatur liegt zwischen 90 °C und 95 °C) und legen Sie ihn dann in den Transfer im Transfertank der Formmaschine. Unter dem Druck des Spritzpresskolbens wird die Formmasse in den Angusskanal extrudiert und durch den Anschnitt in den Formhohlraum eingespritzt (die Formtemperatur wird während des gesamten Prozesses bei etwa 170 °C bis 175 °C gehalten). Die Formmasse verfestigt sich schnell in der Form, und nach einer Zeit des Haltens des Drucks erreicht das Modul eine bestimmte Härte. Anschließend wird das Modul mit dem Auswerferstift ausgeworfen und der Formvorgang ist abgeschlossen. Bei den meisten Formmassen ist das Modul nach einigen Minuten Nachdruck in der Form steif genug, um ein Auswerfen zu ermöglichen, die Aushärtung (Polymerisation) des Polymers ist jedoch noch nicht vollständig abgeschlossen. Da der Polymerisationsgrad (Härtungsgrad) des Materials die Glasübergangstemperatur und die thermische Belastung des Materials stark beeinflusst, ist es sehr wichtig, die vollständige Aushärtung des Materials zu fördern, um einen stabilen Zustand zu erreichen, der sehr wichtig ist, um ihn zu verbessern Die Zuverlässigkeit des Geräts und die Nachhärtung sollen die Formmasse verbessern. Die notwendigen Prozessschritte für den Polymerisationsgrad, die allgemeinen Nachhärtungsbedingungen sind 170 ℃ ~ 175 ℃, 2h ~ 4h.

• Verguss mit flüssigem Dichtmittel

Derzeit werden in der Industrie zwei Kugelmontagemethoden verwendet: „Lötpaste“ + „Lötkugel“ und „Flussmittelpaste“ + „Lötkugel“. Die Montagemethode „Lötpaste“ + „Zinnkugel“ gilt als die beste Standard-Kugelmontagemethode der Branche. Die mit dieser Methode gepflanzten Kugeln weisen eine gute Schweißbarkeit und einen guten Glanz auf, und das Phänomen des Lotkugelversatzes tritt während des Zinnschmelzprozesses nicht auf. Es ist einfacher zu kontrollieren. Die spezifische Methode besteht darin, zuerst die Lotpaste auf das BGA-Pad zu drucken und dann mit einer Kugelmontagemaschine oder Siebdruck eine bestimmte Größe an Lotkugeln hinzuzufügen. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Aufgabe der Lotpaste darin, am Zinn zu haften. Beim Erhitzen ist die Kontaktfläche der Lotkugeln größer, so dass die Lotkugeln schneller und umfassender erhitzt werden, so dass die Lotkugeln nach dem Schmelzen eine bessere Lötbarkeit mit den Pads aufweisen und die Möglichkeit eines virtuellen Lötens verringert wird.

• Oberflächenmarkierung

Bei der Kennzeichnung handelt es sich um unauslöschliche und deutlich sichtbare Buchstaben und Logos, die auf der Oberseite des verpackten Moduls aufgedruckt sind, einschließlich Herstellerinformationen, Land, Gerätecode usw., hauptsächlich zur Identifizierung und Rückverfolgbarkeit. Es gibt viele Arten der Codierung. Am häufigsten wird die Codierungsmethode verwendet, zu der Tintendruck und Laserdruck gehören.

• getrennte

Um die Produktionseffizienz zu verbessern und Material einzusparen, werden die meisten SIP-Montagearbeiten in Form einer Array-Kombination durchgeführt, die nach Abschluss des Form- und Testprozesses in einzelne Geräte aufgeteilt wird. Das Teilen kann durch Sägen oder Stanzen erfolgen. Der Sägevorgang ist flexibler und erfordert nicht viele Spezialwerkzeuge. Der Stanzprozess bietet eine höhere Produktionseffizienz und geringere Kosten, erfordert jedoch den Einsatz von Spezialwerkzeugen.

2.2. Flip-Chip-Schweißverfahren

Gegenüber dem Wire-Bonding-Verfahren bietet das Flip-Chip-Verfahren folgende Vorteile:

(1) Die Flip-Chip-Schweißtechnologie überwindet das Problem der Achsabstandsbegrenzung von Drahtbondpads.

(2) Es bietet Elektronikentwicklern mehr Komfort bei der Gestaltung der Strom-/Masseverteilung des Chips.

(3) Durch die Verkürzung der Verbindungslänge und die Reduzierung der RC-Verzögerung wird ein vollständigeres Signal für Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräte bereitgestellt.

(4) Hervorragende Wärmeleistung, ein Kühler kann auf der Rückseite des Chips installiert werden;

(5) Hohe Zuverlässigkeit, aufgrund der Wirkung des Füllstoffs unter dem Chip wird die Ermüdungslebensdauer des Gehäuses erhöht;

(6) Leicht zu reparieren.

Das Folgende ist der Prozessablauf beim Flip-Chip-Bonden (der gleiche Prozess wie beim Drahtbonden wird nicht separat beschrieben): Wafer → Pad-Umverteilung → Wafer-Ausdünnung, Bump-Herstellung → Wafer-Schneiden → Flip-Chip-Bonden, Underfill → Verkapselung → Montage von Lotkugeln → Reflow-Löten→Oberflächenmarkierung→Trennung→Endkontrolle→Prüfung→Verpackung.

• Pad-Umverteilung

Um den Lead-Pitch zu erhöhen und die Anforderungen des Flip-Chip-Bonding-Prozesses zu erfüllen, ist es notwendig, die Leads des Chips neu zu verteilen.

• Beulen machen

Nachdem die Pad-Neuverteilung abgeschlossen ist, müssen den Pads auf dem Chip Bumps hinzugefügt werden. Die Techniken zur Herstellung von Löthöckern können Elektroplattieren, stromloses Plattieren, Verdampfen, Kugelplatzierung und Lotpastendruck sein. Derzeit ist das Galvanikverfahren noch das am weitesten verbreitete Verfahren, gefolgt vom Lotpastendruckverfahren.

• Flip-Chip-Bonding, Underfill

Nachdem die Löthöcker auf der gesamten Chip-Bondfläche in Form einer Gitteranordnung angeordnet sind, wird der Chip umgekehrt auf dem Gehäusesubstrat montiert und die elektrische Verbindung wird über die Löthöcker und die Pads auf dem Substrat hergestellt, die diese ersetzen die WB und TAB. Verbindungsmethode. Nach dem Flip-Chip-Bonden kann das Füllen mit Epoxidharz zwischen Chip und Substrat die thermische und mechanische Belastung der Bumps reduzieren und die Zuverlässigkeit im Vergleich zum Nichtfüllen um ein bis zwei Größenordnungen verbessern.

SiP – für Anwendungen

3.1. Hauptanwendungsgebiete

Die Anwendung von SiP ist sehr umfangreich und umfasst hauptsächlich: drahtlose Kommunikation, Automobilelektronik, medizinische Elektronik, Computer usw.

Der am weitesten verbreitete Bereich der drahtlosen Kommunikation. Die Anwendung von SiP im Bereich der drahtlosen Kommunikation ist am frühesten und auch der am weitesten verbreitete Bereich. Im Bereich der drahtlosen Kommunikation werden die Anforderungen an funktionale Übertragungseffizienz, Lärm, Lautstärke, Gewicht und Kosten immer höher und zwingen die drahtlose Kommunikation dazu, sich in Richtung kostengünstiger, tragbarer, multifunktionaler und hoher Leistung zu entwickeln. SiP ist eine ideale Lösung, die die Vorteile bestehender Kernressourcen und Halbleiterproduktionsprozesse kombiniert, Kosten senkt und die Markteinführungszeit verkürzt und gleichzeitig SOC-Schwierigkeiten wie Prozesskompatibilität, Signalmischung, Rauschstörungen und elektromagnetische Störungen überwindet. Der Hochfrequenz-Leistungsverstärker im Mobiltelefon integriert die Funktionen des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers, der Leistungssteuerung und des Transceiver-Schalters, die vollständig im SiP gelöst sind.

Automobilelektronik ist ein wichtiges Anwendungsszenario für SiP. SiP-Anwendungen in der Automobilelektronik nehmen sukzessive zu. Am Beispiel des Motorsteuergeräts (ECU) besteht das Steuergerät aus einem Mikroprozessor (CPU), einem Speicher (ROM, RAM), einer Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (I/O) und einem Analog-Digital-Wandler (A/D). sowie groß angelegte integrierte Schaltkreiskompositionen. Verschiedene Arten von Chips haben unterschiedliche Prozesse. Derzeit wird SiP häufig verwendet, um die Chips in ein komplettes Steuerungssystem zu integrieren. Darüber hinaus nimmt der Einsatz von SiP in den Bereichen Antiblockiersystem (ABS), Kraftstoffeinspritzsteuerung, Airbag-Elektronik, Lenkradsteuerung, Reifendruck-Alarmsystem und anderen Einheiten zu. Darüber hinaus wird die SIP-Technologie auch in den schnell wachsenden Büro- und Unterhaltungssystemen in Fahrzeugen erfolgreich eingesetzt.

Medizinische Elektronik erfordert eine Kombination aus Zuverlässigkeit und geringer Größe, kombiniert mit Funktionalität und Langlebigkeit. Typische Anwendungen in diesem Bereich sind implantierbare elektronische Medizingeräte wie Kapselendoskope. Das Endoskop besteht aus einer optischen Linse, einem Bildverarbeitungschip, einem Hochfrequenzsignalsender, einer Antenne und einer Batterie. Der Bildverarbeitungschip ist ein digitaler Chip, der Hochfrequenzsignalsender ist ein analoger Chip und die Antenne ist ein passives Gerät. Das Zusammenpacken dieser Geräte in einem SiP erfüllt perfekt die Leistungs- und Miniaturisierungsanforderungen.

Die Anwendung von SiP im Computerbereich beruht hauptsächlich auf der Integration von Prozessor und Speicher. Am Beispiel der GPU umfasst sie normalerweise einen Grafikcomputerchip und SDRAM. Die beiden Verpackungsmethoden sind nicht gleich. Die Grafikverarbeitung ist in einem Standard-Kunststoff-Ball-Array-Multichip-Gehäuse verpackt, das nicht für SDRAM geeignet ist. Daher ist es notwendig, die beiden Arten von Chips getrennt zu verpacken und sie dann zusammen in Form von SiP zu verpacken.

SiP findet auch in vielen anderen Bereichen der Unterhaltungselektronik Anwendung. Dazu gehören ISPs (Bildverarbeitungschips), Bluetooth-Chips usw. ISPs sind das Kernstück von Digitalkameras, Scannern, Fotoapparaten, Spielzeugen und anderen elektronischen Produkten. Sie wandeln optische Signale durch fotoelektrische Umwandlung in digitale Signale um und realisieren anschließend die Bildverarbeitung, Anzeige und Speicherung. Bildsensoren umfassen eine Reihe unterschiedlicher Komponententypen wie CCDs, CMOS-Bildsensoren, Kontaktbildsensoren, Ladungsträger, optische Diodenarrays, amorphe Siliziumsensoren usw. Die SiP-Technologie ist zweifellos eine ideale Lösung für die Verpackungstechnologie.

Das Bluetooth-System besteht im Allgemeinen aus einem drahtlosen Teil, einem Link-Steuerungsteil, einem Link-Management-Unterstützungsteil und einer Hauptterminalschnittstelle. Die SiP-Technologie kann Bluetooth immer kleiner machen, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden, und so die Anwendung der Bluetooth-Technologie kräftig vorantreiben. Der SiP vervollständigt alle Komponenten (Radio, Basisbandprozessor, ROM, Filter und andere diskrete Komponenten), die zur Integration der Funktionalität der Bluetooth-Funktechnologie in einem ultrakleinen Paket erforderlich sind.

Elektronische Produkte zeichnen sich durch hohe Leistung, Miniaturisierung, große Variantenvielfalt und kleine Chargen aus. Die SiP-Technologie erfüllt die Anwendungsanforderungen der Elektronik und bietet daher in diesem technischen Bereich einen breiten Anwendungsmarkt und breite Entwicklungsperspektiven. 

3.2.SiP – Maßgeschneidert für Smartphones

Die immer dünneren und leichteren Mobiltelefone haben zu einem Anstieg der Nachfrage nach SiP geführt. Mobiltelefone sind der größte Markt für SiP-Paketierung. Da Smartphones immer dünner und leichter werden, wird die Nachfrage nach SiP natürlich steigen. Von 2011 bis 2015 wurde die Dicke von Mobiltelefonen verschiedener Marken kontinuierlich reduziert. Durch das Ausdünnen werden naturgemäß immer höhere Anforderungen an die Dicke der zusammengebauten Komponenten gestellt. Am Beispiel des iPhone 6s wurde der Einsatz von Leiterplatten stark reduziert und viele Chipkomponenten werden in SiP-Modulen implementiert. Das iPhone 8 dürfte das erste Mobiltelefon von Apple sein, das SiP nutzt. Dadurch kann einerseits das iPhone 8 dünner und leichter gebaut werden, andererseits entsteht mehr Platz für andere Funktionsmodule, etwa leistungsstärkere Kameras, Lautsprecher und Akkus.

Schauen Sie sich SiP-Anwendungen von Apple-Produkten an. Apple ist ein Unternehmen, das hinsichtlich SiP-Anwendungen fest optimistisch ist. Apple hat SiP-Verpackungen bereits auf der Apple Watch verwendet.

Neben Uhren nimmt auch die Zahl der SiPs, die in Apple-Handys zum Einsatz kommen, sukzessive zu. Aufgeführt sind: Touch-Chip, Fingerabdruck-Identifikationschip, RFPA und so weiter.

Touch-Chip. Im Iphone6 ​​gibt es zwei Touch-Chips, die von Broadcom bzw. TI bereitgestellt werden, während im 6S die beiden im selben Gehäuse versiegelt sind, um das SiP-Paket zu realisieren. Zukünftig soll der gesamte TDDI weiter gekapselt werden. Im iPhone 3s wurde eine neue Generation der 6D-Touch-Technologie gezeigt. Die Berührungserkennung kann die Isoliermaterialhülle durchdringen und die Berührungsaktion des menschlichen Fingers beurteilen, indem sie die vom menschlichen Finger verursachte Spannungsänderung erkennt, um so verschiedene Funktionen zu realisieren. Der Touch-Chip soll den Spannungswert des Kontaktpunkts erfassen, diese Elektrodenspannungssignale nach der Verarbeitung in Koordinatensignale umwandeln und das Mobiltelefon so steuern, dass es entsprechend den Koordinatensignalen auf die entsprechenden Funktionen reagiert, um seine Steuerfunktion zu realisieren. Das Aufkommen von 3D Touch hat höhere Anforderungen an die Verarbeitungsfähigkeit und Leistung des Touch-Moduls gestellt. Aufgrund seiner komplexen Struktur muss der Touch-Chip mit SiP zusammengebaut werden, und die taktile Feedback-Funktion erhöht die Bedienfreundlichkeit.

Auch die Fingerabdruckerkennung nutzt ein SiP-Paket. Der Sensor und der Steuerchip sind zusammen verpackt, und seit dem iPhone 5 wird eine ähnliche Technologie übernommen.

RFPA-Modul. RFPA in Mobiltelefonen ist die am häufigsten verwendete Form von SiP. Das iPhone 6S ist keine Ausnahme. Im iPhone 6S gibt es mehrere RFPA-Chips, die alle SiP nutzen.

Gemäß der Gewohnheit von Apple werden alle ausgereiften Technologien an die nächste Generation weitergegeben. Wir gehen davon aus, dass das kommende Apple iPhone 7 die SiP-Technologie stärker nutzen wird, während das zukünftige iPhone 7s und das iPhone 8 umfassender sein und die SiP-Technologie in größerem Umfang nutzen werden. um den Innenraum zu komprimieren.

SIP-Paketformular

Bei der SIP-Verpackungstechnologie werden verschiedene Bare-Chips oder Module angeordnet und zusammengebaut. Unterscheidet man die Anordnung, kann man sie grob in eine flache 2D-Verpackung und eine 3D-Verpackungsstruktur unterteilen. Im Vergleich zur 2D-Verpackung kann der Einsatz der gestapelten 3D-Verpackungstechnologie die Anzahl der verwendeten Wafer oder Module erhöhen, wodurch sich die Anzahl der Schichten erhöht, in denen Wafer in vertikaler Richtung platziert werden können, und die funktionale Integrationsfähigkeit der SIP-Technologie weiter verbessert wird. Die interne Bondtechnologie kann einfaches Drahtbonden (Wire Bonding) oder Flip-Chip-Bonden (Flip Chip) oder eine Kombination aus beiden sein.

Ausgehend von der aktuellen branchenüblichen Unterscheidung nach SIP-Designtyp und -Struktur kann SIP in drei Kategorien unterteilt werden.

2D-SIP

Bei dieser Verpackungsart werden die Chips einzeln zweidimensional in einem Gehäusekörper auf demselben Verpackungssubstrat verpackt.

Gestapelte SIPs

Bei dieser Verpackungsart handelt es sich um ein Gehäuse, das zwei oder mehr Chipstapel physisch in einem Gehäuse integriert.

3D-SIP

Diese Art der Verpackung basiert auf der 2D-Verpackung, bei der mehrere Chips, verpackte Chips, Multi-Chips und sogar Wafer gestapelt und zu einem dreidimensionalen Paket verbunden werden. Diese Struktur wird auch als gestapelte 3D-Verpackung bezeichnet.

Zusätzlich zu den 2D- und 3D-Verpackungsstrukturen kann auch die Methode der Integration von Komponenten auf einem multifunktionalen Substrat übernommen werden – verschiedene Komponenten werden in das multifunktionale Substrat eingebettet, um den Zweck der Funktionsintegration zu erreichen. Durch unterschiedliche Chip-Anordnungen in Kombination mit unterschiedlichen internen Bonding-Technologien lässt sich das SIP-Gehäuse vielfältig kombinieren und je nach Kunden- oder Produktbedarf individuell anpassen oder flexibel produzieren.

Technische Schwierigkeiten von SIP

Die gängige Verpackungsform von SIP ist BGA. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Sie die SIP-Technologie mit traditioneller fortschrittlicher Verpackungstechnologie beherrschen.

Für das Schaltungsdesign verfügt das dreidimensionale Chippaket über mehrere Chipstapel. Ein derart komplexes Paketdesign bringt viele Probleme mit sich: wie die Integration mehrerer Chips in einem Paket, die Art und Weise, wie die Chips gestapelt werden; Schichtsubstrat, es ist schwierig, Leiterbahnen mit herkömmlichen Werkzeugen zu verlegen; Es gibt auch Probleme wie den Abstand zwischen Leiterbahnen, das Design gleicher Länge und das Design differenzieller Paare.  

Darüber hinaus wird mit zunehmender Modulkomplexität und zunehmender Betriebsfrequenz (Taktfrequenz oder Trägerfrequenz) die Schwierigkeit des Systemdesigns weiter zunehmen. Neben der notwendigen Designerfahrung ist auch die numerische Simulation der Systemleistung unerlässlich. Design-Link.